Open Access

Rodolfo Schmidt

• Morphin-6-Glukuronid (M6G) ist ein aktiver Metabolit von Morphin. Er ist mitverantwortlich für die analgetische und toxische Wirkung nach einer Morphinverabreichung. M6G wird aktuell in klinischen Phase-III-Studien getestet und möglicherweise zukünftig als ein alternatives Schmerzmittel zu Morphin zur Behandlung postoperativer Schmerzen eingeführt. Seine zentralnervösen Opioideffekte könnten sich aufgrund einer erhöhten Konzentration im zentralen Nervensystem (ZNS) als Folge einer erhöhten M6G Blutkonzentration und/ oder einem erhöhten ZNS Transport an der Blut-Hirn-Schranke verstärken. M6G scheint Substrat zahlreicher transmembranöser Transporter zu sein, die u.a. an der Blut-Hirn-Schranke, Niere oder Leber lokalisiert sind. An der Blut-Hirn-Schranke pumpen diese Transporter M6G aktiv aus dem ZNS zurück in das Blut. Die Hemmung der Transporteraktivität könnte somit eine potentielle Ursache einer erhöhten ZNS Konzentration von M6G mit der Folge vermehrter Nebenwirkungen unter Morphin bzw. Morphin-6-Glukuronid Administration sein. Wir untersuchten die Auswirkungen einer pharmakologischen Hemmung der transmembranösen Transporter P-Glykoprotein, sowie den Probenecid sensitiven Transportern multidrug resistance proteins (MRPs), organic anion transporters (OATs) und organic anion transporter polypeptides (OATPs) auf die Rückenmarkkonzentration und antinozizeptiven Effekte von M6G in Ratten. PSC 833 bzw. Probenecid wurden als Inhibitoren von P-Glykoprotein bzw. Probenecid sensitiven Transportern verwendet. Die Rückenmarkkonzentration von M6G wurde direkt mittels in vivo Mikrodialyse durch eine transversal in das Hinterhorn des Rückenmarks implantierten Sonde gemessen. 20 Ratten erhielten M6G als intravenöse Infusion für 8 Stunden, jeweils 5 von diesen bekamen zusätzlich eine Infusion mit PSC 833 oder Probenecid. Die antinozizeptiven Effekte von M6G wurden durch den Formalinschmerztest während der 8. Stunde der M6G Infusion in weiteren Verhaltensexperimenten bestimmt. Dabei wurde die Dosisabhängigkeit der antinozizeptiven Effekte von M6G mit oder ohne PSC 833 bzw. Probenecid im Vergleich mit PSC 833 alleine, Probenecid alleine und Placebo untersucht. In den Mikrodialyseexperimenten wurde unter P-Glykoprotein Hemmung mit PSC 833 eine nahezu dreifach höhere M6G Rückenmarkkonzentration gemessen, während die Blutplasmakonzentration nur um den Faktor 1.2 erhöht war. Die Folge war eine Verdoppelung des Konzentrationsverhältnis Rückenmark zu Blutplasma (von 0.08 ± 0.03 für M6G alleine auf 0.17 ± 0.08 für M6G mit PSC 833). Die antinozizeptiven Effekte von M6G in den Verhaltensexperimenten waren signifikant erhöht unter P-Glykoprotein Hemmung. Die Inhibition Probenecid sensitiver Transporter verursachte einen gleichmäßigen Anstieg der Blutplasma und Rückenmarkgewebekonzentration um den Faktor 1.4, ohne Veränderung des Konzentrationsverhältnis Rückenmark zu Blutplasma (0.081 ± 0.034 für M6G alleine, 0.082 ± 0.021 für M6G mit Probenecid). Die Verabreichung von Probenecid mit M6G zeigte eine signifikante Reduktion der Anzahl der Flinches im Formalinschmerztest um den Faktor 2.5 im Vergleich zu M6G alleine. Mit dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Morphin-6-Glukuronid ein Substrat des Transporters P-Glykoprotein in Ratten ist. Die Verabreichung des P-Glykoprotein Inhibitors PSC 833 erhöhte die Penetration von M6G aus dem Blut in das zentrale Nervensystem und verstärkte dadurch seine antinozizeptive Wirkung. Dieser Effekt ist an der Blut-Hirn-Schranke lokalisiert. Weiterhin wurde demonstriert, dass der Blut-Hirn-Schranken Transport von Morphin-6-Glukuronid nicht durch Probenecid sensitive Transporter beeinflusst wird. Die Verabreichung von Probenecid verstärkte zwar die antinozizeptive Wirkung von M6G aufgrund eines Anstiegs der M6G Rückenmarkkonzentration, jedoch als Folge einer erhöhten Blutplasmakonzentration. Da M6G hauptsächlich in den Urin ausgeschieden wird, ist dieser Effekt wahrscheinlich in der Niere lokalisiert und vermindert die systemische Elimination von M6G. Somit ist M6G ein Substrat Probenecid sensitiver Transporter in Ratten, aber nicht an der Blut-Hirn-Schranke. Da viele Medikamente Inhibitoren von P-Glykoprotein oder Probenecid sensitiven Transportern sind, kann deren gleichzeitige Verabreichung mit Morphin bzw Morphin-6-Glukuronid zu erhöhten M6G ZNS Konzentrationen und Toxizität führen. Die Identifizierung dieser Transporter bedingten Interaktionen in unserer Arbeit kann helfen Medikamentenwechselwirkungen zwischen Inhibitoren und Morphin/ M6G zu vermeiden und die Patientensicherheit unter einer Morphin bzw. Morphin-6-Glukuronid Schmerztherapie zu steigern. Weitere Untersuchungen dieser Interaktionen im Menschen sind nötig, da sie klinisch von großer Bedeutung sind.
• Morphine-6-glucuronide (M6G) is an active metabolite of morphine. It has been related to the analgesic and toxic effects of morphine administration. M6G is currently undergoeing phase III clinical trials and will probably be available, in the near future, as an alternative to morphine for the treatment of postoperative pain. Its central nervous opioid effects may increase with higher concentrations in the central nervous system (CNS) resulting from increased M6G plasma concentration and/ or enhanced M6G CNS uptake at the level of the blood-brain-barrier. M6G seems to be substrate of several transmembrane transporters localized at the blood-brain barrier, in the kidney or in the liver. At the blood-brainbarrier, these transporters pump M6G out of the CNS back to the blood. Hence, one of the potential causes of increased CNS concentrations and thereby enhanced central nervous opioid effects of M6G after morphine or M6G administration, is inhibition of transporter activity. We investigated the consequences for the spinal cord concentrations and antinociceptive effects of M6G following pharmacological inhibition of the transmembrane transporters P-glycoprotein (P-gp) and the probenecid sensitive transporters multidrug resistance proteins (MRPs), organic anion transporters (OATs) und organic anion transporting polypeptides (OATPs) in rats. PSC 833 or probenecid were used as inhibitors of P-gp or probenecid sensitive transporters, respectively. The spinal cord tissue concentrations of M6G were directly assessed by in vivo microdialysis with probes transversally implanted through the dorsal horns of the spinal cord. 20 rats received M6G intravenously for 8 hours, 5 of them together with PSC 833 or probenecid. Additionally antinociceptive effects were explored in behavioural experiments by means of formalin tests during the 8th hour of the M6G infusion. In this second set of experiments the dose dependency of the antinociceptive effects of M6G was assessed either with or without PSC 833 or probenecid in comparison with PSC 833 alone, probenecid alone and placebo. The microdialysis experiments showed an approximately three-fold increase of the M6G spinal cord concentrations when P-Glycoprotein was inhibited by PSC 833, whereas the plasma concentrations were increased only by a factor of 1.2, which resulted in a more than doubled spinal cord/ plasma concentration ratio (from 0.08 ± 0.03 for M6G alone to 0.17 ± 0.08 for M6G plus PSC 833). The antinociceptive effects of M6G in the behavioural experiments were significantly enhanced by inhibition of P-gp. The inhibition of probenecid sensitive transporters caused a raise in both plasma and spinal cord tissue concentrations of M6G by a factor of 1.4, without affecting the spinal cord to plasma concentration ratio (0.081 ± 0.034 for M6G alone, 0.082 ± 0.021 for M6G plus probenecid). Co-administration of probenecid with M6G resulted in a significant reduction of the number of flinches in the formalin test by a factor of 2.5, as compared to M6G alone. This study showed that morphine-6-glucuronide is a substrate of the transporter P-glycoprotein in rats. Co-administration of the P-gp blocker PSC 833 increased the penetration of M6G from the blood into the CNS resulting in enhanced antinociception. This effect is localized at the level of the blood-brainbarrier. Furthermore, the experiments demonstrated that the blood-brain-barrier transport of M6G is not affected by probenecid sensitive transporters. Co-administration of probenecid enhanced the antinociceptive actions of M6G due to an increase of the M6G spinal cord concentration, yet rather as a result of a raise in the M6G plasma concentrations. Since M6G is mainly excreted in the urine, this effect might be located in the kidneys decreasing the systemic elimination of M6G. Thus, M6G is a substrate for probenecid sensitive transporters in rats, although not at the blood-brain-barrier. Since many drugs are inhibitors of P-Glycoprotein or probenecid sensitive tranporters, their concomitant administration with morphine or morphine-6-glucuronide can lead to higher M6G CNS concentrations and toxicity. The identification of these transporter related interactions in our work might help to avoid drug-drug interactions between inhibitors and morphine/ M6G and increase the patient safety for a morphine/ M6G pain therapy. Further investigations of these interactions in humans are necessary, because they are clinically important.