Lääkeaineen liukoisuudella tarkoitetaan yleensä sen vesiliukoisuutta. Vesi on yleisin

Transkriptio

1 Laine K: Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin. Kirjassa: Farmaseuttisen kemian perusteet. 1. painos, s Farmasian opiskelijayhdistys Fortis ry, Kuopio 2013 Julkaistu Farmasian opiskelijayhdistys Fortis ry:n luvalla. Jarkko Rautio Krista Laine Pekka Jarho Erik Wallén Katariina Vuorensola Tom Wikberg Björn Lindeke Kustantaja: Farmasian opiskelijayhdistys Fortis ry ISBN:

2 3 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Lääkeaineen liukoisuudella tarkoitetaan yleensä sen vesiliukoisuutta. Vesi on yleisin liuotin farmaseuttisissa valmisteissa, kuten injektioliuoksissa, oraalinesteissä ja silmätipoissa, ja koska myös biologiset nesteet ovat vesiliuoksia, on lääkeaineen liukeneminen veteen hyvin tärkeä ominaisuus. Lääkeaineen vesiliukoisuus määrittää hyvin pitkälti kyseiselle lääkeaineelle soveltuvan antotavan ja -reitin, sekä vaikuttaa merkittävästi lääkeaineen imeytymiseen, jakautumiseen, eliminaatioon ja metaboliaan elimistössä. Toisaalta lääkeaineella on oltava myös riittävä rasvaliukoisuus kyetäkseen mm. läpäisemään elimistön biologisia kalvoja. Tässä luvussa käsitellään sekä lääkeaineen vesiliukoisuutta ja siihen vaikuttavia tekijöitä että lääkeaineen rasvaliukoisuutta jakautumiskertoimen avulla. 3.1 Lääkeaineen vesiliukoisuus Liuoksessa vähintään kaksi komponenttia on sekoittunut toisiinsa muodostaen yhtenäisen faasin. Lääkeaineen vesiliukoisuus riippuu sen kemiallisista, elektronisista ja rakenteellisista ominaisuuksista eli toisin sanoen sen funktionaalisten ryhmien kyvystä muodostaa erilaisia molekyylien välisiä vuorovaikutuksia liuotinmolekyylien kanssa. Lääkeaineen vesiliukoisuus ilmaisee maksimiainemäärän, joka vakiolämpötilassa ja vakiopaineessa voi liueta liuottimeen. Ei-kylläisessä liuoksessa liuenneen yhdisteen pitoisuus on pienempi kuin kylläisessä liuoksessa ja liuokseen voi liueta vielä lisää yhdistettä, kunnes saavutetaan kylläinen liuos. Liuos on kylläinen silloin, kun liuennut aine on tasapainossa liuottimen kanssa ja liuotettavaa ainetta ei tietyssä lämpötilassa ja paineessa enää liukene siihen. Tällöin kylläisessä liuoksessa vallitsee dynaaminen tasapaino, jossa liukenevaa ainetta saostuu koko ajan yhtä paljon kuin sitä liukenee. Vaikka liuos on kylläinen yhden aineen suhteen, voi siihen silti liueta toista ainetta. Ylikylläisessä liuoksessa liuottimeen on liuennut enemmän ainetta kuin aineen liukoisuus kyseisessä lämpötilassa edellyttää. Ylikylläinen liuos on kuitenkin epästabiili ja siinä oleva liuennut aine voi kiteytyä yhtäkkiä. Ylikylläisen liuoksen kiteytymistä voidaan edesauttaa esimerkiksi alkukiteen avulla eli lisäämällä ylikylläiseen liuokseen kide liuennutta ainetta. Lääkeaineen vesiliukoisuus ilmaistaan kylläisen liuoksen pitoisuuden perusteella. Lääkeaineiden liukoisuus ilmoitetaan yleisimmin pitoisuusyksikköinä, eli kuinka paljon lääkeainet

3 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin ta liukenee tiettyyn tilavuuteen tai massaan liuotinta. Farmasiassa yleisesti käytettyjä pitoisuusyksikköjä ovat mm. molaarinen pitoisuus (mol/l), massa per tilavuus (g/l) tai massa per tilavuus % (g/100 ml). Lisäksi eri maiden farmakopeat käyttävät erilaisia kuvaavia pitoisuuskäsitteitä. Esimerkiksi Euroopan farmakopeassa lääkeaineiden liukoisuudet on luokiteltu 7 kategoriaan sen mukaisesti, paljonko liuotinta tarvitaan liuottamaan yksi gramma lääkeainetta (taulukko 3.1). Taulukko 3.1 Euroopan farmakopean käyttämät kuvailevat pitoisuuskäsitteet. Liukenee kohtalaisesti tai sitä parempi liukoisuus vastaa 1 % (m/v) liukoisuutta. Kuvaava termi Liukenee erittäin hyvin (Very soluble) Liukenee hyvin (Freely soluble) Liukenee (Soluble) Keskimääräinen tilavuus liuotinta millilitroissa, joka tarvitaan liuottamaan 1 gramma lääkeainetta Vähemmän kuin 1 ( 1 g /ml) Liukenee kohtalaisesti (Sparingly soluble) 30 (= 1 g / 100 ml) Liukenee huonosti (Slightly soluble) Liukenee erittäin huonosti (Very slightly soluble) Käytännössä liukenematon (Practically insoluble) Enemmän kuin Liukenemistapahtuma Kiinteän aineen liukeneminen liuottimeen on kahden faasin välinen tapahtuma. Liukenemistapahtuma voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen (kuva 3.1). Kiinteässä olomuodossa yhdisteen molekyylit ovat järjestäytyneet tarkkaan määrätyksi kiderakenteeksi. Jotta molekyyli voi jättää tämän kiderakenteen ja liueta, täytyy kiinteän yhdisteen kiderakenteessa olevien vuorovaikutusten särkyä. Molekyylin irtoaminen kiderakenteesta vaatii energiaa tapahtuakseen. Samanaikaisesti liuotinmolekyylien välisen järjestäytyneen rakenteen täytyy muuttua ja liuotinmolekyylien välisten vuorovaikutusten rikkoutua. Tällöin liuottimeen muodostuu aukko, johon kiinteän yhdisteen kiderakenteesta irronnut molekyyli voi siirtyä. Myös liuotinmolekyylien välisten vuorovaikutusten rikkoutuminen vaatii energiaa tapahtuakseen. Liukenemistapahtuman kolmannessa vaiheessa kiderakenteesta irronnut molekyyli siirtyy liuotinmolekyylien muodostamaan aukkoon, jolloin kiinteän yhdisteen molekyylin ja liuotinmolekyylien välille muodostuu uusia vuorovaikutuksia

4 Krista Laine Kuva 3.1 Kiinteän yhdisteen liukenemistapahtuma. Kiinteän yhdisteen molekyylin siirryttyä liuotinmolekyylien muodostamaan aukkoon liuotinmolekyylit järjestäytyvät uudelleen ja aukko sulkeutuu, jolloin vapautuu energiaa. Huomattavaa on, että liukenemisen edellytyksenä on vuorovaikutusten muodostuminen liukenevan yhdisteen ja liuottimen välille. Vuorovaikutusten muodostumisesta vapautuvan energiamäärän täytyy olla vähintään yhtä suuri kuin vaiheissa 1 ja 2 kuluvan energiamäärän. Mikäli liukeneva yhdiste ei kykene muodostamaan yhtä voimakkaita molekyylien välisiä vuorovaikutuksia liuottimen kanssa, kuin liuotinmolekyylit muodostavat keskenään, ei yhdiste liukene kyseiseen liuottimeen Liuottimen ja liukenevan yhdisteen väliset vuorovaikutukset Vesimolekyyli on rakenteeltaan neutraali aine, mutta sen elektronegatiivinen happiatomi vetää elektroneja voimakkaasti puoleensa, jolloin kovalenttiset sidokset happiatomin ja vetyatomien välillä ovat voimakkaasti polarisoituneet: happiatomilla on negatiivinen osittaisvaraus ja vetyioneilla positiivinen osittaisvaraus sekä vesimolekyylissä on voimakas dipoli. Kun vesimolekyylit ovat toistensa läheisyydessä muodostuu niiden dipolien välille voimakkaita vuorovaikutuksia: yhden vesimolekyylin positiivisesti osittaisvarautunut vetyatomi vuorovaikuttaa toisen vesimolekyylin negatiivisesti osittaisvarautuneen happiatomin kanssa. Tällaista vuorovaikutusta, jossa elektronegatiiviseen atomiin, kuten happeen tai typpeen, sitoutunut vetyatomi muodostaa vuorovaikutuksen toisen molekyylin elektronegatiivisen atomin (happi, typpi) kanssa, kutsutaan vetysidokseksi (kuva 3.2). Vetysidokset ovat dipoli-dipolisidosten erityismuoto, ja ne ovat heikompia sidoksia kuin kovalenttinen tai ionisidos, mutta voimakkaampia sidoksia kuin dipoli-dipolivuorovaikutus tai dispersiovoimat. d- H d - H N H O O H d + d + H-S-R Kuva 3.2 Vetysidos amiinin ja veden sekä tiolin ja veden välillä

5 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Tietoruutu 3.1 Molekyylien väliset vuorovaikutukset Vuorovaikutus Ioni-ioni Vahvuus Teoreettisesti 250 kj/mol Käytännössä kj/mol Riippuvuus etäisyydestä ja suunnasta Heikkenee hitaasti etäisyyden kasvaessa (1/r). Vetysidos X-H... X, jossa X on N tai O 20 kj/mol Vahvuus riippuu etäisyydestä ja kulmasta. Optimietäisyys 1,5 2,2 Å ja optimikulma Ioni-dipoli 15 kj/mol Heikkenee nopeammin etäisyyden kasvaessa, kuin ioni-ioni vuorovaikutus (1/r 2 ). Dipoli-dipoli 2 kj/mol Heikkenee nopeammin etäisyyden kasvaessa, kuin ioni-ioni ja ioni-dipoli vuorovaikutukset (1/r 3 ). Dispersiovoimat (Van der Waals, London) 2 kj/mol Heikkenee erittäin nopeasti etäisyyden kasvaessa (1/r 6 ). Hydrofobisella vuorovaikutuksella tarkoitetaan osittain eri asiaa kuin dispersiovoimilla, vaikka termiä käytetäänkin usein oppikirjoissa tämän synonyyminä. Hydrofobinen vuorovaikutus perustuu siihen, ettei hydrofobinen molekyyli tai osarakenne pysty vuorovaikuttamaan veden kanssa ja vesimolekyylien on siksi muodostettava järjestynyt pinta hydrofobisen molekyylin tai osarakenteen ympärillä. Järjestäytyneen veden pinta on pienin tilanteessa, jossa hydrofobiset molekyylit tai osarakenteet ovat suoraan vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ilman vesimolekyylejä välissään. Tällöin myös hydrofobiset molekyylit ja osarakenteet vuorovaikuttavat keskenään dispersiovoimin. Hydrofobinen vuorovaikutus on näiden kahden vaikutuksen summa. Vetysidoksien lisäksi toinen tärkeä molekyylien välinen vuorovaikutus, joka vaikuttaa lääkeaineiden vesiliukoisuuteen, on ioni-dipolivuorovaikutus. Ioni-dipolivuorovaikutus muodostuu anionin tai kationin liuetessa veteen, jolloin siihen kiinnittyy useita vesimolekyylejä sähköisin voimin. Elektropositiivisena kationi vetää puoleensa vesimolekyylin hapen vapaata elektroniparia, kun taas elektronegatiivisena anioni vetää puoleensa dipolin elektropositiivista osaa, eli vesimolekyylin kyseessä ollessa sen vetyatomeja (kuva 3.3). Tapahtuu hydrataatio, jolloin vesimolekyylit orientoituvat ionisoituneen atomin ympärille sen mukaisesti ja muodostavat niin kutsutun hydraattiverhon

6 Krista Laine H N H d + H d d + d + d O O H H H O H O d + Kuva 3.3 Kationin ja vesimolekyylin sekä anionin ja vesimolekyylin välinen ioni-dipolivuorovaikutus. Ionisoituneen atomin ympärillä olevat vesimolekyylit orientoituvat sen mukaisesti (hydrataatio). Yleisesti sanotaan, että kemiallisesti samanlainen aine liuottaa samanlaista. Glukoosi liukenee hyvin veteen, sillä sen rakenteessa on useita hydroksyyliryhmiä, jotka voivat muodostaa vetysidoksia veden kanssa. Liukenevan yhdisteen kyky muodostaa vetysidoksia vesimolekyylien kanssa onkin tärkein yksittäinen tekijä määriteltäessä aineen vesiliukoisuutta. Öljyt puolestaan eivät liukene veteen. Öljyt ovat poolittomia hiilivetyjä, jotka vuorovaikuttavat dispersiovoimien kautta. Ne eivät muodosta vetysidoksia eivätkä dipoli-vuorovaikutuksia, joten niillä ei ole kykyä muodostaa yhteisiä vuorovaikutuksia vesimolekyylien kanssa. Sanonta samanlainen liuottaa samanlaista perustuu siihen, että liukenevan aineen kiinteässä olomuodossa olevat vuorovaikutukset ovat samanlaiset liuotinmolekyylien välisten vuorovaikutusten kanssa. Jos kemiallinen ryhmä liukenee täydellisesti tai osittain veteen, sanotaan sen olevan vesiliukoinen eli hydrofiilinen. Vastaavasti, jos yhdiste liukenee täydellisesti tai osittain poolittomiin liuottimiin, sanotaan sen olevan rasvaliukoinen eli hydrofobinen (tai lipofiilinen). Kemialliset ryhmät voidaan luokitella hydrofiilisiin tai lipofiilisiin niiden polaarisuuden perusteella (taulukko 3.2). Kuten taulukosta 3.2 havaitaan, ionisoituneet ryhmät, kuten karboksylaatti ja alkyyliammonium, ovat erittäin hydrofiilisiä ryhmiä ja kasvattavat yhdisteen vesiliukoisuutta huomattavasti. Tietoruutu 3.2 Solvataatio ja hydrataatio Solvataatio on liukenemisprosessi, jossa liuotinmolekyylit ovat vuorovaikutuksessa liuenneen aineen kanssa. Hydrataatio on solvataatio veteen, joka tapahtuu ionin ja dipolin välillä. Yleensä kationien hydrataatio on voimakkaampaa kuin anionien

7 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Taulukko 3.2 Erilaisten funktionaalisten ryhmien jaottelua hydrofiilisiin ja hydrofobisiin (Lemke 2012). Funktionaalinen ryhmä -CH 3 -CH 2 - -Cl, -Br, -F -N(CH 3 ) 2 -SCH 3 -OCH 2 CH 3 -OCH 3 -NO 2 -COOH -NH 2 -CHO -COO - -NH 3 + -O Luokittelu Hydrofobinen Hydrofobinen Hydrofobinen Hydrofobinen Hydrofobinen Hydrofobinen Hieman hydrofiilinen Hieman hydrofiilinen Hieman hydrofiilinen Hydrofiilinen Hydrofiilinen Erittäin hydrofiilinen Erittäin hydrofiilinen Erittäin hydrofiilinen Vaikka suoloja pidetään yleensä hyvin vesiliukoisina, kaikki orgaaniset suolat eivät kuitenkaan liukene veteen. Liuetakseen suolan anionin ja kationin täytyy kyetä irtoamaan toisistaan eli dissosioitumaan sekä olemaan vuorovaikutuksissa vesimolekyylien kanssa. Vahvan hapon ja vahvan emäksen, heikon hapon ja vahvan emäksen sekä vahvan hapon ja heikon emäksen väliset suolat dissosioituvat helposti. Ionisoituvien lääkeaineiden yhteydessä täytyy huomioida myös niiden mahdollinen kyky muodostaa molekyylin sisäisiä vuorovaikutuksia. Ionisoituvan molekyylin positiivisesti varautunut funktionaalinen ryhmä voi vuorovaikuttaa samassa molekyylissä olevan vastakkaisesti varautuneen ryhmän kanssa, jolloin molekyylin vesiliukoisuus yleensä huononee merkittävästi. Esimerkiksi amfolyyttisen yhdisteen positiivisesti varautunut funktionaalinen ryhmä voi vuorovaikuttaa samassa molekyylissä olevan negatiivisesti varautuneen ryhmän kanssa, jolloin molekyylin vesiliukoisuus yleensä huononee merkittävästi. Tätä ilmiötä tarkastellaan lähemmin luvussa Tietoruutu 3.3 Dielektrisyysvakio (ε) Dielektrisyysvakio (ε) on sähköä johtavalle aineelle tyypillinen tunnusluku, joka kuvaa miten varaukset ovat jakautuneet molekyylin sisällä. Mitä suurempi arvo on, sitä enemmän varaukset kykenevät jakautumaan molekyylin sisällä ja sitä polaarisempi molekyyli on

8 Krista Laine Liuottimien ominaisuuksista Liuottimet voidaan jakaa joko niiden polaarisuuden tai proottisuuden mukaan. Kuten aiemmin todettiin, vesi on yleisin liuotin farmaseuttisissa valmisteissa. Vesi liuottaa hyvin fenoleita, alkoholeja, aldehydejä, ketoneita, amiineja sekä muita happea ja typpeä sisältäviä yhdisteitä, jotka voivat muodostaa vetysidoksia vesimolekyylien kanssa. Vesi onkin polaarinen liuotin. Polaarisilla liuottimilla on korkea dielektrisyysvakio. Polaarinen liuotin vähentää vastakkaisesti varautuneiden ionien välisiä vetovoimia kiteessä siten, että liuotinmolekyylin positiivinen osittaisvaraus kykenee muodostamaan liukenevan yhdisteen negatiivisen osittaisvarauksen ja vastaavasti liuotinmolekyylin negatiivinen osittaisvaraus kykenee muodostamaan liukenevan yhdisteen positiivisen osittaisvarauksen kanssa voimakkaan vuorovaikutuksen, joka löyhyttää ionien välisiä vetovoimia kiteessä, jolloin liukeneminen helpottuu. Polaariset liuottimet kykenevät muodostamaan vetysidoksia liukenevan yhdisteen kanssa. Poolittomat liuottimet eivät kykene vähentämään ionien välistä vetovoimaa molekyylissä, rikkomaan vetysidoksia tai ionisoimaan heikkoja elektrolyyttejä. Tästä syystä ionisoituvat tai polaariset yhdisteet eivät liukene tai liukenevat niihin huonosti. Poolittomilla liuottimilla on matala dielektrisyysvakio. Proottisten liuottimien kemiallisessa rakenteessa puolestaan on OH- tai NH-protoneja, mutta ei-proottisilla (aproottisilla) niitä ei ole. Taulukkoon 3.3 on koottu yleisimpien liuottimien polaarisuus- ja proottisuusominaisuuksia. Taulukko 3.3 Yleisimpien liuottimien polaarisuus- ja proottisuusominaisuuksia. Liuotin Lyhenne Dielektrisyysvakio (ε, 25 o C) Kiehumispiste ( o C) Proottiset liuottimet: Vesi Muurahaishappo Metanoli Etanoli Tertiäärinen butanoli Etikkahappo MeOH EtOH tert-buoh HOAc ,6 64,7 78,3 82,3 117,9 Aproottiset liuottimet: Dimetyylisulfoksidi Asetonitriili Asetoni Dikloorimetaani Tetrahydrofuraani Etyyliasetaatti Dietyylieetteri Tolueeni Heksaani DMSO ACN Me 2 CO --- THF EtOAc Et 2 O ,1 7,6 6 4,3 2,4 1, ,6 56, ,1 34,6 110,6 68,7-51 -

9 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Lääkeaineen vesiliukoisuuden ennustaminen Lääkeaineiden vesiliukoisuutta voidaan ennustaa empiirisesti Lemken (2012) kehittämällä lähestymistavalla, jossa lääkeaineen vesiliukoisuus määräytyy sen sisältämien funktionaalisten ryhmien ominaisuuksien perusteella. Taulukossa 3.4 on esitetty erilaisten lääkeainemolekyyleissä esiintyvien funktionaalisten ryhmien kykyä liuottaa lääkeaineen hiilivetyrangan hiiliatomeja. Jos lääkeaineen funktionaalisten ryhmien yhteenlaskettu liuotuskyky ylittää molekyylissä olevien hiiliatomien määrän, katsotaan lääkeaineen olevan vesiliukoinen (> 1 % (m/v) liukoisuus). Muissa tapauksissa lääkeainetta pidetään veteen liukenemattomana. On huomattava, että molekyylin ionisoituminen edistää merkittävästi sen vesiliukoisuutta, ja yksi ionisoitunut funktionaalinen ryhmä kykeneekin liuottamaan noin hiiliatomia. Taulukko 3.4 Erilaisten orgaanisten funktionaalisten ryhmien kyky liuottaa lääkeaineessa olevia hiiliatomeja (Lemke 2012). Funktionaalinen ryhmä* Monofunktionaalinen molekyyli** Polyfunktionaalinen molekyyli*** Alkoholinen hydroksyyli liuottaa 5 6 hiiltä liuottaa 3 4 hiiltä Fenolinen hydroksyyli liuottaa 6 7 hiiltä liuottaa 3 4 hiiltä Amiini liuottaa 6 7 hiiltä liuottaa 3 hiiltä Karboksyyli liuottaa 5 6 hiiltä liuottaa 3 hiiltä Esteri liuottaa 6 hiiltä liuottaa 3 hiiltä Amidi liuottaa 6 hiiltä liuottaa 2 3 hiiltä Eetteri liuottaa 4 5 hiiltä liuottaa 2 hiiltä Aldehydi liuottaa 4 5 hiiltä liuottaa 2 hiiltä Ketoni liuottaa 5 6 hiiltä liuottaa 2 hiiltä Urea, karbonaatti, karbamaatti --- liuottaa 2 hiiltä *ionisoitunut funktionaalinen ryhmä kykenee liuottamaan noin hiiliatomia, **sisältää yhdenlaisia funktionaalisia ryhmiä; ***sisältää useammanlaisia funktionaalisia ryhmiä

10 Krista Laine Esimerkki Lemken menetelmän soveltamisesta lääkeaineen vesiliukoisuuden ennustamiseen on esitetty kuvassa 3.4. Mallilääkeaineena on anileridiini, jonka rakenne koostuu yhteensä 21 hiiliatomista. Se on polyfunktionaalinen yhdiste sisältäen kolme erilaista funktionaalista ryhmää. Anileridiinin aromaattisen amiinin, tertiäärisen alkyyliamiinin ja esterin yhteenlaskettu vesiliuottava vaikutus on vain 9 hiiltä. Tästä syystä anileridiini ei ole Lemken menetelmän perusteella vesiliukoinen yhdiste. Sen kokeellisesti määritetty vesiliukoisuus onkin vain 1 g/ ml. Mikäli anileridiini ionisoituu, muodostuneen ionin vesiliuottava lisävaikutus yksinään on hiiltä, joten sen vesiliukoisuus paranee huomattavasti. Ionisoituneen anileridiinin kokeellisesti määritetty vesiliukoisuus on 0,2 g/ml. Vaikka Lemken menetelmällä voidaan nopeasti saada käsitys lääkeaineen vesiliukoisuudesta, täytyy muistaa että kyse on suuntaa-antavasta ennustuksesta, ja lääkeaineen vesiliukoisuus tulee aina viime kädessä määrittää kokeellisesti. Kuva 3.4 Anileridiinin vesiliukoisuuden ennustaminen Lemken menetelmällä (Lemke 2012) Vesiliukoisuuteen vaikuttavia tekijöitä Molekyylipaino ja molekyylin muoto Yleisesti ottaen lääkeaineen molekyylipainon kasvaessa sen liukoisuus vähenee liuottimesta riippumatta. Molekyylipainon kasvaessa myös lääkeainemolekyylin koko kasvaa ja mitä suurempi lääkeaineen molekyylikoko on, sitä enemmän sen tarvitsee muodostaa molekyylien välisiä vuorovaikutuksia liuottimen kanssa, jotta se voi liueta. Lääkeaineen molekyylipaino vaikuttaa myös sen biologiseen hyötyosuuteen. Lääkeaineen molekyylipainon kasvaessa sekä sen vesi- että rasvaliukoisuus, eli liukoisuus biologisiin kalvoihin vähenee, mikä rajoittaa lääkeaineen imeytymistä ja jakautumista elimistössä. Yleisenä sääntönä voidaankin pitää, että mikäli pienimolekyylisen lääkeaineen molekyylipaino ylittää 500 g/mol, voidaan odottaa ongelmia sen vesiliukoisuuden suhteen ja pienimolekyylisiä yhdisteitä, joiden molekyylipaino ylittää g/mol, tulisi välttää lääkeaineina. Lääkeaineen hiilivetyrangan ja siten molekyylipainon kasvaessa molekyylien väliset heikot vuorovaikutukset, kuten dispersiovoimat ja van der Waalsin voimat, lisääntyvät. Mitä suurempi lääkeaineen molekyylipaino on, ja mitä enemmän näitä heikkoja vuorovaikutuksia molekyylien välillä esiintyy, sitä voimakkaammin lääkeaine pyrkii pysymään kiinteänä aineena tai nesteenä. Voidaankin yleistää, että yhdisteillä, joiden sulamis- tai kiehumispiste on korkea, on suuri molekyylikoko sekä huono vesiliukoisuus

11 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Taulukko 3.5 Erilaisten alkoholien vesiliukoisuuksia (muokattu Florence ja Attwood 2006). Yhdiste Liukoisuus (mol/kg) Pinta-ala (nm 2 ) Kiehumispiste ( o C) Kemiallinen rakenne 1-Butanoli 1,006 2, ,7 HO 1-Pentanoli 0,25 3, ,8 HO 3-Metyyli-1-butanoli 0,311 2, ,2 HO 2-Metyyli-1-butanoli 0,347 2, ,7 OH 2-Pentanoli 0,53 2, ,0 OH 3-Pentanoli 0,615 2, ,3 OH 3-Metyyli-2-butanoli 0,667 2, ,5 2-Metyyli-2-butanoli 1,403 2, ,0 HO OH 1-Heksanoli 0,061 3, ,0 HO 1-Heptanoli 0,016 3, ,3 HO Esimerkkinä molekyylikoon ja -muodon vaikutuksesta yhdisteen vesiliukoisuuteen voimme tarkastella erilaisten alkoholien vesiliukoisuuksia (taulukko 3.5). Alkoholien vesiliukoisuus vähenee hiilivetyketjun pidetessä. Pentanolin isomeereillä molekyylin haaroittuminen lisää vesiliukoisuutta, sillä haaroittuneen molekyylin pinta-ala on pienempi kuin vastaavan suoraketjuisen molekyylin. Haaroittuneen molekyylin liuetessa vesimolekyylien ei tarvitse muodostaa yhtä suurta aukkoa rakenteeseensa, kuin suoraketjuisen molekyylin liuetessa, joten haaroittunut molekyyli liukenee veteen paremmin kuin vastaava suoraketjuinen molekyyli (kuva 3.5)

12 Krista Laine Kuva 3.5 Suoraketjuisen heptaanin ja sen haaroittuneen isomeerin 2,2,3-trimetyylibutaanin liukeneminen. Liuetakseen suoraketjuisen heptaanin täytyy muodostaa vuorovaikutus useamman liuotinmolekyylin kanssa, kuin sen haaroittuneen isomeerin. Tästä syystä haaroittunut isomeeri liukenee paremmin Vesiliuoksen ph Vesiliuoksen ph on yksi tärkeimmistä lääkeaineen vesiliukoisuuteen vaikuttavista tekijöistä, sillä suurin osa lääkeaineista on heikkoja elektrolyyttejä, jotka ionisoituvat ympäristön ph:sta ja lääkeaineen pk a -arvosta riippuen. Kuten edellä on todettu, yleisesti ottaen ionisoituneet yhdisteet liukenevat veteen huomattavasti paremmin kuin ionisoitumattomat yhdisteet. Happamat lääkeaineet liukenevat veteen paremmin emäksisessä kuin happamassa ympäristössä. Niiden vesiliukoisuus lisääntyy merkittävästi, kun vesiliuoksen ph on suurempi kuin heikon hapon pk a -arvo. Heikko happo (HA) dissosioituu vedessä seuraavasti: jolloin heikon hapon happovakio K a on: jossa [A ] on heikon hapon ionisoituneen muodon pitoisuus. Heikon hapon kokonaisliukoisuus (S) veteen on: jossa S 0 on heikon hapon ionisoitumattoman muodon ominaisliukoisuus. Tällöin happovakion lauseke voidaan järjestää uudelleen: Kun merkitään [A ] = S S 0 saadaan:

13 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Kun yhtälön molemmilta puolilta otetaan logaritmit, saadaan yhtälö muunnettua seuraavaan Hendersson-Hasselbalchin yhtälön muunnokseen: Edellä olevaa Hendersson-Hasselbalchin yhtälön muunnosta voidaan käyttää happaman lääkeaineen kokonaisliukoisuuden (S) laskemiseen eri ph-arvoissa, kun lääkeaineen ionisoitumattoman muodon ominaisliukoisuus (S 0 ) ja lääkeaineen pk a -arvo tunnetaan. Lisäksi yhtälöä voidaan käyttää heikon hapon pk a -arvon laskemiseen, kun lääkeaineen kokonaisliukoisuus (S) ja ionisoitumattoman muodon ominaisliukoisuus (S 0 ) tunnetaan tietyssä ph:ssa. Emäksiset lääkeaineet liukenevat veteen paremmin happamassa kuin emäksisessä ympäristössä. Heikkojen emästen vesiliukoisuus lisääntyy merkittävästi, kun vesiliuoksen ph on pienempi kuin heikon emäksen pk a -arvo. Heikko emäs (B) dissosioituu vedessä seuraavasti: jolloin heikon emäksen emäsvakio K b on: jossa [BH + ] on heikon emäksen ionisoituneen muodon pitoisuus. Tällöin heikon emäksen kokonaisliukoisuus (S) veteen on: jossa S 0 on heikon emäksen ionisoitumattoman muodon ominaisliukoisuus. Tällöin emäsvakion lauseke voidaan järjestää uudelleen: Kun merkitään [BH + ] = S S 0 saadaan: Kun emäsvakio muutetaan happovakioksi: saadaan:

14 Krista Laine Yhtälön molemmilta puolilta otetaan logaritmit, jolloin saadaan yhtälö Hendersson-Hasselbalchin yhtälön muunnokseksi: Edellä olevaa Hendersson-Hasselbalchin yhtälön muunnosta voidaan käyttää emäksisen lääkeaineen kokonaisliukoisuuden (S) laskemiseen eri ph-arvoissa, kun lääkeaineen ionisoitumattoman muodon ominaisliukoisuus (S 0 ) ja lääkeaineen pk a -arvo tunnetaan. Kuten heikon hapon yhteydessäkin, yhtälöä voidaan käyttää myös heikon emäksen pk a -arvon laskemiseen, kun lääkeaineen kokonaisliukoisuus (S) ja ionisoitumattoman muodon ominaisliukoisuus (S 0 ) tunnetaan tietyssä ph:ssa. Amfoteerinen lääkeaine sisältää sekä happamia että emäksisiä funktionaalisia ryhmiä ja aine voi esiintyä kahtaisionimuodossa. Amfoteerisen lääkeaineen liukoisuus on alhaisin isoelektrisessä pisteessä eli ph:ssa, jossa lääkeaineen positiivinen ja negatiivinen varaus on yhtä suuret ja molekyyli on ulkoisesti neutraali. Kuvassa 3.6 on esitetty happaman, emäksisen ja amfoteerisen lääkeaineen vesiliukoisuuksien käyttäytyminen ph:n funktiona. Logvesiliukoisuus (mmol/l) a) Indometasiini O b) Klooripromatsiini c) Oksitetrasykliini ph O N O OH N S O N Cl HO OH N H H OH OH O OH O O OH NH 2 Kuva 3.6 Happaman (indometasiini), emäksisen (klooripromatsiini) ja amfoteerisen lääkeaineen (oksitetrasykliini) vesiliukoisuus ph:n funktiona (muokattu Florence ja Atwood 2006) Lämpötila Lämpötilan nostaminen lisää kiinteän lääkeaineen liukoisuutta silloin, kun kiinteän yhdisteen liuetessa sitoutuu lämpöä eli kun liukenemisreaktio on endoterminen. Tällöin lääkeaineen liukenemislämpö, eli lämpömäärä, joka vapautuu tai absorboituu, kun yksi mooli yhdistettä liukenee täydellisesti suureen määrään liuotinta, on positiivinen. Yleensä lääkeaineiden liukenemistapahtuma onkin endoterminen reaktio, jolloin kohotettua lämpötilaa voidaan käyttää nopeuttamaan kiinteiden lääkeaineiden liukenemista. Liukenemisnopeutta ei kuitenkaan pidä sekoittaa lääkeaineen pitoisuuteen, jonka se liuetessaan lopulta saavut

15 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin taa. Vaikka monet yhdisteet liukenevat nopeammin kohotetussa lämpötilassa, yhdisteen kylläisen liuoksen pitoisuus voi silti olla alhaisempi korkeassa lämpötilassa kuin matalassa lämpötilassa. Jos kiinteän yhdisteen liuetessa vapautuu lämpöä, on liukenemisreaktio eksoterminen. Tällöin aineen liukenemislämpö on negatiivinen ja lämpötilan nostaminen vähentää kiinteän aineen liukoisuutta liuottimeen. Lääkeaineista esimerkiksi siklosporiinin liukoisuus vähenee lämpötilan noustessa Lääkeaineiden suolat Suolat ovat neutraaleja yhdisteitä, jotka koostuvat positiivisesti ja negatiivisesti varautuneista ioneista, joista kumpikaan ei ole H + tai OH. Suolanmuodostus tapahtuu hapon ja emäksen välillä, joten suolaa ei voi valmistaa neutraalista yhdisteestä. Vesiliuoksessa suolat dissosioituvat ioneiksi, mistä syystä lääkeaineiden suolamuotoja käytetään yleisesti lisäämään heikosti happamien tai emäksisten lääkeaineiden liukenemisnopeutta. Ioneista koostuvana yhdisteenä suolalla on suurempi polaarisuus kuin vapaalla hapolla tai emäksellä. Kun hapan, molekyylimuotoinen lääkeaine liukenee mahanesteeseen, muodostuu kiinteän lääkeainepartikkelin ympärille hapan diffuusiokerros. Kun haposta tehdään esim. natriumsuola, on kiinteän partikkelin ympärille muodostuvan diffuusiokerroksen ph selvästi korkeampi kuin mahanesteen ph, jolloin lääkeaine pysyy ionisoituneena diffuusiokerroksessa. Täten suolamuodon diffuusiokerroksen ph on liukenemisen kannalta edullisempi, mikä nopeuttaa lääkeaineen liukenemista, koska hydratoituminen tapahtuu helpommin ionisoituneen yhdisteen ja veden välillä, kuin ionisoitumattoman yhdisteen ja veden välillä. Diffuusiokerrokseen liuennut lääkeaine voi saostua siirtyessään mahanesteeseen, mutta muodostunut saostuma on hienojakoista ja liukenee helposti uudelleen. Mikäli ympäristön ph pidetään muuttumattomana, on molekyylimuodon ja sen suolan vesiliukoisuudet kuitenkin yhtä suuret. Taulukko 3.6 Kymmenen yleisintä lääkeaineiden suolanmuodostuksessa käytettyä vastaionia emäksisille ja happamille lääkeaineille (Kerns ja Di 2008). Yleisimmät vasta-anionit emäksisille lääkeaineille (% kaikista) Kloridi (48 %) Sulfaatti (5.8 %) Bromidi (5.2 %) Mesylaatti (3.2 %) Maleaatti (3.1 %) Sitraatti (2.8 %) Tartraatti (2.7 %) Fosfaatti (2.5 %) Asetaatti (2.1 %) Jodidi (1.2 %) Yleisimmät vastakationit happamille lääkeaineille (% kaikista) Natrium (58 %) Kalsium (12 %) Kalium (9.8 %) Magnesium (4.5 %) Meglumiini (2.4 %) Ammonium (2.0 %) Alumiini (1.4 %) Sinkki (1.1 %) Piperatsiini (0.9 %) Trometamiini (0.9 %)

16 Krista Laine Emäksisten lääkeaineiden yleisin suolamuoto on hydrokloridisuola ja happamien lääkeaineiden natriumsuola (taulukko 3.6). Noin 70 % lääkeaineiden suolanmuodostuksessa käytetyistä vastaioneista on anioneja ja noin 30 % kationeja. Jotta lääkeaineesta saadaan muodostettua pysyvä suola, täytyy suolanmuodostajahapon (tai -emäksen) ja lääkeaine-emäksestä (tai -haposta) muodostuvan konjugaattihapon (tai konjugaattiemäksen) pk a -arvojen välillä olla riittävän suuri ero. Tämä pk a -ero tarvitaan, jotta suolanmuodostusreaktio etenee lopputuotteiksi saakka, eikä muodostu tasapainoseosta, joka koostuu sekä lähtöaineista (happo ja emäs) että tuotteista (suola ja vesi). Esimerkkinä voidaan ajatella hapanta asetyylisalisyylihappoa, jonka pk a -arvo on 3,5. Kun asetyylisalisyylihaposta tehdään suolamuoto, täytyy sen reagoida sellaisen emäksen kanssa, joka muodostaa konjugaattihapon, jonka pk a -arvo on vähintään 6,5. Vastaavasti, jos emäksisestä lääkeaineesta, jonka konjugaattihapon pk a -arvo on 10, tehdään suolamuoto, täytyy lääkeaineen reagoida hapon kanssa, jonka pk a -arvo on 7 tai vähemmän. Lääkeaineen suolamuotoja voidaan käyttää myös alhaisen sulamispisteen omaavan aineen tai öljyn muuttamiseksi kiinteäksi kiteiseksi yhdisteeksi. Korkean molekyylipainon omaavalla kiinteällä kiteisellä yhdisteellä on suotuisammat fysikaaliskemialliset ja formulaatio-ominaisuudet. On kuitenkin muistettava, että suolamuodon molekyylipaino on aina suurempi kuin vapaan hapon tai emäksen. Vaikka vahvojen happojen tai emästen suoloilla on usein hyvä vesiliukoisuus, ovat suolat myös hygroskooppisia eli ne pyrkivät absorboimaan itseensä kosteutta, mikä voi aiheuttaa säilyvyysongelmia. Suolamuodolla on myös vapaata happoa tai emästä suurempi taipumus muodostaa hydraatteja ja solvaatteja tai kiteytyä useassa eri kidemuodossa, mitkä voivat puolestaan vaikeuttaa valmisteen formulointia Vesiliukoisuuden parantaminen Niukkaliukoisten lääkeaineiden vesiliukoisuuksien parantamiseksi on farmaseuttisissa valmisteissa käytetty perinteisesti useita apuaineita (taulukko 3.7). Huonosti veteen liukenevan lääkeaineen vesiliukoisuutta voidaan parantaa liuottamalla lääkeaine ensin pieneen määrään (0,5 5 %) jotain toista liuotinta, jolla on suurempi kyky liuottaa lääkeainetta, ja joka sekoittuu veden kanssa. Tätä liuotinta kutsutaan keraliuottimeksi. Farmaseuttisissa valmisteissa yleisesti käytettyjä keraliuottimia ovat esimerkiksi etanoli, dimetyylisulfoksidi, glykoli ja propyleeniglykoli. Pinta-aktiiviset aineet lisäävät kiinteän lääkeaineen kostumista ja kiinteän partikkelin hajoamisnopeutta, mikä lisää lääkeaineen liukenemisnopeutta. Veteen niukkaliukoinen lääkeaine voi myös siirtyä pinta-aktiivisten aineiden muodostamien misellien sisään, jolloin lääkeainetta liukenee veteen enemmän. Myös emulsioita ja kompleksoivia aineita, kuten syklodekstriinejä (kts. luku 7.2), voidaan käyttää lääkeaineen vesiliukoisuuden parantamiseen. Usein myös lääkeaineen rakennetta on pyritty muokkaamaan yhdisteen vesiliukoisuuden parantamiseksi. Lääkeaineen rakennetta voidaan muokata joko valmistamalla uusia lääkeaineanalogeja tai aihiolääkkeitä (kts. luku 7.1). On kuitenkin hyvä muistaa, että lääkeaineanalogit ovat täysin uusia molekyylejä, joten niihin tehdyt rakennemuutokset voivat vaikuttaa lääkeainemolekyylin kykyyn sitoutua kohdemolekyyliinsä ja aiheuttaa farmakologisen vasteen. Aihiolääkkeet puolestaan vapauttavat aktiivisen lääkeaineen elimistössä, jolloin aihiolääketeknologialla lääkeaineen liukoisuusominaisuuksia voidaan muokata ilman että vaikutuspaikalle päätyvän aktiivisen lääkeaineen farmakologiset ominaisuudet muuttuvat

17 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Taulukko 3.7 Keinoja lääkeaineiden vesiliukoisuuden parantamiseksi. Keraliuottimet Pinta-aktiiviset aineet Emulsiot Kompleksin muodostajat Lääkeaineen rakennemuutokset; 1. Ionisoituvan ryhmän lisääminen lääkeainemolekyyliin 2. Vetysidoksia muodostavien ryhmien lisääminen lääkeainemolekyyliin 3. Polaarisen ryhmän lisääminen lääkeainemolekyyliin 4. Molekyylipainon vähentäminen 5. Kiteiden pakkautumisen vähentäminen 6. Lääkeainemolekyylin jakautumiskertoimen pienentäminen 7. Suolanmuodostus 8. Aihiolääkkeet Suun kautta annettavan lääkeaineen riittävä vesiliukoisuus Lääkeaineen riittävä vesiliukoisuus on edellytyksenä liuosmuotoisen formulaation valmistukselle ja ei-kliinisten kokeiden suorittamiselle. Lääkeaineen vesiliukoisuudella on myös keskeinen merkitys lääkeaineen imeytymisen kannalta, sillä vain liuennut lääkeaine voi kulkeutua biologisten kalvojen läpi ja päästä vaikutuspaikkaansa. Biologisissa nesteissä veteen on sekoittunut erilaisia yhdisteitä, jotka saattavat parantaa lääkeaineiden liukoisuutta puhtaaseen veteen verrattuna. Esimerkiksi ruoansulatuskanavan nesteissä on muun muassa suoloja, entsyymejä, sappihappoja ja muita pinta-aktiivisia yhdisteitä. Tämän vuoksi lääkeaineiden liukoisuus määritetään usein myös näissä ns. biorelevanteissa nesteissä. Suun kautta annettavalle lääkeaineelle riittävä vesiliukoisuus määräytyy lääkeaineen imeytymisnopeuden eli permeabiliteetin sekä kliiniseen hoitovasteeseen tarvittavan lääkeannoksen perusteella. Kun suun kautta annettava lääkeaine imeytyy täydellisesti, on lääkeaineen annos maksimaalinen imeytyvä annos (MAD, engl. maximal adsorbed dose). MAD vastaa maksimimäärää lääkeainetta, joka voi imeytyä tietystä lääkeannoksesta, ja se voidaan laskea seuraavalla yhtälöllä: jossa S on lääkeaineen liukoisuus (mg/ml) ph:ssa 6,5, K a lääkeaineen imeytymisnopeusvakio ohutsuolessa (min 1 ), SIWV on ohutsuolen vesitilavuus (noin 250 ml) ja SITT on kulkeutumisaika ohutsuolessa (noin 270 min). Tällöin lääkeaineelta vaadittava vähimmäisvesiliukoisuus voidaan ennustaa yhtälöllä: Yhtälön kerroin 0,015 määräytyy ohutsuolen nestetilavuuden ja lääkeaineen keskimääräisen ohutsuolessa kulkeutumisajan perusteella. Yhtälöstä nähdään myös, että lääkeaineen vesiliukoisuus ph:ssa 6,5 ja sen imeytymisnopeus ohutsuolen seinämän läpi ovat kaksi tekijää, joilla lääkeaineen maksimaalisesti imeytyvää annosta voidaan kasvattaa

18 Krista Laine Vesiliukousuus (mg/ml) Annos Imeytymisnopeus Annos (mg/kg) Kuva 3.7 Liukoisuuden, imeytymisnopeusvakion ja annoksen välinen riippuvuus (muokattu Rohrs 2006). Kuvassa 3.7 on esitetty lääkeaineen liukoisuuden, imeytymisnopeuden ja hoitoannoksen välinen riippuvuus. Jos lääkeaineen annos on 1 mg/kg ja se imeytyy hitaasti, on sen vähimmäisvesiliukoisuuden oltava noin 0,35 mg/ml. Jos huonosti imeytyvä lääkeaine onkin tehottomampi, ja tarvittava annos on 10 mg/ml, on sen vähimmäisvesiliukoisuus tällöin noin 3,5 mg/ml. Toisaalta, jos lääkeaine on tehokas annoksella 1 mg/kg ja imeytyy hyvin, on tarvittava vähimmäisvesiliukoisuus vain 0,035 mg/ml. Yhdisteitä, joilla on keskimääräinen teho (annos noin 1,0 mg/kg) ja biologisten kalvojen läpäisevyys, voidaan pitää suun kautta imeytymisen kannalta hyvin vesiliukoisina, mikäli niiden vesiliukoisuus ylittää 60 µg/ml, vesiliukoisina, mikäli niiden vesiliukoisuus on välillä µg/ml ja niukkaliukoisina, mikäli niiden vesiliukoisuus on pienempi kuin 10 µg/ml. Edellä mainittu yleistys pätee kuitenkin vain lääkeaineen imeytymiseen ihmisillä ja eläinkokeissa tarvittava vesiliukoisuus on usein merkittävästi suurempi pienemmän annostilavuuden vuoksi. Biofarmaseuttisessa luokitusjärjestelmässä (engl. Biopharmaceutical Classification System, BCS) suun kautta otettavat lääkeaineet on luokiteltu neljään luokkaan niiden vesiliukoisuuden ja biologisten kalvojen läpäisykyvyn perusteella (kuva 3.8). Järjestelmän tarkoituksena on tunnistaa ne lääkeaineet, joiden in vivo -käyttäytymistä voidaan ennustaa in vitro -kokeiden avulla ja joiden kohdalla kalliit sekä aikaa vievät in vivo -imeytymiskokeet voidaan joissain tapauksissa korvata in vitro -vapautumistutkimuksilla. Luokkaan I kuuluvien lääkeaineiden vesiliukoisuus ja solukalvojen läpäisykyky ovat hyvät, ja niiden imeytymiskokeet voidaankin korvata vapautumiskokeilla. Luokkaan II kuuluvilla lääkeaineilla on huono vesiliukoisuus, mutta ne läpäisevät solukalvot hyvin, joten näiden yhdisteiden imeytymistä rajoittavaksi tekijäksi voi tulla hidas liukenemisnopeus. Luokan III lääkeaineilla vesiliukoisuus on hyvä, mutta ne läpäisevät solukalvot huonosti, jolloin huono solukalvojen läpäisykyky voi rajoittaa niiden imeytymistä. Myös luokkaan III kuuluvien lääkeaineiden imeytymiskokeet voidaan korvata vapautumiskokeilla, mikäli voidaan olla varmoja siitä, ettei tutkittava valmiste sisällä solukalvon läpäisevyyteen vaikuttavia apuaineita. Luokkaan IV kuuluvilla lääkeaineilla sekä vesiliukoisuus että solukalvojen läpäisy ovat huonot, joten nämä lääkeaineet imeytyvät erittäin huonosti ruoansulatuskanavasta ja ovat erityisen kalliita kehittää. Luokkaan IV kuuluvien lääkeaineiden imeytymiskokeita ei voi missään tapauksessa korvata vapautumiskokeilla

19 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Kinidiini Verapamiili Salisyylihappo Metoprololi Asikloviiri Tetrasykliini Imeytymisnopeus (1 x 10-6 cm/s) Luokka I Hyvä liukoisuus Hyvä biologisten kalvojen läpäisykyky Luokka III Hyvä liukoisuus Huono biologisten kalvojen läpäisykyky Luokka II Huono liukoisuus Hyvä biologisten kalvojen läpäisykyky Luokka IV Huono liukoisuus Huono biologisten kalvojen läpäisykyky Ibuprofeiini Tamoksifeeni Klooripromatsiini Amfoterisiini B Klooridiatsidi Neomysiini suurin hoitoannos (ml) Kuva 3.8 Biofarmaseuttinen luokitusjärjestelmä ja esimerkkejä eri luokkiin kuuluvista lääkeaineista. Luokkaan II kuuluvien lääkeaineiden vesiliukoisuutta on pyritty perinteisesti lisäämään erilaisilla formulaatiokeinoilla ja imeytymistä parantava aihiolääkestrategia sopii erityisen hyvin luokan III lääkeaineille Vesiliukoisuuden määrittäminen kokeellisesti Lääkeaineen liukoisuus määritellään kylläisen liuoksen pitoisuuden perusteella. Lääkeaineen liukoisuus tietyissä olosuhteissa voidaan määrittää yksinkertaisesti liuottamalla ylimäärä lääkeainetta liuottimeen, jota ravistellaan vakio-olosuhteissa. Tästä liuoksesta otetaan näytteitä tietyin väliajoin. Ravistelun päätyttyä näytteessä oleva kiinteä lääkeaine poistetaan esimerkiksi suodattamalla ja suodoksen lääkeainepitoisuus analysoidaan. Lääkeaineen maksimiliukoisuus on saavutettu, kun lääkeaineen pitoisuus peräkkäisissä näytteissä ei enää kasva eli lääkeainetta ei enää liukene liuottimeen ajan kuluessa. Käytännössä lääkeaineiden liukoisuusmäärityksissä ravisteluaikana käytetään usein kolmea vuorokautta (72 tuntia), jonka aikana useimpien lääkeaineiden katsotaan saavuttaneen maksimiliukoisuutensa. Lääkeaineen liukoisuutta määritettäessä ollaan lähes aina kiinnostuneita sen vesiliukoisuudesta. Koska suurin osa lääkeaineista on heikkoja happoja tai emäksiä, näiden vesiliukoisuutta määritettäessä täytyy huolellisesti varmistua siitä, ettei vesiliuoksen ph muutu liukoisuusmäärityksen aikana. Käytännössä vesiliuoksen ph tarkastetaan säännöllisin väliajoin määrityksen aikana ja tarvittaessa säädetään takaisin haluttuun arvoon. Lisäksi on huolehdittava, että liukoisuusmäärityksen aikana liuoksessa on koko ajan liukenematonta lääkeainetta. Myös muut tekijät, kuten lämpötila, joilla voi olla vaikutusta määritettyyn liukoisuusarvoon, täytyy huomioida. Lääkeaineiden vesiliukoisuusmäärityksen tuloksia ilmoitettaessa täytyy aina mainita vesiliuoksen ph, jossa määritys on tehty

20 Krista Laine Vesiliukoisuuteen liittyviä laskutehtäviä Tehtävä Lääkeaineen liukoisuus S muuttuu ph:n vaikutuksesta seuraavasti: ph S (µm) 7,4 205,0 9,0 10,0 10,0 5,5 12,0 5,0 Arvioi taulukon tietojen perusteella onko kyseinen lääkeaine hapan vai emäksinen. Mikä on kyseisen lääkeaineen pk a -arvo? Vastaus: Lääkeaine on emäs, koska sen liukoisuus kasvaa ph:n laskiessa. Lääkeaineen liukoisuus muuttuu ainoastaan vähän ph-välillä 10 12, joten voimme olettaa, että lääkeaine on täysin ionisoitumattomassa muodossa, kun ph = 12. Tällöin ph:ssa 12 havaitun liukoisuuden voidaan olettaa olevan hyvin lähellä ionisoitumattoman muodon ominaisliukoisuutta S 0. Emäksisille aineille tarkoitettua Hendersson-Hasselbalcin yhtälön muunnosta käyttämällä ratkaistaan lääkeaineen pk a -arvo. Lääkeaineen pk a -arvo on 9,0, joten ph:ssa 12 se on käytännöllisesti katsottuna täysin ionisoitumattomassa muodossa (= 99,9 % ionisoitumattomassa molekyylimuodossa). Tehtävä Valmistat sulfadiatsiinin liuosformulaatiota. Minkä ph:n alapuolella sulfadiatsiini (happo, pk a = 6,48) alkaa saostua, kun sulfadiatsiinin liukoisuus on 4,00 x 10 2 M ja sen ionisoitumattoman muodon liukoisuus on 3,07 x 10 4 M. Vastaus: Käytetään heikoille hapoille tarkoitettua Hendersson-Hasselbalchin kaavan muunnosta, johon sijoitetaan pk a = 6,48, S = 4,00 x 10 2 M ja S 0 = 3,07 x 10 4 M. Sulfadiatsiinin ionisoitumaton muoto alkaa saostua, kun liuosformulaation ph laskee alle 8,59. Liuosformulaation ph:n tulisi olla tätä korkeampi

21 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Tehtävä Sulfatiatsolin (happo, pk a = 7,12, M = 255,3 g/mol) ionisoitumattoman muodon vesiliukoisuus on 0,002 M. Mikä on vesiliuoksen alhaisin ph, jossa 5 % (m/v) sulfatiatsoli pysyy liuenneena. Vastaus: Käytetään hapoille tarkoitettua Hendesson-Hasselbalchin yhtälön muunnosta. S 0 = 0,002 M. Ratkaistaan ensin S. 5 % (m/v) = 5 g / 100 ml = 50 g / 1000 ml = 50 g/l Sijoitetaan yhtälöön pk a = 7,12, S = 0,196 M ja S 0 = 0,002 M. Sulfatiatsolin ionisoitumaton muoto alkaa saostua 5 % sulfatiatsoliliuoksessa, kun liuosformulaation ph laskee alle 9,11. Jotta sulfatiatsoli pysyy liuenneena, formulaation ph:n tulisi olla tätä korkeampi. 3.2 Lääkeaineen rasvaliukoisuus ja jakautumiskerroin Vesiliukoisuuden lisäksi lääkeainemolekyyliltä vaaditaan riittävän rasvaliukoista luonnetta, jotta se voi päästä elimistöön ja saada aikaan siellä halutun terapeuttisen vaikutuksen. Rasvaliukoisuutta tarvitaan, jotta lääkeaine voi liueta elimistön biologisiin kalvoihin, jotka koostuvat lipideistä ja proteiineista, sekä diffundoitua niiden läpi. Lääkeaineen täytyy läpäistä useita biologisia kalvoja jakautuessaan elimistöön eli siirtyessään antopaikaltaan vaikutuspaikalleen, kuten ruoansulatuskanavasta aivokudokseen. Lisäksi lääkeainemolekyylin rasvaliukoiset rakenteet ovat tärkeitä lääkevaikutuksen aikaansaamiseksi, sillä lääkeaineiden ja lääkevaikutuksia välittävien kohdemolekyylien, kuten reseptorien ja entsyymien välisissä vuorovaikutuksissa erilaiset hydrofobiset vuorovaikutukset ovat tärkeitä Lääkeaineen jakautumiskerroin Lääkeaineen jakautumiskerrointa pidetään yleisesti sen suhteellisen rasvaliukoisuuden mittayksikkönä. Jakautumiskerroin kuvaa lääkeaineen jakautumista kahden toisiinsa kosketuksissa olevan, mutta toisiinsa sekoittumattoman faasin välillä. Yksinkertaisimmillaan faasit ovat vesi ja veteen liukenematon orgaaninen liuotin, kuten n-oktanoli. Vesiliukoinen aine hakeutuu enemmän veteen ja rasvaliukoinen aine enemmän orgaaniseen liuottimeen. Ilmiö perustuu vuorovaikutuksiin, kuten vetysidoksiin ja dispersiovoimiin, joita lääkeainemolekyyli pystyy muodostamaan erityyppisten liuottimien kanssa, ja sillä mallinnetaan lääkeaineen käyttäytymistä elimistössä. Tällöin vesifaasina käytetään veden sijaan tietyn ph:n omaavaa puskuriliuosta (esim. 7,4, veriplasma). Lisäksi ilmiötä voidaan hyödyntää mm. neste-nesteuutossa, kun eristetään poolisuudeltaan erilaisia aineita usean aineen seoksesta (kts. luku 5). Kun lääkeaine liuotetaan ja faasit yhdistetään, siirtyy lääkeainetta faasista toiseen, kunnes lääkeaineen siirtyminen saavuttaa tasapainon. Tällöin lääkeaineen jakautumiskerroin P voidaan laskea seuraavan yhtälön eli jakautumislain avulla:

22 Krista Laine jossa C o on lääkeaineen pitoisuus orgaanisessa faasissa ja C v lääkeaineen pitoisuus vesifaasissa. Jakautumiskerroin ilmaisee siten lääkeaineen affiniteettia kumpaankin liuottimeen. On kuitenkin huomattava, että se ei kerro mitään lääkeaineen absoluuttisista vesi- tai rasvaliukoisuuksien arvoista, vaan se on suhdeluku, jolla ei ole yksikköä. Mitä suurempi jakautumiskertoimen arvo P on, sitä enemmän lääkeaine hakeutuu orgaaniseen faasiin vesifaasiin verrattuna. Kun P = 1 on lääkeaineen pitoisuus molemmissa faaseissa sama. Mikäli P < 1, siirtyy lääkeaine voimakkaammin vesifaasiin, ja jos P > 1, lääkeaine hakeutuu enemmän orgaaniseen faasiin. Koska jakautumiskertoimen arvot vaihtelevat suuresti eri lääkeaineiden välillä, ilmoitetaan jakautumiskertoimen arvo yleisesti logaritmisena arvona (log P) (vertaa esim. pk a ) (kuva 3.9). Jakautumiskertoimen arvolle on käytetty kirjallisuudessa myös useita muita lyhenteitä, kuten P ow, K ow, PC ja APC. Kuva 3.9 Jakautumiskertoimen merkitys, kun se ilmaistaan logaritmisella asteikolla Todellinen ja näennäinen jakautumiskerroin Todellinen jakautumiskerroin (P, log P) (engl. partitition coefficient) kuvaa lääkeaineen ionisoitumattoman muodon jakautumista kahden toiseensa sekoittumattoman faasin välillä. Todellinen jakautumiskerroin on kyseessä silloin, kun lääkeaine ei kykene ionisoitumaan eli se on luonteeltaan neutraali. ph ei siten vaikuta todellisen jakautumiskertoimen arvoon. Ionisoitumattoman lääkeaineen jakautuminen on esitetty kuvassa Vaikka todellinen jakautumiskerroin kuvaakin neutraalin yhdisteen jakautumista, saadaan esimerkiksi heikon hapon todellinen jakautumiskerroin kokeellisesti määritettyä, mikäli koe suoritetaan hyvin alhaisessa ph:ssa, jossa heikko happo on käytännöllisesti katsoen 100 % ionisoitumattomassa muodossa. Vastaavasti heikon emäksen todellinen jakautumiskerroin voidaan määrittää, kun jakautumiskoe suoritetaan hyvin korkeassa ph:ssa, jossa heikko emäs on käytännöllisesti katsoen 100 % ionisoitumattomassa muodossa

23 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Todellinen jakautumiskerroin = [HA ] Neutraalin muodon konsentraatio orgaanisessa faasissa oct = [HA water ] Neutraalin muodon konsentraatio vesifaasissa HA oct HA water Olosuhteet: - Lääkeaine ei ionisoidu kummassakaan faasissa - Liuottimet eivät sekoitu toisiinsa - Jakautuminen on tasapainossa - Lääkeaine on liuenneena - Lämpötila on vakio log P = log [HA oct ] [HA water ] Kuva 3.10 Täysin ionisoitumattomassa muodossa olevan lääkeaineen jakautuminen vesifaasin ja orgaanisen faasin välillä. Koska suurin osa lääkeaineista on luonteeltaan heikkoja happoja tai emäksiä, voivat ne ionisoitua joko osittain tai täysin jommassakummassa jakautumiskertoimen määrityksessä käytetyistä faaseista. Toisaalta lääkeaine voi assosioitua useamman molekyylin yhdisteeksi. On kuitenkin huomattava, että jakautumislaki pätee ainoastaan yhdisteille, jotka ovat läsnä molemmissa faaseissa. [HA oct ] Näennäinen jakautumiskerroin = [HA water ] [A - ] water = Neutraalin muodon konsentraatio orgaanisessa faasissa Kaikkien muotojen konsentraatio vesifaasissa HA oct HA water A - water Olosuhteet: - Lääkeaine ionisoituu koeolosuhteissa - Liuottimet eivät sekoitu toisiinsa - Jakautuminen on tasapainossa - Lääkeaine on liuenneena - Lämpötila on vakio - ph on vakio [HA oct ] log P app = log D = log [HA water ] [A - ] water Kuva 3.11 Ionisoituvan lääkeaineen jakautuminen vesifaasin ja orgaanisen faasin välillä. Näennäinen jakautumiskerroin (P app, log P app, D, log D) (engl. distribution coefficient tai apparent partition coefficient) huomioi sekä lääkeaineen ionisoitumattoman että ionisoituneen muodon jakautumisen (kuva 3.11). Kun heikko happo tai emäs liuotetaan vesifaasiin, muodostuu vesifaasissa tasapaino heikon hapon tai emäksen ionisoituneen ja ionisoitumattoman muodon välille vesifaasin ph:sta ja heikon hapon tai emäksen pk a -arvosta riippuen. Koska lääkeaineen ionisoitumaton muoto on luonteeltaan rasvaliukoisempi, voi se siirtyä vesifaasista orgaaniseen faasiin, jolloin vesifaasiin muodostuu uusi tasapaino ionisoituneen ja ionisoitumattoman lääkeaineen välille. Lääkeaineiden jakautuminen vesifaasista orgaaniseen faasiin perustuukin yleensä ionisoitumattoman muodon siirtymiseen. On kuitenkin muistettava, että mikäli lääkeaineen ionisoitunut muoto on riittävän rasvaliukoinen (yleensä vesiliukoinen), voi se siirtyä vesifaasista orgaaniseen faasiin. Mikäli taas lääkeaineen ionisoitumaton muoto on erittäin vesiliukoinen (yleensä rasvaliukoinen), voi se jäädä vesifaasiin tai siirtyä orgaani

24 Krista Laine seen faasiin ainoastaan hyvin vähän. Näennäisen jakautumiskertoimen arvo riippuu vesifaasin ph:sta ja lääkeaineen ionisoitumattoman muodon pitoisuudesta seuraavasti: jossa f ionisoitumaton kuvaa lääkeaineen ionisoitumattoman muodon osuutta vesifaasin ph:ssa. Mikäli f ionisoitumaton on 1, silloin P app = P, koska lääkeaine on tällöin täysin ionisoitumattomassa muodossa ph:n vaikutus näennäisen jakautumiskertoimen arvoon Liuoksen ph vaikuttaa merkittävästi ionisoituvien lääkeaineiden jakautumiseen ja siten näennäisen jakautumiskertoimen arvoon. Koska lääkeaineiden ionisoituminen tapahtuu yleisesti vesifaasissa, on tärkeää, että vesifaasin ph tunnetaan ja pidetään vakiona jakautumiskokeen aikana. Koska lääkeaineen ionisoitumaton muoto on rasvaliukoisempi ja voi liueta orgaaniseen faasiin, käyttäytyy näennäisen jakautumiskertoimen arvo ph:n funktiona päinvastoin kuin sen vesiliukoisuuden arvo (kuva 3.12). Heikon hapon vesiliukoisuus kasvaa liuoksen ph:n kasvaessa, mutta sen näennäisen jakautumiskertoimen arvo pienenee, koska happo ionisoituu. Heikon hapon näennäisen jakautumiskertoimen arvo onkin suurimmillaan happamassa ph:ssa, jossa heikko happo on ionisoitumattomassa muodossa. Vastaavasti heikolla emäksellä vesiliukoisuus kasvaa ph:n laskiessa, jolloin sen näennäisen jakautumiskertoimen arvo pienenee, koska heikko emäs ionisoituu. Heikolla emäksellä näennäisen jakautumiskertoimen arvo on suurimmillaan emäksisessä ph:ssa, jossa heikko emäs on ionisoitumattomassa muodossa. Amfoteeristen yhdisteiden näennäisen jakautumiskertoimen arvo on suurimmillaan isoelektrisessä pisteessä, jossa amfoteerisen aineen happo- ja emäsryhmät ovat ionisoituneet yhtä paljon ja niiden varaukset kumoavat toisensa, jolloin molekyyli on ulkoisesti neutraali A) C) 0.03 logd logd logd 2.93 ph B) A) B) O OH O O ph C) - O O N ph N»» Kuva 3.12 Happaman ((a) asetyylisalisyylihappo, log P = 1,24, pk a = 3,5), emäksisen ((b) amitriptyleeni, log P = 4,81, pk a = 9,4) ja amfoteerisen lääkeaineen ((c) lysiini, log P = 4,49, pk a1 = 2,18 ja pk a2 = 8,95) näennäisen jakautumiskertoimen arvon (log D) muutos ph:n funktiona

25 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin Kun lääkeaineen pk a -arvo ja jakautumiskokeessa käytetty vesifaasin ph tunnetaan, voidaan lääkeaineen todellinen jakautumiskerroin laskea kokeellisesti määritetyn näennäisen jakautumiskertoimen arvon perusteella. Muistamme, että näennäisen jakautumiskertoimen arvo riippuu lääkeaineen ionisoitumattoman muodon pitoisuudesta seuraavasti: jossa happamille lääkeaineille: Vastaavasti emäksisille lääkeaineille: Edellä johdettuja kaavoja voidaan käyttää myös lääkeaineen näennäisen jakautumiskertoimen laskemiseen tietyssä ph:ssa, kun lääkeaineen todellinen jakautumiskerroin ja pk a -arvo tunnetaan. Koska ph vaikuttaa merkittävästi lääkeaineen ionisoitumiseen ja siten näennäisen jakautumiskertoimen arvoon, täytyy koejärjestelyssä käytetty vesifaasin ph aina ilmoittaa näennäisen jakautumiskertoimen arvon yhteydessä

26 Krista Laine Jakautumiskertoimen määrittäminen Lääkeaineen jakautumiskerroin määritetään yleisimmin joko ravistelumenetelmällä (engl. shake-flask method), eri yhdisteiden erilaiseen retentioaikaan perustuvalla korkean erotuskyvyn nestekromatografiamenetelmällä (engl. HPLC method) tai laskennallisesti. Ravistelumenetelmässä vesifaasina käytetään yleensä haluttuun ph-arvoon säädettyä puskuriliuosta. Käytetyt puskuriliuokset vastaavat ph-arvoiltaan elimistön eri nesteitä ja puskuriliuoksen ph:ta muuttamalla voidaan mallintaa lääkeaineen jakautumista eri puolella elimistöä. Esimerkiksi, jos haluamme tutkia lääkeaineen jakautumista ohutsuolen sisällöstä ohutsuolen seinämään, tulisi vesifaasin ph:ksi säätää tällöin 6,5, tai jos haluamme selvittää lääkeaineen jakautumista kyynelnesteestä silmän sarveiskalvoon, tulisi vesifaasin ph:ksi säätää 7,4. Ravistelumenetelmässä orgaanisena faasina käytetään yleisimmin n-oktanolia, joka vastaa rasvaliukoisilta ominaisuuksiltaan elimistön biologisia kalvoja ja ennustaa siten hyvin lääkeaineiden käyttäytymistä solukalvoilla. Koska n-oktanoli imee itseensä vettä, täytyy puskurifaasi ja oktanolifaasi kyllästää toisillaan ennen jakautumiskokeen suorittamista esimerkiksi ravistelemalla faaseja keskenään yön yli. Ennen koetta faasit erotetaan toisistaan ja sopiva määrä lääkeainetta liuotetaan haluttuun tilavuuteen puskurifaasia. Kun lääkeaine on liuennut, lisätään lääkeainetta sisältävään puskurifaasiin sama tilavuus n-oktanolia ja aloitetaan ravistelu. Ravistelua jatketaan, kunnes lääkeaineen jakautuminen on saavuttanut tasapainon kummankin faasin välillä ja jakautumista ei enää tapahdu. Ravistelun jälkeen faasit erotetaan ja molempien faasien lääkeainepitoisuus mitataan esimerkiksi spektrofotometriä käyttäen. Usein kuitenkin lääkeaineen pitoisuusmääritys oktanolifaasista on hankalaa tai ei onnistu, kuten esimerkiksi korkean erotuskyvyn nestekromatografia-laitteistoa käytettäessä. Tällöin lääkeaineen pitoisuus vesifaasissa tulee määrittää ennen jakautumista sekä jakautumisen jälkeen, ja lääkeaineen jakautumiskerroin lasketaan seuraavan yhtälön avulla: jossa C i on lääkeaineen pitoisuus vesifaasissa ennen jakautumista, C a on lääkeaineen pitoisuus vesifaasissa jakautumisen jälkeen, V w on kokeessa käytetyn vesifaasin tilavuus ja V o on kokeessa käytetyn n-oktanolifaasin tilavuus. Vesi- ja n-oktanolifaasien tilavuudet tulee huomioida laskettaessa jakautumiskertoimen arvoa, mikäli ne poikkeavat toisistaan. Lääkeaine voi olla niin rasvaliukoinen, että se siirtyy ravistelun aikana lähes täydellisesti n-oktanolifaasiin, jolloin analyysimenetelmän herkkyys ei riitä vesifaasiin jääneen lääkeaineen pitoisuuden määrittämiseen. Tällöin n-oktanolifaasin tilavuutta voidaan pienentää suhteessa vesifaasin tilavuuteen, jolloin vesifaasiin jäävän lääkeaineen pitoisuus kasvaa ja se saadaan määritettyä. Ravistelumenetelmä sopii parhaiten yhdisteille joiden jakautumiskertoimen logaritmiset arvot ovat välillä HPLC-menetelmässä jakautumiskertoimen määrittäminen tapahtuu korkean erotuskyvyn nestekromatografialaitteiston eli HPLC-laitteiston avulla. Jakautumiskertoimen määrityksessä käytettävässä HPLC-laitteistossa käytetään käänteisfaasikolonnia, joten mitä rasvaliukoisempi lääkeaine on, sitä kauemmin se viipyy kolonnissa. Menetelmä vaatii ensin kalibraatiokuvaajan muodostamisen. Sitä varten vertailuaineiksi valitaan kuusi tutkittavan yhdisteen kanssa rakenteellisesti samankaltaista yhdistettä, joiden jakautumiskertoimen ar

27 Vesiliukoisuus ja jakautumiskerroin vot tiedetään. Näiden kuuden vertaluaineen retentioajat määritetään käytettävällä HPLClaitteistolla sekä analyysiolosuhteilla. Käänteisfaasikolonnin kuolleen tilavuuden ja kalibraatiokuvaajan määrityksessä käytettyjen yhdisteiden retentioaikojen perusteella lasketaan vertailuyhdisteille kapasiteettitekijät (k ) seuraavalla kaavalla: jossa t r on yhdisteen retentioaika ja t o on kolonnin kuollut tilavuus eli se aika, joka kuluu näytteensyötöstä siihen, että liuotinpiikki näkyy detektorilla. Kun vertailuaineiden kapasiteettitekijät ja jakautumiskertoimien arvot tunnetaan, piirretään kalibraatiokuvaaja, jonka suoran yhtälöä käytetään uuden yhdisteen jakautumiskertoimen arvoa laskettaessa, kun uuden yhdisteen kapasiteettitekijä on määritetty (kuva 3.13). HPLC-menetelmä sopii parhaiten yhdisteille joiden jakautumiskertoimen logaritmiset arvot ovat välillä 0 6. Kuva 3.13 Kalibraatiokuvaajan muodostaminen ja jakautumiskertoimen määrittäminen HPLC-menetelmällä. Jakautumiskerroin voidaan määrittää myös laskennallisesti. Edellä kuvatuilla kokeellisilla menetelmillä saatu jakautumiskertoimen arvo kuvaa koko molekyylin rasvaliukoisuutta, kun taas laskennallisessa menetelmässä molekyyli jaetaan ensin fragmentteihin. Kullekin fragmentille määritetään oma π-arvo, joka kuvaa kyseisen fragmentin vesi- ja rasvaliukoisia ominaisuuksia. Koko molekyylin jakautumiskerroin saadaan laskemalla molekyylin fragmenttien arvot yhteen: Taulukkoon 3.8 on koottu yleisimmille orgaanisille ryhmille määritettyjä π-arvoja. Ionisoitumaan kykenevien ryhmien, kuten amiinin, fenolin ja karboksyylihapon π-arvot on ilmoitettu ryhmän ionisoitumattomalle muodolle. Positiivinen π-arvo tarkoittaa, että kyseinen fragmentti on rasvaliukoinen ja suosii oktanolifaasia, kun taas negatiivinen π-arvo kuvaa vesifaasia suosivaa fragmenttia. Esimerkkinä menetelmän soveltamisesta prokaiinin todellinen jakautumiskerroin on määritetty laskennallisesti kuvassa

28 Krista Laine Kuva 3.14 Todellisen jakautumiskertoimen (log P)määrittäminen prokaiinille laskennallisesti. Taulukko 3.8 Yleisimpien orgaanisten fragmenttien π-arvoja (Lemke 2012). FRAGMENTTI π-arvo Alifaattinen hiili +0,5 Fenyyli +2,0 Kloori +0,5 O 2 NO +0,2 Molekyylin sisäinen vetysidos +0,65 Rikki 0 O=C O -0,7 O=C N (ei amiini) -0,7 Alkoholisen tai fenolisen hydroksyylin tai eetterin happi -1,0 N (amiini) -1,0 O 2 N (alifaattinen) -0,85 O 2 N (aromaattinen) -0, Jakautumiskertoimen merkitys Jakautumiskerroin on yksi lääkeaineen keskeisimmistä tunnusluvuista, joka pyritään määrittämään uudelle lääkeaineelle heti sen lääkekehityskaaren alkuvaiheessa. Jakautumiskertoimen arvon tunteminen on tärkeää, sillä sen perusteella voidaan ennustaa useita lääkeaineen ominaisuuksia, jotka liittyvät sen kykyyn läpäistä biologisia kalvoja. Jakautumiskertoimen arvon perusteella voidaan tehdä johtopäätöksiä muun muassa lääkeaineen imeytymisestä, jakautumisesta, eliminaatiosta, metaboliasta, toksisuudesta sekä proteiineihin sitoutumisesta. Taulukkoon 3.9 on koottu jakautumiskertoimen arvon vaikutuksia lääkeaineen ominaisuuksiin sekä sen käyttäytymiseen elimistössä