Автореферат диссертации по медицине на тему Экспериментальное изучение биотрансформации и фармакокинетики основного метаболита афобазола - соединения М-11
На правах рукописи
БАСТРЫГИН ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ БИОТРАНСФОРМАЦИИ И ФАРМАКОКИНЕТИКИ ОСНОВНОГО МЕТАБОЛИТА АФОБАЗОЛА -
СОЕДИНЕНИЯ М-11
14.03.06 - фармакология, клиническая фармакология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
15 та
Москва-2012
005013663
005013663
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении "Научно-исследовательском институте фармакологии имени В.В. Закусова" Российской академии медицинских наук (ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В.Закусова" РАМН)
Научный руководитель:
Доктор биологических наук
Колыванов Геннадий Борисович
Научный консультант:
доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ
Жердев Владимир Павлович
Официальные оппоненты:
Доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории психофармакологии ФГБУ "НИИ фармакологии
имени В.В.Закусова" РАМН Золотов Николай Николаевич
Доктор биологических наук, главный эксперт лаборатории химико-фармацевтических препаратов № 2 испытательного центра ФГБУ "Научный центр экспертизы средств медицинского применения"
Минздравсоцразвития РФ Соколов Андрей Владимирович
Ведущая организация: ГБОУ ВПО Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздравсоцразвития России
Защита диссертации состоится «_»_2012 г. в_час на заседании
диссертационного совета Д. 001.024.01 на базе ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН по адресу: 125315, Москва, ул. Балтийская, д.8.
С диссертацией можно ознакомиться в учёной части ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН по адресу. 125315, Москва, ул. Балтийская, д.8.
Автореферат разослан «_»_2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук,
профессор Вальдман Елена Артуровна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
В современной психофармакологии важной является проблема создания селективных анксиолитиков, сходных по противотревожным свойствам с бензодиазепинами, и при этом не обладающих их гипноседативными, миорелаксантными, амнестическими эффектами, не вызывающих зависимости и синдрома отмены (Середенин С. Б. с соавт., 1998, Briley М., Nutt D.J., 2000). Итогом фундаментальных исследований генетических различий в действии типичных транквилизаторов и анализе механизмов диссоциации их анксиолитического и седа-тивного влияния явился целенаправленный синтез соединения с селективными анксиолитиче-скими свойствами 5-этокси-2-[2-(морфолино)-этилтио]-бензимидазола дигидрохлорида, получившего название афобазол (Середенин С. Б. с соавт., 1998, Seredenin S.B., 2003).
Изучена фармакокинетика нового селективного анксиолитика афобазола у крыс (Виг-линская А.О., 2007). Установлено, что при различных путях введения афобазол интенсивно биотрансформируется и уже в первые минуты в плазме крови и органах крыс регистрируются значительные концентрации его метаболитов. Неизмененный препарат и его метаболиты определяются в плазме крови и органах животных в течение 3-х часов. При этом показано, что основным продуктом биотрансформации афобазола является метаболит И (окисленный по морфолиновому кольцу).
Выявлено, что после введения крысам афобазол и его основной метаболит 11 характеризуются близкими значениями абсолютных величин тканевой доступности в мозге (Виглин-ская А.О. с соавт., 2010).
Основываясь на полученных данных, можно предположить, что в случае наличия фармакологической активности у метаболита 11, данное соединение внесет соответствующий вклад в реализацию фармакологических эффектов афобазола, а также может служить основой для создания нового оригинального лекарственного препарата.
В ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН синтезировано соединение М-11 - 2-[2-(3-оксоморфолин-4-ил)этилтио]-5-этоксибензимидазола гидрохлорид, ранее идентифицированное в качестве основного, активного метаболита афобазола и предложенное для дальнейшего фармакологического и фармакокинетического изучения (Середенин С. Б. с соавт., 2009).
В разработке оригинального лекарственного средства (JIC) обязательным и необходимым этапом является экспериментальное изучение его фармакокинетики и метаболизма (Жердев В.П., Литвин А.А, 2005, Хабриев Р.У., 2005).
Диссертация выполнена в соответствии с плановой темой НИР ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН "Изучение механизмов эндо- и экзогенной регуляции функций ЦНС, разработка новых оригинальных нейропсихотропных средств". (№ государственной регистрации 01. 2006 06601).
Целью работы явилось экспериментальное изучение биотрансформации и фармакоки-негики соединения М-11 (основного активного метаболита афобазола).
Задачи исследования
1. Разработать высокочувствительный и селективный аналитический метод количественного определения соединения М-11 и его метаболитов в биологическом материале с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией.
2. Изучить биотрансформацию соединения М-11 в плазме крови крыс после его перорального и внутривенного введения.
3. Изучить фармакокинетику соединения М-11 в плазме крови и органах крыс после однократного внутрибрюшинного введения.
4. Изучить фармакокинетику соединения М-11 в плазме крови крыс после однократного внутривенного и перорального введения.
5. Определить абсолютную биологическую доступность соединения М-11.
6. Изучить фармакокинетику афобазола и соединения М-11 в системе "мать-плацента-плод", молочных железах крыс и органах крысят, вскормленных самками, получавших афобазол.
7. Определить коэффициенты липофильности афобазола и соединения М-11 в системе гексан : вода.
8. Изучить экскрецию соединения М-11 и его метаболитов с мочой и калом в эксперименте.
9. По результатам проведенных исследований обосновать перспективу создания пероральной лекарственной формы на основе соединения М-11.
Научная новизна исследования
Впервые исследована биотрансформация и фармакокинетика соединения М-11 (основного активного метаболита афобазола) у крыс, рассчитаны основные фармакокинетические параметры. Обнаружено, что соединение М-11 подвергается слабо выраженной биотрансформации после его непосредственного введения экспериментальным животным по сравнению с афобазолом. По результатам масс-спектрального анализа и встречного химического синтеза были идентифицированы 3 метаболита соединения М-11. Метаболиты - гидрокси-лированный по алифатическому радикалу, гидроксилированный по бензимидазольному
кольцу и сульфоксид соединения М-11 можно условно отнести к основным метаболитам, так как они регистрируются в наибольших количествах.
Соединение М-11 и его метаболиты определяются в плазме крови и органах животных в течение 3-х часов. В результате проведенного исследования установлено, что для соединения М-11 характерна более низкая степень проникновения в орган-мишень мозг и более высокая абсолютная биодоступность по сравнению с афобазолом. Установлено, что соединение М-11 по сравнению с афобазолом значительно интенсивнее проникает в органы и ткани крыс, о чем свидетельствуют величины площадей под фармакокинетической кривой и максимальных концентраций исследуемого соединения. Практическая значимость исследования
На основании результатов, полученных методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией, идентифицированы и синтезированы метаболиты соединения М-11. Полученное высокое значение абсолютной биодоступности подтверждает возможность создания лекарственных форм для перорального применения на основе соединения М-11. Фармакокинетические параметры, установленные в настоящей работе, могут быть использованы для дальнейшего фармакологического изучения соединения М-11.
В результате сравнительного анализа фармакокинетических параметров соединения М-11 и афобазола обоснована перспектива создания на основе изучаемого соединения таблети-рованной формы нового лекарственного препарата. Личный вклад автора
Автором самостоятельно разработана методики количественного определения соединения М-11 в биоматериале, проведены исследования по изучению биотрансформации и фарма-кокинетики соединения М-11 у крыс после разных путей введения, обработаны результаты, сформулированы выводы. При непосредственном участии автора подготовлены публикации по результатам работы.
Положения, выносимые на защиту
1. Разработаны высокочувствительные и селективные методы количественного определения соединения М-11 в биологическом материале с использованием ВЭЖХ-УФ и ВЭЖХ-МС/МС.
2. Соединение М-11 обладает более высокой абсолютной и тканевой биодоступностью по сравнению с афобазолом, кроме мозга. Соединение М-11 проникает в молоко кормящих самок крыс, а также через плацентарный барьер.
3. Соединение М-11 подвергается слабой биотрансформации по сравнению с афобазолом в организме крыс после различных путей введения.
5
4. Неизмененный препарат не определяется в экскрементах крыс.
5. Лнпофильность соединения М-11 ниже, чем у афобазола.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены на: научно-практической конференции "Достижения клинической фармакологии в России" (Москва, 2009 г.), ежегодной конференции с международным участием "Фармация и общественное здоровье" (Екатеринбург, 2010 г.),У Международной конференции "Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам" (Москва, 2010 г.), XVI Всемирном съезде фармакологов (Копенгаген, 2010 г.), XI Региональном Конгрессе Европейской коллегии по нейропсихофармакологии (Санкт-Петербург, 2011 г.), конференции в лаборатории фармакокинетики ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН (Москва, 2011 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликованы: 3 статьи - в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией, и 5 тезисов - в материалах российских и международных научных конференций. 1 статья принята в печать.
Объем и структура диссертации
Диссертация содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы, 3 главы результатов собственных исследований и их обсуждение, заключение, выводы, практические рекомендации, список литературы, включающийЯ9?источников литерату-ры,2?. таблицу,?^ рисунков. Диссертация изложена на^^страницах машинописного текста.
Экспериментальная часть
Материалы и методы исследования
Соединение М-11 - 2-[2-(3-оксоморфолин-4-ил)этилтио]-5-этокси-бензимидазола гидрохлорид. Молекулярная масса 357,89 г/моль. По своим физико-химическим свойствам соединение М-11 представляет собой белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде и умеренно в спирте.
В работе использовалась субстанция соединения М-11, синтезированного в отделе химии фармакологически активных веществ НИИ фармакологии имени В.В. Закусова РАМН. Там же были синтезированы следующие метаболиты соединения М-111: 2-оксиэтилтио-5-этоксибензимидазол, 2-[2-(3-оксоморфолин-4-ил)этилсульфенил]-5-этоксибензимидазол, 2-[2-(3-оксоморфолин-4-ил)этилсульфонил]-5-этоксибензимидазол. В качестве внутреннего стандарта (ВС) использовалась субстанция афобазола, сер. 0804001Р производства Еп^егге БрА.,
Синтез осуществлен канд. хим. наук Т. Я. Можаевой
6
(Италия). Содержанке основного компонента во всех используемых в работе стандартных веществах было не ниже 99,0%
Экспериментальные животные
Изучение фармакоюшетики соединения М-11 проводили на бодрствующих белых крысах-самцах (масса тела 200±30 г), полученных из питомника "Столбовая" РАМН. Животных содержали в стандартных условиях вивария ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН при 12-ти часовом световом режиме. Животным однократно внутрибрюшинно и перо-рально вводили раствор соединения М-11 в дозе 25 мг/кг.
Условия масс-спектрометрического анализа соединения М-11 и его метаболитов в плазме крови крыс
Анализ проводили на ВЭЖХ-МС/МС системе «Agilent 1200 Series» («Agilent technologies», USA с масс-спектрометрическим детектором (ионная ловушка) модели VL с электроспрей-ионизацией при атмосферном давлении (API-ES) и управляемым IBM совместимым компьютером с системой обработки данных "ChemStation". Детектирование проводили в режиме как положительной, так и отрицательной ионизации по полному ионному току, температура азота - 350 °С, расход - 10 л/мин, давление на небулайзере - 240 кПа, напряжение на капилляре - 3500В. Подвижная фаза состояла из буферного раствора А (50,0 мл ОДМ раствора ацетата аммония и 5 мл концентрированной муравьиной кислоты) и ацетонитрила с добавлением 50,0 мл раствора ацетата аммония и 5 мл концентрированной муравьиной кислоты в качестве раствора В. Соотношение раствора А к раствору В составляет 4:1. Скорость подачи подвижной фазы составила 0,3 мл/мин.
Условия количественного определения М-11 и его метаболитов в плазме крови, органах и экскрементах животных с применением метода высокоэффективной жидкостной хроматографии
Хроматографический анализ проводили на компьютеризованной системе «Beckman Coulter» (США), оснащенной изократической помпой - «System Gold 127 Solvent Module» и УФ-детектором с переменной длиной волны - «System Gold 166 Detector».
Условия хроматографирования: аналитическая колонка - Synergi С-18 «Phenomenex» (250x4,6 мм, 4 мкм); подвижная фаза - глициновый буфер (pH 3,4) : ацетонитрил (100:33); скорость потока подвижной фазы - 1,5 мл/мин; детектирование - 300 нм. Хроматографический анализ проводили при комнатной температуре (22-24°С). Перед хроматографированием подвижную фазу дегазировали на ультразвуковой бане и фильтровали.
Относительная ошибка метода количественного определения соединения М-11 не превышала 6,91%. Полученные данные свидетельствуют о том, что разработанные методики характеризуются высокой воспроизводимостью.
Обработка биологических проб, экстракция М-11 и его метаболитов из биологических образцов
Подготовка плазмы крови крыс к хроматографическому анализу
Экстракцию соединения М-11 из плазмы крови, молока, мочи и кала, а так же из гомоге-натов органов, плацент и эмбрионов, проводили диэтиловым эфиром. К опытным образцам добавляли 15,0 мл диэтилового эфира и встряхивали в течение 15 мин. Эфирный слой переносили в выпарительные колбы и выпаривали досуха при 40°С в токе азота. Сухой остаток растворяли в подвижной фазе (0,3-0,5 мл) и аликвоту (200 мкл) вводили в инжектор хроматографа. Процедуру экстракции повторяли дважды.
С целью определения величины процента извлечения соединения М-11 из плазмы крови были приготовлены стандартные растворы в дистиллированной воде с концентрациями 1,25; 2,50 и 5,00 мкг/мл. 0,1 мл стандартного раствора добавляли к 0,9 мл интактной плазмы крови и инкубировали на водяной термостатической бане в течение 1 часа при 37°С. Затем проводили двойную экстракцию М-11 диэтиловым эфиром.
Установлено, что процент извлечения соединения М-11 из плазмы крови составляет 91,9 ± 2,24 (среднее из 3 определений).
Построение калибровочных кривых
Количественное определение соединения М-11 проводили методами абсолютной калибровки и внутреннего стандарта.
При использовании метода абсолютной калибровки линейность методики оценивалась по площадям хроматографических пиков 7 калибровочных стандартов (50, 100, 250, 500, 1000, 2500, 5000 нг/мл), растворенных в элюенте, используя алгоритм линейной регрессии наименьших квадратов, в системе координат «площадь хроматографического пика - концентрация соединения М-11». В изучаемом диапазоне отмечена линейная зависимость между концентрацией анализируемого соединения и площадью пика, которая описывалась следующим уравнением: 8=0,1644С, где Б - площадь хроматографического пика соединения М-11, С - концентрация анализируемого соединения. Коэффициент корреляции градуировочных графиков в диапазоне концентраций 50 - 5000 нг/мл составлял 0,992.
При использовании метода внутреннего стандарта (афобазол 1000 нг/мл) линейность методики оценивалась в диапазоне 50-5000 нг/мл, используя алгоритм линейной регрессии наименьших квадратов в системе координат «отношение площадей хроматографического пи-
8
ка соединения М-11 к площади хроматографического пика ВС (афобазола) - концентрация соединения М-11». В изучаемом диапазоне отмечена линейная зависимость между концентрацией анализируемого соединения и соотношением площади пика соединения М-11 к пло-
5
щади пика ВС, которая описывалась следующим уравнением: —в.мз+о,опс
где ^м-и - площадь хроматографического пика соединения М-11, А™ .ст. — площадь хроматографического пика внутреннего стандарта, С - концентрация анализируемого соединения. Коэффициент корреляции градуировочных графиков в диапазоне концентраций 50 - 5000 нг/мл составлял 0,995. В этих условиях время удерживания для соединения М-11 составило 6,5 мин.
Фармакокинетические параметры, используемые для интерпретации экспериментальных данных
Основные фармакокинетические параметры рассчитаны модельно-независимым методом (программа "M-IND") (Агафонов A.A., Пиотровский В.К., 1991):
• AUCo-» (мкг/млхч) - площадь под фармакокинетической кривой (площадь под кривой "концентрация лекарственного вещества - время"). AUCo-», рассчитывается от момента введения до бесконечности;
• Со (мкг/мл) - концентрация препарата в плазме крови после внутривенного введения в нулевой момент времени;
•Тщах (ч) - время достижения максимальной концентрации препарата в плазме крови после перорального введения;
• Сщах (мкг/мл) - максимальная концентрация лекарственного вещества (JIB) в плазме крови после перорального введения;
• Cmax/AUCo-» (ч'1)- параметр, характеризующий скорость всасывания препарата в системный кровоток;
• MRT (ч) - среднее время пребывания лекарственного вещества в организме;
• Kei (ч-1) - константа элиминации, параметр, характеризующий скорость выведения препарата из организма;
• ti/2ei (ч) - период, за который выводится половина введенной и всосавшейся дозы лекарственного вещества.
• fT - тканевая доступность;
• Kd- кажущий коэффициент распределения;
• fa - абсолютная биодоступность.
Статистическая обработка полученных результатов
Полученные экспериментальные данные были статистически обработаны с помощью программы "Excel v. 11.0". В таблицах представлены следующие статистические характеристики: х - среднее арифметическое результатов измерений, SD - стандартное отклонение, S* - стандартное отклонение от среднего арифметического, Д* - абсолютная погрешность измерений, е% - относительная погрешность измерений.
Достоверность различий для сравниваемых концентраций исследуемых соединений оценивали с помощью критерия Стьюдента (программа "Statistica 6.0") (Сергиенко В.И., Бондарева И.Б.,2001).
Поскольку на каждую временную точку использовали по 8 животных, результирующая фармакокинетическая кривая была построена по усредненным концентрациям, поэтому при расчетах фармакокинетических параметров отсутствует статистическая обработка результатов. Рисунки были выполнены с использованием графического редактора "Origin v.7.0".
Условия определения коэффициента распределения афобазола и соединения М-11 между органической и водной фазами
Для определения коэффициента распределения афобазола и соединения М-11 использовалась система гексашфосфатный буфер (рН 7,4). Log Р определяли по методу "Shake - flask" (Sangster J., 1997).
К буферному раствору (рН 7,4) с известной концентрацией исследуемого соединения добавляли эквивалентный объем н-гексана. Две фазы встряхивали (в шейкере) в течение 3-х часов, а затем на 2 часа помещали в водяную баню при температуре 37°С для установления квазистационарного состояния. Фазы были окончательно разделены путем центрифугирования при 1500 об/мин в течение 15 мин. Концентрация исследуемого вещества в водной фазе определялась с помощью ВЭЖХ-УФ. Коэффициент распределения (Р), исследуемого соединения был рассчитан по формуле: log= log I , где Сгексш- концентрация иссле-
V L^exbJ J
дуемого вещества в липофильной фазе (н-гексан), СвЫи . концентрация исследуемого вещества в гидрофильной фазе (фосфатный буфер).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Биотрансформация соединения М-11 у крыс
Исследование метаболизма соединения М-11 с применением масс-спектрометрического анализа позволило обнаружить наряду с неизмененным препаратом 8 продуктов его биотрансформации (рис. 1). Как видно из рис. 1, большинство метаболитов относятся к продуктам окисления соединения М-11.
Ранее было показано, что в организме крыс афобазол интенсивно метаболизируется. С применением масс-спектрометрического анализа в плазме крови животных наряду с неизмененным афобазолом бьио обнаружено 17 продуктов его биотрансформации (Колыванов Г.Б. с соавт., 2006).
с2н5
Н 6
N г~\
м>-8СН2СН21ЧО
Н М-11 II
- о
н 1
о
О *
2 Г
О
ед^кнгсн-д Ь_^^¡у^сщГЪ
н з Ч ^ I п
Н 7 11
гя-он
н 5 с^-о^г^^н^н^о
Й 8 Г Н О 4 Г
Рисунок 1 - Схема биотрансформации соединения М-11 на основании данных масс-спектрометрического анализа плазмы крови крыс.
Соединение М-11, в отличие от афобазола, характеризуется слабо выраженной степенью биотрансформации, поскольку после введения аналогичными способами животным соединения М-11 его метаболиты определяются в небольших, а некоторые лишь в следовых количествах. В результате отщепления морфолонового цикла с последующим гидролизом образуется продукт 1, содержащий гидроксигруппу в алкильной цепочке молекулы. Гидролиз этокси-группы в 5-м положении М-11 и соединения 1 приводит соответственно к формированию продуктов 2 и 6, содержащих гидроксильную группу в 5-м положении бензимидазольного цикла. Дальнейшая деградация алифатической цепочки у метаболита 1 приводит к образованию соединения 5. Частичное окисление атома серы в соединении М-11 приводит к формированию метаболита 3. Определяется также сульфоксид - продукт 7, появление которого возможно несколькими путями (рис. 1). В результате деметилирования соединения 3 образуется продукт 8. Результатом дальнейшего окисления атома серы в соединении 3 является продукт 4 - сульфон.
В результате сравнительного анализа хроматографических и масс-спектральных свойств соединений 1, 3, 4 (рис. 1) и синтезированных стандартов установлена их полная идентичность. Другие метаболиты, для которых в настоящее время нет соответствующих стандартов, были охарактеризованы по значениям молекулярных ионов. Метаболиты 1, 2 и 3 можно условно отнести к основным метаболитам, так как они регистрируются в больших количествах, чем остальные. Остальные метаболиты были обнаружены лишь в следовых количествах. В опытной плазме крови крыс обнаружен молекулярный ион с m/z 322 соответствующий основанию соединения М-11, который отсутствовал в контрольной плазме крови. Дальнейшая фрагментация молекулярного иона выявила один дочерний (характеристический) ион с m/z 128, подтверждающий химическое строение исходного соединения. Формирование гидро-ксильной группы, являющейся более полярной и способной к глюкуронированию, характерное направление биотрансформации большинства ксенобиотиков. Частными примерами данного процесса являются реакции гидролиза этоксигруппы у афобазола и соединения М-11. Продукты биотрансформации, образующиеся по данному направлению определяются в наибольших количествах (Виглинская А.О., 2007). Окисление морфолинового кольца в соответствующие морфолоны встречается в метаболизме различных замещенных морфолинов: док-сапрам (Pitts J.E. et al, 1973), вилоксазин (Case D.E. et al, 1975), молсидомин (Rosenkranz B. et al, 1996), эморфазон (Hayashi T. et al, 1982), ребоксетин (Dostert P. et al, 1997) и др. Фактически, этот путь метаболизма является основным в биотрансформации шестичленных гетеро-циклов. Поэтому, и для содержащих морфолиновый цикл веществ характерно данное направление метаболизма (Граник В.Г., 2006). Дальнейшие метаболические превращения приводят, как правило, к раскрытию кольца с образованием более полярных структур, содержащих гид-роксильную и/или карбоксильную группу.
Таким образом, основные направления биотрансформации соединения М-11 у крыс заключаются в образовании гидроксилированных по ароматическому кольцу бензимидазольно-го цикла метаболитов. Образование гидроксильной группы в бензимидазольном фрагменте подтверждается литературными источниками по биотрансформации таких производных бен-зимидазола как ланзопразол, омепразол, пантопразол, альбендазол и др. (Cederberg С. et al, 1989, Andersson Т. et al, 1992, Karol M.D. et al, 1995, Pearce R.E. et al, 1996).
Фармакокинетика соединения М-11 после внутрибрюшинного введения крысам в дозе 25 мг/кг
После внутрибрюшинного введения соединение М-11 подвергается биотрансформации, и уже в первые минуты в плазме крови и органах крыс регистрируются его метаболиты. Соединение М-11 определяется в плазме крови и органах животных в течение 3-х часов.
12
Снижение концентраций соединения М-11 носит ярко выраженный двухфазный характер (рис. 2). Время достижения максимальной концентрации (Ттах) соединения М-11 в плазме крови составило 0,042 часа (2,5 мин), а ее величина - 25,87 мкг/мл (табл. 1). Максимальные концентрации соединения М-11 в исследуемых органах и тканях наблюдались через 1-5 мин, а в мозге через 5 мин.
Анализ параметров кинетики позволяет заключить, что соединение М-11 быстро выводится из организма, на что указывает значение константы скорости элиминации из плазмы крови, которая составила для исследуемого соединения 2,042 ч"1.
Таблица 1 - Фармакокинетические параметры соединения М-11 в плазме крови крыс после однократного внутрибрюшинного введения в дозе 25 мг/кг
Фармакокинетические параметры
АиСо-», Сщах, Стах _] Тщах, С1, Ке1, МЯТ, V*
мкг/мл-ч мкг/мл лис.-'1 Ч л/час ч-' Ч Ч л
12,58 25,87 2,06 0,042 1,988 2,042 0,34 0,39 0,973
Быстрое выведение соединения М-11 из организма характеризуется также величинами следующих фармакокинетических параметров: среднее время удерживания в организме - 0,39 ч и период полувыведения вещества из организма - 0,34 ч.
Соединение М-11 выводится из плазмы крови, мозга, печени, селезёнки и почек примерно с одинаковой скоростью (1,695 - 2,267 ч"1). Значения констант элиминации статистически не отличаются. Соединение М-11 более быстро выводится из умеренно и слабо васкуля-ризированных тканей. Абсолютные величины К^ для брыжейки и мышечной ткани составили 2,425ч"1 и 2,188 ч"', соответственно, что может быть связано с относительно слабыми липо-фильными свойствами. Среднее время удерживания соединения М-11 в плазме крови, мозге, печени, селезёнке и почках характеризуются приблизительно одинаковыми величинами.
Таким образом, полученные результаты по изучению фармакокинетики соединения М-11 после его введения внутрибрюшинно позволяют сделать вывод, что исследуемое соедине-
13
0-1-,-,-,-, . IТ—г^-т---,-,-1
0.0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Время, час
Рисунок 2 - Фарчакокинетическая кривая соединения М-11 в плазме крови крыс после однократного внутрибрюшинного введения в дозе 25 мг/кг.
ние элиминирует из организма животных с высокой скоростью, на основании чего его можно отнести к группе "короткоживущих" лекарственных веществ.
Полученные результаты подтверждаются многочисленными литературными данными по морфолинсодержащим структурам. Так, например, период полувыведения молсидомина составляет 1 ч (Rozenkranz В. et al, 1996), в случае инделоксазина - 2,2 ч (Kamimura Н. et al, 1987), препарат моклобемид элиминирует из плазмы крови с периодом полувыведения 2-4 ч в зависимости от вводимой дозы (Wiesel F.А. et al, 1985), период полувыведения афобазола равен 0,53 ч (Виглинская А.О. с соавт., 2007).
Тканевая доступность соединения М-11 у крыс
Распределение соединения М-11 изучали в органах и тканях, отличающихся друг от друга различной степенью кровоснабжения, а также в органах, обеспечивающих элиминацию и в органе - зоне потенциального действия: сильно васкуляризованные ткани - селезёнка; умеренно васкуляризованные ткани - мышцы; слабо васкуляризованные ткани - брыжейка; органы, обеспечивающие элиминацию - печень, почки; зона потенциального действия - мозг.
Соединение М-11 регистрируется во всех исследуемых органах и тканях, причем в распределении препарата прослеживается некоторая гетерогенность.
Величины тканевой доступности представлены на рис. 3.
Анализ абсолютных величин тканевой доступности соединения М-11 показал, что исследуемое соединение интенсивно распределяется в сильно васкуляризированных тканях органов - печени, селезёнке и почках. В то же время их содержание в умеренно и слабо васкуляризированных тканях (мышца, брыжейка) -значительно ниже.
Тканевая доступность соединения М-11 в Рисунок - 3 Тканевая доступность (fT) со- системе «печень - плазма крови» характеризи-единения М-11 после однократного внутри- руется величинами 1,19; «селезёнка - плазма брюшиниого введения в дозе 25 мг/кг. крови» - 0,90; «почки - плазма крови» - 0,71.
К информативным фармакокинетическим показателям, отражающим степень проницаемости соединений в ткани организма и способность последних к избирательному захвату фармакологических препаратов из кровяного русла, также относится кажущийся коэффициент распределения (K<i). Наклон фармакокинетической кривой соединения М-11 в плазме кро-
! 1
11
Печень Селезенка Почки Брыжейка Мышцы Мозг
внутрибрюшинного введения препарата в дозе 25 иг/кг (n=8; x±SD)
ви и мозге крыс характеризуются близкими значениями параметра «Ь», поэтому правомерно рассчитать Kj в моно экспоненциальных фазах.
Таблица 2 - Коэффициенты распреде- Величины коэффициентов распределения со-
ления соединения М-11 в органах и единения М-11 в органах и тканях крыс представле-тканях крыс после однократного ны в хадлице 2. Коэффициенты распределения для
органов, обеспечивающих элиминацию вещества, характеризуются средними величинами и составили для печени - 0,92 - 1,88, для почек - 0,61 - 1,01 (через 0,25 - 1,50 ч после введения препарата). В то же время, для средне- и слабоваскуляризированных органов коэффициенты распределения оказались более низкими. Kd в системе «мышцы - плазма крови» (через 0,25 - 1,50 ч после введения) не превышают 0,55; в системе «брыжейка - плазма крови» - 0,11. Интересно отметить, что самое заметное уменьшение коэффициента распределения наблюдалось в системе «селезёнка - плазма крови» (через 0,25 -1,50 ч после введения). Коэффициент распределения в данном органе снизился в 4 раза, в то время как коэффициенты распределения в остальных тканях либо были на одном уровне (мозг, мышцы), либо изменения носили не столь значительный характер, как в селезенке (брыжейка, почки). Самое низкое значение коэффициента распределения наблюдалось в системе «мозг - плазма крови» (через 0,25-1,5 ч после введения) и составило 0,05 после 1,5 часов. Важно также отметить, что в системах «селезёнка - плазма крови» и «брыжейка - плазма крови» наблюдалось снижение величин, характеризующих коэффициент распределения, в то время как для систем «печень - плазма крови», «почки - плазма крови» и «мышцы - плазма крови» наблюдается увеличение данного коэффициента (табл. 2), что может служить доказательством наличия небольшой кумуляции соединения М-11 в печени, почках и мышцах.
Таким образом, из полученных нами данных следует, что интенсивность проникновения соединение М-11 в органы и ткани снижается в ряду: печень - селезёнка - почки - брыжейка - мышцы - мозг.
Органы Коэффициенты распределения
Время, час
0,25 0,50 1,0 1,5
Мозг 0,04 0,04 0,03 0,05
Печень 0,92 0,93 1,14 1,88
Селезёнка 0,43 0,47 0,42 0,14
Почки 0,61 0,77 0,79 1,01
Мышцы 0,38 0,34 0,42 0,55
Брыжейка 0,21 0,17 0,16 0,11
-о— Пероральное введение -ш— Внутривенное введение
Фармакокинетика соединения М-11 после перорального введения крысам в дозе 25 мг/кг
Фармакокинетика М-11 после введения его перорально крысам (рис. 4, табл. 3) существенно отличается от кинетики введения внутрибрюшинно, прежде всего более низкими концентрациями неизмененного препарата.
Как видно из рисунка 4, содержание М-11 в плазме крови крыс быстро нарастает (Стах/АиСо-оо= 0,97 ч" '), и достигает максимума в среднем через 0,5 ч. Затем наблюдается двухфазное снижение концентрации неизменённого вещества.
Соединение М-11 определяется в плазме крови животных в течение 3-
0,0
0,5
1,0
1,5 2,0 Время, час
2,5
3,0
3,5
Рисунок 4 - Фармакокинетические кривые соединения М-11 в плазме крови крыс после однократного введения перорально и внутривенно в дозе 25 мг/кг (п=8; х ±80).
х часов. Снижение концентраций препарата носит ярко выраженный двухфазный характер (рис. 4). Фармакокинетические параметры М-11 после введения перорально и внутривенно представлены в табл. 3.
Таблица 3 - Фармакокинетические параметры в плазме крови крыс после однократного введения перорально и внутривенно соединения М-11 в дозе 25 мг/кг
Фармакокинетические параметры
AUCo-oo, Cmaxi Сшах _i Со, мкг/мл Ттах, С1, Kel, tm л 1, MRT,
мкг/мл-ч мкг/мл AUG,--' Ч л/час ч-1 ч ч л
п/о 9,08 8,8 0,97 - 0,5 2,757 1,53 0,45 0,56 1,80
в/в 13,3 - - 83,63 - 1,879 2,01 0,34 0,38 0,71
Время достижения максимальной концентрации (Ттах) соединения М-11 в плазме крови после его перорального введения составило 0,5 ч, а её величина - 8,8 мкг/мл.
Анализ параметров кинетики позволяет заключить, что соединение М-11 быстро выводится из организма, на что указывают значения С1 - 2,757 л/ч и Ke! - 1,533 ч"1. Период полувыведения исследуемого соединения составил 0,45 ч, MRT в организме крыс - 0,56 ч.
При сравнении величин констант скорости элиминации соединения М-11 после введения внутривенно и перорально видно, что анализируемое вещество приблизительно одинаково выводится из организма животных как после введения перорально, так и после введения внутривенно.
Абсолютная биодоступность соединения М-11 у крыс
Абсолютная биодоступность соединения М-11 после введения перорально составляет 68,3%. Высокую степень биодоступности М-11, по-видимому, можно рассматривать, как следствие его слабо выраженной биотрансформации, что приводит в свою очередь к высокой концентрации соединения М-11 в плазме крови. У афобазола интенсивность биотрансформации значительно выше, чем у М-11 и в то же время величина абсолютной биодоступности ниже и составляет 43,6% (Виглинская А.О. с соавт., 2007, Середенин С.Б. с соавт., 2007).
Высокие значения абсолютной биодоступности характерны для многих ле-
о. 12-
X
31
5«
о х О с ^ □ 6-1
сё«1
I
карственных препаратов содержащих морфолиновый цикл: ребоксетин (94,5%), линезолид (>95% у крыс и собак и >70 % у мышей), гефитиниб (59%), инделоксазин (90%) (Катшшга Н. е1 а|, 1987, РЫэЬакег ХС. еХ а1, 2000, ЭкИег Ю., й а1, 2002,
Пероральное введение - Внутривенное введение
Рисунок 5 - Площади под фармакокинетической МсКлПор О е1 а1 2004) кривой в плазме крови крыс соединения М-11 после однократного лерорального и внутривенного введения в дозе 25 мг/кг.
Сравнительный анализ тканевой доступности афобазола и соединения М-11
Распределение афобазола и соединения М-11 изучали в органах и тканях крыс, отличающихся друг от друга различной степенью васкуляризации, а также в зоне потенциального действия - мозге (Виглинская А.О. с со авт., 2007, Виглинская А.О. с соавт., 2010). Афобазол и соединение М-11 регистрируются во всех исследуемых органах и тканях, при этом в распределении веществ прослеживается значительная гетерогенность. Основными фармакокинетическимн параметрами, на основании которых проводился сравнительный анализ величин исследуемых соединений, были площадь под фармакокинетической кривой (АиСо-сс), максимальная концентрация (Стах) и период полувыведения (^деО (табл. 4). Анализ величин фармакокинетических параметров афобазола и соединения М-11 показал, что исследуемые соединения интенсивно распределяются в сильно васкуляризированных тканях печени, селезёнки и почек, при этом значения АиСо-® и Стах соединения М-11 значительно превосходят те же параметры для афобазола. Так, в плазме крови
17
Стах соединения М-11 составляет 25,87 мкг/мл, а афобазола - 5,35 мкг/мл, что приблизительно в 5 раз превышает величину максимальной концентрации афобазола при одинаковой введенной дозе. Величина ЛиСо-«, соединения М-11 в плазме крови была в 7,6 раза выше аналогичного параметра для афобазола. Также значительно более высокие величины ЛЬ'Со-х и Стах наблюдаются во всех исследуемых органах (печени, селезёнке, почках, мышцах и брыжейке), за исключением мозга. Соединение М-11 в значительно меньшей степени, по сравнению с афобазолом, подвергается биотрансформации, поэтому в плазме крови и почти во всех органах (кроме мозга) величины АиСо.® и Сщах соединения М-11 были значительно выше (табл. 4). В то же время, в мозге величина Стах соединения М-11 была в 2,7 раза ниже аналогичной величины афобазола. АиСо-со соединения М-11 в мозге в 1,8 раза ниже аналогичной величины для афобазола. Хотя при непосредственном введении соединения М-11 АиСо-«, в 1,7 раза больше, чем при образовании соединения М-11 в качестве метаболита при введении афобазола. Как и афобазол соединение М-11 быстро выводится из организма животных, о чем свидетельствуют значения ^де! (табл. 4). Через 3 ч после различных способов введения регистрировались следовые концентрации исследуемых веществ.
Таблица 4 - Основные фармакокинетические параметры (АиСо-®, Ст„„ ^м) афобазола и метаболита М-11 в плазме крови и органах крыс после однократного внутрибрюшин-иого введения в дозе 25 мг/кг
Афобазол Соединение М-11
Неизмененный препарат Метаболит (М-11)
АиСо-„ (мкг/млхч) Стах (мкг/мл) Ь/2е! 00 АиСо.» (мкг/млхч) Стах (мкг/мл) ипл (ч) АиС0.» (мкг/млхч) Сщах (мкг/мл) (ч)
плазма крови 1,6 6 5,35 0,33 0,42 0,65 0,40 12,58 25,87 0,34
мозг 0,97 3,24 0,39 0,33 0,50 0,54 0,55 1,19 0,41
печень 4,15 19,83 0,32 2,42 5,51 0,39 15,00 59,62 0,37
селезенка 2,41 19,21 0,39 1,43 2,42 0,46 11,33 47,49 0,31
почки 2,55 8,32 0,38 1,39 2,65 0,44 8,94 28,45 0,39
мышцы 1,12 2,99 0,49 0,56 1,02 0,52 4,44 7,67 0,32
брыжейка 0,35 0,38 0,79 0,24 0,24 0,67 4,53 29,52 0,29
Высокая способность соединения М-11 проникать в различные органы и ткани подтверждена результатами исследования, проведенного совместно с сотрудниками лаборатории лекарственной токсикологии2 (Шредер О.В. с соавт., 2010). Концентрации афобазола и со-
2 Исследование выполнено совместно с сотрудниками лаборатории лекарственной токсикологии Шредер О. В., Шредер Е. Д., Соломиной А. С., Забродиной В. В. (заведующий лабораторией член-корреспондент РАМН, профессор Дурнев А. Д.)
единения M-l 1 определяли в системе мать-плацента-плод, молочных железах крыс и в органах крысят, вскормленных самками, получавших афобазол.
Содержание афобазола в плаценте через 15 мин после его введения беременным самкам в 2 раза больше, по сравнению с 40 минутной экспозицией. Концентрация метаболита М-11 в плацентарной ткани, наоборот, через 40 мин увеличилась в 2,9 раз по сравнению с данными полученными при 15 минутной экспозиции.
В тканях эмбрионов, как и в плаценте, выявлено характерное распределение концентраций афобазола и соединения М-11. Через 15 минут после введения афобазола в эмбриональных тканях установлено более высокое содержание препарата по сравнению с 40 минутной экспозицией. В то же время отмечено увеличение уровня соединения М-11 в 3,3 раза по сравнению со значением, наблюдаемым при 15 минутной экспозиции.
Таким образом, установлено, что максимальный уровень концентрации афобазола в тканях плацент и эмбрионов достигается через 15 минут экспозиции. Значительное увеличение уровня метаболита М-11 отмечено через 40 минут экспозиции. Кроме того, сходство и характер распределения концентраций афобазола и соединения М-11, а также увеличение уровня соединения М-11 через 40 минут экспозиции на фоне снижения содержания афобазола может свидетельствовать о том, что в плацентарной и эмбриональной тканях крыс может происходить дальнейшая биотрансфомация афобазола с образованием соединения М-11. Эти данные согласуются с литературными сведениями о фармакокинетических особенностях лекарственных веществ и их метаболическом превращении в системе мать-плацента-плод (Шехтман М.М. с соавт., 1999, Лозинский Е.Ю. с соавт., 2005).
Установлено, что после введения афобазола кормящим крысам в дозе 200 мг/кг в плазме крови крысят через 10 и 30 минут вскармливания молоком определяются неизмененный препарат и соединение М-11. Через 30 минут вскармливания молоком в плазме крови крысят отмечено увеличение концентрации афобазола в 1,5 раза и его метаболита М-11 в 4,8 раз, по сравнению с 10-минутной экспозицией.
Сравнение концентраций препарата в мозге крысят через 10 и 30 минут вскармливания молоком показало, что при разных временных экспозициях обнаруживается одинаковое, незначительное количество афобазола. Кроме того, метаболит М-11 в эти временные интервалы в мозге крысят не обнаружен, по-видимому, из-за его чрезвычайно низких концентраций (ниже порога чувствительности). Ранее было показано, что метаболит М-11, как и афобазол проникает через гематоэнцефалический барьер (Виглинская А.О. с соавт., 2007).
Более высокая степень проникновеня афобазола в мозг по сравнению с соединением М-11 связана, вероятно, с различиями в их физико-химических свойствах. Одним из факторов,
19
влияющих на проницаемость лекарственного средства через ГЭБ является липофильность. Было установлено, что при распределении в системе гексан:вода соединение М-11 обладает менее выраженными липофильными свойствами по сравнению с афобазолом, что связано с наличием в структуре соединения М-11 морфолонового цикла. Рассчитанная величина коэффициента распределения для соединения М-11 составила 0,88, а для афобазола - 1,04. Полученные данные подтверждаются литературными источниками (Aravagiri М. et al, 1998, Arava-giri M. et al, 2002)
Из полученных нами данных следует, что афобазол обладает средней, а соединение М-11 более низкой интенсивностью проникновения в орган-мишень мозг по сравнению с афобазолом.
Установлено, что М-11 по сравнению с афобазолом значительно интенсивнее проникает в органы и ткани крыс, о чем свидетельствуют величины AUC и Cmax- В то же время афобазол и М-11 характеризуются приблизительно сходными величинами периода полувыведения (ti/2ei)- На основании рассчитанных величин tißei соединение М-11, как и афобазол, можно отнести к группе "короткоживущих" веществ.
Экскреция афобазола и его метаболитов с мочой и калом крыс
В результате исследования, проведенного по молекулярным ионам и синтезированным стандартам-свидетелям идентифицировано 4 продукта биотрансформации соединения М-11 (рис. 6): гидроксилированное производное М-11 (m/z 294), сульфон М-11 (m/z 354), сульфок-сид М-И (m/z 338) и гидроксилированное сульфоокисленное производное М-11 (m/z 311).
Данные по выведению соединения М-11 с мочой и калом крыс после однократного внутрибрюшинного и перорального введения препарата в дозе 25 мг/кг представлены на рисунках 6-8.
Установлено, что в суточной моче исходное соединение не определяется. В кале соединение М-11 так же не обнаружено вне зависимости от пути введения. Поэтому можно сделать вывод, что препарат полностью всасывается из ЖКТ в системный кровоток.
CJ|[,O
S-CHrCH¡N о
ir\ М-11 о
^-o-OrjJJ-CHrCBWifb
и О 4 „
\
НО-Т«^", ¡J
В качестве основного метаболита соединения М-11 в моче и кале животных можно рассматривать гидроксилирован-ное производное. Его содержание в моче составляет 0,41% от введенной дозы. Так же в моче зарегистрирован сульфоксид М-11. Его содержание составило 0,19%. В то же время количества сульфона М-11 и гидроксилированного сульфоокисленного производного М-11 в суточной моче и кале были значительно меньше (рис. 7 и 8).
Полученные результаты подтверждают литературные данные, что выведение производных бензимидазола в большей степени происходит за счет образования гидроксилированных метаболитов по ароматическому кольцу (Ап-скгеБоп Т. е1 а1, 1992).
Рисунок - 6 Схема метаболизма в моче и кале крыс после внутрибрюшинного и перорального введения в дозе 25 мг/кг.
Шш
Номер метаболита
Рисунок 7 - Содержание метаболитов в суточной моче после перорального введения соединения М-11.
Номер метаболита
Рисунок 8 - Содержание метаболитов в суточном кале после внутрибрюшинного (светлые столбики) и перорального (темные столбики) введения соединения М-11.
За сутки с мочой крыс выводится 0,68% идентифицированых метаболитов (от введенной дозы, рис. 7), в то время как с калом - 0,37% (рис. 8). Полученные результаты согласуются с данными литературы по изучению экскреции производных бензимидазола (Hongo М. et al., 1992, Steinijans V.W. et al., 1994, Levy R. H. et al., 2000, Виглинская А. О. с соавт, 2008).
Анализ процессов экскреции соединения М-11 и его метаболитов позволяет заключить, что элиминация этого вещества из организма крыс происходит почти исключительно за счет
биотрансформации препарата в печени. Суммарное выведение метаболитов за сутки с мочой крыс в среднем в 2 раза выше, чем с калом.
Заключение
В разработке оригинального лекарственного средства обязательным и необходимым этапом является экспериментальное изучение его фармакокинетики и метаболизма.
В результате исследования фармакокинетики и биотрансформации нового селективного анксиолитика афобазола бьи обнаружен его основной метаболит (соединение М-11), который был рекомендован для дальнейшего фармакологического изучения (Виглинская А. О., 2007).
В результате радиолигандного анализа обнаружена группа рецепторов-мишеней соединения М-11. Основной метаболит афобазола М-11 проявил значимое сродство только к мела-тониновым МТ| и МТз-рецепторам. Из литературных источников известно, что мелатонин играет важную роль в формировании поведенческих реакций, а лиганды МТгрсцсптора обладают антидепрессивными и анксиолитическими свойствами (Середениен С.Б., Воронин М.В., 2009). Не исключено, что соединение М-11 будет проявлять антидепрессивное и ан-ксиолитическое действие.
Изучена биотрансформация и фармакокинетика соединения М-11 у крыс при разных способах введения. Показано, что соединение М-11 полностью всасывается из желудочно-кишечного тракта крыс. Абсолютная биодоступность М-11 после перорального введения составляет 68,3%. Анализ величин фармакокинетических параметров афобазола и соединения М-11 показал, что исследуемые соединения интенсивно распределяются в сильно васкуляри-зированных тканях печени, селезенки, почек, мышцах и брыжейки, при этом значения АиСо^» и Стах соединения М-11 значительно превосходят те же параметры для афобазола, за исключением мозга. Соединение М-11 в значительно меньшей степени, по сравнению с афобазо-лом, подвергается биотрансформации, поэтому в плазме крови и почти во всех органах (кроме мозга) величины АиСо-,, и СтаХ соединения М-11 были значительно выше. В то же время, в мозге величина Стах соединения М-11 была в 2,7 раза ниже аналогичной величины афобазола. AUCo.cc афобазола в мозге в 1,8 раза превосходит аналогичную величину для М-11. В то же время количества соединения М-11, проникающего через ГЭБ, может быть вполне достаточно для реализации фармакологического эффекта (Виглинская А. О. с соавт., 2010).
Полученные фармакокинетические данные позволяют высказать предположение о целесообразности создания пероральной лекарственной формы на основе соединения М-11 в случае подтверждения его нейропротекторной, анксиолитической или какой-либо другой фармакологической активности.
Выводы
1) Разработан высокочувствительный и селективный аналитический метод количественного определения соединения М-11 и его метаболитов в биологическом материале с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии.
2) В результате анализа масс-спектрометрических характеристик наряду с неизменённым соединением М-11 идентифицировано 8 продуктов его биотрансформации. Встречным химическим синтезом подтверждены структуры следующих трёх метаболитов соединения М-11: гидроксилированный по алифатическому радикалу, сульфоксид М-11 и сульфон М-11. Остальные продукты биотрансформации: гидроксилированный по бензимидазольному циклу, гидроксилированный по атому серы, гидроксилированный по бензимидазольному циклу и по алкильной цепочке, гидроксилированный по бензимидазольному циклу сульфоксид М-11 и деметилированный сульфоксид соединения М-11, были идентифицированы по масс-спектрометрическим характеристикам. Соединение М-11, в отличие от афобазола, подвергается слабо выраженной биотрансформации.
3) Определены показатели количественного содержания и величины дозозависимых фармакокинетических параметров соединения М-11 в зависимости от пути введения (перо-рально или внутривенно). Исследуемое соединение и его метаболиты определяются в плазме крови животных в течение 3 ч.
4) Для соединения М-11 характерна более высокая абсолютная биодоступность по сравнению с афобазолом. Интенсивность проникновения соединение М-11 в органы и ткани снижается в ряду: печень - селезёнка - почки - брыжейка - мышцы - мозг. Соединение М-11 проникает через плацентарный барьер и с молоком кормящих самок крыс.
5) Низкую степень проникновения соединения М-11 через ГЭБ в сравнении с афобазолом, наряду с другими факторами, можно связать с его липофильностью, так как рассчитанный коэффициент липофильности соединения М-11 оказался ниже, чем у афобазола.
6) Определены основные пути и параметры выведения соединения М-11 и его метаболитов. Установлено, что за 24 часа после внутрибрюшинного и перорального введения соединения М-11 с мочой и калом крыс исследуемое соединение не выводится в неизмененном виде, а выводится в виде следующих метаболитов: гидроксилированное производное М-11, сульфон М-11, сульфоксид М-11 и гидроксилированное сульфоокисленное производное М-11.
7) Высокая степень абсолютной биодоступности соединения М-11 в эксперименте (63,8%) подтверждает целесообразность создания на его основе лекарственных форм для орального применения.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Виглинская, А.О. Фармакокинетика соединения М-11 после внутрибрюшинного введения крысам [Текст] / А.О. Виглинская, Г.Б. Колыванов, А.А. Литвин, Е.А. Литвин, Д.В. Бастрыгин, Т.Я. Можае-ва, П.О. Бочков, А.К. Сариев, В.П. Жердев, С.Б. Середенин // Клиническая фармакология и терапия: Материалы научно-практической конференции с международным участием "Достижения клинической фармакологии в России". - М., 2009. - №6. - С. 7-8.
2. Виглинская, А.О. Биотрансформация афобазола и его основного метаболита М-11 [Текст] / А.О. Виглинская, Д.В. Бастрыгин, Г.Б.Колыванов, А.А. Литвин, Т.Я. Можаева, М.И. Емельянов, В.П. Жердев // Материалы 5-ой международной конференции "Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам" Москва, 1-4 июня 2010. - М.-2010. - С. 32.
3. Виглинская, А.О. Сравнительный анализ тканевой доступности афобазола и соединения М-11 [Текст] / А.О. Виглинская, Д.В. Бастрыгин, Г.Б. Колыванов, А.А. Литвин, В.П. Жердев, Т.Я. Можаева // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2010. - X» 149. - С. 294-295.
4. Шредер, О.В. Распределение афобазола у беременных и кормящих самок крыс и новорожденных крысят [Текст] / О.В. Шредер, Г.Б. Колыванов, А.А. Литвин, Д.В. Бастрыгин, Е.Д. Шредер, А.С. Соломина, А.О. Виглинская, В.В. Забродина, В.П. Жердев, А.Д. Дурнев, С.Б. Середенин // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2010. - Том 73, №8. - С. 17-20.
5. Бастрыгин, Д.В. Биотрансформация соединения М-11 (основного метаболита афобазола) [Текст] / Д.В. Бастрыгин, А.О. Виглинская, Д.В. Бастрыгин, П.О. Бочков, Р.В. Шевченко, Я.Г. Колыванова, О.Г. Пронина, В.П. Жердев II Материалы ежегодной конференции "Фармация и общественное здоровье". - Екатеринбург, 2010. - С. 9-11.
6. Viglinskaya, А.О. Maximizing benefits and minimizing harms from drugs biotransformation of a new anxiolytic aphobazole in rats [Text] / A.O. Viglinskaya, S.B. Seredenin, V.P. Zherdev, G.B. Kolyvanov, A.A. Litvin, T. Ya. Mozhaeva, D.V. Bastrygin // Abstract book "16th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology, 17-23 July 2010, Copenhagen, Denmark". - Copenhagen, 2010. -Vol. 107, Issue Supplement si. -P. 636-637.
7. Бастрыгин, Д.В. Фармакокинетика соединения М-11 у крыс [Текст] / Д.В. Бастрыгин, А.О. Виглинская, Г.Б. Колыванов, А.А. Литвин, П.О. Бочков, Т.Я. Можаева, В.П. Жердев // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2011. -N 7. -С.22-26.
8. Bastrygin, D.V. The bioavailability of afobazol and compound M-l 1 in rats [Текст] / D.V. Bastrygin, A.O. Viglinskaya, P.O. Bochkov, M.I. Emeljanov, Ya. G. Novitskaya, O.G. Pronina, V.P. Zherdev // Russia abstract book "11th ECNP Regional Meeting. 14-16 April 2011, St. Petersburg, Russia". - St. Petersburg, 2011.-S147.
9. Бастрыгин, Д.В. Экскреция соединения M-l 1 и его метаболитов с мочой и калом крыс [Текст] / Д.В. Бастрыгин, А.О. Виглинская, Г.Б. Колыванов, А.А. Литвин, П.О. Бочков, Т.Я. Можаева, В.П. Жердев // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2012. - принята в печать.
Заказ № 18-П/03/2012 Подписано в печать 01.03.2012 Тираж 100 экз. Усл. п.л.1
ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 www.cfr.ru; е-таИ: info@cfr.ru
Текст научной работы по медицине, диссертация 2012 года, Бастрыгин, Дмитрий Владимирович
61 12-3/857
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФАРМАКОЛОГИИ ИМЕНИ В. В. ЗАКУСОВА" РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ МЕДИЦИНСКИХ
НАУК
На правах рукописи
БАСТРЫГИН ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ БИОТРАНСФОРМАЦИИ И ФАРМАКОКИНЕТИКИ ОСНОВНОГО МЕТАБОЛИТА АФОБАЗОЛА - СОЕДИНЕНИЯ М-11
14.03.06 - фармакология, клиническая фармакология
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Научный руководитель: доктор биологических наук Г. Б. Колыванов V Научный консультант:
доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ
В. П. Жердев
Москва 2012
Содержание
ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................8
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................13
1.1 Примеры создания новых ЛП на основе фармакологически активных метаболитов и их роль в реализации фармакологического эффекта..............13
1.1.1 Блокаторы Нггистаминовых рецепторов............................................14
1.1.2 Препараты бензодиазепинового ряда...................................................17
1.1.3 Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента.........................19
1.2 Биотрансформация и фармакокинетика препаратов, содержащих морфолиновый цикл...................................... .......................................................21
1.2.1 Фармакологические свойства препаратов, содержащих морфолиновый цикл..................................... ....................................................21
1.2.2 Биотрансформация морфолинсодержащих ЛП...................................27
1.2.3 Фармакокинетика морфолинсодержащих ЛП.....................................42
1.3 Липофильность - один из факторов, влияющих на проникновение
лекарственных веществ в мозг............................................................................54
Экспериментальная часть.................................................................................58
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ............................58
2.1 Материалы.......................................................................................................58
2.1.1 Объекты исследования...........................................................................58
2.1.2 Химические реактивы............................................................................59
2.1.3 Аналитическая аппаратура и средства измерений..............................60
2.1.3.1 Основные аналитические приборы.................................................60
2.1.3.2 Вспомогательные устройства..........................................................60
2.1.4 Приготовление растворов для анализа.................................................61
2.1.4.1 Приготовление концентрированных и рабочих стандартных растворов........................................................................................................61
2.1.4.2 Приготовление фосфатного буферного раствора (рН 7,4)...........61
2.1.4.3 Приготовление подвижной фазы для хроматографического анализа биологических образцов животных..............................................62
2.1.4.4 Приготовление буферного раствора для хромато-масс-
спектрометрического анализа......................................................................62
2.1.5 Экспериментальные животные.............................................................63
2.2 Методы..........................................................................................................63
2.2.1 Введение препарата................................................................................63
2.2.2 Способ отбора крови, органов, мочи, кала, эмбрионов, плацент и молока...............................................................................................................64
2.2.3 Условия масс-спектрометрического анализа соединения М-11 и его метаболитов в плазме крови крыс..................................................................65
2.2.4 Условия количественного определения М-11 и его метаболитов в плазме крови, органах и экскрементах животных с применением метода высокоэффективной жидкостной хроматографии.......................................66
2.2.5 Обработка биологических проб, экстракция М-11 и его метаболитов из биологических образцов.............................................................................67
2.2.5.1 Подготовка плазмы крови крыс к ВЭЖХ - анализу......................67
2.2.5.2 Подготовка органов крыс к проведению хроматографического анализа............................................................................................................68
2.2.5.3 Подготовка мочи и кала крыс к хроматографическому анализу. 68
2.2.5.4 Подготовка эмбрионов, плацент и молока крыс к хроматографическому анализу....................................................................69
2.2.6 Построение калибровочных кривых.....................................................69
2.2.7 Метрологическая характеристика методик определения соединения М-11 и его основных метаболитов.................................................................71
2.2.8 Фармакокинетические параметры, используемые для интерпретации экспериментальных данных............................................................................73
2.2.9 Статистическая обработка полученных результатов..........................75
2.2.10 Условия определения коэффициента распределения афобазола и соединения М-11 между органической и водной фазами...........................75
ГЛАВА 3. БИОТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЯ М-11...........................77
ГЛАВА 4. ФАРМАКОКИНЕТИКА СОЕДИНЕНИЯ М-11..............................94
4.1 Фармакокинетика соединения М-11 после его внутрибрюшинного введения крысам в дозе 25 мг/кг.......................................................................94
4.2 Тканевая доступность соединения М-11 у крыс.....................................103
4.3 Фармакокинетика соединения М-11 после перорального введения крысам в дозе 25 мг/кг.....................................................................................106
4.4 Абсолютная биодоступность соединения М-11 у крыс.........................109
4.5 Сравнительный анализ тканевой доступности афобазола и соединения М-11...................................................................................................................111
ГЛАВА 5. ЭКСКРЕЦИЯ СОЕДИНЕНИЯ М-11 И ЕГО МЕТАБОЛИТОВ С
МОЧОЙ И КАЛОМ КРЫС................................................................................119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................124
ВЫВОДЫ.............................................................................................................126
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................128
Нормативные ссылки
В настоящей диссертационной работе использованы ссылки на следующие стандарты и нормативные документы:
Приказ МЗ РФ №708н от 23.08.2010 г. "Об утверждении правил лабораторной практики".
ГОСТ 6709-75. Вода дистиллированная.
ГОСТ 1770-74. Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия.
ГОСТ 8.134-98. Государственная система обеспечения единства измерений. Шкала рН водных растворов.
ГОСТ 8.135-2004. Государственная система обеспечения единства измерений. Стандарт-титры для приготовления буферных растворов - рабочих эталонов рН 2-го и 3-го разрядов. Технические и метрологические характеристики. Методы их определения.
ГОСТ 29224-91. Посуда лабораторная стеклянная. Термометры жидкостные стеклянные лабораторные. Принципы устройства, конструирования и применения.
ГОСТ 24104-2001. Весы лабораторные.
Список сокращений и обозначений
АГ - артериальная гипертензия
АД - артериальное давление
АПФ - ангиотензинпревращающий фермент
ВС - внутренний стандарт
ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография
ГФ - государственная фармакопея
ГЦ - гуанилатциклаза
ГЭБ - гематоэнцефалический барьер
ЖКТ - желудочно-кишечный тракт
ИБС - ишемическая болезнь сердца
JIB - лекарственное вещество
ЛП - лекарственный препарат
JIC - лекарственное средство
МАО - моноаминоксидаза
MC - масс-спектрометрия, масс-спектр
МС/МС - тандемная масс-спектрометрия
НАДФ - никотинамидадениндинуклеотидфосфат
03 - обратный захват
СИОЗН - селективный ингибитор обратного захвата норадреналина
СМЖ - спинномозговая жидкость
ССС - сердечно-сосудистая система
ТСХ - тонкослойная хроматография
цГМФ - циклический гуанозинмонофосфат
ЦНС - центральная нервная система
УФ - ультрафиолетовое излучение
9-0H-RSP - 9-гидроксирисперидон ANO VA - дисперсионный анализ
API-ES - ионизация электоспреем при атмосферном давлении
АиС - площадь под фармакокинетической кривой
Сшах ~~ максимальная концентрация лекарственного вещества в плазме крови
СУР - цитохром Р450-зависимая монооксигеназа
ЕОБЯ - рецептор эпидермального фактора роста
^ - абсолютная биодоступность
£г - тканевая доступность
Н1-рецептор - гистаминовый рецептор
Кё - кажущий коэффициент распределения
МЯТ - среднее время пребывания ЛВ в организме
МТр и МТ3-рецептор - мелатониновые рецепторы первого и третьего типа N0 - оксид азота ЯЯР - рисперидон ИХ - время удерживания
ГТЧ »-»
Тшах - время достижения максимальной концентрации препарата в плазме крови после перорального введения
Введение
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы
В современной психофармакологии важной является проблема создания селективных анксиолитиков, сходных по противотревожным свойствам с бен-зодиазепинами, и при этом не обладающих их гипноседативными, миорелак-сантными, амнестическими эффектами, не вызывающих зависимости и синдрома отмены [39, 66]. Итогом фундаментальных исследований генетических различий в действии типичных транквилизаторов и анализе механизмов диссоциации их анксиолитического и седативного влияния явился целенаправленный синтез соединения с селективными анксиолитическими свойствами -5-ЭТОКСИ-2- [2-(морфолино)-этилтио] -бензимидазола дигидрохлорида, получившего название афобазол [37, 39, 166].
В связи с выше сказанным была изучена фармакокинетика нового селективного анксиолитика афобазола у крыс [41]. Установлено, что при различных путях введения афобазол интенсивно биотрансформируется и уже в первые минуты в плазме крови и органах крыс регистрируются значительные концентрации его метаболитов. Неизменённый препарат и его метаболиты определяются в плазме крови и органах животных в течение 3-х часов. При этом показано, что основным продуктом биотрансформации афобазола является метаболит 11 (окисленный по морфолиновому кольцу).
Выявлено, что после введения крысам афобазол и его основной метаболит 11 характеризуются близкими значениями абсолютных величин тканевой доступности в мозге [41].
Основываясь на полученных данных, можно предположить, что в случае наличия фармакологической активности у метаболита 11, данное соединение внесет соответствующий вклад в реализацию фармакологических эффектов афобазола, а также может служить основой для создания нового оригинального лекарственного препарата.
В ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН синтезировано соединение М-11 - 2-[2-(3-оксоморфолин-4-ил)этилтио]-5-этоксибензимидазола гидрохлорид, ранее идентифицированное в качестве основного, активного метаболита афобазола и предложенное для дальнейшего фармакологического и фармакокинетического изучения [34, 38].
В разработке оригинального лекарственного средства обязательным и необходимым этапом является экспериментальное изучение его фармакокине-тики и метаболизма [23, 35].
Диссертация выполнена в соответствии с плановой темой НИР Федерального государственного бюджетного учреждения "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" Российской академии медицинских наук "Изучение механизмов эндо- и экзогенной регуляции функций ЦНС, разработка новых оригинальных нейропсихотропных средств" (№ госрегистрации 01.02.006 066001).
Цель работы
Экспериментальное изучение биотрансформации и фармакокинетики соединения М-11 (основного активного1 метаболита афобазола). Задачи исследования
Для достижения цели настоящего исследования были поставлены следующие задачи:
1. Разработать высокочувствительный и селективный аналитический метод количественного определения соединения М-11 и его метаболитов в биологическом материале с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией.
2. Изучить биотрансформацию соединения М-11 в плазме крови крыс после его перорального и внутривенного введения.
1 Пат. 2373202 РФ. Замещённые 2-[1-(3-оксоморфолин-4-ил)этилтио]бензимидазолы, обладающие анксио-литической активностью/ С. Б. Середенин с соавт. // Бюл. - 2009. - №32.
3. Изучить фармакокинетику соединения М-11 в плазме крови и органах крыс после однократного внутрибрюшинного введения.
4. Изучить фармакокинетику соединения М-11 в плазме крови крыс после однократного внутривенного и перорального введения.
5. Определить абсолютную биологическую доступность соединения М-11.
6. Изучить фармакокинетику афобазола и соединения М-11 в системе "мать-плацента-плод", молочных железах крыс и органах крысят, вскормленных самками, получавших афобазол.
7. Определить коэффициенты липофильности афобазола и соединения М-11 в системе гексан: вода.
8. Изучить экскрецию соединения М-11 и его метаболитов с мочой и калом в эксперименте.
9. По результатам проведенных исследований обосновать перспективу создания пероральной лекарственной формы на основе соединения М-11.
Научная новизна исследования
Впервые исследована биотрансформация и фармакокинетика соединения М-11 (основного активного метаболита афобазола) у крыс, рассчитаны основные фармакокинетические параметры. Обнаружено, что соединение М-11, по сравнению с афобазолом, подвергается слабо выраженной биотрансформации после непосредственного введения экспериментальным животным. По результатам сравнения масс-спектральных характеристик опытных образцов и синтезированных стандартов были идентифицированы 3 метаболита соединения М-11. Метаболиты - гидроксилированный по алифатическому радикалу, гидроксилированный по бензимидазольному кольцу и суль-фоксид соединения М-11 можно условно отнести к основным метаболитам, так как они регистрируются в наибольших количествах.
Соединение М-11 и его метаболиты определяются в плазме крови и органах животных в течение 3-х часов. В результате проведенного исследования установлено, что для соединения М-11 характерна более низкая степень проникновения в орган-мишень мозг и более высокая абсолютная биодос-
тупность по сравнению с афобазолом. Установлено, что соединение М-11 по сравнению с афобазолом значительно интенсивнее проникает в органы и ткани крыс, о чем свидетельствуют величины АИС и Стах. Практическая значимость исследования
На основании результатов, полученных методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией, идентифицированы и синтезированы метаболиты соединения М-11. Полученное высокое значение абсолютной биодоступности подтверждает возможность создания лекарственных форм для перорального применения на основе соединения М-11. Фармакокинетические параметры, установленные в настоящей работе, могут быть использованы для дальнейшего фармакологического изучения соединения М-11.
В результате сравнительного анализа фармакокинетических параметров соединения М-11 и афобазола обоснована перспектива создания на основе изучаемого соединения таблетированной формы нового лекарственного препарата.
Личный вклад автора
Автором самостоятельно разработана методика количественного определения соединения М-11 в биоматериале, проведены исследования по изучению биотрансформации и фармакокинетики соединения М-11 у крыс после разных путей введения, обработаны результаты, сформулированы выводы. При непосредственном участии автора подготовлены публикации по результатам работы.
Положения, выносимые на защиту
1. Разработаны высокочувствительные и селективные методы количественного определения соединения М-11 в биологическом материале с использованием ВЭЖХ-УФ и ВЭЖХ-МС/МС.
2. Соединение М-11 обладает более высокой абсолютной и тканевой биодоступностью по сравнению с афобазолом, кроме мозга. Соединение М-
11 проникает в молоко кормящих самок крыс, а также через плацентарный барьер.
3. Соединение М-11 подвергается слабой биотрансформации по сравнению
с афобазолом в организме крыс после различных путей введения.
4. Неизменённый препарат не определяется в экскрементах крыс.
5. Липофильность соединения М-11 ниже, чем у афобазола. Апробация работы
Основные результаты работы доложены на:
Научно-практической конференции "Достижения клинической фармакологии в России" (Москва, 2009 г.);
Ежегодной конференции с международным участием "Фармация и общественное здоровье" (Екатеринбург, 2010 г.);
V Международной конференции "Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам" (Москва, 2010 г.);
XVI Всемирном съезде фармакологов (Копенгаген, 2010 г.);
XI Региональном Конгрессе Европейской коллегии по нейропсихофарма-кологии (Санкт-Петербург, 2011 г.);
Конференции в лаборатории фармакокинетики ФГБУ "НИИ фармакологии имени В.В. Закусова" РАМН (Москва, 2011 г.). Публикации
По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестаци-
Ч ^ Г V»
оннои комиссиеи, и 5 тезисов в материалах россииских и международных конференций.
Объём и структура диссертации
Диссертация содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы, 3 главы результатов собственных исследований и их обсуждение, заключение, выводы, практические рекомендации, список литературы, включающий 206 источников литературы, 23 таблицы, 28 рисунков. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста.
12
Глава 1. Обзор литературы
Настоящая диссертационная работа посвящена изучению биотрансформац