Cytochrome P450-mediated drug interactions affecting lidocaine

Lidocaine is a widely used local anaesthetic agent that also has anti-arrhythmic effects. It is classified as a type Ib anti-arrhythmic agent and is used to treat ventricular tachycardia or ventricular fibrillation. Lidocaine is eliminated mainly by metabolism, and less than 5% is excreted unchanged in urine. Lidocaine is a drug with a medium to high extraction ratio, and its bioavailability is about 30%. Based on in vitro studies, the earlier understanding was that CYP3A4 is the major cytochrome P450 (CYP) enzyme involved in the metabolism of lidocaine. When this work was initiated, there was little human data on the effect of inhibitors of CYP enzymes on the pharmacokinetics of lidocaine. Because lidocaine has a low therapeutic index, medications that significantly inhibit lidocaine clearance (CL) could increase the risk of toxicity. These studies investigated the effects of some clinically important CYP1A2 and CYP3A4 inhibitors on the pharmacokinetics of lidocaine administered by different routes. All of the studies were randomized, double-blind, placebo-controlled cross-over studies in two or three phases in healthy volunteers. Pretreatment with clinically relevant doses of CYP3A4 inhibitors erythromycin and itraconazole or CYP1A2 inhibitors fluvoxamine and ciprofloxacin was followed by a single dose of lidocaine. Blood samples were collected to determine the pharmacokinetic parameters of lidocaine and its main metabolites monoethylglycinexylidide (MEGX) and 3-hydroxylidocaine (3-OH-lidocaine). Itraconazole and erythromycin had virtually no effect on the pharmacokinetics of intravenous lidocaine, but erythromycin slightly prolonged the elimination half-life (t½) of lidocaine (Study I). When lidocaine was taken orally, both erythromycin and itraconazole increased the peak concentration (Cmax) and the area under the concentration-time curve (AUC) of lidocaine by 40-70% (Study II). Compared with placebo and itraconazole, erythromycin increased the Cmax and the AUC of MEGX by 40-70% when lidocaine was given intravenously or orally (Studies I and II). The pharmacokinetics of inhaled lidocaine was unaffected by concomitant administration of itraconazole (Study III). Fluvoxamine reduced the CL of intravenous lidocaine by 41% and prolonged the t½ of lidocaine by 35%. The mean AUC of lidocaine increased 1.7-fold (Study IV). After oral administration of lidocaine, the mean AUC of lidocaine in-creased 3-fold and the Cmax 2.2-fold by fluvoxamine (Study V). During the pretreatment with fluvoxamine combined with erythromycin, the CL of intravenous lidocaine was 53% smaller than during placebo and 21% smaller than during fluvoxamine alone. The t½ of lidocaine was significantly longer during the combination phase than during the placebo or fluvoxamine phase. The mean AUC of intravenous lidocaine increased 2.3-fold and the Cmax 1.4-fold (Study IV). After oral administration of lidocaine, the mean AUC of lidocaine increased 3.6-fold and the Cmax 2.5-fold by concomitant fluvoxamine and erythromycin. The t½ of oral lidocaine was significantly longer during the combination phase than during the placebo (Study V). When lidocaine was given intravenously, the combination of fluvoxamine and erythromycin prolonged the t½ of MEGX by 59% (Study IV). Compared with placebo, ciprofloxacin increased the mean Cmax and AUC of intravenous lidocaine by 12% and 26%, respectively. The mean plasma CL of lidocaine was reduced by 22% and its t½ prolonged by 7% (Study VI). These studies clarify the principal role of CYP1A2 and suggest only a modest role of CYP3A4 in the elimination of lidocaine in vivo. The inhibition of CYP1A2 by fluvoxamine considerably reduces the elimination of lidocaine. Concomitant use of fluvoxamine and the CYP3A4 inhibitor erythromycin further increases lidocaine concentrations. The clinical implication of this work is that clinicians should be aware of the potentially increased toxicity of lidocaine when used together with inhibitors of CYP1A2 and particularly with the combination of drugs inhibiting both CYP1A2 and CYP3A4 enzymes.

Studies on CYP2C8-mediated drug interactions

Useiden lääkkeiden yhtäaikainen käyttö on nykyään hyvin yleistä, mikä lisää lääkeaineiden haitallisten yhteisvaikutusten riskiä. Lääkeaineiden poistumisessa elimistöstä ovat tärkeässä osassa niitä hajottavat (metaboloivat) maksan sytokromi P450 (CYP) entsyymit. Vasta aivan viime vuosina on havaittu, että CYP2C8-entsyymillä voi olla tärkeä merkitys mm. lääkeaineyhteisvaikutuksissa. Eräät lääkeaineet voivat estää (inhiboida) CYP2C8-entsyymin kautta tapahtuvaa metaboliaa. Tässä työssä selvitettiin CYP2C8-entsyymiä estävien lääkkeiden vaikutusta sellaisten lääkeaineiden pitoisuuksiin, joiden aikaisemman tiedon perusteella arveltiin metaboloituvan CYP2C8-välitteisesti. Näiden lääkeaineiden metaboliaa tutkittiin myös koeputkiolosuhteissa (in vitro -menetelmillä). Lisäksi CYP2C8-entsyymiä estävän lipidilääke gemfibrotsiilin yhteisvaikutusmekanismia tutkittiin selvittämällä interaktion säilymistä koehenkilöillä gemfibrotsiilin annostelun lopettamisen jälkeen. Yhteisvaikutuksia tutkittiin terveillä vapaaehtoisilla koehenkilöillä käyttäen vaihtovuoroista koeasetelmaa. Koehenkilöille annettiin CYP2C8-entsyymiä estävää lääkitystä muutaman päivän ajan ja tämän jälkeen kerta-annos tutkimuslääkettä. Koehenkilöiltä otettiin useita verinäytteitä, joista määritettiin lääkepitoisuudet nestekromatografisilla tai massaspektrometrisillä menetelmillä. Gemfibrotsiili nosti ripulilääke loperamidin pitoisuudet keskimäärin kaksinkertaiseksi. Gemfibrotsiili lisäsi, mutta vain hieman, kipulääke ibuprofeenin pitoisuuksia, eikä sillä ollut mitään vaikutusta unilääke tsopiklonin pitoisuuksiin toisin kuin aiemman kirjallisuuden perusteella oli odotettavissa. Toinen CYP2C8-estäjä, mikrobilääke trimetopriimi, nosti diabeteslääke pioglitatsonin pitoisuuksia keskimäärin noin 40 %. Gemfibrotsiili nosti diabeteslääke repaglinidin pitoisuudet 7-kertaiseksi ja tämä yhteisvaikutus säilyi lähes yhtä voimakkaana vielä 12 tunnin päähän viimeisestä gemfibrotsiiliannoksesta. Tehdyt havainnot ovat käytännön lääkehoidon kannalta merkittäviä ja ne selvittävät CYP2C8-entsyymin merkitystä useiden lääkkeiden metaboliassa. Gemfibrotsiilin tai muiden CYP2C8-entsyymiä estävien lääkkeiden yhteiskäyttö loperamidin kanssa voi lisätä loperamidin tehoa tai haittavaikutuksia. Toisaalta CYP2C8-entsyymin osuus tsopiklonin ja ibuprofeenin metaboliassa näyttää olevan pieni. Trimetopriimi nosti kohtalaisesti pioglitatsonin pitoisuuksia, ja kyseisten lääkkeiden yhteiskäyttö voi lisätä pioglitatsonin annosriippuvaisia haittavaikutuksia. Gemfibrotsiili-repaglinidi-yhteisvaikutuksen päämekanismi in vivo näyttää olevan CYP2C8-entsyymin palautumaton esto. Tämän vuoksi gemfibrotsiilin estovaikutus ja yhteisvaikutusriski säilyvät pitkään gemfibrotsiilin annostelun lopettamisen jälkeen, mikä tulee ottaa huomioon käytettäessä sitä CYP2C8-välitteisesti metaboloituvien lääkkeiden kanssa.

PAMAM Dendrimer-Drug Interactions: Effect of pH on the Binding and Release Pattern

Understanding the dendrimer-drug interaction is of great importance to design and optimize the dendrimer-based drug delivery system. Using atomistic molecular dynamics (MD) simulations, we have analyzed the release pattern of four ligands (two soluble drugs, namely, salicylic acid (Sal), L-alanine (Ala), and two insoluble drugs, namely, phenylbutazone (Pbz) and primidone (Prim)), which were initially encapsulated inside the ethylenediamine (EDA) cored polyamidoamine (PAMAM) dendrimer using the docking method. We have computed the potential of mean force (PMF) variation with generation 5 (G5)-PAMAM dendrimer complexed with drug molecules using umbrella sampling. From our calculated PMF values, we observe that soluble drugs (Sal and Ala) have lower energy barriers than insoluble drugs (Pbz and Prim). The order of ease of release pattern for these drugs from G5 protonated PAMAM dendrimer was found to be Ala > Sal > Prim > Pbz. In the case of insoluble drugs (Prim and Pbz), because of larger size, we observe much nonpolar contribution, and thus, their larger energy barriers can be reasoned to van der Waals contribution. From the hydrogen bonding analysis of the four PAMAM drug complexes under study, we found intermolecular hydrogen bonding to show less significant contribution to the free energy barrier. Another interesting feature appears while calculating the PMF profile of G5NP (nonprotonated)-PAMAM Pbz and G5NP (nonprotonated)-PAMAM-Sal complex. The PMF was found to be less when the drug is bound to nonprotonated dendrimer compared to the protonated dendrimer. Our results suggest that encapsulation of the drug molecule into the host PAMAM dendrimer should be carried out at higher pH values (near pH 10). When such complex enters the human body, the pH is around 7.4 and at that physiological pH, the dendrimer holds the drug tightly. Hence the release of drug can occur at a controlled rate into the bloodstream. Thus, our findings provide a microscopic picture of the encapsulation and controlled release of drugs in the case of dendrimer-based host-guest systems.