The effect of P-glycoprotein on the brain uptake of [18F]Mefway in rodents

Abstract

I. INTRODUCTION Efflux transporters in brain capillary endothelial cells impede xenobiotics, including therapeutic drugs and PET radioligands. Of these, P-gp (P-glycoprotein) and Bcrp (Breast cancer resistance protein) are prominent efflux pumps. P-gp is colocalized with Bcrp on the luminal membranes of brain capillary endothelial cells, and they have partly overlapping substrate specificities that include a wide range of compounds. Thus, to investigate the effects of P-gp, it is required to evaluate the impact of Bcrp. The aim of this study was to determine whether the brain uptake of [18F]Mefway is influenced by the action of P-gp and Bcrp in rodents. II. MATERIALS AND METHODS To effectively suppress in vivo defluorination, fluconazole (OneFlu, JW Pharmaceutial, Seoul, Korea) was used. [18F]Mefway was applied to the pharmacological inhibition rats and genetically disrupted mice. In rats, blocking of P-gp activity was performed by tariquidar (TQD). For the pharmacological inhibition experiments male Sprague-Dawley (n = 3 for each group) rats were used. For genetic disruption, male Mdr1a/b(-/-), Bcrp1(-/-), Mdr1a/b(-/-)Bcrp1(-/-), and wild-type (WT) mice were used (n = 4 for each group). III. RESULTS Pretreatment of TQD results in 160% higher hippocampal uptake compared with control rats. In genetically disrupted mice, a maximal brain uptake value of 3.2 SUV in the triple knockout mice (Mdr1a/b(-/-)Bcrp1(-/-) was comparable to that of the double knockout mice (Mdr1a/b(-/-)) and two-fold those of the wild type and Bcrp1(-/-) knockout mice. The differences of binding values were statistically insignificant between control and experimental groups. The brain-to-plasma ratios for triple knockout mice were also 2-5 times higher than those for other groups. IV. CONCLUSION In PET, chemical knockout P-gp disruption induced considerable increase of brain uptake of [18F]Mefway compared with control group or wild type. This result was substantiated by ex vivo experiments showing high brain-to-plasma ratios for P-gp disrupted mice. In conclusion, [18F]Mefway is modulated by P-gp, and not by Bcrp in rodents.

I. 목적 뇌 모세혈관 내피 세포에서 유출 운반자들은 치료 약물들과 PET 방사성 리간드들을 포함한 생체이물질들을 방해한다. 이들 중에서 P-glycoprotein (P-gp)와 breast cancer resistance protein (Bcrp)는 가장 중요한 유출 운반자들이다. P-gp는 뇌 모세혈관 내피 세포의 관강내막에 Bcrp와 함께 발현이 되어 있으며 일부 기질 특이성을 공유하고 있다. 따라서 P-gp의 효과를 알아보기 위해서는 Bcrp의 효과를 알아볼 필요성이 있다. 본 연구의 목적은 설치류의 [18F]Mefway에서 P-glycoprotein (P-gp)와 breast cancer resistance protein (Bcrp)의 뇌섭취에 관련된 효과를 알아보고자 하였다. II. 대상 및 방법 탈불소화를 효과적으로 억제시키기 위하여 fluconazole (OneFlu, JW Pharmaceutial, 서울, 대한민국)를 사용하였다. [18F]Mefway를 약물학적으로 억제시킨 쥐와 유전적으로 변형시킨 생쥐에게 적용을 하였다. 쥐에서는 tariquidar(TQD)를 이용하여 P-gp 기능을 억제 시켰다. 약물학적으로 억제시키는 실험을 위해서는 수컷 Sprague-Dawley (각 그룹 당 세 마리) 쥐를 사용하였다. 유전적 변형을 위하여서는 수컷 Mdr1a/b(-/-), Bcrp1(-/-), Mdr1a/b(-/-)Bcrp1(-/-), 그리고 대조군 생쥐가 사용되었다 (각 그룹 당 네 마리). III. 결과 TQD를 전처치함으로써 대조군 쥐와 비교 시 해마의 뇌 섭취가 160% 증가되었다. 유전적으로 변형된 생쥐에서, 최대 뇌 섭취가 3.2 SUV인 삼중 유전자 결손 생쥐 (tKO, Mdr1a/b(-/-)Bcrp1(-/-) 와 비교 시 이중 유전자 결손 생쥐 (dKO, Mdr1a/b(-/-)) 와 최대 뇌 섭취가 비슷하였으며 대조 군과 Bcrp1(-/-) 유전자 결손 생쥐와 비교 시 두 배 높은 최대 뇌 섭취를 보였다. 대조 군과 실험 군간의 결합 가치의 차이는 통계적으로 의미가 없는 것으로 나타났다. [18F]Mefway 농도의 뇌와 혈장간 비율은 다른 그룹과 비교 시 삼중 유전자 결손 생쥐에서 2.5배 높은 것으로 확인되었다. IV. 결론 PET에서 화학적으로 P-gp 결여된 경우 대조군과 비교시 [18F]Mefway의 뇌에서 섭취도가 매우 많이 증가되었다. 이러한 결과는 P-gp 결손 생쥐에서도 높은 뇌-혈장간 비율을 보인 실험 결과에서도 입증되었다. 결론적으로 [18F]Mefway는 설치류에서 Bcrp가 아닌 P-gp에 의해서 조절이 된다.