Beate Bretschneider

Charakterisierung und Beeinflussung des intestinalen Cephalosporintransportes

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 15.12.1999

Abstract
Einleitung: Mit der vorliegenden Arbeit wurden die Resorptionsmöglichkeiten von -Lactamantibiotika nach oraler Applikation charakterisiert. Dabei wurden aktive und passive Prozesse getrennt untersucht.
Methoden: Der aktive Transport via PEPT1 wurde von 20 Cephalosporinen und 3 Penicillinen durch Messung (i) ihrer Hemmfähigkeit der Glycylsarkosin-Aufnahme in die Caco-2-Zellen, (ii) ihrer Aufnahme in Caco-2-Zellen und (iii) ihres transepithelialen Fluxes durch die Caco-2-Zellmonoschicht charakterisiert. Von 3 ausgewählten Cephalosporinen, die aktiv nicht transportiert werden, wurde die passive Diffusion und deren Beeinflußbarkeit durch Tensidzusatz durch Bestimmung (i) der Verteilungskoeffizienten im n-Octanol-Puffer-System und (ii) der Permeationskoeffizienten am Modellsystem mit Dodecanol-Collodium-Membranen bzw. mit isoliertem Meerschweinchendünndarm charakterisiert.
Ergebnisse: Das Spektrum der Inhibierungskonstanten reicht von niedrigen Werten von 0,3 mmol/l (vergleichbar mit denen von natürlichen Di- und Tripeptiden) über einen mittleren Bereich mit Ki-Werten von 7-20 mmol/l (vor allem oral verfügbare Cephalosporine) bis zu sehr hohen Ki-Werten >50 mmol/l (keine Substrate von PEPT1). Der transepitheliale Flux war für die -Lactamantibiotika am größten, die die [14C]Gly-Sar-Aufnahme am stärksten hemmen. Die passive Diffusion der Cephalosporine kann durch Zugabe von gegenionigen Tensiden begünstigt werden. Der Einschluß in Tensidmicellen behindert die Membranpassage.
Zusammenfassung: Der Transport via PEPT1 ist der Hauptresorptionsmechanismus für oral verfügbare -Lactamantibiotika. Bei einem Ki-Wert bis zu 14 mM und einem minimalen Permeationskoeffizienten von 5,5*10-9 m/s (bei Verwendung von Caco-2-Zellen) ist eine ausreichende orale Bioverfügbarkeit wahrscheinlich. Die Permeationsrate von -Lactamantibiotika kann durch Ionenpaarbildung mit amphiphilen Gegenionen erhöht werden.

Purpose: The present study was undertaken to investigate the absorption mechanisms of ß-lactam antibiotics after orally application by characterization both the active and passive transport.
Methods: The active transport via PEPT1 of 20 cephalosporins and 3 penicillins was characterized by measuring (i) their ability to inhibit the uptake of glycylsarcosine into Caco-2 cells, (ii) their uptake into the cells and (iii) their total flux across the cell monolayers. The passive diffusion of 3 cephalosporins without affinity at the peptide transporter was characterized by measuring (i) their partition in n-octanol/buffer system and (ii) their flux across the dodecanol-collodium membrans and isolated guinea pig intestine.
Results: The Ki values ranging from 0,3 mmol/l (comparable to those of natural dipeptides) to 150 mmol/l. -lactam antibiotics with Ki>20 mmol/l displayed no affinity to the transpot system. The total transepithelial flux was highest for those -lactam antibiotics which showed the strongest inhibition of [14C]Gly-Sar transport. The passive diffusion of cephalosporins into and across model membranes was enhanced by counter ionic surfactants. The membrane permeation was reduced by surfactant micells.
Conclusion: The route of application for -lactam antibiotics is mainly determined by their affinity to PEPT1. Up to a Ki-value of about 14 mmol/l vs. Gly-Sar uptake, oral availability is very likely. Regarding the total transepithelial flux, oral availability is based on a minimum permeability coefficient at Caco-2 cells of 5,5*10-9 m/s. The passive transport of -lactam antibiotics was enhanced by ionpair formation with amphiphilic counter ions.

Keywords:
Cephalosporine, biologische Barrieren, aktiver Arzneistofftransport, passiver Arzneistofftransport, Transportproteine, Caco-2-Zellkultur, Tenside

cephalosporins, biological barriers, active drug transport, passive drug transport, transport carriers, Caco-2 cell culture, surfactants

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung und Zielstellung 2-12)
2 Material und Methoden (13-27)
3 Ergebnisse (28-61)
4 Diskussion (62-78)
5 Zusammenfassung (79-80)
6 Literatur (81-92)