korelacja iviv
TRANSCRIPT
2009-05-28
1
KORELACJA IN VITRO – IN VIVO
Katarzyna Ciężka
Agnieszka Deręgowska
Maria Drzyzga
Dorota Dynek
Magdalena Hawlicka
Prezentacja wykonana na podstawie
rozdziałów: „In Vitro–In Vivo Correlation”
oraz „IVIVC for Oral Drug Delivery:
Immediate Release and Extended
Release Dosage Forms”
pochodzących z książki: Pharmaceutical
Product Development - In Vitro-In Vivo
Correlation.
2009-05-28
2
Plan prezentacji
Wstęp – czym właściwie jest IVIVC i gdzie się to stosuje?
Kategorie korelacji IVIV – poziomy A, B, C
System klasyfikacji biofarmaceutycznej (BCS)
Proces opracowywania IVIVC poziomu A
Ocena korelacji IVIVC na poziomie A, B i C
Korelacja in vitro-in vivo w przypadku nowoczesnych pozajelitowych postaci leku o przedłużonym uwalnianiu
- Stenty uwalniające lek
- VIADUR®
- Systemy transdermalne
- Liposomy
WSTĘP DO IVIVC
Kluczowym celem rozwoju produktu farmaceutycznego jest zrozumienie jego skuteczności in vivo w oparciu o badania in vitro różnych postaci leku, szczególnie tych o kontrolowanych szybkościach uwalniania substancji leczniczej.
Dobra korelacja in vitro – in vivo (IVIVC) pozwala na uwzględnienie badań nad rozpuszczalnością in vitro w procesie sterowania produkcją oraz na prognozowanie skuteczności działania in vivo bazując na danych laboratoryjnych.
2009-05-28
3
Definicje
IVIVC to matematyczny model predykcyjny
opisujący zależność pomiędzy
właściwościami preparatu badanymi w
warunkach in vitro (szybkość uwalniania lub
ilość uwolnionej substancji leczniczej) a
odpowiedzią biologiczną (stężenie leku we
krwi, ilość wchłoniętej substancji leczniczej).
Wg FDA
Definicje
IVIVC to ustanowienie liczbowej relacji pomiędzy
biologiczną aktywnością a fizykochemicznym
parametrem danej postaci leku.
Parametry biologiczne:
maksymalne stężenie leku (Cmax)
pole powierzchni pod krzywą stężenia w czasie
(AUC)
Parametr fizykochemiczny:
profil rozpuszczalności in vitro
Wg U.S.Ph
2009-05-28
4
Opracowanie IVIVC
Od IVIVC wymaga się, aby uwzględniony był fakt, że
rozpuszczenie lub uwolnienie substancji leczniczej z
danej postaci leku odbywa się w etapach z
uwalnianiem ograniczonej dawki, czyli w sekwencji
kroków prowadzących do wchłonięcia leku.
Dlatego, w niektórych przypadkach, korelacje IVIV
mogą nie być możliwe dla form o natychmiastowym
uwalnianiu, gdzie rozpuszczanie często nie występuje
w krokach o limitowanych dawkach.
Zastosowanie IVIVC
Substytut badań
biorównoważności pozwalający
na:
zwiększenie jakości produktu
zmniejszenie nadzoru organów
stanowiących
proporcjonalne zwiększenie
dawki
niewielkie zmiany w sprzęcie
oraz w procesie produkcyjnym
2009-05-28
5
KATEGORIE KORELACJI IVIV
Poziom A
Poziom B
Poziom C
Rozszerzony poziom C
Poziom A
Korelacja:
typu „punkt po punkcie” pomiędzy wskaźnikiem
wejściowym in vitro (np. stopniem rozpuszczenia) i
wskaźnikiem wejściowym in vivo
zwykle liniowa (nieliniowości też możliwe)
niosąca najwięcej informacji i najbardziej użyteczna w
opracowywaniu leków
wiąże całościowy profil rozpuszczalności in vitro z
profilem stężenia in vivo
pozwala na przewidywanie pełnej zależności stężenie-
czas in vivo na podstawie danych o rozpuszczalności
badanych in vitro.
2009-05-28
6
Poziom A
W przypadku zależności liniowej, frakcja rozpuszczona
in vitro i frakcja wchłonięta in vivo powinny się
nakładać, lub zostaną na siebie nałożone poprzez
wprowadzenie współczynnika skalującego (rzadziej
funkcji skalującej).
Aby IVIV korelacja była poprawna, pojedynczy
współczynnik lub funkcja skalująca powinna być
możliwa do zastosowania przy różnych szybkościach
uwalniania substancji leczniczej z tej samej postaci
leku.
Poziom B
Korelacja na poziomie B wykorzystuje metody
momentów statystycznych do porównania
średnich stopni rozpuszczalności in vitro (np.
średni czas rozpuszczania) i średniego
parametru in vivo (np. MRT, średni czas
przebywania leku w organizmie lub średni
czas rozpuszczania in vivo).
2009-05-28
7
Poziom B
Korelacja:
nie jest typu „punkt po punkcie” (dane są wyprowadzane dla jednego zintegrowanego parametru)
nie pozwala na odtworzenie przebiegu zmian stężenia leku we krwi
uważana za niezbyt użyteczną, ponieważ wiele rozmaitych profili in vitro i in vivo może prowadzić do tych samych parametrów sumarycznych
Poziom C
Korelacja:
pojedynczych parametrów
farmakokinetycznych (np. AUC) z
parametrami dostępności farmaceutycznej
(np.t50%)
nie pozwala na obserwację całego przebiegu
krzywej stężenia w czasie
może mieć zastosowanie tylko we wstępnej
fazie projektowania leku
2009-05-28
8
Rozszerzony poziom C
Korelacja:
odnosi kilka parametrów in vivo do
parametrów in vitro powiązanych ze stopniem
uwalniania leku w kilku punktach krzywej
rozpuszczalności.
może być tak samo użyteczna jak korelacja na
poziomie A (jeśli jednak taka korelacja C jest
możliwa, to prawdopodobnie można również
opracować korelację na poziomie A)
SYSTEM KLASYFIKACJI
BIOFARMACEUTYCZNEJ
2009-05-28
9
BCS
System klasyfikacji biofarmaceutycznej (BCS) stanowi podstawę do klasyfikacji leków bazując na ich rozpuszczalności w wodzie oraz przenikalności przez bariery biologiczne.
Jak wspomniano wcześniej, IVIVC jest możliwa kiedy rozpuszczalność następuje w krokach o limitowanej dawce i lek ma wysoką przenikalność.
Substancje grupy I
dobrze rozpuszczalne
dobrze wchłaniane
Postacie leku o
natychmiastowym uwalnianiu
uwalnianie składników
w żołądku
opróżnianie
żołądka
Opróżnianie żołądka stanowi krok ograniczający uwalnianie – proces, który nie
jest brany pod uwagę podczas testowania rozpuszczalności in vitro.
Kiedy rozpuszczalność in vivo jest szybsza w porównaniu z opróżnianiem
żołądka i lek szybko się wchłania rozpuszczalność in vitro nie odzwierciedla
dokładnie wchłaniania, więc IVIVC nie jest przeprowadzana dla substancji
grupy I.
2009-05-28
10
Substancje grupy II
słabo rozpuszczalne
dobrze wchłaniane
Dostępność biologiczna leków jest ograniczona przez
ich słabe rozpuszczanie się, więc szybkość ich
wchłaniania jest zbliżona do szybkości rozpuszczania
się.
Leki z tej grupy wykazują wysoką korelację między
badaniami in vitro i in vivo.
Substancje grupy III
dobrze rozpuszczalne
słabo wchłaniane
Substancja lecznicza uwalnia się szybko, ale jest powoli
wchłaniana.
IVIVC nie jest wiarygodna jeśli rozpuszczalność jest
większa od szybkości wchłaniania w jelitach.
2009-05-28
11
Substancje grupy IV
słabo rozpuszczalne
słabo wchłaniane
Wykazują bardzo słabą korelację między IVIV i muszą
być szczegółowo badane.
PROCES OPRACOWYWANIA
IVIVC POZIOMU A
2009-05-28
12
1. Prowadzenie badań w odniesieniu do kilku
preparatów, różniących się między sobą
szybkościa uwalniania substancji leczniczej.
Trzy preparaty są zwykle wystarczające: dla
wolnego, średniego i szybkiego uwalniania.
Partie powinny osiągać (lub być bliskie)
oczekiwanym limitom określonym w
specyfikacji in vitro.
2. Dane o rozpuszczalności in vitro są
pozyskiwane za pomocą odpowiedniego testu
rozpuszczalności.
Wymagania:
1. Użycie, co najmniej 12 poszczególnych postaci
leku z każdej partii
2. Czasy pobierania próbek pozwalające na
odpowiednie scharakteryzowanie profilu
rozpuszczalności
3. Współczynnik zmienności mniejszy niż 10%
średniej dla profilu rozpuszczalności
2009-05-28
13
3. Próbki stosowane są do badań
farmakokinetycznych w celu uzyskania danych
o stężeniu leku w warunkach in vivo.
Porównania mogą być dokonywane podczas:
1. jednego krzyżowego badania
farmakokinetycznego
2. równoległych badań
3. różnych badań, które są przeprowadzane jako
część procesu rozwojowego produktu
4. Podczas opracowywania IVIVC może być
konieczne poznanie różnych warunków
rozpuszczania in vivo, w celu zidentyfikowania
zmienności pomiędzy badanymi postaciami
leku.
5. Formuły są dostępne w dwóch grupach:
1. zbiór danych do opracowania IVIVC i estymacji
wewnętrznego błędu predykcji,
2. dane nieużyte do opracowania IVIVC służące
do zademonstrowania predykcji zewnętrznej.
2009-05-28
14
Dobre dopasowanie do IVIVC opisane jest
wzorem:
Prognozowany błąd
%PE
obserwowana
wartość
100
przewidywana
wartość
obserwowana
wartość
6. IVIVC może zostać uznana za poprawną jeśli:
1. rozpatrywanych jest trzy lub więcej różnych stopni
uwalniania
2. średni wewnętrzny błąd jest mniejszy niż 10% dla Cmax
i dla AUC
3. %PE dla poszczególnych preparatów użytych do IVIVC
nie przekracza 15%
7. Konieczność zewnętrznej weryfikacji istnieje jeśli:
1. wewnętrzny błąd predykcji jest większy niż 10%
2. %PE dla poszczególnych postaci leku różniących się
szybkością uwalniania przekracza 15%
2009-05-28
15
Ocena korelacji IVIVC na poziomie A
- wprowadzenie
Procedura oceny korelacji IVIVC na poziomie A jest
dwuetapowa.
W pierwszym etapie sporządza się profile uwalniania substancji leczniczej z postaci leku (in vitro) oraz przeprowadza badania jej dostępności biologicznej (in vivo) z tych samych preparatów.Dane dotyczące dostępności biologicznej (uzyskane podczas badao in vivo) poddaje się dekonwolucji.
I
ETAP
W drugim etapie sporządza się wykres zależności pomiędzy uwolnioną i wchłonięta ilością substancji leczniczej.
II
ETAP
Ocena korelacji IVIVC na poziomie A
- wprowadzenie
Proces dekonwolucji polega na estymacji ilości
uwolnionej lub wchłoniętej po podaniu dawki substancji
leczniczej in vivo, w oparciu o modele matematyczne.
Dekonwolucję danych przeprowadza się metodą
Wagnera-Nelsona, Loo-Riegelmana lub rozwiązując
równanie całkowe (transformacja Laplace’a).
2009-05-28
16
Przykład badania oceny korelacji
na poziomie A
Przygotowano preparaty zawierające lek przeciwpadaczkowy charakteryzujące się
różną szybkością uwalniania
• preparat o szybkim uwalnianiu substancji leczniczej (Formulation A)• preparat o pośredniej szybkości uwalniania substancji leczniczej (Formulation B)• preparat o wolnym uwalnianiu substancji leczniczej (Formulation D)
(A) Wykresy zależności stężenia leku we krwi jako funkcja czasu po podaniu 3 preparatów o różnej szybkości uwalniania substancji leczniczej.
(B) Wykresy zależnośd całkowitej ilości uwolnionej substancji w funkcji czasu. Czarnymi symbolami oznaczono zależności otrzymane na podstawie badao in vitro, białymi –zależności otrzymane na podstawie badao in vivo.
(B) Wykresy oznaczone białymi symbolami sporządzone zostały po dekonwolucji danych.
(C) Wykres zależności pomiędzy ilością substancji leczniczej uwolnionej w warunkach in vivo i w warunkach in vitro –w celu sprawdzenia korelacji.
(B) Wyraźnie widad, że całkowite ilości uwolnione w warunkach in vivo i in vitro są porównywalne, natomiast w warunkach in vivo substancja lecznicza uwalnia się wolniej, z pewnym opóźnieniem.
2009-05-28
17
Ocena korelacji IVIVC na poziomie B
Korelacja na poziomie B opiera się o analizę momentów statystycznych. MDT (in vitro) porównuje się z MRT.
Na poziomie B nie jest możliwe porównanie danych uzyskanych in vitro i in vivo punkt po punkcie tak, jak w przypadku korelacji na poziomie A.
MDT (Mean Dissolution Time)
– średni czas rozpadu, średni czas rozpuszczania
In vitro
MRT(Mean Residence Time)
- średni czas przebywania leku w organizmie
MAT(Mean Absorption Time)
- średni czas absorbcji
In vivo
Ocena korelacji IVIVC na poziomie B
(A) Wykres korelacji na poziomie B. Zależnośd średniego czasu przebywania leku w organizmie od średniego czasu rozpadu (in vitro)
2009-05-28
18
Ocena korelacji IVIVC na poziomie C
(B) Wykres korelacji na poziomie C. Zależnośd dostępności biologicznej w czasie Tmax (in vivo) od czasu, w którym uwolniona została połowa dawki substancji leczniczej (in vitro).
Znajomość korelacji in vitro-in vivo pozwala
na ustalenie warunków rozpuszczania postaci
leku o modyfikowanym uwalnianiu.
FDA określa procedury postępowania podczas ustalania warunków
rozpuszczania postaci leku o modyfikowanym uwalnianiu w przypadku:
Korelacji na poziomie A;
Korelacji na poziomie C;
Oraz przy braku korelacji.
Przy stwierdzeniu braku korelacji in vitro-in vivo podczas ustalania
dopuszczalnego odchylenia od ilości uwolnionej substancji powinno się
korzystać z średniego profilu uwalniania. Dopuszczalne odchylenie w
każdym czasie nie powinno przekraczać 20% ( 10%). W przypadku
odchylenia wynoszącego 25% istnieje konieczność potwierdzenia, że
średnie profile rozpuszczania (dla górnej i dolnej granicy odchylenia) są
biorównoważne.
2009-05-28
19
Znajomość korelacji in vitro-in vivo pozwala na
ustalenie warunków rozpuszczania postaci leku o
modyfikowanym uwalnianiu.
W przypadku istnienia korelacji in vitro-in vivo może być
ona wykorzystana do ustalenia parametrów
rozpuszczania badanej postaci leku. Stosując metody
konwolucji przewiduje się stężenie leku w osoczu,
kalkuluje pole powierzchni pod krzywą AUC oraz
stężenie maksymalne Cmax. Następnie sprawdza się,
czy profile uwalniania przy najwyższym i najniższym
stopniu uwalniania substancji (upper and lower release
rate), różnią się od profilu wzorcowego. Dopuszczalne
odchylenie wartości parametrów farmakokinetycznych
Cmax i AUC nie powinno przekraczać 20%.
Przykład: ustalanie stopnia uwalniania
pseudoefedryny z systemu OROS
Dowiedziono, że istnieje korelacja na poziomie
A (1:1) pomiędzy stopniem uwalniania
pseudoefedryny in vitro i in vivo;
Zaprojektowano postacie leku tak, aby z jednej
substancja lecznicza uwalniała się szybciej (90%
w ciągu 14h), z drugiej wolniej (65% w ciągu
14h).
2009-05-28
20
Przykład: ustalanie stopnia uwalniania pseudoefedryny z systemu
OROS
(A) Profil uwalniania in vitro serii badanej z uwzględnieniem proponowanych parametrów uwalniania in vitro.
(B) Przewidziane i zaobserwowane stężenia pseudoefedryny in vivo.
Korelacja in vitro-in vivo w przypadku
nowoczesnych pozajelitowych postaci leku o
przedłużonym uwalnianiu
W celu badania nowoczesnych postaci leku niezbędne jest poszerzenie wiedzy na temat korelacji in vitro-in vivo ponieważ:
Substancja lecznicza z omawianych postaci leku uwalniana jest przez okres kilku dni lub miesięcy, natomiast badania uwalniania in vitro zaprojektowane są tak, aby proces uwalniania trwał do kilku godzin;
Do tej pory nie zaprojektowano środowiska in vitro, które odzwierciadlałoby warunki in vivo.
Dostępna wiedza na temat doustnych postaci leku może być zastosowana w celu określenia korelacji IVIVC dla postaci leków takich jak: stenty uwalniające lek, liposomy czy plastry transdermalne, natomiast znane procedury wymagają wielu modyfikacji.
2009-05-28
21
Stenty uwalniające lek
Stenty uwalniające lek (Drug-Eluting Stents) są to małe cylindryczne
rusztowania, które po umieszczeniu wewnątrz naczynia krwionośnego
utrzymują drożność i zapobiegają zamknięciu jego światła. Co więcej,
stenty są zaprojektowane tak, aby miejscowo uwalniały leki
przeciwzapalne i przeciwnowotworowe w celu zahamowania
infiltrancji leukocytów i proliferacji komórek mięśni gładkich.
Problem w zastosowaniu klasycznych korelacji in vitro-in vivo stanowi fakt, że w przypadku omawianej postaci lek jest uwalniany miejscowo.
VIADUR®
Implanty, takie jak np. VIADUR® zaprojektowane są, aby uwalniać substancję leczniczą w sposób ciągły utrzymując stałe stężenie leku we krwi. Preparat VIADUR zawiera octan leuproreliny i jest stosowany w paliatywnym leczeniu zaawansowanej postaci raka prostaty.
Przeprowadzono badania in vivo na szczurach rasy Fisher, którym wszczepiono implanty z octanem leuproreliny. Następnie, po upływie 3, 6, 9 i 12 miesięcy usunięto implanty i przy pomocy metody z zastosowaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej w układzie odwróconych faz zmierzono pozostałą w implancie ilość leku.
Badania in vitro przeprowadzono umieszczając implanty w probówkach zawierających PBS z 2% dodatkiem azydku sodu jako środka konserwującego. Podczas badania probówki znajdowały się w łaźni wodnej w temperaturze 37 stopni.
2009-05-28
22
VIADUR®
Porównując wyniki badania wykazano, że pomiędzy uwalnianiem leku in vitro i in vivo z implantu zawierającego octan leuproreliny istnieje liniowa korelacja.
Systemy transdermalne
W przypadku leków transdermalnych zakłada
się, że kształt krzywej uwalniania in vitro jest
identyczny z kształtem krzywej uwalniania in
vivo.
Różnice dotyczą całkowitej ilości
uwolnionego leku.
2009-05-28
23
Dla płynnego zbiornika leku w systemie transdermalnym uwalnianie leku opisuje I prawo dyfuzji Fick`a:
Gdzie:
dQ/dt – ilość substancji leczniczej uwolnionej w czasie
A – powierzchnia błony (cm2)
Dm – współczynnik dyfuzji leku w membranie (cm2/h)
Km – współczynnik podziału między membranę a podłoże
Hm – grubość błony systemu (cm)
C – stężenie leku w podłożu (mg/cm3)
Stopień absorpcji skóry wynosi:
Gdzie:
ks – współczynnik podziału między stratum corneum a skórę
właściwą
Vs – objętość skóry
Hs – grubość skóry
Ds – współczynnik dyfuzji przez skórę
2009-05-28
24
W pewnym doświadczeniu użyto danych,
dotyczących stopnia uwalniania fentanylu
in vitro dla podania dożylnego, w celu
zademonstrowania korelacji in vitro-in vivo z
podaniem transdermalnym.
Dla ustalenia odpowiedniego modelu przygotowano następujące założenia:
kształt krzywej uwalniania in vitro był zbliżony do tego, który przedstawia krzywa uwalniania in vivo (całkowita ilość uwolnionego leku mogła się różnić)
przezskórna absorpcja była zaliczana do procesów 1-ego rzędu
wyjaśniono wpływ promotorów sorpcji na absorpcję
2009-05-28
25
Jako wynik uzyskano dobrą korelację
pomiędzy przewidywanym i obserwowanym
stężeniem fentanylu w surowicy po podaniu
dożylnym i w systemie transdermalnym.
Ciekawostka
2009-05-28
26
Liposomy
Liposomy zbudowane są z podwójnej
amfipatycznej błony molekularnej
ograniczającej środowisko wodne. Lek
zostaje zamknięty w środku (wewnątrz
środowiska wodnego) lub we wnętrzu błony.
Liposomy wykazują dłuższe uwalnianie leku
w organizmie na stałym poziomie.
Liposomy mogą in vivo wchodzić w interakcje
z lipoproteinami i białkami występującymi we
krwi.
Trudnością w ich przewidzeniu jest fakt, iż
często zdarzają się przypadki, w których
liposom in vivo zachowuje się odmiennie niż
w warunkach in vitro.
2009-05-28
27
Metoda określająca zachowanie się liposomu w
warunkach fizjologicznych jest ważna dla:
Oceny jakości liposomu
Zapewnienia prawidłowych procesów kontroli
Zapewnienia uwalniania charakterystycznego dla
tego produktu
Oceny zmian chemicznych, produkcyjnych
Kontroli zmian w badaniach in vivo.
Metoda ta jednak spotkała się z różnymi
efektami w praktyce
Potencjalne powody braku korelacji mogą
mieć związek z rozległością błon lipidowych i
lipidów in vivo, do których uwolniony lek
może się wiązać.
2009-05-28
28
WYKORZYSTANIE FARMAKODYNAMIKI W
ROZWOJU KORELACJI IN VIVO-IN VITRO
Do pomiaru dostępności biologicznej, oprócz pomiaru stężenia leku w płynach ustrojowych, służy także odpowiedź farmakologiczna ustroju na lek. Dostarcza ona danych o takim samym znaczeniu, jak te uzyskane z pomiarów stężenia leku we krwi lub w moczu.
Założenia potrzebne dla wykorzystania odpowiedzi farmakologicznej:
Wartością limitującą etapy procesu jest dostępność biologiczna
Interakcje receptor – lek i transdukcja sygnału są szybkie.
Wszystkie procesy są odwracalne tzn. usunięcie leku ze środowiska skutkuje cofnięciem odpowiedzi farmakologicznej
Kinetyka leku jest liniowa
Metody wykorzystujące odpowiedź farmakologiczną mogą zostać wykorzystane tam, gdzie nie ma możliwości oznaczenia stężenia leku.
2009-05-28
29
WNIOSKI OGÓLNE
Dobrą korelację IVIV otrzymuje się dla
transdermalnych systemów terapeutycznych i
innych postaci o przedłużonym oraz
kontrolowanym uwalnianiu.
Dobrą korelację wykazują również substancje
lecznicze słabo rozpuszczalne w wodzie, ale
dobrze przenikające przez membrany
biologiczne (grupa II w klasyfikacji BCS),
niezależnie od postaci, w jakiej są podane.