A gyógyszerhatás fizikai-kémiai alapjai Rozmer Zsuzsanna – Perjési Pál

10.5Irodalom

Avdeef A.: pH-metric logP. II: Refinement of partition coefficients and lonization constants of multiprotic substances. J. Pharm. Sci. 82, 183-190. (1993)

Avdeef A.: Physicochemical Profiling (Solubility, Permeability and Charge State). Current Topics in Medicinal Chemistry 1, 277-351. (2001)

Lambert W.J.: Modeling oil-water partitioning and membrane permeation using reversed-phase chromatography. J. Chrom. A 656, 469-484. (1993)

Leo A, Hansch C., Elkins D.: Partition coefficients and their uses. Chemical Reviews 71, 525-616. (1971)

Takácsné Novák K.: A megoszlási hányados GLP szerinti meghatározásának praktikus szempontjai. Acta Pharm. Hung. 67, 179-191. (1997)

Takácsné Novák K., Völgyi G.: A fizikai-kémiai jellemzés helye és módszerei a gyógyszerkutatásban. Magyar Kémiai Folyóirat 111, 169-176. (2005)

Takács-Novák K., Avdeef A.: Interlaboratory study of logP determination by shake-flask and potentiometric methods. J. Pharm. Biomed. Anal. 14, 1405-1413. (1996)

Testa B., Crivori P., Reist M., Carrupt P.A.: The influence of lipophilicity on the pharmacokinetic behavior of drugs: concepts and examples. Perspectives in Drug Discovery and Design. 19, 179-211. (2000)

Völgyi G.: Módszerek fejlesztése vízben rosszul oldódó vegyületek fizikai-kémiai paramétereinek (pKa, logP) meghatározására a gyógyszerkutatás korai fázisában. Doktori értekezés. Semmelweis Egyetem, Gyógyszerészi Kémiai Intézet (2007)

Zhou L., Wang J.: Physico-chemical characterization in drug discovery. Trends in Bio/Pharmaceutical Industry, 99, 12-18 (2009).

11.)A gyógyszervegyületek fizikai-kémiai jellemzői. Permeábilitás.

A hatóanyagok terápiás hatásukat csak akkor képesek kifejteni, ha beadás után a gyógyszerkészítményből szabaddá válva és oldott állapotba kerülve felszívódnak. A felszívódás mértékét és sebességét két fő tényező befolyásolja: a hatóanyag oldódási sebessége és a biológiai membránokon való áthaladásának sebessége. Egy molekula membránon keresztül való áthatolóképességét a permeábilitás fejezi ki.

Az ADME tulajdonságokat jellemző paraméterek közül a permeábilitás egyre nagyobb hangsúlyt kap, hiszen jelenleg a legjobb prediktora a gyomor-bél traktusból való felszívódásnak és ezáltal az orális biohasznosíthatóságnak. Már a kutatások korai fázisában el kell dönteni az adott gyógyszerjelölt komponensről, hogy orálisan adagolható-e, azaz képes-e felszívódni a bélen keresztül?

11.1A permeábilitás fogalma

A hatóanyag molekulák sejtmembránon való áthatolóképességének mérőszáma a permeábilitás. Kinetikai paraméter, jelölésére P₀ (intrinsic, vagyis a semleges részecskére vonatkozó), illetve P_e (effektív, vagyis az ionizált részecskére vonatkozó) használatos. Mértékegysége cm/sec.

11.2A biológiai membránok és transzportfolyamatok

11.2.1A biológiai membránok felépítése

A biológiai membránok építőkövei a foszfolipidek, azaz a foszfogliceridek és a szfingomielin. A foszfogliceridek közül a foszfatidil-kolin, a foszfatidil-etanolamin, a foszfatidil-szerin és a foszfatidil-inozitol a legjelentősebbek (lásd I. fejezet). Közös jellemzőjük, hogy bennük a glicerin első és második szénatomját hosszú szénláncú zsírsavak észteresítik, a harmadik szénatomhoz foszforsavon keresztül valamilyen alkohol kapcsolódik. Az egyes szénatomon általában telített, a második szénatomon telítetlen zsírsav található.

A foszfolipidek töltéssel rendelkező poláris fejrészük és apoláris zsírsavláncaik orientálódásával a vizes közegben lipid kettősréteget alkotnak. A poláros csoportok a vizes közeg, vagyis az extracelluláris és az intracelluláris tér felé, míg a hidrofób oldalláncok egymás felé fordulnak. A töltéssel rendelkező részek a vízzel poláros, az oldalláncok pedig egymással hidrofób kölcsönhatásba lépnek, aminek következtében a szerkezet nagyon stabil. Így alakul ki a lipid kettősréteg, amely jellemzően 6-10 nm vastagságú (I-9. ábra).

A lipid-kettősréteg felépítésében fontos szerepet játszó alkotóelem a koleszterin is, ami másodlagos kötésekkel kapcsolódik a lipidekhez és hozzájárul a membrán mechanikai stabilitásának kialakításához. A membránban jelen levő fehérjék egyrészt a szerkezet stabilizálásában, ugyanakkor a membránon keresztül történő transzportfolyamatokban is részt veszne, továbbá receptor szerepet is betölthetnek. A perifériás fehérjék a membrán külső vagy belső felszínéhez kapcsolódnak, és jellemzően a sejten belüli jelátvitelben töltenek be szerepet.

A foszfolipidek zsírsav oldalláncai egymáshoz képest elmozdulhatnak, a foszfolipid molekulák a saját tengelyük mentén rotálhatnak és a membrán síkjában elmozdulhatnak. Ezek a mozgások a membránnak nagyfokú dinamizmust adnak, megteremtik a membránfehérjék mozgásához is a lehetőséget és ez együttesen a membránok alapvető tulajdonságát, a fluiditást biztosítja (XI-1. ábra).

XI-. ábra: A biológiai membránok felépítése.

11.2.2Penetrációs mechanizmusok

A sejtmembránon keresztüli penetráció többféle mechanizmus szerint mehet végbe. Az ún. paracelluláris diffúziós út elsősorban kisméretű és hidrofil karakterű molekulák előtt áll nyitva, a szoros sejtkapcsolatokon („tight-junction”) keresztül valósul meg. A maximális molekulaméret, ahol még a paracelluláris diffúziós folyamattal számolni lehet, az közelítőleg 250 Da.
A transzcelluláris transzportfolyamatok membránon keresztül, vagy membránpórusokon át játszódnak le, melyek két fő csoportba sorolhatók.
1. Passzív transzport folyamatok
Passzív transzport folyamatokról beszélhetünk olyan esetekben, amikor sejtes pumpa mechanizmus nem játszik szerepet, a hajtóerő pedig a koncentrációgrádiens. A folyamat gyakorlatilag plusz energiabefektetést nem igényel.

A passzív diffúzió során az anyag a koncentrációgrádiens irányában szabadon diffundál a membránon keresztül, a nem disszociált molekulák koncentráció kiegyenlítődéséig tart. Mértékét jelentősen befolyásolja az anyag lipid-víz megoszlási hányadosa. A diffúziót befolyásoló további faktorok a sejtmembrán környezetében lévő koncentrációgrádiens, a membrán vastagsága és területének nagysága. A diffúzió sebességéről Fick I. törvénye ad kvantitatív felvilágosítást:

ahol Δc a koncentráció különbség (mol/m³), D a diffúziós állandó (m²/s), A a membrán felülete (m²) és l a membrán vastagsága (m). Diffúzió révén csak a nem ionizált molekulák jutnak át a membránon.

A facilitált diffúzió hordozó molekulát igényel, vagyis karrier-mediált folyamat, specifikus és telíthető, energiát azonban nem igényel, hiszen hajtóereje a koncentráció-grádiens. A transzporterek megkötik a transzportálandó anyagot, amely felismerés sztereokémiailag is specifikus, a transzport kompetitív és nem kompetitív módon egyaránt gátolható. A transzport legfeljebb addig tart, amíg egyensúly nem alakul ki a membrán két oldalán. A transzporterek integráns membránfehérjék, általában több transzmembrán régióval, amelyben hidrofil aminosav-oldalláncok hozzák létre azt a csatornát, amelyen az anyagok áthaladhatnak.

A filtráció (intracelluláris) során a molekulák transzportja a membránpórusokon és az intracelluláris réseken keresztül folyik. Főleg kis molekulatömegű anyagok – organikus, inorganikus elektrolitok az oldószerrel együtt – képesek átjutni, de néha nagyobb molekulatömegű vegyületek (bizonyos fehérjék) is filtrálódhatnak. Energiaforrása az ozmotikus grádiens. Mértékét a koncentrációgrádiens határozza meg.

Potenciálfüggő ioncsatornán keresztül is történik áramlás, amely során két membránfehérje biztosítja a membránon történő átjutást. Hajtóereje a sejt belseje, illetve külső része közötti potenciálkülönbség.

2. Aktív transzport folyamatok
Az aktív transzport olyan karrier-mechanizmus, amely során hordozó, többnyire enzim jellegű fehérje molekulák végzik az adott molekula membrán egyik oldaláról másikra történő szállítását. Az anyagok a koncentráció- vagy az elektrokémiai grádienssel ellentétes irányban mozognak. Az aktív transzport egyirányú, specifikus, telíthető és energiát igénylő folyamat. A legtöbb ilyen transzport közvetlenül kapcsolt az ATP terminális foszfátjának hidrolíziséhez, ami a transzport energiaigényét fedezi. Ilyenkor beszélünk ún. elsődleges aktív transzportról. Vannak olyan transzporterek, amelyekben az ATP hidrolízise nem közvetlenül része a folyamatnak, hanem az aktív transzport energiaigényét az fedezi, hogy egyidejűleg egy másik anyag elektrokémiai grádiensnek megfelelő irányban transzportálódik. A legtöbb ilyen transzporter a sejtek plazmamembránjában a nátriumion-grádienst használja fel és Na⁺ egyidejű transzportja történik a sejtbe. Mivel a Na⁺-grádiens fenntartása ATP energiájának a terhére történik, az ilyen transzportokat másodlagos aktív transzportnak nevezzük. A szervezetben megtalálható cukrok, aminosavak, nukleozidok, valamint számos neurotranszmitter, és azok szerkezetéhez hasonló vegyületek transzportjában van szerepe.

Nagyobb molekulaméretű vegyületek egy lehetséges transzportfolyamata az endocitózis, melynek során a lipid kettősrétegből vezikulák fűződnek le, melyek belsejében a vegyület átjuthat az ellentétes oldalra. A molekulák vezikuláris felszabadulása, vagyis sejtből való kiürülése exocitózis során következik be.