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Physicochemical characterization and phase II metabolic profiling of echinochrome A, a bioactive constituent from sea urchin, and its physiologically based pharmacokinetic modeling in rats and humans - 29/04/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114589 
Dong-Gyun Han a, 1, Jinsook Kwak a, 1, Eugene Choi a, Seong-Wook Seo a, Elena A. Vasileva b, Natalia P. Mishchenko b, Sergey A. Fedoreyev b, Valentin A. Stonik b, Hyoung Kyu Kim c, Jin Han c, Jong Hyuk Byun d, Il Hyo Jung d, Hwayoung Yun a, , In-Soo Yoon a,
a Department of Manufacturing Pharmacy, College of Pharmacy and Research Institute for Drug Development, Pusan National University, Busan 46241, South Korea 
b G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far-Eastern Branch of the Russian Academy of Science, 100 Let Vladivostoku Prosp., 159, Vladivostok 690022, Russia 
c Department of Physiology, College of Medicine, Cardiovascular and Metabolic Disease Center, Smart Marine Therapeutic Center, Inje University, Busan 47391, South Korea 
d Department of Mathematics, College of Natural Sciences and Finance.Fishery.Manufacture Industrial Mathematics Center on Big Data, Pusan National University, Busan 46241, South Korea 

Correspondence to: Department of Manufacturing Pharmacy, College of Pharmacy and Research Institute for Drug Development, Pusan National University, 2 Busandaehak-ro 63beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, South Korea.Department of Manufacturing Pharmacy, College of Pharmacy and Research Institute for Drug Development, Pusan National University2 Busandaehak-ro 63beon-gil, Geumjeong-guBusan46241South Korea

Abstract

Echinochrome A, a natural naphthoquinone pigment found in sea urchins, is increasingly being investigated for its nutritional and therapeutic value associated with antioxidant, anticancer, antiviral, antidiabetic, and cardioprotective activities. Although several studies have demonstrated the biological effects and therapeutic potential of echinochrome A, little is known regarding its biopharmaceutical behaviors. Here, we aimed to investigate the physicochemical properties and metabolic profiles of echinochrome A and establish a physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) model as a useful tool to support its clinical applications. We found that the lipophilicity, color variability, ultraviolet/visible spectrometry, and stability of echinochrome A were markedly affected by pH conditions. Moreover, metabolic and pharmacokinetic profiling studies demonstrated that echinochrome A is eliminated primarily by hepatic metabolism and that four possible metabolites, i.e., two glucuronidated and two methylated conjugates, are formed in rat and human liver preparations. A whole-body PBPK model incorporating the newly identified hepatic phase II metabolic process was constructed and optimized with respect to chemical-specific parameters. Furthermore, model simulations suggested that echinochrome A could exhibit linear disposition profiles without systemic and local tissue accumulation in clinical settings. Our proposed PBPK model of echinochrome A could be a valuable tool for predicting drug interactions in previously unexplored scenarios and for optimizing dosage regimens and drug formulations.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : AUC, AUClast, CL, CLint,S9, CLint,organ, Km, Vmax, Cmax, fuB, KpT, HLS9, RLS9, QT, SF, Vss, VT, bra, hea, kid, liv, lun, mus, rem, ski, spl

Keywords : Echinochrome A, Physicochemical characterization, Metabolic profiling, Glucuronidation, Methylation, PBPK model


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