Fototoksyczność leków dla organizmów

wodnych – zbędny czy istotny element

badań nad lekami w środowisku?

Wawryniuk M., Drobniewska A., Nałęcz-Jawecki G.

Zakład Badania Środowiska

Warszawski Uniwersytet Medyczny

Leki a środowisko

Losy leków w środowisku

Procesy abiotyczne i biotyczne w środowisku

Trwałość leków w środowisku wodnym

zależy od:

• obecności materii organicznej

• stężenia jonów nieorganicznych takich jak:CO3

2-, HCO3-, NO3

-, Fe3+, Fe2+

• natężenia promieniowania słonecznego

• Budowy chemicznej: potencjalnie światłoczułe leki, zawierają ugrupowania tj. pierścienie aromatyczne, heteroatomy czy sprzężone układy nienasycone

Fotodegradacja

Pośrednia**

wzbudzenie związków współwystępujących w

środowisku np. kwasów humusowych, które

prowadzi do wytworzenia silnie reaktywnych

wolnych rodników

Bezpośrednia*

absorpcja światła przez związek chemiczny i

bezpośrednie przekształcenie się do produktów lub

w przypadku niestabilnych stanów wzbudzonych

rozkład

- przekształcenie związków organicznych w inne związki

- całkowita degradacja substancji organicznych

* USEPA, Fate, transport and transformation test guidelines - OPPTS 835.2210, Direct photolysis rate in water by sunlight.

** USEPA, Fate, transport and transformation test guidelines - OPPTS 835.5270, Indirect photolysis screening test.

Fotodegradacja

Pośrednia**

wzbudzenie związków współwystępujących w

środowisku np. kwasów humusowych, które

prowadzi do wytworzenia silnie reaktywnych

wolnych rodników

Bezpośrednia*

absorpcja światła przez związek chemiczny i

bezpośrednie przekształcenie się do produktów lub

w przypadku niestabilnych stanów wzbudzonych

rozkład

- przekształcenie związków organicznych w inne związki

- całkowita degradacja substancji organicznych

* USEPA, Fate, transport and transformation test guidelines - OPPTS 835.2210, Direct photolysis rate in water by sunlight.

** USEPA, Fate, transport and transformation test guidelines - OPPTS 835.5270, Indirect photolysis screening test.

Czy powinniśmy wykonywać analizę toksyczności fotoproduktów

jako uzupełnienie fizykochemicznych badań fotodegradacji leków?

Międzynarodowe normy

Międzynarodowa Rada ds. Harmonizacji Wymagań

Technicznych dla Rejestracji Produktów Leczniczych

Stosowanych u Ludzi (ICH, ang. International Council on

Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals

for Human Use)

Wytyczna: STABILITY TESTING: - Q1B_Guideline (1996r.)

• Regulacje odnośnie badania fotostabilności nowych substancji i produktów

leczniczych; Ocena światłoczułości substancji i jej ścieżki fotodegradacji

• Wytyczna jest przestarzała, nie definiuje warunków ekspozycji na światło

badanych związków; powinna zostać zmieniona

Europejska Agencja Leków

(EMA, ang. European Medicines Agency)

Wytyczna: Guideline on the environmental risk assessment of medicinal

products for human use (EMEA/CHMP/SWP/4447/00) (2006r.)

• Zagrożenia środowiskowe związane ze stosowaniem nowych leków, nie

wynikające z syntezy, wytwarzania, przechowywania, czy usuwania produktów

leczniczych

• Wytyczna nie uwzględnia możliwych dróg przedostawania się leków do

środowiska oraz kwestii toksyczności mieszanin leków i produktów

transformacji środowiskowych

Europejska Agencja Leków

(EMA, ang. European Medicines Agency)

Wytyczna: Guidance on photosafety evaluation of pharmaceuticals, Step 3

(EMEA/CHMP/ICH/752211/2012) (2012r.)

• Regulacje odnośnie badania fototoksyczności, fotoalergii,

fotogenotoksyczności i fotorakotwórczości w testach in vitro na komórkach

ssaczych.

• Ocena konsekwencji fotoreaktywności leków dla ludzi

Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD, ang. Organisation for Economic Co-operation and Development)

Wytyczna: Test No. 316: Phototransformation of chemicals in water – Direct Photolysis. OECD Guidelines for the testing of chemicals, Section 3, Environmental fate and behaviour (2008r.)

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska(EPA, ang. Environmental Protection Agency)

Wytyczne: Fate, transport and transformation test guidelines – OPPTS 835.2210, Direct photolysis rate in water by sunlight (EPA712-C-98-060) (1998r.)Fate, transport and transformation test guidelines – OPPTS 835.5270, Indirect photolysis screening test (EPA712-C-98-099) (1998r.)

• Określenie drogi fotolizy, kinetyki fototransformacji , t1/2 i powstających produktów

• Brak oceny toksyczności fotoproduktów

Kryteria wyboru literatury:

Leki

Fotodegradacja

Badania

z ostatnich

10 lat

Fototoksyczność

dla

organizmów

wodnych

Toksyczność

dla

organizmów

wodnych

35

Fototoksyczność

Doniesienia naukowe ostatnich 10 lat

64,9%

21,6%

13,5%bardziej toksyczne

fotoprodukty

równie toksyczne

fotoprodukty

mniej toksyczne

fotoprodukty

Fototoksyczność

LEKI

35,7%

17,9%

17,9%

8,9%

7,1%

7,1%5,4% antybiotyki

NLPZ

inne

przeciwpsychotyczne

przeciwbólowe

działające na układ krążenia

przeciwdepresyjne

Fototoksyczność

ORGANIZMY TESTOWE

38,0%

32,0%

10,0%

10,0%

6,0%4,0%

bakterie (V. fischeri)

skorupiaki (D. magna, C. dubia,

T. platyurus)

wrotki (B. calyciflorus)

glony (P. subcapitata)

pierwotniaki (S. ambiguum)

inne

Wang X-H, Lin AY-Ch (2014) Is the phototransformation of pharmaceuticals a natural purification process

that decreases ecological and human health risks? Environ Pollut 186:203-215

Wang i wsp. 2014

Leki: mieszanina 27 substancji:ketoprofen, ciprofloksacyna, tetracyklina, norfloksacyna, diklofenak, cefazolina, metronidazol,

naproksen, ofloksacyna, sulfametoksazol , cimetydyna, kwas klofibrowy, kodeina, cefradyna,

propranolol, 5-fluorouracil, cefotaksym, cefuroksym, linkomycyna, ibuprofen, ketamina, metoprolol,

atenolol, erytromycyna, trimethoprim, gemfibrozil, pentoksyfillina

Organizm testowy: Vibrio fischeri

Wyniki:

• fototoksyczność mieszaniny leków była większa, niż suma

toksyczności pojedynczych związków poddanych naświetlaniu;

• zjawisko to wynikało z powstawania wielu różnych produktów

fototransformacji, których toksyczność się sumowała, fotoprodukty

nie zostały zidentyfikowane

Isidori M, Nardelli A, Pascarella L, Rubino M, Parrella A (2007) Toxic and genotoxic impact of fibrates

and their photoproducts on non-target organisms. Environ Int 33:635-641

Isidori i wsp. 2007

Leki: Bezafibrat, Fenofibrat i Gemfibrozil

Organizmy testowe:

Toksyczność ostra: V. fischeri, B. calyciflorus, T. platyurus, D. magna, C. dubia

Toksyczność chroniczna: P. subcapitata, B. calyciflorus, C. dubia

Wyniki:

• leki nie były toksyczne dla badanych organizmów przed naświetlaniem

• w wyniku naświetlania zidentyfikowano główne fotoprodukty

• fotoprodukty fenofibratu (fenol i kwas fenofibrowy) – toksyczność ostra dla

wszystkich organizmów,

•fotoprodukty bezafibratu (eter i fenol) - podwyższona toksyczność chroniczna

dla skorupiaków i wrotek

•fotoprodukty gemfibrozilu - podwyższona toksyczność chroniczna dla glonów

Mianseryna, Paroksetyna – fotorozkład w

aparacie Suntest CPS+

Minutes

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

mA

U

0

5

10

15

20

25

mA

U

0

5

10

15

20

25Detector B-279 nm20150309 Mian 0 20150309 Mian 0

6: 280 nm, 8 nm20150416 MIAN 1H 20150416 MIAN 1H

6: 280 nm, 8 nm20150317 MIAN 2H 220150317 MIAN 2H 2

Minutes

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

mA

U

0

5

10

15

20

25

30

35

mA

U

0

5

10

15

20

25

30

35

Detector B-294 nm20150305 Par 0h20150305 Par 0h

7: 294 nm, 8 nm20150305 Par 1h20150305 Par 1h

7: 294 nm, 8 nm20150324 Par 2h H2O220150324 Par 2h H2O2

0

20

40

60

80

100

0 1 2

Stę

żen

ie [

%]

Czas naświetlania [h]

mianseryna paroksetyna

paroksetynamianseryna

Mianseryna, Paroksetyna – toksyczność

dla bakterii

0

1

2

3

4

5

6

7

mianseryna paroksetyna

V. fischeri (30min)

TU 0h TUM 1h UV-Vis TUP 1h UV-Vis

Mianseryna, Paroksetyna

– toksyczność dla pierwotniaków

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

mianseryna paroksetyna

S. ambiguum

TU 0h TUM 2h UV-Vis TUP 2h UV-Vis

Mianseryna, Paroksetyna

– toksyczność dla skorupiaków

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

mianseryna paroksetyna

T. platyurus

TU 0h TUM 2h UV-Vis TUP 2h UV-Vis

Mianseryna, Paroksetyna

– toksyczność dla roślin

0

1

2

3

mianseryna paroksetyna mianseryna paroksetyna

L. minor S. polyrhiza

TUP 0h TUM 1h UV-Vis TUP 1h UV-Vis

NT

Podsumowanie

• Zarówno liczba wytycznych, jak i same badania fotodegradacji i identyfikacji fotoproduktów znacznie przewyższają te dotyczące skutków ekotoksykologicznych leków i ich produktów po fototransformacji

• W większości analizowanych przypadków fotoprodukty powstające w wyniku naświetlania leków były bardziej toksyczne niż związki macierzyste

• W dalszych badaniach należy zwrócić szczególną uwagę na wykonywanie kompleksowych ocen fototoksyczności, ze szczególnym uwzględnieniem wykorzystania baterii biotestów i testów toksyczności chronicznej

• Do lepszego zrozumienia fototoksyczności potrzebujemy także więcej danych odnośnie mechanizmów toksyczności na poziomie komórkowym i molekularnym

• Idealnym podsumowaniem omawianego zagadnienia byłoby zbadanie i dokładna analiza przewlekłej ekspozycji całych modelowych ekosystemów na mieszaniny niskich stężeń leków i ich fotoproduktów

Fototoksyczność leków dla organizmów

wodnych – zbędny czy istotny element

badań nad lekami w środowisku?

Dziękuję za uwagę