Silmälääkkeiden kehittäminen: Log Pow ja lipofiilisyyden ja ioniparin muodostumisen määritys HPLC:llä

Due to the ageing population, the rate of the eye diseases has increased globally. Thus, there is a great need to develop more effective ophthalmic drugs and dosing methods. Ocular diseases are often treated with eye-drops or ointments. However, typically less than 5 % of the drug reaches the target tissue, since major part of the dose is systemically absorbed via nasolacrimal system. The main barrier for ocular absorption is the tightness of corneal epithelium, the outer most layer of the eye. In addition, the sensitivity of the eye presents challenges for the development of the optimal ophthalmic formulations. Drug discovery and development is an economically risky and long lasting process. It takes an average of 10-15 years before a new drug is available to the patients. Even today, drug development relies heavily on animal testing so there is pressure to develop ethically more acceptable methods to replace or support animal testing. Especially in the early stages of drug development in silico computational and computer-based methods are widely used for mapping new potential drug molecules. In addition, simple physicochemical properties such as lipophilicity, ionization and solubility can be measured to predict how the drug is absorbed, distributed and excreted from the body. Absorption processes can also be modelled by various in vitro cell models and artificial lipid membranes. These methods can be used to select the most potential drug candidates for further animal studies and clinical trials on humans. In this thesis, it was studied if the Quality Control and Analytical Development Laboratory of Santen Oy could utilize HPLC instruments and simple shake-flask method in modelling the factors affecting lipophilicity of the ophthalmic drugs and hence predict their absorption potential. Lipophilicity of two commercial isopropyl ester prodrugs and their biologically active metabolites were studied by C18-HPLC over a wide pH range to obtain pH-lipophilicity profiles. Moreover, it was studied if some specific interactions between these drug molecules and a certain drug additive could be revealed. The ion-pair formation between a common anti-glaucoma drug timolol and a sorbate additive was verified as increased lipophilicity by this method. In addition, a modified shake-flask method was developed for determining the octanol-water partition coefficients of drugs.Väestön ikääntymisen johdosta silmäsairaudet ovat yleistyneet, joten tarve kehittää tehokkaampia silmälääkkeitä ja toimivampia annostelutapoja on suuri. Silmäsairauksien hoidossa käytetään useimmiten silmän pinnalle annosteltavia silmätippoja tai -voiteita, joista imeytyy silmään tyypillisesti alle 5 %. Iso osa lääkkeestä kulkeutuu annostelun jälkeen kyynelkanavia pitkin nenänielun limakalvoille ja imeytyy systeemiseen verenkiertoon. Lääkeaineen imeytymistä rajoittaa erityisesti silmän pinnan sarveiskalvon tiivis epiteelisolukko. Lisäksi silmän herkkyys asettaa omat haasteensa optimaalisten lääkeformulaatioiden kehitykselle. Lääketutkimus- ja kehitystyö on hidas ja taloudellisesti riskialtis prosessi. Uuden lääkkeen kehitys ja pääsy potilaskäyttöön vie keskimäärin jopa noin 10-15 vuotta. Vielä tänäkin päivänä tutkimuksissa käytetään runsaasti eläinkokeita, joten paine kehittää eläinkokeita korvaavia tai täydentäviä eettisesti hyväksyttävämpiä tutkimusmenetelmiä on suuri. Erityisesti lääkekehityksen alkuvaiheessa käytetään nykyään laajalti erilaisia laskennallisia ja tietokonepohjaisia menetelmiä potentiaalisten lääkeainemolekyylien kartoittamiseksi. Lisäksi yksinkertaisten fysikaaliskemiallisten ominaisuuksien, kuten dissosioitumisasteen sekä rasva- ja vesiliukoisuuden kartoittamisen avulla voidaan tehdä oletuksia siitä, miten lääke imeytyy, jakautuu ja erittyy elimistössä. Imeytymistä voidaan mallintaa myös erilaisten in vitro solumallien ja keinotekoisten lipidikalvojen avulla. Nämä menetelmät auttavat seulomaan potentiaalisimmat lääkekandidaatit jatkossa tehtäviin eläin- ja ihmiskokeisiin. Tässä työssä tutkittiin, miten Santen Oy:n laadunvalvonta- ja analytiikan kehityslaboratoriossa voitaisiin HPLC-laitteistojen ja ravistelukokeiden avulla mallintaa lääkeaineiden rasvaliukoisuuteen vaikuttavia tekijöitä ja siten ennustaa lääkeaineen kykyä imeytyä silmään. Lääkeformuloinnissa käytettävän pH:n ja erään apuaineen vaikutusta kahden kaupallisen aihiosilmälääkkeen ja näiden biologisesti aktiivisten hajoamistuotteiden rasvaliukoisuuteen tutkittiin C18-HPLC laitteiston avulla. Menetelmän avulla onnistuttiin myös havainnollistamaan, kuinka sorbaattiapuaine lisää glaukooman hoidossa yleisesti käytetyn timololin rasvaliukoisuutta ionipariutumisen vuoksi. Lisäksi työssä kehitettiin yksinkertainen ravistelukoemenetelmä, jolla voidaan määrittää lääkeaineiden rasvaliukoisuutta oktanoli-vesi-jaukautumiskertoimien avulla