1

PK-ADME

PharmacocinétiqueAbsorption, DistributionMétabolisme ExcrétionMétabolisme, Excrétion

Eric MarsaultLaboratoire de chimie médicinale

Institut de Pharmacologie de SherbrookeInstitut de Pharmacologie de SherbrookeZ5-2025

Eric.marsault@usherbrooke.caExt 12433

2

Plan

PK ADME défi iti• PK-ADME: définitions

• Voies d’administration

• Paramètres pharmacocinétiques

• Absorption

• Distribution

• Excrétion

• Métabolisme

3

Deux aspects réciproques

Molécule Système biologique

Pharmacodynamie

• Pharmacodynamie

Molécule Système biologique

PK-ADME

y– Effet de la molécule sur un système biologique (récepteur

isolé, cellule, tissu, organisme vivant)

• PK-ADME (Pharmacocinétique, Absorption, Distribution, Métabolisme, Excrétion)– Effet de l’organisme sur la molécule

4

métabolisme

PK-ADME

distribution

Quantité totale(libre + liée)

excrétion

5

Les équilibres en jeu

Liaison aux protéines plasmatiques influence- Métabolisme- Distribution- Excrétion- Pharmacodynamie

6

Pharmacocinétique: définitions• PK: résultante des propriétés physicochimiques et biochimiques

• t1/2 et t1/2

• Cl: volume de sang duquel disparaît la drogue par unité de temps• Cl: volume de sang duquel disparaît la drogue par unité de temps (mL/min/kg)

• %F: biodisponibilité orale F = AUC(p.o.)/AUC(i.v.) x (doseiv/dosepo)

• Vd: volume de distribution

• AUC: aire sous la courbe (exposition)

6

7

Relation entre les paramètres PK

• t1/2 = ln2/k

• t1/2 = ln2 Vd/Cl

• Vd = dose / C0

• Clairance dans un organe donné– Cl = Q x E (Q: flot sanguin ; E: coefficient d’extraction de cet

organe)

– Cl = dose / AUCiCl dose / AUCiv

– Cltot = ClH + ClR

k = slope

8

Voies d’administration

9

Voies d’administration

asthmeasthme

angine de poitrineangine de poitrine

9Si voies alternatives impossibles alors prodroguesSi voies alternatives impossibles alors prodrogues

migrainemigraine

10

Absorption Orale• Étapes

• Désintégration (pilules)• Dissolution (solubilité, taille des particules, forme cristalline, pH, activité mécanique - péristaltisme)• Absorption (passive, active, ionisation, présence de nutriments & autres espèces, motilité gastro-intestinale)

• Facteurs moléculaires influençant l’absorption• pKa (site d’absorption)• pKa (site d absorption)• lipophilicité• polarité (surface polaire)• Mw• solubilité• forme cristalline

• Tests prédictifs de l’absorption• caco-2• PAMPA• MDCK

11

Différents modes d’absorption

_______________Chan et al Eur. J. Pharm. Sci. 2004, 21, 25-51

12

Exemple: l’essai Caco-2

• Prédiction in vitro de l’absorptionintestinale (essai standard)

• Vitesse A - B (10-6 cm/sec)

• Vitesse B - A (10-6 cm/sec)

• Rapport A-B / B-A• Passage passif• Transport actif• Efflux

LC/MS

LC/MS

• Papp 2.10-6 cm/s perméabilité basse• 2.10-6 Papp 20.10-6

• Papp 20.10-6 perméabilité élevée

13

Exemples de résultats caco-2

Transport actif

14

L’essai PAMPA

P ll l A tifi i l M b P bilit A• Parallel Artificial Membrane Permeability Assay

• Format plaques à 96– Plaque filtre (2% phosphatidylcholine / dodecane)

Comparaison PAMPA Caco-2

Barrière Phospholipîde/solvant Couche cellulaire

pH 4-8 5.5-7.4

Mécanismes Passif Passif, actif, efflux, métabolisme

Débit 500/semaine 30/semaine

Coût $1/échantillon $30/échantillon

Manpower 0.35 FTE 2 FTE

15

Absorption orale & métabolisme de premier passage

Métabolisme de premier passage:tout ce qui est absorbé au niveau GIse retrouve dans la veine porte quirencontre le foie en premier lieurencontre le foie en premier lieu.``Mécanisme de détoxication de toutce qui est absorbé au niveau du tractusGI``

16

Recyclage entéro-hépatique: exemple

17

Excrétion biliaire & recyclage entéro-hépatique

• Chez l’humain, les composés de Mw 400-500 Da t êt été d l bil ( t d ét b lit )peuvent être excrétés dans la bile (souvent des métabolites)

• Dans le foie, le métabolisme des médicaments se passe au niveau des hépatocytes

18

Distribution• Facteurs influençant

– Physicochimie du composé

– Flot sanguin dans les différents tissus & organes

– Liaison aux protéines plasmatiques et composantes du tissu (affinité, équilibre). Certaines sont saturables

• Albumine

• Glycoprotéines

• Lipoprotéines

é é– Perméabilité des membranes

de chaque tissu

• Vd (volume de distribution): – volume théorique dans lequel la drogue se distribue avecvolume théorique dans lequel la drogue se distribue avec

une concentration égale à sa concentration plasmatique initiale (varie de 2.8 à 1400 L pour une personne de 70 kg)

19

Volume de distribution• Pas un volume réel

• Vd dose administrée / C0 (C0: concentration initiale, iv)

• Vd très bas– Forte association aux protéines plasmatiques (V sanguin 0.07 L/kg)

– Composés hydrophiles

• Vd moyenComposés modérément lipophiles et modérément liés aux protéines– Composés modérément lipophiles et modérément liés aux protéines plasmatiques et aux tissus

– Volume d’eau dans le corps: 0.7 L/kg

• Vd élevé– Composés très lipophiles, liés aux constituants des tissus (gras,

téi )20

protéines)

– Concentration plasmatique basse

20

Variations du Vd

OH

O

OH

OH

N

O O

warfarin(anticoagulant)Vd 0.11 L/kg

O

acide salicylique(antiinflammatoir)

Vd 0.17 L/kg

N

imipramine(antidépresseur)

Vd 30 L/kg

O

OO

OO

OO

HO

OH OH

OH

O

N

HN

Cl

N

OH

digitoxine(fibrillation cardiaque)

Vd 0.51 L/kg

chloroquine(malaria)

Vd 235 L/kg

21

Liaison aux protéines et PK

22

L’excrétion

Excrétion urinaire & biliaire principalement

23

Excrétion urinaire - le néphron

Downloaded from: StudentConsult (on 18 March 2010 12:24 PM)

© 2005 Elsevier

24

L’excrétion urinaire

1.2-1.5 L/min

10% du flot filtré (180L/jour)

99% réabsorbé

1.5L/jour

25

Excrétion urinaire• Réabsorption: processus passif pour la plupart des

molécules (physicochimie!)Gradient de concentration ionisation Mw– Gradient de concentration, ionisation, Mw

• Clairance rénale

• Importance de la liaison aux protéines– Les molécules avec Mw 60 kDa ne sont pas excrétées

=> Une forte liaison aux protéines plasmatiques diminuera p p ql’excrétion urinaire

• pH urine: 4.5-7.0– Variations du pH - variations de l’absorption

– Phenobarbital: pour traiter l’overdose, on administre du bicarbonate de sodiumbicarbonate de sodium

• Augmentation de la diurèse augmente l’excrétion

26

Excrétion biliaire

• Chez l’humain, les composés de Mw 400-500 Da t êt été d l bil ( t d ét b lit )peuvent être excrétés dans la bile (souvent des métabolites)

• Dans le foie, le métabolisme des médicaments se passe au niveau des hépatocytes

27

La clairance (clearance)

Cl Cl Cl• Cl = ClH + ClR• Cl = Q x E

– Q: flot sanguin dans l’organe en question

– E: coefficient d’extraction de l’organe

Flot sanguin (mL/min/kg)

Espèce Hépatique Rénal Total

Souris 90 15 400

Rat 55 5 300

Singe 30 2 220

Chien 30 5 120

Humain 20 2 80

28

Propriétés médicamenteuses (druglike properties)

• Règles de Lipinski (rule of 5)g p ( )

Poor absorption or permeation is more likely when:

____________________Lipinski et al. Adv. Drug Deliv. Rev. 1997, 23, 3-25

Analyse rétrospective des médicaments existants

29

Règles de Veber

Règles de Veber: une bonne biodisponibilité est favorisée quand:- PSA (Polar Surface Area) ≤ 140 Å2 (mesure de polarité absolue)

_______________Palm et al Pharm. Res. 1997, 568Veber et al J Med Chem 2002, 2615

( ) ( p )- rotatable bonds ≤ 10 (mesure de flexibilité)

30

Rôle du métabolisme

Le système immunitaire médicamentsmédicaments

n’intervient pas lorsque des petites molécules pénètrent dans l’organisme.

spécifiques ou non

L’intervention du métabolisme est

) h it bl d é t i

31

a) souhaitable pour des composés toxiques

b) cause de problèmes pour des médicaments qui doivent effectuer leur action avant d’être détruits.

Le profil métabolique d’un médicament doit être parfaitement connu avant qu’il soit approuvé.

31

Le métabolisme

32

Sites du métabolisme

métabolisme hépatiquemétabolisme présystémique. (First pass effect)

peut totalement désactiver un médicament(First pass effect)

à éviter si possibleà éviter si possible

L i i t i

34

- La voie intraveineuse- La voie sublinguale- La voie rectale- La voie pulmonaire- La voie transcutanée par application topique- La voie intramusculaire qui produit une absorption plus lente

33

Absorption orale & métabolisme de premier passage

Métabolisme de premier passage:tout ce qui est absorbé au niveau GIse retrouve dans la veine porte quirencontre le foie en premier lieurencontre le foie en premier lieu.``Mécanisme de détoxication de toutce qui est absorbé au niveau du tractus GI``

34

Excrétion biliaire – le foie

35

36

Le métabolisme des médicamentsObjectif: modifier la nature chimique de la molécule pour faciliter son élimination (métabolisme --- excrétion)

– Transformations de phase II• génèrent des dérivés polaires ou

bloquent des groupes fonctionnels par couplage (conjugaison).

– Transformations de phase I • introduisent ou démasquent des

groupes fonctionnels.

III

38

• Le chemin et l’efficacité du métabolisme d’un médicament dépend de • l’espèce• la race • le sexe • l’âge • l’état du foie (pathologie)...• variations de l’expression ou de l’efficacité des enzymes responsables du métabolisme

• Élimination

– reins

– vésicule biliaire

37

Les transformations de phase I

Les réactions d’oxydation

39

38

L’hydroxylation aromatique

40

39

Le CYP 3A4 (50% des médicaments)

40

L’hydroxylation aromatique (suite)

42

Réarrangement NIH d’ion chlorure

41

Blocage de l’hydroxylation aromatique

__________________Böhm et al Fluorine in Medicinal Chemistry ChemBioChem 2004, 5, 637

42

L’hydroxylation aromatique (fin)

44

43

§ L’oxydation des alcènes

§ L’oxydation allylique et benzylique

45

44

§ L’oxydation aliphatique

oxydation défavorisée par rapport à oxydation –1

antiépileptique

46vasodilatateur coronaire

45

avec ou sans coupure du lien C-N

§ L’oxydation des systèmes C-N

avec ou sa s coupu e du e C N

47

46

§ L’oxydation des systèmes C-N (suite)

N-désalkylation oxydative si gros fragment

désamination oxydative si gros fragment

48

47

avec coupure du lien C-O

§ L’oxydation des systèmes C-O

avec coupu e du e C O

49

48

avec ou sans coupure du lien C-S

§ L’oxydation des systèmes C-S

avec ou sa s coupu e du e C Sdétails

50

49

Les réactions de réduction

Moins fréquentes que les oxydations.P d it é lt t l h d hil t êt l t f ti d h IIProduits résultants plus hydrophiles et prêts pour les transformations de phase II.

51

50

Les réactions de réduction (suite)

5.2.1.3 Les réactions d’hydrolyse

52

Les principales cibles sont les esters (estérases) et les amides (protéases).

Les produits résultants sont polaires et prêts pour les transformations de phase II.

51

Les transformations de phase II

Ces réactions nécessitent la présence de groupes polaires [souvent créés en phase I]. Les groupes transférés sont activés par des coenzymes dont les enzymes correspondantes s’appellent des transférases.

L’acétylation et la méthylation ne conduisent pas à des composés polaires mais servent à diminuer

§ Conjugaison avec des groupes non polaires

L acétylation et la méthylation ne conduisent pas à des composés polaires mais servent à diminuer ou éliminer l’activité biologique.

53

52

La glucoronidation, la sulfatation et la conjugaison avec des aminoacides donne des produits très hydrophiles excrétés par l’urine ou la bile.Le nucléophile glutathione piége les métabolites électrophiles avant qu’ils n’endommagent les protéines l’ADN et l’ARN

§ Conjugaison avec des groupes polaires

protéines, l ADN et l ARN.

54

53

la conjugaison la plus commune

chez les mammifères (sauf le chat)

§ La glucuronidation

55

54

phénols > alcools > arylamines > hydroxylamines

§ La sulfatation

L’aminoacide le plus souvent conjugué est la glycine

§ La conjugaison avec des acides aminés

§ L’acétylation

Amine primaires

§ La méthylation

§ L acétylation

56

Catabolisme des amines biogéniques : noradrénaline, dopamine, sérotonine et histamine

55

§ Le tripeptide glutathione

57

56

Métabolites de l’irinotecan

57

Les essais: cytochromes• Essais

• Inhibition des cytochromes P450

Essais de liaison aux CYP450• Essais de liaison aux CYP450

• Induction des CYPs: • plusieurs CYPs sont inductibles (leur expression change en fonction de facteurs environnementaux)• leur niveau varient en fonction de facteurs environnementaux (diète, polluants, fumée) et d’un individu à l’autre

58

Les essais: stabilité métabolique

• Essais in silico• Essais in silico• Plusieurs packages disponibles commercialement• Prédiction de la stabilité métabolique et de la structure de métabolites

• Essais in vitro• Stabilité microsomale (microsomes ou fraction S9)( )• Hépatocytes en culture• phases I et II (ajout de cofacteurs pour microsomes ou S9)• Inhibition de CYPs (différents isozymes)

59

Interactions médicamenteuses

• Exemple: la carbamazepine (anticonvulsant)

– Induit l’expression

de CYP 3A4

– 2-3 semaines de

stabilisation (t1/2 30h à 15h)

– Jus de pamplemousse

déconseillé (contient des Carbamazepine(

inhibiteurs de CYP3A4)

______________Garg et al Clin Pharmacol Ther 1998, 64, 286

60

Interactions médicamenteuses

• Influence d’un médicament sur les propriétés PK-p pADME d’un autre– Interactions avec les cytochromes P450 (métabolisme)

– Interactions avec les protéines plasmatiques

– Interactions au niveau d’un transporteur

Métabolites– Métabolites

– …

61

Interactions protéines plasmatiques

______________________

Fuse et al J. Clin. Pharmacol. 2005, 45, 394

62

TZP-101 (ulimorelin)

N

O

HNO F

Rat PK (2 mg/kg)

Cmax = 1509 ng/mL

Dog PK (3 mg/kg)

Cmax = 3952 ng/mLN HN

HNO

O

NH

MW = 538.7 g/mole GH-release: no effect at 1 mg/kg

a

t1/2 = 43-70 minCLt = 17-24 min/mL/kg

Vdss = 1501 mL/kg

%F = 16%

a

T1/2 = 41 minCLt = 13 min/mL/kg

Vdss = 753 mL/kg

g

clogP = 5.29

Ki = 22 nM (hGHRN)EC50 = 27 nM (hGHRN)

EDGE = 0.1 mg/kg (rat; iv bolus)

EDGE ≥ 3 mg/kg (rat; oral)

hERG: no effect at 10 uM

Na+, K+ channel: no effect at 10 uMGuinea pig atrium test: no effect at 10 uM

AMES: no mutagenicity

Solubility: 8 mg/mL (pH 4.5); 0.2 mg/mL (pH 7)

cypP450s: IC50 (uM)3A4 2D6 2C9 2C8 2C19 2B6 2A6 1A20.62 (BFC) 84 66 >100 >100 >100 >100 >1002.38 (BQ)

__________________

Dig. Dis. Sci. 2007, 52, 2241; Endocrinology 2008, 149, 6280; Eur. J. Pharmacol. 2009, 604, 132-137.

63

• Un médicament dur est non métabolisable. Ses parties potentiellement métabolisables sonthé é i él i

Médicaments durs et mous

cachées stériquement ou électroniquement.• Problèmes :

• Accumulation dans les tissus adipeux.

• Un médicament mou s’élimine de façon prévisible après son action thérapeutique. Il présente unsite mou à la place d’un site dur à un endroit non critique du médicament.

• Avantages :• Élimination des métabolites toxiques ou produisant d’autres effets.

Éli i i d l’i hibi i i dé i bl d’• Élimination de l’inhibition indésirable d’enzyme.• Simplification des problèmes pharmacocinétiques.

67

fongicide

64