Analiza porównawcza toksyczności środków konserwujących w preparatach okulistycznych

Preparaty okulistyczne – ich specyfika

Oko jest oddzielone od krążenia ogólnego trzema barierami:

• krew-siatkówka


• krew-ciecz wodnista


• krew-ciało szkliste

Ma to duże znaczenie farmakokinetyczne, ponieważ istotnie ogranicza dostęp różnych substancji chemicznych znajdujących się w krążeniu ogólnym do oka, ale również przejście z głębszych struktur oka do krążenia ogólnego. Należy zauważyć, że leki podane miejscowo, dospojówkowo, mogą docierać do krążenia ogólnego bez większych ograniczeń poprzez przewód nosowo-łzowy (ductus nasolacrimalis) i przewód pokarmowy, jeżeli są oporne na kwas solny i nie ulegają efektowi pierwszego przejścia. Biorąc pod uwagę anatomie i fizjologie oka, nowoczesne technologie oferują obecnie wiele ciekawych systemów aplikacji i dystrybucji leku w oku. Leki w okulistyce stosowane są w celach terapeutycznych lub diagnostycznych. Terapeutycznie – zazwyczaj w celu zwalczania różnego rodzaju infekcji, począwszy od bakteryjnych, wirusowych, ale również grzybiczych i pasożytniczych. Kolejną grupą leków stosowanych w okulistyce są preparaty działające na układ wegetatywny, receptory adrenergiczne i cholinergiczne, zazwyczaj w terapii jaskry. Leki te są stosowane również w celach diagnostycznych (jak cholinolitik krótko działający homatropina lub tropikamid). Co do postaci farmaceutycznych stosowanych preparatów w okulistyce, ze względów praktycznych dominuje aplikacja miejscowa. Najbardziej popularną postacią leków okulistycznych nadal są krople do oka. Jednak ze względu na ich krótki czas kontaktu z powierzchnią gałki ocznej dąży się do udoskonalania form leku oraz wprowadzania nowych rozwiązań. W tym kontekście roztwory wodne o zwiększonej lepkości (osmolarności), roztwory olejowe jak i zawiesiny są stosowane w celu wydłużenia kontaktu substancji aktywnej z powierzchnia oka (w tym z rogówką), co zazwyczaj zwiększa biodostępność takich substancji. Polimery rozpuszczalne w wodzie regulują osmolarność i mogą przyczynić się do zmiany konsystencji leku od gęstszych kropli do hydrożelu. Naturalnie gęstość takiego preparatu nie może przekroczyć odpowiedniej granicy, aby nie doprowadzić do zaczopowania odpływu łez [maksymalna 20 mPa-s (mili Pascal sekunda)]. Niezmiernie ważnym problemem w okulistyce przy stosowaniu leków miejscowych, pomimo postępu technologii i poprawy biodostępności, jest jałowość preparatów przy przewlekłym stosowaniu leku, nie tylko pierwotna, w samym opakowaniu, ale i wtórna, w trakcie stosowania leku, już po jego otwarciu i aplikacji w warunkach nieaseptycznych.

Farmakopea Polska wymaga dodawania do kropli ocznych w opakowaniach wielodawkowych oraz innych postaci leków ocznych zawierających wodę środków konserwujących w celu uniknięcia wtórnego zakażenia w trakcie zakraplania (wprowadzania) do oka. Są pewne wyjątki od tej reguły, jak w przypadku opakowań jednorazowych (jednodawkowych) leku, alergii na środki konserwujące, ale również w przypadku zaburzeń na powierzchni oka, jego urazu albo po zabiegu chirurgicznym. Wtedy środków konserwujących nie powinno się stosować.

Środki konserwujące muszą zapewnić jałowość preparatów okulistycznych stosowanych przewlekle i posiadać skuteczne działanie bakteriobójcze i grzybobójcze. Skuteczność takiego działania jest sprawdzana w teście konserwacji. Dotyczy on zgodnie z wymogami Farmakopei Polskiej VII następujących szczepów testowych: Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027, Staphylococcus aureus ATCC 6538P, Candida albicans ATCC 10231, Aspergillus niger ATCC 16404. Podobnie jak inne substancje pomocnicze wykorzystywane w preparatyce kropli do oczu (izotonizujące, buforujące, zwiększające lepkość, przeciwutleniacze) – zgodnie z wymogami FP – nie mogą w zastosowanych ilościach wywierać własnego działania farmakologicznego i wchodzić w niepożądane reakcje wpływające negatwywnie lub bezpośrednio na trwałość i dostępność biologiczną leku. Zazwyczaj, substancje takie wydłużają trwałość substancji aktywnych w okulistycznych preparatach do podawania miejscowego, czasami zwiększają biodostępność substancji aktywnej do głębszych warstw oka.

Środki konserwujące dzielimy na cztery podstawowe grupy:

• detergenty,


• utleniacze,


• środki chelatujące,


• metaboliczne.

Detergenty powodują rozkład komórki bakteryjnej poprzez uszkodzenie jej błony komórkowej. Komórki ludzkie nie są w stanie zneutralizować związków chemicznych działających w ten sposób, co oznacza ich dłużą obecność w oku i związaną z tym nieco większą toksyczność, ale i większą skuteczność przeciwko drobnoustrojom.

Substancje utleniające to mniejsze cząsteczki wchodzące w interakcje z elementami komórek drobnoustrojów. Są mniej toksyczne dla oka, ponieważ są dość szybko rozkładane.

Przykładami często stosowanych środków konserwujących w okulistyce to chlorek benzalkoniowy (BAK, detergent), polyquaternium-1 (Polyquad, detergent, pochodna BAK), nadboran sodu (sodium perborate – SP, oxidative agent). BAK jest zazwyczaj stosowany w stężeniach 0,015% to 0,05%. Substancje jak EDTA (wersenian disodowy, di-sodium ethylene diamine tetra-acetate) i sole buforowane potasem są również często dodawane do kropli do oka, przede wszystkim w celu stabilizacji pH preparatu. Istnieje pewna kontrowersja, co do klasyfikacji tych środków, nazywanych buforowymi czy antyutleniaczami, jednak według innych również zaliczanych do środków konserwujących. Przyjmując jako podstawę klasyfikacji aktywność przeciwko drobnoustrojom dodawanej substancji, związki jak EDTA i sole potasu mogą być uznawane za środki konserwujące i buforowe jednocześnie, jednak o nieco mniejszej aktywności antyinfekcyjnej niż klasyczne środki jak BAK.

Praktycznie każda substancja dodawana do oka ma określone działania niepożądane – od lekkiego dyskomfortu dla pacjenta do poważnych działań toksycznych, szczególnie u pacjentów z zespołem suchego oka.

Istnieje kilka opisanych w piśmiennictwie metod badania toksyczności okulistycznych środków konserwujących. Są to na przykład 3D model rogówki, linie komórkowe spojówki i linie komórkowe rogówki. Poniżej wyszczególniono najważniejsze działania toksyczne najczęściej dodawanych do preparatów okulistycznych środków konserwujących i substancji buforowych, zgodnie z wynikamy uzyskanymi na komórkach śródbłonka spojówek ludzkich (CCC) i na komórkach rogówki ludzkiej (HCE-human corneal cells). Wyniki są przedstawione w odniesieniu do grupy kontrolnej nie zawierającej żadnych substancji toksycznych (0% toksyczności) i grupy z 10% formaliną (100% toksyczności).

Chlorek benzalkoniowy BAK

Chlorek benzalkoniowy powszechnie stosowany jako środek konserwujący w preparatach okulistycznych jest znany ze swojej dużej skuteczności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybicznej. Jest to najstarszy środek konserwujący w okulistyce na rynku farmaceutycznym. BAK zmniejsza napięcie powierzchniowe i emulguje lipidy filmu łzowego, co może spowodować przyspieszenie parowania warstwy wodnej. Może też uszkadzać komórki kubkowe produkujące warstwę śluzową filmu łzowego i w konsekwencji wywoływać lub nasilać objawy zespołu suchego oka. Jednak zdarza się to dość rzadko i zazwyczaj nie wymaga przerwania terapii. Toksyczność na CCC i HCE preparatu BAK wyniosła ponad 80% w testach na liniach komórkowych CCC i HCE. Jednak, w teście na modelu 3D rogówki oraz w testach na małpach wykazano, że powszechnie stosowane stężenia BAK w preparatach okulistycznych 0,01% i 0,02% rzadko powodują istotne bezpośrednie działanie toksyczne na komórki śródbłonkowe rogówki.

Polyquaternium-1 (Polyquad)

Jest to pochodna BAK, stosowana w stężeniu 0,001%. Działa poprzez wpływ na powierzchnie komórek bakteryjnych i grzybiczych. Należy do grupy detergentów. Niestety, wykazano, że środek ten wpływa toksycznie na strukturę komórek oka (MTT test i LDH test) i powoduje stan zapalny poprzez aktywacje drogi zależnej od NF-kappa B czynnika w komórkach śródbłonkowych ludzkiej rogówki.

Nadboran sodu (Sodium perborate – SP)

Perboran sodu jest dość szybko rozkładany przez komórki ssaków za pomocą różnych enzymów, jak oksydazy, katalazy czy antyutleniacze. Jednak w trakcie jego metabolizmu powstaje nadtlenek wodoru, działający przeciwbakteryjnie, ale również bardzo toksycznie nawet w stężeniu 0,003%.

Wersenian disodowy (Disodium-ethylene diamine tetra-acetate – EDTA)

Wersenian disodowy należy do najczęściej stosowanych buforów w preparatach okulistycznych stosowanych miejscowo, zapewniający stabilność pH I tym samym substancji aktywnej znajdującej się w danym preparacie. Ze względu na swoje słabe działanie przeciwko drobnoustrojom jest uważany przez niektórych za środek konserwujący. Co więcej, w wielu krajach Unii Europejskiej jest zarejestrowany jako środek konserwujący. Jednak z praktyki wynika, że EDTA samodzielnie nie jest w stanie zapewnić jałowość produktu okulistycznego. W wielu kroplach do oczu i żelach okulistycznych EDTA jest dodawane do BAK, ponieważ dzięki właściwością kompleksowym zwiększa skuteczność przeciwbakteryjną BAK. Co do toksyczności, substancja EDTA w stężeniu 0,01% jest mniej toksyczna w porównaniu z klasycznymi środkami konserwującymi i w badaniach na komórkach HCE i CCC wykazuje około 28% toksyczność, która osiąga 60% przy 1% stężeniu. Jednak nie jest to środek obojętny dla oka. Opisywano silne reakcje alergiczne, działanie drażniące spojówki oraz zaburzenia gojenia się i regeneracji nabłonka spojówki i rogówki. Z bardziej specyficznych efektów EDTA warto odnotować zauważone drobne zmiany w budowie śródbłonka rogówki, co sprzyja penetracji substancji aktywnej w głąb rogówki oraz reakcje uczuleniowe i drażniące na powierzchni oka. Oprócz tego EDTA może zwiększać toksyczność substancji aktywnej, jeżeli jest ona o charakterze zasadowym.

Podsumowanie i wnioski

Podsumowując, można stwierdzić, że nie ma idealnego środka konserwującego w okulistyce zapewniającego pełną jałowość preparatu przy braku działań niepożądanych. Analizując najczęściej stosowane środki konserwujące i buforowe można stwierdzić, że częściej działania szkodliwe odnotowywano przy stosowaniu BAK, jednak przeprowadzone testy wykazały, że powszechnie stosowane stężenia BAK w preparatach okulistycznych 0,01% i 0,02% rzadko powodują istotne bezpośrednie działanie toksyczne na komórki śródbłonkowe rogówki. Warto zwrócić uwagę, że EDTA nie jest samodzielnym środkiem konserwującym zapewniającym jałowość i nie jest też obojętną substancją dla oka. Natomiast BAK, choć wykazuje działania niepożądane, jest dobrze znanym środkiem konserwującym i bardzo skutecznie zapobiega wtórnemu zakażeniu oka przy miejscowym stosowaniu leków okulistycznych.

Piśmiennictwo

• Baudouin C, Labbe A, Liang H, Pauly A, Brignole-Baudouin F. Preservatis in eye drops: the good, the bad and the ugly. Prog Ret Eye Res 2010; 4:312-334.


• Burstein NL. Corneal cytotoxicity of topically applied drugs, vehicles and preservatives 1980; 1: 15-30.


• Epstein SP, Ahdoot M, Marcus E, Asbell PA. Comparative toxicity of preservatives on immortalized corneal and conjuctival epithelial cells. J Ocular Pharm Ther 2009; 2: 113-119.


• Herrero VR. Preservatives in ophthalmic formulations: an overview. Arch Soc Esp Oftalmol 2007ł 82Ł531+532.


• Kahook MZ, Fechtner RD, Katy LJ, Noecker RJ, Ammar DA. A comparison of active ingredients and preservatives between brand name and generic topical glaucoma medications using liquid chromatographz+tandem mass spektrometry. Curr Eye Res 2012; 37: 101-108.


• Su KR and Jessen BA. Evaluation of the cytotoxic effects of ophthalmic solutions containing benzalkonium chloride on corneal epithelium using an organotypic 3-D model. BMC Ophtalmology 2009; 9: 5.


• Kluk A, Sznitowska M. Substancje pomocnicze w lekach do oczu. Technologia Postaci Leku 2010, 8, 567-572.


• Koevary SB. Pharmacokinetics of topical ocular drug delivery: potential uses for the treatment of diseases of the posterior segment and beyond. Curr Drug Metab 2003; 4: 213-222.


• Paimela T, Ryhanen T, Kauppinen A et al. The preservative polyquaternium-1 increases cytoxicity and NF-kappa B linked inflammation in human corneal epithelial cells. Mol Vision 2012; 18: 1189-1196.


• Zore M, Harris A, Tobe LA et al. Generic medications in ophthalmology. Br J Ophtalmol 2012; 0: 1-5.doi:10.1136.