DE3102621A1 - Verfahren zur herstellung von heparinen mit niederem molekulargewicht mit ausgezeichneten pharmakologischen eigenschaften, nach dem verfahren hergestellte heparine und diese enthaltende arzneimittel - Google Patents
Verfahren zur herstellung von heparinen mit niederem molekulargewicht mit ausgezeichneten pharmakologischen eigenschaften, nach dem verfahren hergestellte heparine und diese enthaltende arzneimittelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Heparinen mit niederem Molekulargewicht und ausgezeichneten
pharmakologischen und therapeutischen Eigenschaften aus normalem Heparin als Ausgangsmaterial.
Heparin ist ein wohlbekanntes und stabiles, einwertiges oder zweiwertiges Salz der instabilen Heparinsäure. Es
ist ein Polymerisat aus einer Disaccharideinheit, gebildet durch Hexuronsäuren (D-Glukuron- und L-Iduronsäure)
und Glukosamin-60- und N-sulfat, verbunden durch alpha-1-4~
Glykosidbindungen.
Die Antigerinnungseigenschaften von Heparin sind seit zahlreichen Jahren bekannt, nämlich seit seiner Entdeckung
und Isolierung aus Geweben im Jahre 1917·
Heparin liegt in unterschiedlichen Formen in zahlreichen Geweben und Zellen vor, und es ist mehr oder weniger lose
an eine Proteineinheit gebunden. In der Haut und insbesondere in den Lungen von unterschiedlichen Arten liegt Heparin
in einer hochmolekularen Form vor, welche gegenüber der Wirkung von Ascorbinsäure oder von einigen Enzymen,
deren Anwesenheit in der Intestinalschleimhaut angenommen wird, empfindlich ist. Nach der Behandlung mit Ascorbinsäure
oder mit Homogenaten von Intestinalschleimhäuten können diese makromolekularen Formen von Lungen- oder Hautheparin
zu der gleichen Molekulargröße des Heparins reduziert werden, das aus der Intestinalschleimhaut isoliert
werden kann.
Das Heparin,.welches aus Intestinalschleimhaut isoliert wurde
und ein mittleres Molekulargewicht (MW) von 15 000 Dalton besitzt,
oder Heparine aus anderen Quellen, welche auf diesen Wert Fw nach irgendwelchen der zuvor beschriebenen, konventionellen
Methoden reduziert wurden, stellen Produkte mit minimaler Größe der natürlichen Heparinmoleküle dar. Im
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Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein- solcher Heparintyp
als normales Heparin bezeichnet« Tatsächlich, existieren im Körper
keine Enzyme, welche das Heparin aus IntestinalSchleimhaut
in Fraktionen mit niedrigerem Molekulargewicht aufspalten könnten, und es wurden auch keinerlei chemische Methoden bislang entwickelt,
welche zur Depolymerisierung des normalen Heparinmoleküls ohne Gesamtverlust seiner biologischen Aktivität in
der Lage gewesen wären.
ITur bestimmte mikrobielle Enzyme, z.B. Heparinase aus
j^lavobacterium heparinum, sind in der Lage, das Heparinmolekül
in modifizierte Disaccharideinheiten vollständig
zu dissoziieren. Diese Methode wurde bei Strukturuntersuchungen eingesetzt, jedoch hat sich als ungeeignet herausgestellt,
um irgendwelche neuen, biologisch aktiven Moleküle zu gewinnen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren, v;odurch es möglich ist, bei Verwendung von normalem Heparin
als Ausgancsmaterial Fraktionen von Heparin mit niedrigerem
Molekulargewicht zu erhalten, welche eine erhöhte, pharmakologische
Aktivität besitzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgende Stufen umfaßt:
a) Ansäuern von normalem Heparin unter Gewinnung von Heparinsäure,
b) Depolymerisieren dieser Heparinsäure durch Erhitzen
in einem Autoklaven in Anwesenheit von Peroxiden unter Gewinnung von Heparamin mit niederem Molekulargewicht,
c) Sulfatierung dieses Heparamins zu dem entsprechenden
Heparin mit niederem Molekulargewicht.
Ein Schema der Reaktionen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist im folgenden dargestellt.
130050/0506
(i)
CH2OSO3Na η
COONa ' CH2OSO3Na η
Ο-
(IV)
(ID
CH2OSO3H 0.
,OH
NH-SO3H-
CH2OSO3H -
(III)
worin m < n und 7<m <22, falls n Öi26t7, wobei dies der
n~ -Wert ist, welcher Heparin mit HW" Ä* 15 000 1>
entspricht.
Er berechnet sich wie folgt:
000
?52
26,7
worin 562 der Wert Rw" der Disaccharideinheit (der chemischen
Formel C^ ^H^t-O. ^NS2Na,) ist, der durch die zuvor gezeigten
Formeln(I) und (IV) dargestellt wird.
Gemäß dem zuvor gegebenen Reaktionsschema zeig , die Formel I
das Natriumsalz von normalem Heparin. Aus Gründen der Einfachheit zeigt diese Formel nur D-Glukuronsäur·; und nicht
den Teil des Moleküls, der L-Iduronsäure enthä.t. In gleicher
Weise kann ein beliebiges anderes einwertiges oder zweiwertiges Kation anstelle des Natriumkations vorliegen.
Dieses Heparin I wird angesäuert, um die freie Säure hiervon herzustellen, die Heparinsäure der Formel ^I entsprechend
der im Schema gezeigten Stufe a).
130050/050«
Die Heparinsäure der Formel II wird in der· Stufe b) unter
Verlust der größeren Anzahl von N-SuIfatgruppen und unter
Bildung eines Heparamins der Formel III depolymerisiert.
Abschließend wird das Heparamin der Formel III in der
Stufe c) unter Rückbildung der N-SuIfatgruppen behandelt,
um das Endprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erhalten,
d.h. Heparine der Formel IV, welche als LMW-Heparine bzw. RD-Heparine definiert werden, wobei LMW niedriges
Molekulargewicht und RD rekonstituiert + depolymerisiert bedeuten.
Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Heparinsäure
aus normalem Heparin I durch einfaches Ansäuern oder vorzugsweise durch Behandlung mit Kationenaustauscherharzen
erhalten.
Die Heparinsäure II wird dann in der Stufe b), dar Depolymerisationsstufe,
behandelt, wobei diese vorteilhafterweise in einem Autoklaven in Anwesenheit eines Peroxids, z.B. von
H2°2' durcl1 Erhitzen auf einen Druck vorzugsweise zwischen
1 und 2 bar durchgeführt wird und wobei die Autoklavenbehandlung zu vorher ausgewählten Zeitpunkten gestoppt werden
kann, z.B. nach 15, 30, 60, 120 bzw. 240 Minuten. Auf diese Weise ist es möglich, Endprodukte, d.h. LMiJ- oder RD-Heparine
mit unterschiedlichen mittleren Molekulargewichten (MW) in
einem Bereich annähernd zwischen 12 000 und 4000 D,bei Verwendung von normalem Heparin mit MW von 15 000 D,zu erhalten.
Die Ausbeuten dieser Depolymerisation sind in allen Fällen gleich, sie betragen etwa 65 Gew.-/ö. Die Abnahme des mittleren
Molekulargewichts wird durch Titration der endständigen, reduzierenden Gruppen nach der Methode von Somogji
oder durch Bestimmung der Verminderung der spezifischen Viskosität verfolgt bzw. bestimmt.
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Die Produkte der Depolymerisation sind Heparamine III mit niederem Molekulargewicht, wobei das Molekulargewicht
hiervon niedriger als dasjenige des entsprechenden Ausgangsheparins I bis zu einem Wert von einem Drittel
ist, was von den vorher ausgewählten, unterschiedlichen Zeiten der Autoklavenbehandlung abhängt.
Da bei dieser Depolymerisationsstufe, wie bereits zuvor
beschrieben, der Hauptanteil der an den Stickstoff gebundenen
Sulfatgruppen verloren geht, wird das Heparamin III abschließend, d.h. nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches
und einem Anheben des pH-Wertes, einer Behandlung zur Wiedereinführung der aktiven Schwefelsäuregruppen zur Herstellung
des Endproduktes IV entsprechend dieser Stufe c) nach an sich bekannten Methoden unterworfen, beispielsweise durch
Reaktion mit Sulfotrioxiden von stickstoffhaltigen Basen, z.B. Pyridinsulfotrioxid, Trimethylaminsulfotrioxid, usw.,
und zwar in Anwesenheit von alkalischen Karbonaten, oder durch Reaktion mit Chlorsulfonsäure und stickstoffhaltigen
Basen.
Die Ausbeuten an Endprodukten sind unabhängig von der Behandlungsseit
im Autoklaven in allen Fällen hinsichtlich des Gewichtes gleich, wenn auf die Menge an Ausgangsheparin
rückbezogen wird.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Eine Menge: von 20 g Natrium- oder Kalziumheparin mit einer
Antigerinijungsaktivität von 150 IU/mg (IU = Internationale
Einheiten) wurde in 100 ml entionisiertem Wasser aufgelöst und auf eine Säule gegeben, welche 100 ml Kationenaustauscherharz
in der H+-Form (Amberlite IRC 120) enthielt.
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Die üäule wurde mit 100 ml entionisiertem .Wasser gewaschen,
und die Flüssigkeiten wurden aufgefangen. Der pH-Wert der Lösung betrug 1 bis 1,5· 20 ml einer gesättigten Lösung von
Wasserstoffperoxid (36 %) wurden hinzugegeben, und die Flüssigkeit
wurde in einem Autoklaven 15 Minuten bei 1 bar erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur wurde der pH-Wert
mit 2N UaOH auf 7»2 angehoben, dann wurden 16 ml Pyridin
und 16 g Pyridinsulfotrioxid unter Rühren hinzugesetzt.
Die Reaktion wurde für 12 Stunden fortgeführt, wobei kleine Zugaben von Pyridin zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes zwischen
Werten von 5 und 6 erfolgten. Der pH-Wert wurde dann mit NaOH auf 8 angehoben, und die Lösung wurde im Vakuum
auf 100 ml unter Entfernung des überschüssigen Pyridins konzentriert. Salze wurden in einer Mischbettionenaustauschersäule
entfernt, und die Lösung wurde sterilfiltriert und gefriergetrocknet.
Ausbeute = 65 % in Form eines weißen Pulvers mit einer Antigerinnungsaktivität
von 85-100 IU/mg und einem mittleren Molekulargewicht MW nach der Somogji-Methode von 2/3 des
Wertes des Ausgangsmaterials.
20 g Natrium- oder Kalziumheparin mit einer Aktivität von
150 IU/mg wurden in 100 ml Wasser (entionisiert und sterilisiert)
aufgelöst und durch Behandlung über einem Kationenaustauscherharz in der H+-florm von den Kationen befreit.
Zu der Lösung mit einem pH-Wert von 1 bis 1,5 wurden 20 ml Peressigsäure als 40 %ige Lösung zugesetzt, dann wurde dieses
Gemisch 60 Minuten bei 1 bar in einem Autoklaven behan-JeIt.
Nach dem Abkühlen und dem Erhöhen des pH-Wertes auf 7,2 wurden 20 g Triraethylaminsulfotrioxid + 2Og NapCO, zuge-
130050/05öß
setzt. Das Reaktionsgemisch wurde für mehrere Stunden bei
einer 600O nicht übersteigenden Temperatur gerührt, dann
wurde es über eine Mischbettionenaustauschersäule (Dowex Retardion 11 A 8) geschickt. Der pH-Wert der Lösung wurde
auf 6 eingestellt, die Lösung wurde abgekühlt und es wurden 3 Volumina Ethanol zugesetzt. Der weiße Niederschlag
wurde gesammelt, mit Ethanol oder Methanol oder Aceton gewaschen und dann im Vakuum getrocknet.
Das erhaltene Endprodukt besaß eine Antigerinnungsaktivität von 55 bis 50 IU/mg und einen Wert MW nach der Somogji-Methode
von 1/3 des Wertes des Ausgangsmaterials.
Unter Wiederholung der Arbeitsweise von Beispiel 1 jedoch
mit der Ausnahme, daß die Autoklavenbehandlung 30 Minuten
bei 2 bar betrug, wurde ein Endprodukt mit einer Antigerinnungsaktivität von 35-50 IU/mg und einem Wert MW
von etwa 1/3 des Ursprungswertes erhalten.
Es wurde vorher angegeben, daß das Produkt IV eine chemische Zusammensetzung, nämlich Gehalte an SuIfatgruppen, Hexosamingruppen,
Hexuronsäuregruppen, und bestimmte physikalischchemische Eigenschaften (spezifische optische Drehung) besitzt,
die mit denjenigen des gereinigten leparins I identisch
sind, daß es Jedoch einen unterschieilichen Wert bei
der Titration der endständigen, reduzierenden Gruppen nach der Somogji-Methode, eine unterschiedliche elektrophoretische
Mobilität und verschobene Wellenlängenabsorptionsmaxima in den mit basischen Farbstoffen gebildeten Komplexen, z.B. dem
Komplex mit Toluidinblau, ergibt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen LMW-Heparine oder RD-Heparine zeigen sehr vorteilhafte pharmakologische
und therapeutische Eigenschaften im Vergleich
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zu normalem Heparin I.
Die wichtigste Eigenschaft hiervon ist ein modifiziertes Verhältnis sowohl in vitro als auch in vivo (bei Tierexperimenten
und bei Menschen) zwischen der antithrombotischen Aktivität und der Gesamtantigerinnungnaktivität,
gemessen euren das Verhältnis
worin bedeuten Anti-Xa-Test = Yin-Test
APTT = aktivierte, partielle Thromboplastinzeit
Die verschiedenen RD-Heparine gemäß der Erfindung zeigen zunehmende Werte des Verhältnisses von
Antithrombotische Aktivität öesamtantigerinnungsaktivität
mit abnehmenden Werten MW1 obwohl die spezifische Antigerinnungsaktivität
mit abnehmendem Wert MW abnimmt.
In jedem Fall besitzt normales Heparin mit einem Wert MW = 15 000 eine Gesamtantigerinnungsaktivitat Ji 15O IU/mg und
ein Verhältnis Anti-Xa/APTT = 1, während RD-Heparine gemäß
der Erfindung eine Gesamtantigerinnungsaktivitat < 150 IU/mg
und einen Wert für Anti-Xa/APTT von > 1 besitzen.
Insbesondere ist das Verhältnis beinah doppelt to hoch für
die Verbindung IV im Vergleich zu dem Wert der Verbindung I. Dies bedeutet, daß auf Basis der gleichen Antigerinnungsaktivität
die antithrombotische Aktivität der Verbindung IV doppelt so hoch wie von normalem Heparin I ist. Anders ausgedrückt
bedeutet dies, daß für die Werte der Antigerinnungsaktivität nur die Hälfte einer Dosis der Verbindung IV oder
sogar weniger erforderlich ist, um die gleiche antithrombotische Wirkung zu erzielen, wie sie mit einer Gesamtdosis
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von normalem Heparin erreicht wird.
Die oben angegebenen Werte wurden bei Tierexperimenten durch Messung der Schutzwirkung von intravenös applizierten Verbindungen
I und IV gegenüber der Bildung von Thrombin und Thromboplastin-induzierten Thromben bestätigt.
Daher ist es mit den RD-Heparinen, welche nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt werden können, möglich, das am meisten geeignete Produkt hinsichtlich der Werte der spezifischen
Antigerinnungsaktivitat und des spezifischen Verhältnisses von antithrombotischer Wirkung zu Antigerinnungswirkung
für bestimmte Anwendungszwecke auf dem Gebiet des Schutzes gegenüber Thrombosen auszuwählen.
Beispielsweise kann ein Patient im thrombogenen Stadium mit sdr verkürzter Gerinnungszeit ein antithrombotisches Mittel
mit einer ziemlich hohen Antigerinnungsaktivitat erfordern, während ein Patient, der einem chirurgischen Eingriff unterzogen
wird, wo die beiden Risiken der Kapillarblutunc und
der postoperativen Thrombose gegeben sind, ein antithrombotisches Mittel mit geringer Antigerinnungsaktivitat
benötigen könnte.
Zusätzlich verbleiben Verbindungen IV nach der subkutanen Applikation beim Menschen langer im Blutstrom als die Verbindung
I. Unterschiedliche Tests, nämlich die Rekalzifizierungszeit, die aktivierte, partielle Thromboplastinzeit
(APTT), die Thrombinzeit, die Anti-Xa-Aktivität, wurden für Untersuchungen angewandt, wie lange Verbindungen IV im Kreislauf
verbleiben.
Darüber hinaus zeigen die Verbindungen IV eine gewisse orale Absorption bei bestimmten Tierarten (Ratten, Meusen, Hunden),
während die Verbindung I oral nicht absorbiert wird.
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Claims (8)
- PATENTANWÄLTEMANlTZ, FINSTERWALD & QRÄMKOWHEPAIi INDUSTRIES INC. 160 Industrial Drive FRANKLIN, Ohio / USADEUTSCHE PATENTANWÄLTEDR. GERHART MANITZ dipl -physMANFRED FINSTERWALD ■ dipl -ING.. DIPL-WiRTSCH.-ingWERNER GRÄMKOW dipl -ing DR. HELIANE HEYN dipl -Chem HANNS-JÖRG ROTERMUND · dipl-phys.BRITISH CHARTERED PATENT AGENT JAMES G. MORGAN B SC (Phys ) D msZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFHCt MANDATAIHES AGHEES PHCS L OFfICE EUHOPEEN DES BntvfTJIHR ZEICHENUNSER ZEICHENLo/Sv
H 2170DATUM27.1.1981Verfahren zur Herstellung von Heparinen mit niederem Molekulargewicht mit ausgezeichneten pharmakologischen Eigenschaften, nach dem Verfahren hergestellte Heparine und diese enthaltende ArzneimittelPatentansprüche:( Λ.)Verfahren zur Herstellung von Heparinen mit niederem MoIekulargewicht mit ausgezeichneten pharmako logisch en Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet , daß es folgende Stufen umfaßt:a) Ansäuern von normalem Heparin unter Gewinnung von Heparinsäure,t>) Depolymerisieren dieser Heparinsäure durch Erhitzen in einem Autoklaven in Anwesenheit von Peroxiden unter Gewinnung von Heparamin mit niederem Molekulargewicht,c) Sulfatierung dieses Heparamins zu dem entsprechenden Heparin mit niederem Molekulargewicht.130050/0506 - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Depolymerisation in einem Autoklaven durchgeführt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfatierung durch Behandlung mit Sulfotrioxiden von stickstoffhaltigen, organischen Basen in Anwesenheit einer Base durchgeführt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Base die freien Stickstoff enthaltenden Basen, welche diesem Sulfotrioxid entsprechen, verwendet werden.
- 5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Base ein Alkalicarbonat verwendet wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfatierung durch Behandlung mit Chlorsulfonsäure und stickstoffhaltigen, organischen Basen durchgeführt wird.
- 7- Heparine mit niederem Molekulargewicht, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß sie folgende Eigenschaften besitzen:-Hexosamine nach der Hydrolyse wie bei Heparin -Uronsäure nach der Hydrolyse wie bei Heparin -Sulfatgruppen wie bei Heparin-optische Drehung wie bei Heparin-mittleres Molekulargewicht (RV) = 12 000 - 4000 J) -Gesamtantigerinnungsaktivität = <150 IU/mg -Anti-Xa/APTT = > 1130050/0506
- 8. Pharmazeutische Zusammensetzung, insbesondere zur Behandlung von Thrombosen, gekennzeichnet durch einen Gehalt eines Heparins mit niederem Molekulargewicht nach Anspruch 7 als aktivem Inhaltsstoff, gegebenenfalls
zusammen mit anderen üblichen Verdünnungsmitteln und/oder Trägern.130050/0508
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