DE3836006A1 - Monophosphoryllipid-a-derivate und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Monophosphoryllipid-a-derivate und verfahren zu deren herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft bestimmte neue Monophosphoryllipid-A- Derivate. Es handelt sich dabei insbesondere um Monophosphoryllipid- A-Derivate, die eine oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Aminogruppen enthalten. Es handelt sich dabei weiterhin insbesondere um Derivate, welche Monophosphoryllipid-A-Konjugate mit bestimmten biologisch aktiven Materialien darstellen.
Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung und die Verwendung der erfindungsgemäßen Derivate.
In der Literatur sind bereits zahlreiche Veröffentlichungen erschienen, welche die Umsetzung von Lipopolysaccharid (LPS) mit cyclischen Anhydriden, insbesondere Phthal- und Bernsteinsäureanhydrid, beschreiben. Nur in einer dieser Veröffnentlichungen wird jedoch vorgeschlagen, Monophosphoryllipid- A (MPL) mit diesen oder anderen Anhydriden zu kombinieren.
In dem Artikel von A. Hasegawa et al., im J. Carbohydrate Chem. 5:371 ist die kovalente Kopplung von Muramyldipeptid (MDP) mit einem Lipid-A-Derivat entsprechend dem nicht- reduzierenden Glucosaminrest offenbart. Dieses Lipid-A-Derivat, das in dieser Veröffentlichung als GLA-27 bezeichnet ist, war sowohl am Phosphat als auch an allen anderen Stellen, die möglicherweise hätten reagieren können, geschützt, jedoch nicht an der Hydroxygruppe, an welcher angekoppelt werden sollte, d. h. der primären Hydroxygruppe am C-6. Zu der in dieser Veröffentlichung angewandten Koppelungsstrategie gehörte die Einführung einer freien Carboxylgruppe in GLA-27 am C 6 über Bernsteinsäureanhydrid und einer freien Aminogruppe in MDP. Anschließend wurde eine Amidbindung zwischen diesen beiden Gruppen gebildet. Der Hauptunterschied zwischen der Lehre dieser Veröffentlichung und der erfindungsgemäßen Lehre besteht darin, daß das Lipid-A-Derivat vollständig geschützt bzw. blockiert sein mußte, um Nebenreaktionen während der Kondensation (d. h. Bildung von Amidbindungen) zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch vermieden, daß eine freie Aminogruppe in MPL eingeführt wird. Man kann MPL dann an andere Komponenten koppeln, indem man Reagentien bzw. Mittel zur Anwendung bringt, die spezifisch mit Aminen (beispielsweise Aldehyde) reagieren. Man kann auch auf andere Weise eine geeignete Gruppe an der anderen Komponente vor der Kombination mit dem Amino-MPL aktivieren.
Eine Acylierung von Lipopolysacchariden durch cyclische Anhydride findet wahrscheinlich in den O-Antigen-Regionen und in den Kernregionen (core regions) statt, die beim Monophosphoryllipid-A fehlen. Die Acylierung von LPS in den erschienenen Veröffentlichungen dient dem Zweck, dessen Toxizität abzuschwächen, wobei keine funktionelle Gruppe eingeführt werden sollte, die kovalente Konjugate mit anderen Materialien bilden sollte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bestimmte Monophosphoryllipid- A-Derivate und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll es insbesondere nicht erforderlich sein, alle funktionellen Gruppen zu schützen bzw. zu blockieren, um die gewünschten Gruppen in das Molekül einführen zu können.
Es sollen Derivate bereitgestellt werden, welche Konjugate von Monophosphoryllipid-A mit biologisch aktiven Materialien beispielsweise Antigenen, Antikörpern, Immunomodulatoren und dergleichen, darstellen. Auch sollen Konjugate dieser Derivate mit biologischen Verbindungen, wie Antigenen, bereitgestellt werden, welche eine verstärkte biologische Aktivität besitzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen die Monophosphoryllipid- A-Derivate in verhältnismäßig reiner Form anfallen. Es sollen im wesentlichen keine ungewünschten Reaktionsnebenprodukte auftreten.
Ferner sollen Verwendungsmöglichkeiten für die Konjugate aufgezeigt werden.
Gegenstände der Erfindung sind somit bestimmte neue Monophosphoryllipid- A-Derivate, bestimmte Zwischenverbindungen, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
Die erfindungsgemäßen Derivate besitzen die folgende allgemeine Formel (I):
worin Z und R sowie der Kreis die nachstehend angegebenen Bedeutungen besitzen.
Diese Derivate stellt man zweckmäßigerweise her, indem man Monophosphoryllipid-A mit einer Verbindung umsetzt, welche eine Gruppe oder Gruppen enthält, die eine Bindung mit einer Gruppen oder mit Gruppen, die in MPL vorhanden ist bzw. sind, bilden kann bzw. können. Durch den Einsatz einer Verbindung, die vor der Umsetzung mit MPL aktiviert wird, wird die Notwendigkeit vermieden, zuerst Schutzgruppen in das MPL-Molekül einzuführen.
Monophosphoryllipid-A (MPL) ist eine Phosphor-enthaltende polyheterocyclische Verbindung mit hängenden langkettigen aliphatischen Ester- und Amidgruppen und wird als ein endotoxischer Extrakt aus Enterobacteriaciae erhalten. Diese Verbindung, die auch als MPL bezeichnet wird, stellt man nach einer Arbeitsweise her, die in den US-Patenten US-A 44 36 727 und 44 36 728 beschrieben ist, auf die hiermit Bezug genommen wird. Endotoxinextrakte desjenigen Typs, der hier als Ausgangsmaterial zur Herstellung von MPL eingesetzt wird, kann man aus beliebigen Enterobacteriaciae einschließlich der Ausgangsorganismen und Mutanten erhalten. Die zuvor genannnten Patentschriften beschreiben denjenigen Typ des Mikroorganismus, den man zur Herstellung des Ausgangsmaterials zur Anwendung bringen kann. Es sind dort auch verschiedene Verfahren zur Herstellung des Ausgangsmaterials beschrieben. Man kann MPL auch nach synthetischen Techniken und gemäß Genetic- engineering-Techniken herstellen. Das derzeit bevorzugte Verfahren zur Herstellung des endotoxischen Extrakts ist dasjenige, das von Chen et al, J. Infect. Dis. 128,543 (1973) beschrieben ist.
MPL ist eine Zusammensetzung, die sich dadurch auszeichnet, daß sie kein detektierbares 2-Keto-3-deoxyoctanoat enthält, zwischen 350 bis 475 nmol/mg Phosphor und etwa 1700 bis etwa 2000 nmol/mg Fettsäuren besitzt. Obgleich das Verfahren zur Herstellung raffinierten detoxifizierten Endotoxins (MPL) in der oben genannten US-A 44 36 727 offenbart und beansprucht ist, war die chemische Struktur zum damaligen Zeitpunkt noch nicht vollständig bekannt. Es war demgemäß erforderlich, MPL als Product-by-process zu beschreiben. Die Gesamtstruktur der Hexacylform von MPL (erhalten aus Lipopolysacchariden von Salmonella minnesota R 595) ist nun bekannt und nachstehend wiedergegeben:
MPL stellt eine wesentliche Verbesserung im Vergleich zu endotoxischen Extrakten aus Enterobacteriaciae dar, da MPL detoxifiziert ist und somit keine hochtoxischen Komponenten enthält, welche die endotoxischen Extrakte für eine therapeutische Anwendung ungeeignet gemacht haben, man vergleiche Peptides as Requirements for Immunotherapy of Guinea Pig Line-10 Tumor with Endotoxins, Ribi et al, Cancer Immunol. Immunother., Bd. 7, S. 43-58, 1979 (auf die entsprechende Offenbarung wird hiermit Bezug genommen). Die vorteilhaften Effekte von MPL im Vergleich mit anderen endotoxischen Extrakte sind beispielsweise beschrieben in US-A 44 36 727 und 44 36 728 sowie in Ribi, E., Journal of Biological Response Modifiers, Bd. 3, S. 1-9, 1984 (auf die entsprechende Offenbarung wird hiermit Bezug genommen). Aufgrund der Tatsache, daß Monophosphoryllipid-A nicht-toxisch ist, wurde kürzlich gefunden, daß es als Adjuvans für Vakzine bzw. Impfstoffe und in anderen pharmazeutischen Zusammensetzungen eingesetzt werden kann, die bei der Behandlung von verschiedenen Krankheiten Anwendung finden, wozu beispielsweise Krebstumore in Warmblütlern und dergleichen zählen.
Die Wirksamkeit von MPL als Adjuvans für bestimmte Antigene kann durch Koppeln von MPL direkt an diese Antigene verstärkt werden. Außerdem können kovalente Konjugate, die aus MPL und anderen immunpotenzierenden Verbindungen bestehen, biologische Aktivitäten besitzen, welche stärker sind als die der freien (nicht-konjugierten) Komponenten.
Die traditionellen Methoden zur Bildung kovalenter Konjugate kann man in zwei Kategorien aufteilen, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Moleküle bezüglich der Koppelung vor dem Vermischen oder in situ nach dem Vermischen aktiviert werden. Keine dieser Methoden ist für MPL aufgrund der strukturellen Konfiguration geeignet. So führt man bei der vorherigen Aktivierung eine Gruppe in eines der Moleküle ein, die mit einer Gruppe leicht reagieren kann, welche lediglich im zweiten Molekül vorhanden ist. Dazu zählen beispielsweise eine Amino- oder eine Sulfhydrylgruppe. Diese Methode ist für unmodifiziertes MPL nicht geeignet, da MPL keine funktionelle Gruppe enthält, die aktiviert werden kann oder die mit Gruppen leicht reagieren kann, welche zuvor an anderen Molekülen aktiviert wurden. Auch die zweite Methode kann bei MPL nicht eingesetzt werden, da bei den für eine in situ- Aktivierung im allgemein angewandten Bedingungen MPL dazu neigt, mit sich selber zu reagieren, so daß eine Vielzahl von ungewünschten Nebenprodukten entsteht. Zudem wird die Ausbeute an gewünschtem Konjugat beträchtlich reduziert. Es kann sogar sein, daß überhaupt kein gewünschtes Konjugat erhalten wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch möglich, eine geeignete funktionelle Gruppe, beispielsweise ein primäres Amin, in MPL zu inkorporieren. Man kann dann übliche Koppelungsverfahren zur Anwendung bringen, um andere Materialien an das erhaltene modifizierte MPL anzuknüpfen.
Zu den funktionellen Gruppen, welche MPL enthält, zählen eine primäre Hydroxygruppe bei C-6′, zwischen 3 bis 6 sekundäre Hydroxygruppen und eine Phosphatgruppe bei C-4′. Aufgrund der komplexen Konfiguration des Monophosphoryllipid- A-Moleküls und um die Reaktionen einfacher darstellen zu können, welche beim erfindungsgemäßen Verfahren stattfinden, wird das Monophosphoryllipid-A-Molekül im Rahmen der vorliegenden Unterlagen wie folgt wiedergegeben:
wobei die einzelne primäre Hydroxygruppe im oberen Bereich gezeigt ist, eine repräsentative sekundäre Hydroxygruppe im unteren Bereich dargestellt ist, die Phosphatgruppe als OPO₃H₂ gezeigt ist und der Kreis den übrigen Rest des Monophosphoryllipid- A-Moleküls darstellt.
Die erfindungsgemäßen Derivate werden - wie oben ausgeführt - zweckmäßigerweise durch die folgende allgemeine Formel (I) wiedergegeben:
worin
Z für ein Wasserstoffatom oder die Gruppe
steht, worin
R eine divalente Gruppe bedeutet, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und gewünschtenfalls einem oder mehreren Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatomen aufgebaut ist und 2 bis 60 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 20 Kohlenstoffatome enthält,
A eine divalente Koppelungsgruppe bedeutet, welche in der Lage ist, die Gruppe R über mindestens zwei unabhängige funktionelle Gruppen an den Rest Y zu koppeln, und worin A 2 bis 60 Kohlenstoffatome und gewünschtenfalls ein oder mehrere Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatome enthält,
Y ein biologisch aktives Material, beispielsweise Antigene, Antikörper, Immunomodulatoren und dergleichen, darstellt und
n für 0 oder 1 steht.
Gegenstand einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Derivate der oben wiedergegebenen allgemeinen Formel, worin Z ein Wasserstoffatom bedeutet. Diese Monophosphoryllipid- A-Derivate enthalten eine Esterseitenkette, die an das Kohlenstoffatom des Lipids-A gebunden ist, welches die primäre Hydroxygruppe (d. h. das C-6′-Kohlenstoffatom) trägt. Diese Verbindungen entsprechen der folgenden allgemeinen Formel (III)
worin R eine Gruppe bedeutet, die zusammengesetzt ist aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und gewünschtenfalls Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatomen und die 2 bis 60 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 2 bis 20 Kohlenstoffatome, enthält.
Im allgemeinen kann jede Art funktioneller Gruppe in MPL oder verwandte Materialien mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eingeführt werden, mit der Maßgabe, daß die funktionelle Gruppe Teil eines Moleküls ist, das eine Carboxyl- oder eine ähnliche Gruppe enthält, die vor der Kombination mit MPL zum Zwecke der Herstellung einer Esterbindung aktiviert werden kann. Funktionelle Gruppen, die nach diesem Verfahren eingeführt werden können, sind beispielsweise (diese Aufzählung ist nicht abschließend): Amine, Thiole, Aldehyde, Carboxylgruppen, N-Hydroxyimidoester, Iminoester, Arylazide, Maleimide, Pyridyldisulfide und aktive Halogenatome.
Das Erfordernis der Aktivierung vor der Kombination mit MPL ist von ausschlaggebender Bedeutung aufgrund der zahlreichen Nebenreaktionen, die stattfinden können, falls MPL den Aktivierungsbedingungen direkt ausgesetzt wird. Als Beispiel einer derartigen Aktivierung sei die Umsetzung von MPL mit Bernsteinsäureanhydrid näher ausgeführt, welche zur Einfügung einer freien Carboxylgruppe in MPL führt.
Derivate, wie die der Formel (IV), worin R gemäß der Formel (III) als Endgruppe eine freie Carboxylgruppe besitzt und über die Estergruppe an das MPL-Molekül mit Hilfe einer aliphatischen, aromatischen oder heterocyclischen Gruppe angeknüpft ist, kann man gemäß der erfindungsgemäßen Lehre herstellen.
Es kann gegebenenfalls (muß aber nicht) erforderlich sein, bestimmte funktionelle Gruppen des in MPL einzuführenden Moleküls vor der Aktivierungsstufe zu schützen bzw. zu blockieren. Führt man beispielsweise mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aminogruppe in MPL ein, dann ist es erforderlich, das Amin einer geeigneten Aminosäure vor der Aktivierung der Carboxylgruppe zur Herstellung der Esterbindung zu schützen. Bei dem oben erläuterten, mit Hilfe von Bernsteinsäureanhydrid durchgeführten Beispiel sind die Erfordernisse des Schützens bzw. Blockierens und der zuvorigen Aktivierung durch Bildung des cyclischen Anhydrids erfüllt. Geeignete Verfahren zum Schützen und Entschützen bzw. zum Blockieren und Deblockieren sind dem Fachmann gut bekannt und beispielsweise beschrieben in: Theodora W. Green, "Protective Groups in Organic Synthesis", John Wiley & Sons, New York, 1981, S. 349.
Bevorzugte Verbindungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, sind Amine und substituierte Amine der folgenden allgemeinen Formel (V):
worin R³ eine divalente, Kohlenstoff-, Wasserstoff- und gewünschtenfalls Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome enthaltende divalente Kette und R¹ und R² unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine niedrige Alkylgruppe bedeuten oder worin einer der Reste R¹ und R² den Rest eines organischen Substrats oder eines Trägers einschließlich Liposome, oder ein biologisches Material, beispielsweise ein Antigen, einen Immunomodulator, einen Antikörper und dergleichen, bedeuten kann.
Besonders bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel (V) sind solche, worin R¹ und R² ein Wasserstoffatom bedeuten und R³ einen divalenten Rest mit 2 bis 60, vorzugsweise mit 2 bis 20, Kohlenstoffatomen bedeutet und aufgebaut ist aus Kohlenstoff, Wasserstoff und gewünschtenfalls Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatomen. Zu diesen Derivaten zählen solche, worin R³ eine geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette ist, sowie Polypeptide, die eine oder mehrere wiederkehrende Amidgruppen, beispielsweise Di- und Tripeptide von Glycinderivaten von MPL, bedeutet. Dazu gehören ferner solche Verbindungen, bei denen eine Aminosäure an der C-6′-Stellung in MPL eingeführt ist und demzufolge MPL-Derivate darstellen, die eine Seitenkette besitzen, welche eine primäre Amingruppe als Endgruppe besitzt. Typische Verbindungen dieses Typs sind diejenigen der nachstehend gezeigten allgemeinen Formel (VI):
worin x irgendeinen Wert von 1 bis etwa 20 und höher annehmen kann. Als Beispiel sei eine Verbindung angeführt, bei der x für 5 steht; in diesem Fall handelt es sich dann um den Ester von 6-Aminocapronsäure. Diese Verbindung ist als CAP-MPL bezeichnet. Deren Synthese ist in den Beispielen 1 bis 3 näher erläutert.
Weiterhin von Interesse ist dasjenige Derivat, bei dem MPL in Form eines Esters an die freie Carboxylgruppe von Peptiden gebunden ist, die aus Glycin oder verwandten α-Aminosäuren bestehen. So besteht beispielsweise die nachfolgend gezeigte Verbindung aus MPL, das in Form eines Esters an ein Tripeptid aus Glycin gebunden ist:
Demzufolge kann eine Vielzahl von MPL-Derivaten aus bekannten Aminosäuren hergestellt werden. Alternative Aminosäuren, die in das MPL-Molekül mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eingeführt werden können, sind unter anderem Glycin, Alanin, Serin, Threonin, Methionin, Valin, Norvalin, Leucin, Isoleucin, Phenylalanin, Tyrosin, Cystein, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Hydroxyglutaminsäure, Arginin, Lysin, Cystin, Histidin, Prolin, Hydroxyprolin, Tryptophan, Asparagin und Glutamin. Es kann erforderlich sein, geeignete Verfahren zum Blockieren und Deblockieren bzw. zum Schützen und Entschützen einzusetzen, die dem Fachmann gut bekannt sind, wenn diese Aminosäuren oder Kombinationen davon mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens an MPL gebunden werden sollen.
MPL-Derivate, bei denen eine primäre Aminogruppe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingeführt wird, können weiter modifiziert werden, so daß sie an andere interessante Verbindungen, beispielsweise Antigene, Antikörper und Immunomodulatoren, auf einfache Weise gekoppelt werden können. Derartige MPL-Derivate besitzen im allgemeinen folgende allgemeine Formel:
worin R¹ und R³ die oben angegebenen Bedeutungen besitzen, R² eine Gruppe darstellt, die aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und gewünschtenfalls Sauerstoff-, Stickstoff- und/ oder Schwefelatomen aufgebaut ist und 1 bis 60 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthält, und R⁴ eine Gruppe bedeutet, die in der Lage ist, eine kovalente Bindung zu bilden, entweder selektiv mit Aminen oder Sulfhydrylverbindungen, oder nicht-selektiv mit einer Vielzahl von Gruppen, und die aufgebaut ist gewünschtenfalls aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff- und/oder Schwefelatomen. Der als R⁴- R²-bezeichnete Rest steht beispielsweise für N-Succinimidylsuberoyl, 6-(4′-Azido-2′-nitrophenyl)hexanoyl, 3-(2-Pyridyldithio)propionyl und m-Maleimidobenzoyl. Im Beispiel 4 ist die Herstellung der folgenden Verbindung beschrieben:
worin R₄-R₂ für N-Succinimidylsuberoyl steht und R¹ und R³ der in der Formel (VIII) gezeigten Bedeutung entsprechen, wobei X = 5 ist.
Danach setzt man das Derivat, das MPL und eine Kopplungsgruppe enthält, welche an MPL über eine Aminogruppe gebunden ist, beispielsweise das oben gezeigte SSC-MPL- Derivat, mit einem Peptid weiter um, das eine primäre Aminogruppe enthält, um folgendes Konjugat zu bilden:
Das erfindungsgemäße Verfahren, das nachstehend näher erläutert ist, stellt eine einzigartige Methode zur Einführung einer oder mehrerer funktioneller Gruppen in Monophosphoryllipid-A und verwandte Verbindungen dar. Diese funktionellen Gruppen können einen Anknüpfungspunkt für eine kovalente Koppelung von MPL und verwandten Verbindungen mit anderen interessierenden Materialien darstellen. Das Verfahren umfaßt folgende Stufen:
  • (1) man schützt bzw. blockiert erforderlichenfalls die weitere funktionelle Gruppe oder die weiteren funktionellen Gruppen einer geeigneten Carbonsäure,
  • (2) man aktiviert die freie Carboxylgruppe der geschützten Verbindung bezüglich der Bildung der Esterbindung,
  • (3) man setzt die aktivierte Verbindung mit Monophosphoryllipid- A um und
  • (4) man deblockiert bzw. entschützt erforderlichenfalls das erhaltene MPL-Derivat.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend durch die dort gezeigte Reaktionsfolge näher erläutert, bei der man ein Amino-MPL-Derivat des in der Formel (IV) gezeigten Typs herstellt. Bei dieser Folge steht t-BOC-ON für t-Butoxycarbonyloxyimino-2-phenylacetonitril, während MPL die oben gezeigte Bedeutung besitzt:
(1) Blockieren bzw. Schützen
(2) Aktivierung
(3) Umsetzung mit MPL
(4) Entschützen bzw. Deblockierung
Obwohl man in der Stufe (1) t-BOC-ON für die dort gezeigte Umsetzung als Blockierungsmittel einsetzt, können auch andere Agentien eingesetzt werden. Typische Blockierungs- bzw. Schutzagentien sind (diese Aufzählung ist nicht abschließend) Benzylchlorformiat, 9-Fluorenylmethylchlorformiat und 2,2,2-Trichlormethylchlorformiat.
Die Umsetzung zum Schützen der Aminosäuren oder anderer Verbindungen führt man in einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, Ethanol oder Dioxan, bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa 30°C je nach der Natur des eingesetzten Schutzreagens durch. Die Aktivierung der geschützten Säure in der Stufe (2) zur Herstellung des Anhydrids kann man unter Anwendung einer Verbindung, beispielsweise Dicyclohexylcarbodiimid oder weiterer Verbindungen, wie 1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl)carbodiimid und Ethylchlorformiat, durchführen. Diese Stufe führt man in Abwesenheit eines inerten Lösungsmittels, beispielsweise Chloroform oder Dichlormethan und bei einer Temperatur von etwa 0°C bis 30°C in Abhängigkeit von dem eingesetzten Reagens durch.
Die Umsetzung des Anhydrids mit MPL in der dritten Stufe führt man in einem Lösungsmittelgemisch, beispielsweise Pyridin: Chloroform (1 : 1; V : V), bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa 30°C durch.
Zum Deblockieren bzw. Entschützen der Aminosäure oder weiterer Verbindungen, die in das MPL-Molekül eingeführt wurden, kann man ein Deblockierungsagens, wie die Trifluoressigsäure oder Chlorwasserstoff(Gas) in einem geeigneten Lösungsmittel bei Temperaturen von etwa -15°C bis etwa 0°C zur Anwendung bringen.
Wie bereits oben dargelegt, ist diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders nützlich und stellt eine einzigartige Methode zur Einführung freier Aminogruppen in Monophosphoryllipid-A und verwandte Verbindungen dar, bei denen andere funktionelle Gruppen die direkte Verwendung von Standardkoppelungsmittel, wie Carbodiimiden, unmöglich machen. So enthält MPL beispielsweise eine Phosphatgruppe, eine primäre Hydroxygruppe und verschiedene sekundäre Hydroxygruppen. In Anwesenheit von Carbodiimiden oder anderen Kondensationsmitteln würden Nebenreaktionen stattfinden, die zu Phosphorsäureanhydriden, Phosphatestern und anderen Materialien führen würden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden derartige Nebenreaktionen ausgeschlossen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren könnnen somit die gewünschten Derivate in verhältnismäßig reiner Form erhalten werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft Monophosphoryllipid A-Derivate, bei denen ein Koppelungsagens an die Verbindung der allgemeinen Formel (III) gebunden worden ist, so daß ein Derivat der folgenden allgemeinen Formel (IX) erhalten wird:
worin R die oben angegebenen Bedeutungen besitzt und A eine Koppelungsgruppe darstellt, über die eine Anknüpfung an die Y-Gruppe wie zuvor erläutert vollzogen werden kann.
Als derartige A-Gruppen kann man erfindungsgemäß (diese Aufzählung ist nicht abschließend) die N-Succinimidylsuberoylgruppe, die 6-(4′-Azido-2′-nitrophenyl)-hexanoylgruppe, die 3-(2-Pyridyldithio)propionyl-Gruppe, und die m-Maleimidobenzoylgruppe nennen.
Die Umsetzung der Koppelungsagentien mit den Verbindungen der allgemeinen Formel (III) kann man nach üblichen Verfahren durchführen. Die Wahl der Reaktionsbedingungen hängt von den eingesetzten Reaktanten ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden Monophosphoryllipid- A-Derivate bereitgestellt, welche die oben gezeigte Verbindung (III) enthalten, die über die divalenten A-Gruppen an biologisch aktiven Materialien gekoppelt ist. Diese Derivate werden im Rahmen der vorliegenden Unterlagen als Konjugate bezeichnet und besitzen die folgende allgemeine Formel (X)
worin A und R die oben angegebenen Bedeutungen besitzen und Y ein biologisch aktives Material darstellt. Derartige Verbindungen des biologischen Materials als auch des Monophosphoryllipids- A.
Als biologische Materialien, die an das MPL-Derivat der Formel (III) mit Hilfe eines Koppelungsreagens bzw. Koppelungsagens gekoppelt werden können, sind beispielsweise (diese Aufzählung ist nicht abschließend): Immunopotentiatoren, wie Tuftsin, Muramyldipeptid, Zellwandskelett, Trehalosedimycolat und dergleichen; Cytokine, wie Interleukine, Interferone, granulocyt-monocyt- aktivierender Faktor, Tumornekrosefaktor und dergleichen; Antigene, wie solche, die bei infektiösen Erkrankungen eine Rolle spielen; tumor-spezifische Antikörper; Membranen, wie Phosphorlipidmembranen, einschließlich Membrane darstellende Strukturen, wie Liposome, und Carrier, Träger, wie Latexkügelchen, Dextran, Celluloseharze und dergleichen.
Bei dem oben sowie in den Beispielen aufgeführten Immunopotentiator, Tuftsin, handelt es sich um die Verbindung
L-Threonyl-L-lysyl-L-prolyl-L-arginin.
Dessen pharmakologisch verträglichen Salze und Derivate und bestimmte seiner optischen Isomere sind zur Stimulierung und Inhibierung von Phagocytose oder Pincytose bei Säugern nützlich. Weitere therapeutisch nützliche, nichtantigene Polypeptide sind beispielsweise:
L-Thr-L-Lys-L-Pro-L-Arg-L-Thr-L-Lys-L-Pro-L-Arg,
D-Thr-L-Lys-L-Pro-D-Arg-D-Thr-L-Lys-L-Pro-D-Arg,
D-Thr-L-Lys-L-Pro-L-Arg-L-Thr-L-Lys-L-Pro-Arg
und die pharmakologisch verträglichen Salze und Derivate davon.
Die Koppelung der biologischen aktiven Komponente an das MPL-Derivat der Formel (IX) kann man nach Verfahren durchführen, die in der Literatur beschrieben sind. In einigen Fällen und in Abhängigkeit von der an der R-Einheit verfügbaren funktionellen Gruppen kann es möglich sein, die biologisch aktive Komponente Y direkt an R zu binden. In einem solchen Fall steht n in der allgemeinen Formel (X) für O.
Wie bereits oben dargelegt, stellt Monophosphoryllipid-A ein Immunostimulanz dar und kann den daran angekoppelten, wünschenswerte biologische Eigenschaften besitzenden weiteren Verbindungen eine verstärkte biologische Aktivität vermitteln. So kann beispielsweise die Wirksamkeit von MPL als Adjuvans für Antigene verstärkt werden, wenn man das Antigen unter Anwendung der erfindungsgemäßen Derivate an MPL koppelt. Diese Konjugate können als potentere immunopotentierende Verbindungen, als bessere Adjuvantien für relativ nicht-immunogene Antigene und als Mittel für die immunologische Forschung eingesetzt werden. Die Konjugate der oben gezeigten Formel sind somit bei der Detektion verschiedener biologischer Komponenten, die in Körperflüssigkeiten, wie Blut oder Urin, enthalten sind, und auch für die biologische Forschung nützlich, Konjugate, wie diejenigen von Phosphoryllipid-A, das an Immunopotentiatoren oder Cytokine konjugiert ist, sind bei der Stimulierung eines spezifischen oder nicht-spezifischen Immmunansprechens nützlich. Konjugate, bei denen Antikörper an MPL gekoppelt sind, sind bei der Stimulierung eines spezifischen Immunansprechens, in der Affinitätschromatographie, in Immunoassays, bei der cellulären Absorption an Festkörperträger und dergleichen nützlich. Konjugate, bei denen Antikörper an MPL gekoppelt sind, sind auch bei der Stimulierung eines spezifischen Immunansprechens nützlich. Man kann MPL auch an Carrier bzw. Träger zur Anwendung in der biologischen Forschung und in Untersuchungsverfahren konjugieren. Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Herstellung der erfindungsgemäßen Derivate.
Beispiel 1 Synthese von N-t-Butoxycarbonyl-6-aminocapronsäureanhydriden (t-BOC-CAP-Anhydrid)
N-t-Butoxycarbonyl-6-aminocapronsäure (t-BOC-CAP) stellt man aus t-Butoxycarbonyloxyimino-2-phenylacetonitril (BOC-ON) und 6-Aminocapronsäure gemäß dem Verfahren von W.J. Paleveda, F.W. Holly, D.F. Veber, Organic Syntheses 63, 171 (1984) her. 100 mg (4,32 × 10-4 Mol) der erhaltenen t-BOC-CAP überführt man durch Behandeln mit 50 mg (2,42 × 10-4 Mol) Dicyclohexylcarbodiimid in trockenem CHCl₃ in das Anhydrid. Nach üblichen Aufarbeitungsverfahren und Umkristallisation aus Diethylether/Hexan erhält man 76 mg t-BOC-CAP-Anhydrid (IR: 3480, 1821, 1751, 1719 cm-1; ¹H-NMR - keine Carboxylprotonen).
Beispiel 2 Herstellung von (N-t-Butoxycarbonyl-6-aminocaproyl)- Monophosphoryllipid-A (t-BOC-CAP-MPL)
In einem 100 ml-Rundkolben gibt man 410 mg (etwa 2,7 × 10-4 Mol) Monophosphoryllipid-A, in Chloroform : Methanol (4 : 1; V/V) gelöst. Man entfernt das Lösungsmittel durch Entspannungsverdampfen und beläßt den Kolben über Nacht auf einer Lyophilisierungsvorrichtung, um letzte Spuren von Lösungsmittel und Feuchtigkeit zu entfernen. Zum getrockneten Rückstand gibt man 171 mg t-BOC-CAP-Anhydrid (3,84 × 10-4 Mol) und 12 ml jeweils von Chloroform und Pyridin, wobei man die beiden letzteren über Molekularsieb (4A) zuvor getrocknet hat. Man rührt die Reaktionsmischung unter Stickstoffgas. Man überwacht den Fortgang der Reaktion dünnschichtchromatographisch (thin layer chromatography; TLC) auf Silikagel 60 TLC-Platten (EM), wobei man ein Lösungsmittelsystem zur Anwendung bringt, das aus Chloroform : Methanol : Wasser : Ammoniumhydroxyd (50 : 31 : 6 : 2; V/V) besteht. Entwickelte TLC-Platten macht man durch Ansprühen mit 5% Phosphomolybdat in Ethanol und anschließendes Verkohlen bei 150°C "sichtbar". Die Umsetzung scheint nach 24 h vollständig zu sein. Man stoppt die Umsetzung nach 52 h, indem man 30 ml 0,10 M Na₂CO₃ (pH 10) zugibt und 30 Min. lang heftig rührt. Man überführt die Mischung dann in einen Schütteltrichter, gibt 12 ml jeweils Chloroform und Methanol zu und schüttelt den Trichter. Man entnimmt die organische Phase und extrahiert die wäßrige Phase erneut mit einer weiteren Portion Chloroform: Methanol (2 : 1; V/V). Man vereinigt die organischen Phasen und wäscht mit 1M HCl, bis man in der wäßrigen Phase einen sauren pH-Wert erhält (erfordert 210 ml). Man wäscht die organische Phase einmal mit Wasser, sprühevaporiert dann und trocknet sie schließlich auf einer Lyophilisierungsvorrichtung. Das Gewicht des erhaltenen Restes beträgt 491 mg.
Beispiel 3 Überführung von t-BOC-CAP-MPL in CAP-MPL
468 mg t-BOC-CAP-MPL trocknet man in einem 50-l-Rundkolben unter Verwendung einer Lyophilisiervorrichtung, um letzte Spuren an Lösungsmittel und Feuchtigkeit zu entfernen. Man stattet den Kolben dann mit einem Magnetrührstab aus und stellt ihn in ein Trockeneis/Ethylenglykolbad (-15°C). Man gibt dann 20 ml kalte Trifluoressigsäure (TFA) in den Kolben, die man zuvor durch Abdestillieren über P₂O₅ im Vakuum getrocknet hat (Destillationskolben bei -15°C, Aufnahmekolben bei -77°C). Man rührt die Reaktionslösung 20 Min. lang heftig und destilliert danach die TFA ab. Letzte Spuren von TFA entfernt man mit Chloroform. Man erhält 450 mg eines glasartigen, rötlich-bräunlichen Rückstandes.
Die rohe Produktmischung fraktioniert man durch Ionenaustauschchromatographie auf einer 2,5 × 20 cm Säule von DEAE- Cellulose in der Acetatform (Indion-HA-3). Nach Beschicken mit 447 mg rohem CAP-MPL spült man die Säule mit 220 ml von jeweils Chloroform:Methanol (4 :1; V/V) und Chloroform: Methanol:Wasser (2 : 3 : 1; V/V). Anschließend eluiert man mit einem linearen Salzgradienten, zusammengesetzt aus 900 ml Chloroform : Methanol : Wasser (2 : 3 : 1; V/V) gegen 900 ml Chloroform : Methanol : 0,2 M Ammoniumacetat (2 : 3 : 1; V/V). Man erhält insgesamt 312 mg mono-substituiertes CAP-MPL in den 4 : 1 und 2 : 3 : 1 Vorläufen. Weitere 116 mg des Materials, das vorwiegend nicht-umgesetztes MPL darstellt, gewinnt man während der Salzgradienten-Elution.
Man führt eine weitere Fraktionierung von CAP-MPL in die einzelnen Komponenten an Silikagel (BioSil HA) durch, indem man einen linearen Gradienten von 1000 ml Chloroform gegen 1000 ml Chloroform : Methanol : Wasser (590 : 400 :10; V/V) zur Anwendung bringt. Die Fraktionen, welche dem Hexaacylhomologen von CAP-MPL entsprechen, vereinigt man und unterwirft sie einer weiteren Reinigung an preparativen TLC- Platten (500 µ Silikagel H; Analtech), wobei man Chloroform : Methanol : Wasser : Ammoniumhydroxyd (50 : 31 : 6 : 2; V/V) als Entwicklungslösungsmittel einsetzt. Eine Massenspektrumsanalyse des erhaltenen gereinigten Hexaacyl-CAP-MPL zeigt eine einzelne Komponente mit m/e von 1830; dies entspricht der erwarteten Masse für Hexaacyl-MPL, das mit einer 6-Aminocaproylgruppe kombiniert ist.
Beispiel 4 Herstellung von (N-Succinimidylsuberoyl)-CAP-MPL (SSC-MPL)
In eine 4-ml-Ampulle mit einer Schraubkappe gibt man 14,8 mg Hexaacyl-CAP-MPL (8,09 × 10-6 Mol). Man füllt 1,0 ml trockenes Chloroform in die Ampulle, welches man zuvor über Molekularsieb (4A) gelagert hat. Zu der Chloroformlösung von CAP-MPL gibt man 12,6 mg Di-(N-Succinimidyl) suberat (Pierce Chemical Co.; 3,23 × 10-5 Mol) und anschließend 1,0 ml Pyridin (Molekularsieb 4A) und einen Rührstab. Man verschließt die Ampulle dicht und rührt dann bei Raumtemperatur (24°C) mehrere Stunden, bis die Umsetzung im Dünnschichtchromatogramm vollständig ist (das Produkt wandert mit einem, R f -Wert von etwa 0,49 bei den im Beispiel 2 angegebenen dünnschichtchromatographischen Bedingungen). Zu diesem Zeitpunkt entfernt man das gesamte Lösungsmittel durch Entspannungsverdampfung unter Verwendung eines Aspirators, um Chloroform zu entfernen, und unter Verwendung einer Vakuumpumpe, um Pyridin abzuführen. Man hält die Temperatur zu allen Zeitpunkten unter 40°C. Man überführt den erhaltenen Rest in ein 30 ml-Corexröhrchen, wobei man eine minimale Menge Chloroform verwendet. Man präzipitiert das Produkt dann durch Zugabe von 20 ml Aceton, wobei man mit einem Vortextrührer rührt. Das Präzipitat pelletiert man durch 20-minütiges Zentrifugieren bei 12.000 g. Man suspendiert das Pellet in 20 ml Aceton und zentrifugiert dann wiederum 20 Min. bei 12 000 g. Die Pelletfraktion ergibt nach Verdampfen der letzten Lösungsmittelspuren 10,7 mg Produkt (IR: 1780 (w), 1810 (w) CM-1, TLC - R f = 0,49 an Silikagel-60 unter Verwendung von Chloroform : Methanol : Wasser : Ammoniumhydroxyd (50 : 31 : 6 : 2).
Beispiel 5 Koppeln von SSC-MPL an Tuftsin (Thr-Lys-Pro-Arg)
Man trocknet 10,1 mg teilweise gereinigtes SSC-MPL in einem 5-ml-Rundkolben, wobei man einen dünnen, klaren Film erhält. Man löst 16,7 mg Tuftsin (Sigma; 3,34 × 10-5 Mol) in 1,37 ml 100 cm HEPES-Puffer bei pH 7,85, den man zuvor durch Titrieren der freien Säureform von HEPES (Sigma) mit Triethylamin hergestellt hat. Man gibt die Gesamtmenge der wäßrigen Tuftsinlösung und einen 10 × 3 ml-Magnetrührstab in den Kolben und rührt die Lösung dann über Nacht kräftig. Man beschallt die Lösung gelegentlich kurz (ca. 10 Sek. lang) in einem Ultraschallbad, um das Aufbrechen des SSC- MPL-Films zu begünstigen. Nach 24 h überführt die Lösung in einen Dialysesack (Cutoff-6000 bis 8000 MW) und dialysiert ausgiebig gegen destilliertes Wasser. Man lyophilisiert das erhaltene Dialysat und erhält am Ende 12,3 mg eines weißen Pulvers (TLC - R f = 0,12, 0,21 (Hauptanteil) und 0,45 (Nebenanteil) an Silikagel-60, entwickelt mit Chloroform : Methanol : Wasser (65 : 25 : 4); SSC-MPL wandert bei R f = 0,53 in diesem TLC-System).
Man fraktioniert die rohe Produktmischung mittels präparativer Dünnschichtchromatographie an präparativen Platten (500 µ Silikagel H; Analtech) unter Verwendung des Lösungsmittelsystems (50 : 31 : 6 : 2), um die Platten zu entwickeln. Die Banden macht man im Gegenlicht sichtbar. Die Produkte gewinnt man gemäß üblicher Techniken. Man erhält zwei relativ reine Produktbanden, entsprechend R f =0,12 (2,3 mg) und R f = 0,21 (4,5 mg) im 65 : 25 : 4 TLC-System.
Beispiel 6 Herstellung von Succinoyl-MPL
In eine 2,0 ml Ampulle mit einer Schraubkappe gibt man eine Chloroform : Methanol-Lösung (4 : 1; V/V), die 29 mg (1,68 × 10-5 Mol) Hexaacyl-MPL enthält. Man zieht das gesamte Lösungsmittel ab und entfernt letzte Spuren mit Hilfe einer Lyophilisiervorrichtung. Man wiegt 3,4 mg (3,36 × 10-5 Mol) Bernsteinsäureanhydrid in die Ampulle ein und gibt einen Rührstab hinzu. Anschließend gibt man jeweils 0,2 ml Chloroform und Pyridin zu (jeweils gereinigt durch Lagern über Molekularsieb 4A). Man rührt die Lösung 5 h, überführt sie dann in ein 15 ml Corex-Zentrifugenröhrchen und quencht durch Rühren mit 1,0 ml 0,1 M Na₂CO₃ (pH 10,0) während eines Zeitraumes von 30 Min. Man gibt 2 ml Chloroform und 1 ml Methanol zur gequenchten Umsetzung und zentrifugiert dann 10 Min. bei 30000 rpm, um die Phasen zu trennen. Man wäscht die organische Schicht 2 × mit 1N HCl, einmal mit Wasser und verdampft dann unter einem Stickstoffstrom, wobei man 27,4 mg eines glasartigen Rückstandes erhält. Dünnschichtchromatographisch unter Verwendung von Silikagel (man vergleiche das oben erläuterte Beispiel 2) stellt man fest, daß dieses Material aus 50% Mono-Succinyl-MPL, 20% Di-Succinyl-MPL und 30% nicht-umgesetztem MPL besteht.

Claims (6)

1. Monophosphoryllipid-A-Derivate der allgemeinen Formel (I) worin
R eine divalente Gruppe bedeutet, die aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und gewünschtenfalls einem oder mehreren Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatomen aufgebaut ist und 2 bis 60 Kohlenstoffatome enthält, und
Z für ein Wasserstoffatom oder für: steht, worin
A eine divalente Kopplungsgruppe, die in der Lage ist den Rest R über mindestens zwei unabhängige funktionelle Gruppen an den Rest Y zu koppeln, bedeutet, und worin A 2 bis 60 Kohlenstoffatome und gewünschtenfalls ein oder mehrere Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatome enthält,
Y ein Wasserstoffatom oder ein biologisch aktives Material bedeutet,
n für 0 oder 1 steht und
der Kreis für einen Monophosphoryllipid-A-Kern steht, einschließlich der Hexaacylform des Monophosphoryllipids- A der Formel:
2. Derivate nach Anspruch 1 der allgemeinen Formel (I), worin die Gruppe R den Rest einer Dicarbonsäure oder einer Aminosäure mit mindestens einer freien Amingruppe darstellt, wobei es sich bei der Aminosäure um Glycin, Alanin, Serin, Methionin, 6-Aminocapronsäure oder Tyrosin handelt.
3. Derivate nach Anspruch 1 der allgemeinen Formel worin die Gruppe A 2 bis 60 Kohlenstoffatome und gewünschtenfalls ein oder mehrere Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatome enthält und worin es sich bei der Gruppe A insbesondere um eine N-Succinimidylsuberoylgruppe oder um eine 6-(4′-Azido-2′- nitrophenyl)hexanoylgruppe, oder eine 3-(2-Pyridyldithio) propionyl)gruppe, oder um eine m-Maleimidobenzoylgruppe handelt und
R die oben angegebenen Bedeutungen besitzt.
4. Derivate nach Anspruch 1, worin Y ein organisches oder anorganisches Substrat, wie Latexkügelchen, oder eine Membran oder ein biologisches Material aus der Gruppe der Immunomodulatoren Antikörper oder Antigene darstellt.
5. Verfahren zur Herstellung von Monophosphoryllipid-A- Derivaten, wobei man
  • 1) die Aminogruppe einer Aminosäure mit einer Aminschutzgruppe schützt,
  • 2) die geschützte Aminosäure durch Überführen dieser geschützten Aminosäure zum entsprechenden Säureanhydrid aktiviert,
  • 3) das Säureanhydrid mit Phosphoryllipid-A umsetzt,
  • 4) die geschützten Aminogruppen mit einem Mittel zum Abspalten der Schutzgruppe entschützt und
  • 5) das Monophosphoryllipid-A-Derivat gewinnt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Aminschutzgruppe t-Butoxycarbonyloxyimino- 2-phenylacetonitril, Benzylchloroformiat, 9-Fluorenylmethylchlorformiat oder 2,2,2-Trichlormethylchlorformiat und als Mittel zum Abspalten der Aminschutzgruppe Trifluoressigsäure oder Chlorwasserstoff einsetzt und daß man als Aminosäure Glycin, Alanin, Serin, Methionin, 6-Aminocapronsäure oder Tyrosin zum Einsatz bringt.
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