Untersuchungen zum Einfluss von Hilfsstoffen auf die Pharmakokinetik von Arzneistoffen unter besonderer Berücksichtigung von Aufnahmetransportern

Moderne Arzneistoffentwicklungsprogramme erbringen in zunehmendem Maße schwer wasserlösliche Arzneistoffe. Dies bringt pharmazeutisch-technologische und biopharmazeutische Probleme für deren Formulierung mit sich. Eine ausreichende Löslichkeit ist notwendig für die Herstellung von intravenös zu applizierenden Zubereitungen und die Durchführung von in vitro Untersuchungen z.B. im Rahmen der Arzneistoffentwicklung. Eine schlechte Löslichkeit kann die Resorption verzögern und so die Bioverfügbarkeit von oral verabreichten Arzneistoffen beeinträchtigen. Lösungsvermittler bieten eine Möglichkeit, die Wasserlöslichkeit von Arzneistoffen zu verbessern und finden breite Anwendung in vielen zugelassenen Arzneimitteln und v.a. in der präklinischen und klinischen Entwicklung. Trotz des Anspruchs der pharmakologischen Inaktivität wurde in der Literatur für verschiedene Lösungsvermittler jedoch ein Einfluss auf die Pharmakokinetik von Arzneistoffen beschrieben. Die Absorption, Verteilung und Elimination eines Arzneistoffes wird zu großen Teilen von Transportproteinen und metabolisierenden Enzymen bestimmt. Als Ursache für die pharmakokinetischen Veränderungen wurde eine Interaktion der Hilfsstoffe mit dem Effluxtransporter P-Glykoprotein (ABCB1) und dem metabolisierenden Enzym Cytochrom P450 (CYP) 3A4 erkannt. Zum Einfluss auf Aufnahmetransporter gab es bisher nur wenige Erkenntnisse für Cremophor EL. Da sie dem Metabolismus und Efflux vorgelagert sind, spielen Aufnahmetransporter eine besondere Rolle. Daher gab es einen speziellen Bedarf an Wissen über den Einfluss von Lösungsvermittlern auf Aufnahmetransporter. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Lösungsvermittler Polyethylenglykol (PEG) 400, Hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD), Solutol HS15 (SOL) und Cremophor EL (CrEL) auf die Aufnahmetransporter organic anion transporting polypeptide (OATP) 1A2, OATP1B1, OATP1B3, OATP2B1 und Na+ / taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP) an zellulären Transportermodellen untersucht. PEG 400 hemmte selektiv OATP1A2. HPCD hemmte bei allen Transportern nur die Aufnahme von Substraten mit Sterangrundgerüst vermutlich durch Komplexbildung, stimulierte jedoch die NTCP-abhängige Aufnahme von Bromosulfophthalein (kein Steran). SOL und CrEL hemmten alle Transporter. Für OATP1B1 und NTCP (Hemmung oberhalb der kritischen Mizellbildungskonzentration (CMC)) ist ein mizellares trapping als Ursache wahrscheinlich. Für OATP1A2, OATP1B3 und OATP2B1 (Hemmung unterhalb der CMC) müssen spezifische Mechanismen involviert gewesen sein. Pharmakokinetische Interaktionen mit Hilfsstoffen können also auch auf Ebene der Aufnahmetransporter stattfinden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die in vivo Relevanz der Befunde überprüft. In einer Studie wurde der Einfluss von PEG 400, HPCD und SOL auf die Pharmakokinetik der Modellarzneistoffe Paracetamol, Talinolol, Colchicin und Ciclosporin A nach intravenöser Applikation an Ratten untersucht. Dabei erwies sich keiner der Hilfsstoffe als vollständig inert. Es wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Effekte beobachtet. Häufig traten Veränderungen in der AUC, der Halbwertzeit und der Verteilung auf. Grundsätzlich schienen alle in Frage kommenden Mechanismen auch in vivo eine Rolle zu spielen. Die in der Literatur beschriebene Hemmung von Effluxtransport und Phase I Metabolismus konnte bestätigt werden. Die in vitro beobachtete Hemmung von Aufnahmetransportern konnte in vivo belegt werden. Auch unspezifische Mechanismen wie Komplexbildung und mizellares trapping schienen in vivo relevant zu sein. Durch die Überlagerung verschiedener Mechanismen ergab sich jedoch ein sehr komplexes Bild, das sowohl von den Eigenschaften des jeweiligen Hilfsstoffes als auch von denen des Arzneistoffes geprägt war. Daher konnten in den meisten Fällen nur allgemeine Hypothesen zu den möglichen Ursachen der Interaktion aufgestellt werden. Aus demselben Grund ist keine Extrapolation der Daten auf andere Lösungsvermittler und Arzneistoffe im Sinne einer Vorhersage möglich, da die wenigsten Substanzen ausreichend gut charakterisiert sind. Dennoch lässt sich schlussfolgern, dass Lösungsvermittler ein gewisses Interaktions-potenzial besitzen, das sich nicht nur auf ABCB1 und CYP3A4 beschränkt. Damit können sie an Arzneimittelinteraktionen beteiligt sein. Diese Effekte sollten somit auch in der Arzneimittelentwicklung berücksichtigt werden.Modern tools in drug development yield increasing numbers of poorly water soluble drugs leading to technological and biopharmaceutical problems in drug formulation. Sufficient water solubility is essential for the formulation of intra venous drug products and for the conduction of in vitro experiments e.g. during drug development. Poor water solubility might slow down absorption and thereby impair oral bioavailability of drugs. Solubilizing agents can improve the water solubility of drugs and are frequently used in marketed drug formulations and especially for preclinical and clinical development. Despite their definition of being pharmacologically inactive, solubilizing agents have been reported in the literature to influence the pharmacokinetics of drugs. Absorption, elimination and distribution of drugs are largely determined by transport proteins and metabolizing enzymes. Pharmacokinetic alterations due to excipients were reported to be caused by interactions with the efflux transporter P-glycoprotein (ABCB1) and the metabolizing enzyme cytochrome P450 (CYP) 3A4. Only sparse data for Cremophor EL exist regarding the influence of excipients on uptake proteins. However, uptake transporters play a key role as they precede metabolism and efflux. Hence, there was a dire need of knowledge on the influence of solubilizing agents on uptake transporters. The present work investigated the influence of the solubilizing agents polyethylene glycol (PEG) 400, hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD), Solutol HS 15 and Cremophor EL (CrEL) on the function of the uptake transporters organic anion transporting polypeptide (OATP) 1A2, OATP1B1, OATP1B3 OATP2B1 and Na+ / taurocholate cotransporting polypeptide (NTCP) in a cellular transporter model. PEG 400 selectively inhibited OAPT1A2. HPCD only inhibited the uptake of substrates containing a sterane backbone presumably by complexation but stimulated the NTCP-mediated uptake of bromosulfophthalein (no sterane). SOL and CrEL inhibited all investigated transporters. Inhibition of OAPT1B1 and NTCP (inhibition above the critical micelle concentration (CMC)) was most likely caused by micellar trapping. However, specific mechanisms seem to be involved in the inhibition of OATP1A2, OATP1B3 and OATP2B1 (inhibition below CMC). Therefore, pharmacokinetic interactions might also take place on the level of uptake transporters. The second part of the work assessed the in vivo relevance of these findings. An animal trial investigated the influence of PEG 400, HPCD and SOL on the pharmacokinetics of the probe drugs acetaminophen, talinolol, colchicine and cyclosporine following intra venous administration in the rat. None of the excipients was proven to be fully inert. Instead, a multitude of different effects were observed. Changes in AUC, half live and distribution were common. Basically, all possible mechanisms of action seemed to play a role in vivo. Inhibition of efflux and phase I metabolism as reported in the literature was approved. The observed uptake inhibition in vitro was confirmed in vivo. Also, unspecific mechanisms like complexation and micellar trapping seemed to be relevant in vivo. However, overlap of various mechanisms yielded a very complex pattern determined by both, the characteristics of the drugs as well as the excipients. Therefore, only general hypotheses concerning the mechanisms of interaction could be established. For the same reason, these data cannot be extrapolated to other excipients and drugs in terms of a prediction, because the least substances are characterized well enough. Nonetheless, one can conclude, that solubilizing agents exhibit a certain potential for interactions that is not restricted to ABCB1 and CYP3A4. Therefore, they can be involved in drug-drug-interactions. Hence, these effects should also be considered during drug development