OPVK CZ.1.07/2.2.00/2/.0184

Transkript

1 OPVK CZ.1.07/2.2.00/2/.0184

2 Základy ADME a toxického hodnocení léčiv v preklinickém vývoji OCH/ADME LS 2012/2013

3 Absorpce léčiv, faktory ovlivňující absorpci, optimální fyzikálně-chemické vlastnosti léčiva Mgr. Alice Rulcová

4 Farmakologie interakce léku a organismu Farmakokinetika vliv organismu na lék (osud léčiva v organismu) Vliv dávky, způsob podání, fyziologický stav organismu Farmakodynamika vliv léku na organismus

5 Farmakokinetika Farmakokinetická studie podání fixní dávky léčiva subjektu (zvíře, člověk) v různých časech od podání jsou sbírány vzorky ( obvykle krev/plasma) analýza koncentrací parentní látky a metabolitů matematická analýza Toxikokinetika farmakokinetika aplikovaná na vysoké dávky Toxikologické testování léčiv Někdy může podání takto vysokých dávek mít za následek saturační kinetiku ovlivnění PK profilu

6 Základní farmakokinetické dějě (ADME) Absorpce podaná látka se vstřebá z místa aplikace do krevního oběhu Distribuce látka přestupuje z krevního oběhu k místu účinku Metabolismus chemická přeměna léku vedoucí ke snížení farmakologické aktivity a k usnadnění vylučování Exkrece vyloučení léku z organismu Eliminace M+E

7 Biologická membrána Léčivo musí překonat biologickou membránu Musí se rozpustit v lipofilní vrstvě Proteiny strukturní funkce, receptory, transportéry (hydrofilní léčiva)

8 Vliv pk a a ph na ionizaci léčiva AH H + + A kyselina B + H + BH + zásada AH BH + A B

9 Vliv pk a a ph na ionizaci léčiva Všechna léčiva slabé kyseliny nebo slabé baze ionizace (závisí na prostředí) Kysleliny: AH přes membránu Zásady: B

10 Vliv pk a a ph na ionizaci léčiva Kyselé prostředí: K neion. AH B ion. BH+ nemůže se vstřebat Zásadité prostředí (např. alkalizovaná moč): K ioniz. A- nevstřebá se B neion. B vstřebá se

11 Henderson-Hasselbachova rovnice AH H + + A B + H + BH + kyselina zásada K a = [A ][H + ] [AH] K a = H+ [B] [BH + ] log neionizovaná = pk ionizovaná a ph log neionizovaná ionizovaná = ph - pk a Pokud se pk a léčiva = ph prostředí 50% léčiva bude ionizováno

12 Ionizace aspirinu (pka = 3) ph Neionizovaná frakce (%) Ionizovaná frakce (%) 1 99,9 0, ,0 10,0 3 50,0 50,0 4 9,09 91,9 5 1,00 99,0 6 0,10 99,9

13 ph v organismu Plazma 7,4 Mléko 7,0-7,3 Mozkomíšní mok 7,3 Moč 4-8 Plod 7,3 Trávicí trakt Na lačno Po jídle Žaludek 1,4 2,1 3,0 7,0 Duodenum 5-6 Ileum 3,8-8 tlusté střevo 5 8

14 Vliv ionizace na distribuci léčiv Slabá kyselina HA H + + A pk a = 4,4 neionizovaná ionizovaná plasma žaludeční šťáva Ion trapping [1] [1000] [1001] HA H + + A [1] [0,001] [1,001] HA ph = 7,4 ph = 1,4 membrána H + + A Total [HA] + [A ]

15 Přestup látek přes membrány 1. Pasivní difúze 2. Filtrace, bulk flow 3. Facilitovaná difúze 4. Aktivní transport 5. Transport iontových párů 6. Endocytóza 7. Efluxní transportéry

16 1. Pasivní difúze Nejčastější mechanismus přestupu léčiv přes membrány Hnací silou koncentrační gradient, do ustálení stavu Podmínky: léčivo lipofilní, neionizované Řídí se Fickovým zákonem dm dm dt = P A (c 1 c 2 ) h = změna koncentrace léčiva v čase přestup léčiva dt P = fyz chem. vl. léčiva A = velikost plochy h = tloušťka membrány (c 1 c 2 ) = koncentrační gradient

17 2. Filtrace, bulk flow Filtrace - léčivo proniká přes póry v membráně nebo paracelulárními kanály Závisí na tlakovém gradientu a Mr 100 (skoro žádné léčivo) Bulk flow rychlý průnik látky intracelulárními póry Glomerulární filtrace přestup fenestracemi ledvinného glomerulu

18 3. Facilitovaná difuze Zprostředkovaná přenašečem Nezávisí na dodání energie Přestup léčiva ve směru koncentračního gradientu

19 4. Aktivní transport Zprostředkován přenašečem Dodávka energie ATP Přenos látky proti koncentračnímu gradientu Probíhá v jednom směru Substráty nejčastěji léčiva podobné endogenním látkám

20 6. Endocytóza Velké molekuly (léčivo na polymeru) Vychytávání látek z cirkulace buňkami Využití v řízené distribuci makromolekul Cytostatikum na makromolekule nádorová buňka specifický receptor

21 7. Efluxní transportéry ABC transportéry P-glykoprotein, BCRP Efluxní pumpa vypuzuje lipofilní látky z buňky Chemoterapie rezistence nádorů k léčivům Ovlivnění A, D, E Tenké střevo, mozek, placenta ochrana organismu před účinkem xenobiotik

22 Absorpce fáze farmakokinetiky, kdy dochází k přestupu molekul léčiva z místa podání (např. GIT) do krve (do vena portae)

23 Faktory ovlivňující absorpci Formulace léčiva úprava tablet, injekčních roztoků, prolongované uvolňování, enterosolventní tablety Fyzikálně-chemické vlastnosti léčiva Fyziologické/patologické parametry místa podání velikost a prokrvení absorpční plochy, ph, motolita GITu Fyziologické parametry neměnné, mění se při patologickém stavu

24 Biologická dostupnost F farmakokinetický parametr jaké množství léčiva se dostane do systémové cirkulace v chemicky nezměněné formě 0 F 1

25 Biologická dostupnost AUC Bioavailability = oral 100 AUC injected AUC plocha pod křivkou area under curve množství léčiva, které je systémově dostupné pro organismus v celém čase F frakce 0-1 (0-100%) F=0 AUC oral = 0 neabsorbuje se lokální podání F=1 obě plochy pod křivkou se rovnají, všechno podané léčivo se vstřebá

26 Faktory ovlivňující biologickou dostupnost First-pass efekt efekt prvního průchodu játry látka je částečně metabolizována v játrech před vstupem do systémové cirkulace Rozpustnost léčiva Chemická stabilita

27 Pre-systémová eliminace Biologická dostupnost po perorálním podání: Je snížena - kyselou hydrolýzou v žaludku přítomností efluxních transportérů ve střevní sliznici P-glykoprotein v enterocytech metabolismem ve střevní stěně biotransformační enzymy First-pass efektem

28 Způsoby podání léčiv lokální perorální (p.o.) sublinguální bukální rektální transdermální subkutánní (s.c.) intramuskulární (i.m.) intravenózní (i.v.)

29 Způsoby podání léčiv Lokální podání např. na kůži, sliznici dutiny ústní nebo nosní, do oka (masti, emulze, krémy, zásypy atd.) Enterální podání do trávícího traktu - perorální, bukální, sublinguální, rektální Parenterální podání léčivo podáno jinak než přes trávicí trakt transdermální, inhalační, injekční (i.v, i.m, s.c.)

30 Absorpce po enterálním podání Absorpce z dutiny ústní obchází játra, velmi rychlý nástup účinku Bukální podání -do dutiny ústní- látka se velmi rychle dostává přímo do cévního řečiště - absorbovaná látka obchází játra Sublinguální podání pod jazyk - látka se velmi rychle (2 min.) dostává přímo do cévního řečiště - látka obchází játra, např. nitroglycerin u angíny pectoris pro rychlou úlevu

31 Absorpce po perorálním podání Perorální podání ústy účinek nastupuje do 30 minut -látka podléhá kyselému prostředí žaludku, kde může být degradována - vstřebává se a vena portae se dostává do jater Absorpce ze žaludku kyselé prostředí (ph = 1,4 2,0) Kyselá hydrolýza léčiv enterosolventní přípravky Vychytávání bazických látek z krve (ion trapping)

32 Absorpce po perorálním podání Absorpce z tenkého střeva velká absorpční plocha (200 m 2, velké prokrvení) nejčastěji difuze Absorpce léčiv je snížena: first-pass efektem metabolismem ve střevní stěně přítomností efluxních transportérů Absorpce z tlustého střeva menší absorpční plocha (pouze absorpce léčiv, která nebyla vstřebána v tenkém střevě)

33 Absorpce z rekta Per rectum-rektální podání do konečníku např. čípky - lokální i systémové účinky - vyhne se kyselému prostředí žaludku a enzymům tenkého střeva -látka částečně obchází játra, vyhýbá se first-pass efektu Použití: - léčiva dráždící žaludek - zvracení - bezvědomí

34 Faktory ovlivňující absorpci léčiv z trávicího traktu Vyprazdňování žaludku Intestinální motilita Potrava, Ca 2+ (tvorba komplexů) Lékové formulace Metabolismus Lékové interakce v gastrointestinálním traktu

35 Parenterální podání péčiv Absorpce z plic Absorpce přes kůži Injekční formy aplikace s.c. i.m. i.v.

36 Absorpce léčiv z plic Lokální i systémové podání Inhalace ve formě: - plynů anestetika - Aerosolů antiastmatika, částečky 1um až do alveol část se může vstřebat a vyvolat NÚ na srdce Velká absorpční plocha ( m 2 ) Bohaté prokrvení plíce jsou extrémně zásobovány krví

37 Absorpce léčiv z plic Absorpce většiny léčiv difúzí Tuhé částice - také endocytóza Vliv velikosti inhalovaných částic

38 Absorpce přes kůži Většinou lokální působení masti, krémy Kožní bariéra stratum korneum velmi pomalé vstřebávání i lipofilních látek Necílená absorpce (otrava) organofosfátové insekticidy vysoce lipofilní látky Nikotin, estrogeny

39 Injekční formy aplikace i.m. podání difúze do všech stran, absorpce rychlejší a kompletnější než s.c. podání (většina v tukové tkáni)

40 Injekční formy aplikace + Rychlý nástup účinku + Obchází first-pass efekt - bolestivost, poškození nervů, (mikrobiální kontaminace) i.v. podání hned do krve, nehovoří se o absorpci Špatně absorbovatelná léčiva, dráždící GIT, s velkým first-pass efektem, urgentní stavy

41 Fyzikálně chemické vlastnosti léčiv Lipinského pravidlo pěti: pro p.o. podaná léčiva M r 500 logp (rozdělovací koeficient oktanol/voda) 5 vysoká rozpustnost ve vodě rychlý nástup účinku, rychlá eliminace krátkodobý účinek příliš vysoká lipofilita riziko akumulace v organismu (DDT) ne více než 5 donorů vodíkových vazeb ne více než 10 akceptorů vodíkových vazeb Stupeň ionizace ionizované látky nemohou procházet membránami

42 Fyzikálně chemické vlastnosti léčiv PSA polar surface area ( BAV po p.o.) NRB number of rotable bonds molekulární flexibilita ( BAV po p.o.) důležité faktory pro dobrou biologickou dostupnost Injekčně aplikovaná léčiva - M r, počet donorů a akceptorů vodíkových vazeb, NRB, logp

43 Fyzikálně chemické vlastnosti léčiv Lipofilita souvisí s metabolismem enzymy cytochromu P450 P450 metabolizují více než 50% léčiv P450 mají lipofilní aktivní místa pro molekuly léčiv obecně se clearance léčiv zvyšuje s lipofilitou

44 Chemická stabilita stabilita in vivo a formulace důležitá pro p.o. podaná léčiva s dobrou BAV Ionizovatelná léčiva nebo léčiva obsahující phsenzitivní funkční skupiny důležitá ph stabilita vliv na absorpci (měří se ph-stabilitní profil látky) Hlavní chemické reakce vedoucí k degradaci léčiva v GIT hydrolýza, oxidace, redukce často katalyzovány: ph, enzymy v tenkém střevu, bakteriální florou v tenkém a tlustém střevu

45 Chemická stabilita Léčiva podléhající hydrolýze estery, thioly, amidy, sulfonamidy, imidy, laktamy, laktony, halogenované alifatické uhlovodíky Další stability fotostabilita, hygroskopicita, tepelná stabilita role ve vývoji lékové formy, skladování, balení

46 Disoluce a solubilita Při p.o. podání je schopnost absorpce léčiva závislá na jeho schopnosti rozpustit se v trávicích šťávách během pasáže GITem, kde může být absorbováno Pokud je rychlost rozpouštění limitujícím krokem absorpce jakákoli vlastnost ovlivňující rychlost rozpouštění zásadní vliv na BAV

47 Rychlost rozpouštění Rychlost disoluce je vyjádřena difuzním modelem, rovnicí dle Noyes a Whitney: dc = DA (C dt hv s-c) dc/dt = rychlost rozpouštění látky D = disoluční koeficient h = tloušťka difuzní vrstvy A = plocha látky vystavená disolučnímu médiu v = objem disolučního média C s = saturovaná solubilita látky v disolučním médiu C = koncentrace látky v roztoku v čase t

48 Rychlost rozpouštění rychlosti rozpouštění a BAV látek s omezenou absorpcí v praxi velikost částic léčiva zvětšení povrchu použití nanočástic u léčiv špatně rozpustných ve vodě zmenšení velikosti částic rozpuštění a rychlá precipitace, rozbití velkých částic mletím Vehikulum kosolventy, emulze, cyklodextriny

49 In vivo solubilizace Rozpustnost léčiva může být zvýšena jídlem, produkcí žlučových kyselin žlučové soli a lecitin pomáhají rozpustnost léčiv lipofilních Lipofilní léčiva zjištění rozpustnosti ve fyziologicky relevantním médiu

50 Preclinical tools to predict human ADME behaviour of new drug candidates Animal system Human system In Vivo Animal PK studies of different design and complexity Human exposures to parent drug and metabolites in blood and organs Ex Vivo and In Vitro Animal organs/tissues Animal cells Animal subcellular fraction Animal enzymes Human tissues Human cells Human subcellular fractions Human enzymes In Vitro Nonspecies related In Silico Physiochemical models Chemical models In silico modeling and simulation In silico prediction of ADME parameters

51 Rozpustnost a permeabilita Biopharmaceutics classification system High solubility Low solubility High permeability Class I Class II Low permeability Class III Class IV

52 Pasivní permeabilita Rychlost léčiva procházejícího přes biologickou membránu Kinetický parametr lipofilita Fyzikálně-chemický profil léčiva (lipinského pravidlo 5) Pasivní difúze fickův zákon Paracelulární, transcelulární

53 Metody pro zjištění pasivní permeability In vivo modely porovnáni AUC po p.o. s AUC látky ze vzorku odebraného z portální žíly In situ a Ex vivo modely perfuze roztoku léčiva přes izolovaný intestinální segment (2 konce se kanylují, vytvoří se uzavřená cirkulace roztoku léčiva, absorpce léčiva je zjištěna měřením úbytku léčiva z cirkulujícího roztoku)

54 Metody pro zjištění pasivní permeability Ussing chamber - přestup látky přes intestinální mukózu 2 komůrky, mezi nimi intestinální mukóza fyziologický systém pro studium transportu iontů, nutrientů a léčiv Burgess BL, A phospholipid-apolipoprotein A-I nanoparticle containing amphotericin B as a drug delivery platform with cell membrane protective properties. Int J Pharm, 2010 Sjoberg A et al., Comprehensive study on regional human intestinal permeability and prediction of fraction absorbed of drugs using the Ussing chamber technique. Eur J Pharm Sci, 2013

55 Metody pro zjištění pasivní permeability Inverted gut sac vypreparované tenké střevo se obrátí přes skleněnou tyčinku a rozdělí na segmenty, ponoří se do média s léčivem, měří se akumulace ve vnitřním kompartmentu (viabilita 120 min.) Santos CA, Correlation of two bioadhesion assays: the everted sac technique and the CAHN microbalance. J Control Release, 1999

56 Metody pro zjištění pasivní permeability Buněčné modely hlavní metody pro testování pasivní permeabilty Různé buněčné linie CaCo-2, MDCK, LLVK-1 Imortalizované buněčné linie, na semipermeabilní membráně Adherentní buňky, cell monolayer (tight jinctions)

57 Buněčné kultury

58 Nebuněčné systémy PAMPA artificiální membrána, koreluje s permeabilitou v lidském tenkém střevu

59 Děkuji za pozornost