A absorção intestinal de fármacos (HIA, na sigla em inglês para human intestinal absorption) é um dos processos farmacocinéticos mais críticos para a ação de medicamentos administrados por via oral. Modelos in vitro baseados em células que mimetizam os enterócitos do intestino humano (células Caco-2), ou aqueles que utilizam membranas articifiais são muito utilizados no estudo da permeabilidade celular de moléculas bioativas. No processo de planejamento de fármacos, estas técnicas são frequentemente empregadas em paralelo com estratégias computacionais na avaliação de propriedades físico-químicas e farmacocinéticas. Nessa tese de doutorado foram desenvolvidos modelos computacionais para a predição da permeabilidade celular de compostos bioativos em células Caco-2 e em membrana artificial paralela (PAMPA, na sigla em inglês para Parallel Artificial Membrane Permeability Assay). Os modelos foram gerados através do método baseado em fragmentos moleculares holograma QSAR (HQSAR). Os indicadores estatísticos obtidos indicam a boa capacidade de correlação dos modelos Caco-2 e PAMPA para os dados utilizados na modelagem e o alto poder de predição destes modelos para a permeabilidade de um conjunto teste de compostos. Adicionalmente, os modelos foram avaliados quanto a sua capacidade preditiva frente a dois conjuntos de validação, constituídos por novas moléculas que foram planejadas e testadas experimentalmente durante o desenvolvimento deste trabalho. Para estes conjuntos, os modelos demonstraram alta capacidade de predição da permebildade tanto em células Caco-2 quanto em ensaios PAMPA. O processo de validação experimental foi essencial para a confirmação da robustez dos modelos desenvolvidos, que serão incorporados à base de dados de propriedades farmacocinéticas PK/DB (http://www.pkdb.ifsc.usp.br/), contribuindo desta forma para o seu aprimoramento. Os métodos computacionais e experimentais utilizados neste projeto permitiram o desenvolvimento de ferramentas úteis para a avaliação da absorção de fármacos administrados por via oral e para o planejamento de moléculas bioativas com propriedades farmacocinéticas otimizadas. / Human intestinal absorption is a critical pharmacokinetics-related parameter for orally given drugs. In vitro models based on Caco-2 cells, which mimetize enterocytes, or those based on the parallel artificial membrane permeability assay (PAMPA) are broadly used in permeability studies of bioactive molecules. In drug discovery projects, these techniques are simultaneously used with computational methods to evaluate physico-chemical and pharmacokinetics properties. In this study, computational models to predict the cellular permeability of bioactive compounds in Caco-2 cells and in PAMPA assays were developed. The models were constructed by using the fragment-based method Hologram Quantitative Structure Activity Relationships (HQSAR). The obtained statistical indexes indicated the suitable correlation ability of the Caco-2 and PAMPA models for the employed data set, and the high predictive power for selected test set compounds. In addition, the HQSAR models were evaluated regarding their predictive ability against two validation sets, which are comprised by novel molecules that were designed and experimentally tested during this study. For these compounds, both the Caco-2 and PAMPA models demonstrated high predictive power. The process of experimental validation was an essential step for confirming the robustness of the developed models, which will be incorporated into the database of pharmacokinetic properties PK/DB (http://www.pkdb.ifsc.usp.br/), thus contributing to its improvement. The developed HQSAR models will be incorporated to the PK/DB pharmacokinetics database (http://www.pkdb.ifsc.usp.br/), thus contributing to its improvement. The molecular modeling and experimental methods employed in this study allowed for the development o robust tools for evaluating intestinal drug absorption and for the design of bioactive molecules with improved pharmacokinetics profiles.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Baixas concentraÃÃes sÃricas de drogas antituberculose podem ser causa da resistÃncia de Mycobacterium tuberculosis Ãs drogas utilizadas para tratamento, a qual à mais freqÃente em pacientes em tratamento irregular, mas pode ser verificada em pacientes em tratamento diretamente observado. Os objetivos desse estudo foram avaliar a permeabilidade intestinal e a biodisponibilidade de rifampicina, isoniazida e pirazinamida em pacientes com tuberculose pulmonar ativa. Realizou-se estudo transversal controlado. No perÃodo entre julho de 2004 e dezembro de 2005 foram selecionados 56 pacientes consecutivos com tuberculose pulmonar ativa, atendidos no Centro de SaÃde Carlos Ribeiro em Fortaleza, Cearà e 29 controles sadios recrutados entre profissionais de saÃde, seus familiares e vizinhos para avaliaÃÃo da permeabilidade intestinal. Foram coletadas informaÃÃes sociodemogrÃficas e exames bioquÃmicos e realizou-se o teste de lactulose/manitol de todos. Os primeiros 30 casos de tuberculose e os 29 controles dessa amostra foram selecionados para a avaliaÃÃo da biodisponibilidade sÃrica de rifampicina, isoniazida e pirazinamida em amostras coletadas duas horas e seis horas depois da ingestÃo. A mÃdia de idade dos casos foi de 39,2  15 anos e a dos controles 34  11,0 (p=0,61). Eram do sexo masculino 71 % dos casos e 66% dos controles (p=0,57). O peso mÃdio dos casos (52,4  6,3 kg) foi significativamente menor do que o dos controles (71,1  14,0 kg) (p=0,014). Verificou-se menor excreÃÃo de lactulose entre os casos (mediana de 0,1721%; variando de 0,0-5.0139%) do que entre os controles (0,4301%; variando de 0,0-2,064) (p=0,049%); a excreÃÃo de manitol entre os casos foi 17,9910% (1,9567-71,5446%) e entre controles foi de 24,3899% (1,3883-63,0539%) (p=0,147); a relaÃÃo lactulose/manitol foi de 0,0095 (0,0-0,0759%) entre os casos e 0,0136 (0,0-0,0136%) entre os controles (p=0,018). A concentraÃÃo sÃrica mÃxima de rifampicina teve mÃdia de 1,46  0,72 Âg/ml nos casos e de 6,69  3,07 Âg/ml nos controles (p<0,001); a de isoniazida foi 2,62  1,53 Âg/ml entre os casos e 1,98  0,76 Âg/ml entre os controles (p=0,057) e a de pirazinamda foi de 44,10  10,40 Âg/ml entre os casos e 36,32  12,02 Âg/ml entre os controles (p=0,007). Quatro (13,3%) casos nÃo chegaram a alcanÃar os limites mÃnimos das concentraÃÃes normais esperadas de nenhuma das drogas de primeira linha para o tratamento da tuberculose; 21 (70,0%) alcanÃaram essa concentraÃÃo sÃrica apenas para uma droga (pirazinamida) e cinco (16,7%) apenas para duas drogas (pirazinamida e isoniazida). Nenhum caso alcanÃou as concentraÃÃes sÃricas normais esperadas para as trÃs drogas, simultaneamente. Em conclusÃo, observou-se reduÃÃo da absorÃÃo paracelular entre os pacientes com tuberculose bem como mà absorÃÃo intestinal de rifampicina e isoniazida. Estes resultados sugerem a necessidade da avaliaÃÃo de medidas para reduzir a mà absorÃÃo intestinal de drogas e evitar o retardo ou a impossibilidade de cura da doenÃa, bem como o risco de multirresistÃncia / Reduced antituberculosis drugs concentrations are associated with Mycobacterium tuberculosis resistance, mostly in patients in irregular but also in directly observed treatment. This study aims to evaluate intestinal permeability and bioavailability of rifampin (R), isoniazid (I) and pyrazinamide (P) in patients with active pulmonary tuberculosis. A controlled cross sectional study evaluated intestinal permeability from 56 consecutive active pulmonary tuberculosis (TB) patients who attended Carlos Ribeiro Health Unit in Fortaleza, CearÃ, northeast of Brazil, from July 2004 to December 2005. The Thirty who first came were selected to have R, I and P serum concentration dosed. Twenty nine healthy controls were select among health professionals, their relatives and neighboring. To access intestinal permeability lactulose/manitol (L/M) test was performed by HPLC in urine samples collected during five hours. To access bioavailability two blood samples were collect at 2 and 6 hours after drug ingestion. Demographic information was recorded from all volunteers. Mean age was 39.2  15 years in cases and 34  11.0 in controls (p=0.61); 71.4% cases and 65.5% controls were men (p=0.57). Lactulose urinary excretion was significantly lower in TB patients (median 0.1721%; range 0.0-5.0139) than in controls (median 0.4301%; range 0.2125-2.064) (p=0.0194); median manitol excretion in cases was 17.9910% (1.9567-71.5446) and in controls, 24.39894% (range 1.3883-63.0539) (p=0.147) and the lactulose/manitol ratio was of 0.0095 (range 0.0-0.0759) in cases and 0.0153 (0.0-0.0136) in controls (p=0.0698). Maximum means seric rifampin concentration in cases was1.46  0.72 Âg/ml and in controls, 3.07  6.69Âg/ml (p<0.001); maximum means seric isoniazid concentration was 2.62  1.53 Âg/ml in cases and 0.76  1.98 Âg/ml in controls (p=0.057); maximum means seric pirazinamide concentratio was 44.10  10.40 Âg/ml in cases and 12.02  36.32 Âg/ml in controls (p=0.007). Four cases (13.3%) had all tested drugs serum concentrations under expected normal; 21/30 (70.0%) had expected normal concentrations only for one drug (pyrazinamide) and 5/30 (16.7%) for 2 drugs only (pirazinamide and isoniazid). None of the cases had expected concentration levels for all 3 drugs, simultaneously. In conclusion, there was lesion in the functional intestinal barrier and malabsorption for rifampin and isoniazid in active pulmonary TB patients suggesting it is necessary a deeper evaluation of measures to reduce malabsorption, since only these drugs are used during last the four months of treatment

Thesis (Ph.D.); Submitted to Iowa State Univ., Ames, IA (US); 19 Dec 2004. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "IS-T 2134" Meera Jay Desai. US Department of Energy 12/19/2004. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

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A absorção intestinal de fármacos (HIA, na sigla em inglês para human intestinal absorption) é um dos processos farmacocinéticos mais críticos para a ação de medicamentos administrados por via oral. Modelos in vitro baseados em células que mimetizam os enterócitos do intestino humano (células Caco-2), ou aqueles que utilizam membranas articifiais são muito utilizados no estudo da permeabilidade celular de moléculas bioativas. No processo de planejamento de fármacos, estas técnicas são frequentemente empregadas em paralelo com estratégias computacionais na avaliação de propriedades físico-químicas e farmacocinéticas. Nessa tese de doutorado foram desenvolvidos modelos computacionais para a predição da permeabilidade celular de compostos bioativos em células Caco-2 e em membrana artificial paralela (PAMPA, na sigla em inglês para Parallel Artificial Membrane Permeability Assay). Os modelos foram gerados através do método baseado em fragmentos moleculares holograma QSAR (HQSAR). Os indicadores estatísticos obtidos indicam a boa capacidade de correlação dos modelos Caco-2 e PAMPA para os dados utilizados na modelagem e o alto poder de predição destes modelos para a permeabilidade de um conjunto teste de compostos. Adicionalmente, os modelos foram avaliados quanto a sua capacidade preditiva frente a dois conjuntos de validação, constituídos por novas moléculas que foram planejadas e testadas experimentalmente durante o desenvolvimento deste trabalho. Para estes conjuntos, os modelos demonstraram alta capacidade de predição da permebildade tanto em células Caco-2 quanto em ensaios PAMPA. O processo de validação experimental foi essencial para a confirmação da robustez dos modelos desenvolvidos, que serão incorporados à base de dados de propriedades farmacocinéticas PK/DB (http://www.pkdb.ifsc.usp.br/), contribuindo desta forma para o seu aprimoramento. Os métodos computacionais e experimentais utilizados neste projeto permitiram o desenvolvimento de ferramentas úteis para a avaliação da absorção de fármacos administrados por via oral e para o planejamento de moléculas bioativas com propriedades farmacocinéticas otimizadas. / Human intestinal absorption is a critical pharmacokinetics-related parameter for orally given drugs. In vitro models based on Caco-2 cells, which mimetize enterocytes, or those based on the parallel artificial membrane permeability assay (PAMPA) are broadly used in permeability studies of bioactive molecules. In drug discovery projects, these techniques are simultaneously used with computational methods to evaluate physico-chemical and pharmacokinetics properties. In this study, computational models to predict the cellular permeability of bioactive compounds in Caco-2 cells and in PAMPA assays were developed. The models were constructed by using the fragment-based method Hologram Quantitative Structure Activity Relationships (HQSAR). The obtained statistical indexes indicated the suitable correlation ability of the Caco-2 and PAMPA models for the employed data set, and the high predictive power for selected test set compounds. In addition, the HQSAR models were evaluated regarding their predictive ability against two validation sets, which are comprised by novel molecules that were designed and experimentally tested during this study. For these compounds, both the Caco-2 and PAMPA models demonstrated high predictive power. The process of experimental validation was an essential step for confirming the robustness of the developed models, which will be incorporated into the database of pharmacokinetic properties PK/DB (http://www.pkdb.ifsc.usp.br/), thus contributing to its improvement. The developed HQSAR models will be incorporated to the PK/DB pharmacokinetics database (http://www.pkdb.ifsc.usp.br/), thus contributing to its improvement. The molecular modeling and experimental methods employed in this study allowed for the development o robust tools for evaluating intestinal drug absorption and for the design of bioactive molecules with improved pharmacokinetics profiles.

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Cette thèse présente les adaptations spécifiques des hibernants ‘food-storing’ qui s’alimentent au cours de l’hibernation, et les conséquences de la qualité du régime alimentaire sur leur cycle annuel. Tandis que les espèces ‘fat-storing’ jeûnent pendant toute l’hibernation, les ‘food-storing’ alternent jeûnes courts et réalimentations. L’adiponectine stimulerait la lipolyse pendant l’hibernation contribuant ainsi à la cétogenèse. Le maintien d’un système digestif fonctionnel conduisant à la sécrétion d’incrétines, permet l’absorption optimale de nutriments lors des courtes euthermies inter-torpeurs. Une absorption accrue de glucose en particulier permettrait de restaurer la glycémie et les réserves de glycogène. Par ailleurs, un régime appauvri en protéines et enrichi en lipides induit un engraissement augmenté en période pré-hibernatoire provoquant une moindre utilisation de la torpeur donc une perte de masse accrue lors de l’hibernation, et une baisse du succès reproducteur. / This thesis presents the specific adaptations of food-storing hibernators that feed during hibernation, and the impact of diet quality on their annual cycle. In contrast to the fat-Storing species which fast during hibernation, the food-storing presents metabolic responses to an alternation of short fasting phases and hyperphagia. These responses involve one hand use of fat reserves during hibernation contributing to ketogenesis, which would be induced by adiponectin. On the other hand, maintaining a functional digestive system leading to the secretion of incretins, permits optimal nutrient absorption in the short inter-torpor euthermia. Increased glucose uptake in particular would restore body reserves to spare. Moreover, a lean protein diet enriched in fat and induces increased in body mass in pre-hibernation period causing reduced use of torpor thus an increased loss of mass during hibernation, and decreased reproductive success.

O fósforo é um dos minerais mais abundantes no corpo além de ser essencial para muitos processos biológicos. A homeostase do fósforo depende da absorção no intestino, da excreção renal, da remodelação óssea e de hormônios como o paratormônio, calcitriol e FGF-23. Nos pacientes com doença renal crônica, a excreção urinária de fósforo está comprometida levando à hiperfosfatemia, que contribui para o aumento da morbidade e mortalidade desses pacientes. A absorção intestinal de fósforo no intestino delgado, particularmente via cotransportadores NaP-IIb e PiT-1, é pouco estudada. O objetivo desse estudo foi avaliar os efeitos de dietas com diferentes concentrações de fósforo na expressão proteica e gênica dos cotransportadores NaP-IIb e PiT-1, bem como na apoptose dos enterócitos dos diferentes segmentos do intestino delgado de animais controles e urêmicos. Estudamos setenta e seis ratos Wistar machos, inicialmente divididos em dois grupos: controles (C) e urêmicos (Nx). Cada grupo foi subdividido em outros três, de acordo com a concentração de fósforo (P) na dieta: dieta Baixa (0,2%), dieta Padrão (0,54%) e dieta Alta (0,9%). Analisamos parâmetros bioquímicos (creatinina, P, Cai, PTH e FGF-23), a expressão proteica dos cotransportadores, através de Western Blotting, ELISA e imunofluorescência, a expressão gênica por PCR em tempo real e a apoptose dos enterócitos pela técnica TUNEL. Os resultados mostraram que os níveis séricos de creatinina, P, PTH e FGF-23 foram significativamente mais elevados nos animais Nx. Nos animais C com dieta baixa em P observamos aumento da expressão proteica do cotransportador NaP-IIb em todos os segmentos do intestino enquanto, no Nx Baixo, a expressão desse cotransportador foi menor somente no jejuno. Quanto ao PiT-1, sua expressão foi menor no íleo do grupo Nx Alto comparado ao seu respectivo controle. A expressão gênica do cotransportador NaP-IIb foi menor no jejuno do Nx Alto e maior no íleo desse mesmo grupo em relação aos seus respectivos controles. A expressão gênica do PiT-1 foi maior em todos os segmentos do grupo Nx Baixo em relação aos seus controles. Detectamos uma correlação direta entre a expressão gênica do NaP-IIb no jejuno com o fósforo sérico. A expressão gênica do PiT-1 no jejuno correlacionou-se com o fósforo sérico e no duodeno e jejuno, com os níveis séricos de FGF-23. No duodeno e no jejuno, a porcentagem de enterócitos apoptóticos foi maior nos animais Nx Alto comparados aos controles, particularmente no duodeno a porcentagem dessas células também foi maior no grupo Nx Baixo e controle padrão. Já no jejuno, tanto o grupo Nx baixo quanto no Nx Padrão observamos menos células apoptóticas que nos seus respectivos controles. Quando analisamos conjuntamente todos os segmentos intestinais o grupo Nx alto apresentou mais células apoptóticas que o controle e o oposto foi observado nos grupos Nx Baixo e Nx Padrão. Em conclusão, dietas com distintas concentrações de fósforo promovem modificações na expressão proteica e gênica dos cotransportadores NaP-IIb e PiT-1 no intestino delgado que não seguem um padrão uniforme. A sobrecarga de fósforo aumenta a porcentagem de enterócitos apoptóticos nos animais urêmicos / Phosphorus is one of the most abundant minerals in the body besides being essential for many biological processes. Phosphorus homeostasis depends on absorption in the small intestine, renal excretion, bone remodeling and hormones such as parathyroid hormone, calcitriol and FGF-23. In patients with chronic kidney disease phosphorus urinary excretion is compromised leading to hyperphosphatemia, which contributes to increased morbidity and mortality of these patients. Intestinal absorption of phosphorus in the small intestine, particularly of NaP-IIb and PiT-1 cotransporters is poorly studied. The aim of this study was to evaluate the effects of diets with different concentrations of phosphorus in protein expression and gene of NaP-IIb and PiT-1 cotransporters as well as in apoptosis of enterocytes of different segments of intestine in control and uremic animals. We studied seventy-six male Wistar rats initially divided into two groups: controls (C) and uremic (Nx). Each group was subdivided into three others, according to the phosphorus concentration in the diet: Low diet (0.2% P), Standard diet (0.54% P) and High diet (0.9% P). We analyzed biochemical parameters (creatinine, P, iCa, PTH and FGF-23), protein expression of cotransporters, using Western Blot, ELISA, immunofluorescence, real-time PCR and apoptosis of enterocytes using the TUNEL technique. Results showed that serum creatinine, P, PTH and FGF-23 were significantly higher in Nx animals. In C animals with a diet low in P we observed increase in protein expression of NaP-IIb cotransporter in all segments of the intestine while in low Nx expression of this cotransporter was lower only in jejunum. As for PiT-1 expression was lower in the ileum of the high Nx group compared to their respective control. Gene expression of NaP-IIb cotransporter was lower in the jejunum of high Nx and higher in the ileum of the same group as compared to their respective controls. PiT-1 gene expression was higher in all segments of the low Nx group compared to their controls. We detected a direct correlation between the gene expression of NaP-IIb in jejunum and serum phosphorus. Gene expression of PiT-1 correlated with serum phosphorus in the jejunum, and correlated with the serum levels of FGF-23 in the jejunum and duodenum. In the duodenum and jejunum the percentage of apoptotic enterocytes was higher in high Nx animals compared to controls; particularly in the duodenum the percentage of these cells was also higher in low Nx group and standard control. In the jejunum in both low Nx group and standard Nx we observed fewer apoptotic cells than in their respective controls. When we analyze all intestinal segments together the high Nx group had more apoptotic cells than the control, and the opposite was observed in the low Nx group and standard Nx group. In conclusion, diets with different phosphorus concentrations promote changes in protein expression and gene of NaP-IIb and PiT-1 cotransporters in the small intestine that do not follow a uniform pattern. Phosphorus overhead increases the percentage of apoptotic enterocytes in uremic animals