Non-cell-based in vitro methods in the study of prodrug absorption and metabolism
| Title: | Non-cell-based in vitro methods in the study of prodrug absorption and metabolism |
| Author(s): | Tervahauta, Tuomas |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
| Discipline: | Biopharmacy |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2015 |
| Abstract: |
Prodrugs are pharmacologically inactive molecules which undergo metabolic bioactivation in vivo to form pharmaceutically active agents. Prodrugs have been designed to improve so called drug-like properties of active parent compounds (APC) i.e. to increase solubility or absorption and to reduce first-pass metabolism etc. In this master's thesis the goal was to establish non-cell-based in vitro methods to study prodrug bioactivation.
Four commercially available prodrugs (bambuterol, olmesartan medoxomil (OM), candesartan cilexetil (CC) and famciclovir) were used as test compounds. The prodrugs were incubated in liver and intestinal S9 fractions and blood plasma to study in vitro bioactivation of these prodrugs. Other metabolism of the prodrug and APC (nonproductive metabolism) was studied by comparing incubation with and without cofactors of metabolizing enzymes. Species differences was studied using human, rat and dog matrices. Prodrug concentrations were quantified from the incubation samples using liquid chromatography- tandem mass spectrometry (LC-MSMS) methods developed for this study. Additionally the effect of promoiety on passive permeability was studied with parallel artificial membrane permeability assay (PAMPA).
All of the studied prodrugs produced at least low concentrations of APC in one or more incubations. Terbutaline (APC of bambuterol) formation was observed in human plasma and was concentration dependent which is consisted with the literature. Olmesartan and candesartan were formed in S9 fraction in high rate, but not in buffer: indicating enzyme mediated hydrolysis. However, based on literature CC hydrolysis was not expected to occur in intestinal S9 fractions. Penciclovir (APC of famciclovir) was formed only in presence of human or rat liver S9 fraction which was in line with the pre-existing literature. With the method used the nonproductive metabolism could not be estimated. In PAMPA bambuterol, famciclovir and OM had higher permeability than corresponding APCs whereas CC was only more permeable than candesartan in pH 7.4.
The in vitro incubation used in this study can be used for screening prodrugs. However both low and high activation rates were observed thus the clinically relevant in vivo APC formation can be achieved with both high and low bioactivation in vitro. Studying the rate of prodrug formation alone estimations about clinically relevant bioactivation rates cannot be concluded. No clear signs of nonproductive could be seen with the prodrugs studied with current method. For the estimation of nonproductive metabolism, metabolite screening studies would need to be developed and conducted parallel to studies prescribed in this master's thesis.
Aihiolääkkeet ovat farmaseuttisesti inaktiivisia aineita, jotka muuttuvat elimistössä entsyymien vaikutuksesta aktiivisiksi lääkeaineiksi. Aihiolääkelähestymistä voidaan käyttää parantamaan mm. lääkeaineiden farmakokineettisiä ominaisuuksia. Tämän Pro Gradu-tutkielman kokeellisessa osassa pyrittiin kehittämään in vitro tutkimusmenetelmiä aihiolääke aktivaation tutkimiseksi. Lisäksi referenssiaineille kehitettiin kvantitatiiviset LC-MS/MS analyysimenetelmät.
Tutkimuksessa käytettiin neljää kaupallisesti saatavilla olevaa aihiolääkettä (bambuteroli, olmesartaanimedoksomiili (OM), kandesartaanisileksitiili (CC) ja famsikloviiri). Aihiolääkkeiden stabiilisuutta sekä lääkeaineiden muodostumista suolen ja maksan S9 -fraktioissa sekä veriplasmassa mitattiin ja tulosten pohjalta arvioitiin menetelmien soveltuvuutta bioaktivaation in vitro -tutkimiseen. Inkuboimalla aihiolääkkeitä S9 -fraktioissa metaboloivien entsyymien kofaktoreiden kanssa sekä ilman niitä ja vertailemalla lääkeaineen muodostumista pyrittiin tunnistamaan muun metabolian vaikutus lääkeaineen vapautumiseen. Lajieroja bioaktivaatiossa tutkittiin vertailemalla lääkeaineiden muodostumista rotta, koira ja ihmisperäisissä matriiseissa. Lisäksi aihio-osan vaikutusta aineen passiiviseen permeaatioon tutkittiin PAMPA -menetelmällä.
Aktiivisten lääkeaineiden muodostumista tapahtui kaikkien tutkituiden aihiolääkkeiden kohdalla. Terbutaliiniä syntyi bambuterolista vain ihmisplasmassa ja muodostuminen oli bambuterolin konsentraatiosta riippuvaista. OM ja CC olivat epästabiileja kaikissa tutkituissa biologisissa matriiseissa, mutta stabiileja puskuriliuoksessa, mikä viittaa entsymaattiseen aktivaatioon. Lääkeaineen muodostuminen oli näillä aineilla kaikkein nopeinta. Pensikloviiriä muodostui famsikloviiristä vain inkubaatioissa, joissa oli mukana ihmisen tai rotan maksa S9 -fraktiota. Inkubaatiotulokset olivat yhdenmukaisia kirjallisuuden kanssa. PAMPA menetelmällä tehdyissä passiivisen permeaation kokeessa bambuterolin, famsikloviirin ja OM:n permeaatio oli korkeampi kuin vastaavien lääkeaineiden. CC oli kandesartaania paremmin permeoituva vain pH:ssa 7.4.
Tässä tutkielmassa käytettyä S9 -fraktioihin perustuvaa in vitro -menetelmää voidaan käyttää aihiolääkkeiden aktivaation tutkimiseen. Tutkituiden aihiolääkkeiden bioaktivaationopeus vaihteli eri aihiolääkkeiden välillä suuresti, mistä syystä tällä menetelmällä saaduista bioaktivaation nopeuksista ei voida suoraan päätellä lääkeaineen muodostumisnopeuden kliinistä merkitsevyyttä. Tutkituiden aihiolääkkeiden avulla ei voitu osoittaa, että menetelmä soveltuu muun kuin bioaktivaatiometabolian tutkimiseen. Muun metabolian toteamiseksi tarvitaan analyyttisiä menetelmiä, joilla metaboliitit voidaan tunnistaa.
|
| Keyword(s): | PAMPA prodrug bioactivation absorption metabolism S9 fractions LC-MS/MS aihiolääke bioaktivaatio imeytyminen metabolia S9-fraktio |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Pro Gradu- Tuomas Tervahauta.pdf | 2.929Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [577]