SEMMELWEIS EGYETEM GYÓGYSZERTUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA Doktori (Ph.D.) tézisek SAVÉRZÉKENY HATÓANYAGOK KIOLDÓDÁSÁT BEFOLYÁSOLÓ ÉTELINTERAKCIÓ MODELLEZÉSE DR. AL-BEHAISI SAMAR Témavezető: Dr.Antal István, Ph.D. Semelweis Egyetem Gyógyszerészeti Intézet Budapest, 2002
DR. AL-BEHAISI SAMAR SAVÉRZÉKENY HATÓANYAGOK KIOLDÓDÁSÁT BEFOLYÁSOLÓ ÉTELINTERAKCIÓ MODELLEZÉSE Ph.D. értekezés Összefoglaló Egy adott gyógyszerkészítmény in vitro kioldódási profilja és in vivo farmakokinetikája közötti korrelációt (IVIVC) számos kioldódási közeg alkalmazásával sikerülhet elérni. Olyan általánosan alkalmazható szabványos eljárást, amely a kioldódásnak és az abszorpciónak az előrejelzésére alkalmas, az eddigi irodalomban még nem ismert. Nyilvánvaló az igény olyan kioldódás vizsgálati módszerekre, amelyek megfelelő mértékben képesek előrejelezni a hatóanyagok biológiai hatékonyságát. Alapvetően, egy in vivo kioldódási modellnek szimulálnia kell a biológiai rendszerben lévő nedveket, figyelembe véve a kioldódás kezdetét (pl. a gyomor, ill. a vékonybél), és a fiziko-kémiai eltéréseket egy adott rendszerben (pl. éhgyomri ill. étkezés utáni állapot). A kioldódási vizsgálatok megtervezéséhez jelentős segítséget nyújt a Biofarmáciai Osztályozási Rendszer. Alapelvei lehetőséget adnak a kioldódás vizsgálati körülményeinek új szempontok alapján történő megközelítéséhez, figyelembevéve az in vitro modell felállításához nélkülözhetetlen biofarmáciai vonatkozásokat. Ezeken belül, egy speciális gyógyszercsoport létezik, azaz a sav-érzékeny hatóanyagok (pl. digoxin, omeprazol és az EGIS által fejlesztett új molekula, a deramciclan). Jelentős ételinterakciót észleltek a korábban végzett humán vizsgálatok során, amelyet markáns plazmaszint növekedést jelentett az úgy nevezett zsír-dús reggeli bevétele után. Az in vitro kioldódás tervezése az in vivo vizsgálatban alkalmazott étel komponensek figyelembevételével történt, különös tekintettel az arányokra. Az önmagában újdonságnak számít, mivel hasonló modellezést még nem írtak le. Továbbá, az analitikai módszer kifejlesztésére is szükség volt a magas zsírtartalmú minták esetében. Az in vitro kioldódási profil alapján kiszámolt görbe-alatti terület (AUC) értékek között és a korábbi humán vizsgálatok során szerzett eredmények között sikerült összefüggést találni. Eredményeink arra utalnak, hogy az IVIVC alkalmazása számos hasznos adatot szolgáltathat bizonyos gyógyszerek fizikai-kémiai tulajdonságai tisztázásában és annak emberi szervezetben való viselkedésének vonatkozásaiban. Ez utóbbi rendkívűl hasznos, ha étkezés utáni állapotra vonatkozik. Egyszerű, validált módszert sikerült alkalmazni, amely hasznosnak mutatkozhat egyéb készítmények esetében is. Következésképpen a bioreleváns modellezés nem csak az IVIVC vizsgálatokban bizonyult hasznosnak, hanem segít az in vitro ételinterakciós modellek megalapozásában, amely egy új vizsgálati irányt biztosíthat. 1
Bevezetés és célkitűzések A táplálkozás különböző mechanizmusokon keresztül befolyásolhatja a gyógyszerek farmakokinetikai viselkedését, ezáltal számos gyógyszerkészítmény esetében a klinikai felhasználás szempontjából is jelentős ételinterakció léphet fel. Ez a hatóanyag farmakokinetikájának alapos megismeréséhez elengedhetetlenül szükséges az étkezés utáni bevételt követően, különösen a savban instabil gyógyszervegyületek biológiai hasznosíthatóságának vizsgálata esetében. Egy adott gyógyszerkészítmény in vitro kioldódási profilja és in vivo farmakokinetikája közötti korrelációt (IVIVC) számos kioldódási közeg alkalmazásával sikerülhet elérni. Olyan általánosan alkalmazható szabványos eljárást, amely a kioldódásnak és az abszorpciónak az előrejelzésére alkalmas, az eddigi irodalomban még nem ismert. Nyilvánvaló az igény olyan kioldódás vizsgálati módszerekre, amelyek megfelelő mértékben képesek előrejelezni a hatóanyagok biológiai hatékonyságát. Alapvetően, egy in vivo kioldódási modellnek szimulálnia kell a biológiai rendszerben lévő nedveket, figyelembe véve a kioldódás kezdetét (pl. a gyomor, ill. a vékonybél), és a fiziko-kémiai eltéréseket egy adott rendszerben (pl. éhgyomri ill. étkezés utáni állapot). A kioldódási vizsgálatok megtervezéséhez jelentős segítséget nyújt a Biofarmáciai Osztályozási Rendszer. Alapelvei lehetőséget adnak a kioldódás vizsgálati körülményeinek új szempontok alapján történő megközelítéséhez, figyelembevéve az in vitro modell felállításához nélkülözhetetlen biofarmáciai vonatkozásokat. Ezeken belül, egy speciális gyógyszercsoport létezik, azaz a sav-érzékeny hatóanyagok (pl. digoxin, omeprazol és az EGIS által fejlesztett új molekula, a deramciclan). Jelentős ételinterakciót észleltek a korábban végzett humán vizsgálatok során, amelyet markáns plazmaszint növekedést jelentett az úgy nevezett zsír-dús reggeli bevétele után. Kutatómunkám célja volt az egészségügyi hatóságok klinikai vizsgálati irányelveinek megfelelő táplálék összetevők (szénhidrát, zsír, fehérje) savtompító képességének tanulmányozása és az egyes komponensek összehasonlítása in vitro; egyes tálálék összetevők vizsgálata az in vitro kioldódás vizsgálatok kioldóközege számára; a kidolgozott kioldóközeg alkalmazhatóságának értékelése az ételinterakció in vitro tanulmányozhatóságára; savérzékeny hatóanyagot tartalmazó orális gyógyszerkészítmény kioldódásának vizsgálata az éhgyomri és étkezés utáni bevételt szimuláló feltételekkel; in vitro-in vivo korreláció correlation (IVIVC) felállítása az in vitro mért kioldódási profil és az in vivo biohasznosíthatóság vizsgálat során kapott vérszint adatok között. 2
Kutatási módszerek In vitro savkötőképesség vizsgálata A gyomor körülményeinek szimulálására a szabványos gyógyszerkönyvi kioldódás vizsgálati módszert alkalmaztuk. A táplálék összetevőket (laktóz, glukóz, fruktóz, tejpor, zselatin, olajemulzió, stb.) 500 ml desztillált vízben oszlattuk el, majd 5 percen át 100 r.p.m. fordulatszámon kevertettük. A 37,0 0,5 C hőmérsékleten temperált elegyet 1 mólos sósavval titráltuk a ph folyamatos regisztrálásával (OP-550S ph-méter, Radelkis, Budapest). A sósavat 2 ml-es részletekben adagoltuk, elegendő időt hagyva 10 másodpercen át állandó ph-érték elérésére. A méréséseket 6 párhuzamossal végeztük. In vitro kioldódás vizsgálata A savérzékeny hatóanyagot (deramciclane) tartalmazó filmbevonatú tabletták hatóanyag kildódását a gyógyszerkörnyvben hivatalos forgólapátos kioldódásvizsgáló készülékben Pharmatest PTWSII, Pharma Test GmbH, Hainburg, Germany) végeztük. Az éhgyomri állapot szimulálására ph=1,2 mesterséges gyomornedvet alkalmaztunk. A táplálék összetevőket (tejpor, zselatin, olajemulzió) 500 ml desztillált vízben oszlattuk el, majd 5 percen át 100 r.p.m. fordulatszámon kevertettük 37,0 0,5 C hőmérsékleten temperálva. A kioldóközeg hatóanyagtartalmát folyadék-folyadék extrakcióval, gázkromatográfiás módszerrel (GC-NPD, HP 7673 autosampler, HP 5890, Hewlett-Packard, Palo Alto, USA) határoztuk meg. In vitro- in vivo korreláció A kioldódás vizsgálatok eredményeit 18 egészséges önkéntesen randomizált, nyitott, keresztezett, egyszeri adagolású ételinterakciós vizsgálattal kapott farmakokinetikai adatokkal hasonlítottuk össze. Eredmények és megbeszélés A. Savtompító képesség Kémiai tulajdonságaikból eredően, a szénhidrátok (keményítő, szacharóz,) és a zsír (olajemulzió) nem mutattak számottevő savtompító hatást. Ugyanakkor a fehérje-tartalmú táplálék komponensek (tejpor, zselatin) eltérő, de jelentős mértékben voltak képesek a sósav ph csökkentő hatását tompítani. 3
Kémiai tulajdonságaikból eredően, a szénhidrátok (keményítő, szacharóz, glükóz, fruktóz, laktóz) és a zsír (olajemulzió) nem rendelkeznek számottevő savtompító hatással. Ugyanakkor a fehérje-tartalmú táplálék komponensek (pl. tejpor, zselatin) pufferkapacitása jelentős mértéket mutatott a standard étrendnek megfelelő szokásos mennyiség alkalmazása esetén is (koncentráció-függő hatás). A mérési eredményekből számított pufferkapacitás értékeket elemezve kitűnik, hogy a savtompító hatás révén csak a fehérje tartalmú komponensek képesek a gyomor ph megváltoztatására, a ph kb. 5-6 értékre történő emelésével illetve a magasabb ph-érték fenntartásával. A zselatin és tejpor különböző phértéken mért pufferkapacitásában különbség mutatkozott, zselatin esetében a ph 4-ről 3-ra történő csökkentéséhez nagyobb mennyiségű sósav szükséges a tejporhoz képest. Szembetűnő, hogy a tejpor esetében a semlegeshez közeli ph tartományban is tapasztalható volt a savtompító hatás, a ph 7-ről 6-ra történő csökkentéséhez szignifikáns mennyiségű sósavra volt szükség. A teljes és sovány tejpor savtompító hatását vizsgálva megállapítható, hogy a ph=4-5 illetve ph=2-3 közötti tartományban kis mértékű de mégis szignifikáns különbség látható, és a zsírszegény tejpor pufferkapacitása magasabb. B. Deramciclane farmakokinetikájának klinikai vizsgálata A deramciclane plazmakoncentrációja megnövekedett étkezés utáni bevételt követően. A kísérletes adatok szerint a hatóanyag AUC 0- értéke 32.8 %-kal növekedett, miközben a csúcskoncentráció (C max ) 27.3 %-kal volt magasabb az éhgyomri adagolás értékeivel összehasonlítva. C. Deramciclan in vitro kioldódásának modellezése szimulált éhgyomri és étkezés utáni állapotban Savérzékeny hatóanyag kioldódásása során jól megfigyelhető a táplálékösszevők jelenlétének hatása a szimulált étkezés utáni állapotban (8. ábra). A hatóanyag bomlása szimulált éhgyomri körülmények között (ph=1,2) jelentősnek mutatkozott, de a ph emelésével vagy ételkomponensek jelenlétével a bomlás gátolható volt. Bár az olajnak nincs savtompító hatása, a hatóanyag bomlását jelentős mértékben késleltette. Az in vivo vizsgálatoknál mért éhgyomri és étkezés utáni vérszintgörbe alatti területek aránya jó korrelációba volt hozható a megfelelő időben in vitro mért kioldódási görbék (szimulált éhgyomri és étkezés utáni) adataival. D. In vitro in vivo korreláció Az in vivo vizsgálatoknál mért éhgyomri és étkezés utáni kumulatív vérszintgörbe alatti területek aránya jó korrelációba hozható az in vitro mért kioldódási görbék (szimulált éhgyomri és étkezés utáni) görbealatti területeinek értékeivel. 4
Következtetések Az egészségügyi hatóságok különféle irányelveikben kiemelten hangsúlyozzák a standardizált zsírdús étkezés fontosságát a gyógyszer-ételinterakció predikciójában. Bár az in vitro eredményeink szerint a fehérje komponensek savtompító képessége a meghatározó, azonban a hatóságok klinikai vizsgálatokra vonatkozó előírásaival összhangban jól kimutatható a táplálék zsírkomponensek in vitro kölcsönhatása a savérzékeny gyógyszerhatóanyaggal. Ezáltal a zsír védelmi szerepe in vitro körülmények között is bizonyítható a savérzékeny hatóanyag degradációjának gátlásában, ami jelentősen javíthatja a felszívódás mértékét. Az in vivo alkalmazott standard táplálékösszetevők mennyiségének és arányának figyelembe vételével kidolgozott in vitro kioldódási modell eredményei jó korrelációba hozhatók a biológiai hasznosíthatóságot jellemző in vivo adatokkal. Eredményeink alátámasztják a hatóanyag orális felszívódását előrejelezni képes, étkezés utáni bevételt szimuláló kioldódási vizsgálat alkalmazhatóságát. Az in vitro kioldódás tervezése az in vivo vizsgálatban alkalmazott étel komponensek figyelembevételével történt, különös tekintettel az arányokra. Az önmagában újdonságnak számít, mivel hasonló modellezést még nem írtak le. Továbbá, az analitikai módszer kifejlesztésére is szükség volt a magas zsírtartalmú minták esetében. Az in vitro kioldódási profil alapján kiszámolt görbe-alatti terület (AUC) értékek között és a korábbi humán vizsgálatok során szerzett eredmények között sikerült összefüggést találni. Eredményeink arra utalnak, hogy az IVIVC alkalmazása számos hasznos adatot szolgáltathat bizonyos gyógyszerek fizikai-kémiai tulajdonságai tisztázásában és annak emberi szervezetben való viselkedésének vonatkozásaiban. Ez utóbbi rendkívűl hasznos, ha étkezés utáni állapotra vonatkozik. Egyszerű, validált módszert sikerült alkalmazni, amely hasznosnak mutatkozhat egyéb készítmények esetében is. Következésképpen a bioreleváns modellezés nem csak az IVIVC vizsgálatokban bizonyult hasznosnak, hanem segít az in vitro ételinterakciós modellek megalapozásában, amely egy új vizsgálati irányt biztosíthat. 5
Köszönetnyílvánítás A disszertációm alapjául szolgáló munkát két helyen, a Semmelweis Egyetem Gyógyszerészeti Intézetében és az EGIS Gyógyszergyár Rt. Farmakokinetikai Kutató Laboratóriumában végeztük. Hálás köszönetemet fejezem ki Prof. Dr. Orbán Istvánnak, az EGIS Rt. vezérigazgatójának, Prof. Dr. Blaskó Gábor kutatási igazgatónak, Prof. Dr. Rácz Istvánnak, a PH.D. program vezetőjének, Prof. Dr. Marton Sylviának, az intézet vezetőjének és Prof. Dr. Dávid Ágostonnak értékes tanácsaiért. Ugyancsak végtelen hálával tartozom Prof. Dr. Klebovich Imrének a Farmakokinetikai Kutató Laboratóruim vezetőjének, aki munkacsoportjába bevezetett és lehetővé tette, hogy a team munkájában részt vegyek, valamint Dr. Antal Istvánnak, a Gyógyszerészeti Intézet docensének, aki elősegítette, hogy megszerezzem a munkámhoz szükséges laboratóriumi ismereteket. Témafelvetésük, értő és segítő útmutatásaik tették lehetővé munkám összeállítását. Köszönettel tartozom továbbá Dr. Szentpéteri Imrének, az EGIS Rt. orvostudományi főosztályvezetőjének, és Dr. Drabant Sándornak, csakúgy, mint a Farmakokinetikai Kutató Laboratóruim munkatársainak: Dr. Morovján György, Dr. Szúnyog József, Dr. Balogh Nemes Katalin és Grézal Gyula valamint Deli Edina, Szőke Gabriella és Gál Klára. Köszönöm Pernesné Gabriella, Bicók Gabriella és Posta Csilla (Gyógyszerészeti Intézet) segítségét. Szeretnék továbbá köszönetet mondani az EGIS Rt. összes dolgozójának, akik munkám folytatására buzdítottak, különösen a Külföldi Gyógyszerengedélyezési osztály munkatársainak, ahol az elmúlt hat évben dolgoztam. Külön köszönetemet fejezem ki Dr. Kenéz Máriának, az osztály vezetőjének és összes kollégámnak, lankadatlan támogatásukért. És végül hadd fejezzem ki legmélyebb hálámat családomnak: a szüleimnek és húgaimnak (Safia és Mona), akik Kuvaitban élnek, valamint családom többi tagjának: öcsém Ibrahim és sógornőm Katja (USA), fiatalabbik öcsém Ahmed (Egyiptom), húgom Suha és sógorom Hamed (Szaud Arábia). Az Ő, minden határt áthidaló segítő gondolataik és imáik adtak elég erőt ahhoz, hogy higgyek abban, amit meg tudok csinálni, és azt meg is tudjam valósítani. 6
Az értekezés alapját képező közlemények I. Balogh Nemes, K., Abermann, M., Bojti E., Grézal, Gy., Al-Behaisi, S., Klebovich, I. (2000). Oral, Intraperitoneal and Intravenous Pharmacokinetics of Deramciclane and Its N-desmethyl Metabolite in the Rat. J. Pharm. Pharmacol. 52: 47-51 1.229 II. Al-Behaisi, S., Antal, I., Morovján, Gy., Szúnyog, J., Drabant, S., Marton, S., Klebovich, I. (2002). In vitro Simulation of Food Effect on Dissolution of Deramciclane Film-coated Tablets and Correlation with In vivo Data in Healthy Volunteers. Eur. J. Pharm. Sci. 15: 157-162 1.212 III. Al-Behaisi, S., Antal, I., Morovján, Gy., Marton, S., Klebovich, I. (2002). The Effect of Oil as a Dietary Component on In vitro Dissolution of an Acid-Labile Drug. Die Pharmazie (in press). 0.471 IV. Al-Behaisi, S., Antal, I., Morovján, Gy., Drabant, S., Plachy, J., Marton, S., Klebovich, I. (2002). Studying the Acid Buffering Capacity of Dietary Components Regarding Food-Drug Interaction (in Hungarian). Submitted in January 2002 to Acta Pharm. Hung. V. Drabant, S., Balogh Nemes, K., Horváth, V., Tolokán, A., Grézal, Gy., Anttila, M., Gacs ályi, B., Kanerva, H., Al-Behaisi, S., Horvai, G., Klebovich, I. Influence of Food on the Oral Bioavailability of Deramciclane from Film-Coated Tablets in Healthy Volunteers. Prepared to be submitted to Eur. J. Pharm. Sci. Az értekezéshez kapcsolódó tudományos előadások: I. Al-Behaisi, S., Antal, I., Drabant, S., Plachy, J., Marton, S., Klebovich, I. (2000). In vitro characterisation of dietary components considering acid buffering capacity (in Hungarian). Symposium of Pharmacokinetics and Drug Metabolism. Mátraháza, Hungary. April 28-29, 2000. Abstr. p. 35 II. Al-Behaisi, S., Antal, I., Klebovich, I. (2002). (in Hungarian). Bio-relevant in vitro dissolution Modelling for IVIVC. Symposium of Pharmacokinetics and Drug Metabolism. Mátraháza, Hungary. April 4-6, 2002. Abstr. p. 67 III. Al-Behaisi, S.: In vitro in vivo correlation: a genuine solution or an illusion?, EGIS- Díj az orvos-biológia területén, Budapest, 2001 7