Introducción

La colitis ulcerosa (CU) es una enfermedad inflamatoria crónica, con inflamación y ulceración del colon y el recto. La prevalencia de las enfermedades inflamatorias intestinales (EII), como la CU, está en aumento, particularmente en los países de altos ingresos. Los síntomas característicos de la CU consisten en dolor abdominal, urgencia intestinal, fatiga, sangrado rectal y diarrea; la calidad de vida de los pacientes con CU está fuertemente deteriorada. Los episodios agudos de CU se tratan primero con un aminosalicilato tópico en forma de supositorios, enemas o espumas rectales. Si los aminosalicilatos tópicos no logran la remisión en cuatro semanas, se debe considerar el tratamiento con aminosalicilatos por vía oral. Tanto los aminosalicilatos rectales como los orales, utilizados solos o en combinación, se recomiendan como terapias de primera línea para el mantenimiento de la remisión de la CU.

Los aminosalicilatos ejercen sus efectos antiinflamatorios localmente, mediante la activación de los receptores γ activados por el proliferador de peroxisomas en las células del colon, y la inhibición del reclutamiento de leucocitos en el epitelio intestinal. La mesalazina (ácido 5-aminosalicílico, 5-ASA) es la molécula activa y puede administrarse en su forma no conjugada, o como profármaco con enlace azo (sulfasalazina, balsalazida u olsalazina), que libera 5-ASA luego del metabolismo por la microbiota colónica. Los profármacos con enlaces azo se formulan como preparados de dosificación oral con liberación estándar, ya que no se absorben en el tracto gastrointestinal superior. Luego del tránsito por el intestino delgado, los profármacos con enlaces azo administran eficazmente 5-ASA en el colon, tras la escisión bacteriana de su enlace azo. Sin embargo, la liberación de 5-ASA puede verse afectada por la variabilidad interindividual en el metabolismo microbiano y, en el caso de la sulfasalazina, puede provocar efectos secundarios sistémicos debido a la absorción colónica de la sulfapiridina. El 5-ASA no puede administrarse en preparados de liberación inmediata, ya que se absorbe fácilmente en el yeyuno proximal y genera concentraciones insuficientes del fármaco en el colon. Como tal, el 5-ASA debe administrarse en forma de preparados de liberación colónica específica.

La liberación colónica de 5-ASA se puede lograr con la cobertura de los preparados de uso oral con materiales que resistan la degradación en el tracto gastrointestinal superior, de modo que liberen selectivamente la droga en el colon. La mayoría de los preparados disponibles en el mercado tienen materiales sensibles al pH, con el objetivo de retrasar la liberación de 5-ASA. Cuando no se logra la liberación dirigida en colon, la eficacia del tratamiento de la CU puede verse sumamente afectada. En los últimos años se han introducido dos nuevas tecnologías dirigidas al colon. El primero es el sistema Phloral^® que utiliza un recubrimiento compuesto de Eudragit^® S y almidón, diseñado para disolverse a pH > 7 en la región ileocolónica; cuando no se logra este pH, la microbiota del colon metaboliza el almidón resistente y aun así se logra la liberación local del fármaco. La segunda tecnología, OPTICORE^®, utiliza una capa alcalina interna debajo de la envoltura Phloral^®; la capa alcalina genera un microambiente de pH alto. Esta tecnología se asocia con tasa más rápida de liberación del fármaco. La tecnología OPTICORE^® se utiliza en el preparado Octasa^® de 1600 mg (Asacol 1600 mg), una tableta dirigida al colon que administra una dosis alta de 5-ASA y que se indica para la inducción y el mantenimiento de la remisión en la CU. El objetivo del presente estudio fue comparar estas dos estrategias de administración de 5-ASA en el colon en un modelo in vitro realista del tracto gastrointestinal humano basado en la tecnología SHIME^® semidinámica que simula los factores fisiológicos (pH, composición del medio, enzimas digestivas y tiempo de tránsito) y los dependientes de la microbiota que pueden tener un impacto significativo en la liberación del producto activo en el colon. Específicamente, los principales objetivos del presente estudio fueron determinar las eficacias relativas dirigidas al colon de las dos estrategias de administración de fármacos colónicos en sujetos sanos y en pacientes con EII; conocer la eficacia dirigida al colon de Octasa® 1600 mg cuando la liberación de 5-ASA mediada por el pH fue inhibida por un pH bajo; y determinar el impacto de los dos productos sobre el crecimiento y la actividad metabólica de la microbiota del colon. El objetivo final de este trabajo es ayudar a los proveedores de atención médica a elegir los tratamientos más efectivos para los pacientes con CU.

Métodos

El modelo semidinámico SHIME® es un sistema controlado por computadora totalmente automatizado que alberga nueve biorreactores separados que permiten probar distintas condiciones biológicas por experimento. El enfoque del profármaco con enlace azo se comparó directamente con el enfoque de formulación midiendo la cantidad de 5-ASA que llega al colon después de la administración de Azulfidine^® y Octasa^® 1600 mg. Se utilizaron fluidos gastrointestinales simulados, líquidos duodenales y yeyunales simulados, líquido ileal simulado y líquido colónico simulado y se cuantificó la concentración de 5-ASA. Para estudiar el impacto del microbioma intestinal en el rendimiento de los productos farmacéuticos, se obtuvieron muestras fecales de un voluntario sano y de tres voluntarios diagnosticados con EII y se midieron los niveles de metabolitos microbianos. Se midió el crecimiento microbiano.

Resultados y discusión

Recuperación de 5-ASA a partir de la conversión de profármacos en modelos de tracto gastrointestinal sano y de EII

Los comprimidos con cubierta entérica gastrorresistente permanecieron intactos en el estómago y comenzaron a desintegrarse en el líquido duodenal. La sulfasalazina no se convirtió en 5-ASA durante el tránsito por el intestino delgado, pero en el entorno colónico, la sulfasalazina disuelta comenzó a convertirse en 5-ASA mediante la reducción del enlace diazo por la microbiota colónica. En el tracto gastrointestinal sano se recuperó aproximadamente el 20% de 5-ASA durante los 180 minutos iniciales de incubación colónica. Posteriormente, la sulfasalazina se convirtió casi por completo, entre 3 y 24 horas, con una recuperación final de 5-ASA del 97%. En estudios previos, entre el 70% y el 100% de la sulfasalazina se convirtió en el transcurso de entre 2 y 7 h. La información farmacocinética para las tabletas de Azulfidine^® refiere que el tiempo de demora para que el 5-ASA ingrese a la circulación sistémica es de 6.1 horas, lo que se corresponde con los resultados obtenidos experimentalmente con el método SHIME^®. En comparación, se observó una menor conversión de sulfasalazina en 5-ASA en los experimentos con los materiales de los tres pacientes con EII, posiblemente en relación con la variación microbiana en las muestras fecales de los donantes, asociadas con diferencias en la degradación de la sulfasalazina y la recuperación de 5-ASA. Los resultados en conjunto sugieren que la microbiota colónica sana, con mayor diversidad bacteriana, podría convertir de manera más eficiente la sulfasalazina en 5-ASA, en comparación con la microbiota de los pacientes con EII que tienen diversidad reducida. Las bacterias de los géneros Clostridium y Eubacterium son las más capaces para producir enzimas que degradan la sulfasalazina en 5-ASA. Determinadas especies con actividad enzimática significativa, como Clostridioides leptum, Eubacterium rectale y Eubacterium hallii, se deplecionan en la EII y se enriquecen en el intestino sano. Este hallazgo podría explicar por qué los donantes con EII convirtieron la sulfasalazina de manera menos eficiente que los controles sanos. Además, el bajo pH inicial del colon proximal en la EII podría asociarse con metabolismo bacteriano más lento y, por tanto, con menor tasa de conversión de sulfasalazina en 5-ASA. Los resultados resaltan la importancia de utilizar un modelo de enfermedad cuando se evalúa la administración colónica de fármacos para la EII.

Liberación de 5-ASA a partir de la formulación específica en modelos sanos y con EII

En el modelo sano con un pH ileal de 7.4, la liberación de 5-ASA comenzó gradualmente entre 65 min y 110 min en el intestino delgado y continuó hasta las 24 horas en el colon. En la EII y en condiciones saludables con pH ileal de 6.9 no se observó liberación de 5-ASA durante el paso por el estómago y el intestino delgado. Por el contrario, la digestión del componente de almidón del recubrimiento de la tableta por parte de la microbiota del colon generó un aumento gradual de 5-ASA únicamente en el colon. La liberación de 5-ASA fue significativamente más rápida en la simulación de intestino sano con pH ileal alto, en comparación con las simulaciones con pH más bajo. Sin embargo, después de 24 h, la liberación de 5-ASA en ambas simulaciones sanas, independientemente del pH ileal, fue similar. La liberación de fármacos mediada por bacterias en las simulaciones de EII mostró variabilidad interindividual, probablemente en relación con distinto grado de disbiosis entre los pacientes. Los hallazgos en conjunto confirman que los preparados que dependen de bacterias y del pH son eficaces para la administración colónica de 5-ASA en condiciones de salud y enfermedad, como también en la disbiosis como en presencia de microbioma sano.

Recuperación de 5-ASA a partir de la conversión de profármaco en modelos sanos y con EII

En condiciones saludables, tanto el profármaco como el preparado no conjugado indujeron recuperaciones similares de 5-ASA; sin embargo, el uso de Octasa^® motivó la recuperación completa de 5-ASA en el colon, mientras que con la prodroga solo se liberaron 192 mg de 5-ASA. En los experimentos de EII se obtuvieron recuperaciones de 5-ASA sustancialmente más bajas con el profármaco, en comparación con el preparado no conjugado. Después de 24 h de incubación colónica, las tabletas de Octasa^® 1600 mg liberaron alrededor de 2 veces más 5-ASA en el ambiente colónico en la EII y en condiciones saludables, que Azuldifine^® (estrategia de profármaco; p < 0.0001). Cabe recalcar que en la CU, la cantidad de 5-ASA administrada al colon es fundamental para el éxito terapéutico.

Impacto de Octasa^®1600 mg y Azulfidine^® 500 mg en el metabolismo del microbioma del colon

Las concentraciones de lactato fueron generalmente muy bajas hasta las 24 h, de modo que la microbiota colónica contribuyó en la generación de lactato. Las concentraciones de lactato en las simulaciones con Octasa^® en la EII fueron significativamente más altas que las de las simulaciones de Octasa® en condiciones saludables (p ≤ 0.0002), un fenómeno esperado ya que la acumulación de lactato se asocia con la EII y se correlaciona positivamente con la gravedad de la enfermedad.

Ácidos grasos de cadena corta y ácidos grasos de cadena corta ramificada

Las concentraciones de acetato y butirato fueron significativamente mayores después de 24 h de tratamiento con Octasa^®, en comparación con las tabletas de Azulfidine^® (p < 0.0001). Azulfidine^® aumentó más las concentraciones de propionato en las simulaciones saludables, respecto de Octasa^® (p < 0.0001). No se observaron diferencias significativas entre las concentraciones de ácidos grasos de cadena corta ramificada; los resultados son interesantes, ya que resaltan la sensibilidad de la microbiota del colon en estado saludable a la dosificación y la variación del pH gastrointestinal.

En el estado de EII, las tabletas de Octasa^® alcanzaron concentraciones de acetato más altas y concentraciones de propionato más altas que las tabletas de Azulfidine^® a las 24 h (p < 0.0001). Las tabletas de Azulfidine^® generaron concentraciones más altas de butirato que las tabletas de Octasa^®, a las 24 horas, en 1 de 3 donantes con EII (p = 0.0096). Los ácidos grasos de cadena corta generados por las bacterias del colon se consideran saludables.

En un modelo de rata macho con EII, la sulfasalazina altera la composición del microbioma fecal, con reducción de la abundancia relativa de Proteobacterias (Pseudomonadota) y Bacteroidetes (Bacteroidota), y con aumento de la abundancia relativa de Firmicutes (Bacillota) en comparación con una especie no tratada.

Impacto del 5-ASA y la sulfasalazina en el crecimiento microbiano intestinal

Las tabletas de Octasa^® y Azulfidine^® impactaron de manera diferente en las concentraciones de ácidos grasos de cadena corta en las simulaciones de SHIME^®. Ambos fármacos ejercieron efectos antimicrobianos, ya que la densidad celular de los cultivos de microbiota expuestos a los medicamentos fue significativamente menor que la de los que no fueron tratados. No obstante, el impacto antimicrobiano de 5-ASA fue significativamente mayor que el de la sulfasalazina.

Conclusiones

El tratamiento exitoso de la CU depende en gran medida de varios parámetros, incluido el régimen de dosificación y la liberación del principio activo en el colon. En este estudio se compararon dos estrategias para liberación de mesalazina (ácido 5-aminosalicílico, 5-ASA) en el colon en un modelo in vitro avanzado del tracto gastrointestinal humano, el sistema SHIME^®. Se comparó la estrategia de profármaco que utiliza la liberación de fármaco mediada por bacterias (sulfasalazina, Azulfidine^®) y la estrategia de formulación que utiliza el pH y la liberación mediada por bacterias (5-ASA, Octasa^® 1600 mg). Se realizaron experimentos SHIME® simulando tanto la fisiología gastrointestinal como la microbiota colónica en condiciones sanas y de EII, para estudiar el impacto del estado de la enfermedad y la variabilidad del pH en íleon en la administración de 5-ASA colónico. Tanto el uso de profármaco como de formulación se asoció con un porcentaje similar de recuperación de 5-ASA en condiciones saludables. Por el contrario, durante los experimentos que simularon la fisiología gastrointestinal y el microbioma de pacientes con EII, el uso de Octasa^® se asoció con una mayor proporción de liberación de 5-ASA a la región del colon, en comparación con el profármaco. Los dos productos tuvieron efectos distintos en la síntesis de metabolitos bacterianos, como lactato y ácidos grasos de cadena corta, que variaron según el estado de la enfermedad y la variabilidad del pH en el íleon. Además, tanto el 5-ASA como la sulfasalazina redujeron significativamente el crecimiento de la microbiota fecal. Los hallazgos confirman que el abordaje seleccionado para la administración de medicamentos en el colon podría influir significativamente en la eficacia del tratamiento de la CU.