OPVK CZ.1.07/2.2.00/2/.0184

Základy ADME a toxického hodnocení

léčiv v preklinickém vývoji

OCH/ADME

LS 2012/2013

Mechanismy exkrece léčiv, faktory

ovlivňující exkreci

PharmDr. Lucie Stejskalová, Ph.D.

Mgr. Alice Rulcová

20.3.2013

EXKRECE

• ireverzibilní vyloučení léčiva (metabolitu) z organismu

• Hlavní exkreční mechanismy: renální exkrece, biliární exkrece, exkrece plícemi

• minoritní formy exkrece: sliny, pot, mateřské mléko

Renální exkrece

• 1) Glomerulární filtrace

• 2) Pasivní zpětná difúze

• 3) Aktivní tubulární sekrece

• 4) Aktivní tubulární reabsorpce

Glomerulární filtrace

• tvorba tzv. primární moči v glomerulech ledviny, má podobné složení jako krevní plasma, odráží funkci ledvin

• exkrece možná u léčiv s MW < 20 000, tj. u frakce nevázané na plazmatické bílkoviny

• průnik do primární moče přes glomerulární kapiláry vybavené póry

Glomerulární kapilární membrána

• 3 vrstvy – fenestrovaný endotel

– bazální membrána

– epitel

• selektivní filtrace – náboj

– velikost, 3D konformace

• filtrabilita

• při zánětu membrána propustnější

Pasivní zpětná difúze

• převážně v distálním tubulu, kdy je po absorpci vody léčivo „koncentrované“

• koncentrační gradient

• závisí na pKa látky a pH moči.

• pH moči = 4,5 - 8 (strava, léky, patofyziologie)

• možnost ovlivnění exkrece farmak podáním bikarbonátu (↑ pH) nebo chloridu amonného (↓pH)

Pasivní zpětná difúze

• Léčiva – slabé kyseliny (např. metotrexát, aspirin) jsou rychleji vylučována, je-li pH moči vyšší (alkalická moč), protože jsou v moči ionizovaná (disociace protonu), mají záporný náboj a nereabsorbují se z primární moči.

• Léčiva – slabé zásady mají v kyselejší moči kladný náboj (léčivo je protonováno), nereabsorbují se z primární moči a jejich vylučování je okyselením moči urychleno

Aktivní sekrece

• proximální tubuly

• transportéry - potřeba energie pro přenos - proti koncentračnímu gradientu (možnost saturace, kompetice)

• dva aktivní sekreční systémy: – pro organické anionty (kyseliny)

– pro organické kationty (báze)

• lokalizace na basolaterální buněčné membráně.

• léčiva vázaná na plazmatické bílkoviny mohou být aktivně secernovaná

Aktivní reabsorpce

• lokalizace na apikální buněčné membráně

• pro endogenní molekuly (glukóza,aminokyseliny)

• některé látky mohou být aktivně secernovány i reabsorbovány (kys.močová)

Faktory ovlivňující renální exkreci

• fyzikálně-chemické vlastnosti farmaka

• pH tubulární tekutiny

• distribuční objem

• rychlost glomerulární filtrace

• vazebnost na plasmatické bílkoviny

• stupeň zpětné difúze

• přítomnost přenašečů pro aktivní tubulární sekreci a reabsorpci

• lékové interakce

• nemoci ledvin

• biologické faktory

Biliární exkrece

• žluč: hepatocyty • léčiva: játra → žluč → střevo → stolice • vylučovaná látka prostupuje dvěma membránami

hepatocytu: pólem krevním a žlučovým (lipoidní membrány s velkým počtem pórů

• volná difúze • aktivní transport • cesta přerušena štěpením glukuronidů → následně

reabsorpce (enterohepatální cirkulace)

Hepatocyt

Exkrece plícemi

• exkrece všech prchavých látek (bez ohledu na způsob podání)

• touto cestou se vylučují především těkavé kapaliny a plyny, tj. inhalační narkotika

• způsob exkrece – převládá pasivní difúze (nejsou přítomny specifické transportní mechanismy)

• rychlost exkrece závisí:

– rychlosti expirace

– rozdělovacím koeficientu vzduch/krev

– prokrvení plic (srdeční výdej)

Minoritní forma exkrece • způsobují spíš problémy ve formě vedlejších účinků

• Sliny a pot: lipofilní neionizovaná léčiva (difúze) > dermatitidy, kopřivky u exkrece léčiv kůží, „drug taste“ i po i.v. podání

• Mateřské mléko: exkrece závisí na fyz.-chem. vlastnostech, způsob prostupu spočívá u řady látek volnou difúzí, další způsob prostupu látek je aktivní transport (takto procházejí molekuly látek rozpustných ve vodě), pH = 6,5 > kumulace bazí

• Omezená biotransformační kapacita plodu – nebezpečí, v období laktace užívat léky bezprostředně po kojení.

Přehled některých látek snadno

prostupujících do mléka a jejich

účinků na dítě Léčivo Účinek u novorozence

Antihistaminika Sedativní (+ křeče)

Narkotika Hypnotický

Perorální antidiabetika Hypoglykémie

Antitumorózní látky Útlum kostní dřeně

Antibiotika - penicilin

- erytromycin

Nebezpečí bakteriální rezistence

- streptomycin Postižení sluchového aparátu

Sulfonamidy Ikterus, hemolytická anémie

Morfin Útlum dechového centra

Antithyreoidální látky Útlum kostní dřeně

Studium exkrece

• In vivo studie na zvířatech

– Renální exkrece in vivo

– Biliární exkrece in vivo

– Renální exkrece in situ, ex vivo

• Buněčné modely exkrece in vitro

– Primární kultury

– Buněčné kultury, transfekované buněčné linie

– Membránový vezikulární transportní systém

In vivo studie exkrece

• Exkrece – komplexní děj; pasivní, aktivní transport

• Renální exkrece – určení renální clearance – analýza z moči

• Renální clearance u člověka lze dobře predikovat z hodnot zjištěných u zvířat – hlavně pasivní glomerulární filtrace

In vivo studie exkrece

• Biliární exkrece – kanylovaný žlučovod – kontinuální odběr žluči po podání testované látky → výpočet biliární exkrece

In situ renální exkrece

• Perfundovaná izolovaná ledvina – studium specifických aspektů renální exkrece, studium efektu látky na různé renální funkce

• Možnost studia renálního metabolismu a toxicity

• Ledvinné řezy – studium

renální clearance

http://radiology.rsna.org/content/213/1/258/F1.expansion.html

Buněčné modely exkrece

• Transfekované buněčné linie – exprese specifického transportéru – určení, zda se transportér podílí na exkreci

• Primární kultury – transportéry důležité pro biliární a renální exkreci – Exprimují všechny transportéry, lépe reprezentují in

vivo situaci X limitovaná viabilita a dostupnost

• Sendvičové kultivace hepatocytů – studium biliární exkrece – tvorba žlučových kanálků, uptake a efluxní transportéry

Přenašeče (transportéry) xenobiotik

Transportéry

• Proteiny lokalizované v membráně → přenos látek přes lipidovou dvojvrstvu

• Substráty – eobiotické (látky organismu vlastní)

• Xenobiotika (cizorodé látky) → drug transporters – lékové transportéry

• Transportéry – uptake – importuje substrát do buňky,

- efluxní – vypuzuje substrát z buňky

• Lokalizace – apikální (luminální), bazolaterální (do krve)

• Výskyt – hepatocyty, ledviny, střevo

Transportéry - historie

• 1976 – P-glykoprotein

• Rezistence buněk vůči cytostatikům – multidrug resistence phenomenon - MDR

Transportéry - přehled

Rodina ABC transportérů

MDR1/P-gp Mutidrug resistant gene/P-glycoprotein ABCB1

MRP1 Multidrug resistance associated protein 1-4 ABCC1-4

BCRP Breast cancer resistance protein ABCG2

Rodina přenašečů hydrofilních látek (solute carrier family, SLC)

PEPT1 Oligopeptide transporter 1 SLC15A1

OATP1A2 Organic anion transporting polypeptide A SLC21A3

OCT1 Organic cation transporter 1-3 SLC22A1-3

OAT1 Organic anion transporter 1-4 SLC22A6-9

Transportéry

• Hepatocyty – basolaterální membrána – uptake – vstup

látek do hepatocytů - OATP1B1 (statiny), OAT2B1

- Apikální membrána – efflux – eliminace léčiv do žluče – MRP2, P-gp, BCRP

• Střevo – PEPT1 – antibiotika, cytostatika, antivirotika

– P-gp, BCRP – snižují biodostupnost substrátů

• Ledviny – tubulární sekrece a reabsorpce - MRP, P-gp – sekrece látek do moči

Transportéry

• Hematoencefalická bariéra – P-gp, BCRP – zamezují vstupu xenobiotik do endoteliálních buněk – snižují expozici CNS cizorodým látkám

• Placentární bariéra – lidský trofoblast - přes 20 transportérů, které se podílí na transplacentárním přechodu xenobiotik mezi matkou a plodem

• Apikální strana syncytiotrofoblastu omývaná mateřskou krví - ↑↑ hladiny P-gp a BCRP v těle

P-glykoprotein

• Nejdůležitější efluxní transportér podálející se na farmakokinetice léčiv

• Protein P-gp – kanál v dvojvrstvě lipidové membrány – transportované substráty z cytoplasmy do extracelulární tekutiny

• Apikální membrána – hepatocyt, renální tubuly, kartáčový lem enterocytů, placentární syncitiotrofoblast

• Několik stovek exogenních substrátů

Děkuji za pozornost