Modul 2 - Biotillgänglighet frisättnings- och upplösningsmetodik Flashcards
(49 cards)
Biotillgänglighet:
Biotillgänglighet: Biofaramaceutsiak klassficeringssystem (BCS): Löslighet och permeabilitet är två viktiga parametrar för biotillgänglighet.
BCS är ett verktyg som används för att klassificera läkemedelssubstanser baserat på dess löslighet och permeabilitet.
Biotillgänglighet
Definition:
Biotillgänglighet
Definition: Hastigheten (rate) och omfattningen (extend) med vilken en aktiv substans blir tillgänglig i systemkretsloppet oförändrad.
Kan bestämmas med farmakokinetiska studier:
1- Plasma koncentrations-tidskurvor: Detta innebär att man mäter koncentrationen av den aktiva substansen i blodet över tid efter administrering. Där man utför en jämförelse mellan intravenös (IV) administrering och olika formuleringar av läkemedlet. IV-administrering innebär att läkemedlet ges direkt i blodomloppet, vilket ger 100% biotillgänglighet. Man jämför hur mycket som når blodomloppet genom att mäta AUC. OBS! Denna metod är specifik för den aktiva substansen (API).
2- Kumulativ urinexkretionskurvor: För att få en uppfattning om hur mycket läkemedel som absorberas och elimineras, kan man mäta läkemedlet och dess metaboliter i urinen:
- Aktiva substansen + metaboliter (Även det som har metaboliserats): För att uppskatta hur mycket av ett läkemedel som absorberas och elimineras kan man analysera mängden aktiv substans och dess metaboliter i urinen över tid.
- Om hög exkretion till urin: När en stor andel av läkemedlet utsöndras via urinen.
- Inte om pre-systemisk metabolism: Om läkemedlet bryts ner innan det når systemkretsloppet, kan urinanalysen ge felaktiga värden. - Inte om aktivt exkretion i njure - Inte om svag syre eller bas - Inte om exkretionshastigen beroende av urinproduktion: Om läkemedlets utsöndringshastighet är beroende av urinvolym/produktion kan det störa analysen.
Kumulativ urinexkretionskurvor är användbara för att förenkla klinisk prövningar för att undvika frekvent blodprovstagning, då blodprover kan vara tidskrävande.
Biotillgänglighet - Absolut vs Relativ:
Biotillgänglighet - Absolut vs Relativ:
* Biotillgänglighet är en fraktion eller procentsats: Förkortat som F
- Efter intravenös administrering F = 100%
- Absolut biotillgänglighet: Jämför annan administreringsväg (T.ex. peroral) mot intravenös administrering.
- Relativ biotillgänglighet: Jämför två icke-intravenösa administreringsvägar med varandra.
Biotillgänglighet - Beräkningssätt
Biotillgänglighet - Beräkningssätt
Absolut biotillgänglighet = (AUC oral / dos oral) / (AUC iv / dos IV)
I praktiken är det inte alltid möjligt att ge samma dos IV och oralt, därför ska man korrigera för dosen.
- En oral dos med låg biotillgänglighet ger för låga koncentrationer i blodet om samma dos ges IV.
- En IV-dos som motsvarar en hög oral dos kan ge för höga blodkoncentrationer → risk för toxiska effekter (Säkerheten och mätbarheten).
Relativ biotillgänglighet är ett mått på hur mycket läkemedel som når systemkretsloppet från en testformulering jämfört med en standardformulering, när ingen av dem ges intravenöst.
Relativ biotillgänglighet = (AUC test / Dos test) / (AUC standard / Dos standard), där:
- Testformulering (“test”): Den nya eller alternativa läkemedelsformuleringen man vill utvärdera.
- Standardformulering (“standard”): Den referens du jämför mot.
Biotillgänglighet: Styrs av
Biotillgänglighet: Styrs av fraktionen absorberad (f abs) samt av första-passage extraktionen av läkemedlet i tarmväggen (EG) och levern (EH)
F = f abs × (1 - EG) × (1 - EH)
F abs – Fraktion absorberad över tarmepitelet
EG – Tarm-metabolism (Det som försvinner i tarmen)
EH – Lever-metabolism
F – Biotillgänglighet
Faktorer som styr biotillgänglighet:
Faktorer som styr biotillgänglighet:
F = f abs × (1 - EG) × (1 - EH)
Inte lätt att påverka EH och EG (Svårt med en formulering). Men man kan påverka f abs.
Påverka F (fabs) genom:
1- Fysikalkemiska faktorer
- Upplösning (och löslighet)
- Permeabilitet
2- Formulerings-faktorer
- Sönderfall och frisättning
Faktorer som styr biotillgänglighet - Upplösningshastighet:
Faktorer som styr biotillgänglighet - Upplösningshastighet:
Noyes–Whitney ekvation:
- dC/dt = Upplösningshastighet
- D = Diffusionskoefficient
- A = Yta på läkemedelspartikeln
- Cₛ = Löslighet av medium runt omkring i omgivningen
- C = Koncentration i bulkvätskan (omgivningen) vid tiden t
- h = Diffusionslagrets höjd
Diffusionsträckan (h): Runt läkemedlet bildas ett stilla vattenlager som substansen måste diffundera igenom innan den når den omgivande vätskan.
- Ju tunnare detta skikt (h) är, desto snabbare diffusion.
- Genom att röra om vätskan (t.ex. under tillverkning), minskar h → snabbare upplösning.
Koncentrationen i bulkvätska (C): När läkemedlet löser sig, ökar dess koncentration C i bulkvätskan gradvis.
- När C når mättnadskoncentrationen (Cₛ) → Då finns ingen drivkraft kvar för upplösning → Läkemedlet löser inte upp sig mer → Absorption hämmas.
Vad är “Sink condition”?
Sink condition innebär att C hålls långt under Cₛ – vanligtvis under 10% av mättnadskoncentrationen.
Detta gör att:
- Det finns en stark koncentrationsgradient (Cₛ – C) → Kontinuerlig upplösning.
- Upplösningsprocessen fortsätter effektivt.
- Fysiologiskt sker detta genom snabb absorption i tarmen: När läkemedel tas upp → C minskar → Nytt läkemedel kan lösa sig. (Snabb absorption → C i bulkvätskan minskar → Ny substans kan lösas upp).
- I in vitro-försök efterliknar man detta med stor vätskevolym, t.ex. 250 mL, för att undvika mättnad.
- Sink condition förhindrar att h blir större, men kommer inte att minska h.
- Sink condition är något man strävar efter i invitro-studier, men det sker inte alltid.
Sink condition → Försvinner bort och man har bra absorption.
Påverka parametrar i Noyes-Whitney och därmed påverka upplösningshastighet:
Påverka parametrar i Noyes-Whitney och därmed påverka upplösningshastighet:
1- Aktiva substansens egenskaper: Kan ändras under läkemedelsutvecklingen:
- Påverka A: Partikelstorlek (A∝1/r), dispergerbarhet, vätbarhet, porositet.
- Påverka Cs: Hydrofilicitet, kristallstruktur, smältpunkt, salt, pKa.
- Påverka C: Löslighet, kemiskt stabilitet, komplexformning.
- Påverka D: Molekylstorlek.
2- Fysiologiska egenskaper (Hur kroppen bemöter det?): Kan ändras av individuella och lokala skillnader:
- Påverka A: Surfaktanter i magsaft och galla.
- Påverka Cs: pH, buffertkapacitet, galla, mat.
Påverka C: Permeabilitet, passagetid, volym och komposition mag- eller tarmsaft, samadministrerade vätskor, magtarmsekretion
- Påverka h: Magtarmens motilitet och passagetid, viskositet av magtarmsaft.
Påverka D: Viskositet av magtarmsaft
Partikelstorlek
Partikelstorlek - Aktiva substans egenskaper: Påverkar parametern (A):
· Aktiva substansens egenskaper: Mindre partiklar = Större total yta = Snabbare upplösning enligt Noyes–Whitney-ekvationen.
· Samma pulvermaterial med stora partiklar har mindre total yta → Långsammare upplösning.
· Sprängmedel kan tillsätts för att öka upplösningen och få isär dem.
· Partikelstorlek ↓ → A ↑ → Upplösningshastighet ↑
I in vivo (kroppen) påverkar fler andra faktorer → Variabilitet förekommer (Mer komplex process).
pKa och pH:
pKa och pH: Påverkar parametern (Cs):
Många aktiva substanser (API) är svaga syror eller svaga baser. Deras laddningstillstånd beror på omgivningens pH.
Lösligheten (Cs) ökar kraftigt när API är i laddad form. Högre Cs → Snabbare upplösning och högre upplösningshastighet.
T.ex.: Svag syra → Hög löslighet i basisk miljö (Hög pH).
Termer:
· Löslighet: Maximala mängd av material som vid jämvikt i systemet kan lösas i ett visst lösningsmedel.
· Inneboende löslighet (S0): Löslighet av ämnet när den befinner sig i sin neutrala, oladdade form.
Magtarmkanalens pH varierar kraftigt längs dess olika delar, vilket i sin tur påverkar lösligheten av läkemedel beroende på deras kemiska egenskaper (om de är svaga syror eller baser). Där i magsäcken har vi sur miljö, men blir neutralt ju längre ner i mag-tarm kanalen.
OBS! Läkemedel görs ofta till salter. Flera LM kommer i saltform.
OBS! När ett läkemedel är i joniserad form (laddad) är det vanligtvis mer vattenlösligt, vilket gör att det löser sig bättre i mag-tarmvätskan. Men joniserade molekyler har svårt att passera över biologiska membran, som tarmepitelet (Permeabilitet).
Galla och mat:
Galla och mat: Påverkar parametern (Cs):
Galla och föda påverkar läkemedlets löslighet. Galla, som utsöndras i tarmen, innehåller ytaktiva ämnen och gallsalter som påverkar lösligheten genom vätning som i sin tur påverkar upplösningshastighet. Ytaktiva ämnen som utsöndras av gallan kan bilda miceller och påverka upplösningshastigheten.
Vid fastande tillstånd är gallautsöndringen låg → Lägre AUC.
Efter måltid stimuleras gallflödet → Bättre upplösning och upptag.
Påverka (D) och (h):
Påverka (D) och (h):
D ↑ eller h ↓ → Upplösningshastighet ↑
Vad vi äter och dricker påverkan många upplösnings-parametrar:
Fysiologiska egenskaper: Lägre viskositet i magsaften ger högre D.
– Exempel: Dricka mer vatten → Lägre viskositet i magsaften → Snabbare diffusion och upplösningshastighet för att vi ökar volym som LM löser sig i.
Påverka (C):
Påverka (C):
1- Komplexformning: (icke) kovalent bindning till annan substans:
* Dåligt Streptomycin kan binda mucus eller tetracyclin med kalcium (inte dricka mjölk) absorption ↓ F↓
* Bra Aktiv substans och hjälpämne Förbättrat stabilitet i beredningsform, där utnyttjar vi komplex bindning.
2- Kemisk stabilitet: Nedbrytning av aktiva substansen i magtarmkanalen:
* Syra eller enzymatisk hydrolys absorption ↓ F↓
3- Adsorption:
* Till olösliga hjälpämnen. Om icke-reversibel absorption ↓ F↓
4- Micellär solubilisering: incorporating the API into a micell
* Gall miceller löslighet ↑ absorption ↑ F↑
När läkemedlet absorberas snabbt från tarmen → C i tarmvätskan sjunker → skillnaden mellan Cs och C blir större → Högre koncentrationsgradient → Snabbare upplösningshastighet.
Permeabilitet - Vad är f abs?
Permeabilitet - Vad är f abs?
Fraktionen absorberad (f abs): Definieras som mängden läkemedel som försvinner över tid, M(t), från tarmens insida under en viss tid (t res)under antagandet att inga övriga nedbrytningsreaktioner sker.
f abs = M(t) / dos = A * P eff * ΔC * t res
M(t) – Mängden läkemedel på tarmens insida (lumen)
A – Tarm-membranets yta
P – Permeabilitet
ΔC – Koncentrationsgradienten mellan tarmen och blodet
t res – Tid för tarmpassage: Ett LM kan även hinna absorberas i tjocktarmen, som har längre uppehållstid (t. res kan vara 12–24 timmar där).
Permeabilitet:
Permeabilitet:
Membran-permeabiliteten påverkas av läkemedelsmolekylens egenskaper, upplösnings-mediet och egenskaperna hos membranet.
Hög permeabilitet associeras med (Baserad på Lipinskis rule of 5):
* Låg molekylvikt
* Hög lipofilicitet
* Neutralt laddad
* Få väte-acceptorer/donatorer
* Affinitet till absorptions-transportörer
Egenskaper som gynnar upplösning tenderar att motverka hög permeabilitet. Vad är viktigast, beror på molekylen.
Oftast är det lättare att påverka upplösningshastighet än permeabilitet.
Låg upplösningshastighet kan enklare åtgärdas formuleringstekniskt än låg permeabilitet
Beredningsform-faktorer:
Beredningsform-faktorer:
Läkemedelfrisättningen från en beredning påverkar biotillgängligheten.
Då ett läkemedel måste vara i lösning för att kunna absorberas, styrs biotillgängligheten hos konventionella beredningsformer i följande ordning:
1. Lösningar: Läkemedlet är redan i löst form → Snabb absorption.
2. Suspensioner (kräver upplösning): Läkemedlet är i fast form i vätska → kräver upplösning.
3. Fasta IR beredningar (kräver sönderfall sedan upplösning): Kräver sönderfall → Upplösning → Absorption.
Däremot
Läkemedels-frisättning/upplösning kan minskas/fördröjas (Modifierad-release) eller ökas (Genom enabling formulations, t.ex. Sprängmedel).
Beredningsform-faktorer - Entero-tabletter/kapslar:
Beredningsform-faktorer - Entero-tabletter/kapslar:
* Skydda magsäcken: API kan vara irriterande —> NSAID
* Skydda mot nedbrytning
Hur fungerar enterodragering?
· Tabletter/kapslar täcks med ett pH-känsligt polymerhölje.
· Ej lösligt i surt pH (magsäck) → Ingen frisättning där.
· Lösligt i högre pH (I början av tunntarm, ca pH 5–7) → Höljet löses upp → Läkemedlet frisätts där.
Beredningsform-faktorer - Förlängd frisättning (MR)
Beredningsform-faktorer - Förlängd frisättning (MR)
Fördelar:
* Dosering en gång per dag
* Bättre följsamhet
* Konsistent 24 h effekt
* Färre biverkningar: För att höga toppar undviks med MR.
Beredningsform-faktorer
Beredningsform-faktorer
Hjälpämnen kan användas för att öka membranpermeabiliteten: Permeabilitetsförbättrare.
1- Mucus penetration: Slemhinnan (mucus) är ett första hinder.
· Hjälpämnen kan:
○ Öka diffusion genom mucus
○ Minska viskositeten → Snabbare passage
2- Transcellulär väg:
· Ytaktiva ämnen (Som hjälpämne) kan:
○ Bilda miceller som förbättrar lösning, transport och permeabilitet.
· Begränsning: I mag-tarmkanalen kan ytaktiva ämnen snabbt spädas ut → Svårt att upprätthålla effektiva koncentrationer
Transportörer:
Är membranbundna proteiner i tarmepitelet som aktivt eller passivt förflyttar molekyler över cellmembranet.
Paracellulär väg – via tight junctions:
· Tight junctions begränsar passage mellan celler
· Vissa ämnen (hjälpämne) kan tillfälligt öppna tight junctions och öka passagen
· Exempel: Enalapril i vissa formuleringar påverkar cellmembran och ökar paracellulär transport (dock med viss toxisk risk).
Utvärdering av biofarmaceutiska faktorer:
Utvärdering av biofarmaceutiska faktorer: Ett flertal experimentella in vitro och in vivo modeller används för att utvärdera följande biofarmaceutiska egenskaper hos ett läkemedel eller en läkemedelsformulering:
- Frisättning och upplösnings-metoder
- Stabilitet i vätskor
- Fördelningskoefficient
- Permeabilitet
- Presystemisk metabolism (tarm och lever)
- Utvärdering av absorption och biotillgänglighet
- Bioekvivalens
- Biofarmaceutiska klassificeringssystemet
Flera av dessa parametrar kan även predikteras i datorer, genom prediktionsmetoder. Stora företag bygger upp sina egna system.
Stabilitet i vätskor:
Stabilitet i vätskor: In vitro utvärdering av stabilitet vid olika pH
Faecal slurry – In vitro utvärdering av stabilitet i avföring.
· Vid test i faecal slurry såg man att koncentrationen av ett LM minskade över tid.
· Samtidigt identifierades en enda metabolit.
· Slutsats: Denna metabolit är troligen huvudsakliga nedbrytningsprodukten i tjocktarmen.
Fördelningskoefficienten olja:vatten Log P (Log D vid olika pH):
Fördelningskoefficienten olja:vatten Log P (Log D vid olika pH):
Log P – används för att prediktera biofarmaceutiska egenskaper (vattenlöslighet och permeabilitet).
Ett läkemedels lipofilicitet (fettlöslighet) analyseras genom att se hur det fördelar sig mellan en vattenfas och en organisk fas när jämvikten har inställt sig, för att ta reda på API:s koncentration i respektive fas.
Samband mellan fördelningskofficent och permeabilitet:
· Låg Fördelningskoefficienten (hydrofil):
○ Låg permeabilitet över lipidmembran (t.ex. tarmepitelets cellmembran).
○ Svårt att ta sig genom cellmembran.
· Måttlig fördelningskoefficienten: ○ Hög permeabilitet. ○ Kan passera membranet effektivt via passiv diffusion.
Ovan är en linjär funktion mellan fördelningskoefficienten och permeabilitet, men sedan böjer kurvan av i slutet och planar av och till sist, minskar permeabilitet trots ökad fördelningskoefficienten:
Planar ut för att Hög Log P:
· Ämnet är för lipofilt:
○ Fastnar i membranet (kan passera in men inte ut lika lätt).
Minskad permeabilitet trots ökad fördelningskoefficienten:
· Effluxtransportörer kan aktivt pumpa ut ämnet tillbaka till tarmen → Minskad upptag.
In vitro bestämning av permeabilitet:
In vitro bestämning av permeabilitet:
En vanlig metod för att bestämma läkemedelspermeabilitet är att använda en diffusionskammare.
Uppställning:
· En filtermembran (ofta med odlade epitelceller som liknar tarmepitel). Båda sidor kan kontrolleras för pH, temperatur och omrörning
Apparent permeability: Beskriver hur snabbt ett läkemedel passerar membranet per tidsenhet och area. Linjäritet är viktigt: ett linjärt upptag tyder på passiv diffusion.
Om koncentrationen börjar bli lika på båda sidor → Jämvikt → Minskad nettodiffusion → Kurvan planar ut.
In situ/vivo utvärdering av läkemedels-permeabilitet:
In situ/vivo utvärdering av läkemedels-permeabilitet: Denna metod används för att mäta läkemedelsupptag direkt i tarmen.
Hur det går till:
- Ett segment av tarmen opereras fram.
- En lösning med läkemedel pumpas in i tarmen.
- Utflödet samlas in.
- Man mäter koncentrationen utflödet, då man mäter hur mycket som försvunnit från tarmen. Den försvunna mängden motsvarar vad som absorberats under passagen.
Effektiv permeabilitet: Beräknas som ett mått på hur snabbt läkemedlet absorberas från tarmlumen till blodet/vävnad.
Q = Flödeshastighet (volym/tidsenhet) är en viktig parameter för effektiv permeabilitet.
När C in och C ut är lika → Steady-state uppnåtts.
