Veri-aivoesteen farmakokineettinen malli permeaation ja efluksin merkityksen tutkimiseen

Veri-aivoeste suojelee aivoja verenkierron vierasaineilta. Veri-aivoestettä tutkivia in vivo ja in vitro -menetelmiä on raportoitu laajasti kirjallisuudessa. Yhdisteiden farmakokinetiikka aivoissa kuvaavia tietokonemalleja on esitetty vain muutamia. Tässä tutkimuksessa kerättiin kirjallisuudesta aineisto eri in vitro ja in vivo -menetelmillä määritetyistä veri-aivoesteen permeabiliteettikertoimista. Lisäksi tutkimuksessa rakennettiin kaksi veri-aivoesteen farmakokineettista tietokonemallia, mikrodialyysimalli ja efluksimalli. Mikrodialyysimalli on yksinkertainen kahdesta tilasta (verenkierto ja aivot) koostuva farmakokineettinen malli. Mikrodialyysimallilla simuloitiin in vivo määritettyjen parametrien perusteella viiden yhdisteen pitoisuuksia rotan aivoissa ja verenkierrossa. Mallilla ei saatu täsmällisesti in vivo -tilannetta vastaavia pitoisuuskuvaajia johtuen mallin rakenteessa tehdyistä yksinkertaistuksista, kuten aivokudostilan ja kuljetinproteiinien kinetiikan puuttuminen. Efluksimallissa on kolme tilaa, verenkierto, veri-aivoesteen endoteelisolutila ja aivot. Efluksimallilla tutkittiin teoreettisten simulaatioiden avulla veri-aivoesteen luminaalisella membraanilla sijaitsevan aktiivisen efluksiproteiinin ja passiivisen permeaation merkitystä yhdisteen pitoisuuksiin aivojen solunulkoisessa nesteessä. Tutkittava parametri oli vapaan yhdisteen pitoisuuksien suhde aivojen ja verenkierron välillä vakaassa tilassa (Kp,uu). Tuloksissa havaittiin efluksiproteiinin vaikutus pitoisuuksiin Michaelis-Mentenin kinetiikan mukaisesti. Efluksimalli sopii hyvin teoreettisten simulaatioiden tekemiseen. Malliin voidaan lisätä aktiivisia kuljettimia. Teoreettisten simulaatioiden avulla voidaan yhdistää in vitro ja in vivo tutkimuksien tuloksia ja osatekijöitä voidaan tutkia yhdessä simulaatiossa.

The blood-brain barrier protects brain from xenobiotics that are in blood. Different in vivo and in vitro methods have been developed for studying blood brain barrier and those can be found in the literature. There are only few computational models pharmacokinetics of compounds in the brain. In this study permeability factors, which were measured in vitro or in vivo, were collected from literature. Additionally two different pharmacokinetic computer models of blood-brain barrier were described. One of which is called microdialysis model and the other efflux model. Microdialysis model is a very simple two compartmental model, the compartments being the blood and the brain. Five substances were simulated according to the values measured in vivo in rat. The model did not correlate well with the in vivo results, because of the simplicity of the model as the model missed the compartment of brain tissue and the kinetics of transporters. Efflux model has three compartments, blood, blood brain barrier endothelial cells and brain. The model was used to study the impact of the of efflux transporter at the luminal barrier of endothelial cells and passive permeability to the steady-state concentration of a compound in the brain extracellular fluid with theoretical simulations. The relation between free drug concentrations in blood and brain extracellular fluid (Kp,uu) was studied. The impact of Michaelis-Menten kinetics of efflux transporter to the concentration of compound was shown in the results. The efflux model is suitable for theoretical simulations. It is possible to add new active transporters. With theoretical simulations the results from in vitro and in vivo studies can be combined and the different factors can be studied in one simulation.

Farmasian tiedekunta, biofarmasia