トランスポーターの関わる薬物動態の個人間変動・薬物間相互作用の定量的予測法の開発

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24229002
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 杉山 雄一 独立行政法人理化学研究所, イノベーション推進センター, 特別招聘研究員 (80090471)
• 研究分担者: 渡邊 恭良 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, センター長 (40144399) ; 家入 一郎 九州大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (60253473) ; 前田 和哉 東京大学, 大学院薬学系研究科, 講師 (00345258) ; 吉門 崇 独立行政法人理化学研究所, イノベーション推進センター, 研究員 (70535096)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: トランスポーター / 薬物間相互作用 / 遺伝子多型 / モデリング＆シミュレーション / PET/SPECTプローブ

研究概要

創薬の初期段階では多数の候補化合物が合成されるが、適切な体内動態・有効性・安全性を有する医薬品として市場に出るものは極僅かである。本研究では、多様なin vitro試験により得られたパラメータを組み入れた数理モデルを構築し、個人差によるばらつきまで考慮した薬物動態の経時変化を定量的にシミュレーションすることで、薬物代謝酵素・トランスポーターを介した薬物間相互作用を受けにくい医薬品、個人間変動や病態による影響が少ない医薬品および治療域の広い医薬品を予測するための方法論を確立することを目的としている。本年度の成果としては、肝取り込みトランスポーター OATPsを介した薬物間相互作用をPBPKモデルにより解析するための標準法を構築するとともに、パラメータの広域最適化法（Cluster Newton Method）によりPBPKモデルにおける初期値に依存しないパラメータセットを網羅的に探索することで解析の信頼性を向上させることに成功した。また、肝取り込みおよび代謝過程で生じる体内動態の非線形性をPBPKモデルにより説明することに成功した。さらに、肝臓における薬効・阻害能等を予測する上で必須の非結合形薬物濃度を測定するための遊離肝細胞を用いたin vitro試験法を示すとともに、サンドイッチ培養ヒト肝細胞を用いて肝臓における輸送・代謝を統合的に評価しパラメータの精度を高めるための実験を行った。一方、薬物代謝酵素・トランスポーター機能の個人間変動を考慮したバーチャルクリニカルトライアルでも成果を得た。これらに加えて、体内動態を非侵襲的かつリアルタイムに解析可能な分子イメージング技術に基づき、PET標識体を用いた体内動態の定量的解析に関する研究を理研（神戸）と共同で進めており、得られた臓器内濃度推移データをもとにPBPKモデルを用いた予測精度をさらに向上させていくことを考えている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、ヒトにおける薬物トランスポーターの機能評価に有用な選択的基質（プローブ）および選択的阻害剤の開発を進めるとともに、トランスポーターの関わる薬物動態の個人間変動、病態時の変動および薬物間相互作用を定量的に予測する方法論を構築することを目的としている。これを達成するために、① 臨床データ（薬物間相互作用データ、非線形性データ）の生理学的薬物速度論（PBPK）モデルによる定量的解析法、② in vitro試験に基づきin vivoでの薬物動態（血中濃度推移、組織中濃度推移）を精度よく予測できる方法論(IVIVE)の確立、③ 輸送・代謝過程パラメータのばらつきを明らかにした上での仮想の臨床試験データを発生させ（モンテカルロシミュレーション）、臨床第II相試験における薬効用量の推定とバラツキの推定、第III相試験における薬効・副作用の推定とspecial population（人種、年齢、肝腎機能疾患時）における動態・薬効・副作用の中央値とバラツキの予測に関する研究で成果を得ており、当初の研究計画通りに進展している。

今後の研究の推進方策

平成２６年度は、引き続き本研究グループが見出したトランスポーターのプローブ薬および阻害剤を用いたin vitro試験（ヒトおよびマウスの遊離肝細胞・接着型肝細胞等）を実施することにより、in vitroにおける薬物動態パラメータを求める。また、プローブ薬と阻害剤をマウスに投与するin vivo試験で血中・胆汁中・尿中および臓器中の薬物濃度を測定することにより、体内動態特性と薬物間相互作用の有無を定量的に解析する。さらに、内在性トランスポーターのノックアウトマウスおよびヒトのトランスポーターのトランスジェニックマウスでも同様の試験を行うことにより、ヒトにおけるトランスポーターの寄与を予測する手法の検討も行う。これらのin vitroおよびin vivoパラメータをもとにして、モデリング・シミュレーションの手法に基づいて解析を行うことにより、in vitroからin vivoを補外するための方法論を構築する。続いて、本研究で実施済および実施予定の臨床試験データを用いた定量的な解析を実施してヒトにおける補外を試みると同時に、より高精度なパラメータを得るためのin vitro試験の追加と精密化も併せて行っていく。さらに、分子イメージング技術を基盤としたPET/SPECTプローブとして利用可能な医薬品もしくは医薬品アナログの探索を引き続き推進し、マウスに投与することで体内動態特性・臓器分布・トランスポーターに対する選択性を確認する。有用性および安全性が担保されたプローブについては、ヒトに投与する臨床試験を開始することでヒトにおける体内動態を明らかにし、モデリング・シミュレーションの手法に基づいて体内動態の統合的な解析を行うことで、血中のみならず臓器中の薬物濃度推移を定量的に予測するための方法論を確立する。

研究成果

• [雑誌論文] Differential Roles of Ubiquitination in the Degradation Mechanism of Cell Surface-resident BSEP and MRP2. (2014)
  • 著者名/発表者名: Aida K, Hayashi H, Inamura K, Mizuno T and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Mol Pharmacol 巻: 85 ページ: 482-491
  • DOI: 10.1124/mol.113.091090
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of endogenous compounds for assessing the drug interactions in the urinary excretion involving multidrug and toxin extrusion proteins. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kato K, Mori H, Kito T, Yokochi M, Ito S, Inoue K, Yonezawa A, Katsura T, Kumagai Y, Yuasa H, Moriyama Y, Inui K, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: 31 ページ: 136-147
  • DOI: 10.1007/s11095-013-1144-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] The synthesis and biodistribution of [(11)C]metformin as a PET probe to study hepatobiliary transport mediated by the multi-drug and toxin extrusion transporter 1 (MATE1) in vivo. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hume WE, Shingaki T, Takashima T, Hashizume Y, Okauchi T, Katayama Y, Hayashinaka E, Wada Y, Kusuhara H, Sugiyama Y and Watanabe Y.
  • 雑誌名: Bioorg Med Chem 巻: 21 ページ: 7584-7590
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2013.10.041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanisms of pharmacokinetic enhancement between ritonavir and saquinavir; micro/small dosing tests using midazolam (CYP3A4), fexofenadine (p-glycoprotein), and pravastatin (OATP1B1) as probe drugs. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ieiri I, Tsunemitsu S, Maeda K, Ando Y, Izumi N, Kimura M, Yamane N, Okuzono T, Morishita M, Kotani N, Kanda E, Deguchi M, Matsuguma K, Matsuki S, Hirota T, Irie S, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: J Clin Pharmacol 巻: 53 ページ: 654-661
  • DOI: 10.1002/jcph.62.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microdose pharmacogenetic study of (1)(4)C-tolbutamide in healthy subjects with accelerator mass spectrometry to examine the effects of CYP2C9 *3 on its pharmacokinetics and metabolism. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikeda T, Aoyama S, Tozuka Z, Nozawa K, Hamabe Y, Matsui T, Kainuma M, Hasegawa S, Maeda K and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Eur J Pharm Sci 巻: 49 ページ: 642-648
  • DOI: 10.1016/j.ejps.2013.05.016.
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA methylation and histone modification profiles of mouse organic anion transporting polypeptides. (2013)
  • 著者名/発表者名: Imai S, Kikuchi R, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Drug Metab Dispos 巻: 41 ページ: 72-78
  • DOI: 10.1124/dmd.112.047969.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epigenetic regulation of organic anion transporting polypeptide 1B3 in cancer cell lines. (2013)
  • 著者名/発表者名: Imai S, Kikuchi R, Tsuruya Y, Naoi S, Nishida S, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: 30 ページ: 2880-2890
  • DOI: 10.1007/s11095-013-1117-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the fluoroquinolone antibacterial agent DX-619 on the apparent formation and renal clearances of 6beta-hydroxycortisol, an endogenous probe for CYP3A4 inhibition, in healthy subjects. (2013)
  • 著者名/発表者名: Imamura Y, Murayama N, Okudaira N, Kurihara A, Inoue K, Yuasa H, Izumi T, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Pharm Res 巻: 30 ページ: 447-457
  • DOI: 10.1007/s11095-012-0890-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between the urinary excretion mechanisms of drugs and their physicochemical properties. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ito S, Ando H, Ose A, Kitamura Y, Ando T, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: J Pharm Sci 巻: 102 ページ: 3294-3301
  • DOI: 10.1002/jps.23599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate-dependent inhibition of organic anion transporting polypeptide 1B1: comparative analysis with prototypical probe substrates estradiol-17beta-glucuronide, estrone-3-sulfate, and sulfobromophthalein. (2013)
  • 著者名/発表者名: Izumi S, Nozaki Y, Komori T, Maeda K, Takenaka O, Kusano K, Yoshimura T, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Drug Metab Dispos 巻: 41 ページ: 1859-1866
  • DOI: 10.1124/dmd.113.052290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of the repaglinide concentration increase produced by gemfibrozil and itraconazole based on the inhibition of the hepatic uptake transporter and metabolic enzymes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kudo T, Hisaka A, Sugiyama Y and Ito K.
  • 雑誌名: Drug Metab Dispos 巻: 41 ページ: 362-371
  • DOI: 10.1124/dmd.112.049460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of coadministration of single and multiple doses of rifampicin on the pharmacokinetics of fexofenadine enantiomers in healthy subjects. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kusuhara H, Miura M, Yasui-Furukori N, Yoshida K, Akamine Y, Yokochi M, Fukizawa S, Ikejiri K, Kanamitsu K, Uno T and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Drug Metab Dispos 巻: 41 ページ: 206-213
  • DOI: 10.1124/dmd.112.048330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the effect of active efflux at the blood-brain barrier on the distribution of nonsteroidal aromatase inhibitors in the central nervous system. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyajima M, Kusuhara H, Takahashi K, Takashima T, Hosoya T, Watanabe Y and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: J Pharm Sci 巻: 102 ページ: 3309-3319
  • DOI: 10.1002/jps.23600
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Oatp and Mrp2 activities in hepatobiliary excretion using newly developed positron emission tomography tracer [11C]dehydropravastatin in rats. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shingaki T, Takashima T, Ijuin R, Zhang X, Onoue T, Katayama Y, Okauchi T, Hayashinaka E, Cui Y, Wada Y, Suzuki M, Maeda K, Kusuhara H, Sugiyama Y and Watanabe Y.
  • 雑誌名: J Pharmacol Exp Ther 巻: 347 ページ: 193-202
  • DOI: 10.1124/jpet.113.206425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Drugs interacting with organic anion transporter-1 affect uptake of Tc-99m-mercaptoacetyl-triglycine (MAG3) in the human kidney: therapeutic drug interaction in Tc-99m-MAG3 diagnosis of renal function and possible application of Tc-99m-MAG3 for drug development. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahara N, Saga T, Inubushi M, Kusuhara H, Seki C, Ito S, Oyama N, Yokoyama O, Sugiyama Y and Fujibayashi Y.
  • 雑誌名: Nucl Med Biol 巻: 40 ページ: 643-650
  • DOI: 10.1016/j.nucmedbio.2013.03.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of breast cancer resistance protein function in hepatobiliary and renal excretion using PET with 11C-SC-62807. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashima T, Wu C, Takashima-Hirano M, Katayama Y, Wada Y, Suzuki M, Kusuhara H, Sugiyama Y and Watanabe Y.
  • 雑誌名: J Nucl Med 巻: 54 ページ: 267-276
  • DOI: 10.2967/jnumed.112.110254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studies on the intestinal absorption characteristics of sulfasalazine, a breast cancer resistance protein (BCRP) substrate. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomaru A, Morimoto N, Morishita M, Takayama K, Fujita T, Maeda K, Kusuhara H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Drug Metab Pharmacokinet 巻: 28 ページ: 71-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the role of transporters on the hepatic elimination of an LAT1 selective inhibitor JPH203. (2013)
  • 著者名/発表者名: Toyoshima J, Kusuhara H, Wempe MF, Endou H and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: J Pharm Sci 巻: 102 ページ: 3228-3238
  • DOI: 10.1002/jps.23601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the effect of the uneven distribution of CYP3A4 and P-glycoprotein in the intestine on the barrier function against xenobiotics: a simulation study. (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T, Maeda K, Nakai C and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: J Pharm Sci 巻: 102 ページ: 3196-3204
  • DOI: 10.1002/jps.23623
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors associated with spontaneous reporting of adverse drug reactions in Japan. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamada T, Watanabe Y, Kusama M, Sugiyama Y and Ono S.
  • 雑誌名: Pharmacoepidemiol Drug Saf 巻: 22 ページ: 468-476
  • DOI: 10.1002/pds.3378
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cost-effectiveness analysis of microdose clinical trials in drug development. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamane N, Igarashi A, Kusama M, Maeda K, Ikeda T and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Drug Metab Pharmacokinet 巻: 28 ページ: 187-195
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct and rapid genotyping of SLCO1B1 388A>G and 521T>C in human blood specimens using the SmartAmp-2 method. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K, Takano J, Ishizu Y, Lezhava A, Ieiri I, Maeda K, Hayashizaki Y and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: AAPS J 巻: 15 ページ: 618-622
  • DOI: 10.1208/s12248-013-9471-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transporter biology in drug approval: regulatory aspects. (2013)
  • 著者名/発表者名: Maeda K and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Mol Aspects Med 巻: 34 ページ: 711-718
  • DOI: 10.1016/j.mam.2012.10.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical significance of organic anion transporting polypeptides (OATPs) in drug disposition: their roles in hepatic clearance and intestinal absorption. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shitara Y, Maeda K, Ikejiri K, Yoshida K, Horie T and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Biopharm Drug Dispos 巻: 34 ページ: 45-78
  • DOI: 10.1002/bdd.1823
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatic and intestinal drug transporters: prediction of pharmacokinetic effects caused by drug-drug interactions and genetic polymorphisms. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshida K, Maeda K and Sugiyama Y.
  • 雑誌名: Annu Rev Pharmacol Toxicol 巻: 53 ページ: 581-612
  • DOI: 10.1146/annurev-pharmtox-011112-140309
  • 査読あり
• [学会発表] トランスポーターを介した薬物間相互作用予測のための腸肝循環およびIn vitro膜透過性を考慮した生理学的薬物速度論モデルの提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉門 崇，吉田 健太，前田 和哉，杉山 雄一
  • 学会等名: 日本薬物動態学会 第28回年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20131009-20131011
• [学会発表] Quantitative assessment of transporter effects on pharmacokinetics and pharmaco /toxicodynamics of drugs. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Sugiyama
  • 学会等名: 10th International ISSX Meeting
  • 発表場所: Westin Harbour Castle Hotel, Toronto, Canada
  • 年月日: 20130929-20131003
  • 招待講演
• [学会発表] 肝OATPを介した薬物間相互作用のPBPKモデルを用いた解析 －腸肝循環を考慮した合理的なモデルへの発展－ (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉門 崇，吉田 健太，中田 智久，小谷 直生，前田 和哉，杉山 雄一
  • 学会等名: 日本薬剤学会 第28年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20130523-20130525
• [学会発表] 肝臓内非結合型薬物濃度を見積もるための簡便なin vitro実験法の提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉山 雄一，池尻 和明，前田 和哉，楠原 洋之
  • 学会等名: 日本薬剤学会 第28年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20130523-20130525
• [学会発表] 病態時および個体差を考慮したPK/PD予測の方法論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 杉山 雄一
  • 学会等名: 日本薬物動態学会 第27回ワークショップ
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20130509-20130510
  • 招待講演
• [備考] 独立行政法人理化学研究所 杉山特別研究室
  • URL: http://www.sugiyamalab.com