Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
Derivate von CPT zu schaffen, die eine gesteigerte in-vivo-Wirksamkeit
im Vergleich zu CPT aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
niedermolekulare Camptothecin-Derivate
der allgemeinen Formel
worin
R
1 = H oder OH, R
2 =
H, NH
2, NO
2 oder
N,N-Dimethylaminomethyl, R
3 = H oder Ethyl,
R
4 = H, Alkyl oder Aryl, R
5 =
H, Alkyl oder Aryl, von denen die beiden letztgenannten gegebenenfalls
substituiert sein können,
X = NH, NCH
3 oder O, n = 0 bis 5, m = 0
bis 6 bedeuten und PM eine proteinbindende Gruppe ist.
Eine integrierte hydrolytisch oder
enzymatisch spaltbare Sollbruchstelle erlaubt hierbei eine kontrollierte
Freisetzung des Wirkstoffs, eines α-Aminoacyl-Wirkstoff-Derivates oder eines α-Hydroxyacyl-Wirkstoff-Derivates
in vivo, sodass Camptothecin-Derivate der vorliegenden Erfindung
Prodrugs darstellen.
Die erfindungsgemäßen CPT-Derivate sind aus einer
antitumoral wirksamen Camptothecin-Komponente, einem Spacermolekül und einem
heterobifunktionellen Crosslinker aufgebaut. Im Folgenden wird dieser Aufbau
näher erläutert: Die
antitumoral wirksame CPT-Komponente ist ein Wirkstoff der allgemeinen
Formel
worin
R
1 =
H, OH
R
2 = H, NH
2,
NO
2 oder N,N-Dimethylaminomethyl
R
3 = H, Ethyl
bedeuten, welcher eine
freie 20-Hydroxygruppe aufweist. Bevorzugte Wirkstoffe sind Camptothecin,
Topotecan, 10-Hydroxycamptothecin, 9-Aminocamptothecin und 9-Nitrocamptothecin.
Das Spacermolekül ist eine α-Aminocarbonsäure oder α-Hydroxycarbonsäure der
allgemeinen Formel
in der R
1 =
H, Alkyl oder Aryl, bevorzugt H
R
2 =
H, Alkyl oder Aryl, gegebenenfalls substituiert, bevorzugt H, Methyl,
Hydroxymethyl, Phenylmethyl, 4-Hydroxyphenylmethyl, Imidazolylmethyl,
Indolylmethyl, CH(CH
3)
2,
CH
2CH(CH
3)
2, CH(CH
3)CH
2CH
3, CH(OH)CH
3, CH
2COOH, CH
2CH
2COOH, CH
2CONH
2, CH
2CH
2CONH
2,
CH
2(CH
2)
3NH
2, CH
2CH
2SCH
3 oder CH
2(CH
2)
2NHC(NH)NH
2 X = NH
2, NHCH
3 oder OH
bedeuten.
Besonders bevorzugte Spacer sind ⎿-Aminosäuren, Sarcosin
und Glycin.
Der heterobifunktionelle Crosslinker
ist eine Carbonsäure
mit einer proteinbindenden Gruppe der allgemeinen Formel
in der
n = 0 bis 5
m
= 0 bis 6
PM = proteinbindende Gruppe
bedeuten.
Die proteinbindende Gruppe (PM) ist
bevorzugt ausgewählt
unter einer 2-Dithiopyridylgruppe,
einer Halogenacetamidgruppe, einer Halogenacetatgruppe, einer Disulfidgruppe,
einer Acrylsäureestergruppe,
einer Monoalkylmaleinsäureestergruppe,
einer Monoalkylmaleaminsäureamidgruppe,
einer N-Hydroxysuccinimidylestergruppe, einer Isothiocyanatgruppe,
einer Aziridingruppe oder einer Maleinimidgruppe. Eine besonders
bevorzugte proteinbindende Gruppe ist die Maleinimidgruppe.
Wirkstoff und Spacermolekül sind durch
eine Esterbindung zwischen der 20-Hydroxygruppe des Wirkstoffs und einer
Carboxylgruppe des Spacermoleküls
verbunden. Die Bindung zwischen Spacermolekül und dem Crosslinker besteht
aus einer Ester- oder Amidbindung zwischen einer Hydroxy-, Amino-
oder Methylaminogruppe des Spacermoleküls und einer Carboxylgruppe
des Crosslinkers.
Eine wesentliche Eigenschaft der
erfindungsgemäßen CPT-Derivate
besteht darin, dass die Bindungen zwischen Wirkstoff und Spacermolekül sowie
zwischen Spacermolekül
und dem Crosslinker hydrolytisch oder enzymatisch spaltbar sind,
wodurch eine kontrollierte Freisetzung des Wirkstoffs, eines α-Aminoacyl-Wirkstoff-Derivates oder eines α-Hydroxyacyl-Wirkstoff-Derivates
ermöglicht
wird.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen CPT-Derivate
erfolgt bevorzugt durch Kondensation von Camptothecin-20-O-acyl-Derivaten
der allgemeinen Formel
in der
R
1 =
H oder OH
R
2 = H, NH
2,
NO
2 oder N,N-Dimethylaminomethyl
R
3 = H oder Ethyl
R
4 =
H, Alkyl oder Aryl
R
5 = H, Alkyl oder
Aryl, gegebenenfalls substituiert
X = NH, NCH
3 oder
O
bedeuten, mit heterobifunktionellen Crosslinkern der allgemeinen
Formel
worin
n = 0 bis 5
m
= 0 bis 6
PM = proteinbindende Gruppe
bedeuten.
Dabei werden als Reagenzien zur Aktivierung
der Carboxylgruppe des Crosslinkers vorzugsweise N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid,
N,N'-Diisopropylcarbodiimid,
(Benzotriazol-1-yloxy)tris(dimethylamino)phosphonium-Hexafluorophosphat
oder 2-Chlor-1-methylpyridiniumiodid
unter Zusatz gängiger
Katalysatoren bzw. Hilfsbasen wie z.B. Trialkylamine, Pyridin, 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) oder Hydroxybenzotriazol (HOBt) eingesetzt. Die Umsetzung
erfolgt zweckmäßig in einem
polaren organischen Lösungsmittel,
vorzugsweise in Dichlormethan, N,N-Dimethylformamid und Tetrahydrofuran.
Die Umsetzungen werden zweckmäßig bei
Temperaturen zwischen –10°C bis Raumtemperatur
durchgeführt,
wobei die Reaktionszeit normalerweise zwischen 3 und 48 Stunden
liegt. Die Aufarbeitung kann z.B. durch Umkristallisation aus Methanol
oder Ethanol erfolgen. Bei Umsetzung eines Crosslinkers mit einer
Kettenlänge
von mehr als 14 (Methylen-Einheiten + Sauerstoff-Atome) erfolgt
die Aufarbeitung besser durch Säulenchromatographie
z.B. an Kieselgel. Hierbei verwendete Laufmittel sind bevorzugt
Chloroform-Methanol-Gemische, die gegebenenfalls Zusätze von
Aminen oder Carbonsäuren
enthalten können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsweise
wird Camptothecin-20-O-glycinat-Trifluoracetat
mit einer Maleinimidocarbonsäure,
welche ein Oligo(ethylenglykol)-Rückgrat aufweist,
unter Einsatz von 2-Chlor-1-methylpyridiniumiodid umgesetzt (siehe
Beispiele 1 und 2). Durch die bevorzugte Verwendung eines Crosslinkers mit einem
Oligo(ethylenglykol)-Rückgrat
lässt sich
die Wasserlöslichkeit
gegenüber
CPT signifikant steigern. Solche Verbindungen weisen typischerweise
eine gegenüber
CPT bis zu 27-fach gesteigerte Löslichkeit
in isotonischer Kochsalzlösung
auf (siehe Beispiel 3).
Die erfindungsgemäßen proteinbindenden Camptothecin-Derivate
werden parenteral, bevorzugt intravenös appliziert. Dazu werden die
erfindungsgemäßen CPT-Derivate
als Lösungen,
Feststoffe oder Lyophilisate, gegebenenfalls unter Verwendung üblicher
Hilfsstoffe bereitgestellt. Solche Hilfsstoffe sind beispielsweise
Polysorbate, Glucose, Lactose, Mannitol, Dextrane, Zitronensäure, Tromethamol,
Triethanolamin, Aminoessigsäure
und/oder synthetische Polymere. Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen CPT-Derivate
in einem isotonischen Puffer gelöst
appliziert. Die Löslichkeit
des CPT-Derivates kann gegebenenfalls durch pharmazeutische Lösungsmittel
wie etwa 1,2-Propandiol, Ethanol, Isopropanol, Glycerol und/oder
Poly(ethylenglykol) mit einem Molekulargewicht von 200 bis 600 g/mol,
bevorzugt Poly(ethylenglykol) mit einem Molekulargewicht von 600
g/mol, und/oder Löslichkeitsvermittler
wie z.B. Tween 80, Cremophor oder Polyvinylpyrrolidon verbessert
werden.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen CPT-Derivate
liegt in einer raschen kovalenten Bindung an Serumproteine über die
proteinbindende Gruppe, wodurch eine makromolekulare Transportform des
Wirkstoffs generiert wird. Von Serumproteinen wie Transferrin, Albumin
und LDL ist eine erhöhte
Aufnahme in Tumorgewebe bekannt (Kratz F.; Beyer U. Drug Delivery
1998, 5, 281–299),
sodass diese im Rahmen der Erfindung als endogene Träger für Zytostatika
herangezogen werden können.
Ein besonders bevorzugtes Serumprotein ist zirkulierendes Humanserumalbumin
(HSA), das mit einer durchschnittlichen Konzentration von 30 bis
50 g/L die Hauptprotein-Komponente des menschlichen Blutes bildet
(Peters T. Adv. Protein Chem. 1985, 37, 161–245) und eine freie Cysteingruppe
(Cystein-34-Gruppe)
an der Oberfläche
des Proteins aufweist, welche zur Anbindung von thiolbindenden Gruppen
wie Maleinimiden oder Disulfiden geeignet ist (WO 00/76551). Dass
erfindungsgemäße Maleinimid-funktionalisierte
CPT-Derivate schnell und selektiv an HSA binden, zeigt Beispiel
4. Die Reaktion der neuen CPT- Derivate
mit Serumproteinen kann auch extrakorporal durchgeführt werden,
z.B. mit einer zur Infusion vorgesehenen Albumin-, Blut- oder Serummenge.
Gegenüber Camptothecin-Konjugaten
mit synthetischen Polymeren als Trägersystemen besitzen die der
Erfindung zugrundeliegenden CPT-Derivate als niedermolekulare Verbindungen
den Vorteil, chemisch eindeutig definiert zu sein.
Die folgenden Beispiele erläutern die
Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher.
In der Zeichnung stellen dar:
1 ein Chromatogramm von
humanem Blutplasma; bei 370 nm ist lediglich eine geringfügige Absorption zu
beobachten und ein Chromatogramm von CPT-CH2-6-Mal
in Pufferlösung,
bzw. CPT-CH2-6-Mal, das zuvor 60 s mit humanem Plasma
inkubiert wurde.
Beispiel 1
Herstellung
von Camptothecin-20-O-[(20-maleinimido-3,6,9,12,15,18-hexoxaeicosanoyl)glycinat]
(abgekürzt CPT-6-Mal)
Zu einer Suspension von Camptothecin-20-O-glycinat-Trifluoracetat
(318 mg, 0.613 mmol), 0.919 mmol 20-Maleinimido-3,6,9,12,15,18-hexoxaeicosansäure und
Triethylamin (256 μL,
1.838 mmol) in 5 mL wasserfreiem Dichlormethan wird 2-Chlor-1-methylpyridiniumiodid
(235 mg, 0.919 mmol) unter Stickstoffatmosphäre als Feststoff gegeben und
die entstandene Suspension drei Stunden bei Raumtemperatur gerührt, wobei
eine klare Lösung
entsteht. Anschließend
wird mit 50 mL Dichlormethan verdünnt, zweimal mit 20 mL 1N HCl
und zweimal mit 20 mL Wasser gewaschen die organische Phase über Magnesiumsulfat
getrocknet und das Lösungsmittel
im Vakuum entfernt. Nach säulenchromatographischer
Reinigung des Rückstands
(Chloroform/Methanol 30 : 1) erhält
man 322 mg der Zielverbindung als blaßgelben wachsartigen Feststoff.
1H-NMR (DMSO-d6):
δ =
0.92 (t, J = 7.3 Hz, 3H, C18-H), 2.16 (q, J = 7.3 Hz, 2H, C19-H),
3.35–3.61
(m, 24H, NCH2CH2O, OCH2CH2O), 3.93 ('s', 2H, CH2C(O)NH),
4.08/4.22 (dd, JAB = 17.9 Hz, JAX =
6.0 Hz, 2H, NHCH2CO), 5.28 (s, 2H, C5-H),
5.50 (s, 2H, C17-H),
7.00 (s, 2H, C(O)CH=CHCO), 7.17 (s, 1H, C14-H), 7.71 ('t', J = 7.5 Hz, 1H, C10-H), 7.87 ('t', J = 7.2 Hz, 1H, C11-H), 8.12 (d, J
= 7.7 Hz, 1H, C9-H), 8.17 (d, J = 8.6 Hz, 1H, C12-H), 8.21 (t, J
= 6.0 Hz, 1H, NH), 8.68 (s, 1H, C7-H)
ESI-MS (4.0 kV, McOH):
m/z (%) 829.3 ([M + Na]+, 100)
Beispiel 2
Herstellung
von Camptothecin-20-O-[(21-maleinimido-4,7,10,13,16,19-hexoxauncosanoyl)glycinat]
(abgekürzt
CPT-CH
2-6-Mal)
Zu einer Suspension von Camptothecin-20-0-glycinat-Trifluoracetat
(318 mg, 0.613 mmol), 0.919 mmol 21-Maleinimido-4,7,10,13,16,19-hexoxauncosansäure und
Triethylamin (256 μL,
1.838 mmol) in 5 mL wasserfreiem Dichlormethan wird 2-Chlor-1-methylpyridiniumiodid
(235 mg, 0.919 mmol) unter Stickstoffatmosphäre als Feststoff gegeben und
die entstandene Suspension drei Stunden bei Raumtemperatur gerührt, wobei
eine klare Lösung
entsteht. Anschließend
wird mit 50 mL Dichlormethan verdünnt, zweimal mit 20 mL 1N HCl
und zweimal mit 20 mL Wasser gewaschen, die organische Phase über Magnesiumsulfat
getrocknet und das Lösungsmittel
im Vakuum entfernt. Nach säulenchromatographischer
Reinigung des Rückstands
(Chloroform/Methanol 30 : 1) erhält
man 322 mg der Zielverbindung als blaßgelben wachsartigen Feststoff.
1H-NMR (DMSO-d6):
δ =
0.93 (t, J = 7.3 Hz, 3H, C18-H), 2.16 (q, J = 7.3 Hz, 2H, C19-H),
2.38 ('t', J = 6.4 Hz, 2H,
CH2C(O)NH), 3.29–3.66 (m, 26H, NCH2CH2O, OCH2CH2O), 4.01/4.20 (dd, JAB =
18.3 Hz, JAX = 5.8 Hz, 2H, NHCH2CO),
5.26 (s, 2H, C5-H),
5.50 (s, 2H, C17-H), 7.01 (s, 2H, C(O)CH=CHCO), 7.16 (s, 1H, C14-H),
7.70 ('t', J = 7.5 Hz, 1H, C10-H),
7.87 ('t', J = 7.8 Hz, 1H,
C11-H), 8.11 (d, J = 7.5 Hz, 1H, C9-H), 8.17 (d, J = 8.7 Hz, 1H,
C12-H), 8.41 (t, J = 5.8 Hz, 1H, NH), 8.67 (s, 1H, C7-H)
ESI-MS
(4.0 kV, MeOH): m/z (%) 843.2 ([M + Na]+,
100)
Beispiel 3
Löslichkeit von CPT-CH2-6-Mal in isotonischer Kochsalzlösung
Durch Messungen an einem Spektrophotometer
bei 370 nm wurde die Löslichkeit
von CPT-CH2-6-Mal und die von CPT in isotonischer
Kochsalzlösung
bestimmt:
Beispiel 4
Bindung von CPT-CH2-6-Mal
an HSA im HumanplasmaHumanplasma wurde durch Chromatographie an
einer C18-RP-HPLC-Säule (Symmetry® 300–5 4.6 × 250 mm
von Waters) durch Gradientenelution (Fluss: 1.2–1.8 mL/min; Eluent A: 30%
200 mM K2HPO4 pH
7,70% Acetonitril; Eluent B: 72.5% 200 mM K2HPO4 pH 7, 28.5% Acetonitril; Gradient: 26 min
Eluent B isokrat., 15 min 0–100%
Eluent A linear) in seine Protein-Bestandteile aufgetrennt und bei
280 nm detektiert (siehe 1).
HSA erscheint dabei als scharfer Peak mit einer Retentionszeit von
ca. 37 min, während
bei der CPT-spezifischen Wellenlänge λ = 370 nm
keine nennenswerte UV-Absorption erfolgt (nicht abgebildet). CPT-CH2-6-Mal läßt sich
unter identischen chromatographischen Bedingungen mit einer Retentionszeit
von ca. 23 min eluieren (siehe 1,
Detektion bei 370 nm).
Nun werden 1.64 mg CPT-CH2-6-Mal in 1.0 mL Phosphatpuffer (0.15 M
NaCl, 0.004 M Natriumphosphat, pH 6.5) bei Raumtemperatur gelöst (2000 μM Lösung) und
250 μL dieser
Lösung
mit 1.0 mL Humanplasma 3 min lang bei 37°C inkubiert und die Probe anschließend auf
die C18-RP-HPLC-Säule aufgetragen (Methode s.
oben). Bei Messung der Absorption bei 370 nm zeigt sich, dass der überwiegende
Teil von CPT-CH2-6-Mal an Albumin gebunden
vorliegt (siehe 1).
Beispiel 5
Nachweis der kontrollierten
Freisetzung von CPT aus den HSA-Konjugaten von CPT-CH2-6-Mal
und CPT-6-Mal
Die Halbwertszeiten der durch Inkubation
von CPT-CH2-6-Mal und CPT-6-Mal mit humanem
Blutplasma generierten HSA-Konjugate wurden mit der in Beispiel
3 beschriebenen HPLC-Methode durch Messung der Abnahme der Peakflächen (λ = 370 nm)
bestimmt:
Konjugat mit CPT-6-Mal: t1/2 =
9 h, Konjugat mit CPT-CH2-6-Mal: t1/2 = 15 h Somit findet eine kontrollierte
Freisetzung des Wirkstoffs aus den HSA-Konjugaten statt.
Beispiel 6
Wirksamkeit von CPT-CH2-6-Mal und CPT-6-Mal in vivo
Die unten aufgeführten biologischen Daten verdeutlichen
eine erhöhte
in-vivo-Wirksamkeit
von CPT-CH
2-6-Mal und CPT-6-Mal im Vergleich
zu freiem Camptothecin.
Tiere: Nacktmäuse Tumormodell: HT 29(Kolorektalkarzinom)
Therapie:
Tag 13, 17, 21, 25; i. v. (CPT und Derivate in jeweils 0.15–0.3 mL
isoton. Kochsalzlösung/Tween
80 9 : 1)