Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2005. / Härtill 5 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2003. / Härtill 5 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

Thesis (Ph.D.)--University of Florida, 2004. / Typescript. Title from title page of source document. Document formatted into pages; contains 139 pages. Includes Vita. Includes bibliographical references.

xvii, 168 p. : ill. A print copy of this thesis is available through the UO Libraries. Search the library catalog for the location and call number. / An acute bout of moderate-intensity dynamic exercise results in a sustained rise in skeletal muscle blood flow from that of pre-exercise levels. This postexercise skeletal muscle hyperemia is mediated by two histamine receptors (subtypes, H 1 and H 2 ). Skeletal muscle glucose uptake is also enhanced, in an insulin-independent manner, following moderate-intensity dynamic exercise. The impact of skeletal muscle hyperemia on glucose regulation following exercise has yet to be examined. Therefore, the purpose of this dissertation was to determine if postexercise skeletal muscle hyperemia plays a substantial role in glucose regulation in humans. In Chapter III I tested my ability to block local H 1 - and H 2 -receptors located in the vastus lateralis muscle in humans. The results demonstrate that I was able to successfully block the increase in local blood flow evoked by compound 48-80 with the combination of the H 1 -receptor antagonist pyrilamine and the H 2 -receptor antagonist cimetidine, administered via skeletal muscle microdialysis. In Chapter IV I sought to determine the effect of local combined H 1 - and H 2 -receptor blockade, administered via skeletal muscle microdialysis, on postexercise interstitial glucose concentrations. My findings indicate postexercise delivery of glucose to the interstitial space of the previously active skeletal muscle is mediated, in part, by local H 1 - and H 2 -receptors. In Chapter V I examined the effect of oral administration of H 1 - and H 2 -receptor antagonists on glucose regulation following a postexercise oral glucose load. The results showed that the glycemic and insulin responses to postexercise oral glucose load were more sustained with H 1 - and H 2 -receptor blockade versus control, suggesting a histaminergic effect on postexercise glucose regulation. / Adviser: John Halliwill

Objetivo: Avaliar a farmacocinética da vildagliptina em animais sadios e diabéticos, através da análise dos níveis plasmáticos totais e livres teciduais, empregando-se a técnica de microdiálise. Metodologia: A doença foi induzida nos animais através da administração de 42mg/kg de aloxano através da via intravenosa (i.v.). A vildagliptina foi administrada nas doses de 50 mg/kg (n = 6) e 75 mg/kg (n = 6) via i.v. nos animais diabéticos e na dose de 50 mg/kg (n = 6) nos animais sadios. As concentrações plasmáticas foram quantificadas por CLAE-EM-EM em método desenvolvido e validado. A ligação às proteínas plasmáticas foi determinada por microdiálise, assim como a avaliação tecidual. As sondas de microdiálise foram calibradas in vitro através de diálise e retrodiálise e in vivo utilizando retrodiálise. Para determinação das concentrações teciduais, uma segunda metodologia foi desenvolvida e validada em CLAE-EM-EM. Avaliações compartimentais (software Scientist ®) e não compartimentais (software Excel ®) foram realizadas. Resultados e Discussão: A ligação as proteínas plasmáticas apresentou um valor médio de 9,44 % ± 3,23, condizente com valores encontrados na literatura. Os valores de Ke, clearance, tempo de meia vida, MRT e VDss não apresentaram diferença estatística significativa entre as diferentes doses administradas nos animais diabéticos e entre os animais sadios. As calibrações in vitro por diálise e retrodiálise apresentaram uma recuperação média de 30%, sem diferença estatística entre as duas metodologias empregadas (α = 0,05). A recuperação in vivo também apresentou o mesmo valor médio de recuperação. A penetração tecidual do fármaco em animais diabéticos para as diferentes doses estudadas apresentou mesmo valor nos tecidos estudados, uma média de 0,20. A penetração tecidual semelhante no animal diabético pode ser devido ao dano similar entre os órgãos sofrido durante a indução da doença. Já os animais sadios apresentaram penetração tecidual similar no músculo sem diferença estatística significativa em relação aos diabéticos, entretanto no fígado foi observada uma penetração quarenta e quatro vezes inferior a observada no músculo. Essa disparidade pode ser atribuída a diferença de expressão de proteínas transportadoras no fígado do animal diabetico quando comparado ao sadio. O perfil farmacocinético plasmático foi semelhante entre os dois grupos avaliados, sendo que os parâmetros não diferiram estatisticamente (α = 0,05). Foi empregado o modelo de dois compartimentos para prever as concentrações teciduais. A previsão supõe concentrações superiores as encontradas experimentalmente, contradizendo dados de literatura. Esses dados são inéditos na literatura e demostram a importância da determinação do fármaco em tecidos alvo, uma vez que nem sempre modelos matemáticos conseguem prever a realidade fisiológica. Conclusões: As metodologias analíticas para quantificação da vildagliptina em microdialisado e plasma foram desenvolvidas e validadas, seguindo os requisitos do FDA. O perfil farmacocinético plasmático foi adequadamente descrito pelo modelo de 2 compartimentos. Os perfis teciduais obtidos nesse trabalho podem contribuir para o melhor entendimento dos mecanismos farmacológicos envolvidos e contribuir para futura otimização de terapias. / Objective: To evaluate the pharmacokinetics of vildagliptin in healthy and diabetic animals using a microdialysis technique. Methodology: Diabetes was induced in animals by administration of 42 mg/kg of alloxan intravenously (iv). Vildagliptin was administered intravenously as 50 mg/kg (n = 6) and 75 mg/kg doses (n = 6) in the diabetic animals and as a 50 mg/kg dose (n = 6) in healthy animals. Plasma concentrations were quantified by a HPLC-MS-MS method developed and validated. The plasma protein binding was determined by microdialysis and tissue evaluation. Microdialysis probes were calibrated in vitro using dialysis and retrodialysis and in vivo using retrodialysis. A second method was developed and validated using HPLC-MS-MS to determine tissue concentrations. Results and Discussion: Mean plasma protein was 9.44% ± 3.23, consistent with values reported in the literature. The values of Ke, clearance, half-life, MRT and Vdss showed no statistical difference between the evaluated doses in diabetic animals and between healthy animals (α = 0.05). Calibrations in vitro by dialysis and retrodialysis showed mean recovery of 30%, with no statistical difference between the two methodologies. Mean recovery in vivo also showed the same value. The tissue penetration of the drug in diabetic animals for the different doses studied showed the same value in both tissues studied, an mean of 0.20. The tissue penetration similar in diabetic animals could be due to the similar damage suffered between organs during induction of the disease. The healthy animals showed similar muscle penetration, compared with diabetics animals, although the liver showed a penetration forty four times lower than muscle. This discrepancy can be attributed to differential expression of transporter proteins in the liver of diabetic animals, when compared to the healthy group. The plasma pharmacokinetic profile was similar between the investigated groups, and the parameters did not differ. The two-compartment model was employed to describe the data and used to predict the concentration in the tissues. This is the first study to present these tissue profiles, which presented concentrations below the estimated by the model. These data demonstrate the importance of determining the drug inside the target tissue, as the mathematical models sometimes cannot predict physiology. Conclusions: The analytical methods for the quantification of vildagliptin in microdialysate and plasma were developed and validated by following the requirements of the FDA. The plasma pharmacokinetic profile was correctly described by the model of two compartmental models. The novel tissue profiles obtained in this study may contribute to a better understanding of the pharmacological mechanisms involved and contribute to optimization of future therapies.

Introdução: A barreira hematoencefálica limita a penetração de compostos farmacologicamente ativos para o cérebro devido à presença de zônulas de oclusão no endotélio cerebral e a expressão de transportadores de influxo e efluxo que modulam o acesso de fármacos para o parênquima cerebral. Nanocápsulas de núcleo lipídico (LNC) tem sido estudadas como carreadores de fármacos para o tecido cerebral devido à capacidade de modulação da farmacocinética desses compostos. Entretanto, ainda pouco se sabe sobre os processos envolvidos nas alterações farmacocinéticas e na distribuição tecidual promovidas por esses transportadores. Objetivo: Pretendeu-se investigar as alterações na farmacocinética plasmática e penetração cerebral da quetiapina (QTP) nanoencapsulada em ratos Wistar. Materiais e Métodos: QLNC (1mg/mL) foram obtidas através da metodologia de nanoprecipitação e apresentaram reduzido tamanho de partícula (143 ± 6 nm), baixo indicie de polidispersão (PI < 0.1), alta eficiência de encapsulação (96%), potencial zeta negativo (-7.65 ± 0.815 mV) e pH ácido. QLNC quando visualizadas por MET apresentaram tamanho esférico, homogêneo com ausência de agregados. Os estudos in vivo desse trabalho foram aprovados pelo CEUA/UFRGS. Análise do plasma total e a utilização da microdiálise para determinação das concentrações plasmáticas e cerebrais livres foram realizadas após administração intravenosa da formulação de nanocápsulas de QTP (5 mg /kg ) (QLCN) ou do fármaco em solução (FQ) (5 mg /kg e 10 mg /kg) na presença e na ausência de 30 mg /kg de probenecida (PB), um inibidor de transportadores de membrana. Métodos validados foram utilizados para a quantificação do fármaco em diferentes matrizes. As concentrações cerebral e hepática totais foram investigadas através da técnica de homogeneizado de tecido. Além disso, a fração livre no plasma (fu) e a penetração nos eritrócitos também foi realizada. Resultados: QTP apresentou farmacocinética linear na faixa de doses investigadas, é um substrato para transportadores de efluxo na BHE. Diferenças foram observadas na fu da QTP até 2 h após administração de QLNC indicando que LNC do tipo III promove uma liberação sustentada do fármaco do carreador. QLNC não foi capaz de alterar o coeficiente de partição nos eritrócitos determinado in vitro. As concentrações cerebrais e hepáticas totais foram aumentadas após administração da formulação de nanocápsulas, porém, as concentrações cerebrais livres não foram alteradas em comparação com o QTP em solução. Após administração de PB o fator de penetração da QTP livre no cérebro foi reduzido de 1,55 ± 0.17 para 0,94 ± 0,15. Porém, essa inibição pela probenecida não teve efeito na penetração cerebral de QLNC (0,88 ± 0,21 – 0,92 ± 0.13) provavelmente devido ao fato da QTP ser carreada pela LNC e não estar disponível para interagir com transportadores. Conclusão: Considerando todos os resultados sugere-se que as LNC do tipo III carreiam a QTP através da circulação sistêmica até o parênquima cerebral. / Introduction: Blood-brain barrier (BBB) hinders the delivery of therapeutics to central nervous system due to the endothelial cells tight junctions, which restrict paracellular transport of substances, and the expression of influx and efflux transporters, which modulate drugs access to the brain. Lipid-core nanocapsules (LNC) have been proposed as drug carriers to improve brain delivery by modulating drug pharmacokinetics (PK). However, little in know about this modulation process and it is not clear whether the LCN carry the drug through the BBB or increase free drug penetration due to changes in the barrier permeability. Objective: The work aimed to investigate the alterations in the model drug quetiapine (QTP) plasma PK and brain penetration following nanoencapsulation into LNC (QLNC) using microdialysis. Methods: QLNC (1 mg.mL-1) were obtained by nanoprecipitation and presented small particle size (143 ± 6 nm), low polidispersion index (PI < 0.1), high incorporation efficiency (96%), negative zeta potential (–7.65 ± 0.815 mV) and acidic pH. TEM photomicrography showed spherically shaped particles and absence of aggregation. Animal studies approved by CEUA/UFRGS. Total plasma and free plasma and brain concentrations, last two determined by microdialysis, were analyzed after QLNC (5 mg/kg) and free drug (FQ – 5 and 10 mg/gk) i.v. dosing to Wistar rats alone or following probenecid (PB), an influx transporter inhibitor, i.v. administration (30 mg/kg). Drug was quantified in all matrices by validate LC/UV methods. Total brain and liver concentration after FQ and QLNC dosing were investigated in tissues homogenate. Furthermore, QTP free fraction (fu) in plasma and erythrocyte penetration were determined. Results: QTP presented linear PK in the dose range investigated and is substrate to influx transporters at the BBB. Differences observed on QTP fu up to 2 h after QLNC dosing indicate a drug slow release in the blood stream loaded into the LNC type III nanocarrier for this period of time. The LNC did not altered QTP erythrocytes partition coefficient. Total brain and liver concentrations were increased after QLNC dosing but free brain concentrations were not altered in comparison with FQ dosing. After PB dosing, QTP brain penetration was reduced from 1.55 ± 0.17 to 0.94 ± 0.15 when FQ was administered but the inhibition of influx transporters had no effect on QLNC brain penetration (0.88 ± 0.21 to 0.92 ± 0.13) probably because QTP is loaded into the LNC and not available to interact with transporters. Conclusions: Taking together these results suggested that LNC type III carries QTP in the blood stream and delivers the drug to the brain.

Objetivos: O objetivo deste trabalho foi desenvolver modelo farmacocinético (popPK) populacional para descrever simultaneamente as concentrações das fluoroquinolonas (levofloxacino – LEV e ciprofloxacino – CIP) no plasma, pulmão e próstata na presença e ausência do inibidor da P-gp tariquidar (TAR) visando determinar a contribuição desse transportador de efluxo na distribuição tecidual desses antimicrobianos. Método: Para alcançar este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: i) foi validado o método analítico de HPLC-fluorescência para quantificação de CIP em amostras de plasma e microdialisado; ii) foram estabelecidas as condições para microdiálise para o CIP e as taxas de recuperação in vitro, por diálise e retrodiálise, e em tecido pulmonar e prostático in vivo por retrodiálise; iii) foi avaliada a farmacocinética do LEV após administração a ratos Wistar via i.v. bolus e por nebulização intratraqueal na dose de 7mg/kg na ausência e após administração prévia de TAR (15 mg/Kg i.v.); iv) foi desenvolvido um modelo popPK para prever as concentrações do LEV simultaneamente no plasma, pulmão e próstata após administração intravenosa e intratraqueal na presença e ausência do TAR; v) foi desenvolvido o modelo popPK para descrever as concentrações de CIP simultaneamente no plasma, pulmão e próstata após administração a ratos Wistar da dose de 7 mg/kg i.v. bolus na presença e ausência de TAR (15 mg/kg i.v.); vi) Para ambos os fármacos os dados foram avaliados por análise não-compartimental e modelados por modelo de quatro compartimentos modificado, com ajuda do software NONMEN®. Resultados e Conclusões. i) Método analítico foi desenvolvido e validado com sucesso para quantificação de CIP em HPLC/fluorescência mostrando-se linear na faixa de 10–2000 ng/mL em plasma e 5–1000 ng/mL em microdialisado com coeficientes de determinação (r2) superiores a 0,99. Os valores obtidos de erro padrão relativo para ensaios de precisão intra e inter-dia foram entre 8,8 e 6,0 %, para microdialisado entre 11,1 e 7,4 % para plasma, respectivamente. Os valores de exatidão foram 86,1% entre 114.3% para microdialisado e 85,6% entre 108,2% para plasma; ii) A avaliação do CIP por microdiálise mostrou recuperação concentração independente (0,25 - 1,5 μg/mL). Além disso, não houve diferença entre as recuperações obtidas por diálise e retrodiálise para o mesmo fluxo. No fluxo selecionado para os experimentos (1,5 μL/min) as recuperações médias por diálise e retrodiálise foram 23,0 ± 2,8% e 22,8 ± 1,6 %, respectivamente. A recuperação relativa das sondas in vivo foi de 11,3 ± 1,9 e 13,1 ± 2,7 % para pulmão e próstata, respectivamente; iii) A análise dos perfis plasmáticos e teciduais LEV após dose intravenosa do grupo controle (sem TAR) mostrou boa penetração tecidual na próstata (ƒT = 0,68) e no pulmão (ƒT = 0,69). Para a mesma via de administração, o grupo TAR mostrou uma penetração praticamente inalterada para o pulmão (ƒT = 0,81) e um aumento de mais de 2 vezes na penetração prostática (ƒT= 1,64). Na dose intratraqueal houve um aumento significativo na biodisponibilidade para o grupo TAR (F = 0,86) em relação ao controle (F = 0,4). Nessa via de administração foi detectado um aumento significativo na exposição (ASC) do pulmão ao LEV no grupo TAR demonstrando que o transporte por efluxo no pulmão é mais relevante quando o fármaco é administrado pela via intratraqueal; iv) Para o LEV, o modelo popPK de quatro compartimentos foi capaz de descrever simultaneamente os dados no plasma, pulmão e próstata na presença e ausência do TAR. Além disso, o modelo para administração intravenosa foi estendido e adaptado para administração intratraqueal. Foi possível analisar o impacto do transporte por efluxo sobre a penetração tecidual do LEV por diferentes vias de administração utilizando o modelo popPK; v) A avaliação do perfil farmacocinético plasmático do CIP após administração intravenosa, na presença e ausência de TAR, demonstrou diferença significativa entre todos os parâmetros calculados por análise não-compartimental, exceto para a constante de velocidade de eliminação (= 0,05). Em relação à penetração tecidual do CIP na próstata e pulmão, não houve alteração significativa nos parâmetros de eliminação e exposição tecidual do fármaco na presença do inibidor de efluxo TAR ( = 0,05), demonstrando que o transporte por efluxo possui papel minoritário no processo de distribuição do fármaco para os tecidos estudados. O modelo popPK de quatro compartimentos foi capaz de descrever as concentrações plasmáticas totais, livres no pulmão e próstata em presença e ausência de TAR, simultaneamente; vi) O modelo popPK desenvolvido permitiu o estudo mais profundo do processo de distribuição do LEV e do CIP no pulmão e próstata. / Objectives: The aim of this study was to develop a population pharmacokinetic model (popPK) able to simultaneously describe fluoroquinolones (levofloxacin – LEV and ciprofloxacin – CIP) concentrations in plasma, lung and prostate in the presence and absence of the inhibitor of P-gp tariquidar (TAR) to determine the contribution of this efflux transporter on the tissue distribution of these antimicrobials. Methods: To achieve this goal the following steps were taken: i) An analytical method by HPLC-fluorescence was developed and validated for CIP analysis in plasma and microdialysate samples; ii) microdialysis conditions were established for CIP including determination of in vitro relative recovery by dialysis and retrodialysis. The relative recovery was also determined in vivo, in lung and prostate, by retrodialysis; iii) LEV pharmacokinetics was evaluated after intravenous (i.v.) bolus and intratracheal (i.t.) administration of 7 mg/kg dose alone and following TAR administration (15 mg/kg i.v.) to Wistar rats; iv) a popPK model was developed to describe and predict LEV concentrations in plasma, lung and prostate following i.v. and i.t. dosing with and without TAR co-administration; v) the popPK model developed was used to describe CIP concentrations in plasma, lung and prostate after i.v. bolus administration of 7 mg/kg in presence and absence of TAR; vi) For both drugs non-compartmental analysis was performed besides data modeling by four compartment model using NONMEN®. Results and Conclusions i) The analytical method was developed and successfully validated for quantification of CIP by HPLC/fluorescence. The method was linear in the range of 10-2000 ng/mL in plasma and 5-1000 ng/mL in tissues microdialysate samples with coefficients of determination (r2) higher than 0.99. The relative standard error (RSD) obtained for intra and inter-day precision were lower than 8.8% and 6.0% for microdialysate and lower than 11.1 and 7.4% for plasma, respectively. The accuracy was 86.1% to 114.3% for microdialysate and 85.6 to 108.2 % for plasma samples; ii) the evaluation of CIP microdialysis probes relative recovery in vitro showed that the recovery was concentration independent (0.25 to 1.5 μg/mL). In addition, there was no statistical difference between the recoveries determined by dialysis and retrodialysis at the same flow rate. Using the selected flow rate (1.5 μL/min) the recoveries by dialysis and retrodialysis were 23.0 ± 2.8% and 22.8 ± 1.6%, respectively. CIP relative recoveries in vivo by retrodialysis were 11.3 ± 1.9 and 13.1 ± 2.7% for lung and prostate, respectively; iii) the analysis of LEV plasma and tissues concentration-time profiles after i.v. dosing showed a good tissue penetration of LEV in the prostate (ƒT = 0.68) and lung (ƒT = 0.69). For the same route of administration, TAR group showed virtually the same penetration into lung (ƒT = 0.81) and an increase of over 2 fold in drug levels in prostate (ƒT = 1.64). For the i.t. dose, there was a significant increase on LEV bioavailability for TAR group (F = 0.86) compared to control (F = 0.4). Furthermore, a significant increase was detected on lung exposure to LEV for TAR group indicating that efflux transport in the lung is more relevant when the drug is administered by the i.t. route; iv) For LEV, a four compartment model was able to describe the data simultaneously in plasma, lung and prostate in the presence and absence of TAR. Moreover, the intravenous model was extended to adapt the intratracheal dosing route. The popPK model allowed to analyze the impact of efflux transport on tissue LEV penetration of different routes of administration; v) the evaluation of plasma CIP profiles after i.v. dosing with and without TAR showed a significant difference in all parameters determined by non-compartmental analysis in the TAR group, except the elimination rate constant (α = 0.05). The CIP tissue penetration in prostate and lung, no significant difference was observed in tissues exposure and elimination rate when TAR was present demonstrating that efflux transporter play a minor role on CIP distribution to tissues investigated (α = 0.05). The popPK model with four compartments was able to describe CIP concentrations in plasma, lung and prostate in the presence and absence of TAR, simultaneously; vi) the popPK model developed allowed a more detailed investigation of LEV and CIP distribution process in lung and prostate.

Introdução: A barreira hematoencefálica limita a penetração de compostos farmacologicamente ativos para o cérebro devido à presença de zônulas de oclusão no endotélio cerebral e a expressão de transportadores de influxo e efluxo que modulam o acesso de fármacos para o parênquima cerebral. Nanocápsulas de núcleo lipídico (LNC) tem sido estudadas como carreadores de fármacos para o tecido cerebral devido à capacidade de modulação da farmacocinética desses compostos. Entretanto, ainda pouco se sabe sobre os processos envolvidos nas alterações farmacocinéticas e na distribuição tecidual promovidas por esses transportadores. Objetivo: Pretendeu-se investigar as alterações na farmacocinética plasmática e penetração cerebral da quetiapina (QTP) nanoencapsulada em ratos Wistar. Materiais e Métodos: QLNC (1mg/mL) foram obtidas através da metodologia de nanoprecipitação e apresentaram reduzido tamanho de partícula (143 ± 6 nm), baixo indicie de polidispersão (PI < 0.1), alta eficiência de encapsulação (96%), potencial zeta negativo (-7.65 ± 0.815 mV) e pH ácido. QLNC quando visualizadas por MET apresentaram tamanho esférico, homogêneo com ausência de agregados. Os estudos in vivo desse trabalho foram aprovados pelo CEUA/UFRGS. Análise do plasma total e a utilização da microdiálise para determinação das concentrações plasmáticas e cerebrais livres foram realizadas após administração intravenosa da formulação de nanocápsulas de QTP (5 mg /kg ) (QLCN) ou do fármaco em solução (FQ) (5 mg /kg e 10 mg /kg) na presença e na ausência de 30 mg /kg de probenecida (PB), um inibidor de transportadores de membrana. Métodos validados foram utilizados para a quantificação do fármaco em diferentes matrizes. As concentrações cerebral e hepática totais foram investigadas através da técnica de homogeneizado de tecido. Além disso, a fração livre no plasma (fu) e a penetração nos eritrócitos também foi realizada. Resultados: QTP apresentou farmacocinética linear na faixa de doses investigadas, é um substrato para transportadores de efluxo na BHE. Diferenças foram observadas na fu da QTP até 2 h após administração de QLNC indicando que LNC do tipo III promove uma liberação sustentada do fármaco do carreador. QLNC não foi capaz de alterar o coeficiente de partição nos eritrócitos determinado in vitro. As concentrações cerebrais e hepáticas totais foram aumentadas após administração da formulação de nanocápsulas, porém, as concentrações cerebrais livres não foram alteradas em comparação com o QTP em solução. Após administração de PB o fator de penetração da QTP livre no cérebro foi reduzido de 1,55 ± 0.17 para 0,94 ± 0,15. Porém, essa inibição pela probenecida não teve efeito na penetração cerebral de QLNC (0,88 ± 0,21 – 0,92 ± 0.13) provavelmente devido ao fato da QTP ser carreada pela LNC e não estar disponível para interagir com transportadores. Conclusão: Considerando todos os resultados sugere-se que as LNC do tipo III carreiam a QTP através da circulação sistêmica até o parênquima cerebral. / Introduction: Blood-brain barrier (BBB) hinders the delivery of therapeutics to central nervous system due to the endothelial cells tight junctions, which restrict paracellular transport of substances, and the expression of influx and efflux transporters, which modulate drugs access to the brain. Lipid-core nanocapsules (LNC) have been proposed as drug carriers to improve brain delivery by modulating drug pharmacokinetics (PK). However, little in know about this modulation process and it is not clear whether the LCN carry the drug through the BBB or increase free drug penetration due to changes in the barrier permeability. Objective: The work aimed to investigate the alterations in the model drug quetiapine (QTP) plasma PK and brain penetration following nanoencapsulation into LNC (QLNC) using microdialysis. Methods: QLNC (1 mg.mL-1) were obtained by nanoprecipitation and presented small particle size (143 ± 6 nm), low polidispersion index (PI < 0.1), high incorporation efficiency (96%), negative zeta potential (–7.65 ± 0.815 mV) and acidic pH. TEM photomicrography showed spherically shaped particles and absence of aggregation. Animal studies approved by CEUA/UFRGS. Total plasma and free plasma and brain concentrations, last two determined by microdialysis, were analyzed after QLNC (5 mg/kg) and free drug (FQ – 5 and 10 mg/gk) i.v. dosing to Wistar rats alone or following probenecid (PB), an influx transporter inhibitor, i.v. administration (30 mg/kg). Drug was quantified in all matrices by validate LC/UV methods. Total brain and liver concentration after FQ and QLNC dosing were investigated in tissues homogenate. Furthermore, QTP free fraction (fu) in plasma and erythrocyte penetration were determined. Results: QTP presented linear PK in the dose range investigated and is substrate to influx transporters at the BBB. Differences observed on QTP fu up to 2 h after QLNC dosing indicate a drug slow release in the blood stream loaded into the LNC type III nanocarrier for this period of time. The LNC did not altered QTP erythrocytes partition coefficient. Total brain and liver concentrations were increased after QLNC dosing but free brain concentrations were not altered in comparison with FQ dosing. After PB dosing, QTP brain penetration was reduced from 1.55 ± 0.17 to 0.94 ± 0.15 when FQ was administered but the inhibition of influx transporters had no effect on QLNC brain penetration (0.88 ± 0.21 to 0.92 ± 0.13) probably because QTP is loaded into the LNC and not available to interact with transporters. Conclusions: Taking together these results suggested that LNC type III carries QTP in the blood stream and delivers the drug to the brain.

Objetivos: O objetivo deste trabalho foi desenvolver modelo farmacocinético (popPK) populacional para descrever simultaneamente as concentrações das fluoroquinolonas (levofloxacino – LEV e ciprofloxacino – CIP) no plasma, pulmão e próstata na presença e ausência do inibidor da P-gp tariquidar (TAR) visando determinar a contribuição desse transportador de efluxo na distribuição tecidual desses antimicrobianos. Método: Para alcançar este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: i) foi validado o método analítico de HPLC-fluorescência para quantificação de CIP em amostras de plasma e microdialisado; ii) foram estabelecidas as condições para microdiálise para o CIP e as taxas de recuperação in vitro, por diálise e retrodiálise, e em tecido pulmonar e prostático in vivo por retrodiálise; iii) foi avaliada a farmacocinética do LEV após administração a ratos Wistar via i.v. bolus e por nebulização intratraqueal na dose de 7mg/kg na ausência e após administração prévia de TAR (15 mg/Kg i.v.); iv) foi desenvolvido um modelo popPK para prever as concentrações do LEV simultaneamente no plasma, pulmão e próstata após administração intravenosa e intratraqueal na presença e ausência do TAR; v) foi desenvolvido o modelo popPK para descrever as concentrações de CIP simultaneamente no plasma, pulmão e próstata após administração a ratos Wistar da dose de 7 mg/kg i.v. bolus na presença e ausência de TAR (15 mg/kg i.v.); vi) Para ambos os fármacos os dados foram avaliados por análise não-compartimental e modelados por modelo de quatro compartimentos modificado, com ajuda do software NONMEN®. Resultados e Conclusões. i) Método analítico foi desenvolvido e validado com sucesso para quantificação de CIP em HPLC/fluorescência mostrando-se linear na faixa de 10–2000 ng/mL em plasma e 5–1000 ng/mL em microdialisado com coeficientes de determinação (r2) superiores a 0,99. Os valores obtidos de erro padrão relativo para ensaios de precisão intra e inter-dia foram entre 8,8 e 6,0 %, para microdialisado entre 11,1 e 7,4 % para plasma, respectivamente. Os valores de exatidão foram 86,1% entre 114.3% para microdialisado e 85,6% entre 108,2% para plasma; ii) A avaliação do CIP por microdiálise mostrou recuperação concentração independente (0,25 - 1,5 μg/mL). Além disso, não houve diferença entre as recuperações obtidas por diálise e retrodiálise para o mesmo fluxo. No fluxo selecionado para os experimentos (1,5 μL/min) as recuperações médias por diálise e retrodiálise foram 23,0 ± 2,8% e 22,8 ± 1,6 %, respectivamente. A recuperação relativa das sondas in vivo foi de 11,3 ± 1,9 e 13,1 ± 2,7 % para pulmão e próstata, respectivamente; iii) A análise dos perfis plasmáticos e teciduais LEV após dose intravenosa do grupo controle (sem TAR) mostrou boa penetração tecidual na próstata (ƒT = 0,68) e no pulmão (ƒT = 0,69). Para a mesma via de administração, o grupo TAR mostrou uma penetração praticamente inalterada para o pulmão (ƒT = 0,81) e um aumento de mais de 2 vezes na penetração prostática (ƒT= 1,64). Na dose intratraqueal houve um aumento significativo na biodisponibilidade para o grupo TAR (F = 0,86) em relação ao controle (F = 0,4). Nessa via de administração foi detectado um aumento significativo na exposição (ASC) do pulmão ao LEV no grupo TAR demonstrando que o transporte por efluxo no pulmão é mais relevante quando o fármaco é administrado pela via intratraqueal; iv) Para o LEV, o modelo popPK de quatro compartimentos foi capaz de descrever simultaneamente os dados no plasma, pulmão e próstata na presença e ausência do TAR. Além disso, o modelo para administração intravenosa foi estendido e adaptado para administração intratraqueal. Foi possível analisar o impacto do transporte por efluxo sobre a penetração tecidual do LEV por diferentes vias de administração utilizando o modelo popPK; v) A avaliação do perfil farmacocinético plasmático do CIP após administração intravenosa, na presença e ausência de TAR, demonstrou diferença significativa entre todos os parâmetros calculados por análise não-compartimental, exceto para a constante de velocidade de eliminação (= 0,05). Em relação à penetração tecidual do CIP na próstata e pulmão, não houve alteração significativa nos parâmetros de eliminação e exposição tecidual do fármaco na presença do inibidor de efluxo TAR ( = 0,05), demonstrando que o transporte por efluxo possui papel minoritário no processo de distribuição do fármaco para os tecidos estudados. O modelo popPK de quatro compartimentos foi capaz de descrever as concentrações plasmáticas totais, livres no pulmão e próstata em presença e ausência de TAR, simultaneamente; vi) O modelo popPK desenvolvido permitiu o estudo mais profundo do processo de distribuição do LEV e do CIP no pulmão e próstata. / Objectives: The aim of this study was to develop a population pharmacokinetic model (popPK) able to simultaneously describe fluoroquinolones (levofloxacin – LEV and ciprofloxacin – CIP) concentrations in plasma, lung and prostate in the presence and absence of the inhibitor of P-gp tariquidar (TAR) to determine the contribution of this efflux transporter on the tissue distribution of these antimicrobials. Methods: To achieve this goal the following steps were taken: i) An analytical method by HPLC-fluorescence was developed and validated for CIP analysis in plasma and microdialysate samples; ii) microdialysis conditions were established for CIP including determination of in vitro relative recovery by dialysis and retrodialysis. The relative recovery was also determined in vivo, in lung and prostate, by retrodialysis; iii) LEV pharmacokinetics was evaluated after intravenous (i.v.) bolus and intratracheal (i.t.) administration of 7 mg/kg dose alone and following TAR administration (15 mg/kg i.v.) to Wistar rats; iv) a popPK model was developed to describe and predict LEV concentrations in plasma, lung and prostate following i.v. and i.t. dosing with and without TAR co-administration; v) the popPK model developed was used to describe CIP concentrations in plasma, lung and prostate after i.v. bolus administration of 7 mg/kg in presence and absence of TAR; vi) For both drugs non-compartmental analysis was performed besides data modeling by four compartment model using NONMEN®. Results and Conclusions i) The analytical method was developed and successfully validated for quantification of CIP by HPLC/fluorescence. The method was linear in the range of 10-2000 ng/mL in plasma and 5-1000 ng/mL in tissues microdialysate samples with coefficients of determination (r2) higher than 0.99. The relative standard error (RSD) obtained for intra and inter-day precision were lower than 8.8% and 6.0% for microdialysate and lower than 11.1 and 7.4% for plasma, respectively. The accuracy was 86.1% to 114.3% for microdialysate and 85.6 to 108.2 % for plasma samples; ii) the evaluation of CIP microdialysis probes relative recovery in vitro showed that the recovery was concentration independent (0.25 to 1.5 μg/mL). In addition, there was no statistical difference between the recoveries determined by dialysis and retrodialysis at the same flow rate. Using the selected flow rate (1.5 μL/min) the recoveries by dialysis and retrodialysis were 23.0 ± 2.8% and 22.8 ± 1.6%, respectively. CIP relative recoveries in vivo by retrodialysis were 11.3 ± 1.9 and 13.1 ± 2.7% for lung and prostate, respectively; iii) the analysis of LEV plasma and tissues concentration-time profiles after i.v. dosing showed a good tissue penetration of LEV in the prostate (ƒT = 0.68) and lung (ƒT = 0.69). For the same route of administration, TAR group showed virtually the same penetration into lung (ƒT = 0.81) and an increase of over 2 fold in drug levels in prostate (ƒT = 1.64). For the i.t. dose, there was a significant increase on LEV bioavailability for TAR group (F = 0.86) compared to control (F = 0.4). Furthermore, a significant increase was detected on lung exposure to LEV for TAR group indicating that efflux transport in the lung is more relevant when the drug is administered by the i.t. route; iv) For LEV, a four compartment model was able to describe the data simultaneously in plasma, lung and prostate in the presence and absence of TAR. Moreover, the intravenous model was extended to adapt the intratracheal dosing route. The popPK model allowed to analyze the impact of efflux transport on tissue LEV penetration of different routes of administration; v) the evaluation of plasma CIP profiles after i.v. dosing with and without TAR showed a significant difference in all parameters determined by non-compartmental analysis in the TAR group, except the elimination rate constant (α = 0.05). The CIP tissue penetration in prostate and lung, no significant difference was observed in tissues exposure and elimination rate when TAR was present demonstrating that efflux transporter play a minor role on CIP distribution to tissues investigated (α = 0.05). The popPK model with four compartments was able to describe CIP concentrations in plasma, lung and prostate in the presence and absence of TAR, simultaneously; vi) the popPK model developed allowed a more detailed investigation of LEV and CIP distribution process in lung and prostate.