Absorption + L4 Flashcards
Absorption definition
Aufnahme eines Stoffes in die Blut- oder Lymphbahn (Stofftransport von aussen oder lokal begrenzten (localised) Applikationsorten)
r
Definition der Liberation
→ Freisetzung des Arzneistoffes aus der Applikationsform
Desintegration und Desaggregation in kleinere Partikel (Wirkstoff + Hilfsstoff)
Auflösung des Arzneistoffes
Ausbreitung (dispersion) in der Lösung
Welche 2 Mechanismen des Strofftransportes in regards to cells gibt es?
-parazellulärer (b/w cells) Transport (untergeordnete Rolle, v.a. (mainly) hydrophile Substanzen)
-transzellulärer (through cells) Transport (Membrandurchgang)
Tight junctions
undurchlässige (impermeable) Verbindungen zwischen 2 Zellen → Zusammenhalt
verhindern freien Molekülaustausch, gibt aber Zwischenräume
Parazellulärer transport
limitiert durch tight junctions
mw<200Da
positive ladung
hydrophile
Arten des Stofftransportes durch eine Zellmembran
-Diffusion (frei)
-erleichterte Diffusion/ kein ATP (Kanäle, Carrier)
-aktiver Transport/ ATP (Pumpen/ ABC)
Arzneistofftransporter im Intestinum
erleichternde Aufnahmetransporter → erhöhen Absorption
aktive Effluxtransporter → limitieren Absorption
passive Diffusion
Konzentrationsgradient als treibende Kraft (driving force)
Diffusionsgeschwindigkeit ist proportional zum Konzentrationsgefälle & Membranoberfläche
abhängig von Verteilungskoeffizient P, Diffusionskoeffizient D und der Membrandicke
Lipinski’s Rule of Five: better passive diffusers
logP < 5
Molekulargewicht < 500g/mol
H-Brücken Donoren < 5
H-Brücken Akzeptoren < 10
→ ABER nicht gleich gültig für jede Membran im Organismus
Rate des Arzneistofftransports (passiv)
Permeabilität x Absorptionsfläche x Konzentrationsgefälle
Magen aus physiologischer Sicht
-Nahrungsspeicherung und Zerkleinerung (storage n breakdown)
-Magensaft: Enzyme + Salzsäure (HCl), endokrine Botenstoffe (messengers)
-Säure wird in Belegzellen gebildet
-Magenschleimhaut wird durch dicke Schleimschicht (layer of mucus) und Bicarbonatsektretion vor dem Abbau geschützt
Anforderung (req.) an Arzneistoff im Magen
säurestabil
Absorption (aus magen -> blut) nur wenn ungeladen im Milieu/env. des Magens und in lipidlöslicher Form
Magen als Absorptionsort (Besonderheiten)
-kurze Verweildauer + variable (5 min - 8 h)
-kleine Fläche (100 - 200 cm^2)
-geringe Perfusion (150 mL/ min)
-hoher Unterschied des pH (1.5 Magen vs. 7.4 Blutplasma)
iatrogen
durch ärztliche Maßnahmen verursacht
→ zB Veränderte Wirkstoffaufnahme durch ein anderes Medikament z.b. Remifentanil UAW
Duodenum aus physiologischer Sicht
Ort der Resorption und Stoffaufnahme → spezifische und verschiedene Mechanismen
Pankreassaft: Verdauungsenzyme, Bicarbonatpuffer
Galle: Gallensalze (Metabolite von Cholesterin) bilden mit Cholesterin und Lecithin Mizellen → Aufnahme von hydrophoben Nahrungsbestandteilen
Duodenum aus biopharmazeutischer Sicht
Neutralisierung des pH
Beimengen (addition of) von Enzymen und Gallensäuren
Elimination von Produkten des hepatischen Metabolismus
Oberflächenvergrößerung Dünndarm
Schleimhautfalten → Faktor 3
Dünndarmzotten → Faktor 30
Mikrovilli → Faktor 600
Dünndarm als Absorptionsort
grosse Absorptionsfläche (100-200 m^2)
langsame Passage und gute Durchmischung
dichtes Kapilarnetz (Perfusion 1 L/min)
zahlreiche Systeme zur Absorption
pH 6-8
unstirred water layer (pH 5.3) → unbewegte Flüssigkeitsschicht (liq. layer) auf dem Epithel, die wie ein Diffusionsabschnitt wirkt
Kolon aus physiologischer Sicht
Krypten und Mikrovilli zur Oberflächenvergrösserung
keine Zotten
Wasser und Elektrolytenresorption
bakterielle Durchsetzung des Chymus
Kolon als Absorptionsort
mittelgrosse Fläche: Kolon + Rektum!
neutraler bis leicht basischer pH
hohe Passagezeit (bis zu 18h)
geringe Menge an Lösungsmittel (2-3 ml)
entscheidende Rolle bei: schlecht absorbierbaren Stoffen, enterohepatischer Kreislauf mit Hilfe mikrobieller Konjugatspaltung, rektal applizierte Substanzen
Jejunale Permeabilität
Mass für Absorption
→ Substanzen mit geringer jejunaler Permeabilität werden mit hoher Wahrscheinlichkeit auch schlecht nach oraler Gabe aufgenommen/absorbed
low = bad
Permeabilitätslimitation
Bei Substanzen mit geringer Permeabilität wird eine Veränderung der Löslichkeit KAUM Einfluss haben auf Absorption
Dissolutionslimitation
Bei Substanzen mit hoher Permeabilität wird eine Veränderung der Löslichkeit einen DEUTLICHEN Einfluss auf die Absorption haben
Strategien zur verbesserten oralen Absorption
Wirkstoff muss am richtigen Ort in Lösung sein
High energy amorphous solid systems
lipid dispersions
precipitation resistant solutions
micelle systems
Fazit orale Applikation einer Substanz
-sollte im Dünndarm gelöst vorliegen
-sollte keinen relevanten Abbau (degradation) durch Enzyme erfahren (ausser Prodrug)
-findet im Dünndarm grösste Fläche und längste/ am wenigsten variable Kontaktzeit
-findet im Dünndarm das grösste Lösungsvolumen
Rate des Stofftransportes
Permeabilität x Absorptionsfläche x Konzentrationsgefälle
Gründe für die Weiterentwicklung einer Substanz
-hohe kovalente Bindung an Plasmaeiweisse
-ungenügende Verteilung in die Zielorgane
-zu geringe Absorption
-Hoher First-Pass Effekt
-zu kurze/lange Halbwertszeit
-Bildung aktiver Metabolite
-Enzyminduktion/ Inhibition
-Nicht-lineare Kinetik bzw. Dosisabhängige Pharmakokinetik (Sättigung)
Immobilizes Artificial Membrane Chromatographie
→ Zur Bestimmung der Permeabilität (passiven Diffusion)
Säule (column) mit immobilisierten Phospholipiden
Bestimmt wird die Neigung (tendency) einer gelösten Substanz mit den Phospholipiden zu interagieren
Beurteilung der Lipophilität/ Membrandurchgängigkeit
Liposomen
→ Zur Bestimmung der Permeabilität (passiven Diffusion)
Vesikel aus Lipiddoppelschicht
Bestimmt wird die Neigung einer Substanz in das Lumen der Liposomen zu gelangen
!! PAMPA Parallel Artificial Membrane Permeation Assay
Assay zur experimentellen Bestimmung der passiven Diffusion durch eine Lipidmembran (synthetisch)
Hochdurchsatzmethode, häufig im frühen Stadium des Drug Development
Papp < 5x10^-6 : tiefe Permeabilität
Papp = 5 - 20 x10^-6 : mittlere Permeabilität
Papp > 20 x10^-6: hohe Permeabilität
Möglichkeiten zur Modifikation der PAMPA
-Modifikation in synth. Lipidmembran Zusammensetzung
-pH Kontrolle der medium
-Simulation zur unstirred water layer
-Simulation von sink conditions (zB. Zugabe (adding) von Albumin, Emulatoren,..)
Unstirred Water Layer (UWL)
Die UWL ist ein Bereich, der nur durch die Diffusion durch das Lösungsmittel bestimmt ist und gering mit der restlichen Flüssigkeit austauscht.
→ UWL kann bei Molekülen mit eigentlich guter Permeabilität der geschwindigkeitsbestimmende (rate determining step) Schritt sein
in situ
‘directly on site’
Uniporter
transportieren in eine Richtung, ermöglichen erleichterte Diffusion
→ entlang eines Gradienten
Primär aktive Transporter
verwenden primäre Energiequelle (source)
→ Transport entgegen des Gradienten
Symporter (sekundät aktiver Transport)
transportieren 2 Substrate in die gleiche Richtung
meist ist eines energetisch geladen
→ d.h. entlang dessen Gradienten
Antiporter
transportieren 2 Substrate in entgegengesetzte (opp.) Richtung
meist ist eines energetisch geladen
→ d.h. entlang dessen Gradienten
Transportprozess Kinetik
beschrieben durch das Alternating-Binding-Modell
→ spezifische Bindung des Substrats an Transporter
→ conformational change to allow substrate to go to other side
→ folgt der Michaelis-Menten-Kinetik (sättigbar) (saturated/ reaches limit)
Michaelis-Menten-Kinetik
v = [v max * [S]] / [km + [S]]
[S] «_space;km = 0 ordung reaktion/linear
Arzneistofftransport in Enterozyten
Enterozyten sind polar
zahlreiche Stofftransporter& Enzyme zur Biotransformation
luminale Aufnahmetransporter: fördern intestinale Resorption
luminale Effluxtransporter: limitieren intestinale Resorption
P-Glykoprotein
MDR1/ ABCB1
-in der apikalen (luminalen) Membran der Enterozyten
-pumpt Substrate aktiv zurück in das Darmlumen
→ limitiert Aufnahme und Bioverfügbarkeit
intenstinaler Schutzwall
Limitation der intenstinalen Substanzaufnahme
→ metabolisierende Enzyme und Effluxtransporter
CYP3A4 / P-gp
Häufig sind Substrate von CYP3A4 auch Substrate des P-Glykoproteins
& Inhibitoren von CYP3A4 auch Inhibitoren des P-Glykoproteins
!! Caco-2 Zellmodell
in vitro Bestimmung der Permeabilität
sind humane Adenokarzinomzellen die aus kolorektalem Karzinom gewonnen wurden
differenzieren in Kultur zu einem polarisierten Monolayer aus Enterozyten
→ so gebildete Zellschicht ähnelt strukturell und funktionell dem intestinalen Epithel (Transportproteine, metabolische Aktivität, tight junctions)
Caco-2 Zellmodell Aufbau
Zellen werden auf permeablen Filtern (Transwell) kultiviert und bilden einen polarisierten Zellrasen (lawn)
so können Mechanismen der intestinalen Resorption beurteil werden (parazellulärer und aktiver Transport, passive Diffusion) → metabolische Prozesse mit Vorsicht zu betrachten (considered with caution)!
Papp: apparent permeability (schneinbare Permeabilität) cm/s
apikal
Ende der Mikrovilli (Richtung Darmlumen)
basal
Richtung weg von Darmlumen
P(b>a) = P(a>b)
Keine aktive transportkomponente
P(b>a)»_space; P(a>b)
Ratio > 1.5
es gibt eine aaktive transportkomponente die den basal nach apikal transfer fordert
P(b>a)»_space; P(a>b) + P-gp inhibitor = change ?
Die aktive transportkomponente konnte P-gp sein.
Membranvesikel Assay
Transportstudie durch Membranvesikel (entstehen spontan nach schonendem Aufschluss (gentle disruption) von Zellen)
für Effluxtransporter werden Inside out Vesikel verwendet
Untersuchungen sind unabhängig von störenden (interfering) zellulären Faktoren
Kinetik des Transportes kann leicht bestimmt werden
Ussing Chamber
Apparatur zur experimentelle Bestimmung des Substanztransfers mit extrahierten Gewebepräparaten (menschlich und tierisch)
2 Flüssigkeitskammern werden getrennt voneinander perfundiert und oxygeniert ; Erfassung des zeitlichen Substanztransfers (recording of substance transfer over time)
→ Untersuchung des Effekt des Darmschleims (mucus) auf Gewebspassage
Everted gut sacs
(harvested intestinal tissue)
Assay zur Bestimmung des Stofftransfers durch Darmschleimhaut
mit Medium gefüllte Darmsäckchen werden in Stofflösung inkubiert
→ Untersuchung passiver & aktiver Transport, Einfluss des intestinalen Metabolismus
!ABER beschränkte Lebensdauer pro Stück
Bestimmung der Permeabilität in in vivio Modellen
Untersuchung der intestinalen Aufnahme
berücksichtigt alle möglichen Faktoren (Absorption, Efflux, Metabolismus)
aber kaum Differenzierungen
→ hepatischer Metabolismus ist mit eingeschlossen (incl.)
→ es gibt Speziesunterschiede!
Limitations of Bestimmung Methods
in vivo animal models: abs, eff, met. $$, low throughput
in situ intestinal segments: abs, eff, met. $$, low tp, non-human tissue, large quantity req
everted gut sacs: acc intestinal perm. req fresh tissue, oft damaged when prepared
ussing chamber/intes. mucus: ^^
isolated membrane vesible: can be preserved, oft dmg w.p,
cacao: model. low t.p, low exp of enzymes
Arten des vesikulären Transportes
aufnahme von makromolekulen
Phagozytose (Aufnahme von grösseren Strukturen)
Makropinozytose (Aufnahme von in Flüssigkeit gelösten Molekülen)
Endozytose (Aufnahme von rezeptorgebundenen Molekülen)
