velikost textu

Syntéza a studium akcelerantů transdermální permeace léčiv

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Syntéza a studium akcelerantů transdermální permeace léčiv
Název v angličtině:
Synthesis and evaluation of transdermal drug permeation enhancers
Typ:
Rigorózní práce
Autor:
Mgr. Monika Kopečná
Vedoucí:
Doc. PharmDr. Kateřina Vávrová, Ph.D.
Oponenti:
Doc.RNDr. Pavel Doležal, CSc.
doc. Ing. František Hampl, CSc.
Id práce:
216548
Fakulta:
Farmaceutická fakulta v Hradci Králové (FaF)
Pracoviště:
Katedra organické a bioorganické chemie (16-16120)
Program studia:
Farmacie (M5206)
Obor studia:
Farmacie (FAR)
Přidělovaný titul:
PharmDr.
Datum obhajoby:
9. 12. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Abstrakt:
Abstrakt Akceleranty transdermální permeace jsou látky používané k usnadnění transdermálního podání léčiv, metody s řadou výhod oproti klasickým cestám podání léčiv. Kůže ale funguje jako těžko prostupná bariéra umožňující suchozemský život, neboť chrání organismus před vlivy okolního prostředí či vstupem cizorodých látek a mikroorganismů. Pokud tedy chceme touto cestou podat léčivo, musíme použít nějakou metodu, která dočasně zvýší propustnost kůže (například akcelerant). Přestože existuje řada akcelerantů, je stále třeba hledat nové struktury s nižší toxicitou a méně specifickým, ale reverzibilním mechanismem účinku. Jako slibné se jeví využití přírodních sloučenin či jejich derivátů s nízkou toxicitou a dráždivostí. Ve své práci jsem nejprve studovala několik typů derivátů glukózy a galaktózy, které ve své struktuře obsahují fragmenty důležité pro urychlovací aktivitu dříve popsaných akcelerantů z různých skupin (například deriváty aminokyselin, mastné kyseliny a alkoholy, analogy ceramidů). Detailní studium těchto látek odhalilo akceleranty odvozené od glukózy a galaktózy (12Glc6N a A15) se srovnatelným či lepším účinkem na lidské kůži in vitro než má známý akcelerant Span 20, reverzibilním působením a přijatelnou toxicitou na buněčných liniích keratinocytů a fibroblastů. Další úsek předkládané práce navazuje na předchozí výzkum derivátů odvozených od aminokyselin, který vedl k účinnějším akcelerantům s reverzibilním účinkem a nízkou toxicitou (například dodecylester kyseliny 6-(dimethylamino)hexanové, DDAK). Nově připravené látky vznikly spojením kyseliny 6-(dimethylamino)hexanové a vybraných terpenů nebo cinnamylalkoholu pomocí biodegradabilní esterové vazby. Tento přístup vedl k získání akcelerantů účinných podobně nebo více než původní DDAK, s reverzibilním mechanismem a nízkou toxicitou odvozených od terpenů citronelolu a borneolu a od cinnamylalkoholu (B-DAK, C-DAK a Ci-DAK), které v in vitro pokusech s lidskou kůží zvyšovaly flux hydrokortizonu až 82krát (derivát cinnamylalkoholu Ci-DAK). Účinností vynikal derivát citronelolu C-DAK, který zvýšil flux hydrokortizonu a teofylinu 56krát a 47krát, což nasvědčuje jeho účinnosti nejen pro lipofilní léčiva (hydrokortizon), ale i pro látky s vyváženými hydro- lipofilními vlastnostmi (teofylin). Kromě účinku připravených látek na flux teofylinu a hydrokortizonu, které sloužily čistě jako modelové látky s odlišnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, byl studován i vliv výše zmíněných nejúčinnějších sacharidových a terpenových akcelerantů na prostup účinného antivirotika cidofoviru. Ukázalo se, že oba typy akcelerantů zvyšují přednostně kumulaci cidofoviru v kůži (především ve svrchních vrstvách jako je stratum corneum a epidermis) aniž by zvyšovaly flux tohoto léčiva skrz kůži. Zkoumané látky by tedy mohly být s výhodou využity ke zlepšení lokální léčby kožních onemocnění a nádorů způsobených viry citlivými na cidofovir, aniž by se projevily systémové nežádoucí účinky zmíněného antivirotika. Toto zjištění souhlasí s výsledky získanými v rámci práce na spoluautorské publikaci zabývající se studiem účinku akcelerantu DDAK na prostup několika velmi účinných antivirotik ze skupiny acyklických nukleosid fosfonátů. Aplikací proléčiv těchto látek spolu s DDAK došlo k nárůstu jejich kumulace v kůži, aniž by byl zvýšen flux. Je ovšem třeba zmínit, že u jiných strukturních typů těchto antivirotik dokázal DDAK zvyšovat spíše jejich flux přes kůži. Přípravou proléčiva nebo podáním původní látky v kombinaci akcelerantem je tedy možné cílit léčbu lokálně nebo systémově. Pomocí měření ztráty vody přes kůži a impedance bylo zjištěno, že účinek nově připravených akcelerantů na kožní bariérové vlastnosti je reverzibilní do 24 hodin po jejich odstranění. Výsledky infračervené spektroskopie lidského stratum corneum pak ukazují, že tento vratný mechanismus pravděpodobně spočívá v interakci akcelerantů s lipidovou složkou stratum corneum, aniž by docházelo ke změnám složky proteinové. Poslední oblastí studovaných látek jsou fluorescenčně značené akceleranty, jejichž osud v kůži by mělo být možné přímo sledovat pomocí konfokální mikroskopie. Tyto látky byly připraveny spojením struktury DDAK s fluorescenční značkou NBD (7-nitrobenzo[c][1,2,5]oxadiazol-4-yl). Vzniklé estery si zachovaly akcelerační účinek (i když ne natolik silný jako výchozí DDAK). Při permeačních studiích však bylo možné sledovat, nehledě na vliv použitého donoru, velmi komplexní interakce mezi akcelerantem, modelovým léčivem (teofylin, hydrokortizon) a kůží samotnou. Vliv akcelerantu na prostup léčiva byl doprovázen odlišným vlivem použitých modelových léčiv na prostup akcelerantů. Tyto vzájemné interakce doplňovala kůže samotná poměrně rapidním rozkladem připravených látek již v hlubších vrstvách stratum corneum a celé epidermis vlivem kožních esteráz. Mechanismus účinku NBD esterů spočívá podle výsledků infračervené spektroskopie stejně jako u sacharidových a terpenových derivátů v interakci s lipidy kožní bariéry, což odpovídá i výsledkům konfokální mikroskopie epidermis po aplikaci NBD esterů, které se hromadily především v intercelulární lipidové oblasti. Kombinací struktur sacharidů či terpenů s fragmenty dříve popsaných akcelerantů se tedy podařilo získat nové účinné deriváty odvozené od přírodních látek. Tyto akceleranty interagují s lipidovou složkou kožní bariéry a navzdory nízké toxicitě a reverzibilitě jejich účinku si zachovávají značnou akcelerační aktivitu vůči látkám s různými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Díky fluorescenčně značeným akcelerantům bylo možné sledovat komplexní vzájemné působení mezi akcelerantem a použitým modelovým léčivem doplněné o vliv kůže samotné. NBD značka vnesená do molekuly umožnila přímé sledování akcelerantů v kůži a popsání dosud neznámých interakcí během permeačního procesu. V rámci práce tedy byly získány účinné akceleranty s řadou výhodných vlastností, což ukazuje na jednoznačnou výhodu využití přírodních struktur při hledání dalších účinných derivátů. Byla také ověřena vhodnost využitých metod (ztráta vody přes kůži, impedance) pro zkoumání reverzibility akcelerantů a rozšířena metodika hodnocení toxicity akcelerantů za využití laserové konfokální mikroskopie. Navíc se podařilo vyvinout základní metodiku pro sledování chování a osudu fluorescenčně značených akcelerantů přímo v epidermis, kterou jistě bude hodnotné dále rozvíjet.
Abstract v angličtině:
Abstract Penetration enhancers are compounds that facilitate transdermal drug delivery, which is an advantageous pathway of drug administration (compared to conventional methods). However, skin acts as formidable barrier enabling terrestrial life by protecting the inner body from the environmental conditions, microbes and substances. Thus, for drug administration via this pathway, some approach to temporary increase the skin permeability (e.g. permeation enhancer) should be employed. Despite the existence of many enhancer classes, there is still a need for new compounds enhancing broader spectrum of drugs, with reversible mode of action and better safety profile. One of the promising approaches is to explore natural compounds with low toxicity and irritation potential. In this thesis, I first studied various glucose and galactose derivatives bearing structural fragments that were responsible for enhancing activity of previously studied enhancers (e.g. amino acid derivatives, fatty acids and alcohols, modified ceramides). A detailed examination of these sugar- based compounds revealed potent glucoside and galactoside enhancers (12Glc6N and A15) comparable to or better than Span 20 with reversible mode of action and acceptable toxicity on keratinocyte and fibroblast cell lines. Another part of my work builds on the previous research of amino acid derivatives, which revealed potent enhancers with reversible mode of action and acceptable toxicity, such as 6-(dimethylamino)hexanoic acid dodecyl ester, DDAK. We prepared new potential enhancers by combining 6-(dimethylamino)hexanoic acid with selected terpenes or cinnamyl alcohol via biodegradable ester bond. This modification resulted in potent (comparable or better than DDAK), reversible and low-toxic enhancers derived from borneol, citronellol and cinnamyl alcohol (B-DAK, C-DAK and Ci-DAK, respectively), which increased the flux of hydrocortisone through human skin up to 82 times (cinnamyl derivative Ci-DAK). Noteworthy, C-DAK, derived from citronellol, increased the flux values of hydrocortisone and theophylline 56 and 47 times, respectively, which suggest its enhancing activity for both drugs with balanced (theophylline) or more lipophilic (hydrocortisone) properties. Beside the influence of the prepared enhancers on permeation of theophylline and hydrocortisone, which served simply as model structures with different physical chemical properties, the effect of most promising derivatives on permeation of cidofovir, a potent antiviral with potential clinical use, was investigated. Both sugar and terpene-based enhancers selectively increase cidofovir concentration in the skin (mostly in the superficial layers such as stratum corneum and epidermis) with no effect on the permeation of cidofovir through skin. It means that prepared enhancers could be advantageously used for improvement in local treatment of diseases caused by viruses and carcinomas sensitive to cidofovir, without significant adverse systemic effects of this drug. Similar results were observed in another part of our research for DDAK. Co-application of DDAK with prodrugs of acyclic nucleoside phosphonates highly active against many viruses lead to increased drug retention in the skin with no detectable permeation into the acceptor medium. On the other hand, DDAK was able to increase the delivery of different acyclic nucleoside phosphonates through skin. Therefore, by the application of prodrug or parent drug together with the enhancer, it is possible to target the local or systemic antiviral treatment. The influence of all prepared enhancers on the skin barrier properties were reversible within 24 h after the enhancer removal as measured by transepidermal water loss and electrical impedance. Infrared studies using human stratum corneum suggested the interaction of enhancers with barrier lipids with no changes in the stratum corneum proteins. The last topic of my thesis deals with fluorescent enhancers, which enable direct observation of their behaviour in skin via confocal laser scanning microscopy. These compounds were prepared by a combination of DDAK molecule with fluorescent NBD label (7-nitrobenzo[c][1,2,5]oxadiazol-4-yl). The resulting NBD esters retained permeation-enhancing activity, although lower than that of DDAK. Permeability studies revealed interesting complex interaction between model drug (theophylline, hydrocortisone), enhancer, donor solvent and skin. The enhancer influence on the drug flux was accompanied by various effects of the model drugs on the enhancer penetration. These complex interactions included the skin itself, with rather rapid decomposition of the NBD enhancers by skin esterases. Similarly to saccharide and terpene derivatives, NBD-esters interacted with barrier lipids. Such observation is in good agreement with the fluorescent microscopy results (human epidermis treated by NBD-esters) which confirmed accumulation of NBD enhancers mainly in the intercellular lipid lamellae with negligible entrance into the corneocytes. Therefore, potent enhancers based on natural compounds were obtained by combination of saccharides or terpenes with structural fragments of previously described enhancers. These low toxic enhancers reversibly interact with lipid part of skin barrier yet maintaining potent enhancing activity toward drugs with different physical chemical properties. The investigation of fluorescently labelled enhancers furthermore revealed more complex interaction between model drugs used, enhancer and the skin. Fluorescent label enabled direct observation of enhancers applied onto skin and description of new interactions occurring during the permeation proces. The advantageous properties of the enhancers reported in this thesis emphasize the usefulness of natural compounds in further search for new enhancers. We also confirmed the suitability of transepidermal water loss and impedance measurement in distinguishing between reversible and irreversible effect of enhancers and broadened our methods by using the cellular toxicity studies and confocal laser microscopy. Furthermore, the fluorescent enhancers that enable direct observation of enhancer behaviour in skin via confocal laser microscopy certainly deserve further studies.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Monika Kopečná 4.42 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Monika Kopečná 708 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Monika Kopečná 703 kB
Stáhnout Posudek vedoucího Doc. PharmDr. Kateřina Vávrová, Ph.D. 228 kB
Stáhnout Posudek oponenta Doc.RNDr. Pavel Doležal, CSc. 167 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. Ing. František Hampl, CSc. 382 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 95 kB