DE102017010898A1

DE102017010898A1 - Neue Inhibitoren des Shikimisäurewegs

Info

Publication number: DE102017010898A1
Application number: DE102017010898.6A
Authority: DE
Inventors: Stephanie Grond; Karl FORCHHAMMER; Klaus Brilisauer
Original assignee: Eberhard Karls Universitaet Tuebingen
Current assignee: Eberhard Karls Universitaet Tuebingen
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-29
Also published as: WO2019101937A3; US11518777B2; US20200385416A1; WO2019101937A2; EP3713948A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Inhibitoren des Shikimisäureweg (Shikimatweg), diese neue Inhibitoren enthaltende pharmazeutische Zusammensetzungen, Verfahren zur Herstellung der Inhibitoren und ihre Verwendung als Antibiotika und Herbizide.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Inhibitoren des Shikimisäurewegs (Shikimatweg), pharmazeutische Zusammensetzungen, die diese neuen Inhibitoren enthalten, Verfahren zur Herstellung der Inhibitoren und ihre Verwendung als Antibiotika und Herbizide.
Der Shikimatweg ist eine metabolische Route, die z.B. von Bakterien, Pilzen, Algen, einigen protozoischen Parasiten und Pflanzen zur Biosynthese aromatischer Verbindungen wie Folaten und aromatischen Aminosäuren benutzt werden. Dieser Weg kommt weder bei Menschen noch bei Tieren vor.
Bei den sieben Enzymen, die beim Shikimatweg involviert sind, handelt es sich um DAHP (3-Desoxy-D-arabinoheptulosonat-7-phosphat)synthase, 3-Dehydroquinatsynthase, 3-Dehydrochinatdehydratase, Shikimatdehydrogenase, Shikimatkinase, EPSP Synthase, und Chorismatsynthase. Der Weg beginnt mit zwei Substraten, Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-phosphat und endet mit Chorismat, einem Substrat für die drei aromatischen Aminosäuren. Das fünfte involvierte Enzym ist die Shikimat-Kinase, ein Enzym, das die ATP-abhängige Phosphorylierung von Shikimat zu Shikimat-3-phosphat katalysiert. Shikimat-3-phosphat wird dann mit Phosphoenolpyruvat zu 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphat über das Enzym 5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphat (EPSP)synthase gekoppelt.
In jüngerer Zeit ist der Bedarf an neuen Herbiziden gewachsen, die für die Umwelt und insbesondere für Menschen und Tiere unschädlich sind.
Es ist bekannt, Glyphosat als Herbizid zu verwenden. Es blockiert die 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphatsynthase (EPSPS, das sechste Enzym des Shikimatwegs). Es besteht jedoch die zunehmende Sorge, dass Glyphosphat cancerogen sei und Pflanzen und Tieren schädigen könnte. Es besteht daher ein Bedarf, neue Herbizide bereitzustellen, die weder cancerogen noch in irgendeiner Weise nachteilig für Menschen und schädlich für Nutzpflanzen und -tiere sind.
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Verbindung der Formel (I) bereit R¹-CH₂-C(H_0-1)(X)-[CHZ]_n-CH(Y)-CH₂-R² worin
R¹ H, F, NH₂, OH, Cl, oder Br ist
R² H, F, Cl, Br, NH₂, CH₃, COOH, CH₂OH, CH₂F, CH₂Br, CH₂Cl, CH₂NH₂, CH₂-CH₂F, CH₂-CH₂Cl, CH₂-CH₂Br, CH₂-CH₂NH₂, CH₂-CH₃, CH₂-COOH, oder CH₂-CH₂OH ist
n = 3
X O, NH, Cl, Br, OPO₃, oder OSO₃ ist,
Y OH, oder NH₂ ist,
jedes Z unabhängig voneinander H, F, OH, NH₂, Cl, oder Br ist,
wobei jede OH-Gruppe unabhängig voneinander durch eine Gruppe der Formel COCH₃, COCH₂CH₃, COCH₂CH₂CH₃, CO(C₆H₅), COCH₂ (C₆H₅), OPO₃, OSO₃ substituiert sein kann,
und worin zwei benachbarte OH Gruppen unabhängig voneinander mit einer Gruppe der Formel - C(CH₃)₂ - verbunden sein können,
oder eine cyclische Form davon,
und ein Stereoisomeres, Salz, Prodrug, Ester, Acetal und/oder eine tautomere Form davon sind.
Diese Verbindungen sind brauchbare Inhibitoren eines Enzyms, das in den Shikimatweg involviert ist. Sie sind hochspezifisch und bereits in kleinen Dosen hochwirksam ohne irgendwelche Nebenwirkungen für Menschen oder Tiere aufzuweisen.
Figurenliste

1a zeigt die CFU's von Legionella in Gegenwart von 7dSh und einer Kontrolle.
1b zeigt die optische Dichte von S. cervisiae, die in Gegenwart von einer Kontrolle, Glyphosat und 7dSh gezüchtet wird.
2 zeigt die Messung der Distanz zwischen dem apikalen Meristem der Wurzel und des Triebs von A. thaliana in Gegenwart von Glyphosat und 7dSh.

Verbindungen werden hier im Allgemeinen unter Verwendung von Standartnomenklatur beschrieben. Bei Verbindungen mit asymmetrischen Zentren sollen alle optischen Isomere und Gemische davon umfasst sein, sofern nicht anders angegeben. Verbindungen mit zwei oder mehr asymmetrischen Elementen können auch als Gemische von Diastereomeren vorliegen. Zusätzlich können Verbindungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff Doppelbindungen in der Z- oder E-Form vorliegen, wobei alle isomeren Formen der Verbindungen in der vorliegenden Erfindung umfasst sind, sofern nicht anders angegeben. Wenn eine Verbindung in verschiedenen tautomeren Formen existiert ist die beschriebene Verbindung nicht auf ein spezifisches Tautomer beschränkt, sondern soll alle tautomeren Formen umfassen. Beschriebene Verbindungen sollen weiter Verbindungen umfassen, bei denen eines oder mehrere Atome durch ein Isotop ersetzt sind, i.e., ein Atom, das dieselbe Ordnungszahl aber eine andere Massenzahl aufweist. Als allgemeine Beispiele und ohne Beschränkung umfassen Isotope von Wasserstoff Tritium und Deuterium und Isotope von Kohlenstoff ¹¹C, ¹³C und ¹⁴C.
Verbindungen gemäß der hierin offenbarten Formeln, die ein oder mehrere stereogene Zentren aufweisen, haben einen Enantiomerenüberschuß von mindestens 50%. Zum Beispiel können derartige Verbindungen einen Enantiomerenüberschuß von mindesten 60%, 70%, 80%, 85%, 90%, 95% oder 98% aufweisen. Es ist klar, dass einzelne Enantiomere (optisch aktive Formen) durch asymmetrische Synthesen, Synthesen von optisch reinen Vorstufen oder durch Racematspaltung erhalten werden können. Trennung von Racematen kann z.B. durch herkömmliche Verfahren wie Kristallisation in Gegenwart von Trennmitteln oder durch Chromatographie z.B. unter Verwendung einer chiralen HPLC Säule erreicht werden.
Verbindungen können hierin auch unter Verwendung einer allgemeinen Formel beschrieben werden, die Variable, wie z.B. A, R¹-R⁴, Y etc. enthält. Wenn nicht anders angegeben ist jede Variable in einer derartigen Formel unabhängig von anderen Variablen definiert und jede Variable, die mehr als einmal in einer Formel vorkommt, wird bei jedem Vorkommen unabhängig definiert. Das bedeutet, wenn z.B. eine Gruppe als mit 0-2 R* substituiert dargestellt wird, kann die Gruppe unsubstituiert oder mit bis zu zwei R* Gruppen substituiert sein und jedes R* wird unabhängig voneinander aus der Definition von R* ausgewählt. Auch sind Kombinationen von Substituenten und/oder Variablen nur dann zulässig, wenn derartige Kombinationen zu stabilen Verbindungen führen, d.h., Verbindungen, die isoliert, charakterisiert und auf biologische Aktivität getestet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform sind natürlich vorkommende Verbindungen der Formel I als solche vom Umfang der vorliegenden Erfindung ausgenommen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist 7-Desoxy-2-heptulose als solche vom Umfang der vorliegenden Erfindung ausgenommen. Die erfindungsgemäße Verwendung dieser Verbindung ist jedoch im Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
Ein „pharmazeutisch akzeptables Salz“ einer hierin offenbarten Verbindung ist vorzugsweise ein saures oder basisches Salz von dem auf dem Fachgebiet allgemein angenommen wird, dass es zur Verwendung in Kontakt mit Gewebe von Menschen oder Tieren ohne übermäßige Toxizität oder Cancerogenität und vorzugsweise ohne Irritation, allergische Reaktion oder ein anderes Problem oder eine andere Komplikation geeignet ist. Derartige Salze umfassen Salze von Mineral- oder organischen Säuren von basischen Resten wie Aminen, wie auch Alkali oder organische Salze von Säureresten wie Carbonsäuren.
Geeignete pharmazeutische Salze umfassen Salze von Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure, Phosphorsäure, Bromwasserstoffsäure, Äpfelsäure, Glycolsäure, Fumarsäure, Schwefelsäure, Sulfamidsäure, Sulfanilsäure, Ameisensäure, Toluolsulfonsäure, Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Ethandisulfonsäure, 2-Hydroxyethylsulfonsäure, Salpetersäure, Benzoesäure, 2-Acetoxybenzoesäure, Zitronensäure, Weinsäure, Milchsäure, Stearinsäure, Salicylsäure, Glutaminsäure, Ascorbinsäure, Pamoasäure, Bernsteinsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Propionsäure, Hydroxymaleinsäure, Iodwasserstoffsäure, Phenylessigsäure, Alkansäure wie Essigsäure, HOOC- (CH₂)_n-COOH, wobei n irgendeine ganze Zahl von 0 bis 4 ist, d.h. 0, 1, 2, 3 oder 4 und dergleichen, sind aber nicht auf diese beschränkt. In ähnlicher Weise umfassen pharmazeutisch akzeptable Kationen, Natrium, Kalium, Calcium, Aluminium, Lithium und Ammonium, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Durchschnittsfachmann wird weitere pharmazeutisch akzeptable Salze für die hierin bereitgestellten Verbindungen erkennen. Im Allgemeinen kann ein pharmazeutisch verträgliches Säure- oder Basensalz aus einer, einen basischen oder sauren Teil enthaltenden Stammverbindung durch irgendein herkömmliches chemisches Verfahren synthetisiert werden. Kurz gesagt können solche Salze durch Umsetzen der freien Säure- oder Basenformen dieser Verbindungen mit einer stöchiometrischen Menge der geeigneten Base oder Säure in Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel oder in einer Mischung der beiden hergestellt werden. Im Allgemeinen ist die Verwendung von nicht-wässrigen Medien, wie Ether, Ethylacetat, Ethanol, Isopropanol oder Acetonitril, bevorzugt.
Es ist offensichtlich, dass jede Verbindung der Formel (I), als Hydrat, Solvat oder nicht-kovalenter Komplex vorliegen kann jedoch nicht notwendigerweise vorliegen muss. Außerdem liegen die verschiedenen Kristallformen und -polymorphe im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ebenso wie Prodrugs der Verbindungen der Formel (I), die hier bereitgestellt werden.
Ein „Prodrug“ ist eine Verbindung, die die strukturellen Anforderungen der hierin bereitgestellten Verbindungen möglicherweise nicht vollständig erfüllt, aber in vivo nach der Verabreichung an eine Person oder einen Patienten modifiziert wird, um eine Verbindung der hier bereitgestellten Formel (I) herzustellen . Zum Beispiel kann ein Prodrug ein acyliertes Derivat einer hierin bereitgestellten Verbindung sein. Prodrugs schließen Verbindungen ein, in denen Hydroxy-, Carboxy-, Amin- oder Sulfhydrylgruppen an irgendeine Gruppe gebunden sind, die, wenn sie an einen Säuger verabreicht wird, unter Bildung einer freien Hydroxy-, Carboxy-, Amino- oder Sulfhydrylgruppe gespalten werden. Beispiele für Prodrugs schließen Acetat-, Formiat-, Phosphat- und Benzoatderivate von funktionellen Alkohol- und Amingruppen von den hierin bereitgestellten Verbindungen ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Prodrugs der hierin bereitgestellten Verbindungen können durch Modifizieren von funktionellen Gruppen, die in den Verbindungen vorhanden sind, in einer solchen Weise hergestellt werden, dass die Modifikationen in vivo gespalten werden, um die Stammverbindungen zu erzeugen.
Ein „Substituent“, wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Molekülteil, der kovalent an ein Atom innerhalb eines interessierenden Moleküls gebunden ist, z.B. an eine Verbindung der Formel (I) oder einem Prodrug davon. Zum Beispiel kann ein „Ringsubstituent“ eine Gruppe wie ein Halogen, eine Alkylgruppe, eine Halogenalkylgruppe oder ein anderer hier beschriebener Substituent sein, der kovalent an ein Atom gebunden ist, vorzugsweise ein Kohlenstoff- oder Stickstoffatom, das ein Ringglied ist. Der Ausdruck „substituiert“, wie hier verwendet, bedeutet, dass ein oder mehrere Wasserstoffatome an dem bezeichneten Atom durch eine Auswahl von den angegebenen Substituenten ersetzt sind, vorausgesetzt, dass die normale Valenz des bezeichneten Atoms nicht überschritten wird und dass die Substitution zu einer stabilen Verbindung führt, d.h. einer Verbindung, die isoliert, charakterisiert und auf ihre biologische Aktivität getestet werden kann. Wenn ein Substituent Oxo ist, d.h. =O, dann sind 2 Wasserstoffatome an dem Atom ersetzt. Eine Oxogruppe, die ein Substituent eines aromatischen Kohlenstoffatoms ist, führt zu einer Umwandlung von - CH- zu -C(= O) - und einem Verlust an Aromatizität. Zum Beispiel ist eine Pyridylgruppe, die mit Oxo substituiert ist, ein Pyridon.
Wie hier verwendet, bedeutet eine Formulierung, die die Grenzen eines Längenbereichs definiert, wie z. B. „1 bis 5“ irgendeine ganze Zahl von 1 bis 5, d.h. 1, 2, 3, 4 und 5. Mit anderen Worten soll jeder Bereich, der durch zwei explizit genannte ganze Zahlen definiert ist, jede ganze Zahl umfassen und offenbaren, die die Grenzen definiert, und jede ganze Zahl, die in dem Bereich enthalten ist.
In dem Shikimatweg ist DAHP (3-Desoxy-D-Arabinoheptulosonat-7-phosphat) das natürliche Substrat von DHQS (3-Dehydrochinatsynthase). DAHP hat eine Kettenlänge von sieben Kohlenstoffatomen, die für die Umwandlung mit DHQS erforderlich sind.
Somit ist eine erfindungsgemäße Verbindung, die eine Kettenlänge von sieben C-Atomen aufweist, besonders als Inhibitor von DHQS bevorzugt, da sie mit den sterischen Anforderungen (wie der Bindungsstelle) des Enzyms weitgehend übereinstimmt.
7dSh und andere 7-Desoxyketosen können in jeder tautomeren Form (Keto-Enol-Aldehyd-Form), in ihrer Pyranose- oder Furanoseform oder als Hydrat vorliegen.
Beispiele von bevorzugten Formen sind:
Die Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung können auch eine Kettenlänge von acht oder neun Kohlenstoffatomen aufweisen, wodurch Oktulose- und Nonulosederivate gebildet werden. Dadurch kann die Spezifität des Inhibitors entsprechend der spezifischen Verwendung reguliert werden. Die erhöhte Kettenlänge verleiht den Derivaten eine höhere Stabilität gegenüber enzymatischer Verdauung und Metabolisierung. Die Einführung von gesättigten Kohlenwasserstoffen senkt außerdem die Polarität der Metaboliten.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin jedes Z OH ist.
Ebenfalls bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin R¹ OH ist.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin R² für H steht.
Außerdem sind Verbindungen der Formel (I) bevorzugt, worin X für O steht.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin Y OH ist.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin R¹ für H oder F steht.
Ebenfalls bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin R² COOH, F, NH₂, CH₃ oder CH₂OH ist.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin 1-3, vorzugsweise 2 oder 3, besonders bevorzugt 3 Substituenten Z unabhängig voneinander H, F, OH oder NH₂ bedeuten.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin jedes Z unabhängig voneinander für H, OCOCH₃, OCOCH₂CH₃, OCOCH₂CH₂CH₃, OCO(C₆H₅) oder OCOCH₂ (C₆H₅) steht.
Weiter bevorzugt sind Prodrugs der Verbindungen der vorliegenden Erfindung. Beispiele für Prodrugs sind Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit Gruppen wie Acetyl-, Propionyl-, Butyryl-, Benzoyl- oder Benzylgruppen verestert sind. Diese Estergruppen können in vivo abgespalten werden.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I)
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I) worin F-Atome an das C₁, C3, C₄ und/oder C6 Atom gebunden sind.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), die die folgenden Formeln aufweisen:
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), worin

n = 3,
R¹ für H, F oder OH steht,
X für O, NH₂ oder Cl steht,
Y für OH, NH₂ steht,
Z für OH, F oder NH₂ steht,
und R² für H steht,

₃

₂

₃

₂

₃

₆

₅

₂

₆

₅

₃

₂

Natürlich vorkommende 7dSh kann als sechsgliedriger Ring (Pyranoseform) vorkommen, wobei ein Sauerstoffatom (Y = OH) Teil des Rings ist. Durch Ersetzen des Sauerstoffs (Y = OH) durch ein anderes Heteroatom (Y = NH oder SH), wird der sechsgliedrige Ring das entsprechende andere Heteroatom an seiner Bindungsstelle aufweisen. Dadurch kann die Spezifizität des Inhibitors gemäß speziellen Anforderungen gesteuert werden. Das Einführen von Heteroatomen und die Halogenierung der Monosaccharide erhöht die Stabilität gegen Abbau. Dadurch wird eine länger andauernde Wirkung auf den Zielorganismus erreicht.
Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung können jede Konfiguration aufweisen und alle diese Konfigurationen sind im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
7-Desoxyheptulosen können eine der folgenden Konfigurationen aufweisen:
Die natürlich vorkommende 7-Desoxysedoheptulose weist die D-altro Konfiguration auf. Vorzugsweise ist diese Verbindung an sich nicht im Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst. Der erfindungsgemäße Gebrauch dieser Verbindung ist jedoch im Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), wobei die Stereozentren am C3-C6 die invertierte Stereokonfiguration der natürlichen 7-Desoxysedoheptulose aufweisen. Diese Verbindung ist die 7-Desoxy-L-altro-2-heptulose.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), wobei ein Stereozentrum am C3-C6 eine invertierte Stereokonfiguration der natürlichen 7-Desoxysedoheptulose (Epimere von 7dSh) aufweisen kann als auch deren Enantiomere. Beispiele davon sind 7-Desoxy-D-manno-2-heptulose, 7-Desoxy-L-galacto-2-heptulose, 7-Desoxy-L-allo-2-heptulose, 7-Desoxy-D-ido-2-heptulose.
Weiter bevorzugt sind Verbindungen der Formel (I), wobei zwei der Stereozentren an C3-C5 jeweils unabhängig voneinander die invertierte Stereokonfiguration der natürlichen 7-Desoxysedoheptulose aufweisen können wie auch ihre Enantiomere. Beispiele davon sind 7-Desoxy-D-gluco-2-heptulose, 7-Desoxy-L-gluco-2-heptulose, 7-Desoxy-D-gulo-2-heptulose, 7-Desoxy-D-talo-2-heptulose.
Durch Modifikation der stereochemischen Konfiguration der Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die speziellen Anforderungen der Inhibierung gemäß des tatsächlichen Gebrauchs einzustellen.
Die therapeutische Verwendung von Verbindungen der Formel (I), ihrer pharmakologisch verträglichen Salze, Prodrugs, Solvate und Hydrate sowie Formulierungen und pharmazeutische Zusammensetzungen, die diese enthalten, liegen im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung dieser Verbindungen usw. der Formel (I) als aktive Bestandteile bei der Bereitung oder Herstellung eines Medikaments, insbesondere die Verwendung von Verbindungen der Formel (I), deren pharmakologisch verträglicher Salze , Prodrugs oder Solvate und Hydrate sowie Formulierungen und pharmazeutische Zusammensetzungen zur Behandlung von Infektionen sowie deren Verwendung zur Herstellung von Arzneimitteln zur Behandlung von Infektionen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter die Verwendung einer Verbindung oder pharmazeutischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Inhibierung von 3-Dehydrochinatsynthase.
Die pharmazeutischen Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen mindestens eine Verbindung der Formel (I) und gegebenenfalls eine oder mehrere Trägerstoffe, Hilfsstoffe und / oder Adjuvantien. Pharmazeutische Zusammensetzungen können zusätzlich zum Beispiel eine oder mehrere ausgewählt aus Wasser, Puffer, wie z.B. neutrale gepufferte Kochsalzlösung oder phosphatgepufferte Kochsalzlösung, Ethanol, Mineralöl, Pflanzenöl, Dimethylsulfoxid, Kohlenhydrate wie z.B. Glucose, Mannose, Sucrose oder Dextrane, Mannitol, Adjuvantien, Antioxidantien, Chelatbildner wie EDTA oder Glutathion und / oder Konservierungsmittel umfassen. Ferner können, müssen aber nicht ein oder mehrere andere aktive Inhaltsstoffe in den hierin bereitgestellten pharmazeutischen Zusammensetzungen enthalten sein. Zum Beispiel können die Verbindungen der Erfindung in vorteilhafter Weise in Kombination mit einem anderen Antibiotikum, einem antifungalen oder antiviralen Mittel, einem Anti-Histamin, einem nicht-steroidalen entzündungshemmenden Arzneimittel, einem krankheitsmodifizierenden Antirheumatikum, einem Zytostatikum, einem Arzneimittel mit einer die glatte Muskelaktivität modulierenden Aktivität oder Mischungen der zuvor genannten verwendet werden.
Pharmazeutische Zusammensetzungen können für jeden geeigneten Verabreichungsweg formuliert werden, einschließlich beispielsweise einer topischen, wie beispielsweise transdermalen oder okularen, oralen, bukkalen, nasalen, vaginalen, rektalen oder parenteralen Verabreichung. Der Ausdruck parenteral, wie er hier verwendet wird, umfasst subkutane, intradermale, intravaskuläre, wie z. B. intravenöse, intramuskuläre, spinale, intrakranielle, intrathekale, intraokulare, perioculäre, intraorbitale, intrasynoviale und intraperitoneale Injektion sowie jegliche ähnliche Injektions- oder Infusionstechnik. In bestimmten Ausführungsformen sind Zusammensetzungen in einer zur oralen Verwendung geeigneten Form bevorzugt. Solche Formen umfassen beispielsweise Tabletten, Lutschtabletten, Pastillen, wässrige oder ölige Suspensionen, dispergierbare Pulver oder Granulate, Emulsionen, harte oder weiche Kapseln oder Sirupe oder Elixiere. In noch anderen Ausführungsformen können die hierin bereitgestellten Zusammensetzungen als ein Lyophilisat formuliert werden.
Zusammensetzungen, die zur oralen Verwendung vorgesehen sind, können weiterhin eine oder mehrere Komponenten wie Süßstoffe, Geschmacksstoffe, Färbemittel und / oder Konservierungsmittel umfassen, um ansprechende und schmackhafte Zubereitungen bereitzustellen. Tabletten enthalten den Wirkstoff im Gemisch mit physiologisch annehmbaren Hilfsstoffen, die zur Herstellung von Tabletten geeignet sind. Zu solchen Hilfsstoffen gehören beispielsweise inerte Verdünnungsmittel wie z. B. Calciumcarbonat, Natriumcarbonat, Lactose, Calciumphosphat oder Natriumphosphat, Granulier- und Sprengmittel wie z. B. Maisstärke oder Algininsäure, Bindemittel wie z B. Stärke, Gelatine oder Akaziengummi und Gleitmittel, wie z. B. Magnesiumstearat, Stearinsäure oder Talkum. Die Tabletten können unbeschichtet sein oder sie können mit bekannten Techniken beschichtet werden, um die Desintegration und Absorption im Gastrointestinaltrakt zu verzögern und dadurch eine anhaltende Wirkung über einen längeren Zeitraum bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein zeitverzögerndes Material, wie Glycerylmonostearat oder Glyceryldistearat, verwendet werden.
Formulierungen zur oralen Verwendung können auch als Hartgel-Zinn-Kapseln präsentiert werden, wobei der Wirkstoff mit einem inerten festen Verdünnungsmittel, wie z. B. Calciumcarbonat, Calciumphosphat oder Kaolin gemischt wird, oder als Weichgelatinekapseln, in denen der Wirkstoff, mit Wasser oder einem Ölmedium wie z. B. Erdnussöl, flüssigem Paraffin oder Olivenöl gemischt wird.
Wässrige Suspensionen können den / die Wirkstoff (e) in Mischung mit Hilfsstoffen enthalten, die zur Herstellung von wässrigen Suspensionen geeignet sind. Solche Hilfsstoffe umfassen Suspendiermittel, wie beispielsweise Natriumcarboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxdropylmethylcellulose, Natriumalginat, Polvinylpyrrolidon, Tragacanthgummi und Akaziengummi; und Dispergier- oder Benetzungsmittel wie z. B. natürlich vorkommende Phosphatide wie Lecithin, Kondensationsprodukte eines Alkylenoxids mit Fettsäuren wie Polyoxyethylenstearat, Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit langkettigen aliphatischen Alkoholen wie Heptadecaethylenoxycetanol, Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit partiellen Estern, abgeleitet von Fettsäuren und einem Hexitol, wie Polyoxyethylensorbitolmonooleat, oder Kondensationsprodukte von Ethylenoxid mit partiellen Estern, abgeleitet von Fettsäuren und Hexitolanhydriden, wie Polyethylensorbitanmonooleat. Wässrige Suspensionen können auch ein oder mehrere Konservierungsmittel umfassen, beispielsweise Ethyl oder n-Propyl-p-hydroxybenzoat, ein oder mehrere Färbemittel, ein oder mehrere Geschmacksstoffe und ein oder mehrere Süßungsmittel, wie Saccharose oder Saccharin.
Ölige Suspensionen können durch Suspendieren der aktiven Bestandteile in einem Pflanzenöl, wie z. B. Arachisöl, Olivenöl, Sesamöl oder Kokosnussöl, oder in einem Mineralöl, wie flüssigem Paraffin, formuliert werden. Die öligen Suspensionen können ein Verdickungsmittel wie Bienenwachs, Hartparaffin oder Cetylalkohol enthalten. Süßungsmittel, wie die oben dargelegten, und / oder Geschmacksverbesserer können hinzugefügt werden, um schmackhafte orale Zubereitungen bereitzustellen. Solche Suspensionen können durch Zugabe eines Antioxidationsmittels wie Ascorbinsäure konserviert werden.
Dispergierbare Pulver und Granulate, die zur Herstellung einer wässrigen Suspension durch Zugabe von Wasser geeignet sind, liefern den aktiven Bestandteil in Mischung mit einem Dispergier- oder Benetzungsmittel, Suspendiermittel und einem oder mehreren Konservierungsmitteln. Geeignete Dispergier- oder Benetzungsmittel und Suspendiermittel werden durch die bereits oben erwähnten weiter erläutert. Zusätzliche Extrakte, wie Süßungs-, Geschmacks- und Färbemittel, können ebenfalls vorhanden sein.
Pharmazeutische Zusammensetzungen können auch in Form von Ölin-Wasser-Emulsionen vorliegen. Die Ölphase kann ein Pflanzenöl, wie z. B. Olivenöl oder Arachisöl, ein Mineralöl wie z. B. flüssiges Paraffin oder eine Mischung davon sein. Geeignete Emulgatoren umfassen natürlich vorkommende Gummis, wie z. B. Akaziengummi oder Tragacanthgummi, natürlich vorkommende Phosphatide, wie z. B. Sojabohnenlecithin, und Ester oder Partialester, die von Fettsäuren und Hexitol abgeleitet sind, Anhydride wie z B. Sorbitanmonooleat, und Kondensationsprodukte von partiellen Estern, die von Fettsäuren und Hexitol abgeleitet sind, mit Ethylenoxid, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonooleat. Eine Emulsion kann auch ein oder mehrere Süßungs- und / oder Geschmacksmittel umfassen.
Sirupe und Elixiere können mit Süßungsmitteln wie Glycerin, Propylenglycol, Sorbit oder Saccharose formuliert werden. Solche Formulierungen können auch ein oder mehrere Demulgens, Konservierungsstoffe, Geschmacksstoffe und / oder Färbemittel umfassen.
Verbindungen können für die lokale oder topische Verabreichung formuliert werden, wie für die topische Anwendung auf der Haut oder den Schleimhäuten, wie im Auge. Formulierungen für die topische Verabreichung umfassen typischerweise ein topisches Vehikel, kombiniert mit einem oder mehreren Wirkstoffen, mit oder ohne zusätzlichen fakultativen Komponenten. Geeignete topische Vehikel und zusätzliche Komponenten sind in der Technik wohlbekannt, und es ist offensichtlich, dass die Wahl eines Vehikels von der besonderen physikalischen Form und der Art der Bereitstellung abhängt. Topische Vehikel umfassen Wasser; organische Lösungsmittel, wie Alkohole, wie z.B. Ethanol oder Isopropylalkohol oder Glycerin; Glykole wie z.B. Butylen, Isopren oder Propylenglykol; aliphatische Alkohole, wie z.B. Lanolin; Mischungen von Wasser und organischen Lösungsmitteln und Mischungen von organischen Lösungsmitteln wie Alkohol und Glycerin; Materialien auf Lipidbasis, wie Fettsäuren, Acylglycerine einschließlich Öle, wie beispielsweise Mineralöl, und Fette natürlichen oder synthetischen Ursprungs, Phosphoglyceride, Sphingolipide und Wachse; proteinbasierte Materialien wie Kollagen und Gelatine; Materialien auf Silikonbasis, sowohl nicht flüchtig als auch flüchtig; und kohlenwasserstoffbasierte Materialien wie Mikroschwämme und Polymermatrizen. Eine Zusammensetzung kann ferner eine oder mehrere Komponenten umfassen, die angepasst sind, um die Stabilität oder Wirksamkeit der aufgebrachten Formulierung zu verbessern, wie Stabilisierungsmittel, Suspendiermittel, Emulgatoren, Viskositätsregulierer, Geliermittel, Konservierungsmittel, Antioxidantien, Hautpenetrationsverstärker, Feuchtigkeitsspender und Materialien mit verzögerter Freisetzung. Beispiele für solche Komponenten sind in Martindale - The Extra Pharmacopoeia (Pharmaceutical Press, London 1993) und Martin (Hrsg.), Remington's Pharmaceutical Sciences, beschrieben. Formulierungen können Mikrokapseln, wie Hydroxymethylcellulose oder Gelatine-Mikrokapseln, Liposomen, Albumin-Mikrokügelchen, Mikroemulsionen, Na-Teilchen oder Nanokapseln umfassen.
Eine topische Formulierung kann in einer Vielzahl von physikalischen Formen hergestellt werden, einschließlich beispielsweise Feststoffen, Pasten, Cremes, Schäumen, Lotionen, Gelen, Pulvern, wässrigen Flüssigkeiten, Emulsionen, Sprays und Hautpflastern. Das physikalische Aussehen und die Viskosität solcher Formen können durch das Vorhandensein und die Menge an Emulgator (en) und Viskositätsregulierer (n), die in der Formulierung vorhanden sind, bestimmt werden. Feststoffe sind im Allgemeinen fest und nicht gießfähig und werden üblicherweise als Riegel oder Stifte oder in Teilchenform formuliert; Feststoffe können opak oder transparent sein und können gegebenenfalls Lösungsmittel, Emulgatoren, Feuchthaltemittel, Weichmacher, Duftstoffe, Farbstoffe / Färbemittel, Konservierungsmittel und andere Wirkstoffe enthalten, die die Wirksamkeit des Endprodukts erhöhen oder verbessern. Cremes und Lotionen sind oft einander ähnlich und unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Viskosität; sowohl Lotionen als auch Cremes können opak, durchscheinend oder klar sein und enthalten häufig Emulgatoren, Lösungsmittel und Mittel zur Einstellung der Viskosität sowie Feuchthaltemittel, Weichmacher, Duftstoffe, Farbstoffe / Färbemittel, Konservierungsmittel und andere Wirkstoffe, die die Wirksamkeit des Endprodukts steigern oder verstärken. Gele können mit einer Reihe von Viskositäten hergestellt werden, von dickflüssig oder hochviskos bis dünnflüssig oder niedrigviskos. Diese Formulierungen, wie die von Lotionen und Cremes, können auch Lösungsmittel, Emulgatoren, Feuchthaltemittel, Weichmacher, Duftstoffe, Farbstoffe / Färbemittel, Konservierungsmittel und andere Wirkstoffe enthalten, die die Wirksamkeit des Endprodukts erhöhen oder verbessern. Flüssigkeiten sind dünner als Cremes, Lotionen oder Gele und enthalten oft keine Emulgatoren. Flüssige topische Produkte enthalten oft Lösungsmittel, Emulgatoren, Feuchthaltemittel, Weichmacher, Duftstoffe, Farbstoffe/Färbemittel, Konservierungsmittel und andere Wirkstoffe, die die Wirksamkeit des Endproduktes erhöhen oder verbessern.
Geeignete Emulgatoren zur Verwendung in topischen Formulierungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ionische Emulgatoren, Cetearylalkohol, nichtionische Emulgatoren wie Polyoxyethylenoleylether, PEG-40-Stearat, Ceteareth-12, Ceteareth-20, Ceteareth-30 Cetearethalkohol, PEG-100-Stearat und Glycerylstearat. Geeignete Mittel zur Einstellung der Viskosität umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Schutzkolloide oder nichtionische Gummis, wie Hydroxyethylcellulose, Xanthangummi, Magnesiumaluminiumsilicat, Siliciumdioxid, mikrokristallines Wachs, Bienenwachs, Paraffin und Cetylpalmitat. Eine Gelzusammensetzung kann durch Zugabe eines Geliermittels, wie Chitosan, Methylcellulose, Ethylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyquaterniume, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Carbomer oder ammoniakalisches Glycyrrhizinat, gebildet werden. Geeignete Tenside umfassen, sind aber nicht beschränkt auf nichtionische, amphotere, ionische und anionische Tenside. Zum Beispiel können eines oder mehrere von Dimethiconcopolyol, Polysorbat 20, Polysorbat 40, Polysorbat 60, Polysorbat 80, Lauramid DEA, Cocamid DEA und Cocamid MEA, Oleylbetain, Cocamidopropylphosphatidyl-PG-dimoniumchlorid und Ammoniumlaurethsulfat in topischen Formulierungen verwendet werden.
Geeignete Konservierungsmittel umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, antimikrobielle Mittel wie Methylparaben, Propylparaben, Sorbinsäure, Benzoesäure und Formaldehyd sowie physikalische Stabilisatoren und Antioxidantien wie Vitamin E, Natriumascorbat / Ascorbinsäure und Propylgallat. Geeignete Befeuchtungsmittel schließen Milchsäure und andere Hydroxysäuren und ihre Salze, Glycerin, Propylenglycol und Butylenglycol ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete Erweichungsmittel umfassen Lanolinalkohol, Lanolin, Lanolinderivate, Cholesterin, Petrolatum, Isostearylneopentanoat und Mineralöle. Geeignete Düfte und Farben umfassen FD&C Rot Nr. 40 und FD&C Gelb Nr. 5, sind aber nicht darauf beschränkt. Andere geeignete zusätzliche Inhaltsstoffe, die in einer topischen Formulierung enthalten sein können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Schleifmittel, Absorptionsmittel, Antibackmittel, Antischaummittel, Antistatikmittel, Adstringenzien wie z. B. Hamamelis, Alkohol- und Kräuterextrakte wie Kamillenextrakt, Bindemittel / Hilfsstoffe, Puffermittel, Chelatbildner filmbildende Mittel, konditionierende Mittel, Treibmittel, Trübungsmittel, pH-Einstellmittel und Schutzmittel.
Ein Beispiel für ein geeignetes topisches Vehikel zur Formulierung eines Gels ist: Hydroxypropylcellulose (2,1%); 70/30 Isopropylalkohol / Wasser (90,9%); Propylenglykol (5,1%); und Polysorbat 80 (1,9%). Ein Beispiel für ein geeignetes topisches Vehikel zur Formulierung als Schaum ist: Cetylalkohol (1,1%); Stearylalkohol (0,5%); Quaternium 52 (1,0%); Propylenglykol (2,0%); Ethanol 95 PGF3 (61,05%); entionisiertes Wasser (30,05%); P75-Kohlenwasserstofftreibmittel (4,30%). Alle Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.
Typische Arten der Abgabe für topische Zusammensetzungen umfassen die Anwendung unter Verwendung der Finger; Anwendung unter Verwendung eines physikalischen Applikators, wie eines Tuches, Tissues, Tupfers, Stabs oder Pinsels; Sprühen einschließlich Nebel-, Aerosol- oder Schaumsprühen; Tropf-Anwendung; Beregnung; Einweichen; und Spülen. Vehikel mit kontrollierter Freisetzung können ebenfalls verwendet werden, und Zusammensetzungen können zur transdermalen Verabreichung als transdermales Pflaster formuliert werden.
Eine pharmazeutische Zusammensetzung kann als Inhalationsformulierung formuliert werden, einschließlich Sprays, Nebeln oder Aerosolen. Solche Formulierungen sind besonders nützlich zur Behandlung von Asthma oder anderen Atemwegserkrankungen. Für Inhalationsformulierungen können die hierin bereitgestellten Verbindungen über beliebige dem Fachmann bekannte Inhalationsverfahren verabreicht werden. Solche Inhalationsverfahren und -vorrichtungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Dosierinhalatoren mit Treibmitteln wie CFC oder HFA oder Treibmitteln, die physiologisch und umweltfreundlich sind. Andere geeignete Vorrichtungen sind atmungsbetätigte Inhalatoren, Multidosis-Trockenpulverinhalatoren und Aerosol-Zerstäuber. Aerosolformulierungen zur Verwendung im gegenwärtigen Verfahren umfassen typischerweise Treibmittel, Tenside und Co-Lösungsmittel und können in herkömmliche Aerosolbehälter gefüllt werden, die durch ein geeignetes Dosierventil verschlossen sind.
Inhalationszusammensetzungen können flüssige oder pulverförmige Zusammensetzungen umfassen, die den aktiven Bestandteil enthalten, die zur Vernebelung und intrabronchialen Verwendung geeignet sind, oder Aerosolzusammensetzungen, die über eine Aerosoldosiereinheit, die abgemessene Dosen abgibt, verabreicht werden. Geeignete flüssige Zusammensetzungen umfassen den aktiven Bestandteil in einem wässrigen, pharmazeutisch akzeptablen Inhalationslösungsmittel, z. B. isotonischer Kochsalzlösung oder bakteriostatischem Wasser. Die Lösungen werden mittels einer Pumpe oder eines quetschbetätigten zerstäubenden Sprühspenders oder durch irgendein anderes herkömmliches Mittel verabreicht, um die erforderliche Dosierungsmenge der flüssigen Zusammensetzung, die in die Lungen des Patienten inhaliert werden soll, zu bewirken oder zu ermöglichen. Geeignete Formulierungen, bei denen der Träger eine Flüssigkeit ist, zum Beispiel zur Verabreichung als Nasenspray oder als Nasentropfen, umfassen wässrige oder ölige Lösungen des Wirkstoffs.
Formulierungen oder Zusammensetzungen, die für die nasale Verabreichung geeignet sind, wobei der Träger ein Feststoff ist, umfassen ein grobes Pulver mit einer Teilchengröße zum Beispiel im Bereich von 20 bis 500 Mikron, das in der Art verabreicht wird, in der Schnupftabak verabreicht wird d.h. durch schnelles Einatmen durch den Nasengang von einem Behälter des Pulvers, der nahe an die Nase gehalten wird. Zu geeigneten Pulverzusammensetzungen gehören beispielsweise pulverförmige Zubereitungen des aktiven Bestandteils, die sorgfältig mit Lactose oder anderen inerten Pulvern, die für die intrabronchiale Verabreichung annehmbar sind, vermischt werden. Die Pulverzusammensetzungen können über einen Aerosolspender verabreicht werden oder in einer zerbrechbaren Kapsel eingeschlossen sein, die vom Patienten in eine Vorrichtung eingeführt werden kann, die die Kapsel durchsticht und das Pulver in einem stetigen, zur Inhalation geeigneten Strom bläst.
Pharmazeutische Zusammensetzungen können auch in Form von Suppositorien, wie z.B. zur rektalen Verabreichung, hergestellt werden. Solche Zusammensetzungen können durch Mischen des Arzneimittels mit einem geeigneten nicht reizenden Hilfsstoff hergestellt werden, der bei gewöhnlichen Temperaturen fest ist, aber bei der Rektaltemperatur flüssig ist und daher im Rektum schmelzen wird, um den Arzneistoff freizusetzen. Geeignete Hilfsstoffe schließen zum Beispiel Kakaobutter und Polyethylenglykole ein.
Pharmazeutische Zusammensetzungen können als Formulierungen mit verzögerter Freisetzung formuliert werden, wie z.B. als eine Formulierung, wie eine Kapsel, die nach der Verabreichung eine langsame Freisetzung des Modulators erzeugt. Solche Formulierungen können im Allgemeinen unter Verwendung wohlbekannter Technologien hergestellt werden und zum Beispiel durch orale, rektale oder subkutane Implantation oder durch Implantation an der gewünschten Zielstelle verabreicht werden. Träger zur Verwendung in solchen Formulierungen sind biokompatibel und können auch biologisch abbaubar sein; vorzugsweise liefert die Formulierung ein relativ konstantes Niveau der Modulatorfreisetzung. Die Menge an Modulator, die in einer Formulierung zur verzögerten Freisetzung enthalten ist, hängt beispielsweise von der Stelle der Implantation, der Geschwindigkeit und der erwarteten Dauer der Freisetzung und der Art des zu behandelnden oder zu verhindernden Zustands ab.
Zur Behandlung von Infektionen kann die Dosis der erfindungsgemäßen biologisch aktiven Verbindung in weiten Grenzen variieren und an individuelle Bedürfnisse angepasst werden. Aktive Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Allgemeinen in einer therapeutisch wirksamen Menge verabreicht. Bevorzugte Dosen liegen im Bereich von etwa 0,1 mg bis etwa 140 mg pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag, etwa 0,5 mg bis etwa 7 g pro Patient pro Tag. Die Tagesdosis kann als Einzeldosis oder in mehreren Dosen verabreicht werden. Die Menge an aktivem Bestandteil, die mit den Trägermaterialien kombiniert werden kann, um eine einzelne Dosierungsform zu erzeugen, wird in Abhängigkeit von dem behandelten Wirt und der speziellen Art der Verabreichung variieren. Dosierungseinheitsformen enthalten im allgemeinen zwischen etwa 1 mg und etwa 500 mg eines aktiven Bestandteils.
Es ist jedoch klar, dass die spezifische Dosismenge für einen bestimmten Patienten von einer Vielzahl von Faktoren abhängen wird, einschließlich der Aktivität der spezifischen verwendeten Verbindung, dem Alter, Körpergewicht, allgemeiner Gesundheit, Geschlecht, Ernährung, Verabreichungsdauer, Verabreichungsweg und Ausscheidungsrate, Arzneimittelkombination, d.h. andere Arzneimittel, die zur Behandlung des Patienten verwendet werden, und der Schwere der jeweiligen Erkrankung, die mit der Therapie behandelt werden.
Bevorzugte Verbindungen der Erfindung werden bestimmte pharmakologische Eigenschaften aufweisen. Solche Eigenschaften umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, die orale Bioverfügbarkeit, so dass die oben diskutierten bevorzugten oralen Dosierungsformen therapeutisch wirksame Mengen der Verbindung in vivo bereitstellen können.
Die Verbindungen und pharmazeutischen Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung können einem Patienten, wie beispielsweise einem Menschen, oral oder topisch verabreicht werden und sind in mindestens einer Körperflüssigkeit oder einem Körpergewebe des Patienten vorhanden. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ferner Verfahren zur Behandlung von Patienten bereit, die an einer Infektion leiden. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „Behandlung“ sowohl eine krankheitsmodifizierende Behandlung als auch eine symptomatische Behandlung, von denen jede prophylaktisch sein kann, d.h. vor dem Einsetzen von Symptomen, um die Schwere der Symptome zu verhindern, zu verzögern oder zu verringern, oder therapeutisch, d.h. nach dem Auftreten von Symptomen, um die Schwere und / oder Dauer der Symptome zu reduzieren. Patienten können, ohne darauf beschränkt zu sein, Primaten, insbesondere Menschen, domestizierte Haustiere wie Hunde, Katzen, Pferde und Vieh, wie Rinder, Schweine, Schafe, mit den hier beschriebenen Dosierungen einschließen.
Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen als oder zur Herstellung eines diagnostischen Mittels verwendet werden, wobei ein solches diagnostisches Mittel zur Diagnose der Erkrankungen und Zustände dient, die von den Verbindungen der vorliegenden Erfindung für die hierin offenbarten therapeutischen Zwecke, angesprochen werden können.
Für verschiedene Anwendungen können die Verbindungen der Erfindung durch Isotope, Fluoreszenz- oder Lumineszenzmarker, Antikörper oder Antikörperfragmente, jede andere Affinitätsmarkierung wie Nanokörper, Aptamere, Peptide usw., Enzyme oder Enzymsubstrate markiert werden. Die markierten Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung können in der Therapie, Diagnose und anderen Anwendungen, wie Forschungsmitteln in vivo und in vitro, insbesondere den hier offenbarten Anwendungen, verwendet werden.
Die Verbindungen und pharmazeutischen Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in einem Minimalmedium verabreicht, das heißt einem Medium, das hauptsächlich anorganische Salze und Wasser enthält.
Zusätzlich sind die Verbindungen und pharmazeutischen Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet, das Wachstum von Organismen zu hemmen, die in Minimalmedien wachsen können. Beispiele davon sind Cyanobakterien, Escherichia coli, Proteus vulgaris, Bacillus cereus, Serratia marcescens, Pseudomonas putida, Pseudomonas aeruginosa und entsprechende ubiquitäre Bakterien. Verbindungen und pharmazeutische Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung können insbesondere zur Behandlung von Infektionen der Harnwege verwendet werden.
Die Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um das Wachstum von Organismen, die den Shikimatweg aufweisen, zu inhibieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Hemmung des Wachstums von Bakterien, insbesondere prototrophen Bakterien. Besonders nützlich ist die Verwendung der Verbindungen der vorliegenden Erfindung zur Hemmung des Wachstums von Cyanobakterien.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Hemmung des Legionellenwachstums. Legionella ist eine pathogene Gruppe gramnegativer Bakterien, zu der die Art L. pneumophila gehört. Sie kann in vielen Umgebungen einschließlich Boden und aquatischen Systemen gefunden werden; beim Einatmen können Legionellen die Legionärskrankheit verursachen, eine potenziell tödliche Krankheit. Eine Hemmung des Legionellenwachstums kann beispielsweise erreicht werden, wenn eine erfindungsgemäße Verbindung einem mit Legionellen befallenen aquatischen System zugesetzt wird.
Es ist bevorzugt, Konzentrationen von 5 µg / mL und mehr, insbesondere von 10 µg / mL bis 100 µg / mL, zu verwenden. Dadurch kann die Anzahl der CFUs auf ¼ reduziert werden (siehe .
In komplexen Medien sind Endprodukte des Shikimatwegs enthalten, die von den jeweiligen Bakterien etc. metabolisiert werden können, wodurch der Inhibition entgegengewirkt wird, die von den Verbindungen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Herbizid.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Verwendung einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung als ein nicht-selektives Herbizid, das auch als Mittel zur vollständigen Vernichtung von Unkraut bezeichnet wird.
Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung zeigen ihre herbizide Aktivität bereits in kleinen Mengen, z.B. 26 µM bis 350 µM, vorzugsweise 50 µM bis 700 µM, besonders bevorzugt im Bereich von 100 µM bis 260 µM. Somit haben die Verbindungen der vorliegenden Erfindung eine signifikant höhere Aktivität als das bekannte Herbizid Glyphosat, siehe 2.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Fungizid.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Algizid.
Sie bezieht sich auch auf die Verwendung der neuen Inhibitoren zur Hemmung der Bildung von Biofilmen.
7dSh- und andere 7-Desoxy-Ketosen können als Konservierungsmittel verwendet werden und ersetzen Parabene und andere ergänzte Konservierungsstoffe. Die 7-Desoxy-Ketosen können das Wachstum von Bakterien in verschiedenen Anwendungen hemmen.
Synthese der erfindungsgemäßen Verbindungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Synthese von 7-Desoxysedoheptulose und ihren Derivaten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird 5-Desoxy-D-Ribose mit beta-Hydroxypyruvat umgesetzt. Die Reaktion wird durch eine Transketolase katalysiert, die aus E. coli erhalten wurde, und die Temperatur wird auf ihre optimale Temperatur (etwa 30 °C) eingestellt. Vorzugsweise wird ein Puffer wie HEPES verwendet. Die erhaltenen Produkte können unter Verwendung von Größenausschluss-Chromatographie, Mitteldruckchromatographie und HPLC gereinigt werden.
Weitere Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden, indem entsprechende alternative Edukte verwendet werden und sie mit weiteren Enzymen, wie Aldolasen, umgesetzt werden.
Beispiele
Chemoenzymatische Synthese von 7dSh mit Transketolase
5-Desoxy-D-ribose (Glentham Life Sciences) (50 mg, 250 mM) wurde in 1,5 ml HEPES-Puffer (100 mM, pH = 7,5) gelöst, der Thiaminpyrophosphat (1,3 mg, 2 mM) und MgCl₂ (0,4 mg, 3 mM) enthielt. β-Hydroxypyruvat als Lithiumsalzhydrat (54 mg, 285 mM) wurde zugegeben und der pH-Wert auf pH = 7,5 eingestellt. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 4 mg Transketolase (EC 2.2.1.1) initiiert und bei 400 U / min und 30 °C für 24 h geschüttelt (Thriller®, Peqlab). Die Reaktion wurde durch Zugabe von 6 ml MeOH gestoppt, gefolgt von einer Zentrifugation (2500 UpM, 10 min). Der Überstand wurde eingedampft und durch bioaktivitätsgeführte Reinigung durch Größenausschlusschromatographie (SEC) an Se-Phadex LH20, Mitteldruck-Flüssigkeitschromatographie (MPLC) an der Normalphase gereinigt, und Ligand / Ionenaustauschhochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) gekoppelt mit einem Verdampfungs-Lichtstreuungsdetektor (ELSD) führte schließlich zu einer chromatographisch reinen Verbindung.
Die Transketolase weist eine breite Substratspezifität auf. Daher führt die Verwendung alternativer Desoxyakzeptorsubstrate (fluorierte / Amino / Desoxy-C5-Aldosen) für die Transketolase-Reaktion zur Erzeugung alternativer Monosaccharide mit 7-Desoxyfunktion (fluorierte / Amino / Desoxy-C7-Ketosen). Nachstehend sind ausgewählte Produkte dargestellt, die aus der Variation des Akzeptorsubstrats resultieren:
Die Variation des Donorsubstrats zu 3-Fluor-2-oxopropanoat erlaubt weiterhin die Synthese von C1-fluorierten 7-Desoxy-Produkten. Nachstehend sind ausgewählte Beispiele dargestellt:
Die Verwendung von C6- und C7-Aldosen erlaubt außerdem die Erzeugung von C8- und C9 7-Desoxymonosacchariden. Nachstehend sind ausgewählte Beispiele dargestellt:
Chemoenzymatische Synthese von 7-Desoxymonosacchariden mit Aldolasen
Die Erzeugung der C7-C9 7-Desoxyzucker kann auch durch Verwendung von Aldolasen erreicht werden. Die Aldolasen verwenden DAHP als Donorsubstrat und übertragen die C3-Einheit auf viele Akzeptorsubstrate. Nachstehend ist die Synthese von 7-Desoxy-Gluco-2-Heptulose dargestellt:
Eine wässrige Lösung (1 mL) von DHAP (0,15 mM) und 4-Desoxy-D-Erythrose (0,12 mM) wird mit 1 M NaOH auf pH 6,9 eingestellt. Anschließend wird Rhamnulose-1-phosphataldolase (2 U / mL) zugegeben und 24 h bei 400 UpM und 25 ° C geschüttelt. Die Reaktion wird durch Zugabe von 2 mL MeOH gestoppt, gefolgt von einer Zentrifugation (2500 U / min, 10 min). Der pH-Wert des Überstands wird auf 2,5 eingestellt. Saure Phosphatase (Orthophosphorsäuremonoester-Phosphohydrolase, EC 3.1.3.2) wird zugegeben (1 U / mL) und 6 Stunden bei 37 ° C inkubiert. Die Reaktion wird durch Zugabe von 2 ml 0,1 NaOH und 4 ml MeOH gestoppt, gefolgt von einer Zentrifugation (2500 U / min, 10 min). Der Überstand wird verdampft und gereinigt durch Größenausschlusschromatographie (SEC) an Sephadex LH20, Mitteldruck-Flüssigkeitschromatographie (MPLC) auf der Normalphase und Ligand / Ionenaustausch-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), gekoppelt mit einem Verdampfungs-Lichtstreuungsdetektor (ELSD). Die Reinigung führt schließlich zu der chromatographisch reinen Verbindung.
Die Aldolase zeigt eine breite Substratspezifität. Daher führt die Verwendung alternativer Desoxyakzeptorsubstrate (fluorierte / Amino / Desoxy-C4-Aldosen) für die Transketolase-Reaktion zur Erzeugung alternativer Monosaccharide mit 7-Desoxyfunktion (fluorierte / Amino / Desoxy-C7-Ketosen). Nachstehend sind ausgewählte Produkte dargestellt, die aus der Variation des Akzeptorsubstrats resultieren:
Die Verwendung von C5- und C6-Aldosen erlaubt ferner die Erzeugung von C8- und C9 7-Desoxymonosacchariden. Nachstehend sind ausgewählte Beispiele dargestellt:
Die Verwendung anderer DAHP-abhängiger Aldolasen erlaubt ferner die Erzeugung anderer Stereo-Konfigurationen an C3 und C4. Im Folgenden sind ausgewählte Produkte dargestellt, die sich aus der Variation von Aldolasen ergeben:
Chemische Derivatisierung von 7dSh und anderen 7-Desoxy-Ketosen
Semisynthese von Penta-O-acetyl-7-desoxy-D-altro-heptulose (entspricht peracetyliertem 7dSh)
Eine Suspension von wasserfreiem Natriumacetat (15 mg (0,18 mmol)) und 1,7 mL (1,8 g, 18 mmol) Essigsäure wird in einem 50 ml-Rundkolben mit Kühlkondensator vorsichtig erwärmt. Nach Beenden des Erhitzens werden 34,9 mg 7-Desoxy-D-altro-heptulose (0,18 mmol) schrittweise zugegeben und das Gemisch unter Rückfluss erhitzt, während es erneut für eine Stunde unter DC-Reaktionskontrolle erhitzt wird, bis die Reaktion beendet ist. Dann wird die Reaktionsmischung langsam auf Eis gegossen und gerührt, bis das Eis geschmolzen ist, oder innerhalb von 2 Stunden. Filtration oder Lyophilisierung ergibt einen gelblichen Feststoff. Das Produkt kann aus 2 mL Ethanol umkristallisiert werden oder durch präparative HPLC gereinigt werden (C18-Säule, Lösungsmittel MeOH: H₂O (Lösungsmittel im Vakuum verdampft).
Semisynthese von o-propionylierter 7-Desoxy-D-altro-Heptulose
Eindampfte 7-Desoxy-D-altro-Heptulose-Proben werden in 50 Mikroliter Pyridin gelöst und 100 Mikroliter Propionsäureanhydrid werden zugegeben, um die entsprechenden Ester zu erhalten. Nach 45 Minuten Inkubation bei 60 ° C werden die Proben zur Trockene eingedampft. Gelöst in 100 mL Diethylether, Ethylacetat oder Dichlormethan wird das Produkt durch präparative HPLC (C18-Säule, Lösungsmittel MeOH: H₂O, Lösungsmittel im Vakuum verdampft) gereinigt.
Semisynthese von benzoylierter 7-Desoxy-D-altro-Heptulose
7-Desoxy-D-altro-heptulose (30 mg, 0,15 mmol) wird in 50 Mikrolitern trockenem Pyridin gelöst, Benzoylchlorid (211 mg, 174 Mikroliter, was 2 Äquivalenten pro OH-Gruppe entspricht) wird zugegeben und die Mischung wird 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt oder bis die Reaktion beendet ist (DC-Kontrolle). Unter starkem Rühren wird Wasser zugegeben und die Lösung dreimal mit Dichlormethan (alternativ Diethylether, Ethylacetat) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden lyophilisiert, und präparative HPLC liefert das reine benzoylierte Produkt (C18-Säule, Lösungsmittel MeOH: H₂O, Lösungsmittel im Vakuum verdampft).
Semisynthese von Acetonid-7-Desoxy-D-altro-Heptulose
Ein 50 mL-Zweihals-Kolben mit DMF (2 mL) wurde mit einem Septum zur Reaktionsüberwachung verschlossen und 10 min mit Argon entgast. Die Acetonidbildung wurde bei Raumtemperatur durch Zugabe der 7-Desoxy-D-Altro-heptulose (30 mg, 0,15 mmol) 2,2-Dimethoxypropan (47 mg, 0,45 mmol) und p-Toluolsulfonsäure (p-TSA, 26 mg, 0,15 mmol) erreicht. Die Reaktionsmischung wurde 5-10 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Wasser (10 mL) wurde zugegeben, das Produkt mit eiskaltem Ethylacetat (3 × 10 mL) extrahiert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Das Reaktionsprodukt wurde durch Säulenchromatographie unter Verwendung einer präparativen HPLC-C18-Säule und dem Lösungsmittel MeOH : H₂O gereinigt, und das Acetonid als farbloses Öl erhalten.
Aktivität gegen Legionellen
In einem Labor der Arbeitsgruppe Forchhammer, Eberhard-Karls-Universität Tübingen, wurden Wasserproben aus einem wenig benutzten Wasserhahn entnommen. Die Wasserproben (800 mL) wurden für 10 Tage in 1-L-Schraubhalsflaschen bei 37 °C inkubiert. CFUs von Legionellen wurden auf festen Agarplatten bestimmt.
1a zeigt die CFUs von Legionellen in natürlichen Wasserproben, die in Gegenwart von 7dSh und einer Kontrolle für 10 Tage inkubiert wurden. CFUs wurden in zweifach wiederholten biologischen Tests für die unbehandelte Kontrolle und dreifach wiederholten biologische Tests für die 7dSh-Behandlung bestimmt.
Wie aus dieser Figur entnommen werden kann, war die Anzahl der CFUs nach 10 Tagen in Gegenwart von 7dSh im Vergleich zur Kontrolle 4-5 mal niedriger.
Dadurch wurde deutlich gezeigt, dass die Verbindungen der vorliegenden Erfindung eine ausgeprägte Wirkung auf die Hemmung von Prokaryoten haben.
Aktivität gegen Pilze
Suppressive Effekte von 7dSh auf S. cerevisiae
Hefe-Stickstoff-Basismedien ohne Aminosäuren (Sigma-Aldrich) wurden sterilisiert und dann mit 0,5 g / L Fructose und 1 g / L Casaminosäuren ergänzt. 10 mL Kulturen von Saccharomyces cerevisiae wurden in 50 mL Erlenmeyerkolben unter kontinuierlichem Schütteln (120 U / min) bei 30 ° C für 48 Stunden gezüchtet.
Eine Probe wurde mit 50 µM 7dSh (10 µg / mL) behandelt. Eine andere Probe wurde mit der 11-fachen Menge an Glyphosat behandelt. Die OD₆₀₀ der Kulturen (anfängliche OD₆₀₀ = 0,05) wurde in einem Specord 205 (Analytik Jena) ermittelt.
1b zeigt die optische Dichte von S. cerevisiae, die in Minimalmedium in Anwesenheit einer Kontrolle gezüchtet wurde, Glyphosat (590 µM) und 7dSh (50 µM) für 48 h (anfängliche OD₆₀₀ = 0,05). Die Werte repräsentieren die Mittelwerte von drei biologischen Wiederholungen.
Dies zeigt deutlich, dass die Aktivität der erfindungsgemäßen Verbindungen gegen Pilze weit höher ist als die Aktivität von Glyphosat.
Aktivität gegen Pflanzen
Inhibierende Wirkung von 7dSh auf A. thaliana
Für ein gleichzeitiges Wachstum wurden Samen von A. thaliana bei 4 °C über Nacht vor Beginn der Keimung gelagert. Die Samen wurden auf festem Murashige und Skoog Basal Medium (BM) (Sigma Aldrich) (1,5% (Gew./Vol.) Agar) bei konstanter Beleuchtung (60 µE) und 24 ° C gekeimt. 7dSh und Glyphosat wurden zuvor dem lauwarmen Agar zugegeben. Um ein Wachstum der Keimlinge entlang des Agars zu erreichen, wurden die Platten vertikal montiert und von oben beleuchtet.
Nach 7 Tagen Keimung wurden Aufnahmen gemacht (Axioskop 2 mit gekoppelter Gerätekamera Axio Cam; Carl Zeiss) und die Keimlinggröße mit Fiji-Software analysiert (Schindelin et al., 2012). Sämlinggrößen wurden durch ungepaarten t-Test unter Verwendung von GraphPad InStat 3 verglichen.
2 zeigt die Messung des Abstandes zwischen Wurzel und Sprossapikalmeristem von A. thaliana in Gegenwart von Glyphosat und 7dSh. Signifikante Unterschiede zwischen den Keimlingsgrößen wurden durch ungepaarten t-Test analysiert (* P <0,01; ** P <0,001; *** P <0,0001; NS, nicht signifikant). Die Werte stellen die Mittelwerte von mindestens sieben wiederholten biologischen Tests dar.
Signifikante Unterschiede wurden in der Größe der Keimlinge beobachtet: In Konzentrationen bis zu 50 µM zeigte 7dSh wachstumshemmende Effekte, vergleichbar mit Glyphosat. In Konzentrationen über 130 µM (~ 25 µg / ml) zeigte 7dSh eine signifikant erhöhte Hemmfähigkeit gegenüber A. thaliana im Vergleich zu Glyphosat, sowohl in Bezug auf die Größe der Keimlinge als auch auf das morphologische Erscheinungsbild. Die Beeinträchtigung des Keimungsprozesses und das morphologische Erscheinungsbild der Keimlinge war am deutlichsten bei höheren Konzentrationen von 7dSh (130-260 µM) sichtbar. Hier kam der Keimungsprozess in den ersten Tagen zum Stillstand. In Gegenwart von 260 µM 7dSh war die Größe der Keimlinge (~ 2 mm) dreimal geringer als bei der Kontrolle, und es wurde nur eine geringfügige Bildung von Wurzeln und Keimblättern beobachtet. Die Sämlinge waren bezüglich ihres Gravitropismus beeinträchtigt oder entwickelten sich zumindest nicht ausreichend, um sich der Lichtquelle zuzuwenden. Im Gegensatz dazu entwickelte sich mit einer äquimolaren Menge an Glyphosat-behandeltes A. thaliana weiter und zeigte eine ausgeprägtere Wurzel- und Keimblattbildung. In Anwesenheit der Inhibitoren hat A. thaliana innerhalb der folgenden 7 Tage keine morphologischen Veränderungen erfahren.
Dies zeigt, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen eine deutlich stärkere herbizide Wirkung auf Pflanzen als Glyphosat aufweisen.

Claims

Verbindung der Formel (I) R¹-CH₂-C(H_0-1)(X)-[CHZ]_n-CH(Y)-CH₂-R² worin R¹ H, F, NH₂, OH, Cl, oder Br ist R² H, F, Cl, Br, NH₂, CH₃, COOH, CH₂OH, CH₂F, CH₂Br, CH₂Cl, CH₂NH₂, CH₂-CH₂F, CH₂-CH₂Cl, CH₂-CH₂Br, CH₂-CH₂NH₂, CH₂-CH₃, CH₂-COOH, oder CH₂-CH₂OH ist, n = 3 X O, NH, Cl, Br, OPO₃, oder OSO₃ ist, Y OH, oder NH₂ ist, jedes Z unabhängig voneinander H, F, OH, NH₂, Cl, oder Br ist, wobei jede OH-Gruppe unabhängig voneinander durch eine Gruppe der Formel COCH₃, COCH₂CH₃, COCH₂CH₂CH₃, CO(C₆H₅), COCH₂(C₆H₅), OPO₃, OSO₃ substituiert sein kann, und worin zwei benachbarte OH Gruppen unabhängig voneinander mit einer Gruppe der Formel - C(CH₃)₂ - verbunden sein können, oder eine cyclische Form davon, und ein Stereoisomeres, Salz, Prodrug, Ester, Acetal und/oder eine tautomere Form davon.
Verbindung nach Anspruch 1, worin jedes Z OH ist.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei R¹ und / oder R² H sind.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei X O ist und / oder Y OH ist.
Pharmazeutische Zusammensetzung, enthaltend mindestens eine Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und gegebenenfalls eine oder mehrere Trägerstoffe, Hilfsstoffe und / oder Adjuvantien.
Verbindung oder pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung bei der Hemmung des Wachstums von Bakterien, insbesondere prototrophen Bakterien wie Cyanobakterien.
Verwendung einer Verbindung oder pharmazeutischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Inhibierung von Enzymen, die am Shikimatweg beteiligt sind, insbesondere 3-Dehydrochinatsynthase.
Verwendung einer Verbindung oder pharmazeutischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Hemmung des Wachstums von Legionellen.
Verwendung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Herbizid, insbesondere als nichtselektives Herbizid.
Verwendung einer Verbindung oder einer pharmazeutischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Fungizid.
Verwendung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Algizid.
Verwendung einer Verbindung oder einer pharmazeutischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Hemmung der Bildung von Biofilmen.
Verwendung einer Verbindung oder einer pharmazeutischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Konservierungsmittel.