Šiame darbe pristatomi mechanistiniai kiekybinio struktūros ir aktyvumo ryšio modeliai, skirti vaistinių junginių savybių, charakterizuojančių jų absorbciją ir pasiskirstymą organizme prognozavimui. Nagrinėjama keletas parametrų, apibūdinančių paprastos difuzijos per biologines membranas greitį, taip pat termodinaminės konstantos, aprašančios vaistų pasiskirstymą tarp kraujo plazmos ir audinių. Ląstelinių pernašos barjerų pralaidumas buvo modeliuojamas netiesinėmis lygtimis, siejančiomis paprastos difuzijos greitį su vaistų fizikocheminėmis savybėmis, tokiomis kaip lipofiliškumas, jonizacija, vandenilinių ryšių sudarymo potencialas ir molekulių dydis. Nustatyta, kad smegenų endotelyje ir žarnyno epitelyje stebima panašaus pobūdžio difuzijos greičio priklausomybė nuo jonizacijos – katijonai ir anijonai difunduoja atitinkamai 2 ir 3 eilėmis lėčiau už neutralias molekules. Pademonstruota, kad analizuojant vaistų pasiskirstymo tarp audinių ir kraujo duomenis, būtina paversti pradines eksperimentines vertes kitais dydžiais, atspindinčiais vaistų jungimosi prie plazmos ir audinių komponentų stiprumą. Vaistų giminingumas audiniams gali būti aprašytas jų lipofiliškumu, o neigiama jonizacijos įtaka stebima tik rūgštiniams junginiams. Taip pat parodyta, kad vaistų pernašos per hematoencefalinę užtvarą kiekybinių parametrų tiesinė kombinacija leidžia 94% tikslumu klasifikuoti vaistus pagal jų prieinamumą centrinei nervų sistemai. / The objective of this work was to develop mechanistic quantitative structure activity relationship models that would facilitate the assessment of drug properties related to their absorption and distribution in the body. The analysis involved several parameters reflecting the rate of passive diffusion across brain endothelium and intestinal epithelium, and thermodynamic constants related to drug distribution between plasma and tissues. Permeation through cellular transport barriers was modeled by nonlinear equations relating the passive diffusion rate to physicochemical properties of drugs: lipophilicity, ionization, hydrogen bonding potential and molecular size. It was demonstrated that brain endothelium and intestinal epithelium exhibit a quantitatively similar pattern of permeability-ionization dependence – ionized species permeate 2-3 orders of magnitude slower than neutral molecules. Analysis of tissue to plasma partitioning data revealed the necessity to split original experimental values into separate terms reflecting plasma and tissue binding strength. Drugs’ affinity to tissues could then be described by their lipophilicity, whereas detrimental effect of ionization was only observed for acidic drugs. Finally, it was shown that a linear combination of quantitative blood-brain barrier transport parameters allows classifying drugs according to their access to central nervous system with 94% overall accuracy.

The objective of this work was to develop mechanistic quantitative structure activity relationship models that would facilitate the assessment of drug properties related to their absorption and distribution in the body. The analysis involved several parameters reflecting the rate of passive diffusion across brain endothelium and intestinal epithelium, and thermodynamic constants related to drug distribution between plasma and tissues. Permeation through cellular transport barriers was modeled by nonlinear equations relating the passive diffusion rate to physicochemical properties of drugs: lipophilicity, ionization, hydrogen bonding potential and molecular size. It was demonstrated that brain endothelium and intestinal epithelium exhibit a quantitatively similar pattern of permeability-ionization dependence – ionized species permeate 2-3 orders of magnitude slower than neutral molecules. Analysis of tissue to plasma partitioning data revealed the necessity to split original experimental values into separate terms reflecting plasma and tissue binding strength. Drugs’ affinity to tissues could then be described by their lipophilicity, whereas detrimental effect of ionization was only observed for acidic drugs. Finally, it was shown that a linear combination of quantitative blood-brain barrier transport parameters allows classifying drugs according to their access to central nervous system with 94% overall accuracy. / Šiame darbe pristatomi mechanistiniai kiekybinio struktūros ir aktyvumo ryšio modeliai, skirti vaistinių junginių savybių, charakterizuojančių jų absorbciją ir pasiskirstymą organizme prognozavimui. Nagrinėjama keletas parametrų, apibūdinančių paprastos difuzijos per biologines membranas greitį, taip pat termodinaminės konstantos, aprašančios vaistų pasiskirstymą tarp kraujo plazmos ir audinių. Ląstelinių pernašos barjerų pralaidumas buvo modeliuojamas netiesinėmis lygtimis, siejančiomis paprastos difuzijos greitį su vaistų fizikocheminėmis savybėmis, tokiomis kaip lipofiliškumas, jonizacija, vandenilinių ryšių sudarymo potencialas ir molekulių dydis. Nustatyta, kad smegenų endotelyje ir žarnyno epitelyje stebima panašaus pobūdžio difuzijos greičio priklausomybė nuo jonizacijos – katijonai ir anijonai difunduoja atitinkamai 2 ir 3 eilėmis lėčiau už neutralias molekules. Pademonstruota, kad analizuojant vaistų pasiskirstymo tarp audinių ir kraujo duomenis, būtina paversti pradines eksperimentines vertes kitais dydžiais, atspindinčiais vaistų jungimosi prie plazmos ir audinių komponentų stiprumą. Vaistų giminingumas audiniams gali būti aprašytas jų lipofiliškumu, o neigiama jonizacijos įtaka stebima tik rūgštiniams junginiams. Taip pat parodyta, kad vaistų pernašos per hematoencefalinę užtvarą kiekybinių parametrų tiesinė kombinacija leidžia 94% tikslumu klasifikuoti vaistus pagal jų prieinamumą centrinei nervų sistemai.