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Die
vorliegende Erfindung betrifft neue, gegen Tumoren wirksame Anthracyclindisaccharide,
ihre Herstellung und pharmazeutische Präparate, die sie enthalten,
gemäß den Patentansprüchen. Diese
Anthracycline sind als Antitumormittel verwendbar und wirksam gegen
gram-positive und gram-negative Bakterien.
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EP 0 311 054 A2 beschreibt
ein Anthracyclin-Derivat, das eine Daunosamin-Rhodinose oder Daunosamin-Deoxyfucose
an der Position 4' aufweist.
US 4418192 beschreibt Anthracyclinonglycoside,
die erhalten wurden, indem ein Trisaccharid mit verschiedenen Anthracyclinonverbindungen,
wie z.B. Aklavinon, Daunomycinon, Adriamycinon und Carminomycinon,
behandelt wurden.
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Die
Verbindungen, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden,
haben die nachstehend angegebene Formel:
worin R bedeutet:
(I)
COCH
3 = 4'-O-Vancosaminyldaunomycin,
(II)
CHOHCH
3 = 4'-O-Vancosaminyl-13-dihydrodaunomycin
(III)
COCH
2OH = 4'-O-Vancosaminyldoxorubicin.
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Das
Disaccharid des Anthracyclins (I), worin R = COCH3,
kann durch ein mikrobiologisches Verfahren hergestellt werden, das
die Fermentierung von Streptomyces sp.-Kulturen umfaßt, die
in unserer Stämmebank mit
der Nr. 15105 identifiziert sind und am 20.03.1996 bei der DSMZ – Deutsche
Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ), Mascheroder
Weg 1b, D-38124 Braunschweig, Deutschland hinterlegt wurden, welche
den Status einer internationalen Hinterlegungsbehörde unter
dem Budapester Vertrag über
die internationale Anerkennung der Hinterlegung von Mikroorganismen
zum Zweck der Patentverfahren erwarb, und zwar unter der Nr. 10632
unter aeroben Bedingungen in einem Flüssigsubstrat, das assimilierbare
Quellen für
Stickstoff, Kohlenstoff und Mineralsalze enthält.
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(I)
wird aus der gleichen Kulturbrühe
gemäß dem in
der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren erhalten.
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Die
Verbindung mit der Formel (I), worin R = COCH3 ist,
kann in andere Verbindungen mit der Formel (II), in denen R = CHOHCH3 ist, und (III), worin R = COCH2OH
ist, mittels geeigneter chemischer Reaktionen umgewandelt werden.
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Charakteristiken
des Mikroorganismus
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Mikroskopische
Charakteristiken
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Das
vegetative Mycel ist aus verzweigten Hyphen mit unterschiedlicher
Länge und
0,5 bis 0,9 μm Durchmesser
gebildet; das Luftmycel, das sich von dem ersteren ableitet, ist
aus langen und gebogenen Hyphen gebildet, die oft kollabiert und
verdreht sind und einen Durchmesser von 0,9 bis 1,2 μm haben.
Die Sporulierung ist sehr schlecht und erfolgt in kurzen Ketten,
die in Form von Haken enden. Die Sporen sind oval und messen 0,8
bis 1,1 × 1,9
bis 2,2 μm.
Bei rasterelektronenmikroskopischer Überprüfung erscheinen die Sporen mit
einer glatten Oberfläche.
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Makroskopische Charakteristiken
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Die
Kulturcharakteristiken des 15105 Stamms werden in Tabelle 1 angegeben.
Das Wachstum ist allgemein gut auf organischen und synthetischen
Medien. Der Verlauf des Wachstums wurde nach 14 Tagen Inkubation
bei 28°C
bewertet.
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Die
biochemischen und physiologischen Charakteristiken des Stamms 15105
werden in den Tabellen 2 und 3 angegeben.
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Kein
Wachstum wurde bei Temperaturen oberhalb 40°C beobachtet.
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Identifizierung und Klassifizierung
von Stamm 15105
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Alle
Charakteristiken, die der Stamm 15105 zeigt, entsprechen eindeutig
denen, die von Waksman and Henrici für die Gattung Streptomyces
berichtet wurden.
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Tabelle
2 Biochemische
Charakteristiken von Stamm 15105
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- + = positive Reaktion
- – =
negative Reaktion
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Das
für den
Test verwendete Medium war Hefe-Stickstoffbase (Difco), ergänzt mit
1 % K2HPO4.
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Tabelle
3 Biochemische
Charakteristiken von Stamm 15105
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- + = positive Reaktion
- – =
negative Reaktion
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Das
für das
Wachstum des Stamms verwendete Medium war ISP3 (Difco). Zur Bestimmung
der enzymatischen Aktivität
wurde eine Suspension des Mycels in Wasser verwendet.
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Fermentierung
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Die
Fermentierung kann in flüssiger
Phase ausgeführt
werden, die bei einer Temperatur im Bereich zwischen 25 und 33°C während Zeiten
im Bereich von zwischen 4 und 7 Tagen gerührt wird. Das Kulturmedium kann
aus Quellen für
Kohlenstoff, Stickstoff und Mineralsalzen bestehen. Die Kohlenstoffquellen
können
Stärke,
Dextrin, Glucose, Glyerin, Mannit und Maltose sein; Stickstoffquellen
können
Maislikör,
Sojamehl, Trockenhefe, Pepton und Kasein sein. Gute Ergebnisse werden
auch unter Verwendung von Ammoniumsalzen wie Ammoniumnitrat und
Ammoniumsulfat erhalten. Die zur Produktion verwendeten Mineralsalze
können
in Abhängigkeit
vom Kulturmedium variieren. In einem komplexen Kulturmedium, das
verschiedene Arten von Mehlen oder Fermentationsresten enthält, kann
die Zusammensetzung von Calciumcarbonat oder Calciumphosphat nützlich sein.
Die Fermentierung kann in einem Becherglas und in Fermentern mit
unterschiedlichen Volumina durchgeführt werden.
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Analysemethoden
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Wenn
die Extrakte aus Fermenterbrühen,
Rohmaterial, Fraktionen von Chromatographiesäulen und Proben, die sich von
chemischen Reaktionen ableiten, durch Dünnschichtchromatographie (DC-Platten 60-F-254
Merck) überprüft und in
einer Mischung von Chloroform:Methanol:Essigsäure:Wasser 80:20:14:6 entwickelt werden,
zeigen die Verbindungen (I), (II) bzw. (III) chromatographische
Rf-Werte von 0,25, 0,15 bzw. 0,12.
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Wenn
Proben, die durch eine milde Säurehydrolyse
von (I), (II) und (III) erhalten werden, mit DC unter Verwendung
des gleichen Laufmittels untersucht werden, erscheinen rote Flecken
mit chromatographischen Rf-Werten von 0,5, 0,4 bzw. 0,35, die identisch
zu denen von Daunomycin (IV), 13-Dihydrodaunomycin
(V) bzw. Doxorubicin (VI) sind.
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Der
durch DC nach Entwicklung in einer Mischung von n-Propanol:Wasser:Ethylacetat:
30 % Ammoniumhydroxid (70:30:10:10) und Detektion mit Schwefelsäure überprüfte wäßrige Rückstand
zeigte einen Fleck mit einem Rf-Wert von 0,55 identisch zu dem von
Vancosamin (VII). Wenn die durch drastische Säurehydrolyse von (I), (II)
und (III) erhaltenen organischen Extrakte durch DC mit einer Mischung
aus Chloroform:Aceton 4:1 als Laufmittel durch DC überprüft werden,
erscheinen rote Flecken mit einem chromatographischen Rf-Wert von
0,5, 0,11 und 0,15, die identisch zu den Flecken von Daunomycinon
(VIII), 13-Dihydrodaunomycinon (IX) und Adriamycinon (X) sind.
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In
dem wie oben beschrieben durch DC überprüften wäßrigen Rückstand werden auch Daunosamin (XI)
mit einem Rf von 0,45 und Vancosamin nachgewiesen.
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Der
Gesamtgehalt der Anthracyclin-Komponenten wird spektrophotometrisch
bei 495 nm bestimmt, wobei als Referenz die spezifische Extinktion
von Daunomycin herangezogen wird.
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Gewinnung
des Rohmaterials aus Fermentierung
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Am
Ende des Fermentationsprozesses ist neue Verbindung (I) hauptsächlich im
Filtrat der Brühe
enthalten, das in alkalischer Umgebung mit einem wasserunmischbaren
Lösungsmittel
wie n-Butanol extrahiert werden kann. Aus der organischen Phase
kann es in angesäuertes
Wasser reextrahiert werden, von dem nach Konzentration in Gegenwart
von Alkoholen, z.B. n-Propanol, durch Zugabe eines kaum polaren
Lösungsmittels
wie z.B. n-Hexan ein roher roter Niederschlag erhalten wird, der
die Verbindung (I) zusammen mit den anderen glycosidierten Anthracyclinen
enthält.
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Aufreinigungsprozeß
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Die
Aufreinigung des Rohprodukts nach der Fermentation, das die Verbindung
(I) und Verbindung (II) und (III), erhalten durch anschließende chemische
Umwandlung von (I), enthält,
kann mittels Revers-Phasen-Chromatographiesäulen, z.B. Lichroprep® RP-(8)
(Merck) erfolgen. Wäßrige Lösungen,
die die aufzureinigenden Produkte enthalten, können mit Mischungen von Wasser
und organischen Solventien wie z.B. Acetonitril, angesäuert mit
Säuren
wie Trifluoressigsäure,
als Laufmittel chromatographiert werden. Die aus der Säule gewonnenen
und vereinigten und konzentrierten Fraktionen können lyophilisiert werden.
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Nach
diesen Verfahren sind reine Proben der neuen Anthrachinondisaccharide
4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I), 4'-O-Vancosaminyl-13-dihydrodaunomycin
(II) und 4'-O-Vancosaminyldoxorubicin
(III), Gegenstände
der vorliegenden Erfindung, erhalten worden.
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Physikochemische Eigenschaften
von (I), (II) und (III)
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Die
neuen Verbindungen (I), (II) und (III), die als gefriergetrocknete
rote Produkte in Form der Trifluoracetatsalze erhalten werden, sind
in Wasser, Dioxan und Alkoholen löslich, jedoch in Chloroform,
Ethylether und n-Hexan unlöslich.
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Die
physikochemischen Eigenschaften werden in Tabellen 4 und 5 zusammengefaßt.
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Tabelle 5 [1H-NMR-Spektrum
von (I)]
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- (200 MHz, DMSO-d6; 22°C): 1,12
(d, J=6,4Hz, 3H, CH3-6');
1,15 (d, 6,4Hz, 3H, CH3-6'');
1,49 (s, 3H, CH3-3'');
1,7–1,9
(m, 3H, 2'eq + 2'ax + 2''ax); 2,00 (dd, J=4,1Hz, J=13,2Hz, 1H,
2''eq); 2,10 (m, 2H,
CH2-8); 2,26 (s, 3H, COCH3);
2,88–2,94
(zwei Doubletts, J=18,4Hz, 2H, CH2-10);
3,27 (m, 1H, 4''); 3,45 (m, 1H, 3'); 3,73 (s, 1H, 4'); 3,97 (s, 3H, OCH3); 4,28 (m, 2H, 5' + 5''), 4,91 (dd, J=4,5Hz,
J=4,5Hz, 1H, 7); 4,97 (d, J=4,1Hz, 1H, 1'');
5,32 (s, 1H, 1');
5,61 (s, 1H, OH-9); 5,73 (d, J=5,9Hz, 1H, OH-4'');
7,65 (m, 1H, 3); 7,90 (m, 2H, 1 + 2); 8,0 (bs, 6H, 2-NH3+).
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Die
chemische Verschiebung wird als Wert (ppm) bezogen auf Tetramethylsilan
angegeben.
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Strukturaufklärung
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Mittels
einer schwachen Säurehydrolyse
von (I), (II) und (III) werden Daunomycin (IV), 13-Dihydrodaunomycin
(V), Doxorubicin (VI) bzw. Vancosamin (VII) erhalten.
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Mittels
einer drastischen Säurehydrolyse
von (I), (II) und (III) werden die roten Aglycone Daunomycinon (VIII),
13-Dihydrodaunomycinon
(IX), Adriamycinon (X), Daunosamin (XI) bzw. Vancosamin (VII) erhalten.
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Auf
Basis der durch Zersetzung erhaltenen Produkte und der spektroskopischen
Daten kamen wir zur Schlußfolgerung,
daß die
Verbindungen (I), (II) und (III) neue Disaccharide der wohlbekannten
Anthracycline Daunomycin, 13-Dihydrodaunomycin bzw. Doxorubicin
sind, die in Position 4' das
Zuckeramin Vancosamin gebunden enthalten.
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Die
in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen chemischen Strukturen
werden in Schema 1 angegeben.
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Biologische Aktivität
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a) Antibakterielle Aktivität
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Die
minimale inhibitorische Konzentration MIC von 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I) wurde für
einige Mikroorganismen mit der Verdünnungsreihenmethode in Agar
bestimmt und wird in Tabelle 6 angegeben.
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Tabelle
6 Antibakterielle
Wirksamkeit von 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I)
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b) Antitumoraktivität
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Die
cytotoxische Aktivität
von 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I) wurde in vitro mit LoVo-Zellen getestet, die sensitiv bzw. resistent
gegenüber
Doxorubicin (LoVo/Dxr) sind, und wird in Tabelle 7 gezeigt.
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Tabelle
7 LoVo/Dxr-Zellen Kolonie-Test:
4 h Behandlung
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- IC50 = Konzentration, die 50 % der
Bildung der Kolonie inhibiert ± S.
E. (Standardabweichung);
- I.R. = Resistenzindex: Verhältnis
zwischen IC50 LoVo/Dx und IC50 LoVo.
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Die
antileukämische
Wirkung von 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I) wurde in vivo gegen L1210 aszitische Leukämie von Mäusen getestet, wie in Tabelle
8 gezeigt wird.
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Tabelle
8 Antileukämische Wirksamkeit
von 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I) gegen L 1210 aszitische Leukämie
bei Mäusen
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- 1 = mg/kg
- 2 = mittlere Überlebenszeit
der behandelten Mäuse/mittlere Überlebenszeit
der Kontrollen
- 3 = Anzahl Todesfälle
aufgrund von Toxizität/Zahl
der behandelten Mäuse
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Das
in vivo bei Mäusen
gegen L1210 murine aszitische Leukämie getestete Produkt (I) zeigte
eine Aktivität
vergleichbar zu der von Daunorubicin mit einer niedrigeren Toxizität, wie aus
Tabelle 8 ersichtlich ist.
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Die
folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne
sie zu beschränken.
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Beispiel 1
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Die
Kultur von Streptomyces sp. 15105 wurde 12 Tage bei 28°C auf CZY
Agar-Medium gezüchtet
(3 % Sucrose; 0,4 % Hefeextrakt; 0,3 % NaNO3;
0,1 % K2HPO4; 0,05
% MgSO4·7H2O;
0,05 % KCl; 0,001 % FeSO4·7H2O; 2 % Agar, 100 ml entionisiertes Wasser;
pH 6,7, Sterilisierung bei 120°C
während
20 min).
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Die
so erhaltenen Sporen der Kultur wurden gesammelt und in einem 300
ml-Kolben, der 30 ml des folgenden Kulturmediums enthielt, suspendiert:
1 % Casein; 2 % Dextrin; 1 % Maislikör, 0,1 % (NH4)2SO4; 0,01 % K2HPO4; 0,5 % CaCO3; 100 ml entionisiertes Wasser. Sterilisierung
bei 120°C
während
20 min. Der pH nach der Sterilisierung variiert zwischen 6,8 und
7,0. Die inokulierten Kolben wurden dann 2 Tage bei 28°C auf einer rotierenden
Schüttelmaschine
bei 280 U/min mit 7 cm Exzentrizität gerührt. Ein Volumen entsprechend
2 ml der oben beschriebenen Kultur wurde in den 300 ml-Kolben, der
30 ml des folgenden Kulturmediums enthielt, inokuliert: 6 % Stärke; 1,8
% Maislikör;
0,1 % Hefeextrakt; 0,25 % NaCl; 0,3 % CaCO3;
0,001 % FeSO4·7H2O; 0,001
% ZnSO4·7H2O;
0,001 % CuSO4·5H2O;
100 ml entionisiertes Wasser. Sterilisierung bei 120°C während 20
min. Die Kolben wurden 7 Tage bei 28°C auf einer rotierenden Schüttelmaschine
bei 280 U/min mit 7 cm Exzentrizität inkubiert.
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Beispiel 2
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Die
gemäß Beispiel
1 erhaltenen Kulturbrühen
(20 l), ergänzt
mit Acetonitril (10 l) wurden über
Celite® filtriert.
Das Filtrat wurde unter Vakuum konzentriert (6 l) und bei pH 8,2
mit n-Butanol (2 × 500
ml) extrahiert. Zu der organischen Phase, die die Verbindung (I)
mit anderen Anthracyclinen enthält,
wurde mit HCl angesäuertes
Wasser (100 ml, pH 2,5) und anschließend Ethylether (2 l) und n-Hexan
(2 l) zugegeben. Nach Schütteln wurde
die wäßrige Phase
abgetrennt und unter Vakuum mit n-Propanol auf ein kleines Volumen
konzentriert, spektrophotometrisch titriert, mit 2 Äquivalenten
methanolischer HCl und einem Überschuß n-Hexan
ergänzt, um
so die Bildung eines rohen roten Niederschlags zu induzieren. Der
Niederschlag wurde durch Filtration gewonnen und unter Vakuum getrocknet
(600 mg).
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Nach Überprüfung durch
DC enthielt er auch die neue Verbindung (I) zusammen mit den anderen
glycosidierten Anthracyclinen.
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Beispiel 3
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Der
rohe Niederschlag, der (I) enthält
und wie beschrieben in Beispiel 2 erhalten wurde, wurde in einem
kleinen Volumen Wasser:Acetonitril (9:1) gelöst und auf einer Lichroprep
RP-8-Säule
(310-25 mm) chromatographiert. Die Eluierung erfolgte mit einer
Mischung aus Wasser:Acetonitril (8:2), eingestellt auf pH 3 mit Trifluoressigsäure. Die
gesammelten Fraktionen wurden durch DC analysiert, die Fraktionen
mit einheitlichen Flecken zu einer einzigen Fraktion vereinigt und
diese dann unter Vakuum konzentriert und lyophilisiert.
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75
mg eines roten gefriergetrockneten lyophilisierten Produkts wurden
erhalten, dessen Charakteristiken in Tabelle 4 und 5 beschrieben
sind.
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Ein
Aliquot (6 mg), gelöst
in Dioxan (0,5 ml) wurde nach Zugabe von 0,1 N wäßriger Essigsäure (0,2 ml)
1 h auf 85°C
erhitzt. Die mit Wasser verdünnte
Reaktionsmischung wurde bei pH 8,2 mit Chloroform extrahiert, die
organische Phase über
Natriumsulfat getrocknet und auf ein kleines Volumen eingeengt,
titriert und mit einem Äquivalent
methanolischer HCl ergänzt.
Der gebildete gewonnene und getrocknete Niederschlag (3 mg) wurde
durch DC analysiert und durch Vergleich mit einer authentischen
Probe als Daunomycin (IV) identifiziert. Die restliche wäßrige Phase
enthielt den Aminozucker Vancosamin (VII), der durch direkten Vergleich mit
einer authentischen Probe im DC identifiziert wurde.
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Ein
zweites Aliquot (6 mg) wurde in 0,2 N (2 ml) HCl gelöst und 1
h auf 100°C
erhitzt. Der durch Filtration gewonnene, mit Wasser gewaschene und
getrocknete rote Niederschlag (2 mg) wurde durch DC untersucht und
als Daunomycinon (VIII) durch direkten Vergleich mit einer authentischen
Probe identifiziert.
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Der
durch DC untersuchte wäßrige Rückstand
enthielt zwei Aminozucker, die durch direkten Vergleich mit zwei
authentischen Proben als Daunosamin (XI) und Vancosamin (VII) identifiziert
wurden.
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Das
durch Fermentation so erhaltene Produkt wurde als 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I) identifiziert.
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Beispiel 4
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Eine
Probe von reinem 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I) (8 mg), das gemäß Beispiel
2 erhalten wurde, wurde in Wasser (0,8 ml) gelöst, mit wäßriger NaHCO3 auf
pH 9 gebracht, mit NaBH4 (0,6 mg) versetzt
und 5 min bei Umgebungstemperatur gehalten. Nach Zugabe von einigen
Tropfen Methanol und 0,05 N HCl bis pH 4,5 wurde die Lösung auf
einer RP-8-Säule
wie beschrieben in Beispiel 3 chromatographiert, so daß man nach Gefriertrocknung
ein neues rotes Produkt erhielt, dessen Charakteristiken in Tabelle
4 beschrieben sind. Aus einem Aliquot, das einer milden Hydrolyse,
wie beschrieben in Beispiel 3, unterzogen wurde, wurden 13-Dihydrodaunomycin
(V) und Vancosamin (VII) erhalten und durch direkten Vergleich mit
authentischen Proben im DC identifiziert.
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Aus
einem Aliquot, das einer drastischen sauren Hydrolyse unterworfen
wurde, wie beschrieben in Beispiel 3, wurden 13-Dihydrodaunomycinon (IX), Daunosamin
(XI) und Vancosamin (VIII) durch Vergleich mit authentischen Proben
im DC identifiziert.
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Das
durch chemische Umwandlung von (I) so erhaltene neue Produkt wurde
als 4'-O-Vancosaminyl-13-dihydrodaunomycin-(II)
identifiziert.
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Beispiel 5
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Eine
Probe von 4'-O-Vancosaminyldaunomycin
(I) (15 mg) wurde in einer Mischung aus wasserfreiem Methanol:Dioxan
1:3 gelöst
und mit Ethylorthoformiat (0,05 ml) versetzt. Nach 15 min wurde
die Lösung
auf 5°C
abgekühlt,
mit Br2 (0,15 ml in 5 CHCl3),
HCl (2,5 M in 0,02 ml Methanol) versetzt und bei 4°C über Nacht gehalten.
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Durch
Zugabe von 5 Volumina n-Hexan wurde ein roter Niederschlag erhalten,
der in Aceton (1 ml), 0,25 M wäßriger HBr
(1 ml) gelöst
und über
Nacht bei 4°C
stehen gelassen wurde. Diese Lösung
wurde mit 1 M wäßriger NaCOOH
auf pH 4,3 gebracht und unter magnetischem Rühren bei Umgebungstemperatur
2 Tage gehalten und dann auf einer RP-8-Säule
wie beschrieben in Beispiel 3 chromatographiert.
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Ein
neues rotes Produkt wurde nach Gefriertrocknung (6 mg) erhalten,
dessen Charakteristiken in Tabelle 4 beschrieben sind.
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Aus
einem Aliquot, das wie in Beispiel 3 einer milden Säurehydrolyse
unterworfen wurde, wurden Doxorubicin bzw. Vancosamin erhalten und
durch direkten Vergleich mit authentischen Proben im DC identifiziert.
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Aus
einen Aliquot, das einer drastischen Säurehydrolyse unterworfen wurde,
wie beschrieben in Beispiel 3, wurden Adriamycinon (X), Vancisamin
(VIII) und Daunosamin (XI) jeweils durch Vergleich mit authentischen
Proben im DC identifiziert.
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Das
durch chemische Umwandlung von (I) so erhaltene neue Produkt wurde
als 4'-O-Vancosaminyldoxorubicin
(III) identifiziert.