Medžiagų skvarbos į/pro odą keliai...14 1.3

LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS MEDICINOS AKADEMIJA

Toma Kežutytė

RIEBALŲ RŪGŠČIŲ IR TERPENŲ POVEIKIO TOLNAFTATO SKVARBAI Į ŽMOGAUS ODĄ IŠ DERMATOLOGINIŲ

SISTEMŲ TYRIMAS IN VITRO

Daktaro disertacija Biomedicinos mokslai,

farmacija (08 B)

Kaunas, 2011

Disertacija rengta 2007–2011 metais Lietuvos sveikatos mokslų universitete, Medicinos akademijoje.

Mokslinis vadovas

 Prof., dr. Vitalis Briedis (Lietuvos sveikatos mokslų universitetas, Medicinos akademija, biomedicinos mokslai, farmacija – 08 B)

TURINYS

ĮVADAS ...7

1. LITERATŪROS APŽVALGA...11

1.1. Žmogaus odos struktūra...11

1.1.1. Raginio odos sluoksnio lipidinė matrica...12

1.2. Medžiagų skvarbos į/pro odą keliai...14

1.3. Medžiagų difuzijos į/pro odą matematinis modeliavimas...15

1.4. Molekulių skverbimąsi į/pro odą veikiantys faktoriai...18

1.4.1. Fizikocheminės molekulių savybės ...18

1.4.2. Fiziologinės odos savybės...20

1.5. Medžiagų skvarbos į/pro odą cheminiai skatintojai...21

1.5.1. Riebalų rūgštys ...24

1.5.2. Terpenai ir terpenoidai...27

1.6. Vietiškai ant odos vartojamų vaistų veikimo būdai ...28

1.7. Vaistinių medžiagų atpalaidavimo iš pusiau kietų vaistų formų tyrimai in vitro ...29

1.8. Medžiagų skvarbos į/pro odą tyrimai in vitro...31

1.9. Tolnaftatas – modelinė vaistinė medžiaga...34

2. TYRIMŲ OBJEKTAS IR METODAI...36

2.1. Tyrimų objektas ...36

2.2. Reagentai ir medžiagos...36

2.3. Žmogaus odos paruošimas in vitro eksperimentams...37

2.4. Laboratorinė įranga ...37

2.5. Tyrimų metodai ir metodika ...38

2.5.1. Tolnaftato kiekybinė analizė efektyviąja skysčių chromatografija ...38

2.5.1.1. Etaloninių mėginių ruošimas ESC analizei ...39

2.5.1.2. ESC metodikos validacija ...39

2.5.2. Tolnaftato kiekybinė analizė UV spektrofotometrija ...40

2.5.3. PEG 400 tirpalų su riebalų rūgštimis ir terpenais gamyba...41

2.5.4. Eksperimentinių tepalų gamyba ...41

2.5.5. Eksperimentinių a/v kremų gamyba ...42

2.5.6. Tolnaftato tirpumo nustatymas...42

2.5.7. Tepalų ir kremų fizikinių savybių nustatymas ...42

2.5.8. Tolnaftato atpalaidavimo iš tepalų ir kremų tyrimai in vitro ...43

2.5.9. Skvarbos į odą tyrimai in vitro ...43

2.5.9.1. Žmogaus odos sluoksnių atskyrimas ir jų ekstrakcija...44

2.5.9.2. Skvarbos skatinimo santykio ir masės balanso skaičiavimai ...44

2.5.10. Žmogaus odos pjūvių vertinimas fluorescencine mikroskopija

...45

2.5.11. Žmogaus odos analizė skrydžio trukmės–antrinių jonų masių spektrometrija ...46

2.5.12. Statistinis duomenų vertinimas...47

3. TYRIMŲ REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS ...48

3.1. ESC metodo optimizavimas ir validavimas...48

3.1.1. ESC metodo sąlygų optimizavimas ...48

3.1.2. Chromatografinio proceso charakteristikos ...48

3.1.3. ESC metodo validacijos parametrų įvertinimas ...49

3.2. Tolnaftato skvarba į žmogaus odą iš tirpalo in vitro ...52

3.2.1. Tirpiklio-nešiklio parinkimas ...52

3.2.2. Tolnaftato skvarba į odą iš kontrolinio PEG 400 tirpalo in vitro ...53

3.2.3. Riebalų rūgščių poveikis tolnaftato skvarbai į odą iš PEG 400 tirpalo in vitro ...54

3.2.4. Terpenų poveikis tolnaftato skvarbai į odą iš PEG 400 tirpalo in vitro ...57

3.2.5. Masės balanso skaičiavimas po in vitro tyrimų...59

3.2.6. Riebalų rūgščių ir terpenų poveikio tolnaftato skvarbai palyginimas ...60

3.3. Eksperimentinių tepalų biofarmacinis vertinimas...60

3.3.1. Tepalo–nešiklio pagrindo sudėties parinkimas ...60

3.3.2. Tepalų fizikinių charakteristikų vertinimas ...61

3.3.3. Tolnaftato atpalaidavimo iš tepalų tyrimas in vitro...64

3.3.3.1 Akceptorinės terpės sudėties parinkimas ...64

3.3.3.2 Tolnaftato atpalaidavimo iš tepalų kinetikos parametrų įvertinimas...66

3.3.4. Riebalų rūgščių poveikis tolnaftato skvarbai į odą iš tepalo in vitro ...68

3.4. Eksperimentinių a/v kremų biofarmacinis vertinimas...71

3.4.1. Polisorbato 60 įterpimo į a/v kremus technologijos parinkimas 71 3.4.2. A/v kremų fizikinių charakteristikų vertinimas...72

3.4.3. Tolnaftato atpalaidavimo iš a/v kremų tyrimas in vitro...74

3.4.4. Riebalų rūgščių poveikis tolnaftato skvarbai į odą iš kremo in vitro ...77

3.5. Komercinių ir eksperimentinio kremų biofarmacinių savybių palyginimas...78

3.5.1. Komercinių kremų ir eksperimentinio a/v kremo mikrostruktūros palyginimas ...78

3.5.2. Tolnaftato atpalaidavimo iš komercinių kremų ir eksperimentinio

kremo in vitro palyginimas ...79

3.5.3. Tolnaftato skvarbos į odą iš komercinių kremų ir eksperimentinio kremo in vitro palyginimas ...82

3.6. Morfologinių pokyčių odoje po in vitro skvarbos tyrimų vertinimas83 3.7. Riebalų rūgščių molekulių skvarbos į žmogaus odą tyrimas...85

IŠVADOS...91

BIBLIOGRAFIJOS SĄRAŠAS ...93

DISERTACIJOS TEMA PASKELBTŲ PUBLIKACIJŲ SĄRAŠAS... 109

SANTRUMPOS ANOVA Vienfaktorinė dispersinė analizė Aps/min Apsisukimų skaičius per minutę

D Derma

Da Daltonai

E Epidermis

EI Ekstrakcijos išgava

ESC Efektyvioji skysčių chromatografija

logK_o/v Pasiskirstymo sistemoje oktanolis/vanduo koeficiento logaritmas m/z Masės/krūvio santykis

Mr Molekulinė masė

PAM Paviršiui aktyvi medžiaga PEG Polietilenglikolis

PG Propilenglikolis

R² Determinacijos koeficientas RR Riebalų rūgštis

SSN Santykinis standartinis nuokrypis SN Standartinis nuokrypis

SS Skatinimo santykis T Tolnaftatas

Tlyd Lydymosi temperatūra t_R Sulaikymo laikas TS Tirpumo santykis δ Santykinė paklaida

η Dinaminė klampa

ĮVADAS

Šiuolaikinės farmacijos požiūriu žmogaus oda yra laikoma viena labiausiai priimtinų vietų vaistinių medžiagų tiekimui į organizmą dėl (i) galimo tiesioginio jų patekimo į sisteminę kraujotaką, aplenkiant virškinamąjį traktą ir išvengiant pirminio metabolizmo kepenyse, (ii) ilgai trunkančio kontroliuojamo vaistinių medžiagų tiekimo, (iii) patogaus, neskausmingo, neinvazyvaus vartojimo, (iv) galimo greito naudojamos sistemos pašalinimo nuo odos paviršiaus, nutraukiant vaistinių medžiagų tiekimą ir sumažinant nepageidaujamų reakcijų tikimybę [80, 95]. Tačiau veiksmingą ir atkartojamą vaistinių medžiagų prasiskverbimą į/pro odą riboja natūralios barjerinės odos savybės, kurias lemia plonas išorinis raginis odos sluoksnis (lot. stratum corneum) [12].

Tik labai nedidelė dalis vaistinių medžiagų pasižymi optimaliomis fizikinėmis savybėmis: molekuline mase iki 500 Da [19], pasiskirstymo sistemoje oktanolis/vanduo koeficiento logaritmo reikšmėmis nuo 1 iki 3, mažesne nei 200 °C lydymosi temperatūra [33], kurios užtikrina pakankamą tokių medžiagų skverbimosi į/pro odą greitį ir kiekį (pvz., fentanilis, nikotinas, estradiolis) [190]. Kitų vaistinių medžiagų vietiniam veikimui ar skvarbai į sisteminę kraujotaką užtikrinti būtina optimizuoti vaisto/nešiklio sistemą ir/arba modifikuoti raginio odos sluoksnio barjerines savybes. Odos barjerinės savybės saugiai, efektyviai ir grįžtamai gali būti modifikuojamos cheminiu būdu, įvedant į dermatologines ar transdermines sistemas tam tikras pagalbines medžiagas – cheminius skvarbos skatintojus. Šios medžiagos, įsiskverbusios į odą ir sukėlusios struktūrinius odos pakitimus, lengvina vaistinių medžiagų difuzijos į/pro odą procesą.

Daugumos vaistinių medžiagų bioprieinamumas į/pro odą iš dermatologinių produktų siekia tik 1–5 proc. nuo užneštos ant odos vaisto dozės [141]. Taip yra todėl, kad dermatologinių vaistų kūrėjai buvo orientuoti į vaisto formas, pasižyminčias idealiomis technologinėmis ir organoleptinėmis, bet ne biofarmacinėmis savybėmis [10]. Siekiant padidinti vaistinių medžiagų bioprieinamumą į/pro odą, būtina įvertinti vaistinės medžiagos–odos, medžiagos–nešiklio bei odos–nešiklio sąveikas, įtakojančias medžiagų srautą pro odą. Vienu iš pagrindinių dermatologinių vaistų kūrimo tikslų tampa tokių produktų sudėties optimizavimas ir/ar odos raginio sluoksnio barjerinių savybių modifikavimas, užtikrinantis didesnį nei 50 proc. vaistinių medžiagų bioprieinamumą iš dermatologinių sistemų.

Vienu iš racionalių, ekonomiškų ir praktiškų būdų siekiant didesnio bioprieinamumo laikytinas cheminių skvarbos skatintojų panaudojimas kuriamose dermatologinėse sistemose.

Disertaciniame darbe tyrinėjami cheminiai skvarbos skatintojai – riebalų rūgštys ir terpenai, kurie kartu su modeline vaistine medžiaga įterpti į polietilenglikolio 400 tirpalą, tepalą, a/v tipo kremą. Pagal modelinės vaistinės medžiagos skvarbą į odą vertintas cheminių skvarbos skatintojų veikimas žmogaus odoje in vitro. Kadangi pagrindinė cheminių skvarbos skatintojų veikimo vieta odoje yra hidrofobiškas raginis odos sluoksnis, tai modeline vaistine medžiaga pasirinktas lipofilinis, viršutiniuose odos sluoksniuose veikiantis, priešgrybeliniu poveikiu pasižymintis tolnaftatas.

Tolnaftato fizikinės savybės užtikrina jo skvarbą į stratum corneum lipidiniu ekstraląsteliniu keliu ir kaupimąsi viršutiniuose odos sluoksniuose.

Hidrofilinė derma veikia kaip natūralus barjeras tolnaftato difuzijai į gilesnius odos sluoksnius. Tolnaftato skvarbos į odą skatinimui tyrinėti pasirinktos dvi cheminių skatintojų grupės – riebalų rūgštys (alifatinės karboksilinės, sočiosios ir nesočiosios riebalų rūgštys) ir terpenai (monocikliniai ir bicikliniai monoterpenai, monoterpenų alkoholiai, ketonai bei oksidai), pasižyminčios skirtingu veikimo mechanizmu odoje. Be to, šių dviejų grupių cheminiai skatintojai yra natūraliai augaliniuose aliejuose (riebalų rūgštys) bei eteriniuose aliejuose (terpenai) randamos medžiagos, kurių toksiškumas yra ištyrinėtas, taigi tinkamos šių medžiagų koncentracijos nesukelia dirginančio, jautrinančio ar farmakologinio atsako odoje.

Darbo tikslas: Ištirti riebalų rūgščių ir terpenų poveikį tirpalo, tepalo ir kremo biofarmacinėms charakteristikoms – tolnaftato atpalaidavimui ir jo skvarbai į žmogaus odą in vitro; įvertinti oleino, linolo, lauro ir kapro rūgščių skvarbą į žmogaus odą ir jos sluoksniuose sukeliamus pokyčius.

Uždaviniai:

1. Optimizuoti ir validuoti efektyviosios skysčių chromatografijos metodiką, užtikrinančią patikimą ir tikslų tolnaftato nustatymą biologinėje matricoje;

2. Ištirti fizikochemines tolnaftato savybes, parinkti tinkamas dermatologinių sistemų sudėtis bei technologijas, pagaminti eksperimentines vaisto formas ir įvertinti jų kokybės parametrus;

3. Ištirti tolnaftato atpalaidavimo iš pusiau kietų vaisto formų kinetiką in vitro ir įvertinti riebalų rūgščių poveikį tolnaftato atpalaidavimo procesui;

4. Įvertinti riebalų rūgščių ir terpenų poveikį modelinės vaistinės medžiagos skvarbai į žmogaus odą in vitro, užnešant ant odos tirpalą, tepalą ir kremą;

palyginti cheminių skvarbos skatintojų įtaką tolnaftato skvarbai į odą priklausomai nuo skatintojų molekulių fizikocheminių charakteristikų;

5. Įvertinti cheminių skvarbos skatintojų galimai sukeliamus pokyčius žmogaus odos audinio korneocituose ir tarpląstelinėje lipidinėje raginio sluoksnio matricoje in vitro;

6. Ištirti riebalų rūgščių skvarbą į žmogaus odos sluoksnius, įvertinti ryšį tarp riebalų rūgšties įsiskverbimo į odą ir modelinio tolnaftato skvarbos paskatinimo.

Mokslinio darbo naujumas. Mokslinio darbo naujumas grindžiamas tolnaftato skvarbos į odą in vitro sistemose tyrimais, nustatant modelinės vaistinės medžiagos pasiskirstymą odos sluoksniuose, įvertinant nešiklių, cheminių skvarbos skatintojų, technologijų svarbą šiems procesams.

Mokslinių tyrimų rezultatų apie odos paviršiniuose sluoksniuose veikiančios tolnaftato vaistinės medžiagos skvarbą į odą iki šiol nebuvo skelbta. Taip pat nėra žinoma apie cheminių skvarbos skatintojų panaudojimo tyrimus, kuriant tolnaftato dermatologinius vaistus.

Pirmą kartą buvo palygintos dvi cheminių skatintojų – riebalų rūgščių ir terpenų, veikiančių skirtingais mechanizmais odoje, grupės (tiek grupių viduje, tiek tarp grupių) pagal jų poveikį tolnaftato skvarbai į žmogaus odos sluoksnius in vitro iš eksperimentinių dermatologinių sistemų. Įvertinta riebalų rūgščių poveikio tolnaftato skvarbai priklausomybė nuo pasirinktos dermatologinės sistemos tipo – tirpalo, tepalo, a/v kremo bei nuo tyrinėtų riebalų rūgščių molekulių fizikocheminių charakteristikų.

Bendradarbiaujant su mokslininkais iš Biologinių medžiagų chemijos instituto ICSN–CNRS (Institut de Chimie des Substances Naturelles – Centre National de la Recherche Scientifique), Gif–sur–Yvette (Prancūzija) įvertinta egzogeninių riebalų rūgščių skvarba į žmogaus odos sluoksnius pirmą kartą tam tikslui pritaikant skrydžio trukmės–antrinių jonų masių spektrometrijos metodą. Tai leido molekuliniame lygmenyje nustatyti oleino, linolo, lauro ir kapro rūgščių skvarbą į žmogaus odą ir gautus rezultatus susieti su riebalų rūgščių poveikiu tolnaftato skvarbai į odą in vitro.

Praktinė ir teorinė reikšmė. Gauti tyrimų rezultatai leidžia prognozuoti riebalų rūgščių ir terpenų poveikį tolnaftato ir kitų vaistinių medžiagų, kurių molekulės pasižymi panašiomis kaip tolnaftatas fizikinėmis ir struktūrinėmis savybėmis, skvarbą į žmogaus odą.

Atskleista, jog pagal vaistinės medžiagos atpalaidavimo iš pusiau kietos vaisto formos tyrimų rezultatus nėra tikslinga prognozuoti riebalų rūgščių ar kitų cheminių skvarbos skatintojų poveikį vaistinės medžiagos skvarbai į odą. Būtina atlikti in vitro skvarbos į/pro odą tyrimus, nes cheminiai skvarbos skatintojai veikia įsiskverbę į odą.

Pritaikytas skrydžio trukmės–antrinių jonų masių spektrometrijos metodas, leidžiantis be jokio papildomo mėginio paruošimo vaizdinti molekules tiesiogiai biologiniame audinyje – žmogaus odoje. Šis metodas kartu su in vitro skvarbos į/pro žmogaus odą tyrimais gali būti veiksmingai pritaikomas dermatologinių produktų bioekvivalentiškumo tyrimams.

Disertacinio darbo tyrimams naudota žmogaus oda (gavus Kauno regioninio biomedicininių tyrimų etikos komiteto leidimą). Jos molekulinė sudėtis ir struktūra skiriasi nuo itin dažnai medžiagų rezorbcijos pro odą tyrimams in vitro naudojamos gyvūnų (kiaulių, jūros kiaulyčių, žiurkių, pelių, triušių) arba bioinžinerinės odos. Pagal atliktų tyrimų rezultatus galima prognozuoti tolnaftato skvarbos paskatinimą į žmogaus odą in vivo.

Atlikti tyrimai ir gauti rezultatai yra svarbūs sėkmingam farmacinių bei kosmetinių produktų, vartojamų ant odos, kūrimui ir optimizavimui.

Įrodytas tyrinėtų cheminių skvarbos skatintojų poveikis modelinės vaistinės medžiagos skvarbai į odą. Todėl terapinio efektyvumo padidinimui, užtikrinant reikiamą ir veiksmingą vaistinių medžiagų skvarbą į/pro odą, kai naudojami mažesni vaistinių medžiagų kiekiai ir mažinama šalutinių poveikių rizika, tikslinga į dermatologines sistemas įvesti cheminius skvarbos skatintojus.

Darbo rezultatų aprobavimas. Tyrimų rezultatai pristatyti 6 mokslinėse konferencijose: „Dermatologijos ir venerologijos aktualijos“ (Kaunas, Lietuva, spalio 24, 2008); „Young pharmaceutical scientists meet in Nice.

Pre–Satellite Meeting of the PharmSciFair for and by PhD Students and Young PostDocs“ (Nica, Prancūzija, birželio 7–8, 2009); „7^th World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology“ (Valeta, Malta, kovo 8–11, 2010); „The International Conference on Pharmaceutical Sciences and Pharmacy Practice dedicated to 225th Anniversary of Pharmaceutical education in Lithuania in connection with 25th Congress of Lithuanian Pharmaceutical Association“ (Kaunas, Lietuva, spalio 15–17, 2010); Skin Forum 12th Annual Meeting

„Penetrating the Stratum Corneum – Measurement, Modulation and Modelling“ (Frankfurtas, Vokietija, kovo 28–29, 2011); 5^th International Scientific Conference „The Vital Nature Sign“ (Kaunas, Lietuva, gegužės 19–21, 2011). Tyrimų tematika paskelbti du moksliniai straipsniai recenzuojamame leidinyje, įtrauktame į Mokslinės informacijos instituto duomenų bazę.

Darbo apimtis ir struktūra. Daktaro disertaciją sudaro įvadas, literatūros apžvalga, tyrimų objektas ir metodai, tyrimų rezultatai ir jų aptarimas, išvados, bibliografijos sąrašas (213 literatūros šaltinių), disertacijos tema paskelbtų darbų sąrašas. Disertacijoje pateikta 13 lentelių ir 28 paveikslai. Disertacijos apimtis 110 puslapių.

1. LITERATŪROS APŽVALGA

1.1. Žmogaus odos struktūra

Žmogaus oda yra didžiausias organas, skiriantis organizmą nuo aplinkos ir atliekantis barjerinę–apsauginę, jutiminę, imunologinę, termoreguliacinę, sekrecinę ir ekskrecinę, apykaitinę, rezorbcinę funkcijas. Suaugusio žmogaus odos paviršiaus plotas yra apie 1,7–2,0 m², o jos svoris – apie 5–6 kg [12, 33, 203].

Oda yra heterogeninė membrana, kurią sudaro raginis sluoksnis (lot.

stratum corneum, 10–15 µm), gyvasis epidermis (lot. epidermis, ~100 µm), derma arba tikroji oda (lot. dermis, ~1000 µm) ir poodis arba hipoderma [205]. Odoje taip pat randama papildomų darinių – prakaito ir riebalinių liaukų, plaukų maišelių.

Pagal struktūrą ir gemalinę kilmę, odos sluoksniai skirstomi į epidermį, išsivystantį iš ektodermos, ir dermą, išsivystančią iš mezodermos [106].

Epidermis sudarytas iš plokščiojo ragėjančio epitelio ląstelių – keratinocitų, melanocitų, Langerhanso ląstelių. Keratinocitai išsidėstę penkiuose epidermio sluoksniuose – pamatiniame, dygliuotame, grūdėtame, skaidriajame ir raginiame [8].

Pamatiniame sluoksnyje (lot. stratum germinativum) yra metaboliškai ir mitotiškai aktyvios keratinocitų kamieninės ląstelės. Maždaug pusė dukterinių pamatinio sluoksnio ląstelių diferencijuojasi ir keliauja link raginio odos sluoksnio. Kita pusė pasidalijusių ląstelių lieka stratum germinativum ir vėl dalijasi.

Virš pamatinio sluoksnio yra dviejų–šešių ląstelių storio dygliuotasis sluoksnis (lot. stratum spinosum), kuriame diferencijuotos ir desmosominėmis jungtimis sujungtos ląstelės pradeda sintetinti keratinus, intraląstelines organėles ir membrana apgaubtus grūdelius, kurie vėliau susilieja su ląstelių membrana ir atpalaiduoja neutraliuosius lipidus, formuojančius ekstraląstelinę epidermio terpę [205].

Keratinocitai grūdėtame epidermio sluoksnyje (lot. stratum granulosum), sudarytame iš 2–5 ląstelių sluoksnių, sintetina keratohialino granules, poliribosomas, Goldžio kūnelius ir šiurkštųjį endoplazminį tinklą [106].

Skaidrusis epidermio sluoksnis (lot. stratum lucidum) sudarytas tik iš vieno ląstelių sluoksnio ir yra randamas tik delnų ir padų odoje.

Raginis epidermio sluoksnis (lot. stratum corneum) yra galutinis epidermio ląstelių diferenciacijos produktas, sudarytas iš 15–25 negyvų,

keratinizuotų, dehidratuotų, plokščių ir itin glaudžiai išsidėsčiusių (tankis

~1,4 g/cm³) ląstelių sluoksnių [12]. Kiekviena ląstelė (korneocitas) yra maždaug 34–44 μm ilgio, 25–36 μm pločio, 0,5–0,2 μm storio ir 750–1200 μm² paviršiaus ploto [95, 203], o jų viduje gausu keratinų ir kitų skleroproteinų, kurių grandinėlės sujungtos disulfidinėmis ir vandenilinėmis jungtimis. Korneocitai sujungti korneodesmosominėmis jungtimis ir apsupti ekstraląsteline nepolinių lipidų matrica. Kiekvieną korneocitą gaubia baltyminis apvalkalas, sudarytas pagrinde iš involukrino ir lorikrino molekulių [119] ir kovalentiškai besijungiantis su tarpląsteliniais lipidais – keramidais [159]. Stratum corneum yra apie 15–20 proc. vandens [205].

Raginis odos sluoksnis yra pagrindinis medžiagų skvarbos į/pro odą barjeras: jis yra apie 1000 kartų mažiau pralaidus vandens molekulėms negu kitos biologinės membranos [134].

Tikroji oda sudaryta iš spenelinio ir tinklelinio sluoksnių, kuriuose proteoglikanai ir gliukozaminoglikanai formuoja amorfinę medžiagą elastino, kolageno ir retikulino skaiduloms. Dermoje aptinkamos putliosios ląstelės, fibroblastai, makrofagai, riebalinės ląstelės, limfocitai. Dermą išraizgo du arteriniai ir trys veniniai rezginiai bei nervai, joje išsidėstę vidiniai ekrininių liaukų segmentai, pilosebaciniai kompleksai [17].

Odos dariniams priklauso plaukai, apokrininės ir ekrininės prakaito bei riebalų liaukos. Vidutiniškai viename žmogaus odos kvadratiniame centimetre yra apie 40–70 plaukų folikulų ir apie 200–250 prakaito liaukų latakų [106]. Riebalinės liaukos išskiria sebumą, sudarytą iš trigliceridų, laisvųjų riebalų rūgščių, cholesterolio ir jo esterių, skvaleno, vaško esterių.

Sebumas sutepa odos paviršių, saugo raginio sluoksnio vientisumą ir palaiko rūgštų odos paviršiaus pH. Ekrininės prakaito liaukos gamina prakaitą, kurio pH dėl sudėtyje esančios pieno rūgšties yra 4,0–6,8 [10].

Apokrininės prakaito liaukos randamos tik tam tikrose kūno vietose - pažastyse ir kirkšnyse, bambos, krūties spenelių, išangės srityse [12].

1.1.1. Raginio odos sluoksnio lipidinė matrica

Raginio odos sluoksnio korneocitai yra apsupti lipidinių dvisluoksnių matrica ir būtent lipidiniai komponentai, jų išsidėstymas ir struktūra lemia barjerinę odos funkciją [22].

Stratum corneum ląstelių ir lipidinės matricos (ji sudaro apie 15–20 proc.

sauso sluoksnio masės [12]) konfigūracija gali būti apibūdinama „plytų ir cemento“ (angl. „brick and mortar“) modeliu [33], kurį pasiūlė Allan S.

Michaels ir kt. Plokščios raginio sluoksnio ląstelės yra tarsi plytos, o

„cementą“ sudaro neutralieji lipidai: keramidai (40–50 proc.), cholesterolis (25 proc.) ir laisvosios riebiosios rūgštys (10–15 proc.) [70, 87, 104, 105, 120, 124, 143, 152], kurių pasiskirstymas pagal molių santykį yra apie 3:2:1 [111]. Svarbu pažymėti, kad lipidinėje raginio sluoksnio matricoje nėra fosfolipidų [203].

Elektroninės mikroskopijos dėka, naudojant rutenio tetraoksido dažą [196] ar užšaldytų lūžių (angl. freeze fracture) [27, 44] metodą, buvo atskleista, jog lipidai išsidėstę dvisluoksniais [22, 153, 162], kuriuose dominuoja keramidai, sudaryti iš ilgos grandinės (C20–C36) riebalų rūgšties (nehidroksilintos, α–hidroksilintos arba ω–hidroksilintos ir turinčios linolo rūgštį) molekulės, kuri per amino grupę susijungusi su hidrofiline sfingozino, fitosfingozino ar 6–hidroksisfingozino baze [55, 104, 105, 154, 156]. Keramidų molekulėse riebalų rūgštys yra sočiosios, turinčios nešakotas grandines, o šiuo metu jau yra identifikuota 11 keramidų klasių [64].

Laisvosios riebalų rūgštys paprastai turi ilgas, sočiąsias grandines, sudarytas iš 22 (dokozano arba beheno rūgštis), 24 (lignocero rūgštis) ir 26 (heksakozano rūgštis) anglies atomų [24, 70, 104, 145], tačiau randama ir stearino (C18), palmitino (C16), arachido (C20), heksakozano (C23) sočiųjų riebalų rūgščių [198]. Vienintelės nesočiosios riebalų rūgštys, randamos raginiame odos sluoksnyje, yra oleino, linolo ir palmitoleino [198, 205].

Ekstraląstelinėje matricoje lipidų grandinės išsidėstę itin glaudžiai ir tvarkingai. Pagal šoninį jų išsidėstymą ir tankumą skiriamos kelios lipidų išsidėstymo fazės (išvardintos tankumo didėjimo tvarka): skystoji <

šešiakampė (gelio fazė) < ortorombinė (kristalinė). Šios lipidų išsidėstymo fazės įtakoja barjerinę raginio sluoksnio funkciją ir yra tyrinėtos atominės jėgos mikroskopija [36], Furjė infraraudonųjų spindulių transformacine spektroskopija [90], plataus kampo rentgeno spindulių difrakcija. Visos trys minėtos lipidų išsidėstymo fazės būdingos lipidinei matricai, tačiau manoma, kad ortorombinis lipidų molekulių išsidėstymas sąlygoja konformaciniu požiūriu patį tvarkingiausią ir glaudžiausią išsidėstymą, sudarantį didžiausią barjerą transdermalinei molekulių difuzijai [48].

Mažo kampo rentgeno spindulių difrakcinės analizės [20, 21, 23] bei elektroninės mikroskopijos [60, 186] tyrimų metu buvo įrodyta, kad lipidų dvisluoksniai išsidėstę lamelėmis [119], kuriose galima išskirti dvi struktūras – ilgo ir trumpo periodiškumo fazes [24, 126, 153]. Lipidinė lamelė yra orientuota lygiagrečiai korneocitų paviršiui, o jos ilgajai ir trumpajai periodiškumo fazei būdingi atitinkamai 13 nm ir 6 nm pasikartojamumai [24, 52]. Ilgoji lamelės periodiškumo fazė sudaryta iš trijų pasikartojančių vienetų: plačios–siauros–plačios juostų [91, 111] ir turi

Lipidų molekulių išsidėstymui lamelėse apibūdinti buvo pasiūlyti keli teoriniai modeliai: Donald C. Swartzendruber ir kt. 1989 m. [186] pasiūlė sudėlioto vieno sluoksnio modelį (angl. stacked monolayer model), Bo Forslind 1994 m. [74] pasiūlė mozaikinį srities modelį (angl. domain mosaic model), Joke A. Bouwstra ir kt. 1996 m. [22] – „sumuštinio“ modelį (angl.

sandwich model), o Lars Norlen 2001 m. [144] – vienos gelio fazės modelį (angl. single gel phase model). Šie teoriniai modeliai vaizduoja lipidų molekulių struktūrizuotą bei fazinį išsidėstymą ekstraląstelinėje raginio sluoksnio matricoje [105, 120].

Lamelinis lipidų molekulių išsidėstymas priklauso nuo pH [154], taigi žmogaus odos pH taip pat įtakoja barjerinę raginio sluoksnio funkciją ir yra ribose tarp 4,0 ir 5,5 [70, 145].

Barjerinė raginio sluoksnio funkcija gali būti sutrikdyta, kuomet iš jo išekstraguojami lipidai (pvz., veikiant chloroformo ir metanolio mišiniu [148]). Tai rodo, kad raginis sluoksnis yra lipofilinis barjeras ir todėl mažiau pralaidus hidrofilinėms, bet ne lipofilinėms molekulėms.

1.2. Medžiagų skvarbos į/pro odą keliai

Medžiagų įsiskverbimas į arba prasiskverbimas pro odą vyksta nuoseklia seka, kuomet ištirpusios molekulės, atpalaiduotos iš ant odos vartojamos vaisto formos, patenka ant raginio sluoksnio paviršiaus ir skverbiasi pro jį [33]. Prasiskverbusios pro stratum corneum molekulės difunduoja į gyvąjį epidermį, o pasiekusios spenelinį dermos sluoksnį – į kapiliarus [134].

Gyvieji odos sluoksniai ir kapiliarai yra santykinai pralaidūs medžiagoms, be to periferinė kraujo cirkuliacija yra pakankamai greita (0,05 ml/min kraujo prateka pro 1 mg odos [205]), taigi daugumai medžiagų tik pasyvioji difuzija pro raginį odos sluoksnį yra jų skvarbos pro odą greitį ribojančiu faktoriumi.

Medžiagos gali skverbtis pro odą keletu būdų: per ląsteles (intraląstelinis, poliarinis kelias), tarpląsteliniu (interląstelinis, lipidinis kelias) bei papildomu „šunto“ keliu (per plaukų folikulus ir liaukų latakus) [54, 130, 194].

Medžiagų skverbimasis intraląsteliniu poliariniu keliu vyksta molekulėms paeiliui difunduojant per negyvų keratinocitų citoplazmą ir juos supančią lipidinę matricą [194].

Pagrindinis skverbimosi į/pro odą kelias yra vingiuotu, mažos tūrio frakcijos ir dar mažesnio efektyviosios difuzijos ploto tarpląsteliniu lipidiniu keliu. Šiuo nepoliniu keliu difunduoja lipofilinėmis savybėmis (optimalu,

kai pasiskirstymo sistemoje oktanolis/vanduo koeficientas logKo/v = 1–3) pasižyminčios molekulės [134]. Korneocitus skiria 4–20 lipidinių dvisluoksnių [16], taigi molekulių difuzija pro daugybę lipidų dvisluoksnių vyksta pakartotinai pereinant lipidų molekulių polines ir nepolines sritis bei sąveikaujant su pačiais lipidais. Todėl nuo difunduojančios molekulės dydžio taip pat labai priklauso difuzijos greitis (optimalu, kai molekulinė masė yra < 500 Da [33]).

Kuomet molekulės skverbiasi pro odą „šunto“ keliu per plaukų folikulus ar liaukų latakus, jas per plaukų folikulų epitelį bei liaukas absorbuoja spenelinis dermos sluoksnis. Skverbimasis „šunto“ keliu ir absorbcija į sisteminę cirkuliaciją yra gana greitas procesas, nes odos dariniai nesudaro barjero molekulių skvarbai ir jų sienelių nedengia raginis sluoksnis. Tačiau

„šunto“ kelias sudaro tik labai nedidelę dalį viso transporto, vykstančio pro odą, nes folikulų ir latakų užimamas plotas sudaro tik apie 0,1 proc. bendro odos difuzijos ploto [16, 19, 38, 81, 131]. Be to, liaukos išskiria sekretą į priešingą pusę, negu kad vyksta molekulių difuzija, ir tokiu būdu trukdo molekulių skverbimuisi [33]. Vis dėlto jonai, polifunkciniai poliniai junginiai (pvz., kortizolis), didelės molekulinės masės molekulės gali difunduoti šiuo „šunto“ keliu [38, 54].

Taigi medžiagų skverbimąsi į/pro odą įtakoja bendrosios odos savybės [164]:

(i) Sveikos odos raginis sluoksnis yra pagrindinis lipidinis skverbimosi į/pro odą barjeras;

(ii) Plaukų folikulai, prakaito liaukų latakai sudaro vandeningas poras, einančias per stratum corneum ir galinčias praleisti tik kai kurių medžiagų molekules;

(iii) Žemiau stratum corneum esantys odos sluoksniai (gyvasis epidermis, derma) yra vandeningi ir todėl ribojantys tik labai lipofiliškų molekulių difuziją;

(iv) Kapiliarų tinklas, pasiekiantis viršutinę dermos dalį, užtikrina prasiskverbusių molekulių klirensą iš odos ir jų sisteminę absorbciją.

Besiskverbiančių pro odą medžiagų molekulės gali būti kaupiamos odoje, jos gali jungtis su odos baltymais ir kitais dariniais, sudaryti rezervuarą odoje.

1.3. Medžiagų difuzijos į/pro odą matematinis modeliavimas Transderminės absorbcijos matematinis modeliavimas matematinėmis lygtimis aprašo vietiškai ant odos ir transdermaliai vartojamų vaistų

skvarbos į/pro odą procesą [81]. Transderminės absorbcijos matematiniai modeliai naudojami atvaizduoti medžiagų pasiskirstymo, difuzijos, metabolizmo ir kitų procesų, vykstančių jų skvarbos į/pro odą metu, dinamiką. Matematiniai modeliai padeda prognozuoti, kiek tam tikros medžiagos ir kokiu greičiu galėtų prasiskverbti pro odą, žinant tos medžiagos molekulių fizikochemines savybes [106] bei bendrąsias odos barjerines savybes. Tokių modelių dėka galima i) tiksliai atskleisti medžiagos skverbimosi į/pro odą dinamiką, ii) analizuoti turimus in vitro, in vivo eksperimentinius duomenis, iii) prognozuoti medžiagos skvarbos į/pro odą savybes.

Transderminės absorbcijos matematinis modeliavimas dažniausiai remiasi Fiko išvestais difuzijos dėsniais bei lygtimis. Tokie difuzijos modeliai taikomi in vitro skvarbos į/pro odą eksperimentų metu gautiems rezultatams analizuoti. Jeigu tam tikri modelio parametrai, pavyzdžiui, medžiagos difuzijos, pasiskirstymo koeficientai, gali būti nustatyti atskirų in vitro eksperimentų metu, tuomet difuzijos modelis padeda prognozuoti, kokiu greičiu ir kiek tos medžiagos galėtų prasiskverbti pro odą [81].

Vaistinių medžiagų molekulių skvarba pro raginį sluoksnį vyksta pagal pirmąjį Fiko difuzijos dėsnį, kuomet pusiausvyrinis medžiagos srautas (Js) priklauso nuo medžiagos koncentracijos gradiento abipus membranos, difuzijos raginiame sluoksnyje koeficiento, membranos storio ir pasiskirstymo tarp nešiklio ir raginio sluoksnio koeficiento [16]. Taigi greitis, kuriuo molekulė difunduoja pro membraną – raginį odos sluoksnį, nusakomas pirmuoju Fiko difuzijos dėsniu [87, 103, 106, 130, 131] ir užrašomas tokia lygtimi (1 lygtis):

h C J_s D

 (1)

kur Js –medžiagos srautas, esant pusiausvyros sąlygoms [µg/val/cm²], D – difuzijos raginiame sluoksnyje koeficientas, CC₁ C₂– koncentracijos gradientas abipus raginio sluoksnio, h – raginio odos sluoksnio storis.

Kadangi stratum corneum kontroliuoja skverbimosi į/pro odą procesą, o in vivo sąlygomis vyksta intensyvus medžiagų klirensas į sisteminę kraujotaką, tai medžiagos koncentracija C2 yra labai maža arba lygi nuliui (C₂ ~ 0, kartais vadinama begalinės absorbcijos (angl. sink) sąlygomis). Jei C₂ >> 0, tai molekulių srautas pro raginį sluoksnį būtų stabdomas ir todėl in vitro eksperimentų metu medžiagos koncentracija C2 akceptorinėje terpėje taip pat palaikoma minimali (naudojami tokie tirpikliai, kurie sudaro begalinės absorbcijos sąlygas) [164]. Jei C2 ~ 0, tai C faktiškai yra lygus C₁, o C₁ yra pusiausvyroje su medžiagos koncentracija nešiklyje C_n (2 lygtis) [81, 106]:

n

m C

K C

C  

 ₁ (2)

Čia Km – pasiskirstymo tarp stratum corneum ir nešiklio koeficientas (medžiagos koncentracijų (masė/tūryje) stratum corneum ir nešiklyje santykis). Kadangi yra sudėtinga nustatyti K_m, tai dažniausiai naudojamasi pasiskirstymo sistemoje oktanolis/vanduo koeficientu K_o/v [81], kai raginio sluoksnio poliškumas prilyginamas oktanolio poliškumui (yra autorių, teigiančių, kad geresnis atitikmuo yra pasiskirstymo tarp izobutanolio ir vandens koeficientas [1]). Įdomu, kad oktanolio pasiskirstymo oktanolis/vanduo koeficiento logaritmas yra 3,15 [164]. Taigi K_m gali būti susiejamas su K_o/v tokia lygtimi: K_m K_o^0,_{/ v}⁷⁴ [110].

Antrąją lygtį įstatę į pirmąją, gausime tokią išraišką (3 lygtis) [84, 106]:

h C K D

J_s   _m _n (3)

Medžiagos srautas pro odą pusiausvyros sąlygomis taip pat gali būti apskaičiuojamas remiantis medžiagos skvarbos pro odą koeficientu Kp

(cm/val; cm/s), kuris paprastai varijuoja ribose nuo ~10^-6 iki 10^-2 cm/val (4 lygtis) [26, 80, 87, 106, 131, 155].

n p

s K C

J   (4)

Iš 3 ir 4 lygčių seka, jog [116]:

h D K

K_p  _m (5)

Pro membraną prasiskverbusios medžiagos suminis kiekis (Q) tam tikru laiko momentu (t), esant pusiausvyros sąlygoms, gali būti apskaičiuojamas pagal 6 lygtį:

) ( _d

n

p A C t t

K

Q     (6)

Čia A yra odos, ant kurios užnešamas produktas, plotas; t_d – „uždelsimo“

laikas (angl. lag time). „Uždelsimo“ laikas – tai laikas nuo pirmojo vaisto molekulių kontakto su odos paviršiumi iki pusiausvyrinės būsenos pasiekimo, kuomet užtikrinama linijinė prasiskverbusių pro odos ploto vienetą molekulių kiekio ir laiko priklausomybė [4, 29, 164].

Difuzijos pro raginį sluoksnį koeficientas D gali būti apskaičiuojamas pagal „uždelsimo“ laiką td, nustatytą in vitro eksperimentų metu (7 lygtis) [12, 80, 81, 164]:

td

D h

  6

2

(7)

Jeigu pasyvios skvarbos pro odą metu „uždelsimo“ laikas (t_d) negali būti nustatytas, tuomet difuzijos pro raginį odos sluoksnį koeficientas gali būti apytiksliai nustatomas pagal keletą išvestų formulių, rodančių difuzijos koeficiento priklausomybę nuo molekulinės masės (M_r) (8–10 lygtys) [81, 110]:

0 .

) 3

( ^

 M_r

D (8)

Mr

h

D 2,80,006

log (9)

) ( 0

Mr

e b

D

D  ^ (10)

Čia b yra konstanta, rodanti vidutinį laisvąjį tūrį, per kurį gali vykti difuzija (lipidinėms membranoms jis yra apie 30 cm³/mol), D0 – hipotetinės molekulės, kurios molekulinis tūris lygus 0, difuzijos koeficientas [79, 80, 134, 174].

1.4. Molekulių skverbimąsi į/pro odą veikiantys faktoriai

Molekulių skverbimąsi į/pro odą įtakoja jų fizikocheminės bei odos fiziologinės savybės.

1.4.1. Fizikocheminės molekulių savybės

Molekulės dydis/masė – nuo molekulinės masės priklauso molekulių difuzijos pro odą koeficientas. Egzistuoja daug eksperimentinių įrodymų, jog molekulių skvarba ir maksimalus srautas pro odą eksponentiškai mažėja, didėjant molekulinei masei. Pro sveiką žmogaus odą beveik nesirezorbuoja medžiagos, kurių molekulinė masė viršija 500 Da [19, 106]. Nustatyta, kad medžiagoms, kurių molekulinė masė yra apie 50 Da, prireikia 30 minučių, kad būtų pasiekta pusiausvyrinė būsena; medžiagoms, kurių molekulinė masė yra apie 100 Da, prireikia maždaug 1 valandos, o medžiagoms, kurių molekulinė masė didesnė negu 330 Da, gali prireikti net 24 valandų, kad būtų pasiekta pusiausvyrinė būsena [87].

Jonizacija – jonizuotų molekulių skvarba pro odą yra nedidelė.

Nejonizuotų molekulių skvarbos pro raginį sluoksnį koeficientai dažniausiai yra 10–20 kartų didesni, lyginant su tų pačių medžiagų jonizuotų molekulių skvarbos koeficientais. Tikslus ryšys tarp jonizuotų ir nejonizuotų medžiagos formų skvarbos į/pro odą labai priklauso nuo pačios medžiagos prigimties, nejonizuotos formos lipofiliškumo, taip pat nuo nešiklio prigimties bei medžiagos druskos formos. Jonų porų (angl. ion–pairing), pavyzdžiui, glipizido ir įvairių alkilaminų [189], sudarymas palengvina jonizuotų molekulių skverbimąsi į/pro odą. Skvarbos pro odą greičiai tos pačios medžiagos nejonizuotoms ir jonizuotoms formoms yra labiau

panašūs, kai nejonizuotos formos turi hidrofilinių savybių ir mažiau panašūs, kai nejonizuotos formos turi lipofilinių savybių [106].

Pasiskirstymo sistemoje oktanolis/vanduo koeficientas K_o/v – įrodytas tiesinis ryšys tarp skvarbos pro odą greičio ir besiskverbiančios molekulės lipofiliškumo (Ko/v). Kai skvarbos į/pro odą koeficientas yra apie 0,1 cm/val [164], pasiekiama plato fazė, nes labai lipofiliškos molekulės susiduria su hidrofiliniu gyvuoju epidermiu, sudarančiu barjerą tolimesnei lipofilinių molekulių difuzijai pro odą [81]. Taigi tiesinis ryšys galioja tik hidrofiliškoms ar vidutiniškai lipofiliškoms medžiagoms (kai logKo/v

reikšmės varijuoja ribose nuo -1 iki 3), o labai lipofiliškoms molekulėms ryšys tarp jų skvarbos pro odą greičio ir logK_o/v reikšmių turi sigmoidinę formą. Kuriant vaistus, vaistų kandidatų paieškos etape, būtina atsižvelgti į molekulių–kandidačių logKo/v reikšmę. Medžiagos, tirpstančios ir vandenyje, ir lipiduose yra puikūs kandidatai, galintys difunduoti ir pro raginį odos sluoksnį, ir pro gyvąjį epidermį bei dermą [38]. Tokiomis savybėmis pasižymi tos medžiagos, kurių logK_o/v reikšmės yra nuo 1 iki 3 ar 4 [16].

Lydymosi temperatūra – paprastai žemesnę lydymosi temperatūrą (< 200

°C) turinčios medžiagos pasižymi didesne skvarba į/pro odą dėl jų geresnio tirpumo raginio sluoksnio lipiduose [16, 33, 81, 134].

Vandenilį prijungiančių grupių skaičius molekulėje – vandenilį prijungiančių grupių skaičius molekulėje turi lemiamos įtakos molekulių difuzijai pro odą [121]. Vienos vandenilį prijungiančios grupės pridėjimas sumažina difuzijos koeficientą apie 10 kartų ir to priežastimi, spėjama, yra besiskverbiančios molekulės sąveika su polinėmis odos lipidų grupėmis [87].

Jungimasis su raginio sluoksnio dariniais – kai kurie metalų jonai (ypač Ag⁺, Cd²⁺, Be²⁺, Hg²⁺), akrilatai, ketvirtiniai amonio jonai, heterocikliniai amonio jonai ir kt. jungiasi su dariniais (dažniausiai baltymų molekulėmis), esančiais raginiame sluoksnyje ir todėl jų skverbimasis pro odą yra lėtesnis, negu tikėtina. Kitos medžiagos, galinčios jungtis su raginio sluoksnio dariniais, yra dietanolaminai, chininai, alkilsulfidai, halotriazinai, dinitro- arba trinitrobenzenai, rūgštiniai chloridai ir kt. [106].

Termodinaminis medžiagų aktyvumas nešiklyje – in vitro eksperimentų metu buvo atskleista, jog vaistinės medžiagos srautas pro odą tiesiogiai priklauso nuo jos termodinaminio aktyvumo tam tikrame nešiklyje. Pagal Higuchi, termodinaminis aktyvumas yra maksimalus (reikšmė lygi 1), kuomet nešiklis yra įsotintas vaistinėmis medžiagomis. Taigi jeigu skirtinguose nešikliuose vaistinė medžiaga yra suspensinėje formoje, tai tokie nešikliai yra prisotintieji tos medžiagos tirpalai ir todėl vaistinės medžiagos srautas iš visų tokių nešiklių turėtų būti vienodas,

nepriklausomai nei nuo nešiklio tipo, nei nuo suspenduotos medžiagos koncentracijos [14, 134]. Didžiausio molekulių srauto pro odą pasiekimui vaistinės medžiagos koncentracija nešiklyje turėtų būti artima įsotinimo koncentracijai (tuomet nešiklyje ištirpusi vaistinės medžiagos dalis yra pusiausvyrinėje būsenoje su suspenduota medžiagos dalimi), tačiau tai kelia fizikocheminio stabilumo, konservavimo, vietinio dirginimo problemas.

Nešiklio įsotinimas vaistinėmis medžiagomis gali įvykti ir tuomet, kai iš vaisto formos, vartojamos ant odos, išgaruoja tirpiklis [33] ar kitos lakios pagalbinės medžiagos [14], pvz., terpenai [2]. Jei iš odos į vaisto formą prasiskverbia vanduo, kuris sumažina vaistinių medžiagų tirpumą nešiklyje, termodinaminis vaistinių medžiagų aktyvumas taip pat gali padidėti [16].

Taigi nešiklis gali būti įsotinamas vaistinės medžiagos molekulėmis, jeigu padidinama medžiagos koncentracija arba jeigu sumažinamas jos tirpumas nešiklyje [130].

1.4.2. Fiziologinės odos savybės

Anatominiai odos skirtumai – medžiagų rezorbcija pro odą labai priklauso nuo vaistu veikiamos odos anatominės zonos. Be abejo, absorbcija vyks greičiau pro ploną raginį odos sluoksnį turinčias kūno vietas ir lėčiau – pro storą raginį sluoksnį turinčias vietas. Taigi lūpų, vyrų kapšelio, akių vokų (raginio sluoksnio storis apie 0,006 mm) oda pasižymi didžiausiu laidumu, o delnų, padų oda (raginio sluoksnio storis apie 0,8 mm) yra mažiausiai pralaidi [10]. Kūno vietos skirstomos pagal raginio odos sluoksnio storį ir tuo pačiu absorbcijos pro odą laipsnį: išoriniai lytiniai organai > galva ir kaklas > liemuo > ranka > koja [205]. Kiekvienas vaistas turi būti vartojamas ant odos ten, kur įrodytas jo veiksmingumas pasiekti terapinio poveikio vietą. Pvz, skopolamino pleistrai klijuojami už ausies, o viršutinė rankos dalis tinkamiausia klonidino transderminių sistemų vartojimui [174].

Rasiniai odos skirtumai – baltaodžių oda yra labiau pralaidi negu juodaodžių, nes pastarųjų raginiame sluoksnyje yra daugiau korneocitų sluoksnių (vidutiniškai 21,8 ląstelių sluoksniai juodaodžių ir tik 16,7 sluoksniai baltaodžių raginiame sluoknsyje [161])bei didesnis lipidų kiekis ekstraląstelinėje matricoje.

Amžius ir odos patologijos – odai senstant, ji sausėja, mažėja jos tankis, lipidų kiekis, sumažėja riebalinių liaukų aktyvumas [205]. Sutrikus odos mikrocirkuliacijai dėl dermatozių, sutrinka odos klirenso funkcija, atsiranda sisteminio bioprieinamumo variacijų. Eritemos dėl cheminių faktorių ar UV

spindulių poveikio atveju didėja sisteminės absorbcijos galimybės, nes didėja kraujo kiekis, pratekantis pro odos ploto vienetą. Psoriazės atveju patologijos pažeistose vietose taip pat būna padidėjęs pratekančio kraujo srautas, todėl, pvz., hidrokortizono ar triamcinolono sisteminė absorbcija yra daug didesnė negu iš patologijos nepažeistų vietų [174].

Odos hidratacija ir okliuzija – raginiame odos sluoksnyje paprastai esti apie 15–20 proc. vandens [205]. Šis vandens kiekis gali pasiekti 50 proc., jei odos paviršiuje sudarysime okliuzijos efektą [194]. Okliuzija – tai vandens garavimo nuo odos paviršiaus ribojimas (pvz., pleistro užklijavimas) [12], dėl ko lokaliai padidėja odos temperatūra nuo 32 °C iki 37 °C. Okliuzinių tvarsčių naudojimas vaisto vartojimo vietoje neleidžia išgaruoti lakioms vaistinėms medžiagoms, stabdo medžiagų pasišalinimą nuo odos paviršiaus kartu su paviršinėmis odos ląstelėmis dėl nuolatos vykstančio deskvamacijos proceso, prailgina vaisto kontakto su oda laiką. Didėjantis vandens kiekis raginio sluoksnio ląstelėse gali palengvinti tiek lipofilinių, tiek hidrofilinių molekulių difuzijos procesą [73] (transderminė absorbcija paprastai padidėja 5–10 kartų [12]), įtakoti pasiskirstymą tarp raginio sluoksnio ir nešiklio, pagerinti kai kurių medžiagų tirpumą odoje. Riebalinės kilmės nešikliai (parafinai, aliejai, vaškai), užtepti ant odos, neleidžia vykti natūraliam vandens garavimo nuo odos paviršiaus procesui. Taigi tokie nešikliai sukuria okliuzijos efektą ir vyksta po nešikliu esančios odos hidratacijos procesas. V/a tipo emulsijos sudaro nedidelį okliuzijos efektą, o a/v tipo emulsijos gali veikti kaip vandens „donorai“ ir taip pat padidinti raginio sluoksnio hidrataciją. Itin higroskopiškos medžiagos, pvz., glicerolis ir propilenglikolis, gali ištraukti vandenį iš odos ir todėl sumažinti vaistinių medžiagų skvarbą pro odą. Todėl į dermatologines sistemas tokių medžiagų turėtų būti įterpiami tik nedideli kiekiai (glicerino – iki 30 proc., propilenglikolio – iki 15 proc.) [16, 166, 174, 209].

1.5. Medžiagų skvarbos į/pro odą cheminiai skatintojai

Vaistinių medžiagų skvarba į/pro odą gali būti padidinta keletu būdų: (i) modifikuojant vaisto molekulės struktūrą (pvz., provaistų kūrimas [182], jonų porų sudarymas), įsotinant nešiklį vaistinėmis medžiagomis, įterpiant vaisto molekules į tam tikrus nešiklius (pvz., liposomas, transferosomas [191], etosomas, mikroemulsijos lašelius); (ii) modifikuojant raginio odos sluoksnio barjerines savybes cheminiu būdu, t.y. įterpiant į vaistų formas cheminius skvarbos skatintojus, kurie įsiskverbia į raginį odos sluoksnį, sutrikdo ekstraląstelinės matricos lipidų išsidėstymą, sąveikauja su

korneocitų baltymais ar padidina vaistinių medžiagų pasiskirstymo bei tirpumo stratum corneum koeficientus; (iii) modifikuojant raginio odos sluoksnio barjerines savybes fizikiniu ar elektriniu būdu – jontoforezės, elektroporacijos, ultragarso bei mikroadatėlių naudojimu paremtos sistemos [16]. Taigi skvarbos skatinimas apima arba vaistinės medžiagos/nešiklio optimizaciją, parenkant „tinkamą“ vaistinę medžiagą-kandidatę, formuojant provaistus, jonų poras, persotintus tirpalus, eutektines sistemas, liposomas, nanodaleles ir kt., arba modifikuojant raginio sluoksnio barjerines savybes, jį hidratuojant, veikiant fizikiniais metodais ar cheminiais skvarbos skatintojais [16]. Be abejo, galima paskatinti vaistinių medžiagų skvarbą į/pro odą taikant kelių minėtų būdų kombinacijas: pvz., veikiant ir cheminiais skvarbos skatintojais, ir tam tikrais fizikiniais metodais [194].

Cheminės medžiagos, skatinančios skvarbą į/pro odą, yra tokios, kurioms patekus į raginį odos sluoksnį, pakinta odos barjerinės savybės ir padidėja kitų, vaistinių medžiagų srautas pro odą. Srautas padidėja dėl raginio odos sluoksnio struktūros pakitimų arba dėl vaistinės medžiagos koncentracijos odoje padidėjimo: į odą patekęs skatintojas pakeičia odos kaip tirpiklio prigimtį ir todėl pakinta vaistinės medžiagos pasiskirstymo tarp nešiklio ir stratum corneum koeficientas. Cheminiai skvarbos skatintojai yra įvedami į dermatologines sistemas kaip pagalbinės medžiagos, o cheminis raginio sluoksnio barjerinių savybių modifikavimas yra paprastas, greitas, patogus, ekonomiškas ir efektyvus būdas, leidžiantis paskatinti vaistinių medžiagų skvarbą į/pro odą.

Pagal naujausius mokslinės literatūros duomenis egzistuoja gana daug įvairių cheminių skvarbos pro odą skatintojų, tačiau dauguma jų neatitinka klinikoje keliamų stabilumo, saugumo ir efektyvumo reikalavimų. Būtina, kad medžiagos, skatinančios skvarbą į/pro odą, būtų sistemiškai netoksiškos, nedirginančios (nustatyta, kad dirginančiai veikia tie skatintojai, kurie denatūruoja raginio sluoksnio baltymus [100]) ir nejautrinančios, nesukeltų farmakologinio atsako [179]. Sukeliamas efektas turi būti greitas, žinomos trukmės, vienakryptis, leidžiantis vaistinėms medžiagoms įsiskverbti į odą, tačiau neleidžiantis endogeninėms medžiagoms pasišalinti iš organizmo [205]. Be to, pašalinus cheminį skatintoją, odos barjerinės savybės turėtų greitai ir visiškai atsistatyti į normalią būseną. Nors yra labai daug medžiagų (daugiau kaip 350 [100]), galinčių skatinti skverbimąsi pro odą, tačiau dar neatrasta tokia medžiaga, kuri būtų ir saugi, ir efektyvi [95, 100, 191], ir plačiai pritaikoma [83].

Cheminių skvarbos skatintojų veikimo mechanizmai apibūdinami

„lipidai–baltymai–pasiskirstymas“ (angl. lipid–protein–partitioning, LPP) teorija [13, 16, 73, 95, 128], pagal kurią skatintojai gali:

 suardyti tarpląstelinių lipidinių dvisluoksnių struktūrą (lipidų polinių

„galvučių“ hidratavimas, „uodegėlių“ išsidėstymo tvarkos suardymas);

 sąveikauti su intraląsteliniais baltymais (pvz., keratino baltymo brinkimas);

 padidinti vaistinės medžiagos pasiskirstymo į raginį odos sluoksnį koeficientą (pvz., skatintojo molekulės, įsiskverbusios į raginį sluoksnį, pakeičia jo prigimtį į hidrofiliškesnę ar hidrofobiškesnę ir todėl pagerina atitinkamos vaistinės medžiagos tirpumą odoje [83]).

Cheminių skvarbos skatintojų pagrindinės klasės ir jų veikimo mechanizmai odoje pateikti 1.1 lentelėje.

1.1 lentelė. Cheminiai skvarbos skatintojai ir jų veikimo mechanizmai odoje [12, 73, 95, 130, 179, 191, 194, 205]

Cheminių skvarbos skatintojų

klasė Veikimo mechanizmas odoje

Sulfoksidai (dimetilsulfoksidas) ir amidai (dimetilformamidas)

Jungiasi prie keratino ir jį denatūruoja, išekstraguoja lipidus, padidina lipidinės matricos takumą, pagerina vaistinių medžiagų tirpumą raginiame sluoksnyje Azonas®

(1-dodecylazacikloheptan-2- onas arba laurokapramas)

Suardo lipidų išsidėstymą tiek jų „galvučių“, tiek

„uodegėlių“ srityse, padidina lipidinės matricos takumą

Pirolidonai

(N-metil-2-pirolidonas, N- dodecil-2-pirolidonas)

Pakeičia raginio sluoksnio kaip tirpiklio prigimtį ir todėl pagerėja vaistinių medžiagų (tiek hidrofilinių, tiek lipofilinių) pasiskirstymas į jį

Riebalų rūgštys (oleino rūgštis)

Didina tarpląstelinių lipidų takumą, įsiterpia tarp lipidų hidrofobinių uodegėlių, gali sudaryti atskiras fazes tarp lipidų dvisluoksnių

Terpenai

(d-limonenas, l-mentolis, 1,8-cineolis)

Keičia raginio sluoksnio kaip tirpiklio prigimtį, sutrikdo tarpląstelinių lipidų tvarkingą išsidėstymą,

„atidaro“ poliarinį kelią, sudaro eutektinius mišinius Šlapalas Pagerina raginio sluoksnio hidrataciją, formuoja

hidrofilinius difuzijos kanalus, veikia keratolitiškai Vanduo Hidratuoja raginį sluoksnį, sukelia intraląstelinio

keratino ir tarpląstelinių lipidų brinkimą Organiniai tirpikliai

(etanolis, propilenglikolis, Transcutol®)

Dalinai išekstraguoja lipidus, išstumia vandens molekules iš tarpląstelinės erdvės, padidina pasiskirstymo koeficientą ir tirpumą raginiame sluoksnyje, gali solvatuoti keratiną

Paviršiui aktyvios medžiagos (polisorbatai, Brij®, natrio laurilsulfatas)

Jungiasi prie intraląstelinių baltymų, suardo tretinę baltymų struktūrą, sutrikdo epiderminių lipidų gamybą, soliubilizuoja raginio sluoksnio lipidus, formuoja jų miceles

Fosfolipidai (liposomos)

Difunduoja į raginį sluoksnį, sudarko lipidų išsidėstymą, skatina vaistinių medžiagų pasiskirstymą į raginį sluoksnį