Slikken of spuiten
Inleiding
Je gaat in opdracht van een farmaceutisch bedrijf onderzoek doen naar een medicijn.
Dit medicijn is een van de potentiële kanshebbers om de ziekte fibromyalgie (reuma in de weke delen) te genezen.
Er hebben al een aantal fasen in het medicijnonderzoek plaatsgevonden, waardoor de dosisgrenzen, waarbinnen het medicijn werkzaam en niet giftig is, bekend zijn.
De R&D afdeling waar je voor werkt, krijgt de opdracht van dit nieuwe medicijn de juiste toedieningswijze, dosis en frequentie te bepalen.
Introductie
Wat ga je doen?
Je gaat een advies uitbrengen aan een farmaceutisch bedrijf.
Je adviseert dit bedrijf wat de beste toedieningswijze, dosis en frequentie van gebruik is van een nieuw medicijn. Al doende leer je over zuren en basen.
Jullie gaan:
- Engage: kennismaken met het bereiden van medicijnen.
- Explore: een werkbespreking voorbereiden en houden.
- Explain: uitzoeken wat de beste toedieningswijze, dosis en frequentie is van gebruik van een nieuw medicijn.
- Elaborate: wat je geleerd hebt, toepassen in een andere context.
- Evaluate: Evaluate: evalueren wat je geleerd hebt.
In de tabel staat hoeveel lessen je hier ongeveer mee bezig bent.
Je hoort van je docent hoe je precies gaat samenwerken.
Ook hoor je van je docent hoe je precies wordt beoordeeld.
| Activiteit |
|
Max. aantal lessen |
| Engage |
Activiteit 1 |
0,5 |
| Explore |
Activiteit 2 |
1 |
| Explain |
Activiteit 3 |
3 |
| |
Activiteit 4 |
4,5 |
| |
Activiteit 5 |
3 |
| Elaborate |
Activiteit 6 |
4 |
| Evaluate |
Activiteit 7 |
3 |
| |
Totaal |
19 |
Wat ga je leren?
We hebben heel gedetailleerd weergegeven wat je in deze module gaat leren. Het komt straks terug in het onderdeel ‘Evaluate’, omdat je dan aan de hand van de onderstaande lijst kunt controleren of je alles kent en kunt wat je zou behoren te kennen of kunnen als je klaar bent met deze module.
Wat ga je leren - Activiteit 3
Theorie:
Je leert de volgende theorie:
- Basiskennis zuren, basen, zure oplossing, neutraliseren
- Kenmerk van een zure oplossing : bevat \(\small{{H}}^{{+}}\) ionen
- Base is een deeltje dat een \(\small{{H}}^{{+}}\) kan opnemen
- \(\small{O}{{H}}^{{-}}\), \(\small{C}{{O}_{{{3}}}^{{{2}-}}}\)-, \(\small{H}{C}{{O}_{{{3}}}^{{-}}}\) zijn in ieder geval basen
- Base verhoogt de \(\small{p}{H}\) van een oplossing
- Als je een base in water doet, ontstaat een basische oplossing (met een \(\small{p}{H}\) > 7)
- Een basische oplossing verhoogt de \(\small{p}{H}\)
- Neutraal/indifferent deeltje, is noch zuur noch base, kan geen \(\small{H}\) opnemen
- Neutraal deeltje verandert de \(\small{p}{H}\) van een zure oplossing niet
- Zuur-basereactie: reactie tussen zuur (staat \(\small{{H}}^{{+}}\) af) en base (neemt \(\small{{H}}^{{+}}\) op)
- [\(\small{{H}}^{{+}}\)] is maat voor de zuurgraad
- Hoe meer \(\small{{H}}^{{+}}\) in een oplossing, des te lager de pH van de oplossing
- \(\small{p}{H}=-{\log}\)[\(\small{{H}}^{{+}}\)]
- Indicatorwerking
- \(\small-{C}{O}{O}{H}\), \(\small-{O}{H}\) groep reageert niet in zuur milieu
- \(\small{N}\), \(\small-{N}{H}\) groep kunnen \(\small{{H}}^{{+}}\) opnemen in zuur milieu
Vaardigheden:
Je leert de volgende vaardigheden:
- Werkplan opstellen om te onderzoeken wat het effect is van maagsap op voedingsmiddelen en antimaagzuurmiddelen
- Uit proeven conclusies trekken over het effect van maagsap op voedingsmiddelen en antimaagzuurmiddelen
- Werkplan opstellen om te onderzoeken wat het effect is van voedingsmiddelen en antimaagzuurmiddelen op de \(\small{p}{H}\) van maagsap
- Uit proeven conclusies trekken over het effect van voedingsmiddelen en antimaagzuurmiddelen op de pH van maagsap
- Werkplan opstellen om te onderzoeken of werkzame stof X maagsap overleeft
- Uit informatie conclusies trekken over een structuurformule van een werkzame stof.
- In de theorie scheikundige deelconcepten herkennen
- Werken met \(\small{p}{H}\)-papiertjes
Wat ga je leren - Activiteit 4
Theorie:
Je leert de volgende theorie:
- rekenen met \(\small{p}{H}\)
- sterke en zwakke zuren
- Kz en berekeningen met \(\small{K}{z}\)
Vaardigheden:
Je leert de volgende vaardigheden:
- een werkplan op te stellen om te onderzoeken wat het gedrag is van een maagsapresistent medicijn in de maag en in de darm om vervolgens conclusies te kunnen trekken
- rekenvaardig te worden t.a.v. \(\small{p}{H}\) en \(\small{K}{z}\) berekeningen
Wat ga je leren - Activiteit 5
Theorie:
Je leert de volgende theorie:
- zwakke zuren
- buffers
- rekenen met \(\small{K}{z}\)
Wat ga je leren - Activiteit 6
Theorie:
Je leert de volgende theorie:
- matrixsystemen: dendrimeren, cyclodextrinen, hydrogels
- polymeren
- diffusie
- verdelingscoëfficiënten
- hydrofiel/hydrofoob
- \(\small{p}{H}\)
- absorptiespectrometrie
Vaardigheden:
Je leert de volgende vaardigheden:
- uit een serie aantekeningen de benodigde hoeveelheid theorie te halen om uiteindelijk een keuze te kunnen maken over de meest geschikte toedieningswijze
- uit een artikel over dendrimeren de benodigde informatie te halen om uiteindelijk een keuze te kunnen maken over de meest geschikte toedieningswijze, hierbij gebruik makend van twee bijgevoegde stukken over polymeren en absorptiespectrometrie
- een onderzoek naar de concentratie van het medicijn in het bloed op te zetten en uit te voeren met een (hydro)gelmatrix als medicijn
- een keuze te maken welke toedieningswijze uit de aangeboden toedieningswijzen de meest geschikte is voor ons medicijn
- deze keuze theoretisch te onderbouwen in een rapport over het onderzoek
- de aangeboden toedieningswijzen en theorie in andere medicijncontexten te gebruiken
Engage
Activiteit 1
01 - individueel
Bekijk het bovenstaande filmpje en maak vervolgens deze vragen.
- De pillen worden er onder andere op getest of ze wel hard genoeg zijn. Waar worden pillen nog meer op getest?
- In het filmpje wordt gesproken over tabletten en capsules. Wat zijn overeenkomsten en verschillen?
Vergelijk je antwoorden met je buur.
Explore
Activiteit 2
Voor een R&D afdeling doe je in opdracht van een farmaceutisch bedrijf onderzoek naar een medicijn. Van dit nieuwe medicijn, met de werkzame stof X, mag je de juiste toedieningswijze, dosis en frequentie bepalen. Dit medicijn is één van de potentiële kanshebbers om de ziekte fibromyalgie (een soort reuma) te genezen.
Lees jullie opdrachtbrief van Farma&co medical development.
Je houdt een werkbespreking met je stagebegeleider (je docent).
Activiteit 2 - Opdracht 02
02 - individueel
Bestudeer het dossier ( intern dossier, activiteit 2) ter voorbereiding op de eerste werkbespreking. Onderstaande vragen kunnen je daarbij helpen.
N.B. Op dit moment sta je nog aan het begin van de kennisverwerving over medicijnen. Aan het eind van deze module zul je zien dat het geen probleem is de onderstaande vragen te beantwoorden. Probeer toch al op dit moment de vragen te beantwoorden. Als je de vragen af hebt, bespreek je samen met je buur wat hij/zij voor antwoorden heeft gegeven.
- Op welke manieren kun je een medicijn toedienen? Langs welke weg komt het medicijn bij ‘het mankement’ in het lichaam?
- Aan welke eisen moet een toedieningsvorm voldoen voor gebruik thuis?
- Welke manier is de geschiktste, goedkoopste, eenvoudigste en makkelijkste voor patiënten? Maak een rangschikking.
- Maak een tekening waarin de weg is weergegeven die het medicijn aflegt op weg naar zijn bestemming (bv. antibiotica bij een ontstoken kaakholte).
- Waarom is er een onder- en bovengrens voor de concentratie van het medicijn in het bloed?
- Wat kan de opbrengst van je project zijn, gezien de vraag en het doel van de afdeling. Wat zou dr. J. van Ballegooijen als mogelijke uitkomst van jullie project verwachten?
De eerste werkbespreking
De agenda voor de komende werkbespreking staat hieronder weergegeven.
- Bespreking
- algemeen deel medicijnontwikkeling
- intern dossier
- Probleemstelling
- wat is het probleem?
- waarom is dit een probleem?
- wat is een eerste stap om dit probleem op te lossen?
- Vervolgacties
- bestuderen van ontwikkeling van insuline, als voorbeeld hoe het bij deze ontwikkeling ook kan
- globaal stappenplan voor het onderzoek naar de toediening van een geneesmiddel
- Afspraken maken voor de volgende bespreking
Explain
Activiteit 3
In deze activiteit doe je het volgende:
- Onderzoek of de werkzame stof X geschikt is om in tabletvorm via de mond te worden ingenomen. ( Aan de slag 1 t/m 3 )
- Geef een advies: welke typen werkzame stof zijn niet geschikt om in tabletvorm te worden ingenomen? (03 en 04 op pag. 6)
De meest gebruikte vorm van medicijntoediening is via een pilletje/tablet(je). In medicijnen is een werkzame stof aanwezig. De weg door het lichaam start dan in de mond. Als er niet op het pilletje wordt gekauwd, komt die slechts zeer korte tijd in aanraking met speeksel. Aanwezige enzymen die de afbraak van voedsel regelen, zoals amylase voor de afbraak van zetmeel, krijgen op deze manier nauwelijks een kans. Na doorslikken komt het pilletje in de slokdarm terecht, die geen enkele rol speelt bij de afbraak, maar het medicijn met de werkzame stof slechts verplaatst richting de maag.
Om te weten te komen of stof X geschikt is om in tabletvorm via de mond te worden ingenomen, heb je wel wat meer kennis nodig. Aan de hand van het " Intern Dossier, activiteit 3" gaan we verschillende aspecten van pillen in de spijsvertering bekijken.
De maag
Bestudeer eerst bron 3.1 van het Intern Dossier. De belangrijkste functie van de maag is de opslag van voedsel, om dit in kleine hoeveelheden door te geven aan de dunne darm. Het pilletje zal dus enige tijd in de maag verblijven.
Is dat wel goed voor het pilletje (of de werkzame stof in het pilletje)? We moeten namelijk wel weten of de werkzame stof in het medicijn werkzaam blijft. We nemen ter vervanging van maagsap 0,1 M \(\small{H}{C}{l}\).
Activiteit 3 - Aan de slag 1
Aan de slag 1: Onderzoek 1 - teamopdracht
Onderzoek het effect/de effecten van maagsap op voedingsmiddelen op de werkzame stof in medicijnen (antimaagzuurmiddelen).
Gebruik hierbij bijvoorbeeld suiker, melk en verschillende antimaagzuurmiddelen (zowel in vaste als opgeloste toestand). Schrijf een klein verslag hierover. Schrijf daarbij de benodigdheden, werkwijze en resultaten op.
Tip: let op de verhoudingen.
Mogelijk zie je bij sommige experimenten weinig gebeuren, maar dat wil niet zeggen dat er niets veranderd is. Soms is het maagsap minder zuur geworden.
Dat wijst op een reactie van maagsap. (Bestudeer Intern Dossier, activiteit 3 , bron 3.2 en 3.3).
Maagsap is zuur en bevindt zich dus in het \(\small{p}{H}\)-gebied tussen 0 en 7. Maar waar?
Voedsel en bijvoorbeeld tabletten komen in je maag terecht. Zullen deze producten de pH van de maag sterk beïnvloeden? Met andere woorden: verandert de \(\small{p}{H}\) van je maag na eten of inname van medicijnen, of verandert de pH van voedsel / medicijnen na aankomst in je maag?
Activiteit 3 - Aan de slag 2
Aan de slag 2: Onderzoek 2 - teamopdracht
Onderzoek wat er met de pH van maagsap gebeurt bij het gebruik van voedingsmiddelen en antimaagzuurmiddelen. Schrijf een voorschrift voor de experimenten die je gaat uitvoeren.
Laat deze goedkeuren door jullie docent, voer de experimenten uit en beantwoord de volgende vragen.
Vragen
- Vind je dat de \(\small{p}{H}\)-waarde van maagsap verandert door het toevoegen van suiker? Zo ja, hoe?
- Vind je dat de \(\small{p}{H}\)-waarde van maagsap verandert door het toevoegen het antimaagzuurtablet? Zo ja hoe? Zie voor de samenstelling van deze middelen Intern Dossier, activiteit 3, bron 3.4.
- Denk je dat een oplossing die bij toevoeging aan maagsap de \(\small{p}{H}\) doet veranderen, ook zelf van \(\small{p}{H}\) verandert? Geef argumenten waarom je dat wel of niet vindt.
- Denk je dat een stof, die bij toevoeging aan maagsap de \(\small{p}{H}\) doet veranderen, hierbij zelf ook verandert? Geef argumenten waarom je dat wel of niet vindt.
Activiteit 3 - Aan de slag 3
De werkzame stof die in tabletvorm wordt ingenomen, moet het zure milieu van de maag natuurlijk overleven.
Als het medicijn in de maag komt, zijn er de volgende mogelijkheden:
- Er gebeurt niets met de werkzame stof X.
- De werkzame stof X wordt omgezet in één of meer andere stoffen / ionen die in het lichaam geen effect hebben: of doordat ze niet in het lichaam worden opgenomen of doordat ze niet werkzaam zijn.
- De werkzame stof X wordt omgezet in één of meer andere stoffen / ionen die na opname door het lichaam voor de kwaal juist de werkzame deeltjes zijn.
Aan de slag 3: Werkzame (?) stof X - teamopdracht
Bedenk een experiment waarmee je kunt onderzoeken of de werkzame stof X verandert in de maag. Voer het experiment uit met de werkzame stof X. Laat eerst jullie voorschrift goedkeuren door jullie docent, voer het daarna pas uit.
Activiteit 3 - Opdracht 03 en 04
03 - individueel
Om te begrijpen waarom X mogelijk verandert in de maag, heb je meer kennis nodig over wat er zich in die maag afspeelt. Is de stof X nog in zijn werkzame vorm of is die juist ontstaan?
Bestudeer hiervoor Intern Dossier, activiteit 3 , bron 3.5.
04 - individueel
Formuleer een “structuurformuleadvies” voor een maagsapbestendige werkzame stof.
Je moet op basis van je bevindingen over de orale toediening van werkzame stof X criteria formuleren waaraan de structuurformules van andere werkzame stoffen moeten voldoen om in tabletvorm te kunnen worden toegediend. Deze criteria zijn van belang om vervolgonderzoek efficiënter te laten verlopen. Maak voor het opstellen van de criteria ook gebruik van structuurformules van werkzame stoffen in Intern Dossier, activiteit 3 , bron 3.3.
Activiteit 4
De functie van de maag is het verteren van voedsel. Dat betekent in de praktijk dat de maag ervoor zorgt dat er geen grote brokken voedsel verder gaan. Sommige grote moleculen die in het voedsel aanwezig zijn, worden in de maag ook afgebroken.
Het opnemen van de voedingsstoffen door het lichaam gebeurt in de darmen. Omdat de functies zo sterk verschillen, zijn de omstandigheden in de maag en de darm ook zeer verschillend (zie Intern Dossier, activiteit 4 , bron 4.1).
Medicijnen die je inneemt gaan ook deze weg: ze moeten eerst de maag passeren, waarna de werkzame stoffen via de darmen moeten worden opgenomen. Wanneer de werkzame stoffen door het maagzuur worden omgezet in niet-werkzame stoffen, moeten die tegen het maagzuur beschermd worden: het medicijn moet maagsapresistent gemaakt worden.
In deze activiteit doe je het volgende:
- Onderzoek het gedrag van een maagsapresistent medicijn in de maag en in de darm. ( Aan de slag 4 en 5 )
- Onderzoek of de werkzame stof X via de darm kan worden opgenomen. (05 t/m 07)
Medicijnen die je moet innemen kunnen zijn: drankjes, tabletten of capsules. Het ligt voor de hand dat je een maagsapresistent medicijn niet kunt innemen als drankje. Maagsapresistente medicijnen zijn tabletten of capsules.
Het is niet vreemd om aan een medicijn een andere stof toe te voegen. Medicijnen bevatten altijd veel meer stoffen dan alleen de werkzame stof. Een beknopt overzicht daarvan vind je met hun werking in Intern Dossier, activiteit 4 , bron 4.2.
Door de volgende onderzoeken uit te voeren, krijg je een beter beeld van wat er in de maag en in de darm gebeurt met een tablet en een capsule. Daarbij wordt als model voor maagsap (net als bij activiteit 3) 0,10 M zoutzuur gebruikt. Als model voor darmsap gebruik je een keukenzoutoplossing. De \(\small{p}{H}\) daarvan ligt tussen 6 en 7.
Activiteit 4 - Aan de slag 4 en 5
Aan de slag 4: Invloed van pH op een tablet - teamopdracht
Onderzoek het uiteenvallen van een tablet in ‘maagsap’ en in ‘darmsap’. Voer dit onderzoek uit met een ‘gewoon’ tablet en met een maagsapresistent tablet. Bij welke vloeistof (maagsap of darmsap) gaat het uiteenvallen het snelste? Waaruit leid je dat af?
Schrijf zelf weer een voorschrift, laat deze goedkeuren en voer het uit. Je kan voor het 'maagsap' dus 0,10 M zoutzuur gebruiken en voor 'darmsap' een keukenzoutoplossing met een pH tussen de 6 en 7.
Aan de slag 5: Invloed van pH op een capsule - teamopdracht
Onderzoek het uiteenvallen van een capsule in ‘maagsap’ en in ‘darmsap’. Voer dit onderzoek uit met capsules Lansoprazol (een maagzuur-remmer).
- Bij welke vloeistof valt de capsule het snelste uiteen?
- Lansoprazol staat bekend als maagsapresistent. Ben je het hier mee eens? Leg uit.
Trek boven een schaaltje de twee helften van een capsule Lansoprazol uit elkaar en laat de korrels in het schaaltje vallen. Deze korrels bevatten het medicijn. Onderzoek het uiteenvallen van de korrels in ‘maagsap’en in ‘darmsap’. Leg uit in welk geval het geneesmiddel het snelste vrijkomt.
Activiteit 4 - Opdracht 05
Als medicijn X in de maag terecht komt, reageert de werkzame stof met \(\small{{H}}^{{+}}\)-ionen van het maagzuur tot niet werkzame stoffen. Als X voorzien is van een maagsapresistente coating komt X in de darm vrij en moet dan de darmwand passeren om door het bloed verder getransporteerd te worden. Het transport van X uit de darm naar het bloed kun je in vergelijking weergeven als een omkeerbare reactie: \(\small{X}_{{{d}{a}{r}{m}}}\)⇆\(\small{X}_{{{b}{l}{o}{e}{d}}}\)
Dit soort evenwichten worden verdelingsevenwichten genoemd. In het lichaam wordt in de praktijk de evenwichtstoestand niet bereikt doordat X voortdurend door het bloed wordt afgevoerd naar de rest van het lichaam.
Lees in Intern Dossier, activiteit 4 , bron 4.4 over de ligging van dit evenwicht. Je hoort van je docent of je onderstaande opgave maakt ter voorbereiding op het onderzoek dat nog volgt. Je hebt de theorie over de zwakke zuren uit Intern Dossier, activiteit 4, bron 4.3 nodig.
05 - individueel
- Gegeven is 100 mL 0,050 M zoutzuur. Bereken de \(\small{p}{H}\).
Gegeven is 100 mL 0,050 M glutaminezuur-oplossing (dat is een verzadigde oplossing). De formule van glutaminezuur vind je in Binas tabel 67H1. De pH van de verzadigde oplossing is 1,8.
- Bereken welk deel van het glutaminezuur in ionen is gesplitst in mol%.
- Bereken de grootte van Kz van glutaminezuur.
- In de darm is de hoeveelheid glutaminezuur verwaarloosbaar klein. Laat dat zien door een berekening. Neem aan dat in de darm de \(\small{p}{H}\) 6,5 is.
- Een molecuul glutaminezuur kan nog een tweede \(\small{{H}}^{{+}}\) ion afstaan:
\(\small{H}_{{{8}}}{C}_{{{5}}}{N}{{O}_{{{4}}}^{{ˉ}}}\)(\(\small{a}{q}\)) \(\small⇆{H}_{{{7}}}{C}_{{{5}}}{N}{{O}_{{{4}}}^{{{2}-}}}\)(\(\small{a}{q}\)) + \(\small{{H}}^{{+}}\)(\(\small{a}{q}\)).
De \(\small{K}_{{{z}}}\) van deze tweede stap is \(\small{4},{8}\cdot{{10}}^{{-{5}}}\).
Bereken de molverhouding glutamaation : glutaminezuur in de darm.
Activiteit 4 - Opdracht 06
06 - individueel
Welke soort deeltjes is vooral in de darm aanwezig: \(\small{H}_{{{15}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{{O}_{{{5}}}^{{-}}}\) (\(\small{a}{q}\)) of \(\small{H}_{{{14}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{{O}_{{{5}}}^{{{2}-}}}\) (\(\small{a}{q}\))? \(\small{H}_{{{15}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{{O}_{{{5}}}^{{-}}}\) is een zwak zuur. De zuurconstante \(\small{K}_{{{z}}}\) van \(\small{H}_{{{14}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{{O}_{{{5}}}^{{{2}-}}}\) heeft de waarde \(\small{4},{00}\cdot{{10}}^{{-{5}}}\). Onderzoek door middel van een berekening welke ionen in de darm vooral aanwezig zijn. Je hebt de theorie over de zwakke zuren uit Intern Dossier, activiteit 4 , bron 4.3 nodig.
Voor een eerste verkenning moet je wel een aantal aannames doen:
- per capsule is 75 mg werkzame stof aanwezig.
- per keer worden 2 capsules ingenomen
- de inhoud van de maag is 0,75 L
- het medicijn wordt gelijkmatig verdeeld over de maaginhoud
- alle werkzame stof komt daarna in de darm in één keer vrij
- de pH in de darm is 6,20
- Bereken of in de darm vooral \(\small{H}_{{{15}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{{O}_{{{5}}}^{{-}}}\) (\(\small{a}{q}\)) of \(\small{H}_{{{14}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{{O}_{{{5}}}^{{{2}-}}}\) (\(\small{a}{q}\)) aanwezig is.
- Stel de (nogal willekeurige) aannames bij (bijvoorbeeld andere pH, langzame afgifte van de stof, ander maagvolume), en leg uit (bereken) hoe de uitkomst van de vorige vraag verandert bij het bijstellen van de aannames.
- Leg uit of een capsule tot het gewenste resultaat (medicijn X is via de darm opgenomen door het lichaam) zal leiden.
Activiteit 4 - Opdracht 07
07 - individueel
Lees de onderstaande brief en vul de tabel in.
Research and Development: Gedrag fosforzuur
| |
% als \(\small{H}_{{{3}}}{P}{O}_{{{4}}}\) |
% als \(\small{H}_{{{2}}}{P}{{O}_{{{4}}}^{{-}}}\) |
| Opgelost in water |
|
|
| In de maag (\(\small{p}{H}\) = 1,4) |
|
|
| In de maag (\(\small{p}{H}\) = 6,5) |
|
|
Activiteit 5
Een voordeel van het toedienen van medicijnen via injecties is dat ze rechtstreeks in het bloed komen, dus de barrière van de maag en darmwand niet meer hoeven te nemen. Daarbij bereikt in veel gevallen de werkzame stof in een medicijn zijn ‘werkplaats’ via het bloed.
Belangrijk voor een injectie is de injectievloeistof. Daar de injectievloeistof dezelfde eigenschappen wat betreft de pH moet hebben als het bloed, is deze casus ook gericht op de injectievloeistof. In deze activiteit onderzoek je of injecteren een goede methode is om de werkzame stof X in de juiste vorm op de juiste plaats te krijgen.
Vragen die hierbij een rol spelen zijn:
- Aan welke eisen moet een goede injectievloeistof voor de werkzame stof X voldoen?
- Wat is een goede injectievloeistof om de werkzame stof X te kunnen injecteren?
- Binnen welke grenzen mag de concentratie van de werkzame stof in de injectievloeistof liggen, opdat deze zonder schade aan te richten, nog gebruikt mag worden?
Als voorbereiding op het onderzoek gaan jullie je oriënteren op de mogelijkheden van het injecteren en de eigenschappen van het bloed. Farma&co heeft natuurlijk al veel ervaring met medicijnen, die via injecties worden toegevoegd. Uit deze ervaringen weten wij dat een intraveneuze injectie de werkzame stof het beste op de plaats van bestemming kan brengen (Intern Dossier, activiteit 5, bron 5.1).
Uit onze kennis van het bloed weten wij ook dat we moeten oppassen met stoffen die invloed hebben op de \(\small{p}{H}\) van het bloed. In je intern dossier kun je hier informatie over vinden ( Intern Dossier, activiteit 5 , bron 5.2).
Activiteit 5 - Opdracht 08
08 - individueel
Aan welke eisen moet een goede injectievloeistof voor de werkzame stof X voldoen?
Stel met behulp van de theorie uit je intern dossier een aantal eisen op, waaraan de injectievloeistof voor de werkzame stof X moet voldoen. Je hoeft hier uitsluitend te kijken naar \(\small{p}{H}\)-afhankelijkheid, die dezelfde moet zijn als van het bloed.
Uit jarenlange ervaring weet men dat de volgende injectievloeistoffen voor dit type werkzame stof gebruikt kunnen worden:
- gedestilleerd water;
- een 0,10 M keukenzoutoplossing;
- een mengsel van natriumdiwaterstoffaat (\(\small{N}{a}{H}_{{{2}}}{P}{O}_{{{4}}}\)) en natriummonowaterstoffosfaat (\(\small{N}{a}_{{{2}}}{H}{P}{O}_{{{4}}}\)).
Activiteit 5 - Aan de slag 6
Aan de slag 6: Injectievloeistoffen - teamopdracht
Injectievloeistoffen worden steeds vers gemaakt voor een onderzoek. In dit practicum gaan jullie 3 mogelijke injectievloeistoffen voor de werkzame stof X maken.
Maak een werkplan om de volgende drie injectievloeistoffen te maken:
- 100 mL gedestilleerd water;
- 100 mL 0,1 M keukenzoutoplossing;
- 100 mL van het mengsel van natriumdiwaterstoffaat (\(\small{N}{a}{H}_{{{2}}}{P}{O}_{{{4}}}\)) en natriummonowaterstoffosfaat (\(\small{N}{a}_{{{2}}}{H}{P}{O}_{{{4}}}\)) met de juiste \(\small{p}{H}\).
Ga hierbij uit van [\(\small{H}_{{{2}}}{P}{{O}_{{{4}}}^{{-}}}\)] = 0,10 M.
Bespreek het werkplan met je stagebegeleider en bereid de oplossingen volgens je werkplan. Ga daarna verder met deze opdracht op de volgende pagina.
Aanwijzingen voor het bereiden van injectievloeistof 3:
- Bestudeer de theorie over buffers in je interndossier ( Intern Dossier, activiteit 5 , Bron 5.3 en 5.4).
- Bereken in welke verhouding \(\small{N}{a}{H}_{{{2}}}{P}{O}_{{{4}}}\) en \(\small{N}{a}_{{{2}}}{H}{P}{O}_{{{4}}}\) moeten worden gemengd om een oplossing met de juiste \(\small{p}{H}\) te bereiden.
- Neem als juiste \(\small{p}{H}\)-waarde de waarde, die tussen de vereiste grenzen ligt.
Controleer de \(\small{p}{H}\)’s van de gemaakte injectievloeistoffen met een \(\small{p}{H}\) meter.
Noteer de \(\small{p}{H}\)’s van de drie mogelijke injectievloeistoffen.
Activiteit 5 - Aan de slag 7
Aan de slag 7: De meest geschikte injectievloeistof - teamopdracht
Stel een werkplan op voor een onderzoek om na te gaan of de \(\small{p}{H}\) van deze mogelijke injectievloeistoffen verandert bij het oplossen van 1 gram van de werkzame stof in 50 ml van deze vloeistoffen. Bespreek het werkplan en voer het uit. Noteer je waarnemingen en trek je conclusie.
Activiteit 5 - Aan de slag 8
Wat is de concentratie van de werkzame stof in de injectievloeistof, opdat deze zonder schade aan te richten, nog gebruikt mag worden?
Je hebt in " Aan de slag 7 " uitgezocht welke injectievloeistof de meest geschikte is. Belangrijk is te weten wat de maximale dosis van de werkzame stof in een injectie-ampul van 1,0 ml mag zijn. Dit ga je via een berekening uitzoeken.
Aan de slag 8: Theorethisch advies - teamopdracht
Schrijf een advies voor de directie van de afdeling Research and Development, waarin je aangeeft wat de maximale hoeveelheid in mg van de werkzame stof X in een injectie-ampul van 1,0 ml mag zijn. Beargumenteer dit advies met berekeningen.
Gebruik voor deze berekening de gegevens van de werkzame stof, die je al in activiteit 4 hebt gekregen:
- formule van X: \(\small{N}{a}{H}_{{{15}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{O}_{{{5}}}{\left({s}\right)}\);
- in water valt dit uiteen in \(\small{N}{{a}}^{{+}}\) en het zwakke zuur \(\small{H}_{{{15}}}{C}_{{{17}}}{N}_{{{3}}}{{O}_{{{5}}}^{{-}}}\). Vereenvoudigd noteren we dit als \(\small{N}{a}{H}{Z}\) en het zwakke zuur als \(\small{H}{Z}ˉ\) (zie activiteit 4);
- uit onderzoek is gebleken dat 10% van de opgeloste werkzame stof ioniseert.
Bereken:
- De maximale concentratie in mol/L van stof X in de injectievloeistof zonder dat de pH-grenzen worden overschreden.
- Hoeveel mg er maximaal in een injectieampul van 1 ml mag worden opgelost.
Gebruik de theorie in het intern dossier over buffers.
Elaborate
Activiteit 6
Aan de slag 9: Nanomatrixsystemen - teamopdracht
In deze opdracht gaan jullie een rapport uitbrengen waarin theorethisch onderbouwd wordt, welk systeem de meest geschikte toedieningswijze zal zijn. Jullie hebben onderstaande brief ontvangen van de projectleiden V. Schannoer.
Interne Memo; van projectleiden V. Schannoer
Medicijnen in een matrixvorm
De afgelopen week heb ik de conferentie ‘The newest nanotechniques on drug delivery systems’ te Brussel bezocht.
Nadelen van de traditionele toedieningswijzen, zoals een pil of capsule zijn:
- De werkzame stof X in het medicijn is al gedeeltelijk afgebroken voordat het bij de juiste plek is aangekomen (met name in de lever worden veel stoffen afgebroken).
- De werkzame stof X in het medicijn is continu aanwezig, terwijl het misschien niet altijd aanwezig hoeft te zijn (bij suikerziekte is insuline alleen nodig als het glucosegehalte in het bloed te hoog is) of de werkzame stof X in het medicijn is in pieken aanwezig (vlak na inname of injectie).
- De werkzame stof X in het medicijn is overal aanwezig, terwijl het alleen op bepaalde plekken hoeft te zijn (bij kanker moet de werkzame stof X in het medicijn vrijkomen bij de tumor en niet zijn werking uitoefenen op gezond weefsel).
Het zou natuurlijk helemaal geweldig zijn, wanneer de werkzame stof X in het medicijn alléén vrijkomt op het moment dat het nodig is én in de benodigde concentratie én op de plek waar het nodig is.
Ik ben teruggekomen met veel materiaal en ideeën om onderzoek te doen. Een deel van het materiaal krijgen jullie ter beschikking bij dit laatste onderdeel van jullie stage in ons bedrijf:
- mijn aantekeningen bij een aantal workshops/lezingen
- de handout bij één van de lezingen
- tabellen met gegevens van onderzoek naar twee typen van nanomatrixsystemen
- een aantal bronnen over de theorie van polymeren, spectofotometrie, \(\small{p}{H}\), verdelingscoëfficiënten.
In het volgende schema is aangegeven wat er in het intern dossier tot jullie beschikking staat.
In dit gebied is er nog veel onderzoek te verrichten. Vooral bij hydrogels is nog vrij weinig bekend over de snelheid waarmee een hydrogel een medicijn loslaat. Dit lijkt ons een mooie onderzoeksopdracht voor jullie. Op de volgende pagina staat nog eens een link waarin alle bronnen gebundeld zijn.
Jullie opdracht luidt dan ook:
- Maak met behulp van alle aangeleverde literatuur en aantekeningen en de verkregen gegevens uit jullie eigen onderzoek een keuze welke van de vier nanomatrixsystemen de meest geschikte toedieningswijze zal zijn voor ons medicijn.
- Bedenk hiertoe een onderzoek, waarin je bij een hydrogel als matrixsysteem de veranderingen van de concentratie in het bloed in de tijd onderzoekt. Dit onderzoek moet op een soortgelijke wijze gebeuren als bij de dendrimeren is besproken. Voer dit onderzoek vervolgens uit. Houd alle gegevens bij in een logboek.
- Schrijf een rapport waarin theoretisch onderbouwd wordt, hoe je tot deze keuze bent gekomen.
Veel succes met de uitvoering van jullie opdracht,
V.Schannoer,
projectleider
Evaluate
Activiteit 7
In deze module ging het vooral over zuren en basen. Verlies dat niet uit het oog als je deze module gaat afsluiten! De afsluiting bestaat eruit dat je ‘met een helikopterblik’ gaat kijken naar ‘wat heb ik geleerd, wat moet ik nog leren, wat moet ik met het geleerde?’ Het antwoord op die laatste vraag is vanuit praktisch perspectief heel belangrijk. Tijdens proefwerken en het examen scheikunde krijg je vragen over zuren en basen. Daar wil je het goede antwoord op geven. Dat betekent dat je hetgeen je in deze module hebt geleerd, geordend in je hoofd wilt opslaan op een manier dat je het kunt terughalen als er weet- en begripsvragen worden gesteld.
In de introductie stond als opdracht voor deze module te lezen dat je een bedrijf gaat adviseren over de beste toedieningswijze, dosis en frequentie van gebruik van een nieuw medicijn en dat je al doende leert over zuren en basen. In activiteit 2 (zie Explore, activiteit 2, pagina 2) werd deze leerambitie in de vorm van een aantal vragen aan je voorgelegd. We gaven aan dat je die vragen aan het eind van de module probleemloos kunt beantwoorden. Is dat zo?
Hieronder zie je de vragen.
- Op welke manieren kun je een medicijn toedienen? Langs welke weg komt het medicijn bij ‘het mankement’ in het lichaam?
- Aan welke eisen moet een toedieningsvorm voldoen voor gebruik thuis?
- Welke manier is de geschiktste, goedkoopste, eenvoudigste en makkelijkste voor patiënten? Maak een rangschikking.
- Maak een tekening waarin de weg is weergegeven die het medicijn (een antibioticum) aflegt op weg naar zijn bestemming (bv. een ontstoken kaakholte).
- Waarom is er een onder- en bovengrens voor de concentratie van het medicijn in het bloed?
- Probeer op te schrijven wat de opbrengst van je project kan zijn, gezien de vraag en het doel van de afdeling. M.a.w. wat zou dr. J. van Ballegooijen als mogelijke uitkomst van jullie project verwachten?
Activiteit 7 - Stappen
Stap 1
Neem de antwoorden erbij die je eerder (Explore, activiteit 2, pagina 2) op deze vragen hebt gegeven. Bespreek de gegeven antwoorden samen met een medeleerling en vul ze aan met behulp van de kennis die je hebt opgedaan in de loop van de module. Het is in deze fase belangrijk dat je alle aanvullingen op de antwoorden met z’n tweeën bedenkt, zonder dat je in de module informatie opzoekt. Beschouw deze leerstap als een voorbereidingsmoment op stap 2.
Stap 2
Deze opdracht maak je thuis. Ga naar ‘Wat heb je geleerd?’ uit de introductie van deze module en ga thuis aan je werktafel in gesprek met jezelf. Al kijkend naar de leerdoelen die in activiteit 3 tot en met 6 centraal stonden, vertel je aan jezelf wat je weet. Nu zijn er drie mogelijkheden: je kunt veel vertellen over een leerdoel, je twijfelt over wat je vertelt of je weet er niets over te vertellen. Bij twijfel of bij stilte betekent het dat je nog eens in de bronnen of de module zelf moet gaan studeren. Gebruik pen en papier of je computer om door te schrijven beter te leren. Al doende ontstaat een aantekeningenblad, waarop je kunt terugvinden wat je extra aandacht moet geven.
Stap 3
Op school ga je in een duo of in een grotere groep in gesprek over het geleerde. Daarbij gebruik je natuurlijk je aantekeningenblad. Het gesprek zou je als volgt kunnen inrichten: om beurten stelt iemand een vraag die door anderen beantwoord moet worden. Maar je kunt het ook anders aanpakken: om beurten legt iemand iets belangrijks uit dat in de module aan bod kwam.
Stap 4
Iedere groep levert aan de docent een paar toetsvragen aan. De docent maakt hier een echte toets van. Alle leerlingen maken de toets individueel.
Stap 5
De docent geeft de goede antwoorden door en iedere leerling controleert de eigen antwoorden. Als onduidelijk is wat je fout had of als je iets niet begrijpt, vraag dan de docent om uitleg.
