Drug Delivery Strategy Exploiting Amino Acid Prodrugs: Improving Oral Bioavailability and Overcoming Nonlinear Pharmacokinetic Challenges Following Dose Escalation of a CK2 Inhibitor with Poor Solubility

化学 生物利用度 药代动力学 药理学 药品 氨基酸 溶解度 药物输送 酶抑制剂 口服 前药 生物化学 输送系统 药物发现
作者
Murugaiah A. M. Subbaiah,Thangeswaran Ramar,Mathiazhagan Annadurai,Arunachalam Arumugam,Ramesh Samikannu,Kurt Zimmermann,Megha A. Thakur,Vinay K. Holenarsipur,Tarun Sharma,Sheelendra Singh,Shahe Mahammad,Mary T. Obermeier,Srinivas Rao Kasibhatla,Natesan Murugesan,Sridhar Desikan,Sandhya Mandlekar,Gerry G. Everlof,Aberra Fura,Ashok V. Purandare
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:69 (12): 14836-14853
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.6c00912
摘要

Dissolution-limited absorption remains a major barrier to oral delivery of kinase inhibitors. BMS-135, a potent pan-CK2 inhibitor with robust antitumor efficacy, exhibited poor aqueous solubility (<1 μg/mL) that translated to low oral bioavailability (rat: <3%) and pronounced nonlinear pharmacokinetics following dose escalation─limitations unresolvable by precipitation-resistant solution formulations alone. To address this, we explored amino acid ester prodrugs designed to enhance intestinal solubility. Structure–property analysis demonstrated that polybasic side chains sustaining protonation at intestinal pH were critical for solubility enhancement. The l-lysine ester prodrug (12b) markedly improved solubility (pH 6.5: >1000 μg/mL) and delivered a 25-fold improvement in systemic exposure (F = 64.6%) with improved dose proportionality. Mechanistic investigation via portal vein cannulation revealed predominant intestinal first-pass bioconversion, explaining the minimal systemic prodrug exposure. These findings position amino acid prodrugs as a practical, low-risk strategy for unlocking oral bioavailability of dissolution-limited kinase inhibitors, offering broad applicability in contemporary drug discovery and development.
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