Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/163062
Author(s): Abigail Torres da Silva
Title: Application of physiologically based pharmacokinetic modeling to predict drug-drug interactions between Rocuronium/Propofol/Paracetamol and Lidocaine
Issue Date: 2024-10-29
Abstract: Preoperative, intraoperative, and postoperative phases are all included in the perioperative period and are essential to offering patients comprehensive care. To ensure a healthier environment for patients throughout the procedure, this process involves mental and physical preparation, preliminary studies for a successful surgery, and recovery monitoring to prevent complications. Opioids and other drugs are frequently used in perioperative care to effectively manage pain. However, these drugs can lead to drug-drug interactions (DDIs), where the combination of drugs may result in adverse effects, altering their pharmacokinetics or pharmacodynamics and leading to adverse drug reactions (ADRs). ADRs are serious clinical issues that lead to morbidity, mortality, and higher medical expenses. Electronic databases such as GastroPlus® PBBM / PBPK have been developed to evaluate potentially harmful DDIs as medical science progresses. During the intraoperative phase of anesthesia administration, anesthetists frequently face these interactions and must make well-informed therapeutic decisions. The desired effects of anesthesia frequently call for the combination of one or more drugs, which means that dose adjustments and management must be accomplished carefully. The objective of this thesis was to examine the effects of three drugs-rocuronium, propofol, and paracetamol-used in combination with lidocaine and to evaluate the efficacy of these combinations. We focused on the CYP-mediated metabolism of lidocaine, exploring these drugs due to their common clinical use at CHUSJ and the lack of existing literature on their combined effects. Physiologically based pharmacokinetic (PBPK) modeling and an in vitro model using Hep G2 cells were used to assess the CYP-mediated drug interactions. To investigate cell viability with each drug alone and in combination, first, a Hep G2 cell culture was created, and then the MTT test to determine cell viability. After that, we conducted a thorough analysis using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), for detailed analysis. After that, we created, validated, and used a PBPK model to simulate DDIs, specifically predicting how LIDO would interact with rocuronium, propofol, and paracetamol. The predictive performance of PBPK for CYP enzyme-mediated metabolic DDIs is well-established, and many PBPK simulations have been submitted to regulatory agencies and accepted as the basis for dose adjustment on drug labels. Biopharmaceutical parameters for all drugs and metabolites were sourced from literature or predicted by ADMET Predictor(r) (Simulations Plus, Inc.). The results obtained demonstrated that the combination of propofol and rocuronium with lidocaine demonstrated notable toxicity in the cellular model, and according to the PBPK model studies, depending on the dose and how the drug was combined with other drugs, some covariates significantly affected the pharmacokinetics of lidocaine. The ultimate goal of this research is to advance the field towards a precision medicine model customized for each patient by changing the clinical use paradigm of lidocaine in combination with other drugs. By going beyond the "one-size-fits-all" method of anesthetic management, this strategy seeks to provide perioperative care that is safer and more efficient.
Description: As fases pré-operatória, intraoperatória e pós-operatória fazem parte do período perioperatório e são essenciais para oferecer aos pacientes um cuidado abrangente. Este processo envolve a preparação mental e física, estudos preliminares para uma cirurgia bem-sucedida e o monitoramento da recuperação para prevenir complicações, garantindo assim um ambiente mais saudável para os pacientes ao longo do procedimento. Opioides e outros medicamentos são frequentemente utilizados nos cuidados perioperatórios para gerir eficazmente a dor. No entanto, estes medicamentos podem levar a interações fármaco-fármaco (DDIs), onde a combinação de fármacos pode resultar em efeitos adversos, alterando a farmacocinética ou a farmacodinâmica destes e levando assim a reações adversas a medicamentos (ADRs). As ADRs são questões clínicas graves que levam à morbilidade, mortalidade e maiores despesas médicas. À medida que a ciência médica avança, foram desenvolvidas bases de dados eletrónicas como o GastroPlus® PBBM / PBPK para avaliar DDIs potencialmente prejudiciais. Durante a fase intraoperatória da administração de anestesia, os anestesistas frequentemente enfrentam estas interações e devem tomar decisões terapêuticas bem informadas. Os efeitos desejados da anestesia frequentemente requerem a combinação de um ou mais fármacos, o que significa que ajustes de dose e gestão devem ser realizados cuidadosamente. O objetivo desta tese foi examinar os efeitos de três medicamentos-rocurónio, propofol e paracetamol- usados em combinação com a lidocaína de maneira a avaliar a eficácia da combinações destes fármacos. Focámos no metabolismo mediado pela CYP da lidocaína, explorando estes medicamentos devido ao seu uso clínico comum no CHUSJ e à falta de literatura existente sobre os seus efeitos quando combinados. Para avaliar as interações fármaco-fármaco mediadas pela CYP, utilizámos a modelagem farmacocinética baseada em fisiologia (PBPK) e um modelo in vitro com células Hep G2. Inicialmente, desenvolvemos uma cultura de células Hep G2 para estudar a viabilidade celular com cada medicamento isoladamente e em combinação, utilizando o teste MTT para determinar a viabilidade celular. Em seguida, conduzimos uma análise detalhada utilizando cromatografia líquida-espectrometria de massa (LC-MS). Posteriormente, criámos, validámos e utilizámos um modelo PBPK para simular DDIs, prevendo especificamente como a lidocaina interagiria com rocurónio, propofol e paracetamol. O desempenho preditivo da PBPK para DDIs metabólicas mediadas por enzimas CYP está bem estabelecido e muitas simulações PBPK foram apresentadas às agências reguladoras e aceites como base para o ajuste da dose nos rótulos dos medicamentos. Os parâmetros biofarmacêuticos para todos os medicamentos e metabolitos foram obtidos da literatura ou previstos pelo ADMET Predictor(r) (Simulations Plus, Inc.). Os resultados obtidos demonstraram que a combinação de propofol e rocurónio com lidocaína revelou toxicidade notável no modelo celular e de acordo com os estudos do modelo PBPK, dependendo da dose e da combinação do fármaco com outros medicamentos, várias covariáveis afetaram significativamente a farmacocinética da lidocaína. O objetivo final desta pesquisa é avançar em direção a um modelo de medicina de precisão personalizado para cada paciente, alterando o paradigma de uso clínico da lidocaína em combinação com outros medicamentos. Ao ultrapassar o método "one-size-fits-all" de gestão anestésica, esta estratégia procura fornecer cuidados perioperatórios mais seguros e eficientes.
Subject: Ciências da saúde
Health sciences
Scientific areas: Ciências médicas e da saúde::Ciências da saúde
Medical and Health sciences::Health sciences
DOI: 10.34626/hen0-t138
TID identifier: 203750748
URI: https://hdl.handle.net/10216/163062
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
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