Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)
80 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Ortelius classification: Pharmacy
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
Dept. of Pharmaceutical Chemistry (Semmelweis University)
Participants
Horváth, Péter Kökösi, József Sinkó, Bálint Völgyi, Gergely
Starting date
2009-04-01
Closing date
2012-03-31
Funding (in million HUF)
15.000
FTE (full time equivalent)
8.46
state
closed project
Summary in Hungarian
Ma a gyógyszerkutatásban nem a biológiailag aktív, tehát a megcélzott patomechanizmusba beavatkozni képes molekulák megtalálása jelenti az igazi kihívást, hanem sokkal inkább az, hogy megfelelően felszívódó, kémiailag stabil, kellő biohasznosíthatóságú vegyületek kerüljenek kiválasztásra és fejlesztésre. A várható farmakokinetikai sajátságok megbízható előrejelzése iránt fokozott igény merül fel a gyógyszerkutatás korai fázisában. A predikció lehetőségét a molekulák fizikai-kémiai tulajdonságainak meghatározása és az abszorpcióban, membránpenetrációban való szerepének mind pontosabb feltárása adhatja meg. Míg korábban ez elsősorban az ionizáció (pKa) és a lipopfilitás (logP) jellemzését és felhasználását jelentette, az utóbbi időben a figyelem az oldhatóság és a permeábilitás szerepére tevődött át. E két molekuláris tulajdonság képezi az alapját a gyógyszerek BCS (Biopharmaceutical Classification System) osztályozásának is. A tervezett kutatás célkitűzése, hogy a munkacsoport eddigi tapasztalataira alapozva új módszereket fejlesszen ki az oldhatóság és a permeábilitás jellemzésére és ezeket alkalmazza az ún. ADME paraméterek előrejelzésére. Elsődleges célunk (1) a sejtpenetrációt közvetlenül meghatározó permeábilitás mérésére a PAMPA módszer bevezetése és egy olyan új modell kidolgozása (skin-PAMPA), amely a bőrön keresztüli permeábilitás vizsgálatára és a transzdemális gyógyszerbevitelre való alkalmasság megítélése használható; (2) az oldhatóság két, a gyógyszerkutatásban használt paraméterének a kinetikai oldhatóságnak és az ún. termodinamikai oldhatóságnak a mérésére alkalmas, új CheqSOL módszer lehetőségeinek és korlátainak tanulmányozása. A kutatás várható elméleti eredménye a kémiai fizikai-kémiai sajátságok és a membrántranszport összefüggéseinek molekuláris szintű megismerése, gyakorlati haszna pedig a felfedező gyógyszerkutatásban alkalmazható módszerek kifejlesztése. A célkitűzés sikeres megvalósítását valószínűsíti a témavezető e téren szerzett több, mint huszonöt éves tapasztalata, fiatal kutatók bevonása a munkába és a kialakított nemzetközi együttműködések (Sirius Anal. UK, pION. USA, Univ. Valencia, ESP).
Summary
Nowadays the real challenge in the drug research is not to find biologically active compounds are able to interfere with the targeted pathomechanism much rather to select drug-like molecules for development which are chemically enough stable, can be orally administrated and have sufficient bioavailability. There is a growing need in the early stage of drug research for the reliable prediction of pharmacokinetic properties of drug candidates. The determination of physicochemical properties and the better understanding of their role in the absorption and membrane transport processes can provide the possibility of this required prediction. While formerly research was mainly focused on ionization and lipophilicity, recently solubility and permeability have gained more attention. These two molecular properties form the base of the worldwide used BCS (Biopharmaceutical Classification System) classification of drugs. The planned research - based on the long time experiences of our team on the physico-chemical profiling of drugs - aims to develop methods for the characterization of solubility and permeability and to apply them for the prediction of ADME parameters. Our primery purpose is (1) to introduce the PAMPA (Parallel Artificial Membrane Permeability Assay) method for the determination of permeability and development of a new model (skin-PAMPA) suitable for studying skin permeation and can be applied for testing the transdermal drug delivery in early stage of drug development; (2) to investigate the scope and limitations of a new potentiometric solubility measurement method (CheqSOL) suitable for the determination of both kinetic and intrinsic solubility parameters used in drug research. One can expect from the results of the present research to reveal the relationships on molecular level between physicochemical properties and membrane transport through the skin. Practical benefit of the project can be the development of new methods for discovery research.
Final report
Results in Hungarian
Legfontosabb eredménye, hogy kifejlesztettünk egy olyan micro-plate alapú in vitro, nagy áteresztőképességű permeábilitási modellt, amely képes a vegyületek bőrön keresztüli felszívódását előre jelezni, ezáltal alkalmas a felfedező gyógyszerkutatásban a transzdermális gyógyszerbevitelre szánt vegyületek kiválasztására.
Az ú.n. „skin PAMPA” modell kidolgozásakor optimáltuk a membrán összetételét, a hidratáció idejét és módját, az inkubáció kísérleti körülményeit. A természetes bőralkotó ceramidok modellbeli helyettesítésére szintetizáltunk funkcióban és tulajdonságokban hasonló, de olcsón előállítható hosszú szénláncú borkősavdiamidokat (certramidok). A módszert összesen 38 eltérő szerkezetű vegyület felhasználásával validáltuk, prediktivitását humán bőr penetrációs adatokkal való összehasonlítással igazoltuk. A kidolgozott módszer standardizált, jól reprodukálható, robosztus és költséghatékony eljárás.
Szisztematikus vizsgálatok alapján megállapítottuk az ionizálható vegyületek oldhatóság-pH függését leíró Henderson-Hasselbalch egyenlet évényességét és korlátait. Vizsgáltuk a mikronizálás és nanonizálás hatását az egyensúlyi oldhatóságra több gyógyszeranyagon. Rámutattunk polimorfok egyensúlyi oldhatóság méréseinek korlátaira. Kidolgoztuk az egyensúlyi oldhatóság meghatározás helyes gyakorlatának irányelveit.
Eredményeinket 6 megjelent és 2 megjelenés alatt lévő publikációban tettük közzé.
Results in English
As the most important novelty of this research, a high throughput microplate based in vitro permeability model has been developed for the prediction of human skin penetration that is suitable for pharmaceutical, cosmetic and chemical industry. The optimization of membrane composition and hydration and the determination of experimental parameters resulted in the so called “skin PAMPA” model. As ceramides were not suitable for usage in HT method, structural and chemical analogues, long chain tartaric acid diamides (certramides) have been synthesized and applied in the membrane. The model has been tested and validated using 38 structurally diverse compounds and its performance has been proved in correlation studies against 3 different human skin permeability databases, so it is a standardized, reproducible, robust and cost-effective system.
The validity and limitations of Henderson-Hasselbalch equation describing the solubility-pH profile of ionizable compounds has been determined in a systematic study. The effect of micronization and nanonization on equilibrium solubility has been investigated on several different drug compounds. The limitations of equilibrium solubility determination of polymorphs have also been studied and the guidelines of equilibrium solubility determination have been established.
Our results have been published in 6 peer-reviewed journals and two more paper is in the process of publication.
Sinkó B., Garrigues T.M., Balogh G.T., Nagy Z.K., Tsinman O., Avdeef A., Takács-Novák K: Skin-PAMPA: a new method for fast prediction of skin penetration., Eur. J. Pharm. Sci. 45, 698-707, 2012
Sinkó Bálint: A transzdermális gyógyszerfelszívódás vizsgálatának in vitro módszerei, Acta Pharm. Hung. (megjelenés alatt), 2012
Sinkó B.: A bőrön keresztüli hatóanyag-felszívódás modellezésének lehetőségei nagy áteresztő-képességű módszerekkel., Semmelweis Egyetem Doktori Iskola, 2012
Sinkó, B., Kökösi, J., Avdeef, A., Takács-Novák, K.: Study on permeability enhancing effect of new ceramide-analogues by PAMPA method., Chemistry & Biodiversity 6, 1867-1874, 2009
Sinkó B., Pálfi M., Béni Sz., Kökösi J., Takács-Novák, K.: Synthesis and characterization of long-chain tartaric acid diamides as novel ceramide-like compounds, Molecules 15 824-833, 2010
Völgyi G., Baka E., Box K., Comer J., Takács-Novák K.: Study of pH-dependent solubility of organic bases. Revisit of Hendeson-Hasselbalch relationship, Anal. Chim. Acta, 673, 40-46, 2010
J. M. Reis, B. Sinkó, C. H. R. Serra: Parallel artificial membrane permeability assay (PAMPA) - Is it better than Caco-2 for human passive permeability prediction?, Mini Reviews In Medicinal Chemistry, 10, (11), 1071-1076, 2010
Baka E.: Gyógyszerek oldhatóságának meghatározására alkalmas módszerek vizsgálata és fejlesztése, Semmelweis Egyetem Doktori Iskola, 2010
Völgyi G., Baka E., Kovács M., Takácsné Novák K.: Az egyensúlyi oldhatóság meghatározásának helyes gyakorlata II. Ionizálható vegyületek pH-függő oldhatóságának vizsgálata., Acta Pharm. Hung. 81, 87-96, 2011
Völgyi G., Takácsné Novák K.: Az egyensúlyi oldhatóság meghatározásának helyes gyakorlata III. Az intrinsic kioldódási sebesség meghatározása, Acta Pharm. Hung. (megjelenés alatt), 2012
