Objetivos: O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um modelo farmacocinético/farmacodinâmico (PK/PD) para descrever o efeito antifúngico voriconazol (VRC) contra espécies de Candida. Método: Para alcançar este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: i) foi adaptado e padronizado modelo de candidíase disseminada em ratos Wistar imunocompetentes e imunocomprometidos com Candida sp.; ii) foram validados métodos analíticos de LC-MS/MS e LC-UV para o doseamento do VRC em amostras de plasma e microdialisado de tecido; iii) foram estabelecidas as condições para microdiálise do VRC e as taxas de recuperação in vitro, por perda e ganho, e em tecido renal in vivo, por retrodiálise, foram determinadas; iv) foi avaliada a PK não-linear do VRC após administração i.v. bolus das doses de 2,5, 5 e 10 mg/kg e a biodisponibilidade oral foi determinada em roedores; v) a penetração renal do VRC após administração oral das doses de 40 e 60 mg/kg foi determinada em ratos Wistar sadios e infectados com C. albicans ou C. krusei; e (vi) o perfil fungistático do VRC contra C. albicans e C. krusei foi determinado utilizando modelo de infecção experimental in vitro onde foram simuladas as concentrações livres renais do VRC esperadas em humanos após administração oral e i.v. de diferentes posologias. Os dados de cinética e dinâmica obtidos foram modelados com equação de Emax modificada, com auxílio do Scientist®. Resultados e Conclusões: i) O modelo de candidíase disseminada foi adaptado com sucesso para ratos Wistar. C. albicans apresentou maior virulência com Log UFC/g de tecido renal de 5,51 ± 0,56 e 7,29 ± 0,26, após 2 e 7 dias de infecção em animais imunocompetentes, respectivamente. Em animais imunocomprometidos a contagem foi de 6,43 ± 0,59 Log UFC/g após 2 dias de infecção, com morte de todo o grupo dentro de 4 dias. As espécies não-albicans (C. krusei e C. glabrata) apresentaram um perfil de infecção semelhante em animais imunocompetentes (Log UFC/g = 2,98 ± 0,27 para C. krusei e 2,48 ± 0,46 para C. glabrata). Entretanto, nos animais imunocomprometidos, C. krusei promoveu morte de todo o grupo em até 7 dias, enquanto C. glabrata causou apenas um aumento no grau de infecção (Log UFC/g = 6,98 ± 0,48). ii) Os métodos analíticos por LC-UV e LCMS/ MS para quantificação do VRC foram validados. As curvas de calibração foram lineares na faixa de 50 a 2500 ng/mL (r > 0,98) para ambos os métodos. Os ensaios de precisão intra e inter-dia foram > 94,9 e 95,8 %, para microdialisado por HPLC-UV e > 87,5 e 92,3 % para LC-MS/MS em plasma, respectivamente. A exatidão foi > 89,1 % para HPLC-UV e > 88,4 % para LC-MS/MS. iii) A avaliação do VRC por microdiálise mostrou que a recuperação é concentração independente (0,1–2,0 μg/mL). O VRC entretanto, devido a sua moderada lipofilia, liga-se às tubulações do sistema de microdiálise, gerando diferenças entre a recuperação determinada pelo método de perda (retrodiálise) e de ganho (diálise) in vitro, as quais puderam ser corrigidas após o cálculo do coeficiente de ligação do fármaco ao sistema. A recuperação in vivo após correção da ligação ao sistema foi de 24,5 ± 2,8 % iv) A análise dos perfis de plasmáticos do VRC obtidos em ratos Wistar após administração oral mostrou comportamento não-linear, compatível com saturação de eliminação. A avaliação compartimental dos perfis i.v. de diferentes doses, utilizando modelo de três compartimentos com eliminação de Michaelis-Menten, permitiu a determinação da constante de Michaelis (KM) de 0,58 μg/mL e da velocidade máxima da eliminação (VM) de 2,63 μg/h, em média. A modelagem simultânea dos dados plasmáticos (40 mg/kg) e i.v. (10 mg/kg) permitiu a determinação da biodisponibilidade oral do VRC em ratos, que foi de 82,8%. v) A fração de penetração renal do VRC, determinada por microdiálise em ratos sadios e infectados, foi de 0,34 ± 0,01, similar a fração livre do fármaco no plasma (0,34), indicando que as concentrações livres renais de VRC são semelhantes às concentrações livres plasmáticas e que as mesmas não se modificam devido a infecções causadas por Candida sp. vi) Os parâmetros da modelagem PK/PD do efeito do VRC contra espécies de Candida em modelo de infecção experimental in vitro obtidos foram: CE50 de 2,96 μg/mL e Kmax = 0,26 h-1 para C. albicans e CE50 de 3,47 μg/mL e Kmax = 0,51 h-1 para C. krusei. Houve diferença estatística apenas no Kmax para as duas espécies (α = 0,05) indicando uma maior suscetibilidade da C. krusei ao VRC. O modelo PK/PD de Emax modificado utilizado foi capaz de descrever adequadamente os perfis de inibição do crescimento de Candida sp em função do tempo, para todos os regimes terapêuticos do VRC avaliados, podendo ser usado para otimização da terapia com esse fármaco. / Objectives: The aim of this work was the development of a pharmacokineticpharmacodynamic model (PK/PD) to describe the fungistatic effect of voriconazole (VRC) against Candida species. Method: To reach this objective, the following steps were done: i) a disseminated candidiasis model to immunocompetent and immunocompromised Wistar rats with Candida sp was adapted and standardized; ii) analytical methods of LC-MS/MS and LC-UV for measurement of VRC in plasma and microdialysate tissue samples were validated; iii) microdialysis conditions of VRC and the recoveries rate in vitro, by loss and gain, in renal tissue in vivo, by retrodialysis, were determined; iv) the non-linear PK of VRC after i.v. bolus administration of 2.5, 5 e 10 mg/kg doses were evaluated and the oral bioavailability in rodents was estimated; v) tissue penetration of VRC after oral administration of 40 and 60 mg/kg was determined in healthy and infected by C. albicans or C. krusei Wistar male rats; vi) the fungistatic profile of VRC against C. albicans and C. krusei was determined using a experimental infection model in vitro, where the free renal concentrations of VRC expected in humans after oral and iv administration of different dosing regimens were simulated. The kinetic and dynamic data obtained were modeled using an Emax modified model, with aid of Scientist®. Results and Conclusions: i) The disseminated candidiasis model was successfully adapted to Wistar rats. C. albicans showing high virulence with Log CFU/g of renal tissue of 5.51 ± 0.56 and 7.29 ± 0.26, after 2 and 7 days of infection in immunocompetent animals, respectively. In immunocompromised animals, the counting was 6.43 ± 0.59 Log CFU/g after 2 days of infection, with whole group death within 4 days. Non-albicans especies (C. krusei e C. glabrata) showed a similar infection profile in immunocompetent and immunocompromised animals (Log CFU/g = 2.98 ± 0.27 to C. krusei e 2.48 ± 0.46 to C. glabrata). However, in immunocompromised animals, C. krusei causes death in the whole group up to 7 days, instead, C. glabrata causes only a low increase in the infection degree (Log CFU/g = 6.98 ± 0.48). ii) The analytical methods of HPLC-UV and LC-MS/MS to VRC quantification were validated. Linearity was between 50 - 2500 range ng/mL (r > 0.98) for both methods. The intra and inter-day precision assays were > 94.9 e 95.8 %, for microdialysate using LC-UV and > 87.5 e 92.3 % using LCxx MS/MS for plasma, respectively. The accuracy was > 89.1 % for HPLC-UV and > 88.4 % for LC-MS/MS. iii) The evaluation of VRC by microdialysis showed that recovery is concentration independent (0.1–2 μg/mL). VRC, however, due to its moderate lipophilic characteristic, binds to the microdialysis system tubing’s, generating differences between recoveries determined by loss (retrodialysis) and gain (dialysis) in vitro methods, which could be corrected after determination of drug’s binding coefficient to the system. The in vivo recovery determined after correction of system binding was 24.5 ± 2.8 %. iv) VRC plasma profiles analysis obtained from Wistar rats after oral administration showed a nonlinear behavior, compatible with saturable elimination. The compartmental evaluation of i.v. profiles in different doses, employing the a compartment model with Michaelis-Menten elimination, allowed to determine the Michaelis-Menten constant (KM) of 0.58 μg/mL and the maximum velocity (VM) of 2.63 μg/h, in average. The simultaneous modeling of oral (40 mg/kg) and iv (10 mg/kg) plasma data allowed the determination of the oral bioavailability of VRC in rats, equal to 82.8%. v) The VRC renal penetration fraction, determined by microdialysis in healthy and infected rats, was 0.34 ± 0.01, similar to the free unbound fraction in plasma (0.34), showing that VRC free renal concentration levels are similar to the unbound plasma concentrations and that did not change due the infection associated to Candida sp. vi) The parameters of PK-PD modeling of VRC effect against Candida species in the in vitro experimental infection model obtained were: EC50 de 2.97 μg/mL and Kmax = 0.203 h−1 to C. albicans and EC50 of 3.47 μg/mL and Kmax = 0.51 h−1 to C. krusei. There is a statistical difference only in Kmax value for the two species (α = 0.05), showing a higher susceptibility of C. krusei to VRC. The PK/PD Emax modified model employed was able to describe adequately the growth inhibition profiles of Candida sp in function of time, for all VRC dosing regimens evaluated, and can be used for therapy optimization with this drug.

Objetivos: Avaliar a adequabilidade do modelo farmacocinético-farmacodinâmico (PK-PD) (NOLTING et al., 1996b) para modelar o efeito bactericida da piperacilina (PIP) em ratos Wistar infectados experimentalmente com Escherichia coli ATCC 25922. Metodologia: Experimentos de Farmacocinética: Determinou-se as concentrações plasmáticas totais e livres teciduais de PIP, através de microdiálise (MD), após administração de 240 mg/kg i.v. bolus a ratos Wistar granulocitopênicos (ciclofosfamida) infectados no músculo esquelético (105 UFC/mL) com E. coli. As amostras de plasma e de MD foram analisadas por CLAE. As sondas de MD foram calibradas por retrodiálise. Experimentos de Farmacodinâmica: Os animais imunodeprimidos e infectados foram tratados com PIP nas doses de 120 ou 240 mg/kg, em intervalos de 4/4, 6/6 e 8/8 horas por 24 h. Em tempos pré-determinados, os animais foram sacrificados (n = 3/tempo), o músculo infectado foi retirado, homogeneizado e o número de UFC/mL foi determinado em placas de ágar-sangue, após diluições sucessivas. Um grupo não tratado foi utilizado como controle. Modelagem PK-PD: A partir dos dados farmacocinéticos e farmacodinâmicos obtidos, avaliou-se efeito de morte bacteriana em função do tempo com o auxílio do programa de regressão não-linear SCIENTIST® v.2.0. Resultados e Discussão: Os parâmetros farmacocinéticos após a administração de PIP (240 mg/kg) foram t½ de 40 ± 8 min; CL de 0,46 ± 0,021 (L/h/kg) e um Vdss de 0,30 ± 0,06 L/kg. O perfil de PIP livre tecidual foi previsto a partir dos parâmetros plasmáticos utilizando ajuste simultâneo dos dados de plasma e tecido e um fator de proporcionalidade de 0,342 ± 0,101. Os parâmetros do modelo PK-PD obtidos foram: EC50 de 1,31 ± 0,27 μg/mL e kmax 1,39 ± 0,20 h-1. Os valores dos parâmetros da modelagem PK-PD obtidos in vivo diferiram dos descritos na literatura para o mesmo antibiótico e bactéria quando simulados in vitro. Conclusões: O modelo Emax-modificado descreveu os perfis de crescimento e morte bacteriana em função do tempo obtidos nas diferentes posologias testadas sendo adequado para modelagem PK-PD da piperacilina nas condições experimentais investigadas. / Purpose: The objective of this study was to model the killing effect of a β-lactam antibiotic, piperacillin (PIP), in neutropenic and E. coli ATCC 25922 infected rats after different dosing regimens using a modified Emax PK-PD model. Methodology: Pharmacokinetic studies: Total plasma and free tissue concentrations of PIP, determined by microdialysis, were investigated after i.v. bolus of 240 mg/kg of the drug to immunecompromised (cyclophosphamide) and E. coli infected (107 CFU) Wistar rats. Microdialysis probes recoveries were determined by retrodialysis. Plasma and tissue samples were analyzed by HPLC. Pharmacodynamic studies: The infected rats were treated with iv bolus PIP 120 mg/kg or 240 mg/kg q8h, q6h, q4h. Three animals were sacrificed at predetermined times up to 24 hours. The infected muscle was removed, homogenized and the number of CFU/mL was determined by plate counting after 24 hours of incubation at 37ºC. A control group without treatment was used. PK-PD modeling: PIP killing effect as a function of time was fitted using the Emax-modified model with the aid of a non-linear regression computer program SCIENTIST® v.2.0. Results and Discussion: The pharmacokinetic parameters determined for PIP 240 mg/kg iv bolus were: t½ of 40 ± 8 min; CL of 0.46 ± 0.021 (L/h/kg) and Vdss of 0.30 ± 0.06 L/kg. Piperacillin free tissue levels were predicted using plasma data ina a simultaneous fitting with a proportionality factor of 0.342 ± 0.101. The parameters derived from PK-PD modeling were: bacterial killing rate (kmax) of 1.39 ± 0.20 h-1 concentration to produce 50% of de maximum effect (EC50) of 1.31 ± 0.27 μg/mL. The PK-PD parameters determined in vivo were different from those reported for the same bacteria and drug in vitro. Conclusions: The Emax model adequately described PIP antibacterial effect in animals for the different dosing regimens investigated.

Objetivos: O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de um modelo PK/PD capaz de descrever o efeito fungistático de fluconazol (FCZ) contra diferentes espécies de Candida. Método: a fim de atingir esse objetivo, as seguintes etapas foram realizadas: i) métodos bioanalíticos foram desenvolvidos e validados em CL-EM/EM e CLAE/UV para a determinação do FCZ em plasma e microdialisado renal de rato, respectivamente; ii) a verificação das condições da microdiálise do FCZ e sua recuperação in vitro pelos métodos da diálise (RRD) e retrodiálise (RRE) e in vivo por RRE; iii) avaliação das concentrações livres de FCZ no rim de ratos Wistar saudáveis e infectados por Candida albicans através do uso da microdiálise após a administração de 10 mg/kg de FCZ pela via intravenosa e de 50 mg/kg de FCZ pela via oral, a fim de estabelecer a relação entre os níveis livres renais e plasmáticos totais do FCZ em ambas as condições, iv) a modelagem PK/PD do efeito fungistático do FCZ contra Candida albicans, Candida parapsilosis e Candida tropicalis empregando o modelo de Emax-modificado e a determinação de seus parâmetros PK/PD utilizando um modelo de infecção in vitro, em que as concentrações renais livres de FCZ esperadas em seres humanos após diferentes posologias foram simuladas: a) concentrações flutuantes do fármaco - 200, 400 e 800 mg q8h, q12h e q24h - e concentrações constantes, múltiplas da concentração inibitória mínima (CIM) – 0,5, 1, 2, 4 e 8 vezes a CIM. Os dados de farmacocinética e farmacodinâmica foram modelados com o auxílio do software Scientist®. Resultados e Conclusões: i) os métodos analíticos para quantificação do FCZ foram desenvolvidos e validados, sendo específicos, exatos e precisos, com limites de quantificação de 100 ng/mL e 10 ng/mL para detecção em plasma e microdialisado, respectivamente, ii) as recuperações determinadas in vitro por RRD e RRE foram independentes do fluxo e da concentração. Os valores de recuperação das sondas de microdiálise determinada in vitro por RRD (53,4 ± 2,3%) e RRE (54,2 ± 1,8%) e in vivo por RRE (49,7 ± 2,2%) foram estatisticamente semelhantes nas condições experimentais investigadas (α = 0,05), indicando que o FCZ é um fármaco adequado para ser avaliado por esta abordagem; iii) não houve diferença estatística na área sob a curva de concentração versus tempo (AUC 0-∞) renal livre e plasmática total em ratos Wistar, saudáveis ou infectados por Candida albicans, pela mesma via de administração investigada. A penetração renal do FCZ foi semelhante para ambas as doses nas condições investigadas (variando entre 0,77 e 0,84) e a sua fração plasmática livre, determinada por microdiálise, foi independente da concentração (86,0 ± 2,0%). Utilizando as equações farmacocinéticas apropriadas, os parâmetros plasmáticos farmacocinéticos determinados foram capazes de prever os valores de concentrações livres renais em ratos sadios e infectados, assumindo que a ligação a proteínas plasmáticas é conhecida. Além disso, a candidíase sistêmica não interfere na penetração renal do FCZ, indicando que as suas concentrações plasmáticas livres são boas preditoras do valor de concentração tecidual livre (farmacologicamente ativa) em animais sadios e infectados, podendo ser utilizada para estabelecer e otimizar os regimes posológicos do FCZ para o tratamento de candidíase disseminada; iv) a concentração que causa 50% do efeito fungistático máximo (CE50) do FCZ foi estatisticamente menor para C. albicans (4.4 ± 1.4 μg/mL) do que para C. parapsilosis e C. tropicalis, 8.1 ± 1.6 μg/mL e 8.3 ± 1.8 μg/mL respectivamente, ao simular-se diferentes regimes de dose, bem como concentrações constantes do fármaco (CE50, C. albicans = 3.5 ± 1.3 μg/mL; CE50, C. parapisolosis = 6.1 ± 1.2 μg/mL; CE50, C. tropicalis = 6.5 ± 1.2 μg/mL) (α = 0.05). A taxa de morte fúngica (kmax) foi estatisticamente semelhante para todas as espécies de Candida estudadas. (aproximadamente 0,4 h-1) e sempre estatisticamente menor do que a taxa de crescimento fúngico, k0 (aproximadamente de 2 h-1) (α = 0,05). O modelo PK/PD foi capaz de descrever o efeito fungistático do FCZ contra as três espécies de Candida investigadas in vitro. O FCZ se mostrou igualmente eficaz contra essas leveduras, porém sua potência foi maior frente a C.albicans do que frente a C. parapsilosis e C. tropicalis. O modelo PK/PD utilizado pode ser empregado para simular esquemas posológicos alternativos, para comparar o efeito farmacológico do FCZ com o efeito de outros antifúngicos e, finalmente, para otimizar a terapia deste fármaco para o tratamento de candidíase sistêmica. / Objective: The aim of this work was the development of a pharmacodynamic/pharmacokinetic (PK/PD) model able to describe the fungistatic effect of fluconazole (FCZ) against Candida spp. Method: in order to reach this objective, the following steps were realized: i) bioanalytical methods were developed and validated in LC-MS/MS and HPLC/UV for determination FCZ in rat plasma and kidney microdialisate, respectively; ii) analysis of microdialysis of FCZ conditions and its recovery in vitro by dialysis (RRD) and retrodialysis (RRE) methods and in vivo by RRE; iii) evaluation of free levels of FCZ in the kidney of healthy and Candida albicans infected Wistar rats using microdialysis, after a 10 mg/kg i.v. dosing and 50 mg/kg oral dosing in order to establish the relationship between free renal and total plasma levels in both conditions; iv) the fungistatic pharmacological effect of FCZ against Candida albicans, Candida parapsilosis and Candida tropicalis ATCC strains by pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) modeling of the time–kill curves employing an Emax model was determined using an in vitro infection model, where the free kidney concentrations of FCZ in humans after different posologies were simulated: a) fluctuating drug concentrations - 200, 400 and 800 mg q8h, q12h e q24h – and constant concentrations, multiples of the minimum inhibitory concentrations (MIC) – 0,5, 1, 2, 4 and 8 times the MIC. The pharmacokinetic and pharmacodynamic data were modeled with the software Sientist®. Results and Conclusions: i) the analytical methods developed were specific, precise, and accurate with limits of quantification of 100 ng/mL and 10 ng/mL for microdialisate and plasma, respectively; ii) the recoveries determined by RRD and RRE in vitro were concentration independent and flow rate dependent on the ranges investigated. The recoveries determined in vitro by RRD (53.4 ± 2.3%) and RRE (54.2 ± 1.8%) and in vivo by RRE (52.3 ± 2.3%) were statistically similar under the experimental conditions investigated (α = 0.05), indicating that FCZ is a suitable drug to be evaluated by microdialysis; iii) There were no statistical differences between the area under the free concentration-time curve (AUC 0–∞) in plasma and in tissue for either healthy or infected groups for the same dose regimen investigated. The antifungal tissue penetration was similar for both doses and all conditions investigated (ranging from 0.77 to 0.84). Unbound FCZ plasma fraction, determined by microdialysis, was concentration-independent (86.0 ± 2.0%). Using appropriate equations, pharmacokinetic (PK) parameters determined by fitting plasma concentration-time profiles were able to predict free renal levels.The results showed FCZ easily penetrates the kidney and PK parameters determined in plasma can be used to predict free tissue levels of the drug assuming the drug protein binding is known. Furthermore, systemic candidiasis does not interfere with the drug kidney penetration, indicating that free plasma concentrations are a good surrogate for active levels in both healthy and infected kidney and can be used to establish and optimize FCZ dosing regimens to treat disseminated candidiasis; iv) FCZ concentration necessary to produce 50% of the maximal fungistati effect (EC50) was statiscally smaller against C. albicans (4.4 ± 1.4 μg/mL) than against C. parapsilosis and C. tropicalis, 8.1 ± 1.6 μg/mL and 8.3 ± 1.8 μg/mL respectively, when simulating multiple dosing regimens as well as constant concentrations (EC50, C. albicans = 3.5 ± 1.3 μg/mL; EC50, C. parapisolosis = 6.1 ± 1.2 μg/mL; EC50, C. tropicalis = 6.5 ± 1.2 μg/mL) (α = 0.05). The maximum killing rate constant (kmax) was statistically similar for the Candida spp. (approximately 0.4 h-1) and always statistically smaller than the natural grown rate k0 (approximately 2 h-1) (α = 0.05). The PK/PD model was able to describe the fungistatic effect of fluconazole in vitro against the three Candida spp investigated. Fluconazole showed equivalent efficacy against these yeasts and higher potency against C. albicans than against C. parapsilosis and C. tropicalis. The model can be used to simulate alternative regimens, to compare its pharmacological effect with other antifungals and to optimize FCZ therapy to treat systemic candidiasis.

Objetivos: O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um modelo farmacocinético/farmacodinâmico (PK/PD) para descrever o efeito antifúngico voriconazol (VRC) contra espécies de Candida. Método: Para alcançar este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: i) foi adaptado e padronizado modelo de candidíase disseminada em ratos Wistar imunocompetentes e imunocomprometidos com Candida sp.; ii) foram validados métodos analíticos de LC-MS/MS e LC-UV para o doseamento do VRC em amostras de plasma e microdialisado de tecido; iii) foram estabelecidas as condições para microdiálise do VRC e as taxas de recuperação in vitro, por perda e ganho, e em tecido renal in vivo, por retrodiálise, foram determinadas; iv) foi avaliada a PK não-linear do VRC após administração i.v. bolus das doses de 2,5, 5 e 10 mg/kg e a biodisponibilidade oral foi determinada em roedores; v) a penetração renal do VRC após administração oral das doses de 40 e 60 mg/kg foi determinada em ratos Wistar sadios e infectados com C. albicans ou C. krusei; e (vi) o perfil fungistático do VRC contra C. albicans e C. krusei foi determinado utilizando modelo de infecção experimental in vitro onde foram simuladas as concentrações livres renais do VRC esperadas em humanos após administração oral e i.v. de diferentes posologias. Os dados de cinética e dinâmica obtidos foram modelados com equação de Emax modificada, com auxílio do Scientist®. Resultados e Conclusões: i) O modelo de candidíase disseminada foi adaptado com sucesso para ratos Wistar. C. albicans apresentou maior virulência com Log UFC/g de tecido renal de 5,51 ± 0,56 e 7,29 ± 0,26, após 2 e 7 dias de infecção em animais imunocompetentes, respectivamente. Em animais imunocomprometidos a contagem foi de 6,43 ± 0,59 Log UFC/g após 2 dias de infecção, com morte de todo o grupo dentro de 4 dias. As espécies não-albicans (C. krusei e C. glabrata) apresentaram um perfil de infecção semelhante em animais imunocompetentes (Log UFC/g = 2,98 ± 0,27 para C. krusei e 2,48 ± 0,46 para C. glabrata). Entretanto, nos animais imunocomprometidos, C. krusei promoveu morte de todo o grupo em até 7 dias, enquanto C. glabrata causou apenas um aumento no grau de infecção (Log UFC/g = 6,98 ± 0,48). ii) Os métodos analíticos por LC-UV e LCMS/ MS para quantificação do VRC foram validados. As curvas de calibração foram lineares na faixa de 50 a 2500 ng/mL (r > 0,98) para ambos os métodos. Os ensaios de precisão intra e inter-dia foram > 94,9 e 95,8 %, para microdialisado por HPLC-UV e > 87,5 e 92,3 % para LC-MS/MS em plasma, respectivamente. A exatidão foi > 89,1 % para HPLC-UV e > 88,4 % para LC-MS/MS. iii) A avaliação do VRC por microdiálise mostrou que a recuperação é concentração independente (0,1–2,0 μg/mL). O VRC entretanto, devido a sua moderada lipofilia, liga-se às tubulações do sistema de microdiálise, gerando diferenças entre a recuperação determinada pelo método de perda (retrodiálise) e de ganho (diálise) in vitro, as quais puderam ser corrigidas após o cálculo do coeficiente de ligação do fármaco ao sistema. A recuperação in vivo após correção da ligação ao sistema foi de 24,5 ± 2,8 % iv) A análise dos perfis de plasmáticos do VRC obtidos em ratos Wistar após administração oral mostrou comportamento não-linear, compatível com saturação de eliminação. A avaliação compartimental dos perfis i.v. de diferentes doses, utilizando modelo de três compartimentos com eliminação de Michaelis-Menten, permitiu a determinação da constante de Michaelis (KM) de 0,58 μg/mL e da velocidade máxima da eliminação (VM) de 2,63 μg/h, em média. A modelagem simultânea dos dados plasmáticos (40 mg/kg) e i.v. (10 mg/kg) permitiu a determinação da biodisponibilidade oral do VRC em ratos, que foi de 82,8%. v) A fração de penetração renal do VRC, determinada por microdiálise em ratos sadios e infectados, foi de 0,34 ± 0,01, similar a fração livre do fármaco no plasma (0,34), indicando que as concentrações livres renais de VRC são semelhantes às concentrações livres plasmáticas e que as mesmas não se modificam devido a infecções causadas por Candida sp. vi) Os parâmetros da modelagem PK/PD do efeito do VRC contra espécies de Candida em modelo de infecção experimental in vitro obtidos foram: CE50 de 2,96 μg/mL e Kmax = 0,26 h-1 para C. albicans e CE50 de 3,47 μg/mL e Kmax = 0,51 h-1 para C. krusei. Houve diferença estatística apenas no Kmax para as duas espécies (α = 0,05) indicando uma maior suscetibilidade da C. krusei ao VRC. O modelo PK/PD de Emax modificado utilizado foi capaz de descrever adequadamente os perfis de inibição do crescimento de Candida sp em função do tempo, para todos os regimes terapêuticos do VRC avaliados, podendo ser usado para otimização da terapia com esse fármaco. / Objectives: The aim of this work was the development of a pharmacokineticpharmacodynamic model (PK/PD) to describe the fungistatic effect of voriconazole (VRC) against Candida species. Method: To reach this objective, the following steps were done: i) a disseminated candidiasis model to immunocompetent and immunocompromised Wistar rats with Candida sp was adapted and standardized; ii) analytical methods of LC-MS/MS and LC-UV for measurement of VRC in plasma and microdialysate tissue samples were validated; iii) microdialysis conditions of VRC and the recoveries rate in vitro, by loss and gain, in renal tissue in vivo, by retrodialysis, were determined; iv) the non-linear PK of VRC after i.v. bolus administration of 2.5, 5 e 10 mg/kg doses were evaluated and the oral bioavailability in rodents was estimated; v) tissue penetration of VRC after oral administration of 40 and 60 mg/kg was determined in healthy and infected by C. albicans or C. krusei Wistar male rats; vi) the fungistatic profile of VRC against C. albicans and C. krusei was determined using a experimental infection model in vitro, where the free renal concentrations of VRC expected in humans after oral and iv administration of different dosing regimens were simulated. The kinetic and dynamic data obtained were modeled using an Emax modified model, with aid of Scientist®. Results and Conclusions: i) The disseminated candidiasis model was successfully adapted to Wistar rats. C. albicans showing high virulence with Log CFU/g of renal tissue of 5.51 ± 0.56 and 7.29 ± 0.26, after 2 and 7 days of infection in immunocompetent animals, respectively. In immunocompromised animals, the counting was 6.43 ± 0.59 Log CFU/g after 2 days of infection, with whole group death within 4 days. Non-albicans especies (C. krusei e C. glabrata) showed a similar infection profile in immunocompetent and immunocompromised animals (Log CFU/g = 2.98 ± 0.27 to C. krusei e 2.48 ± 0.46 to C. glabrata). However, in immunocompromised animals, C. krusei causes death in the whole group up to 7 days, instead, C. glabrata causes only a low increase in the infection degree (Log CFU/g = 6.98 ± 0.48). ii) The analytical methods of HPLC-UV and LC-MS/MS to VRC quantification were validated. Linearity was between 50 - 2500 range ng/mL (r > 0.98) for both methods. The intra and inter-day precision assays were > 94.9 e 95.8 %, for microdialysate using LC-UV and > 87.5 e 92.3 % using LCxx MS/MS for plasma, respectively. The accuracy was > 89.1 % for HPLC-UV and > 88.4 % for LC-MS/MS. iii) The evaluation of VRC by microdialysis showed that recovery is concentration independent (0.1–2 μg/mL). VRC, however, due to its moderate lipophilic characteristic, binds to the microdialysis system tubing’s, generating differences between recoveries determined by loss (retrodialysis) and gain (dialysis) in vitro methods, which could be corrected after determination of drug’s binding coefficient to the system. The in vivo recovery determined after correction of system binding was 24.5 ± 2.8 %. iv) VRC plasma profiles analysis obtained from Wistar rats after oral administration showed a nonlinear behavior, compatible with saturable elimination. The compartmental evaluation of i.v. profiles in different doses, employing the a compartment model with Michaelis-Menten elimination, allowed to determine the Michaelis-Menten constant (KM) of 0.58 μg/mL and the maximum velocity (VM) of 2.63 μg/h, in average. The simultaneous modeling of oral (40 mg/kg) and iv (10 mg/kg) plasma data allowed the determination of the oral bioavailability of VRC in rats, equal to 82.8%. v) The VRC renal penetration fraction, determined by microdialysis in healthy and infected rats, was 0.34 ± 0.01, similar to the free unbound fraction in plasma (0.34), showing that VRC free renal concentration levels are similar to the unbound plasma concentrations and that did not change due the infection associated to Candida sp. vi) The parameters of PK-PD modeling of VRC effect against Candida species in the in vitro experimental infection model obtained were: EC50 de 2.97 μg/mL and Kmax = 0.203 h−1 to C. albicans and EC50 of 3.47 μg/mL and Kmax = 0.51 h−1 to C. krusei. There is a statistical difference only in Kmax value for the two species (α = 0.05), showing a higher susceptibility of C. krusei to VRC. The PK/PD Emax modified model employed was able to describe adequately the growth inhibition profiles of Candida sp in function of time, for all VRC dosing regimens evaluated, and can be used for therapy optimization with this drug.

Objetivos: Avaliar a adequabilidade do modelo farmacocinético-farmacodinâmico (PK-PD) (NOLTING et al., 1996b) para modelar o efeito bactericida da piperacilina (PIP) em ratos Wistar infectados experimentalmente com Escherichia coli ATCC 25922. Metodologia: Experimentos de Farmacocinética: Determinou-se as concentrações plasmáticas totais e livres teciduais de PIP, através de microdiálise (MD), após administração de 240 mg/kg i.v. bolus a ratos Wistar granulocitopênicos (ciclofosfamida) infectados no músculo esquelético (105 UFC/mL) com E. coli. As amostras de plasma e de MD foram analisadas por CLAE. As sondas de MD foram calibradas por retrodiálise. Experimentos de Farmacodinâmica: Os animais imunodeprimidos e infectados foram tratados com PIP nas doses de 120 ou 240 mg/kg, em intervalos de 4/4, 6/6 e 8/8 horas por 24 h. Em tempos pré-determinados, os animais foram sacrificados (n = 3/tempo), o músculo infectado foi retirado, homogeneizado e o número de UFC/mL foi determinado em placas de ágar-sangue, após diluições sucessivas. Um grupo não tratado foi utilizado como controle. Modelagem PK-PD: A partir dos dados farmacocinéticos e farmacodinâmicos obtidos, avaliou-se efeito de morte bacteriana em função do tempo com o auxílio do programa de regressão não-linear SCIENTIST® v.2.0. Resultados e Discussão: Os parâmetros farmacocinéticos após a administração de PIP (240 mg/kg) foram t½ de 40 ± 8 min; CL de 0,46 ± 0,021 (L/h/kg) e um Vdss de 0,30 ± 0,06 L/kg. O perfil de PIP livre tecidual foi previsto a partir dos parâmetros plasmáticos utilizando ajuste simultâneo dos dados de plasma e tecido e um fator de proporcionalidade de 0,342 ± 0,101. Os parâmetros do modelo PK-PD obtidos foram: EC50 de 1,31 ± 0,27 μg/mL e kmax 1,39 ± 0,20 h-1. Os valores dos parâmetros da modelagem PK-PD obtidos in vivo diferiram dos descritos na literatura para o mesmo antibiótico e bactéria quando simulados in vitro. Conclusões: O modelo Emax-modificado descreveu os perfis de crescimento e morte bacteriana em função do tempo obtidos nas diferentes posologias testadas sendo adequado para modelagem PK-PD da piperacilina nas condições experimentais investigadas. / Purpose: The objective of this study was to model the killing effect of a β-lactam antibiotic, piperacillin (PIP), in neutropenic and E. coli ATCC 25922 infected rats after different dosing regimens using a modified Emax PK-PD model. Methodology: Pharmacokinetic studies: Total plasma and free tissue concentrations of PIP, determined by microdialysis, were investigated after i.v. bolus of 240 mg/kg of the drug to immunecompromised (cyclophosphamide) and E. coli infected (107 CFU) Wistar rats. Microdialysis probes recoveries were determined by retrodialysis. Plasma and tissue samples were analyzed by HPLC. Pharmacodynamic studies: The infected rats were treated with iv bolus PIP 120 mg/kg or 240 mg/kg q8h, q6h, q4h. Three animals were sacrificed at predetermined times up to 24 hours. The infected muscle was removed, homogenized and the number of CFU/mL was determined by plate counting after 24 hours of incubation at 37ºC. A control group without treatment was used. PK-PD modeling: PIP killing effect as a function of time was fitted using the Emax-modified model with the aid of a non-linear regression computer program SCIENTIST® v.2.0. Results and Discussion: The pharmacokinetic parameters determined for PIP 240 mg/kg iv bolus were: t½ of 40 ± 8 min; CL of 0.46 ± 0.021 (L/h/kg) and Vdss of 0.30 ± 0.06 L/kg. Piperacillin free tissue levels were predicted using plasma data ina a simultaneous fitting with a proportionality factor of 0.342 ± 0.101. The parameters derived from PK-PD modeling were: bacterial killing rate (kmax) of 1.39 ± 0.20 h-1 concentration to produce 50% of de maximum effect (EC50) of 1.31 ± 0.27 μg/mL. The PK-PD parameters determined in vivo were different from those reported for the same bacteria and drug in vitro. Conclusions: The Emax model adequately described PIP antibacterial effect in animals for the different dosing regimens investigated.

Objetivos: O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de um modelo PK/PD capaz de descrever o efeito fungistático de fluconazol (FCZ) contra diferentes espécies de Candida. Método: a fim de atingir esse objetivo, as seguintes etapas foram realizadas: i) métodos bioanalíticos foram desenvolvidos e validados em CL-EM/EM e CLAE/UV para a determinação do FCZ em plasma e microdialisado renal de rato, respectivamente; ii) a verificação das condições da microdiálise do FCZ e sua recuperação in vitro pelos métodos da diálise (RRD) e retrodiálise (RRE) e in vivo por RRE; iii) avaliação das concentrações livres de FCZ no rim de ratos Wistar saudáveis e infectados por Candida albicans através do uso da microdiálise após a administração de 10 mg/kg de FCZ pela via intravenosa e de 50 mg/kg de FCZ pela via oral, a fim de estabelecer a relação entre os níveis livres renais e plasmáticos totais do FCZ em ambas as condições, iv) a modelagem PK/PD do efeito fungistático do FCZ contra Candida albicans, Candida parapsilosis e Candida tropicalis empregando o modelo de Emax-modificado e a determinação de seus parâmetros PK/PD utilizando um modelo de infecção in vitro, em que as concentrações renais livres de FCZ esperadas em seres humanos após diferentes posologias foram simuladas: a) concentrações flutuantes do fármaco - 200, 400 e 800 mg q8h, q12h e q24h - e concentrações constantes, múltiplas da concentração inibitória mínima (CIM) – 0,5, 1, 2, 4 e 8 vezes a CIM. Os dados de farmacocinética e farmacodinâmica foram modelados com o auxílio do software Scientist®. Resultados e Conclusões: i) os métodos analíticos para quantificação do FCZ foram desenvolvidos e validados, sendo específicos, exatos e precisos, com limites de quantificação de 100 ng/mL e 10 ng/mL para detecção em plasma e microdialisado, respectivamente, ii) as recuperações determinadas in vitro por RRD e RRE foram independentes do fluxo e da concentração. Os valores de recuperação das sondas de microdiálise determinada in vitro por RRD (53,4 ± 2,3%) e RRE (54,2 ± 1,8%) e in vivo por RRE (49,7 ± 2,2%) foram estatisticamente semelhantes nas condições experimentais investigadas (α = 0,05), indicando que o FCZ é um fármaco adequado para ser avaliado por esta abordagem; iii) não houve diferença estatística na área sob a curva de concentração versus tempo (AUC 0-∞) renal livre e plasmática total em ratos Wistar, saudáveis ou infectados por Candida albicans, pela mesma via de administração investigada. A penetração renal do FCZ foi semelhante para ambas as doses nas condições investigadas (variando entre 0,77 e 0,84) e a sua fração plasmática livre, determinada por microdiálise, foi independente da concentração (86,0 ± 2,0%). Utilizando as equações farmacocinéticas apropriadas, os parâmetros plasmáticos farmacocinéticos determinados foram capazes de prever os valores de concentrações livres renais em ratos sadios e infectados, assumindo que a ligação a proteínas plasmáticas é conhecida. Além disso, a candidíase sistêmica não interfere na penetração renal do FCZ, indicando que as suas concentrações plasmáticas livres são boas preditoras do valor de concentração tecidual livre (farmacologicamente ativa) em animais sadios e infectados, podendo ser utilizada para estabelecer e otimizar os regimes posológicos do FCZ para o tratamento de candidíase disseminada; iv) a concentração que causa 50% do efeito fungistático máximo (CE50) do FCZ foi estatisticamente menor para C. albicans (4.4 ± 1.4 μg/mL) do que para C. parapsilosis e C. tropicalis, 8.1 ± 1.6 μg/mL e 8.3 ± 1.8 μg/mL respectivamente, ao simular-se diferentes regimes de dose, bem como concentrações constantes do fármaco (CE50, C. albicans = 3.5 ± 1.3 μg/mL; CE50, C. parapisolosis = 6.1 ± 1.2 μg/mL; CE50, C. tropicalis = 6.5 ± 1.2 μg/mL) (α = 0.05). A taxa de morte fúngica (kmax) foi estatisticamente semelhante para todas as espécies de Candida estudadas. (aproximadamente 0,4 h-1) e sempre estatisticamente menor do que a taxa de crescimento fúngico, k0 (aproximadamente de 2 h-1) (α = 0,05). O modelo PK/PD foi capaz de descrever o efeito fungistático do FCZ contra as três espécies de Candida investigadas in vitro. O FCZ se mostrou igualmente eficaz contra essas leveduras, porém sua potência foi maior frente a C.albicans do que frente a C. parapsilosis e C. tropicalis. O modelo PK/PD utilizado pode ser empregado para simular esquemas posológicos alternativos, para comparar o efeito farmacológico do FCZ com o efeito de outros antifúngicos e, finalmente, para otimizar a terapia deste fármaco para o tratamento de candidíase sistêmica. / Objective: The aim of this work was the development of a pharmacodynamic/pharmacokinetic (PK/PD) model able to describe the fungistatic effect of fluconazole (FCZ) against Candida spp. Method: in order to reach this objective, the following steps were realized: i) bioanalytical methods were developed and validated in LC-MS/MS and HPLC/UV for determination FCZ in rat plasma and kidney microdialisate, respectively; ii) analysis of microdialysis of FCZ conditions and its recovery in vitro by dialysis (RRD) and retrodialysis (RRE) methods and in vivo by RRE; iii) evaluation of free levels of FCZ in the kidney of healthy and Candida albicans infected Wistar rats using microdialysis, after a 10 mg/kg i.v. dosing and 50 mg/kg oral dosing in order to establish the relationship between free renal and total plasma levels in both conditions; iv) the fungistatic pharmacological effect of FCZ against Candida albicans, Candida parapsilosis and Candida tropicalis ATCC strains by pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) modeling of the time–kill curves employing an Emax model was determined using an in vitro infection model, where the free kidney concentrations of FCZ in humans after different posologies were simulated: a) fluctuating drug concentrations - 200, 400 and 800 mg q8h, q12h e q24h – and constant concentrations, multiples of the minimum inhibitory concentrations (MIC) – 0,5, 1, 2, 4 and 8 times the MIC. The pharmacokinetic and pharmacodynamic data were modeled with the software Sientist®. Results and Conclusions: i) the analytical methods developed were specific, precise, and accurate with limits of quantification of 100 ng/mL and 10 ng/mL for microdialisate and plasma, respectively; ii) the recoveries determined by RRD and RRE in vitro were concentration independent and flow rate dependent on the ranges investigated. The recoveries determined in vitro by RRD (53.4 ± 2.3%) and RRE (54.2 ± 1.8%) and in vivo by RRE (52.3 ± 2.3%) were statistically similar under the experimental conditions investigated (α = 0.05), indicating that FCZ is a suitable drug to be evaluated by microdialysis; iii) There were no statistical differences between the area under the free concentration-time curve (AUC 0–∞) in plasma and in tissue for either healthy or infected groups for the same dose regimen investigated. The antifungal tissue penetration was similar for both doses and all conditions investigated (ranging from 0.77 to 0.84). Unbound FCZ plasma fraction, determined by microdialysis, was concentration-independent (86.0 ± 2.0%). Using appropriate equations, pharmacokinetic (PK) parameters determined by fitting plasma concentration-time profiles were able to predict free renal levels.The results showed FCZ easily penetrates the kidney and PK parameters determined in plasma can be used to predict free tissue levels of the drug assuming the drug protein binding is known. Furthermore, systemic candidiasis does not interfere with the drug kidney penetration, indicating that free plasma concentrations are a good surrogate for active levels in both healthy and infected kidney and can be used to establish and optimize FCZ dosing regimens to treat disseminated candidiasis; iv) FCZ concentration necessary to produce 50% of the maximal fungistati effect (EC50) was statiscally smaller against C. albicans (4.4 ± 1.4 μg/mL) than against C. parapsilosis and C. tropicalis, 8.1 ± 1.6 μg/mL and 8.3 ± 1.8 μg/mL respectively, when simulating multiple dosing regimens as well as constant concentrations (EC50, C. albicans = 3.5 ± 1.3 μg/mL; EC50, C. parapisolosis = 6.1 ± 1.2 μg/mL; EC50, C. tropicalis = 6.5 ± 1.2 μg/mL) (α = 0.05). The maximum killing rate constant (kmax) was statistically similar for the Candida spp. (approximately 0.4 h-1) and always statistically smaller than the natural grown rate k0 (approximately 2 h-1) (α = 0.05). The PK/PD model was able to describe the fungistatic effect of fluconazole in vitro against the three Candida spp investigated. Fluconazole showed equivalent efficacy against these yeasts and higher potency against C. albicans than against C. parapsilosis and C. tropicalis. The model can be used to simulate alternative regimens, to compare its pharmacological effect with other antifungals and to optimize FCZ therapy to treat systemic candidiasis.

Objetivos: O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um modelo farmacocinético/farmacodinâmico (PK/PD) para descrever o efeito antifúngico voriconazol (VRC) contra espécies de Candida. Método: Para alcançar este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: i) foi adaptado e padronizado modelo de candidíase disseminada em ratos Wistar imunocompetentes e imunocomprometidos com Candida sp.; ii) foram validados métodos analíticos de LC-MS/MS e LC-UV para o doseamento do VRC em amostras de plasma e microdialisado de tecido; iii) foram estabelecidas as condições para microdiálise do VRC e as taxas de recuperação in vitro, por perda e ganho, e em tecido renal in vivo, por retrodiálise, foram determinadas; iv) foi avaliada a PK não-linear do VRC após administração i.v. bolus das doses de 2,5, 5 e 10 mg/kg e a biodisponibilidade oral foi determinada em roedores; v) a penetração renal do VRC após administração oral das doses de 40 e 60 mg/kg foi determinada em ratos Wistar sadios e infectados com C. albicans ou C. krusei; e (vi) o perfil fungistático do VRC contra C. albicans e C. krusei foi determinado utilizando modelo de infecção experimental in vitro onde foram simuladas as concentrações livres renais do VRC esperadas em humanos após administração oral e i.v. de diferentes posologias. Os dados de cinética e dinâmica obtidos foram modelados com equação de Emax modificada, com auxílio do Scientist®. Resultados e Conclusões: i) O modelo de candidíase disseminada foi adaptado com sucesso para ratos Wistar. C. albicans apresentou maior virulência com Log UFC/g de tecido renal de 5,51 ± 0,56 e 7,29 ± 0,26, após 2 e 7 dias de infecção em animais imunocompetentes, respectivamente. Em animais imunocomprometidos a contagem foi de 6,43 ± 0,59 Log UFC/g após 2 dias de infecção, com morte de todo o grupo dentro de 4 dias. As espécies não-albicans (C. krusei e C. glabrata) apresentaram um perfil de infecção semelhante em animais imunocompetentes (Log UFC/g = 2,98 ± 0,27 para C. krusei e 2,48 ± 0,46 para C. glabrata). Entretanto, nos animais imunocomprometidos, C. krusei promoveu morte de todo o grupo em até 7 dias, enquanto C. glabrata causou apenas um aumento no grau de infecção (Log UFC/g = 6,98 ± 0,48). ii) Os métodos analíticos por LC-UV e LCMS/ MS para quantificação do VRC foram validados. As curvas de calibração foram lineares na faixa de 50 a 2500 ng/mL (r > 0,98) para ambos os métodos. Os ensaios de precisão intra e inter-dia foram > 94,9 e 95,8 %, para microdialisado por HPLC-UV e > 87,5 e 92,3 % para LC-MS/MS em plasma, respectivamente. A exatidão foi > 89,1 % para HPLC-UV e > 88,4 % para LC-MS/MS. iii) A avaliação do VRC por microdiálise mostrou que a recuperação é concentração independente (0,1–2,0 μg/mL). O VRC entretanto, devido a sua moderada lipofilia, liga-se às tubulações do sistema de microdiálise, gerando diferenças entre a recuperação determinada pelo método de perda (retrodiálise) e de ganho (diálise) in vitro, as quais puderam ser corrigidas após o cálculo do coeficiente de ligação do fármaco ao sistema. A recuperação in vivo após correção da ligação ao sistema foi de 24,5 ± 2,8 % iv) A análise dos perfis de plasmáticos do VRC obtidos em ratos Wistar após administração oral mostrou comportamento não-linear, compatível com saturação de eliminação. A avaliação compartimental dos perfis i.v. de diferentes doses, utilizando modelo de três compartimentos com eliminação de Michaelis-Menten, permitiu a determinação da constante de Michaelis (KM) de 0,58 μg/mL e da velocidade máxima da eliminação (VM) de 2,63 μg/h, em média. A modelagem simultânea dos dados plasmáticos (40 mg/kg) e i.v. (10 mg/kg) permitiu a determinação da biodisponibilidade oral do VRC em ratos, que foi de 82,8%. v) A fração de penetração renal do VRC, determinada por microdiálise em ratos sadios e infectados, foi de 0,34 ± 0,01, similar a fração livre do fármaco no plasma (0,34), indicando que as concentrações livres renais de VRC são semelhantes às concentrações livres plasmáticas e que as mesmas não se modificam devido a infecções causadas por Candida sp. vi) Os parâmetros da modelagem PK/PD do efeito do VRC contra espécies de Candida em modelo de infecção experimental in vitro obtidos foram: CE50 de 2,96 μg/mL e Kmax = 0,26 h-1 para C. albicans e CE50 de 3,47 μg/mL e Kmax = 0,51 h-1 para C. krusei. Houve diferença estatística apenas no Kmax para as duas espécies (α = 0,05) indicando uma maior suscetibilidade da C. krusei ao VRC. O modelo PK/PD de Emax modificado utilizado foi capaz de descrever adequadamente os perfis de inibição do crescimento de Candida sp em função do tempo, para todos os regimes terapêuticos do VRC avaliados, podendo ser usado para otimização da terapia com esse fármaco. / Objectives: The aim of this work was the development of a pharmacokineticpharmacodynamic model (PK/PD) to describe the fungistatic effect of voriconazole (VRC) against Candida species. Method: To reach this objective, the following steps were done: i) a disseminated candidiasis model to immunocompetent and immunocompromised Wistar rats with Candida sp was adapted and standardized; ii) analytical methods of LC-MS/MS and LC-UV for measurement of VRC in plasma and microdialysate tissue samples were validated; iii) microdialysis conditions of VRC and the recoveries rate in vitro, by loss and gain, in renal tissue in vivo, by retrodialysis, were determined; iv) the non-linear PK of VRC after i.v. bolus administration of 2.5, 5 e 10 mg/kg doses were evaluated and the oral bioavailability in rodents was estimated; v) tissue penetration of VRC after oral administration of 40 and 60 mg/kg was determined in healthy and infected by C. albicans or C. krusei Wistar male rats; vi) the fungistatic profile of VRC against C. albicans and C. krusei was determined using a experimental infection model in vitro, where the free renal concentrations of VRC expected in humans after oral and iv administration of different dosing regimens were simulated. The kinetic and dynamic data obtained were modeled using an Emax modified model, with aid of Scientist®. Results and Conclusions: i) The disseminated candidiasis model was successfully adapted to Wistar rats. C. albicans showing high virulence with Log CFU/g of renal tissue of 5.51 ± 0.56 and 7.29 ± 0.26, after 2 and 7 days of infection in immunocompetent animals, respectively. In immunocompromised animals, the counting was 6.43 ± 0.59 Log CFU/g after 2 days of infection, with whole group death within 4 days. Non-albicans especies (C. krusei e C. glabrata) showed a similar infection profile in immunocompetent and immunocompromised animals (Log CFU/g = 2.98 ± 0.27 to C. krusei e 2.48 ± 0.46 to C. glabrata). However, in immunocompromised animals, C. krusei causes death in the whole group up to 7 days, instead, C. glabrata causes only a low increase in the infection degree (Log CFU/g = 6.98 ± 0.48). ii) The analytical methods of HPLC-UV and LC-MS/MS to VRC quantification were validated. Linearity was between 50 - 2500 range ng/mL (r > 0.98) for both methods. The intra and inter-day precision assays were > 94.9 e 95.8 %, for microdialysate using LC-UV and > 87.5 e 92.3 % using LCxx MS/MS for plasma, respectively. The accuracy was > 89.1 % for HPLC-UV and > 88.4 % for LC-MS/MS. iii) The evaluation of VRC by microdialysis showed that recovery is concentration independent (0.1–2 μg/mL). VRC, however, due to its moderate lipophilic characteristic, binds to the microdialysis system tubing’s, generating differences between recoveries determined by loss (retrodialysis) and gain (dialysis) in vitro methods, which could be corrected after determination of drug’s binding coefficient to the system. The in vivo recovery determined after correction of system binding was 24.5 ± 2.8 %. iv) VRC plasma profiles analysis obtained from Wistar rats after oral administration showed a nonlinear behavior, compatible with saturable elimination. The compartmental evaluation of i.v. profiles in different doses, employing the a compartment model with Michaelis-Menten elimination, allowed to determine the Michaelis-Menten constant (KM) of 0.58 μg/mL and the maximum velocity (VM) of 2.63 μg/h, in average. The simultaneous modeling of oral (40 mg/kg) and iv (10 mg/kg) plasma data allowed the determination of the oral bioavailability of VRC in rats, equal to 82.8%. v) The VRC renal penetration fraction, determined by microdialysis in healthy and infected rats, was 0.34 ± 0.01, similar to the free unbound fraction in plasma (0.34), showing that VRC free renal concentration levels are similar to the unbound plasma concentrations and that did not change due the infection associated to Candida sp. vi) The parameters of PK-PD modeling of VRC effect against Candida species in the in vitro experimental infection model obtained were: EC50 de 2.97 μg/mL and Kmax = 0.203 h−1 to C. albicans and EC50 of 3.47 μg/mL and Kmax = 0.51 h−1 to C. krusei. There is a statistical difference only in Kmax value for the two species (α = 0.05), showing a higher susceptibility of C. krusei to VRC. The PK/PD Emax modified model employed was able to describe adequately the growth inhibition profiles of Candida sp in function of time, for all VRC dosing regimens evaluated, and can be used for therapy optimization with this drug.

Objetivos: Avaliar a adequabilidade do modelo farmacocinético-farmacodinâmico (PK-PD) (NOLTING et al., 1996b) para modelar o efeito bactericida da piperacilina (PIP) em ratos Wistar infectados experimentalmente com Escherichia coli ATCC 25922. Metodologia: Experimentos de Farmacocinética: Determinou-se as concentrações plasmáticas totais e livres teciduais de PIP, através de microdiálise (MD), após administração de 240 mg/kg i.v. bolus a ratos Wistar granulocitopênicos (ciclofosfamida) infectados no músculo esquelético (105 UFC/mL) com E. coli. As amostras de plasma e de MD foram analisadas por CLAE. As sondas de MD foram calibradas por retrodiálise. Experimentos de Farmacodinâmica: Os animais imunodeprimidos e infectados foram tratados com PIP nas doses de 120 ou 240 mg/kg, em intervalos de 4/4, 6/6 e 8/8 horas por 24 h. Em tempos pré-determinados, os animais foram sacrificados (n = 3/tempo), o músculo infectado foi retirado, homogeneizado e o número de UFC/mL foi determinado em placas de ágar-sangue, após diluições sucessivas. Um grupo não tratado foi utilizado como controle. Modelagem PK-PD: A partir dos dados farmacocinéticos e farmacodinâmicos obtidos, avaliou-se efeito de morte bacteriana em função do tempo com o auxílio do programa de regressão não-linear SCIENTIST® v.2.0. Resultados e Discussão: Os parâmetros farmacocinéticos após a administração de PIP (240 mg/kg) foram t½ de 40 ± 8 min; CL de 0,46 ± 0,021 (L/h/kg) e um Vdss de 0,30 ± 0,06 L/kg. O perfil de PIP livre tecidual foi previsto a partir dos parâmetros plasmáticos utilizando ajuste simultâneo dos dados de plasma e tecido e um fator de proporcionalidade de 0,342 ± 0,101. Os parâmetros do modelo PK-PD obtidos foram: EC50 de 1,31 ± 0,27 μg/mL e kmax 1,39 ± 0,20 h-1. Os valores dos parâmetros da modelagem PK-PD obtidos in vivo diferiram dos descritos na literatura para o mesmo antibiótico e bactéria quando simulados in vitro. Conclusões: O modelo Emax-modificado descreveu os perfis de crescimento e morte bacteriana em função do tempo obtidos nas diferentes posologias testadas sendo adequado para modelagem PK-PD da piperacilina nas condições experimentais investigadas. / Purpose: The objective of this study was to model the killing effect of a β-lactam antibiotic, piperacillin (PIP), in neutropenic and E. coli ATCC 25922 infected rats after different dosing regimens using a modified Emax PK-PD model. Methodology: Pharmacokinetic studies: Total plasma and free tissue concentrations of PIP, determined by microdialysis, were investigated after i.v. bolus of 240 mg/kg of the drug to immunecompromised (cyclophosphamide) and E. coli infected (107 CFU) Wistar rats. Microdialysis probes recoveries were determined by retrodialysis. Plasma and tissue samples were analyzed by HPLC. Pharmacodynamic studies: The infected rats were treated with iv bolus PIP 120 mg/kg or 240 mg/kg q8h, q6h, q4h. Three animals were sacrificed at predetermined times up to 24 hours. The infected muscle was removed, homogenized and the number of CFU/mL was determined by plate counting after 24 hours of incubation at 37ºC. A control group without treatment was used. PK-PD modeling: PIP killing effect as a function of time was fitted using the Emax-modified model with the aid of a non-linear regression computer program SCIENTIST® v.2.0. Results and Discussion: The pharmacokinetic parameters determined for PIP 240 mg/kg iv bolus were: t½ of 40 ± 8 min; CL of 0.46 ± 0.021 (L/h/kg) and Vdss of 0.30 ± 0.06 L/kg. Piperacillin free tissue levels were predicted using plasma data ina a simultaneous fitting with a proportionality factor of 0.342 ± 0.101. The parameters derived from PK-PD modeling were: bacterial killing rate (kmax) of 1.39 ± 0.20 h-1 concentration to produce 50% of de maximum effect (EC50) of 1.31 ± 0.27 μg/mL. The PK-PD parameters determined in vivo were different from those reported for the same bacteria and drug in vitro. Conclusions: The Emax model adequately described PIP antibacterial effect in animals for the different dosing regimens investigated.

A epilepsia é normalmente a associação de pré-disposição genética e doença ou uma lesão cerebral. Aproximadamente 1 entre 50 a 100 pessoas apresentam essa pré-disposição à convulsões. Um dos fármacos mais prescritos e utilizados para o tratamento de convulsões é o ácido valpróico (AV), tornando-se a medicação de primeira escolha no tratamento da epilepsia infantil por apresentar um amplo espectro de ação, embora apresente efeitos colaterais bastante conhecidos como pancreatite e a hepatotoxicidade, que pode ser fatal. Sistemas nanoparticulados como nanocápsulas, obtidas a partir da utilização de polímeros biodegradáveis como o polietilenoglicol (PEG) e macromoléculas naturais como a quitosana (QS), que proporcionam hidrofilia e bioadesividade, têm sido estudadas com o objetivo de aumentar a penetração cerebral e reduzir a dosagem do fármaco. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar físico-quimicamente nanocápsulas de poli(ε-caprolactona) contendo AV e revestidas com QS (NCQ) e/ou com PEG 6000 (NCP e NCQP), investigar a farmacocinética plasmática, a penetração do AV através da barreira hematoencefálica (BHE) por microdiálise e a hepatotoxicidade em ratos Wistar. Nanocápsulas revestidas com QS (NCQ) foram obtidas pelo método de nanoprecipitação do polímero pré-formado seguido do revestimento com adição de 5 mL de solução de QS a 1%. Para a preparação de NCP, foi utilizada metodologia similar adicionando 0,7% de PEG 6000 na fase aquosa. Para a preparação de NCQP, as nanocápsulas preparadas com a adição de 0,35% de PEG 6000 e revestidas posteriormente com solução de QS a 1% (2,5 mL). As formulações foram caracterizadas físico-quimicamente avaliando-se o tamanho das partículas, potencial zeta, pH e taxa de incorporação. As nanocápsulas foram visualizadas por MET e a estabilidade foi investigada por retroespalhamento de luz (Turbiscan Lab®). As formulações (AV 5 mg/mL) apresentaram um pequeno tamanho de partícula (144,2 ± 2,0 nm, 153,2 ± 1,8 nm, e 231,3 ± 15,6 nm, para NCQ, NCP e NCQP, respectivamente), com baixo índice de polidispersão, alta taxa de incorporação (95 a 98 %), pH ácido, potencial zeta positivo para NCQ (+8,7 ± 0,4 mV) e negativo para NCP (- 6,6 ± 0,8 mV) e NCQP (- 2,8 ± 1,3 mV). As fotomicrografias mostraram partículas de forma esférica e as formulações demonstraram boa estabilidade durante 24h de análise a 40°C. As concentrações plasmáticas foram investigadas em ratos Wistar (15 mg/kg via i.v. de AV) para todas as formulações e valproato sódico (grupo controle). A análise farmacocinética compartimental apresentou uma distribuição muito rápida para o AV em NCQ e a ASC0-∞ aproximadamente duas vezes menor em comparação à NCP, NCQP e o fármaco livre (3874 ± 1775; 8280 ± 2136; 7849 ± 1021 e 7978 ± 3622 μg/mL/min, respectivamente). O clearance do AV aumentou significativamente para NCQ (0,284 ± 0,156 L/h/kg) (α = 0,05%). A penetração do AV através da BHE foi realizada em ratos Wistar acordados por microdiálise (MD) cerebral, no córtex frontal utilizando sondas CMA/12 (3 mm). Os experimentos de MD mostraram um aumento de 5 vezes no fator de penetração cerebral após a administração de NCQ em comparação com o fármaco em solução (0,110 and 0,021, respectivamente), demonstrando a viabilidade da utilização de QS como polímero de revestimento objetivando a BHE. A NCP demonstrou um aumento de 1,7 vezes no fator de penetração cerebral e NCQP não demonstrou qualquer diferença na penetração. A investigação da hepatotoxicidade do AV foi realizada após cinco dias de tratamento (dose de 30 mg/kg q12h de AV) em solução ou em nanocápsulas (NCQ ou NCP) com grupo controle de solução salina. Os níveis séricos de asparto aminotransferase (AST), alanina aminotransferase (ALT), gama-glutamiltransferase (GGT), fosfatase alcalina (FAL), creatinina (CRE) e uréia foram determinados. Os resultados mostram a manutenção dos níveis normais de enzimas hepáticas como a ALT e FAL para NCQ (54,2 ± 11,2 UI/mL and 149 ± 26 UI/mL) demonstrando um efeito hepatoprotetor não observado para os outros grupos. Análises histológicas do fígado dos animais não apresentaram a formação de esteatose microvesicular para NCQ em comparação com a formação de esteatoses em todos os outros grupos, incluindo o grupo controle. Ao final, os resultados indicaram que NCQ possa ser uma formulação em potencial, necessitando ser investigada pelo aumento da penetração cerebral de AV e efeito hepatoprotetor observados. / Epilepsy is usually a combination of genetic pre-disposition and a disease or a brain damage. About 1 in 50 to 100 people has this genetic predisposition to seizures. One of the world’s most prescribed drugs to treat epileptic seizures is valproic acid (VA), which is the first choice drug to treat epilepsy in childhood due to its broad spectrum of action, although its well known side effects such as pancreatitis, hepatotoxicity can be fatal. Nanoparticulated systems such as nanocapsules, obtained from biodegradable polymers like polyethylene glycol and natural macromolecules like chitosan, who gives the system hidrophilicity and bioadhesivity, have been used to increase brain penetration and reduce drug doses. In this context, the present work aimed to develop and physicochemically characterize poly(ε-caprolactone) nanocapsules loaded with VA and coated with chitosan (NCQ) and/or polyethylene glycol (PEG) 6000 (NCP and NCQP), and to investigate their plasma pharmacokinetics, VA blood-brain barrier penetration (BBB) by microdialysis and hepatotoxicity in Wistar rats. Nanocapsules coated with chitosan were obtained by nanoprecipitation of preformed polymer followed by coating with 1% chitosan solution added prior to final adjustments at a volume of 5 mL. For NCP preparation, similar methodology was used adding 0.7% PEG 6000 in the aqueous phase. For NCQP preparation, the nanocapsules prepared with PEG 6000 (0.35% w/v) was further coated with chitosan 1% in solution adding 2.5 mL prior to the final adjustments. The formulations were physicochemical characterized by particle size, zeta potential, pH, incorporation efficiency. The particles were visualized by MET and the stability investigated by backscattering (Turbiscan Lab®). The formulations (VA 5 mg/mL) presented small particle sizes (144.2 ± 2.0 nm, 153.2 ± 1.8 nm, and 231.3 ± 15.6 nm, for NCQ, NCP and NCQP, respectively), with low polidispersion index, high incorporation efficiency (95 to 98 %) and acid pH. The zeta potential was positive for NCQ (+8.7 ± 0.4 mV) and negative for NCP (- 6.6 ± 0.8 mV) and NCQP (- 2.8 ± 1.3 mV). The photomicrography of all formulations showed spherically shaped particles. The formulations showed good stability during 24 hours investigation at 40 ºC. Plasma concentrations were investigated in Wisar rats after 15 mg/kg i.v. dosing of all formulations and sodium valproate solution (control group). The pharmacokinetic compartmental analysis showed a very rapid distribution of VA when incorporated in NCQ in comparison to the other formulations and the AUC0-∞ about two times lower in comparison to NCP, NCQP and the drug alone (3874 ± 1775; 8280 ±2136; 7849 ± 1021 and 7978 ± 3622 μg/mL/min, respectively). VA clearance was significantly increased after NCQ dosing (0.284 ± 0.156 L/h/kg) (α = 0.05 %). Drug penetration through BBB was performed in awaken Wistar rats by brain microdialysis at the frontal cortex using CMA/12 probes (3 mm). The microdialysis experiments showed a five times increase in VA brain penetration factor after NCQ administration in comparison to drug alone (0.110 and 0.021, respectively), demonstrating the viability of chitosan as coating polymer to aim the BBB. NCP showed only a 1.7 times increase in brain penetration factor and NCQP did not showed any difference in comparison to drug alone. The investigation of drug hepatotoxicity was conducted after 5 days i.v. dosing of VA 30 mg/kg q12h as solution or nanocapsules (NCQ or NCP). A saline control group was also investigated. Serum levels of asparte aminotransferase, alanine aminotransferase, gamma-glutamyltransferase, alkaline phosfatase, creatinin and urea were determined. The results showed the maintenance of normal levels of hepatic enzymes such as alanine aminotransferase and alkaline phosfatase for NCQ (54.2 ± 11.2 IU/mL and 149 ± 26 IU/mL) showing a hepatoprotective effect not observed in the other groups investigated. Histological analysis of animals livers showed no microvesicular steatosis formation when NCQ was administered in comparison with the formation of steatosis in all other groups including control. Overall the results indicate that NCQ is a potential formulation to be investigated for the treatment of epilepsy due to its increase in VA brain penetration and hepatoprotective effect observed.

Objetivo: O objetivo geral deste trabalho foi estabelecer modelo farmacocinéticofarmacodinâmico (modelo PK/PD) para descrever o perfil temporal do efeito bactericida do levofloxacino e do gatifloxacino contra Streptococcus pneumoniae. Método: Para alcançar este objetivo as seguintes etapas foram realizadas: i) foram validadas metodologias analíticas de SPE-HPLC para o gatifloxacino e HPLC para o levofloxacino e o gatifloxacino para quantificação destes em amostras de plasma, microdialisado tecidual e caldo de cultura; ii) foi avaliada a farmacocinética do gatifloxacino em roedores nas doses de 6 e 12 mg/kg via oral e 6 mg/kg via intravenosa (i.v.) e a biodisponibilidade oral foi determinada; iii) foram estabelecidas as condições ideais para microdiálise do gatifloxacino e as taxas de recuperação in vitro, por diálise (EE), retrodiálise (RD) e fluxo líquido zero (NNF) e in vivo, em tecido pulmonar e muscular, por retrodiálise e fluxo líquido zero. Essas recuperações foram utilizadas para determinar a penetração pulmonar do gatifloxacino após a administração i.v. bolus de 6 mg/kg a ratos Wistar sadios; iv) foram simuladas as concentrações livres pulmonares esperadas para humanos após tratamento com diferentes regimes de dosagem para o levofloxacino e o gatifloxacino em modelo de infecção in vitro frente a Streptococcus pneumoniae ATCC® 49619. Simulações de concentrações constantes múltiplas do MIC de cada fármaco também foram realizadas. As curvas de morte bacteriana por tempo obtidas foram modeladas com modelo PK/PD de Emax modificado, com auxílio do programa Scientist® v 2.01. Resultados e Conclusões: i) Os métodos analíticos por SPE-HPLC e HPLC para quantificação do gatifloxacino e do levofloxacino foram validados. As curvas foram lineares na faixa de 20 a 600 ng/mL para plasma e microdialisado tecidual de gatifloxacino e na faixa de 250 a 6000 ng/mL para caldo de cultura para ambos os fármacos, com r > 0,99, independente do método desenvolvido. Em plasma e microdialisado, a exatidão foi ≥ 94,3 %. A recuperação do gatifloxacino dos cartuchos de extração em fase sólida variou entre 95,6 e 99,7 %. A precisão não excedeu 5,8 % do CV. Em caldo de cultura, a exatidão foi ≥ 92,0 % e 93,4 % para o gatifloxacino e o levofloxacino, respectivamente. A precisão não excedeu 3,2 % e 4,2 % do CV para o levofloxacino e o gatifloxacino, respectivamente; ii) A avaliação farmacocinética demonstrou que os modelos abertos de dois compartimentos e de um compartimento com absorção de primeira ordem descreveram adequadamente os perfis plasmáticos após administração do gatifloxacino pelas vias i.v. e oral nas doses de 6 e 12 mg/kg, com CL de 0,9 ± 0,2 e 1,0 ± 0,3 L/h/kg, t½ de 3,3 ± 0,8 e 3,7 ± 0,3 h e Vd de 2,8 ± 0,4 e 3,1 ± 1,0 L/kg, respectivamente. Os parâmetros determinados por abordagem compartimental e não compartimental não diferiram significativamente para as duas vias investigadas (α = 0,05). A ASC0-∞ foi de 4,1 ± 1,6 e 6,6 ± 1,3 μg.h/mL após administração oral e i.v. das doses de 12 e 6 mg/kg, respectivamente, levando a uma biodisponibilidade de 31%. A constante de velocidade de absorção foi alta (5,0 ± 1,8 h-1) e a farmacocinética mostrou-se linear na faixa de doses investigada; iii) A recuperação das sondas de microdiálise in vitro por EE e RD para 80, 160 e 400 ng/mL de gatifloxacino foi de 33,5 ± 1,3%, 33,1 ± 1,2%, 31,8 ± 2,7% e 31,4 ± 2,6%, 33,1 ± 2,2%, 30,6 ± 3,3%, respectivamente. In vivo a recuperação por RD no músculo esquelético e pulmão de ratos Wistar foi de 29,1 ± 1,0% e 30,7 ± 1,4%, respectivamente. A recuperação por NNF in vitro e in vivo foi de 30,9 ± 2,9% e 29,0 ± 0,8%, respectivamente. Desse modo, concluiu-se que a recuperação foi constante e independente do método ou meio utilizado. Os perfis de concentração livre no músculo, pulmão e plasma de ratos Wistar foram virtualmente superpostos após dose de 6 mg/kg i.v., resultando em ASC similares de 3888 ± 734 ng.h/mL, 4138 ± 1071 ng.h/mL e 3805 ± 577 ng.h/mL, respectivamente (α = 0,05). O fator de distribuição tecidual foi de 1,02 e 1,08 para músculo e pulmão, respectivamente; iv) O modelo PK/PD empregado foi capaz de descrever o efeito do levofloxacino e do gatifloxacino contra o Streptococcus pneumoniae in vitro para todas as simulações investigadas. O EC50 médio para o levofloxacino (3,57 ± 2,16 mg/L) foi significativamente maior que o do gatifloxacino (0,95 ± 0,56 mg/L) quando regimes de doses múltiplas foram simulados. O mesmo foi observado para concentrações constantes, sendo o EC50,levofloxacino = 2,75 ± 0,45 mg/L e EC50,gatifloxacino = 1,03 ± 0,52 mg/L. O kmax foi estatisticamente semelhante para ambos os fármacos independente se foram simuladas concentrações flutuantes (kmax,levofloxacino = 0,40 ± 0,19 h-1; kmax,gatifloxacino = 0,48 ± 0,15 h-1) ou concentrações constantes (kmax,levofloxacino = 0,34 ± 0,06 h-1; kmax,gatifloxacino = 0,39 ± 0,23 h-1). Nenhum dos índices PK/PD foi capaz de prever o desfecho da infecção para todas as situações investigadas. O modelo PK/PD desenvolvido permitiu a comparação entre as duas fluorquinolonas e de diferentes posologias para cada fármaco, podendo ser utilizado para simular o efeito temporal de regimes de dosagem alternativos bem como para otimização da posologia desses fármacos para o tratamento da pneumonia adquirida na comunidade. / Objective: The aim of this work was to establish a pharmacokinetic-pharmacodynamic model (PK/PD model) to describe the profile of bactericidal effect over time of levofloxacin and gatifloxacin against Streptococcus pneumoniae. Method: To achieve this goal the following steps were carried out: i) an analytical method of SPE-HPLC to quantify gatifloxacin in plasma and tissue microdialysates, and an HPLC method for measuring levofloxacin and gatifloxacin in culture broth samples were developed and validated; ii) the pharmacokinetics of gatifloxacin in rodents after intravenous (6 mg/kg) and oral (6 and 12 mg/kg) administration was assessed as well as the oral bioavailability of the drug was determined; iii) microdialysis conditions for gatifloxacin were established and the recovery rates in vitro by dialysis (EE), retrodialysis (RD) and no-net-flux (NNF), and in vivo in lung and skeletal muscle tissue by RD and NNF were determined. Gatifloxacin tissue penetration in lung after intravenous administration (6 mg/kg) to healthy Wistar rats was determined; iv) levofloxacin and gatifloxacin free lung concentrations expected in humans following different dosing regimens of the drugs were simulated using Streptococcus pneumoniae ATCC® 49619 in vitro model of infection. The effect of constant concentrations multiples of MIC were also investigated. The time-kill curves obtained were modeled using an Emax modified model using Scientist® v. 2.01 software. Results and Conclusions: i) The analytical methods by SPE-HPLC and HPLC for quantifying gatifloxacin and levofloxacin were validated. Calibration curves were linear between 20-600 ng/mL for gatifloxacin in plasma and tissue microdialysate samples and between 250-6000 ng/mL for broth media for both drugs, with r > 0.99 independently of the method considered. The accuracy was ≥ 94.3 % for plasma and microdialysate. Gatifloxacin recovery from the solid phase extraction cartridges ranged from 95.6 to 99.7%. The precision did not exceed 5.8% of the CV. In broth media the accuracy was ≥ 92.0% and 94.3% for gatifloxacin and levofloxacin, respectively. The precision did not exceed 3.2% and 4.2% of the CV for levofloxacin and gatifloxacin, respectively; ii) Gatifloxacin experimental plasma profiles in rats were adequately fitted to a two-compartment model after intravenous and to a one compartment model with first order absorption after oral dosing. The total clearance (0.9 ± 0.2 and 1.0 ± 0.3 L/h/kg), the terminal half-life (3.3 ± 0.8 and 3.7 ± 0.3 h) and the apparent volume of distribution (2.8 ± 0.4 and 3.1 ± 1.0 L/kg) were statistically similar (α = 0.05) after i.v. and oral administration, by both model independent and compartmental approaches. The area under the curve was reduced after oral dosing (4.1 ± 1.6 μg.h/mL) in comparison to i.v. dosing (6.6 ± 1.3 μg.h/mL) leading to an oral bioavailability of 31%. The absorption was fast, with a constant rate of 5.0 ± 1.8 h-1. The results evidenced the linear pharmacokinetics of gatifloxacin in rodents in the dose range investigated; iii) Microdialysis recoveries determined in vitro by EE and RD at 80, 160 and 400 ng/mL resulted in 33.5 ± 1.3%, 33.1 ± 1.2%, 31.8 ± 2.7% and 31.4 ± 2.6%, 33.1 ± 2.2%, 30.6 ± 3.3%, respectively. In vivo recovery by RD in Wistar rat’s skeletal muscle and lung were 29.1 ± 1.0% and 30.7 ± 1.4%, respectively. Recoveries by no-net-flux in vitro and in vivo resulted in recoveries of 30.9 ± 2.9% and 29.0 ± 0.8%, respectively. In this way, it was shown that gatifloxacin recovery was constant and independent of the method or media used. Free skeletal muscle, lung and plasma profiles were virtually superimposed after i.v. administration of gatifloxacin 6 mg/kg dose resulting in similar area under the curve of 3888 ± 734 ng.h/mL, 4138 ± 1071 ng.h/mL and 3805 ± 577 ng.h/mL, respectively (α = 0.05). The tissue distribution factors were determined to be 1.02 and 1.08 for muscle and lung, respectively; iv) The PK/PD model used was able to describe the effect of levofloxacin and gatifloxacin against Streptococcus pneumoniae in vitro for all the regimens investigated. Levofloxacin EC50 (3.57 ± 2.16 mg/L) was higher than gatifloxacin (0.95 ± 0.56 mg/L) when multiple dosing regimens where simulated. Using constant concentrations, levofloxacin EC50 was also higher than gatifloxacin (EC50,levofloxacin = 2.75 ± 0.45 mg/L; EC50,gatifloxacin = 1.03 ± 0.52 mg/L). The kmax was statistically similar for both drugs independent of whether fluctuating (kmax,levofloxacin = 0.40 ± 0.19 h-1; kmax,gatifloxacin = 0.48 ± 0.15 h-1) or constant concentrations (kmax,levofloxacin = 0.34 ± 0.06 h-1; kmax,gatifloxacin = 0.39 ± 0.23 h-1) were simulated. None of the PK/PD indices was capable of predicting the infection outcome for all the situations investigated. The PK/PD model developed allowed not only the comparison between the fluoroquinolones effect but also the comparison of different dosing regimes for the same drug and can be used for simulating alternative regimens and optimizing therapy of these drugs to treat community-acquired pneumonia.