Speeksel als matrix voor meting van pyrazinamide bij farmacokinetisch onderzoek en therapeutic drug monitoring

Tuberculose veroorzaakt wereldwijd veel morbiditeit en mortaliteit. In 2012 waren er naar schatting 8,6 miljoen nieuwe gevallen van actieve tuberculose en 1,3 miljoen doden als gevolg van deze infectieziekte.

Pyrazinamide is een essentieel tuberculosemiddel, waarvan de thans toegepaste dosis waarschijnlijk suboptimaal is bij zowel volwassenen als kinderen [1, 2]. De combinatie met nieuw ontwikkelde tuberculosemiddelen is in onderzoek [3]. Farmacokinetisch onderzoek is nodig ter onderbouwing van nieuwe doseringen en behandelregimes met pyrazinamide. In Nederland en verschillende andere landen vindt therapeutic drug monitoring (TDM) van pyrazinamide plaats om de therapie voor de individuele patiënt te optimaliseren en soms om therapietrouw te controleren [4].

Speeksel is een aantrekkelijke matrix voor farmacokinetisch onderzoek en TDM [5, 6]. Het is eenvoudig, niet-invasief en pijnloos te verkrijgen en de in speeksel gemeten concentratie is mogelijk representatief voor de niet-eiwitgebonden (farmacologisch actieve) concentratie in plasma. Er zijn geen gegevens gepubliceerd over de farmacokinetiek van pyrazinamide in speeksel.

Het doel van dit onderzoek was ten eerste de steady state-farmacokinetiek van pyrazinamide in speeksel te beschrijven en ten tweede vast te stellen of speeksel kan worden gebruikt als alternatief voor plasma bij farmacokinetisch onderzoek naar en TDM van pyrazinamide.

Dit was een beschrijvend farmacokinetisch onderzoek onder volwassen tuberculosepatiënten in Moshi (Tanzania) die minimaal twee weken waren behandeld met tuberculosemedicatie. Op de onderzoeksdag namen zij alle tuberculosemedicatie, waaronder pyrazinamide, met voedsel in. Daarna spoelden zij zorgvuldig hun mond met water. Veneus bloed werd afgenomen op 0, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10 en 24 uur na inname van de medicatie. Binnen twee minuten na afname van elk bloedmonster werden speekselmonsters afgenomen met een Salivette (Sarstedt, Etten-Leur). Een Salivette bestaat uit een wattenstaafje met citroenzuur dat speekselsecretie stimuleert. De speeksel- en plasmamonsters werden onmiddellijk opgeslagen bij –80°C. Concentraties pyrazinamide in speeksel en plasma werden gemeten met gevalideerde hogedrukvloeistofchromatografie.

Dit was een verkennend onderzoek. Het streven was 15 patiënten te includeren, zodat circa 135 gekoppelde concentraties van pyrazinamide in speeksel en plasma zouden worden verkregen.

Het onderzoek was goedgekeurd door de medisch-ethische toetsingscommissie van het Kilimanjaro Christian Medical Centre te Moshi (Tanzania) en alle patiënten gaven informed consent.

Farmacokinetische parameters werden bepaald met niet-compartimentele farmacokinetische analyse in Winnonlin versie 6.3 (Pharsight, Verenigde Staten). Farmacokinetische parameters werden eerst beschreven; verschillen tussen farmacokinetische parameters in speeksel en plasma werden getoetst met de gepaarde t-test op logaritmisch getransformeerde parameters of met de Wilcoxon-rangtekentoets (t_max).

De speeksel/plasma-concentratieratio werd bepaald voor alle monsters van alle patiënten. Het effect van het tijdstip van monstername (van t = 0 h tot t = 24 h) op de concentratieratio werd getoetst met variantieanalyse (ANOVA) voor repeated measures (within-subject). Het geometrisch gemiddelde voor de speeksel/plasma-concentratieratio werd berekend en de reciproke waarde hiervan werd gebruikt als omrekenfactor om plasmaconcentraties van pyrazinamide te voorspellen op basis van gemeten speekselconcentraties.

De predictive performance van dergelijke voorspellingen werd vastgesteld door de omrekenfactor te baseren op de concentratieratio’s van 14 patiënten om daarmee bij de 15e patiënt de plasmaconcentraties te voorspellen. Dergelijke voorspellingen werden voor alle 15 patiënten uitgevoerd (jackknife analysis).

Bias werd uitgedrukt als de median percentage prediction error (MPPE): dit is de mediaan van alle prediction errors, waarbij de prediction error (in %) werd gedefinieerd als 100 × [(voorspelde plasmaconcentratie – gemeten plasmaconcentratie) / gemeten plasmaconcentratie]. Imprecisie werd uitgedrukt als de median absolute percentage prediction error (MAPE). Voor een acceptabele predictive performance moest zowel MPPE als MAPE kleiner zijn dan 15-20% [7].

Van de 15 geïncludeerde patiënten, onder wie 12 mannen, was de mediane leeftijd 37 jaar, het mediane gewicht 49,5 kg en de mediane dosering pyrazinamide 27,1 mg·kg^–1·d^–1.

De geometrische gemiddelden van de AUC_0-24 en de C_max van pyrazinamide in speeksel waren lager dan de overeenkomstige waarden in plasma (tabel 1). t_max voor pyrazinamide was vergelijkbaar in speeksel en in plasma. Pyrazinamide werd uit speeksel sneller geëlimineerd dan uit plasma (tabel 1).

In totaal werden 133 gepaarde concentraties van pyrazinamide in speeksel en plasma verkregen. Speeksel- en plasmaconcentraties van pyrazinamide waren sterk gecorreleerd (Spearman’s rho = 0,909; P < 0,001).

Het geometrisch gemiddelde van de speeksel/plasma-concentratieratio was 0,60 (spreiding 0,18-1,48). De gemiddelde concentratieratio leek afhankelijk te zijn van het tijdstip van afname van bloed en speeksel (figuur 1), wat werd bevestigd door repeated measures-ANOVA (F = 12,59; P < 0,001) waarbij vanaf t = 1 h bij toenemende tijd een significante lineaire trend tot afname van de concentratieratio werd vastgesteld.

De omrekenfactor om plasmaconcentraties van pyrazinamide te voorspellen op basis van speekselconcentraties was 1,67 (spreiding 1,63-1,71, afhankelijk van de combinatie van 14 patiënten). Gebruik van een dergelijke enkelvoudige omrekenfactor, die geen rekening houdt met verschillen in speeksel/plasma-concentratieratio tussen afnametijdstippen, resulteerde in een MPPE van 5,5% en een MAPE van 24,7%.

Gebruik van een omrekenfactor gebaseerd op een stabielere concentratieratio tussen 2 en 8 uur na toediening (figuur 1) resulteerde in een MPPE van 13,5% en een MAPE van 21,4% bij voorspelling van plasmaconcentraties pyrazinamide tussen 2 en 8 uur na toediening.

De eerste doelstelling van dit onderzoek was de beschrijving van de farmacokinetiek van pyrazinamide in speeksel. Pyrazinamide blijkt snel naar speeksel te verdelen. De blootstelling aan pyrazinamide in speeksel (AUC_0-24) kan als relatief hoog worden beschouwd, maar is lager dan de blootstelling aan totaal (niet-eiwitgebonden plus gebonden) pyrazinamide in plasma (tabel 1).

De meeste geneesmiddelen komen door eenvoudige diffusie vanuit de bloedbaan in het speeksel [5, 8, 9]. Het geneesmiddeltransport van bloed naar speeksel is daarom afhankelijk van fysisch-chemische geneesmiddeleigenschappen (molecuulgewicht, vetoplosbaarheid, mate van ionisatie en eiwitbinding) en ook van fysiologische factoren zoals de pH van het speeksel en de speekselvloed [5, 8, 9]. Pyrazinamide heeft een laag molecuulgewicht (123 g/mol). Het is een zeer zwakke base (pK_a = 0,5); bij een speeksel-pH van 3, zoals verkregen met een Salivette, zal het molecuul ongeladen zijn. De eiwitbinding van pyrazinamide in plasma zoals vermeld in handboeken varieert van 5-10% tot 50%; primaire bronnen zijn er niet. Alleen vrij, niet-eiwitgebonden geneesmiddel kan vanuit plasma naar speeksel overgaan [8, 9]. De fysisch-chemische eigenschappen van pyrazinamide en de lage eiwitbinding (en dus hoge vrije fractie in plasma) verklaren de relatief hoge blootstelling pyrazinamide in speeksel.

De concentratieratio tussen speeksel en plasma was niet constant (figuur 1), ondanks de gestandaardiseerde afname van ‘gestimuleerd’ speeksel met een Salivette. Een hogere speeksel/plasma-concentratieratio in de absorptiefase is een bekend fenomeen en kan worden verklaard doordat de geneesmiddelconcentratie tijdens de absorptiefase in arterieel bloed hoger is dan in veneus bloed [8, 9]. De concentratie in speeksel is in evenwicht met de relatief hoge concentratie in arterieel bloed, terwijl de plasmaconcentratie wordt bepaald in het veneuze bloed. Na de absorptiefase neemt de concentratieratio voor pyrazinamide af en dit kan worden verklaard door een snellere eliminatie in speeksel dan in plasma (tabel 1) [9].

De tweede doelstelling van dit onderzoek was vast te stellen of speeksel kan worden gebruikt als alternatief voor plasma bij farmacokinetisch onderzoek en TDM van pyrazinamide. Voorspelling van totale plasmaconcentraties op basis van speekselconcentraties resulteerde in een acceptabele MPPE van 5,5%, wat betekent dat de systematische fout (bias) gering was wanneer vele individuele voorspellingen (elk met een positieve of negatieve afwijking) werden beschouwd. De MAPE (imprecisie) was met 24,7% echter te hoog.

Tussen 2 en 8 uur na toediening van pyrazinamide waren de concentratieratio (figuur 1) en de eraan gerelateerde omrekenfactor stabiel. Dit is het interval waarin pyrazinamidespiegels worden gemeten om de C_max vast te stellen of de AUC_0-24 te schatten op basis van limited sampling-formules [4, 10]. Ook in dit interval bleek de imprecisie van de voorspelling op basis van gemeten speekselconcentraties echter te hoog.

Speekselconcentraties pyrazinamide kunnen derhalve niet worden gebruikt om totale plasmaconcentraties betrouwbaar te voorspellen, zoals gewenst is bij farmacokinetisch onderzoek. Speekselmetingen van pyrazinamide zouden wél geschikt kunnen zijn voor een semikwantitatieve schatting van totale plasmaconcentraties. Dit kan voldoende zijn voor TDM van pyrazinamide, wanneer voor een individuele patiënt een onderscheid tussen evident lage, gemiddelde of hoge blootstelling volstaat. Verder kunnen speekselmetingen van pyrazinamide worden gebruikt om therapietrouw te controleren.

Een beperking van dit onderzoek is dat de niet-eiwitgebonden concentratie van pyrazinamide in plasma niet is bepaald; deze kan mogelijk beter worden voorspeld dan de totale plasmaconcentratie op basis van gemeten speekselconcentraties.

Samengevat toont dit onderzoek dat de blootstelling aan pyrazinamide in speeksel relatief hoog is, maar lager dan de totale (niet-eiwitgebonden plus gebonden) blootstelling in plasma. Op basis van dit onderzoek kunnen speekselmetingen van pyrazinamide alleen voor een semikwantitatieve schatting van de plasmaconcentratie worden ingezet.