A sav-bázis karaktert hordozó hatóanyagok vizes közegben protondisszociációs folyamatban végbemenő ionizációja, illetve semleges formába alakulása (savak: AH

search

A– + H+, bázis: BH+

search

B + H+) az ADME-folyamatokban és a fehérje/receptor kölcsönhatás kialakításakor is fontos (Avdeef, 2003). Különös jelentőséggel bír ez annak tükrében, hogy az ismert gyógyszerkincs mintegy 80%-a tartalmaz egy vagy több ionizálható, illetve pH-függetlenül ionizált (pl. kvaterner ammóniumsók) funkciós csoportot. A hatóanyagokat sav-bázis tulajdonságuk alapján osztályozva a forgalomban lévő gyógyszerek közel 40%-a bázikus, 35%-a savas, 8,4%-a amfoter karakterű, illetve 9,5%-a hordoz kettőnél több ionizálható csoportot (Manallack, 2013). Ezzel összefüggésben a gyógyszerek csoportosíthatók ionizálható funkciós csoportjaik száma szerint. Így megkülönböztetünk mono-, di- és poliprotikus (pl. doxiciklin) vegyületeket.

A fent megadott összefüggésekben a protondisszociációs folyamatok egyensúlyi állandójának (Ka) negatív logaritmusát véve, melyet p szimbolizál, adható meg a Henderson–Hasselbalch- (H–H) egyenlet (4.8.2. ábra). Az egyenlet alapján az ionizációs állandó (pKa) megfelel annak a pH-értéknek, ahol a protondisszociált (A– vagy B) és -asszociált forma (AH vagy BH+) koncentrációja azonos a vizes oldatban. Más megközelítésben, egy monoprotikus vegyület pKa értékének ismeretében, a H–H-egyenlet felhasználásával adott pH-n megadható a protonált és deprotonált forma aránya, illetve a vegyület koncentrációjának ismeretében a vizes oldatának pH-értéke is.

 

 

A H–H-egyenlet logaritmikus lefutásából következik, hogy savas karakterhez asszignált pKa értéknél két pH-egységgel kisebb pH-értékeken a vegyület (monoprotikus) vagy a savi funkciót hordozó csoport teljes mértékben semleges, míg két pH-egységgel nagyobb pH-értéken teljesen ionizált állapotban van. Bázikus (monoprotikus) vegyületek, illetve bázikus karaktert hordozó csoport esetén a semleges és ionizált molekuláris formák ezzel ellentétes pH-tartományokban állnak elő. A sav-bázis karakterű hatóanyagokhoz, azok funkciós csoportjaihoz, illetve szerkezeti részleteihez tartozó semleges és ionizált formák pH-függő mennyiségi változásai gyógyszerkémiai értelemben is kiemelt jelentőséggel bírnak. Tekintettel arra, hogy a teljesen semleges forma a molekulának vagy annak ionizálható részének a leglipofilebb formája, ami a biológiai membránokon keresztüli transzportnak kedvez (penetráló forma), addig a teljesen ionizált forma ezzel ellentétben a leghidrofilebb és így a vizes közegben oldható formának tekinthető (4.8.3. ábra). Ezen formák arányának pK aértékük által meghatározott pH-függő változását gyógyszerkémiai megközelítésben a tápcsatorna ADME-folyamataiban kiemelt fiziológiás közegek pH-értékein, illetve tartományain érdemes vizsgálni, ami a 4.8.3. ábrán monoprotikus savas és bázikus hatóanyagok példáján látható.

 

Diprotikus savas és bázikus karaktert egyszerre hordozó vegyületek esetében megkülönböztethetünk egyszerű vagy klasszikus amfotereket, illetve ikerionos vegyületeket, amennyiben érvényes a molekula ionizálható funkciós csoportjait jellemző pKa értékeire a teljes szeparáció, vagyis értékük különbsége közelíti vagy meghaladja a négy egységest. Ennek érvényesülése mellett, ha a savas funkciós csoport pKa értéke nagyobb, mint a bázikus csoporté, akkor a két pKa érték közötti pH-tartományban a vegyület makroszkopikus molekuláris formája semleges, így egyszerű vagy klasszikus amfoternek tekinthető. Azoknak a vegyületeknek, amelyekben a bázikus funkciós csoport pKa értéke nagyobb, mint a savas csoportot hordozóé, a makroszkopikusan ikerionos forma érvényesül a két pKa érték közötti pH-tartományban. Az a pH-érték, ahol az ikerionos vegyület kifelé semleges töltésű, a molekula izoeletromos pontja (pHi). A diprotikus amfoter vegyületek esetében általános szabályként elmondható, hogy a két pKa értéktől jobbra és balra távolodva, az ionos formák arányának növekedésévél nő a hidrofil jelleg, míg a két pKa érték között pH-tartományban az ikerionos és a semleges formák arányos növekedése a lipofil karakter kifejeződésének kedvez (4.8.4. ábra).

 

Gyógyszerkémiai szempontból a hatóanyagok pKa értékének figyelembevétele túlmutat azon az általános szerves kémiai megközelítésen, hogy például az SN2 reakciókban a reaktánsok nukleofilitását a báziserősségükön, illetőleg a konjugált savi formájuk pKa értékén keresztül értékeljük. Hasonlóan általános felhasználást jelenthet az analitikai és a preparatív kromatográfiában ismert megközelítés, miszerint az ionizálható szerves vegyületek elválasztásában a mozgó fázisként alkalmazott vizes komponens pH-értékének beállításánál kerülni kell az analit pKa értékének

search

2 egységét felölelő tartományt. Ezekkel a hatóanyagok szintézisét, izolálást segítő megfontolásokkal szemben a gyógyszerkémiában sokkal fajsúlyosabban jelenek meg a pKa értékek farmakokinetikai és hatástani tulajdonságokkal kapcsolatos összefüggései, melyre az alábbiakban található néhány jellemző példa. A hatóanyagok pKa értékeinek farmakokinetikai figyelembevételére jó például szolgál a 4.8.3. ábra és 4.8.4. ábra, ahol a sav-bázis karaktert hordozó vegyületek pH-függő molekuláris formájának mennyiségi változásait követhetjük nyomon. A későbbiekben tárgyalt lipofilitás–felszívódási, illetve poláros jelleg–felszívódási/oldhatósági jellemzők összefüggései az ionizált és a semleges formákra vonatkozóan jól nyomon követhetők mind a fontosabb tápcsatornai szakaszok jellemző pH-értékeinek, mind a hatóanyag pKa értéké(ei)nek ismeretében. Ugyanakkor fontos megjegyezni, hogy önmagában a pKa értékek, illetve az ionizálható csoport jelenléte sok esetben a vegyület belső (v. saját) tulajdonságát nem képesek szignifikánsan befolyásolni. Például a nagy lipofilitású vegyületek ionizált formái is lehetnek hasonlóan kritikusan hidrofób karakterűek és így praktikusan oldhatatlanok, míg a fokozottan hidrofil belső sajátságú hatóanyag semleges formájának hidrofil jellege gátolhatja a membrántranszportot és így a felszívódást. Ezzel a megállapítással párhuzamosan válik érthetővé a korábban általánosan alkalmazott pH-megoszlás hipotézisének (Comer, 2007) korlátja, mely tévesen feltételezte, hogy a hatóanyagoknak csak a semleges formája biztosítja a membránon keresztüli transzportot. Azóta ciklikus voltammetriás vizsgálatok is rámutattak, hogy a vegyületek ionizált formája is képes szerves oldószerekben megoszlani, illetve lipidmembránokon keresztül penetrálni (Jia, 2001). Ugyanakkor épp a lipidmembránokon történő transzportfolyamat lépéseként a közeg hatása a protondisszociációra kiemelten jellemző. Ennek változása jól nyomon követhető a membrán mélyebb rétegétől haladva, a határfelületen át a membrántól távolodva a vizes közeg főtömegébe a transzmembrán-fehérjék aminosavegységeinek ionizációs állapotváltozásán keresztül is. A 4.8.5. ábrán is látható, hogy a makroszkopikusan savas karakterű aminosav- (AS) egységek (pl. Asp, Glu, illetve C-terminális régiók – Ctr) pKa értéke a membrán mélyebb rétege felé haladva növekszik, míg a bázikus karakterű AS-egységek (pl. His, Lys, illetve az N-terminális régiók – Ntr) pKa értékei csökkenek (Teixeira, 2016). Mindkét pKa-eltolódási irány az ionizáció visszaszorulására utal. Hasonlóan: a vízmolekulák visszaszorulása miatt protondisszociáció, ionizációcsökkenés következik be a hatóanyagok lipidmembrán-transzportja során, ahogy a molekulák a határfelületről a lipidmembránba integrálódnak.

 

Ezzel a jelenséggel szorosan összefügg, már farmakodinámiás, hatástani megközelítésben, a gyógyszervegyületek pKa értékének változása (cél)fehérjékkel kialakuló kölcsönhatásuk révén. Søndergaard és Jensen mutattak rá, hogy a hatóanyagok vizes rendszerben mért pKa értékei fehérjék jelenlétében jellemzően négy hatás eredőjeként tolódnak el (Søndergaard, 2011). Ezen hatások, illetve a pKa változást befolyásoló hozzájárulási tagok (

search

pKa) közül kiemelkedő a deszolvatációs hatás (

search

pKadeszolv), melyet kiegészít a fehérje–hatóanyag között kialakuló H-kötés (

search

pKaHB), az elektrosztatikus reorganizációs energia (

search

pKaRE) és a Coulomb-kölcsönhatás (

search

pKaQQ). Ezzel összefüggésben számos példa lhozható, ahol nem csupán a hatóanyag–célpontfehérje kölcsönhatásából származó

search

pKa, de közvetlenül a hatóanyag pKa értéke és a biológiai hatás között is sikerült összefüggést igazolni (pl. mátrix metalloproteináz-9-gátlók (Zhong, 2011)). Erre talán az egyik legszebb példa a 4.8.6. ábrán látható antibakteriális hatású szulfonamidok pKa érteke és a folátszintézist gátló hatásuk (logIC50) közötti lineáris korreláció igazolása (Miller, 1972).

 

Visszakanyarodva az általános ADME-tulajdonságok és a pKa összefüggésére, a pKa érték finomhangolásával lehetőség nyílhat egy adott szerkezeti körön belül az oldhatóság módosítására (pl. epesavszármazékok csökkenő pKa,sav érték melletti oldhatóságnövekedése – 4.8.7. ábra A). Hasonló oldhatóságjavító megközelítés lehet a hatóanyagok semleges régiójához ionizálható csoport bevitele (4.8.7. ábra B).

 

Kiemelt példaként kezelhető a hatóanyagok sav-bázis sajátsága és a központi idegrendszer (CNS) primer belépési kapuján, a vér-agy gáton (BBB – blood-brain barrier) keresztüli passzív transzport közötti összefüggés felhasználása a gyógyszerkémiában. A felszívódás (4.8.2.1.) és in vitro permeabilitási vizsgálatok fejezeteiben (4.8.3.1.) még részletesen kitérünk ennek magyarázatára, de általános szabályként elmondható, hogy a hatóanyagok bázicitásának növekedésével fokozódik, míg a savi csoport jelenlétében csökken a passzív BBB-penetráció (példa: 4.8.8. ábra).

 

A hatóanyagok lipofilitása (affinitása lipofil közeghez) és in vivo viselkedésük közötti kapcsolat feltárása több mint száz évre tekint vissza. A lipofilitást leíró megoszlási hányados fogalmát elsőként Berthelot és Jungfleisch határozta meg (Berthelot, 1872), de a farmakonok biológiai hatása és lipofilitása (olaj–víz megoszlási rendszerben) közötti összefüggésre elsőként Meyer és Overton mutatott rá (Meyer, 1899; Overton, 1901). Később Gaudette és Brodie vezette be a hatóanyag-lipofilitás jellemzésére a szerves oldószer–víz rendszerekben kialakuló egyensúlyi megoszlást, melyet alkalmasnak találtak farmakokinetikai folyamatok modellezésére. Így például sikerült összefüggést találniuk egyes gyógyszerek n-oktanol–víz megoszlása és a máj specifikus metabolizmusa között (Gaudette, 1959). Ennek ellenére a lipofilitás meghatározására szolgáló megoszlási rendszerek széles körű alkalmazása egészen 1964-ig nem terjedt el. Ebben az évben Hansch és Fujita javaslatot tettek az n-oktanol–víz mint általános megoszlási rendszer alkalmazására (Hansch és mtsa, 1964), majd 1971-ben Leo, Hansch és Elkins összefoglaló tanulmányukban közel 800 vegyületnek adták meg a megoszlási hányadosát (logP értékét) ebben a modellrendszerben (Leo és mtsai, 1971).

 

Az egyensúlyi egyenletekből, illetve protondisszociációból (pKa) következően az ionizált és semleges molekuláris forma aránya a pH-val együtt változik. Ennek megfelelően a logD, a H–H- egyenlet szerint, pH-függő módon változik. A 4.8.10. ábra egy monoprotikus sav logD – pH lefutási görbéjét mutatja be. Látható, hogy a vegyület lipofilitása a pKa értékénél kisebb pH-értékeken, ahogy a vegyület összes molekuláris formája semlegessé válik, eléri a maximumot (logP0). A pKa értékénél magasabb pH-értékeken fokozatosan ionizálódik, és az összes molekuláris forma ionossá válását követően lipofiltása (logPI-) minimálisra csökken. Ezzel összhangban a savas karakterű vegyület vizes oldhatósága maximális lesz. Bázisok esetében a logD–pH profil fordított lefutású, míg diprotikus egyszerű és ikerionos amfotereknél a logD érték a két funkciós csoporthoz tartozó pKa érték között éri el a maximumot.

 

 

Annak ellenére, hogy a gyógyszerkutatás korai fázisában a gyógyszerfelszívódás előrejelzésére a legszélesebb körben alkalmazott paraméter az n-oktanol–víz megoszlás, az elmúlt évtizedekben számos egyéb szerves oldószer (kloroform–víz, ciklohexán–víz, PGDP (propilénglikol-dipelargonát)–víz alapú, illetve anizotróp (liposzóma: lipid–víz) megoszlási rendszer alkalmazására tettek javaslatot. Előbbi rendszerek jelentőségét az adja, hogy az elsősorban H-donor-sajátsággal rendelkező n-oktanollal szemben az eltérő H-donor-sajátsággal rendelkező szervesoldószer-komponensek vizsgálatával feltárhatók a hatóanyagok egyes belső tulajdonságai. Így péládul a H-hidas kölcsönhatást nem biztosító toluol és víz megoszlási rendszerben kapott logPtol-érték összevetése a klasszikus logPoktanol-értékkel információt ad a vizsgált hatóanyag-molekula intramolekuláris H-híd-kialakítási képességéről (ΔlogPokt-tol < 0,5 erős intramolekuláris H-híd kialakulására utal). A gyógyszerkémiában ennek azért van jelentőséges, mert megfigyelések szerint az ezen tulajdonságot hordozó vegyületek biológiai hatása, illetve biohasznosulása jellemzően kedvezőbb, mint az azonos szerkezeti körbe tartozó, de belső H-híd kialakítására nem képes hatóanyagjelölteké (Shalaeva, 2013). Áttérve az anizotróp liposzómarendszerekre: a biológiai membránokat alkotó egyes lipidkomponensek (foszfolipidek, koleszterin stb.) és a hatóanyag-molekulák között kialakuló kölcsönhatások messze túlmutatnak az n-oktanol–víz megoszlási rendszer esetén kialakuló lipofil és gyenge H-hidas kölcsönhatáson. Így a lipid–víz megoszlási rendszerben a molekula megoszlását a biológiai membrán lipidkomponenseivel kialakuló amfiprotikus, H-híd-donor és -akceptor, valamint ionos kölcsönhatásai is befolyásolják (Thomae, 2005). Fontos kiemelni, hogy ezen hatások karakterisztikusan azon pH-értékeken jelennek meg, ahol a hatóanyag ionizált formában van, és a klasszikus logDokt–pH lefutással szemben magasabb lipofilitási értékek lesznek tapasztalhatók a liposzómarendszerekben (4.8.11. ábra). Amennyiben a vizes közegben makroszkopikusan a semleges formák lesznek a meghatározók, ez a különbség megszűnik, ami alátámasztja a logPokt-érték általános „biomimetikus” paraméterként történő alkalmazhatóságát (Avdeef, 2001).

 

A fentiekből is kitűnik, hogy a hatóanyagok több olyan belső sajátságára kapunk információt a lipofilitási adataik alapján, amely számos ADME-T tulajdonsággal összefüggésbe hozható, hiszen mind a vizes közeg, mind a biológiai membránokkal való kölcsönhatás kritikus tényező ezekben a folyamatokban. Tekintettel arra, hogy több olyan szabályrendszert is tárgyalunk a további fejezetekben, melyek több paraméteren keresztül közelítenek gyógyszerkémiai összefüggéseket, az alábbiakban a lipofilitás néhány egyedi szabályként történő figyelembevételét vesszük számba.

 

Az ADME, illetőleg a hatóanyagok kiürülési (clearance) folyamatához kapcsolódóan elmondható továbbá, hogy a jellemzően hidrofil karakterű vegyületek elsősorban a vesén keresztül választódnak ki, illetve fordított trend szerint a növekvő lipofilitással a főként májhoz kapcsolódó metabolizmus fokozódik. Ez egyúttal rámutat szervezetünk egyik igen fontos kiürülési stratégiájára, miszerint a lipofil karakterű gyógyszerek májban történő biotranszformációja, és így a hidrofil metabolitok képzése összedolgozik, segíti hatóanyagok vesén keresztüli kiürülését. További szabályszerűség figyelhető meg a vesében a még nefronegységben bekövetkező visszaszívás esetén, ahol a lipofilebb molekulák visszaforgatása a szisztémás keringésbe segíti a plazmaszint megtartását (4.8.13. ábra).

 

Ennél összetettebb farmakokinetikai és farmakodinámiás összefüggéseket tár fel a lipofilitásra vonatkozóan a 4.8.14. ábra. Az idevonatkozó ADME-paramétereket még tárgyaljuk a 4.8.2. fejezetben .

 

A fokozott lipofilitással összefüggésben felmerülő toxicitási kockázatokról részletesebben Waring 2010-ben közölt kitűnő összefoglalójában találhatunk számos részeletet (Waring, 2010). Fontos kiemelni, hogy minden egyes toxicitási és gyógyszermellékhatással összefüggő kockázat, így az általános és a szövetspecifikus toxicitás, a foszfolipidózis, a hERG- és CyP-gátlás, a promiszkuis (off-target) mellékhatások fokozottan jelentkeznek a logP > 3 hatóanyagoknál, és ez a kockázat fokozódik a bázikus karakterű vegyületek esetében. Ezekre a toxicitási sajátságokra részletesen a 4.8.2.5. alfejezet fog kitérni. A fokozott lipofilitás–mellékhatás/promiszkuitás (több célpontú hatáskifejeződés) kockázatára 2007-ben Leeson, a AstraZeneca vezető gyógyszerkémikusa hívta fel a figyelmet és tett javaslatot a probléma kezelésére (Leeson, 2007). Az általános megoldás a hatékonysági paraméterek bevezetése volt (részletesen ld. a 4.1.4. fejezetben), melynek idevonatkozó típusa a ligandum-lipofilitás vagy lipofilitás-hatékonyság (LLE – ligand-lipophilicity efficiency vagy LiPE – lipophilic efficiency), ami praktikusan egy logP értékkel büntetett paraméter (LLE = pIC50–logP), így a magasabb LLE értékű vegyületek kiválasztása várhatóan szelektívebb és kisebb toxicitási kockázatot hordozó gyógyszerjelöltekhez vezet.

 

A gyógyszerek biológiai rendszerekben való viselkedését, így felszívódási folyamatait, de a hatásuk kialakulását is jelentősen befolyásolja a vízoldhatóságuk, illetve a vízmolekulákhoz való affinitásuk. A per os adagolt gyógyszerek esetében a felszívódás és így a megfelelő biohasznosulás eléréséhez elengedhetetlen, hogy már a tápcsatorna kezdeti szakaszában (gyomor, patkóbél), a gyógyszerformula szétesését követően, a hatóanyag szilárd formája nedvesedjen, szolvatálódjon, majd a szilárd főtömegből kiszakadó molekulák beoldódjanak az intesztinális tér vizes közegébe. A vízoldhatóság elengedhetetlen a hatóanyag vérben történő szállításához, illetve szövetekben való eloszlásához (disztribúció) is. Az elmúlt húsz évben a gyógyszerkutatásban különösen hangsúlyossá vált a vegyületek oldhatóságának javítása, mivel a gyógyszerjelölteket trendszerű lipofilitásnövekedésüknek köszönhetően átlagosan gyenge oldhatóság jellemzi (Leeson, 2007).

 

 

A fentiek alapján az N–W-egyenlet két, kémiai sajátságtól független paramétere (h, A) fontos összefüggésül szolgál gyógyszertechnológiai szempontból mind az oldhatóság optimalizálására, javítására, mind méréstechnikai beállítására vonatkozóan. Így például a diffúziós határréteg vastagsága (h) a mérési eljárásban alkalmazott inkubációs hőmérséklet emelésével, illetve az agitáció vagy keverési sebesség növelésével csökkenthető, ami fokozza az oldódás sebességét. Hasonló hatás érhető el a szilárd részecskék felületének csökkentésével, melyre az általánosan bevált technológiai megoldás korábban a részecskeméret mikronizálása volt, napjainkban ez a különböző nanoformulák kialakítása (Kumar, 2022).

 

A protondisszociáció általános leírásánál megadott módon a savas karakterű monoprotikus hatóanyag pKa értékénél két egységgel alacsonyabb pH-jú közegtől indulva a semleges molekuláris forma jelenléte a vizes oldatban biztosítja a valódi oldhatóság (S0) érvényesülését. Az anyag oldhatósága itt a legalacsonyabb (1. szakasz). A vizes közeg pH-értékének növekedésével, elérve a vegyület pKa értékét fokozódik a vegyület ionizációja. Ebben a rövid, exponenciálisan felfutó 2. szakaszban a semleges forma ([HA]) állandó koncentrációja mellett az ionos forma ([A–]) koncentrációja nő. A következő, lineárisan felívelő 3. szakaszban a vegyület csak ionizált formában van jelen, vagyis csak a valódi oldhatósága érvényesül. Ennek megfelelően az emelkedő pH-jú közegben az oldhatóság növekedése [HA] változásából következik, miközben [A–] (Si) állandó. A 4. szakaszban a rendszer adott pH-ján (pKaGibbs) a monoprotikus sav a rendszerben jelen lévő ellenionnal (pl. Na+) képzett sója eléri a maximális oldhatóságot, állandó [A–] és [HA] mellett telítetté válik az oldat. Bázisok esetében a logS – pH lefutás fordított, míg egyszerű és ikerionos amfotereknél a logS érték a két ellentétes funkciós csoporthoz tartozó pKa érték között éri el a minimumát.

 

Részben hasonló megközelítésnek tekinthető a hidrogénkötés-donor és -akceptor sajátságot hordozó funkciós csoport kialakítása (pl. OH, NH2, COOH), ami szintén hatékony módszert jelenthet a vegyületek oldhatóságának javításában (4.8.18. ábra).

 

 

A következőkben bemutatott példák alapjául a Yalkowski által javasolt és a gyógyszerkutatásban széles körben alkalmazott általános oldhatósági egyenlet (GSE – general solubility equation) áll (Yalkowski, 1999). A GSE alapján a vegyületek lipofilitásának csökkentése nagymértékben hozzájárulhat a vízoldhatóságuk javításához (4.8.19. ábra), míg az olvadáspont csökkentése (op) a kristályrács termodinamikai stabilitásával áll összefüggésben. Erre az esetre jelenthet példát az ún. out-of-plane stratégia, mely azon az elven alapul, hogy a síkszerű szerkezetből adódóan egy vegyület nagyobb stabilitású, planárisan rétegezett kristályos formát képes kialakítani, míg ha olyan szerkezeti elemet alakítunk ki rajta (pl. etilcsoportot), ami gátolja ezt a rendeződést (4.8.20. ábra A), vagy egyszerűen megszüntetjük a gyűrűs rendszer aromás jellegét vagy a gyűrűt felnyitjuk (4.8.20. ábra B–C), akkor a megbontott planaritás kevésbé stabil kristályformához vezet, ami kisebb olvadáspontot jelent. Az alacsonyabb olvadáspont kedvezőbb vízoldhatóságot eredményez.

 

A fenti példák esetében, bár az ábrákon külön nem jelezzük, a szerkezetmódosításon alapuló vízoldhatóság-javítási stratégiát csak a várt biológiai hatás megtartása vagy annak fejlesztése mellett tette értékessé a kémiai szerkezet változtatása. Ugyanakkor a prodrug-megközelítésben épp fordítva gondolkodunk. Ezekben az esetekben a már hatásos kemotípust (farmakofór-elemet) bővítjük, módosítjuk olyan poláris kémiai elemmel, amely az élő szervezetben kémiai vagy enzimatikus folyamatban lehasad. Jellemző példaként a foszforsav- és amid-észter-oldalláncok említhetők (4.8.21. ábra), melyek nagymértékben képesek fokozni a vegyületek polaritását és így a vízoldhatóságát.

 

Az oldatstabilitás a vegyületek vizes, szerves vagy keverékoldószerben képzett oldatának kémiai (pH, ionerősség, oldott oxigén, oxidáló ágensek), fizikai (hőmérséklet, fény) és tágabb értelemben biológiai (elsősorban biológiai hatóanyagok esetén, pl. proteáz enzimekhez köthető) hatásokkal szembeni ellenálló képességét mutatja meg. A gyógyszerkutatás korai fázisában az oldatstabilitási vizsgálatok alapvetően hármas célt szolgálnak. Gyógyszerkémiai szempontból fontos a hatóanyagok ADME-folyamatokhoz köthető fiziológiás közegekkel (4.8.1. táblázat), illetve az ebben a fázisban alkalmazott in vitro farmakológiai vizsgálatok vizes pufferált közegeivel szembeni ellenállásának meghatározása. A gyógyszerkutatást támogató számos vizsgálati rendszerben általános alap-, illetve törzsoldatként alkalmazzák a vizsgált vegyületek szerves oldószerben képzett oldatait. A vízzel korlátlanul elegyedő oldószerek közül (pl. EtOH, MeOH) is kiemelt fontosságú a DMSO-oldatok alkalmazása, ami a kismolekulás hatóanyagok széles polaritási tartományában bizonyult megfelelő oldószerként, amit relatíve alacsony toxicitási tulajdonsága is biztosított. Tekintettel arra, hogy a DMSO-oldatok a nagy áteresztőképességű vizsgálatokban is alapként szolgálnak, a kutatóhelyek nem csupán szilárd, de oldat-vegyülettárakat is kialakítanak. Így a gyógyszerkutatás számára az oldatstabilitás vizsgálatának harmadik formáját a DMSO tárolási stabilitása jelenti. Összességében azok a legfontosabb közegek, melyekben az oldatstabilitást mérjük:

 

Ennek függvényében az oldatstabilitásnak azok a fontosabb paraméterei, amelyek hatását fontos vizsgálni:

 

 

Ezen körülmények közül a legfontosabb hatása a víznek, mint közegnek, és a pH-nak van, tekintettel arra, hogy a legnagyobb gyakorisággal fellépő oldatinstabilitási probléma a vegyületek hidrolízise. Ennek megfelelően a kiemelt kockázatot hordozó vegyülettípusok az észterek, amidok, laktonok, laktámok és oximok. Legismertebb példaként az aszpirin észterhidrolízise hozható, de jól ismert az atropin, metilfenidát és kokain észterhidrolízise vagy a warfarin laktonrészének hidrolitikus felnyílása is (Connors, 1986). A másik jelentősebb, oldatban végbemenő instabilitási folyamat a fény vagy oldott oxigén hatására végbemenő oxidáció. Itt az oxigénre érzékeny funkciós vagy vegyületcsoportként a fenolok, katekolok, éterek, tiolok és tioéterek, karbonsavak, nitritek és aldehidek említhetők. Fotokémiailag instabilak lehetnek a konjugált kettős kötést, aromás halogént, nitrocsoportot és N–N kötést hordozó vegyületek. Az előbbire az epinefrin difenolegységének orto-kinonná alakulása, az utóbbira a fahéjsav transz–cisz átalakulása szolgál példaként. A vegyületek DMSO-törzsoldatának stabilitása kapcsán szintén az egyik vezető problémát az oldattárolás során felvett víztartalom, illetve annak növekedése jelenti (Popa-Burke, 2014). Ezzel szoros összefüggésben fontos megfigyelés, hogy a DMSO-oldatok hűtve tárolása miatti fagyasztás–felolvasztás (a DMSO 4 oC-on már megfagy) ciklusaiban is nő a víztartalom. Különösen nagy mennyiségű vizet (a DMSO maximális/egyensúlyi víztartalma

search

10% 25 oC-on) képes felvenni, ha a környező levegővel még az előtt találkozik ,mielőtt elérte volna a laboratórium hőmérsékletét (Semin, 2005). A fentiek miatt a DMSO-törzsoldatok felolvasztási–visszahűtési ciklusait regisztrálják is, és jellemzően 3-4 ciklus után kidobják az oldatokat. A DMSO víz- (hidrolízis) és oldottoxigén-tartalma mellett oxidáló- és redukálószerként is tud viselkedni. Diszproporcionálódása révén dimetil-szulfiddá és dimetil-szulfonná alakul (Beilke, 1987).