ФАРМАКОКІНЕТИКА DMPK ФАРМАКОДИНАМІКА ВИВЧАЄ ЗАГАЛЬНІ МЕХАНІЗМИ БІОЛОГІЧНОЇ

ФАРМАКОКІНЕТИКА (DMPK)

ФАРМАКОДИНАМІКА ВИВЧАЄ ЗАГАЛЬНІ МЕХАНІЗМИ БІОЛОГІЧНОЇ ДІЇ ЛІКАРСЬКИХ ЗАСОБІВ ( «ЯК ПРЕПАРАТ ДІЄ НА ОРГАНІЗМ» ) ФАРМАКОКІНЕТИКА ДОСЛІДЖУЄ ВСМОКТУВАННЯ, РОЗПОДІЛ, МЕТАБОЛІЗМ ТА ВИВЕДЕННЯ ЛІКАРСЬКИХ ЗАСОБІВ В ОРГАНІЗМІ (ADME) ( «ЯК ОРГАНІЗМ ДІЄ НА ПРЕПАРАТ» ) 2

ОПТИМІЗАЦІЯ ХІТА/ЛІДА $$$ Chemical feasibility Patentability 3

Absorption Distribution Metabolism Excretion (ADME) Абсорбція: процес переміщення л/з від місця введення до кровеносної системи Розподіл: оборотній перенос л/з від і до кровеносної системи Метаболізм: будь-яка хімічна модифікація л/з живим організмом, зазвичай з метою підвищення водорозчинності, а отже, виділення Виведення (елімінування) : незворотній перенос л/з із кровеносної системи Absorption BLOOD Elimination Distribution TISSUES 4

Абсорбція РОТОВА ПОРОЖНИНА Ворітна (портальна) вена p. H ~1 Відносна площа ~1 p. H ~ 7 Відносна площа ~ 600 ШЛУНОК Печінка КРОВ КИШЕЧНИК Стінки ШКТ Метаболізм 5

Абсорбція Фактори, що впливають на абсорбцію: - Розчинність - Стабільність до кислоти - Проникність (permeability) - Здатність до метаболізму першого проходження (first pass metabolism) - Здатність до відтоку за участі транспортерів (efflux transporters) 6

Механізми абсорбції l Трансклітинна абсорбція – – – l Main route for most oral drugs Drug must be in solution at cell surface p. Ka important - drug must be unionised Lipophilicity important - ideal log D 1 -4 H-bonds - solvation shell needs dispersing Lipinski’s ‘Rule of 5’ Позаклітинна абсорбція – Drug passes through gaps between cells – Inefficient – pores have << surface area than cellular surface – Restricted to low MW hydrophilic molecules l Активний транспорт – Drugs carried through membrane by a transporter – requires energy – Many transporters exist for nutrient molecules, eg glucose, amino acids – SAR specific – few drugs absorbed by this route Phosphatidylserine 7

Транспортери відтоку (efflux) A number of efflux transporters act as a barrier to prevent entry of toxic compounds into the body P-gp (P-glycoprotein) is the most well characterised transporter ATP dependent efflux pump with broad substrate specificity. P-gp found in high levels at apical surface of enterocytes. CYP 3 A 4 (metabolising enzyme) also expressed - can reduce absorption through efflux/metabolism. Co-administration of compounds which inhibit P-gp can lead to increased bioavailability of drugs ATP Verapamil Ca channel blocker P-gp substrate Erythromycin Macrolide antibiotic P-gp substrate/inhibitor Ketoconazole Antifungal P-gp Inhibitor 8

Розподіл: оборотній перенос л/з від і до кровеносної системи Absorption BLOOD Distribution TISSUES Фактори, що впливають на розподіл: p. Ka ліпофільність зв’язування з протеїнами плазми p. H тканин дещо нижче p. H плазми, тому основні сполуки розподіляються у тканини легше ніж кислотні. 9

Зв’язування з протеїнами плазми (PPB) Rapid Drug Free Drug Protein Equilibrium Bound Кислоти – альбумін, основи – альфа-1 -кислий глікопротеїн (орозомукоїд) 0 -50% зв’язано = можна знехтувати 50 -90% 90 -99% >99% = середнє = високе = дуже високе Для основ і нейтральних сполук PPB пропорційне log. D. Для кислот характерні підвищені значення PPB. 10

Виведення (Елімінування) Absorption BLOOD Distribution TISSUES Elimination Виведення (елімінування) : незворотній перенос л/з із кровеносної системи Основні шляхи виведення: Метаболізм Ренальне виділення Біліарне виділення. Також через легені, потовиділення 11

Виведення (Елімінування) 12

Ренальне виведення: нефрон 13

Ренальне виведення Nephron Blood Urine 1. Всі незв’язані сполуки з плазми Фільтруються в клубочку. Тільки дуже полярні сполуки проходять, (log D < 0). 2. Деякі сполуки транспортуються активно через проксимальний каналець. 3. Неіонізовані сполуки можуть пасивно абсорбуватися назад із сечі у кров по всій довжині нефрону (тому сумарне виведення може бути відсутнім) 4. Л/з, зв’язані з протеїнами плазми, не виводяться. 14

Біліарне виведення Л/з чи його метаболіти може бути виведений у жовч (bile) у печінці. Печінка Жовчний міхур ЕГЦ Це відбувається за рахунок транспортерів у мембранах гепатоцитів (клітин печінки), які регулюють зв’язування (uptake) та відтік (efflux) речовин у жовч. Такий спосіб виведення більш поширений у мишах, ніж у людях та собаках. Жовч збирається у жовчному міхурі і потім потрапляє у кишечник із прийомом їжі. Іноді л/з може бути знову реабсорбований із жовчі – ентерогепатична рециркуляція. Кишечник Ворітна вена *Ентерогепатична циркуляція 15

Типовий вигляд залежності концентрації л/з у плазмі від часу Plasma conc Toxic MTC Therapeutic Cssmax Cssmin Duration MEC Ineffective Time Розуміння фармакокінетики сполуки дає можливість передбачати правильні дози для створення безпечних але дієвих терапевтичних концентрацій л/з MTC – Максимально допустима концентрація MEC – Мінімально ефективна концентрація Css – Стаціонарна концентрація 16

Кількісна характеристика DMPK Абсорбція Розподіл Виведення Permeability Efflux Aqueous Renal Metabolic Biliary solubility excretion stability excretion Fabs Protein Tissue binding Cl %F Fraction absorbed Bioavailability СКІЛЬКИ (ДОЗА)? Clearance VD t 1/2 Distribution volume Half-life time ЯК ЧАСТО? 17

Біодоступність Оральна біодоступність (F%) – частина початкової дози, що досягає системи кровообігу при пероральному введенні. intravenous Plasma conc F = AUC after an oral dose AUC after an equivalent intravenous dose oral Time Absorption phase Elimination phase Foral = Fabs * FG* FH де Fabs – абсорбована частка FG – частка, що уникла первинного метаболізму у стінках ШКТ FH – частка, що уникла первинного метаболізму у печінці AUC – area under curve 18

Кліренс (Cl) – характеристика того, як легко сполука елімінується з організму. CI (ml/min) = Швидкість елімінування (ng/min) Концентрація (ng/ml) Об’єм плазми, з якого весь л/з елімінується за одиницю часу. Зв’язок CI з F: Якщо Cl приблизно співпадає з швидкістю кровотоку, то майже весь абсорбований л/з виводиться з першим кровообігом – нульова біодоступність 19

Об’єм розподілу (VD) – теоретичний об’єм , що займала б плазма (кров), якби весь л/з, наявний в організмі (тобто у плазмі та у тканинах) знаходився лише у плазмі у тій же концентрації. Vd (L) = Доза (g) Концентрація (g/L) Характеристика того, наскільки легко л/з розподіляється з плазми у тканини. 20

Час напівжиття (t 1/2) – час, необхідний для зменшення концентрації л/з у плазмі вдвічі (після інтравенозного введення). Якщо діє наближення про кінетику першого порядку (однокамерна фармакокінетична модель): Plasma x conc -k t C = Coe el x ln c = ln co - kelt ln c x x x Time t 1/2 = x - kel = slope x x x Time ln 2 kel = ln 2 * Vd Cl 21

Вимірювання DMPK in vitro • Проникність – PAMPA, Caco-2 • Фізико-хімічні параметри – log D, p. Ka, розчинність • PPB (зв’язування з протеїнами плазми) • «Внутрішній» кліренс – мікросоми, гепатоцити • Інгібування цитохрому P 450 (5 осн. ізозимів) 22

Мембранна проникність: тести in vitro PAMPA (parallel artificial membrane permeability assay) 23

Мембранна проникність: тести in vitro CACO-2 (colorectal adenocarcinoma cells, CArcinoma of COlon) 24

Кліренс: вимірювання in vitro Мікросоми Субклітинна фракція, що одержується центрифугуванням клітин печінки. В основному утворена везикулами з ензимами CYP 450. Проходять реакції першої фази метаболізму. Гепатоцити Виділені цілі клітини печінки. Можуть виконувати реакції обох фаз метаболізму. Результат подається як «внутрішній» кліренс Clint (ul/min/106 cells) 25

Вплив фізико-хімічних параметрів Фармакокінетична стадія Фізична величина Фізико-хімічний параметр Розчинення у рідинах ШКТ Енергія розчинення, ліпофільність, енергія кристалічної гратки Розчинність у буфері, p. Ka Абсорбція з тонкого кишечника Швидкість дифузії, коефіцієнт розподілу до мембрани log. P та log. D, PSA, водневі зв’язки, MW, Rot. B Зв’язування з протеїнами крові Спорідненість до протеїнів крові p. Ka, log. P та log. D Розподіл у тканинах Спорідненість до клітинних мембран p. Ka, log. P та log. D 26

ПРАВИЛА ЛІКАРСЬКОПОДІБНОСТІ (DRUG-LIKENESS) - Правила Ліпінського (правила «п’яти» ) - HBD ≤ 5 - Log. P ≤ 5 - MW ≤ 500 - HBA ≤ 10 - Правила Вебера - TPSA ≤ 140 Å2 - Rot. B ≤ 10 27