Izdelava ekotoksikološkega profila izbranih zdravilnih učinkovin in silico

Šarkanj, Saša (avtor), Jakopin, Žiga (mentor)

Zdravila apliciramo z namenom vzpostavitve, izboljšanja ali spremembe fiziološke funkcije ter za določevanje diagnoze bolezni. Število razvitih in predpisanih zdravil iz dneva v dan narašča, kar posledično povečuje tudi število in koncentracijo odpadnih zdravil. Zdravilne učinkovine so farmakološko aktivne sestavine zdravil, ki preidejo v vodno okolje kot direkten odpadek ali posredno preko aplikacije zdravila pacientu, zato lahko predstavljajo resno tveganje za toksičnost za vodne organizme. V magistrski nalogi smo metode in silico uporabili za izdelavo ekotoksikološkega profila desetih izbranih zdravilnih učinkovin, ki so pogosto predpisane in v vodnem sistemu zaznane v višjih koncentracijah: ciprofloksacin, diklofenak, karbamazepin, gabapentin, tramadol, paracetamol, kofein, bisoprolol, valsartan in metformin. Z uporabo računalniških programov in različnih modelov smo napovedali njihovo usodo v okolju in toksičnost za vodne organizme. Določili smo njihovo sposobnost zadrževanja v sedimentu, stopnjo biorazgradljivosti in sposobnost bioakumulacije ter napovedali vrednosti LC50 za tri vodne organizme. Podatke napovedi smo primerjali z literaturnimi podatki podatkovne baze ECOTOX. Izbrane zdravilne učinkovine so slabo biorazgradljive, vendar se ne bioakumulirajo. Napovedna moč naših programov se je izkazala za nizko. Ugotovili smo, da se učinkovine z višjo vrednostjo logP dlje časa zadržijo v sedimentu ter lažje in bolj bioakumulirajo, hkrati pa imajo nižjo vrednost LC50 – v splošnem predstavljajo večje tveganje za toksične učinke na vodni ekosistem. Literaturni podatki učinkovine opisujejo kot težko biorazgradljive, bioakumulativne snovi, ki se raje kot v vodi zadržujejo v sedimentu. Glede na dejanske koncentracije, izmerjene v slovenskem vodnem okolju, preučevane zdravilne učinkovine glede na napovedi ne predstavljajo tveganja za vodni ekosistem, vendar lahko njihovo toksičnost znatno povečajo ostale lastnosti, kot so različne poti razgradnje, akumulacija ter kombinacija različnih zdravilnih učinkovin v istem vodnem okolju. Ker se je izkazalo, da imajo uporabljeni programi nizko napovedno moč, bi bilo smiselno stremeti k razvoju učinkovitejših metod za določanje njihove ekotoksičnosti. Na drugi strani bi zaradi onesnaženosti okolja z zdravilnimi učinkovinami seveda bilo potrebno primerno razviti učinkovitejše metode za odstranjevanje zdravilnih učinkovin iz okolja.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: zdravilne učinkovine, ekotoksikološki profil, vodni ekosistem, metode in silico, letalna koncentracija
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Organizacija: FFA - Fakulteta za farmacijo
• Leto izida: 2023
• PID: 20.500.12556/RUL-146918
• Datum objave v RUL: 16.06.2023

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: In silico ecotoxicological profiling of selected drug substances

Izvleček

Medicines are administered to restore, improve or modify physiological functions, and to diagnose diseases. The number of medicines developed and prescribed is gradually increasing, which consequently increases the number and concentration of disposed medicines. The pharmacologically active components of medicines are so-called active substances, which enter the aquatic environment either directly as waste, or indirectly as a consequence of drug administration to the patient, and may pose a serious toxic risk to aquatic organisms. In this Master's thesis, in silico methods were used to develop an ecotoxicological profile of ten selected active substances that are commonly prescribed and detected at higher concentrations in aquatic systems: ciprofloxacin, diclofenac, carbamazepine, gabapentin, tramadol, paracetamol, caffeine, bisoprolol, valsartan and metformin. Using computer programmes and different models, we predicted their fate in the environment and toxicity to aquatic organisms. We determined their sediment retention, biodegradability and bioaccumulation capacity and predicted LC50 values for three aquatic organisms. The predicted data were compared with literature data from the ECOTOX database. The selected active substances are poorly biodegradable, however devoid of potential for bioaccumulation. The predictive strength of our programmes proved to be low. We found that active substances with higher logP values persist longer in the sediment and bioaccumulate better and more easily, while having lower LC50 values, and therefore generally pose a higher risk for causing toxic effects on the aquatic ecosystem. The literature describes the active substances as difficult to biodegrade, bioaccumulative substances that tend to persist in sediment rather than in water. Based on the actual concentrations measured in the Slovenian aquatic environment, the studied active substances are predicted not to pose a risk to the aquatic ecosystem; however, other properties such as different degradation pathways, accumulation, and the combination of different active substances in the same aquatic environment, may significantly increase their toxicity. Since the predictive strenght of our programmes proved to be low it would be reasonable to develop methods for efficient ecotoxicity testing. On the other hand, due to the pollution of the enovironment with active substances, it would be necessary develop methods for efficient drug substances removal from already contaminated environments.

• Ključne besede: drug substances, ecotoxicological profile, aquatic environment, in silico methods, lethal concentration