OPVK CZ.1.07/2.2.00/28.0184
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
