目前的抗逆轉錄病毒藥物（ARV）方案是有效且耐受性良好的，能夠持續終身抑制人類免疫缺陷病毒1型（HIV-1）感染。然而，病毒控制與方案依從性（如：不愿意或不按時吃藥）有關。這些限制是推動長效（LA）注射劑開發的動力。2019年4月，ViiV Healthcare公司向美國食品和藥物管理局提交了一份新藥申請，即用于每月應用于HIV-1治療的cabotegravir（CAB）和rilpivirine（RPV）注射劑。雖然最初拒絕批準，但2019年12月收到的完整回復函側重于化學制造和控制，而不是產品安全。
而在2020年3月18日，加拿大衛生部批準了ViiV Healthcare公司的Cabenuva（cabotegravir/rilpivirine，緩釋注射懸液），這是全球第一個完整的、長效的HIV治療方案，每月只一次肌肉注射給藥，實現了將全年365天每天口服藥物變成全年僅需注射12次。
圖自ViiVHealthcare
然后在批準的第二天，3月19日，醫學頂刊NEJM雜志同期上線的2篇論文和1篇社論，顯示該方案的安全性，有效性和藥物耐受性，藥物植入物也是如此。然而，兩者均存在限制，包括注射部位反應，大注射量，頻繁給藥，需要的醫療服務等等。因此，需要對LA ARV（長效抗逆轉錄病毒藥物方案）進行即時改善，以用于暴露前預防（PrEP）、控制HIV-1傳播和維持病毒學抑制患者的治療。
因此，LA注射劑仍具有廣泛的臨床應用前景，那么，有沒有可能一年只注射一次藥物就可以實現全年對人體抗病毒保護作用呢？答案在近期的Nature Materials中得以回答。
內容簡介
美國內布拉斯加州大學醫學中心Howard E. Gendelman和Benson J. Edagwa等人報道了由14、18和22個碳酯（分別為MCAB、M2CAB和M3CAB）修飾的可變CAB及其各自的納米制劑（NMCAB、NM2CAB和NM3CAB）的合成和理化性質，其中發現，在一次注射后，18碳酯修飾的納米制劑NM2CAB可實現緩釋藥物時間達一年之久，實現對HIV-1病毒的侵蝕有持續的保護作用。
如何制備以及大規模生產？
研究人員以不同碳長的脂肪酸酯（C14、C18和C22）對CAB進行化學修飾（酰氯和羥基進行反應，其中DIEA對CAB的羥基進行脫質子）分別制備MCAB、M2CAB和M3CAB前藥。研究表明，該化學修飾對于CAB的抗病毒活性不會產生任何影響。
圖 | 合成與紅外光譜表征
然后，采用規模化的納米晶制備技術，通過高壓均勻化制備了NCAB、NMCAB、NM2CAB和NM3CAB納米制劑。以泊洛沙姆407（P407）為穩定劑，在NM2CAB納米晶中，CAB和M2CAB的載藥量均大于80%。且由于靜電排斥作用，納米粒子穩定性高，所有的配方在98天內保持穩定，這意味著納米懸浮液在一系列存儲條件下保持其完整性（并在11個批次中得到重復驗證），反映了在資源有限的環境中的需要。
圖|電鏡表征和穩定性
體內外評價
在體外細胞層面上，18碳酯NM2CAB增強了人巨噬細胞對藥物的吸收和保留，對HIV-1的挑戰有持續的保護作用。然后研究人員進行藥代動力學和生物分布檢測，在動物模型中，進行每千克體重注射45mg后，通過對比發現，NM2CAB產生的CAB血漿濃度高于蛋白質調節的90%抑制濃度（PA-IC90=166ngml–1），且在淋巴、粘膜和腸道生物分布（BD）均可檢測到，且無不良事件記錄，這種效果可持續一年時間。研究人員認為優化CAB前藥特性可以提高天然CAB的有效性，并且基于這種延長的表觀半衰期，可以為模擬疫苗創造潛力。
圖|藥代動力學
能否進行臨床轉化？
鑒于需要從實驗到臨床的轉化，研究人員研究了NM2CAB的可規模化。首先，研究人員進行重結晶，然后在高前藥濃度下生成NM2CAB。重結晶提供純度控制，在制藥工業中廣泛使用。NM2CAB重結晶溶劑為乙腈（ACN）、甲基四氫呋喃、環戊基甲醚（CPME）和甲苯。測定了回收率、熔點和純度。其中，ACN（70％）和CPME（85％）的M2CAB產量最高。
接下來，評估了以高濃度大規模生產NM2CAB的制造方案。在良好的實驗室操作條件下，可以以400 mg ml–1的藥物濃度制造穩定的NM2CAB，而制造CAB LA則是200 mg ml–1。所以，從當前劑量推算，患者僅需要每年注射<1ml的NM2CAB注射量，而CAB LA為每個月2 ml。因此，NM2CAB可以克服CAB LA的主要障礙：給藥量，給藥間隔和注射部位反應。
圖|重結晶前后的M2CAB的表征
小結：
本報告中的發現證明了前藥產品概況中的一個“最佳擊球點”，從而可以顯著延長CAB的表觀半衰期，給藥安全性和易于制造的特性，從而可立即用于全球暴露前預防。前藥的創新分子設計不僅提供了有利的理化性質，但也產生了結晶和熱穩定的化合物，有助于其成功制造。重要的是，類似的方法可以改善用于治療一系列感染性、炎癥性、代謝性和或退行性疾病的藥物的PK和靶向性。
綜上所述，用14、18或22個碳鏈酯包埋在表面活性劑涂層納米制劑中的化學修飾的CAB前藥被創造出來。前藥水解和PK曲線的評估表明，NM2CAB產生了“一年一次”的可注射曲線。特別是，在缺乏抗HIV-1保護性疫苗的情況下，有效的LA ART不僅是暴露前預防的最佳方法，而且如果給藥間隔延長到一年或更長時間，也可以作為疫苗的模擬物。此外，CAB同樣抵抗HIV-2的活性，為雙重治療提供了真正的潛力。總之，得出的結論是，大幅度延長給藥間隔可以使NM2CAB發展成為一種疫苗模擬物。
參考文獻：
Kulkarni,T.A., et al. A year-long extended release nanoformulated cabotegravir prodrug.Nat. Mater. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0674-z
