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Drei Verteilungskoeffizienten, die für physiologie-basierte Pharmakokinetik (PBPK)-Modelle relevant sind, wurden mit verschiedenen Ansätzen modelliert. Für den Blut/Luft-Verteilungskoeffizienten wurde ein auf linearen Solvatations-Energie-Beziehungen (LSER) beruhendes Literaturmodell angewendet und diskutiert. Mit einer schematischen Aufteilung des Blutkompartiments in Wasser und einen organischen Teil wurde der Blut/Luft-Verteilungskoeffizient mit einer linearen Regression von anderen Verteilungskoeffizienten vorhergesagt. Zusätzlich wurde ein Fragmentmodell entwickelt. Der Fett/Luft-Verteilungskoeffizient wurde mit dem LSER-Ansatz und mit anderen Verteilungskoeffizienten modelliert. Der Koeffizient Fett/Blut wurde aus den ersten beiden errechnet. Da der inverse dimensionslose Henry-Koeffizient Wasser/Luft-Verteilungskoeffizient bei der Blut/Luft-Modellierung zum Einsatz kommt und dieser aus dem Dampfdruck und der Wasserlöslichkeit gewonnen werden kann, wurde der Dampfdruck ebenfalls modelliert.

HINTERGRUND UND ZIELE: Es ist allgemein anerkannt, dass neben Umweltfaktoren auch erbliche Faktoren in hohem Maße für interindividuelle Unterschiede in der Wirkweise von Arzneimitteln ursächlich sind. Die Spannweite der Arzneimittelwirkung bei gleicher Dosis kann individuell von Therapieversagen bis hin zu toxischer Überdosierung reichen und ist dabei stark von Arzneimittel-metabolisierenden Enzymen und Transportern beeinflusst. Genetische Varianten können teilweise interindividuelle Unterschiede in der Aktivität dieser Enzyme und Transporter erklären. Es bleibt jedoch unbekannt, wie viel der Variation in der Aktivität durch Erblichkeit bedingt ist und nicht durch bereits bekannte genetische Varianten erklärt werden kann. Primäres Ziel der Studie war es, diesen unbekannten erblichen Anteil in der Variation der Aktivität der Enzyme CY2D6 und CYP2C9 sowie des Transporters OATP1B1 zu quantifizieren. METHODEN: Die Erblichkeit in der Variation der Aktivität von CY2D6, CYP2C9 und OATP1B1 wurde in 20 mono- und 9 dizygoten, gleichgeschlechtlichen Zwillingspaaren untersucht. Die Testsubstanzen Metoprolol (CYP2D6) und Torasemid (CYP2C9 und OATP1B1) wurden jedem Studienteilnehmer wiederholt verabreicht und die Fläche unter der Kurve bis unendlich (AUC0-inf) für jedes Medikament und seinen Metaboliten als Marker der Enzym- (CYP2D6, CYP2C9) und Transporter- (OATP1B1) Aktivitäten bestimmt. Erblichkeit wurde mithilfe von Formeln mit den Korrelationskoeffizienten der Geschwister in den Gruppen mono- und dizygote Zwillingspaare, durch eine Strukturgleichungsmodellierung und durch Vergleich der intra- und interindividuellen Variation berechnet. ERGEBNISSE: Es wurde ein hohe Erblichkeit in der Variation der Aktivität von CYP2D6, CYP2C9 und OATP1B1 berechnet. Für CYP2D6 lag die Erblichkeit bei 88,5% -100%, für CYP2C9 und OATP1B1 bei 81% - 100%. Die bekannten genetischen Varianten konnten lediglich einen geringen Anteil der Variation in der AUC0-inf in der Studienpopulation erklären (38,2% durch genetische Varianten in CYP2D6, 6,5% durch genetische Varianten in CYP2C9 und 20,4% durch genetische Varianten in OATP1B1). FAZIT: Die Berechnungen zeigen, dass Erblichkeit einen großen Einfluss auf die Variation in der Aktivität der Enzyme CYP2D6, CYP2C9 und den Transporter OATP1B1 hat. Bekannte genetische Varianten können hiervon nur einen Teil erklären. Weitere Untersuchungen zu genetischen Regulation der Wirkweise von Arzneimitteln erscheinen vielversprechend.

Die Aspergillose ist eine Erkrankung des Respirationstraktes bei Vögeln, vor allem in Gefangenschaft gehaltenen tropischen Papageien, Greifvögeln und Pinguinen. Itraconazol ist hierbei ein häufig eingesetztes Therapeutikum und wird in der Vogelmedizin per os verabreicht (JONES und OROSZ 2000; KELLER 2011). Es zeigten sich gute Wirksamkeiten und Resistenzlagen. Bei über 90 % der Aspergillus fumigatus Isolate aus Wild- und Hausvögeln konnte eine MHK von 0,5 µg/ml eruiert werden (BEERNAERT et al. 2009). Allerdings kam es nach oraler Gabe von Itraconazol zu einem verzögerten Wirkungseintritt sowie, vor allem bei Graupapageien, zu Nebenwirkungen (KRAUTWALD-JUNGHANNS 2011b; PSCHERER 1995). Um ausreichende Wirkspiegel in Lunge und Luftsäcken zu erreichen, ist die Verabreichung einer hohen oralen Dosis notwendig. Dies führt wiederum zu hohen systemischen Konzentrationen und somit zu hohen potenziellen Nebenwirkungen (LUMEIJ et al. 1995). Ein Ziel in der Verbesserung der Therapiemöglichkeiten der Aspergillose ist es daher, einen hohen lokalen Wirkspiegel mit gleichzeitig geringen systemischen Konzentrationen zu erreichen. Ein Ansatz besteht in der inhalativen Verabreichung von z. B. Nanosuspensionen, da hier das Medikament direkt in Lunge/Luftsäcke appliziert werden kann. Ziel dieser Arbeit war die Sammlung von ersten Daten über den Einsatz einer neuartigen Itraconazol-Nanosuspension zur Verabreichung per inhalationem an Tauben (Columba livia f. domestica). Hierzu wurden in einer ersten Studie pharmakokinetische Spiegel in Blut sowie Lungengewebe nach einmaliger Gabe zweier Konzentrationsstufen (1 % und 10 %) erfasst. In der zweiten Studie wurde die Verträglichkeit sowie die Pharmakokinetik nach 14 tägiger Inhalation der Suspension in den Dosierungsstufen 1 %, 4 % und 10 % evaluiert. In der ersten Studie wurden die Tauben in zwei Hauptgruppen sowie eine Placebogruppe randomisiert aufgeteilt und erhielten einmalig über 30 min die Itraconazol-Nanosuspension per inhalationem in den Dosierungsstufen 1 % und 10 % bzw. isotonische Natriumchlorid-Lösung. Keines der Tiere zeigte Nebenwirkungen, die in Zusammenhang mit der Medikation gestellt werden konnten. Zur Erstellung eines pharmakokinetischen Profils wurden Blutproben nach 1 h, 4 h, 24 h, 48 h, 72 h und 96 h sowie Lungengewebe von je vier Tauben nach der Euthanasie entnommen und darin die Itraconazol sowie die OH Itraconazol Konzentrationen bestimmt. Alle vorhandenen Werte zu einem gegebenen Zeitpunkt wurden gemittelt, woraus sich ein zusammengesetztes Profil ergab. Nach singulärer Verabreichung zeigten sich geringe systemische Spiegel mit einer Peak-Konzentration von 0,01 µg/ml Itraconazol 4 h post inhalationem bzw. 0,04 µg/ml OH-Itraconazol 24 h post inhalationem bei der 1%igen Nanosuspension und 0,065 µg/ml Itraconazol 24 h nach der Inhalation bzw. 0,365 µg/ml OH Itraconazol 24 h nach der Inhalation bei der 10%igen Dosierungsgruppe. In den Lungen konnten weitaus höhere Spiegel mit 9,1 µg/g Itraconazol und 0,223 µg/g OH Itraconazol 1 h post inhalationem bei der 1%igen Dosierungsgruppe bzw. 91,13 µg/g Itraconazol 1 h nach der Inhalation und 1,081 µg/g OH Itraconazol 4 h nach der Inhalation bei der 10%igen Dosierungsgruppe detektiert werden. Bei der zweiten Studie wurden die Tiere in drei Hauptgruppen sowie eine Placebogruppe randomisiert aufgeteilt und erhielten 14 Tage lang über je 30 min die Itraconazol-Nanosuspension per inhalationem in den Konzentrationen 1 %, 4 % und 10 % bzw. istotonische Natriumchlorid Lösung. Zur Abklärung der Verträglichkeit wurden die Tiere täglich adspektorisch, sowie alle sieben Tage ausführlich klinisch untersucht. Weiterhin wurden vor und nach der Inhalationsperiode detaillierte Blutuntersuchungen durchgeführt. Bei keiner der Untersuchungen konnten Unverträglichkeitsreaktionen auf das zu testende Medikament festgestellt werden. Auch nach 14 tägiger Gabe konnten im Plasma nur geringe Itraconazol-/OH Itraconazol-Konzentrationen gemessen werden. Aufgrund der teilweise sehr hohen Lungenspiegel (17,14 µg/g bei der 4%igen und 185 µg/g bei der 10%igen Nanosuspension je 24 h post inhalationem) und hohen Eliminationshalbwertszeiten (von über 40 h) sind jedoch hohe und langanhaltende Wirkspiegel am Infektionsort gegeben. Abschließend kann gesagt werden, dass die erlangten Daten über den Einsatz der neuartigen Itraconazol-Nanosuspension zur Verabreichung per inhalationem bei Tauben keine klinischen Nebenwirkungen erkennen ließen und sich ein effektives pharmakokinetisches Profil zeigte. Mit den hohen lokalen Lungenspiegeln nebst geringen systemischen Konzentrationen und somit geringen zu erwartende Nebenwirkungen erscheint das Medikament durchaus zum Einsatz gegen die Aspergillose bei Vögeln geeignet zu sein.

Drei Verteilungskoeffizienten, die für physiologie-basierte Pharmakokinetik (PBPK)-Modelle relevant sind, wurden mit verschiedenen Ansätzen modelliert. Für den Blut/Luft-Verteilungskoeffizienten wurde ein auf linearen Solvatations-Energie-Beziehungen (LSER) beruhendes Literaturmodell angewendet und diskutiert. Mit einer schematischen Aufteilung des Blutkompartiments in Wasser und einen organischen Teil wurde der Blut/Luft-Verteilungskoeffizient mit einer linearen Regression von anderen Verteilungskoeffizienten vorhergesagt. Zusätzlich wurde ein Fragmentmodell entwickelt. Der Fett/Luft-Verteilungskoeffizient wurde mit dem LSER-Ansatz und mit anderen Verteilungskoeffizienten modelliert. Der Koeffizient Fett/Blut wurde aus den ersten beiden errechnet. Da der inverse dimensionslose Henry-Koeffizient Wasser/Luft-Verteilungskoeffizient bei der Blut/Luft-Modellierung zum Einsatz kommt und dieser aus dem Dampfdruck und der Wasserlöslichkeit gewonnen werden kann, wurde der Dampfdruck ebenfalls modelliert.

Die Dissertation beschreibt Arbeiten zur Herstellung neuer Cetrorelixkomplexe, zur Kinetik der dynamischen Liberation, zur Struktur von Aggregaten und Komplexen von Cetrorelix und zur Berechnung von Komplexeigenschaften mit Molecular Modeling. / Presented are results about new complexes of cetrorelix, the kinetics of dynamical liberations, the structure of Cetrorelix aggregates and complexes and the computation of properties of complexes by molecular modeling.

Mehrere Studien wiesen eine Beteiligung der Enzyme CYP2D6, CYP2C19 und CYP2C9 am Metabolismus von trizyklischen Antidepressiva nach. Wir untersuchten die Auswirkungen genetischer Polymorphismen dieser Enzyme auf die Pharmakokinetik von E-, Z-Doxepin und Trimipramin beim Menschen. Eine einzelne orale Dosis von jeweils 75 mg Trimipramin und Doxepin wurde 42 gesunden Probanden verabreicht, die als Schnell- (EM), Intermediär- (IM) und Langsammetabolisierer (PM) von CYP2D6- und CYP2C19-Substraten und als Langsammetabolisierer mit dem CYP2C9-Genotyp *3/*3 genotypisiert worden waren. Die Substrate sowie ihre aktiven Metaboliten wurden mittels HPLC im Plasma gemessen, Daten wurden mit nonparametrischen pharmakokinetischen Methoden analysiert und statistisch ausgewertet. Die mittlere E-Doxepin-Clearance (95%-KI) betrug 406 (390-445), 247 (241-271) and 127 (124-139) l/h bei CYP2D6-EMs, -IMs und –PMs und war auch bei Trägern des CYP2C9*3/*3-Genotyps signifikant niedriger (238 l/h). CYP2C19 beeinflusste die orale Clearance von Z-Doxepin um das 2,5-fache (73 l/h in CYP2C19-PMs verglichen mit 191 l/h bei EMs). Die AUC (0-48h) des aktiven Metaboliten Desmethyldoxepin war vom CYP2D6-Genotyp abhängig mit einem Median von 5,28, 1,35 und 1,28 nmol/l*h bei CYP2D6-PMs, -IMs und –EMs. Die mittlere orale Trimipramin-Clearance betrug 276 l/h (180-444) in der Referenzgruppe aber nur 36 l/h (24-48) bei CYP2D6-PMs. Die AUC von Desmethyltrimipramin war 40-fach höher bei CYP2D6-PMs als bei EMs (1,7 verglichen mit 0,04 mg/l*h bei EMs), aber unter der Nachweisgrenze bei den meisten Probanden mit CYP2C19- oder CYP2C9-Defizienz. Der CYP2D6-Polymorphismus wies eine starke Auswirkung auf die Pharmakokinetik von E-Doxepin und Trimipramin sowie eine ausgeprägte Stereoselektivität bei der Biotransformation von Doxepin auf. CYP2D6-PMs sind möglicherweise einem erhöhten Risiko für unerwünschte Nebenwirkungen ausgesetzt bei der Behandlung mit den EMpfohlenen Dosen dieser Antidepressiva. / Several studies have demonstrated involvement of the enzymes CYP2D6, CYP2C19 and CYP2C9 in the metabolism of tricyclic antidepressants. We studied the effects of genetic polymorphisms in these enzymes on E-,Z-doxepin and trimipramine pharmacokinetics in humans. A single orale dose of each 75 mg timipramine and doxepin was given to 42 healthy volunteers genotyped as extensive (EM), intermediate (IM) and poor (PM) metabolizers of substrates of CYP2D6 and of CYP2C19 and as slow metabolizers with the CYP2C9 genotype *3/*3. E-,Z-doxepin and -desmethyldoxepin as well as trimipramine and desmethyltrimipramine were quantified in plasma by HPLC. Data were analyzed by non-parametric pharmacokinetics and statistics. Mean E-doxepin clearance (95% confidence interval) was 406 (390-445), 247 (241-271) and 127 (124-139) l/h in EMs, IMs and PMs of CYP2D6 and was also significantly lower in carriers of CYP2C9*3/*3 (238 l/h). CYP2C19 was involved in Z-doxepin metabolism with 2.5-fold differences in oral clearances (73 l/h in CYP2C19 PMs compared with 191 l/h in EMs). The AUC (0-48 h) of the active metabolite desmethyldoxepin was dependent on CYP2D6 genotype with a median of 5.28, 1.35 and 1.28 nmol/l*h in PMs, IMs and EMs of CYP2D6. The genetically polymorphic enzymes exhibited highly stereoselective effects on doxepin biotransformation in humans. The median oral clearance of trimipramine was 276 l/h (180-444) in the reference group but only 36 l/h (24-48) in CYP2D6-PMs. The AUC of desmethyltrimipramine was 40-fold greater in CYP2D6 PMs than in the reference group (1.7 vs. 0.04 mg/l*h in EMs), but below the quantification limit in most carriers of deficiencies of CYP2C19 or CYP2C9. The CYP2D6 polymorphism had a strong impact on E-doxepin and trimipramine pharmacokinetics and CYP2D6-PMs might be at an elevated risk for adverse drug effects when treated with common recommended doses of these antidepressants.

Die Beurteilung der Wirkung von Cariporide auf dieEreignis-Wahrscheinlichkeit eines Herzinfarktes oder des Todes imRahmen einer Bypass-Operation ist Gegenstand der Arbeit. DasNHE-Austauschersystem in der Herzmuskelzelle induziert den unterIschämie durch den intrazellulären Protonenüberschusshervorgerufenen Na(+)- und Ca(2+)-Einstrom. Cariporide ist einNHE-Inhibitor, der den unter Ischämie durch die Ca(2+)-Überladunginduzierten Herzmuskelzelltod verzögern soll. In einer kombinierten Phase-II/III-Studie (GUARDIAN, n=11590) war derEinfluss verschiedener intravenöser Dosen von Cariporide auf dieHäufigkeit von Herzinfarkt oder Tod in ACS/NQMI, PTCA undCABG-Patientenkollektiven untersucht worden. Nur die höchstdosierteCABG-Gruppe zeigte eine signifikante Reduktion der Ereignisrate um24,7% (p=0,027) gegenüber Placebo. Diese schwacheDosis-Wirkungs-Beziehung konnte durch eine pharmakokinetische undpharmakodynamische Populationsanalyse in eineKonzentrations-Wirkungs-Beziehung überführt werden. Zur Entwicklungdes Populationsmodells waren verschiedene Submodelle notwendig: 1. Modell für den Zeitverlauf der Ereignisrate: Durch Kombination zweier Weibull-Verteilungen ist es möglich, die beobachteten Daten als Überlebenszeitfunktion nach CABG zu beschreiben. Ein akutes, unmittelbar auf die CABG-Operation zurückzuführendes Risiko wird hier von einem chronischen Risiko unterschieden. 2. Pharmakokinetisches Modell: Ein multiexponentielles populationspharmakokinetisches Modell ist notwendig zur Beschreibung der PK nach iv-Applikation von Cariporide bei Probanden und Patienten. 3. Pharmakodynamisches Modell: Über ein empirisches logistisches Modell wird die Reduktion des akuten Risikos mit der mittleren Cariporide Plasmakonzentration unter der Bypass-Operation verknüpft. In einer Substudie der GUARDIAN-Hauptstudie konnte daspopulationspharmakokinetische Modell aus der früherenPhase-I-Entwicklung mit Probanden für die Patienten validiert werden.Die mit Hilfe der individüllen Dosierung, der demographischen Datenund dem Populationsmodell für die Periode mit dem höchsten Risikowährend der CABG-Operation vorhergesagten mittlerenPlasmakonzentrationen flossen in die Analyse derKonzentrations-Zeit-Abhängigkeit der Ereignis-Wahrscheinlichkeit ein. Eine untere Schwellenkonzentration (0,5mg/l), unterhalb der mitkeinem Effekt zu rechnen ist, wurde bestimmt. Die Daten erlaubten dieSchätzung des maximalen Effekts nur unzureichend. Die maximaleRisikoreduktion von 60% wurde mit einem Konfidenzintervall von29% bis 100% geschätzt. Unter Einsatz einer linearen Näherungdes Hill-Modells wurde eine obere Schwellenkonzentration bei 0,9mg/lbestimmt. Nur 37% aller Patienten der 80mg-Dosisgruppe erreichtenmittlere Konzentrationen oberhalb der unteren Schwellenkonzentration,in der 120mg-Dosisgruppe waren es immerhin schon 75% allerPatienten. Die Infusion von 120mg Cariporide über eine Stunde gefolgt voneiner Erhaltungsdosis von 20mg/h für weitere 47 Stunden sollte bei95% der Patienten während der CABG-Operation zu mittlerenKonzentrationen über der minimal effektiven Konzentration von0,5mg/l führen. Eine auf diese Weise mittels Simulationenoptimierte Dosierungsregel sollte während der CABG-Operation zu einemerhöhten Schutz der Patienten gegen die Folgen ischämischerEreignisse führen. Eine weitere Erhöhung der Erhaltungsdosis aufbis zu 40mg/h mit einer entsprechenden Anpassung der Initialdosissollte 95% der Patienten sogar über die bisher nur unsicher zubestimmende obere Grenzkonzentration von 0,9mg/l bringen. Solltenkeine dosislimitierenden Nebenwirkungen auftreten, kann dieseErhöhung sowohl der Initialdosis als auch der Erhaltungsdosis zueiner weiteren Verbesserung während der Risikoperiode führen undeinen weiteren potentiellen klinischen Vorteil für Cariporideerbringen. / Subject of this analysis is the assessment of the effect of cariporideon the event probability of a myocardial infarction (MI) or death inthe scope of a coronary artery bypass graft. Thesodium-hydrogen-exchange system (NHE) in the myocardial cell inducesthe sodium and calcium influx caused by an ischaemia induced hydrogenoverload. Cariporide is a NHE-inhibitor which is seen to be delayingthe necrosis of myocardial cells caused by the ischaemia inducedcalcium influx. The influence of different intravenous doses of cariporide on thefrequency of MI and death in ACS/NQMI, PTCA, and CABG patients hadbeen investigated in a combined phase II/III trial (GUARDIAN,n=11590). Only the highest dosed CABG-subgroup showed a significantreduction of the event-rate compared to placebo of 24.7% (p=0.027).This weak dose-effect-relationship could be translated into aconcentration-effect relationship by using a populationpharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) analysis. To develop thispopulation model a series of sub-models were established: 1) Model for the time-to-event progression: using a combination of two Weibull-distributions, it was possible to describe the observed data following the CABG procedure by means of a survival-function. An acute risk, likely to be related to the CABG-procedure could be discriminated from a chronic risk. 2) Pharmacokinetic model: a multi-exponential population PK model was necessary to describe the PK after iv-application of cariporide in volunteers as well patients. 3) Pharmacodynamic model: using an empirical logistic model the reduction of the acute risk was linked to the cariporide plasma-concentrations. In a sub-study of the GUARDIAN-main study, the population PK model ofthe phase I development in volunteers had been be validated. Usingthe individual dosing, the individual demographic information and thepopulation PK model mean concentrations were calculated for the periodof the highest risk during the CABG procedure. Those concentrationswere then introduced into the analysis of the concentration timedependency of the event probability. A lower threshold concentration (0.5mg/l) was estimated beneath thatno effect would be expected. The data permitted the estimation of themaximum effect only insufficiently. A maximum risk reduction of 60%was estimated with a confidence interval from 29% to 100%. Using thelinear approximation of the Hill-model an upper thresholdconcentration of 0.9mg/l could be determined. Mean concentrationsunder risk were reached above the lower threshold concentration inonly 37% of all patients in the 80mg dose group, whereas in the 120mgdose-group already 75% of the patients exceeded the lower thresholdconcentration. The infusion of 120mg cariporide for an hour followed by a maintenancedose of 20mg/h for further 47 hours should maintain in 95% of thepatients during the CABG-procedure mean concentrations above theminimal effective concentration of 0.5mg/l. A dose regimen optimisedin this sense by means of simulations should lead to an increasedprotection against ischemic events during and after theCABG-operation. A further increase of the maintenance dose up to40mg/h with a corresponding adaptation of the initial dose shouldshift at least 95% of the patients above the so far impreciseestimated upper threshold concentration of 0.9mg. If no dose limitingside-effects occur, this increase of both the initial dose and themaintenance dose may lead to a further improvement during the riskperiod and may result in a further potential clinical advantage forcariporide.

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