Etimológia Pharmakos: hatóanyag, gyógyszer Logos: tanulmányozása Gyógyszerek tudománya

Farmakológia feladata  A kérdéses hatás szempontjából történő screening  A gyógyszerhatás quantális meghatározása  A hatásmechanizmus meghatározása

Történeti visszatekintés Élettan-farmakológia nem különült el 1809: Francois Magendie: strichnin görcskeltő hatásának támadáspontja spinális 1842: Claude Bernard curare hatásmechanizmusának bizonyítása 1847: Első farmakológiai tanszék megalapítása Észtországban (Dorpati (Tartu) egyetem, Rudolf Buchheim) 1872: Oswald Scmiedeberg a strassburgi egyetem farmakológia professzora –a modern farmakológia megalapítója 1878: Langley: a receptoron való hatás felvetése 1909: Ehrlich, a receptor terminológia bevezetése Corpora non agunt nisi fixata

Ligandkötő helyek felosztása Makromolkekulák, kémiailag: Proteinek Funkció szerint: –receptor, –ioncsatorna, –enzim, –transzportfehérje

Gyógyszerek kötődése –Receptor Kolinerg, adrenerg, hisztamin, szerotonin, opiat, ösztrogén stb –Ioncsatorna Fesztültség függő nátrium, kálcium csatorna, vese epiteliális Na csatorna, ATP-szenzitív K csatorna, GABA-függő klorid csatorna –Metabolikus, regulatorikus enzim dihidrofolat reduktáz, acetilkolinészteráz, COX, ACE, foszfodiészteráz (V, MAO) –Transzportfehérjék, carrierek Na- K ATP-áz, Na/K/ 2Cl, NA transzporter, Na/H transzporter –Strukturális protein tubulin –Sejtek egyéb komponenseinek speciális kötőképessége nukleinsavak

Receptor Lokalizáció szerint: –Extracelluláris –Membránban lokalizált, G-protein kapcsolt (metabotrop) ionotrop enzim-kapcsolt –Intracelluláris szteroid, sejtmag szinten, (gén expresszió befolyásolása)

Receptorok nagycsaládok 1. Közös jelátviteli mód/lokalizáció 1. típus: Ligand-függő ion csatornák 2. típus: G-protein-kapcsolt (metabotrop), membrán receptorok !!! 3. típus: Enzim (Kináz)-kapcsolt receptorok 4. típus: Sejtmag receptorok

Receptor nagycsaládok miliszekundummásodperc óra óra pl.: NikotinosMuscarinos Cytokin, Szteroid ACh receptor ACh receptor receptorok receptor

Receptor nagycsaládok 1. Ligand függő ioncsatorna ( ionotrop) receptorok 2. G-protein- kapcsolt (metabotrop) receptorok 3. Kináz-kapcsolt receptorok 4. Sejtmag receptorok 4 Transzmembrán helikális szegment 7 Transzmembrán helikális szegment 1 Transzmembrán helikális szegment

Farmakológia és gyógyszerfejlesztés Receptor szelektivitás  A receptor szubtípusok szelektív befolyásolása szelektív hatást indukál, M1, M2 receptor: G q -PLC-IP 3 -DAG M2, M4 receptor hatás: G i - adenylcycláz gátlása Alfa-1, alfa-2, beta receptor: Gq, Gi, Gs aktiválása  A különböző szövetek válasza - melyekben egy vagy több szubtípus található – különböző- képp befolyásolható.

KÉRDÉS A különböző HTS rendszereken nagyszámú vegyület szűrése. Számos pozitív válasz a kérdéses cél-molekulán. Kifejlesztett új gyógyszermolkulák száma nem nő arányosan OPTIMALIZÁLT-E A RENDSZER? TARGET VALIDÁLÁS MEGFELELŐ?

Gyógyszerhatást meghatározó tényezők Elméleti farmakológai megfontolások I. Ligandkötödés - szelektivitás Receptorok, Ioncsatornák, Enzimek, Transzport fehérjék, Jelátvitel szintjén II. Receptorok szöveti eloszlása – szelektivitás III. Kinetikai paraméterek - szelektivitás IV. Tartós bevitel gyógyszerhatás módosulás V. Hatás, mellékhatás Farmakológiai Intézetben folyó preklinikai vizsgáló módszerek

I. Ligandkötödés - szelektivitás Receptor 1. Alfa-adrenerg receptor gátlás nem szelektív alfa receptor blokkolók: súlyos tachycardia, szelektív alfa-1-blokkolók: reflexes tachycardia, Előnyösebb: pl alfa-1 + béta- receptor blokkolás (labetolol) ? Béta-adrenerg receptor gátlás nem szelektív béta receptor blokkolók: számos mellékhatás (pl. asthma) szelektív béta-1-blokkolók: kevezőbb mellékhatás profil Előnyösebb: + alfa-1 receptor gátlás, + béta-2 stimulálás (labetolol, carvedilol, celiprolol)

I. Ligandkötödés - szelektivitás Receptor 1. Dopamin-2 receptor gátlás: antipszichotikumok – első generáció Dopamin-2 / 5-HT2A gátlás: antipszichotikumok – második generáció (risperidon, sertindol) +NMDA fokozás? CB-1 receptor antagonista: rimonabant

I. Ligandkötődés - szelektivitás Receptor 2.  Peroxisoma-proliferator-aktiválta-receptor (PPAR) (magreceptor) agonisták: - PPARα agonisták: antihiperlipiémiás fibrátok (clofibrat), - PPARγ agonistái: anti-diabetikus thiazolidindionok (roziglitazon, pioglitazon) (aktivációjuk növeli a zsírsav- és glukózfelvételt ) - Kettős hatású, PPAR  - és PPAR  -agonista: aleglitazár: Metabolikus szindroma?  Epidermális growth factor receptor: Trastuzumab monoclonális antitest: emlőrák (emlőrák 25%-ban az EGF receptor fokozott expressziója, rapid proliferáció)

I. Ligandkötödés - szelektivitás Ioncsatornák K ATP - csatorna pancreas beta sejtek mellett az ér, szív, adenohypophyzis sulfanylurea: gátolja K ATP - csatornát (Sur1), inzulin szekréció. sziv (Sur 2a), coronária (Sur 2b) – cardiovasculáris rizikó? repaglinid, nateglinid: szelektívebb a pancreas K-csatornáira Feszültség függő Na, csatorna gátlása helyi érzéstelenítők (fájdalom hő – tapintás nyomás - motoros) de: szív hatás, neuromusciuláris ingerület átvitel gátlása, KIR-i hatások szelektivitás: stereoizoméria új hatásmód Feszültség-függő Na-, Ca-csatorna gátlása amiodaron

I. Ligandkötödés - szelektivitás Enzim gátlás 1.  Phosphodiesteráz (PD) gátlás cAMP-dependens protein kináz fosztforillálja a MLCK simaizomrelaxáció - nem-szelektív theophyllin - PD3, PD4 cAMP szelektív rolipram: gyulladásos tüdő szövetben expresszálódott PDE4 gátlása (asthma) milrinon: szivizomban expresszálódott PDE4 gátlása (szivelégtelenség) PD5: cGMP szelektív sildenofil: PDE5 gátlás a corpus cavernosusban: erectilis dysfunkciókban  Dihidrofolát reduktáz gátlás Trimetoprim Metothrexát  MAO-B gátlás deprenyl

I. Ligandkötödés - szelektivitás Enzim gátlás 2. COX gátlás: korreláció a COX-gátlás és terápiás gyulladás- gátló/analgetikus hatás között, de: mellékhatások!! COX-LOX gátlás hatásosabb gyulladásgátlás (LTB 4 ), kisebb gyomorkárositó hatás (LTC 4 )

COX + 5-LOX gátlás Gyulladásgátló hatás NÖ Gyomornyálkahártya károsodás CSÖKKEN LTB 4 : leukocita adhézió az endothelhez chemotaxis LTC 4 :  vasculáris permeabilitás

I. Ligandkötödés - szelektivitás Enzim gátlás 2. COX-2 szelektív gátlói gyomornyálkahártya kevéssé károsodik de: thromboemboliás szövödmények (COX-2 mediálta prostacyclin synthesis gátlás)

Prostacyclin Vazodilatácio, antitrombotikus Thromboxán vazokonstrikció, trombózis COX-2 block COX-2 COX-1

I. Ligandkötödés - szelektivitás Enzim gátlás 2. COX-2 szelektív gátlói Fokozott szelektivitás kedvező? Terápiás – mellékhatás

I. Ligandkötödés - szelektivitás Transzporter gátlás  NA transporter TCA (szelektív: reboxetin)  SSRI (fluexetin, citalopram)  Na + /H + ATP-áz omeprazol (gyomor)

I. Ligandkötödés - szelektivitás Receptortól disztálisan Imatinib Gátolja a PDGF-R tyrozin kináz aktivitást cytoplasmatikus kinázt (Bcl/Abr kinázt) specifikus CML

II. Receptorok/enzimek- Szöveti eloszlás - Szelektivitás  Feszültségfüggő Ca-csatorna blokkolók : DHP – verapamil  Ösztrogén receptor modulátorok Tamoxifen, raloxifen: antiösztrogén-ösztrogén aktivitás a mell ill. csontszövetben A különböző sejt típusok különböző accesszorikus transzaktivációs/transzkipciós, fehérjéket expresszálnak, melyek befolyásolják a gyógyszer-receptor interakciót  Carboanhydraz enzim gátlás : glaukoma, diuretikum, epilepszia

III. Gyógyszerhatás szelektivitás- Farmakokinetika  Agy-vér gát metilnaltrexon, alvimopan  Első-, második-generációs antihisztaminok  Carbidopa

IV.Gyógyszerhatás-tartós bevitel  Receptorszám változás - béta receptor blokkolók (receptorszám növekedés), - alfa-2- agonisták (alfa-2 receptorszám csökkenés, alfa-1 nő) - antidepressziv szerek (alfa-2, béta receptorszám csökkenés)  Enzimgátlás eredményeként a szubsztrát egyéb metabolikus úton alakul tovább - NSAID – lipoxigenáz enzimaktivitás fokozódik - ACE gátlók (Angiotensin 1-7 képződés: értágitás (coronária) - Aspirin – COX-2 acetilálás  Ellenanyag termelődés: biológiai terápia (pl. infliximab)  Immunszupresszív szerek: Malignus folyamatok kockázata

ASPIRIN-TRIGGERED LIPOXIN: (ATL) Aspirin COX-1 acetiláció irreverzibilis gátlás COX-2 acetiláció: 15-R-HETE 5-lipoxigenaz 15(R)-epi-lipoxin A4 (aspirin-triggered lipoxin: ATL)

V. Hatás-mellékhatás  Ugyanazon receptor - ugyanazon szövet inzulin, anticoagulánsok, vérnyomás csökkentők  Ugyanazon receptor különböző szövet digitális, methotrexát, antikolinerg vegyületek, antipszichotikumok  Különböző receptorok a terápiás és mellékhatás nem szelektiv béta blokkolók, alfa blokkolók, TCA  Kompenzatorikus hatások vérnyomás csökkentő értágítók, antianginás nitrátok, (COX-1 gátlás,COX-2 upreguláció, aspirin-COX-2 acetilálása)  Ligand kötődés alapján nem várt hatások natalizumab: multifokális leukoencephalopathia

SEMMELWEIS EGYETEM FARMAKOLÓGIAI ÉS FARMAKOTERÁPIÁS INTÉZETÉBEN ALKALMAZOTT PREKLINIKAI VIZSGÁLÓ MÓDSZEREK

KUTATÁSI TÉMÁK Gasztrointesztinális farmakológia Gyulladás farmakológia Fájdalomcsillapítás - abuzus Viselkedés farmakológia Neurotranszmisszió Kardiovaszkuláris farmakológia Farmakokinetika

TOXICITY Acut toxicity (48 h) Gross behaviour Daily weight control Lethality monitoring, statistical analysis Subacut toxicity (2 weeks - 6 month) Gross behaviour Daily- weekly weight control Lethality monitoring, statistical analysis

ANTI-INFLAMMATORY ACTIVITY Edema tests in rats induced by carrageenan, dextran, histamine, serotonin, bradykinin, PGE2 (utilized to study acute inflammation, steroid and non-steroid anti-inflamatory drugs) Carrageenan abscess (rat) (utilized to study acute inflammation, steroid and non-steroid anti-inflamatory drugs) Northover's test (mice) (utilized to study enhanced vascular permeability, steroid and non-steroid anti-inflamatory drugs) Cotton pellet granuloma (rats) (utilized to study subacute inflammation, steroid and non-steroid anti- inflamatory drugs) Adjuvant arthritis (rats) (utilized to study chronic inflammation, steroid and non-steroid anti- inflamatory drugs, immune supressive agents)

GASTROINTESTINAL TRACT Gastric ulcer models in rats Mucosal damage induced by necrotizing agents, –100 % acidified ethano, 25 % NaCl, 0.6 N HCl, 0.2 N NaOH (ulcer models independent from gastric acid secretion, to study "cytoprotective" agents) Mucosal damage induced by NSAID –Indomethacin, naproxen, aspirin, piroxicam, phenylbutazone (gastric acid dependent ulcer models), Mucosal lesions induced by pylorus ligation (Shay-ulcer) (gastric acid dependent ulcer model), Acetic acid-induced gastric mucosal damage (model of chronic peptic ulcer) Duodenal ulcer model in rats induced by cysteamine

INTESTINAL ULCERS Intestinal ulcer model in rats and mice induced by - indomethacin, naproxen - TNBS ( 2,4,6 trinitrobenzéne-sulfonic acid), - DDS (dextran sulfate sodium)

GASTROINTESTINAL TRACT Gastric acid secretion Gastric acid secretion after pylorus ligation in rats –basal acid secretion –stimulated acid secretion (by histamine, carbachol or pentagastrin) ( to study the mechanism of action of anti-secretory agents) Gastric acid secretion in lumen perfused rats –basal acid secretion –stimulated acid secretion (by histamine, carbachol or pentagastrin) ( to study the mechanism of action of anti-secretory agents)

GASTROINTESTINAL TRACT Methods on gastrointestinal motility and blood flow in vivo Measurement of gastric emptying (in rats using the non-absorbable marker, phenol red). Measurement of gastric contraction (using the balloon technique in anaesthetised rats.) Measurement of gastrointestinal transit by carchoal (in mice) Measurement of gastric mucosal blood flow by Laeser Doppler

GASTROINTESTINAL TRACT Biochemical methods for gastroprotection Determination of gastric (adherent) mucus (rats) Determination of gastric mucosal sulfhydryl content (rats) Measurement of vascular permeability of gastric mucosa induced by necrotizing agents (by determination of Evans blue in gastric juice).

CARDIOVASCULAR SYSTEM Blood pressure, heart rate in anesthetised rats Transmembrane potential measurement by intracellular microelectrode technique in isolated atrial and venricular papillary muscle of guinea pigs, rabbits, cats, and rats. –Resting potential, Action potential (overshoot, maximal rate of depolarization, rate of repolarization) –Slow action potential (Ca potential) (analysis of the mechanism of action of antiarrhytmic, vasoactive drugs, and all the drugs acting on ion channels) Isolated heart preparations (Langendorff preparation) in guinea-pigs, rats - positiv inotropic drugs vasodilatators, - analysis of the effect of endogenous and exogenous substances in pathological - hypoxia, ishemia, reperfusion - conditions)

ANTI-NOCICPETION Heat stimulus Hot plate, Tail flick, ail immersion, Cold water swimming antinociception (utilized for stress and delta opioid receptor contribution) Mechanical stimulus Tail clip, Randall-Selitto Hyperalgesia) Chemical stimulus Writhing (abdominal constriction) test in mice induced by Local anaesthetic action Tail flick test, skin twitch test (guinea pig), (infiltration) Writhing test (mouse) (local injection) Models of neurpathic pain Formalin test, vonFrey test, Randall-Selitto test in diabetic rats

BEHAVIOUR PHARMACOLOGY Methods for measuring general activity in rats Measurement of general activity (open-field), simultaneous measurement of locomotion, rearing and stereotyped head movements Measurement of locomotion in a shuttle-box appparatus Methods for measuring learning and memory in rats Active avoidance (shuttle-box behaviour) Passive avoidance Methods to check antidepressant/anxyolitic effect in rats Bilateral olfactory bulbectomy (OBX) Elevated plus maze Learned helplesseness test Methods for measuring the reinforcing capacity in rats (dependence model) Conditioned place preference/aversion Methods for checking direct receptorial effects in rats Measurement of stereotyped behaviour (dopaminergic stimulation) Measurement of 5-HT syndrome (serotonergic stimulation) Chewing behaviour (for measuring cholinergic activity)

NEUROCHEMICAL TRANSMISSION Isolated organ preparations cholinergic (muscarinic, nicotinic), adrenergic (alpha,beta), serotonergic, histaminergic, purinergic, GABA-ergic, prostanoid, opioid, intestinal and other endopeptides and analogues, spasmolytics, miscellaneous agents acting on Ca2+ and K+ channels, Guinea-pig ileum (whole ileum or longitudinal muscle strip - Auerbach plexus) Taenia coli (guinea-pig) Vas deferens (mouse, rat, guinea-pig, hamster, rabbit)

NEUROCHEMICAL TRANSMISSION Aorta (rat) Mesenteric artery (rat) Fundus strip of stomach (rat, mouse) Trachea (guinea-pig) Lung strip (guinea-pig) Uterine horn (rat, guinea-pig) Patch clamp Prefrontal cortex, striatum

MEASUREMENT OF ENDOGENOUS SUBSTANCES Measurement of the release of biogenic amines (noradrenaline, dopamine, serotonin) from brain tissue (cortex, striatum, hippocampus, NTS stb) by radio-labelled technique. Brain and spinal cord slice superfusion technique biogenic amines, acetylcholine, GABA, glycine, glutamate, aspartate, neuropeptides (rat cerebral cortex, striatum, hippocampus, brain stem, spinal cord) Microdialysis of different brain regions of conscious or anaesthetised rat or mice. Determination of biogen amines and metabolites by HPLC method.

PHARMACOKINETIC STUDIES High-performance liquid chromatography with UV detector Bioequivalency studies Qualitative and quantitative analyses of drugs and metabolites from blood and urine samples (human and animal) Thin-layer chromatography for deter- mination of hydrophobicity of various organic compounds