UV-imagine visualiserer frigivelse af lægemiddelstoffer

Udvikling af avancerede lægemidler kræver et detaljeret kendskab til lægemiddelstoffets transport både i formuleringen – fx tabletter, plastre eller salver – og i kroppen umiddelbart efter administrationen. UV-imaging er en ny teknik, som kan visualisere lægemiddelstoffers diffusion i opløsninger og geler og bestemme de lokale koncentrationer over tid.

Af Fengbin Ye, Emil Meng-Lund, Anan Yaghmur, Susan Weng Larsen, Claus Larsen, Henrik Jensen og Jesper Østergaard
Fra Lægemiddelforskning 2010

Et lægemiddelstofs virkning afhænger ikke kun af effekten på virkningssted. Først skal stoffet transporteres hen til virkningsstedet i kroppen, og her skal det frigives med den rette hastighed. Det aktive stof i et avanceret lægemiddel får derfor ofte hjælp af et transportsystem, som beskytter stoffet mod nedbrydning på vejen gennem organismen, og et afgiftssystem, som regulerer frigivelsen af stoffet, når lægemidlet når frem til målet. At udstyre lægemiddelstoffet med de nødvendige hjælpesystemer kaldes at formulere et lægemiddel, og formuleringen er afgørende for lægemidlets effekt, uanset om det indgives i tabletter, injektionsvæsker, plastre, tyggegummi, salver eller præparater, som indsprøjtes under huden.

Detaljeret viden om et lægemiddelstofs transport inde i formuleringen vil være til stor hjælp, når man ønsker at modificere den hastighed, hvormed stoffet frigives i kroppen på eller i nærheden af virkningsstedet. En sådan indsigt kan nu opnås ved hjælp af UV-imaging. Det er en ny teknologi til karakterisering af lægemiddelstoffers transport i opløsninger og geler, som er transparente for ultraviolet stråling. Metoden er baseret på, at lægemiddelstoffet absorberer UV-lys, og i modsætning til traditionel UV-spektrofotometri måles absorptionen både som funktion af tid og position. Man kan med andre ord følge det aktive stofs bevægelser inde i formuleringen under afgiften.

Vi har for nylig sat fokus på piroxicam, et antiinflammatorisk middel, som anvendes ved behandling af gigt og andre inflammatoriske lidelser. Stoffet indgives normalt i tabletter, men formuleres også som en gel til påsmøring på huden med henblik på lokal behandling af gigtsmerter. Vi målte diffusionen af piroxicam gennem en gel fra et område med høj koncentration af lægemiddelstoffet til en del af gelen, som oprindeligt ikke indeholdt piroxicam. Man kan sammenligne med bevægelsen af lægemiddelstoffet fra en creme og ind i huden. Diffusionen af piroxicam blev visualiseret direkte ved en bølgelængde på 355 nm i form af en film. Ud fra de enkelte billeder i filmen kan koncentrationsgradienterne bestemmes, og vi opnår på den måde kvantitativ information om piroxicams diffusion i gelen. Forsøget viste, at diffusionen af piroxicam foregår ca 5 gange langsommere i 20 procents poloxamergel end opløst i en fosfatbuffer ved pH 7,4. Det skyldes, at polymeren i vand danner et komplekst netværk, en gel-lignende struktur, som kan sammenlignes med en svamp, hvorigennem piroxicam skal diffundere. Hvis man øger koncentrationen af polymeren, reduceres diffusionshastigheden yderligere.

Forsøgene illustrerer et hyppigt anvendt formuleringsprincip til at forsinke og kontrollere frigivelse af et lægemiddelstof ved brug af en diffusionsmatrix. Sådanne polymerbaserede gel-lignende afgiftssystemer forventes anvendt i nye præparater, som skal indsprøjtes under huden. Dette vil især være realistisk, når lægemiddelstofferne er store molekyler som terapeutiske peptider og proteiner, fordi de vil blive kraftigere tilbageholdt af polymernetværket end små molekyler som piroxicam.

I modsætning til andre metoder muliggør UV-imaging kvantitative studier af lægemiddelstoftransport direkte i gelen, hvilket eksperimentelt er langt mindre krævende end eksisterende teknikker og måske også mere interessant, fordi metoden forventes at give os ny mekanistisk indsigt i lægemiddelstoffrigivelsen fra denne type formuleringer.

Vores første eksperimenter med UV-imaging blev udført på små udsnit af Nicorette^®-nikotinplastre med en diameter på 2 mm. Undersøgelsen viste nikotins frigivelse fra en plasterprøve og efterfølgende diffusion ud i vandig buffer, hvor man kunne se, at absorptionen af UV-lyset og dermed nikotinkoncentrationen steg over tid.

Ved summering af UV-absorbansen over billedområdet kunne vi bestemme mængden af nikotin frigivet fra plastret som funktion af tiden, hvilket tillod bedømmelse af plastrets effektivitet som afgiftssystem. For et nikotinplaster kræves det, at nikotinen frigives langsomt i små mængder over en periode på op til 16 timer.

UV-imageren giver mulighed for at måle mængden af frigivet lægemiddelstof helt tæt på formuleringen, fordi man kan måle på små prøver som med nikotinplastret. De traditionelle laboratoriemetoder til afprøvning af lægemiddelformuleringer kræver ofte omfattende prøveforberedelse. Til sammenligning ventes UV-imaging at medføre mindre prøvestørrelser, mindre tidskrævende eksperimenter og færre arbejdstrin.

UV-spektrofotometri er en velkendt og robust analytisk målemetode. UV-imaging tilfører muligheden for at lave målinger af lysabsorption opløst med hensyn til position. Herved kan der optages serier af billeder, som gør det lettere at følge lægemiddelstoffers transport over tid, fx via diffusion.

UV-imaging kræver, at den matrix, som undersøges, er transparent for lys i UV-området, hvorfor teknikken er begrænset til undersøgelser i laboratoriet. Vores indledende forsøg viser, at UV-imaging kan blive et vigtigt værktøj i udviklingen af nye lægemiddelformuleringer.