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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst neuartige Analogstoffe von vasoaktivem
Intestinalpeptid (VIP), die an geeignet ausgewählten Aminosäuren Substitutionen
enthalten. Die Erfindung betrifft speziell den Aufbau und die Synthese
neuartiger, biologisch wirksamer VIP-Analoga, die α,α-dialkylierte
Aminosäuren
in einer stellungspezifischen Form enthalten. Speziell betrifft
die Erfindung die Synthese von VIP-Peptidderivaten, die selektiv
an VIP-Rezeptoren auf Targetzellen binden. Die Erfindung umfasst
Verfahren zum Erzeugen dieser Peptide, Zusammensetzungen, die die
Peptide enthalten, und die pharmakologischen Anwendungen dieser
Peptide speziell in der Behandlung und Verhütung von Krebs.
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Hintergrund
der Erfindung
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Von
einem vasoaktiven Intestinalpeptid ist bekannt, dass es eine entscheidende
Rolle beim Modulieren intrazellularer und extrazellularer Ereignisse
in Verbindung mit der Homöostase
spielt und eng verbunden ist mit allen größeren kognitiven und nicht
kognitiven homöostatischen
Systemen (Schofl et al., 1994). Die mehrfachen biologischen Aktivitäten von
Peptiden haben zu einer umfangreichen Forschung geführt, die
sich auf die Nutzung dieser Peptidhormone als therapeutische Medikamente
konzentriert. Es sind mehrfache Substitutionen verwendet worden,
um die Anfälligkeit
der Amidbindung gegenüber
proteolytischer Spaltung zu verhindern. Diese schließen die
Verwendung von nicht standardgemäßen Aminosäuren ein,
wie D-Aminosäuren, N-Alkyl-
und N-Hydroxyaminosäuren, α-Azaaminosäuren, Thioamid-Verknüpfungen,
den Aufbau von Peptidmimetika und Arzneimittelvorstufen sowie Amidbindungsmodifikationen
unter der Rubrik der Pseudopeptid-Verknüpfung (Dutta, 1993; Pastemak
et al., 1999). Eine andere Vorgehensweise war die Blockierung des N-Terminus
oder C-Terminus des Peptids durch Acylierung oder Amidierung.
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Vasoaktives
Intestinalpeptid ist ein 28-Aminosäure-Neuropeptid, das zuerst
aus porcinalem Eingeweide isoliert wurde (Said und Mutt, 1970).
Es zeigt eine ausgeprägte
Homologie zu Sekretin, Peptid-Histidin-Isoleucin (PHI) und Glucagon.
Die Aminosäuresequenz
für VIP
lautet:
His-Ser-Asp-Ala-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gin-Met-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR:1).
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VIP
ist dafür
bekannt, dass es eine große
Vielzahl von biologischen Aktivitäten in den autokrinen, endokrinen
und parakrinen Funktionen in lebenden Organismen zeigt (Said, 1984).
Es ist dafür
bekannt, dass es im gastrointestinalen Trakt pankreatische und biliäre Sekretionen,
hepatische Glykogenese sowie die Sekretion von Insulin und Glucagon
stimuliert (Kerrins und Said, 1972; Domschke et al., 1977). In dem
Nervensystem wirkt es als ein Neurotransmitter und Neuromodulator,
indem es die Freisetzung und Sekretion mehrerer Schlüsselhormone
reguliert (Said, 1984). In den letzten Jahren hat sich die Aufmerksamkeit
auf die Funktion von VIP in bestimmten Bereichen des ZNS sowie auf
seine Bedeutung in der Entwicklung und Bekämpfung von neoplastischen Erkrankungen
konzentriert (Reubi, 1995).
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Die
Bedeutung von Peptid-Wachstumsfaktoren und regulatorischen Hormonen
in der Äthiologie
und Pathogenese verschiedener Karzinoma ist seit langem bekannt.
Daten von epidemiologischen und endokrinologischen Untersuchungen
legen nahe, dass Neuropeptide wie VIP, die für das normale Gewebewachstum
wie das des Pankreas verantwortlich sind, auch Voraussetzungen für deren
neoplastische Transformation hervorrufen können (Sporn et al., 1980).
Mehrere Reihen von Unterlagen zeigen, dass VIP als Wachstumsfaktor
wirkt und eine dominante autokrine und parakrine Rolle in der fortgesetzten
Proliferation von Krebszellen spielt (Said, 1984). Die stimulatorische
Wirkung von VIP auf Tumorwachstum kann direkt über deren Rezeptoren auf Zellmembranen
oder indirekt durch Potenzierung der Aktivitäten anderer Wachstumsfaktoren
in Tumorzellen vermittelt werden (Scholar et al., 1991). Die synergistische
Wirkung von VIP und das verwandte pituitäre Adenylatcyclase-aktivierende
Polypeptid (PACAP) in Glioblastomen veranschaulichen die vorgenannte
Tatsache (Moody et al., 1996).
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Die
mehrfachen physiologischen und pharmakologischen Aktivitäten von
VIP werden durch Hochaffinitäts-G-Protein-gekuppelten
Transmembranrezeptoren auf Targetzellen vermittelt (Reubi et al.,
1996). Die VIP-Rezeptoren sind über
Adenylcyclase-Aktivität
an cellularen Effektorsystemen gekoppelt (Xia et al., 1996). Von
dem VIP-Rezeptor, von dem festgestellt wurde, dass er in neoplastischen
Zellen stark überexprimiert
ist, wird angenommen, dass er einer der Biomarker im Krebs des Menschen
ist (Reubi et al., 1996). Hochaffinitäts-VIP-Rezeptoren sind lokalisiert
und charakterisiert worden in neoplastischen Zellen der meisten
Brustkarzinome, Brust- und Prostatakrebsmetastasen, Ovarien-, Darm-
und Pankreas-Adenokarzinomen,
Endometriumkarzinomen und Plattenepithelkarzinomen, nichtkleinzelligem
Lungenkrebs, Lymphoma, Glioblastoma, Astroblastoma, Meningioma und
Tumore mit mesenchymalem Ursprung. Unter den neuroendokrinen Tumoren wurde
von allen differenzierten und nicht differenzierten gastroenteropankreatischen
Tumoren, Phäochromocytomen,
kleinzelligen Lungenkarzinomen, Neuroblastoma, pituitären Adenoma
sowie Tumoren in Verbindung mit hypersekretorischen Zuständen, wie
dem Verner-Morrison-Syndrom, festgestellt, dass sie Rezeptoren für vasoaktives
Intestinalpeptid überexprimieren
(Tang et al., 1997 a & b;
Moody et al., 1998 a & b;
Oka et al., 1998). Diese Ergebnisse legen nahe, dass neuartige Vorgehensweisen
zur Diagnose und Behandlung dieser Karzinome auf der Grundlage funktioneller
Manipulation der VIP-Aktivität
beruhen können,
indem geeignete Peptidderivate derselben aufgebaut werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die antineoplastische Aktivität neuartiger
VIP-Peptidanaloga unter Verwendung ausgewählter beschränkter Aminosäuren. Von
diesen neuartigen VIP-Analoga wurde festgestellt, dass sie an einem
VIP-Rezeptor auf
Zellmembranen binden. Die antineoplastische Aktivität der vorgenannten Peptide
wurde ebenfalls ermittelt.
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Der
Aufbau von strukturbeschränkten
bioaktiven Peptidderivaten war eine der verbreitet angewendeten
Vorgehensweisen zur Entwicklung von therapeutischen Mitteln auf
Peptidbasis. Nicht standardgemäße Aminosäuren mit
starken Strukturpräferenzen
können
verwendet werden, um den Ablauf der Polypeptid-Kettenfaltung zu lenken, indem in neuartigen
Vorgehensweisen des Peptidaufbaus lokale, stereochemische Beschränkungen
aufgeprägt
werden. Die Konformationscharakteristik von α,α-dialkylierten Aminosäuren ist gründlich untersucht
worden. Der Einbau dieser Aminosäuren
beschränkt
die Rotation der φ,ψ-Winkel
im Inneren des Moleküls
und stabilisiert dadurch die angestrebte Peptid-Konformation. Von
dem prototypischen Vertreter von α,α-dialkylierten
Aminosäuren, α-Aminoisobuttersäure (Aib)
oder α,α-Dimethylglycin,
ist nachgewiesen worden, dass er eine β-Drehung oder helikale Konformation
induziert, wenn er in eine Peptidsequenz eingebaut ist (Prasad und
Balaram, 1984, Karle und Balaram, 1990). Die Konformationseigenschaften
der höheren
Homologe von α,α-dialkylierten
Aminosäuren,
wie beispielsweise Diethylglycin (Deg), Di-n-propylglycin (Dpg),
Di-n-butylglycin
(Dbg) sowie die cyclischen Seitenketten-Analoga von α,α-dialkylierten
Aminosäuren, wie
beispielsweise 1-Aminocyclopentancarbonsäure (Ac5c), 1-Aminocyclohexancarbonsäure (Ac6c),
1-Aminocycloheptancarbonsäure
(Ac7c) und 1-Aminocyclooctancarbonsäure (Ac8c) haben ebenfalls
gezeigt, dass sie eine gefaltete Konformation induzieren (Prasad
et al., 1995; Karle et al., 1995). Die α,α-dialkylierten Aminosäuren sind
in dem Aufbau von besonders starken chemotaktischen Peptid-Analoga
verwendet worden (Prasad et al., 1996). Den Erfindern ist aus dem
Stand der Technik keine Synthese von neuartigen Peptid-Analoga bekannt,
die die vorliegende Erfindung umfassen. Die vorliegende Erfindung
nutzt die Konformationseigenschaften von α,α-dialkylierten Aminosäuren für den Aufbau
von biologisch aktiven Peptidderivaten, indem VIP als Modellsystem
in Betracht gezogen wird.
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Literatur
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- Domschke, S. et al., (1977), Gastroenterology, 73, 478–480.
- Dutta, A. S. (1993), Small Peptides: Chemistry, Biology and
Clinical Studies, Elsevier, Pharmacochemistry Library, 19, S. 293–350.
- Karle, I. L. et al., (1995) J. Amer. Chem. Soc., 117, 9632–9637.
- Karle, I. L. und Balaram, P. (1990) Biochemistry, 29, 6747–6756.
- Kerrins, C. und Said, S. I. (1972) Proc. Soc. Exp. Biol. Med.
142, 1014–1017.
- Oka, H. et al., (1998) Am. J. Pathol., 153, 1787–1796.
- Pasternak, A. et al., (1999) Biorg. Med. Chem., 9, 491–496.
- Prasad, BW und Balaram, P., (1984) CRC Crit. Rev. Biochem.,
16, 307–347.
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- Prasad, S. et al., (1996) Int. J. Peptide Protein Res., 48,
312–318.
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- Sporn, M. B. und Todaro, G. J. (1980), N. Engl. J. Med., 303,
378–379.
- Stewart, J. und Young, Y. D., (1969) Solid Phase Peptide Synthesis,
W. H. Freeman & Co.
- Tang, C. et al., (1997a) Gut, 40, 267–271.
- Tang, C. et al., (1997b) Br. J. Cancer, 75, 1467–1473.
- Xia, M. et al., J. Clin. Immunol., 16(1), 21–30, 1996.
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In
der gesamten Patentbeschreibung und in den Patentansprüchen sind
die folgenden Abkürzungen mit
den folgenden Bedeutungen verwendet worden:
- BOP:
- Benzotriazol-1-yl-oxy-tris-(dimethylamino)-phosphonium
hexafluorphosphat
- PyBOP:
- Benzotriazol-1-yl-oxy-tris-pyrrolidin-phosphonium
hexafluorphosphat
- HBTU:
- O-Benzotriazol-N,N,N',N'-tetramethyl-uronium
hexafluorphosphat
- TBTU:
- 2-(1H-Benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetra
methyluroniumtetrafluorborat
- HOBt:
- 1-Hydroxybenzotriazol
- DCC:
- Dicyclohexylcarbodiimid
- DIPCDI:
- Diisopropylcarbodiimid
- DIEA:
- Diisopropylethylamin
- DMF:
- Dimethylformamid
- DCM:
- Dichlormethan
- NMP:
- N-Methyl-2-pyrrolidinon
- TFA:
- Trifluoressigsäure
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In
der gesamten Patentbeschreibung und den Patentansprüchen werden
die Aminosäure-Reste
mit ihren Standardabkürzungen
bezeichnet. Sofern nicht anders angegeben, indem ein D oder DL vor
dem Symbol und davon mit einem Bindestrich getrennt ist, sind Aminosäuren in
der L-Konfiguration angegeben.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst VIP-Antagonisten der folgenden allgemeinen
Formel, worin entsprechende Aminosäuren in VIP in einer speziellen
Form durch α,α-dialkylierte
Aminosäuren
ersetzt worden sind. Die Erfindung umfasst außerdem die pharmazeutisch zulässigen Salze
der Antagonisten der folgenden allgemeinen Formel:
His-Ser-Asp-R1-Val-R2-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-R3-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 worin sind:
R1 Aib, Deg oder Ac5c,
R2
Phe oder 4-CI-D-Phe,
R3 Met, Leu oder Dpg,
oder pharmazeutisch
zulässige
Salze der Antagonisten.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst VIP-Antagonisten der folgenden allgemeinen
Formeln, worin entsprechende Aminosäuren in VIP durch α,α-dialkylierte
Aminosäuren
in spezieller Weise ersetzt worden sind. Die Erfindung umfasst außerdem die
pharmazeutisch zulässigen
Salze der Antagonisten der folgenden allgemeinen Formel:
His-Ser-Asp-R1-Val-R2-Thr-Asp-Asn-Tyr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-R3-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 worin sind:
R1 Aib, Deg oder Ac5c,
R2
Phe oder 4-CI-D-Phe,
R3 Met, Leu oder Dpg,
oder ein pharmazeutisch
zulässiges
Salz der Antagonisten.
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Salze,
die in den Begriff "pharmazeutisch
zulässige
Salze" einbezogen
sind, beziehen sich auf nichttoxische Salze der Verbindungen der
vorliegenden Erfindung. Repräsentative
Salze und Ester schließen
die Folgenden ein:
Acetat, Ascorbat, Benzolsulfonat, Benzoat,
Hydrogencarbonat, Hydrogensulfat, Bitartrat, Borat, Camsylat, Carbonat,
Citrat, Dihydrochlorid, Methansulfonat, Ethansulfonat p-Toluolsulfonat,
Cyclohexylsulfamat, Chinat, EDTA-Salz, Edisylat, Estolat, Esylat,
Fumarat, Gluconat, Glutamat, Glycerophosphate, Hydrobromid, Hydrochlorid,
Hydroxynaphthoat, Lactat; Lactobionat, Laurat, Malat, Maleat, Mandelat,
Mesylat, Mucat, Napsylat, Nitrat, n-Methylglucamin, Oleat, Oxalat,
Palmoate, Pamoat (Embonat), Palmitat, Pantothenat, Perchlorate,
Phosphat/Diphosphat, Polygalacturonat, Salicylat, Stearat, Succinate,
Sulfat, Sulfamat, Subacetat, Succinat, Tannat, Tartrat, Tosylat,
Trifluoracetat und Valerat.
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Andere
Salze schließen
ein: Ca-, Li-, Mg-, Na- und K-Salze; Salze von Aminosäuren, wie
beispielsweise Lysin oder Arginin; Guanidin, Diethanolamin oder
Cholin; Ammonium, substituierte Ammoniumsalze oder Aluminiumsalze.
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Die
Salze werden mit Hilfe konventioneller Verfahren hergestellt.
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Die
bevorzugten VIP-Antagonisten der vorliegenden Erfindung sind Folgende:
(R1=Aib,
R2=4-D-CI-Phe und R3=Leu):
His-Ser-Asp-Aib-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 2);
(R1=Deg, R2=4-CI-D-Phe
und R3=Leu):
His-Ser-Asp-Deg-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 3);
(R1=Ac5c, R2=4-CI-D-Phe
und R3=Leu):
His-Ser-Asp-Ac5c-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2(SEQ ID NR: 4);
(R1=Aib, R2=Phe und
R3=Met):
His-Ser-Asp-Aib-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Met-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 5);
(R1=Aib, R2=Phe und
R3=Leu):
His-Ser-Asp-Aib-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg- Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 6);
(R1=Ac5c, R2=Phe und
R3=Leu):
His-Ser-Asp-Ac5c-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-
Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 7);
(R1=Deg, R2=Phe und
R3=Leu):
His-Ser-Asp-Deg-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 8);
(R1=Aib, R2=Phe und
R3=Dpg):
His-Ser-Asp-Aib-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Dpg-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 9);
(R1=Aib, R2=4-CI-D-Phe
und R3=Dpg):
His-Ser-Asp-Aib-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Dpg-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 10);
(R1=Deg, R2=Phe und
R3=Dpg):
His-Ser-Asp-Deg-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Dpg-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 11);
(R1=Ac5c, R2=Phe
und R3=Dpg):
His-Ser-Asp-Ac5c-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Dpg-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2 (SEQ ID NR: 12).
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Die
neuartigen Verbindungen der vorliegenden Erfindung haben bedeutende
pharmakologische Anwendungen. Bei ihnen handelt es sich um starke
antineoplastische Mittel, wodurch sie über ein therapeutisches Potential
in einer Reihe von Humankarzinomen verfügen.
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Geeignete
Wege der Verabreichung sind solche, wie sie auf dem Gebiet bekannt
sind und einschließen:
oral, rektal, transdermal, vaginal, transmucosal oder intestinal;
parenterale Zuführung,
einschließlich
intramuskulär,
subcutan, intramedullare Injektion sowie intrathekale, direkte intraventrikuläre, intravenöse, intraperitoneale,
intranasale oder intraoculare Injektionen.
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Pharmazeutische
Zusammensetzungen, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
geeignet sind, schließen
Zusammensetzungen ein, worin die Wirkstoffe in einer wirksamen Menge
enthalten sind, um die vorgesehene Auf gabe zu lösen. Der Begriff "eine wirksame Menge" bedeutet diejenige
Menge eines Medikaments oder eines Pharmazeutikums, die die biologische
oder medizinische Antwort eines Gewebes, Systems, Tieres oder Menschen
hervorruft, nach der gesucht wird.
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Zusätzlich zu
den Wirkstoffen können
diese pharmazeutischen Zusammensetzungen geeignete pharmazeutisch
zulässige
Träger,
Bindemittel, Streckmittel, Lösemittel,
Geschmackmittel, Farbmittel, usw. enthalten. Die Präparate können in
jeder beliebigen Form formuliert werden, einschließlich Tabletten,
Dragees, Kapseln, Pulver, Sirupe, Suspensionen, Aufschlämmungen,
Formulierungen mit Freisetzung zu einem bestimmten Zeitpunkt, Formulierungen
mit verzögerter
Freisetzung, Pillen, Granalien, Emulsionen, Pflastern, Injektionen, Lösungen,
Liposomen und Nanopartikeln, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Die
exakte Formulierung, der Verabreichungsweg und die Dosierung können vom
jeweiligen Arzt unter Berücksichtigung
des Zustandes des Patienten ausgewählt werden.
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Eine
chemotherapeutische Verbindung lässt
sich mit einem Peptid der vorliegenden Erfindung verabreichen.
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Die
Toxizität
und therapeutische Wirkung der Peptide der vorliegenden Erfindung
können
mit Hilfe von pharmazeutischen Standardprozeduren in Zellkulturen
oder Versuchstieren ermittelt werden.
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Die
neuartigen Peptid-Analoga, die die vorliegende Erfindung umfassen,
enthalten Aminosäuren, nämlich α,α-dialkylierte
Aminosäuren,
von denen bekannt ist, dass sie hochspezifische Beschränkungen
in dem Peptid-Grundgerüst
induzieren.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten α,α-dialkylierten Aminosäuren werden
aus den entsprechenden Ketonen synthetisch dargestellt. In einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden zunächst
Ketone in die entsprechenden Hydantoine umgewandelt, die unter Verwendung
einer starken Säure oder
Base und vorzugsweise H2SO4,
HCl, NaOH oder Na2CO3 hydrolysiert
werden, um die vorgenannten Aminosäuren zu ergeben. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist 60%ige Schwefelsäure als das hydrolysierende
Mittel eingesetzt worden. Die Umwandlung der Ketone zu ihren entsprechenden α,α-dialkylierten
Aminosäuren
ist in Beispiel 1 gezeigt.
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Die
neuartigen Peptide in der vorliegenden Erfindung sind unter Anwendung
von Methoden in fester Phase oder mit Hilfe einer Kombination von
Prozeduren in Lösungsphase
und Methoden in fester Phase oder durch Fragmentkondensation erzeugt
worden (Stewart und Young, 1969).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurden die Peptide unter Anwendung der
Fmoc-Strategie auf einem halbautomatischen Peptidsyntheseapparat
(CS Bio, Modell 536) unter Verwendung eines optimalen Nebenkettenschutzes
synthetisch hergestellt worden. Die Peptide sind vom C-Terminus bis zum
N-Terminus zusammengefügt
worden. Am Carboxy-Terminus amidierte Peptide wurden unter Verwendung
des "Rink Amide"-Harz synthetisiert.
Die Beladung der ersten Fmoc-geschützten Aminosäure wurde über die
Erzeugung einer Amid-Bindung mit dem festen Träger erreicht, vermittelt durch
Diisopropylcarbodiimid (DIPCDI) und HOBt. Die Substitutionsgrade
für die
automatische Synthese betrugen bevorzugt zwischen 0,2 und 0,6 mMol
Aminosäure
pro Gramm Harz. Die Schritte umfassen die Synthese der VIP-Analoga
unter Einsatz des folgenden Protokolls:
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Das
für die
Synthese von Carboxy-terminalen, amidierten Peptid-Analoga eingesetzte
Harz war 4-(2',4'-Dimethoxyphenyl-Fmoc-aminomethyl)-phenoxymethyl-derivatisiertes
Polystyrol mit 1% Divinylbenzol (Rink Amide)-Harz (100–200 Mesh),
erworben von der Calbioichem-Novabiochem Corp., La Jolla, USA (0,47 mval
NH2/g Harz).
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Die
vorliegende Erfindung gewährt
außerdem
einen Festphase-Syntheseprozess
für die
Herstellung eines Peptid-Analogs der Formel (I):
His-Ser-Asp-R1-Val-R2-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-R3-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn- Ser-Ile-Leu-Asn-NH2
worin sind:
R1 Aib, Deg oder
Ac5c,
R2 Phe oder 4-CI-D-Phe,
R3 Met, Leu oder Dpg,
was
das sequentielle Beladen der entsprechenden geschützten α,α-dialkylierten
Aminosäuren
in sequentiellen Zyklen zu dem Amino-Terminus eines Festphasenharzes
umfasst, das Koppeln der Aminosäuren
in Gegenwart konventioneller Lösemittel
und Reagenzien zum Zusammenfügen
einer Peptid-Harzgruppe, Entfernen der Schutzgruppen und Abspalten
des Peptids von dem Harz, um ein rohes Peptid-Analog zu erhalten.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die folgenden chemischen Teilgruppen
verwendet, um die reaktionsfähigen
Seitenketten der Peptide während
der Syntheseprozedur zu schützen.
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Die
N-terminale Amino-Gruppe wurde durch eine 9-Fluorenylmethoxycarbonyl-Gruppe
geschützt.
Die bevorzugten Schutzgruppen für
die Imidazol-Gruppe
des Histidin-Restes war Trityl (trt) oder tert-Butyloxycarbonyl
(Boc). Die Hydroxyl-Gruppen von Serin, Threonin und Tyrosin waren
bevorzugt geschützt
durch eine tert-Butyl-Gruppe (tBu) 2,2,5,7,8-Pentamethylchroman-6-sulfonyl
(Pmc) oder 2,2,4,7-Pentamethyldihydrobenzolfuran-5-sulfonyl (Pbf),
die die bevorzugten Schutzgruppen für die Guanidin-Gruppe von Arginin
waren. Die bevorzugte Schutzgruppe für Asparagin und Glutamin war
Trityl und die tert-Butyl-Gruppe
(tBu) war die bevorzugte Schutzgruppe für Asparaginsäure und
Glutaminsäure.
Der Tryptophan-Rest wurde entweder ungeschützt gelassen oder unter Boc-Schutz
verwendet. Die Amino-Gruppe als Seitenkette des Lysins war bevorzugt
unter Verwendung der Boc-Gruppe geschützt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wurden 2 bis 8 val Fmoc geschützte Aminosäure pro val Harz-Stickstoff
verwendet. Die aktivierenden Reagenzien, die zum Koppeln der Aminosäuren an
dem Harz in einer Festphase-Peptidsynthese verwendet wurden, sind
auf dem Gebiet gut bekannt. Diese schließen ein: DCC, DIPCDI, DIEA,
BOP, PyBOP, HBTU, TBTU und HOBt. Als aktivierende Reagenzien in
den Kopplungsreaktionen wurden bevorzugt DCC oder DIPCDI/HOBt der
HBTU/HOBT und DIEA verwendet.
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Die
geschützten
Aminosäuren
waren entweder in situ aktiviert oder wurden in Form voraktivierter
Ester zugesetzt, wie auf dem Gebiet bekannt ist, beispielsweise
als NHS-Ester, Opfp-Ester usw. Siehe hierzu: Atherton, E. et al.,
1988, J. Chem. Soc., Perkin Trans. I, 2887; Bodansky, M. in "The Peptides, Analysis, Synthesis and
Biology" (E. Gross,
J., Meienhofer, Herausg.) Bd. 1, Academic Press, New York, 1979,
106.
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Die
Kopplungsreaktion wurde in DMF, DCM oder NMP oder einer Mischung
dieser Lösemittel
ausgeführt
und mit Hilfe eines Kaiser-Tests (Kaiser et al., Anal. Biochem.,
34, 595–598
(1970)) überwacht.
Im Falle eines positiven Kaiser-Tests wurde die entsprechende Aminosäure unter
Verwendung frisch hergestellter aktivierter Reagenzien erneut gekoppelt.
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Nach
dem beendeten Zusammenbau des Peptid-Analogs wurde die terminale
Fmoc-Gruppe unter Anwendung der Schritte 1 bis 6 nach dem vorgenannten
Protokoll entfernt und das Peptid-Harz anschließend mit Methanol gewaschen
und getrocknet. Sodann wurden die Analogsubstanzen deprotektioniert
und von dem Harzträger
durch Behandlung mit einer Mischung zum Abspalten aus Trifluoressigsäure, kristallinem
Phenol, Ethandithiol, Thioanisol und deionisiertem Wasser für 1,5 bis
5 Stunden bei Raumtemperatur abgespalten. Das Roh-Peptid wurde durch
Ausfällung
mit kaltem wasserfreien Ether erhalten, filtriert, aufgelöst und lyophilisiert.
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Das
resultierende Roh-Peptid wurde durch präparative Hochleistungsflüssigchromatographie
(HPLC) unter Verwendung einer LiChrOCART® C18 (250-fach,
10) Umkehrphasensäule
(Merck, Darmstadt, Deutschland) auf einem System der präparativen
HPLC (Shimadzu Corporation, Japan) unter Anwendung eines Gradienten
von 0,1 % TFA in Acetonitril und Wasser gereinigt. Die eluierten
Fraktionen wurden erneut auf einem HPLC-Analysesystem (Shimadzu
Corporation, Japan) unter Verwendung einer C18LiChrospher®,
WP-300 (300 × 4)
Umkehrphasensäule
analysiert. Acetonitril wurde abgedampft und die Fraktionen lyophilisiert,
um das reine Peptid zu erhalten. Die Identität jedes Peptids wurde mit Hilfe
der Elektronenstrahl-Massenspektroskopie bestätigt.
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Eine
Analogsubstanz der vorliegenden Erfindung lässt sich ausschließlich mit
Hilfe der Festphasen-Methoden, durch partielle Festphasen/Lösungsphasen-Methoden und/oder
Fragmentkondensation herstellen. Bevorzugte, halbautomatische, schrittweise
Festphase-Methoden zur Synthese der Peptide der Erfindung werden
in den Beispielen gewährt,
die in dem nachfolgenden Abschnitt der vorliegenden Patentbeschreibung
diskutiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird in den Einzelheiten unter Bezugnahme
auf die folgenden Beispiele weiter beschrieben die von dem Fachmann
auf dem Gebiet als lediglich veranschaulichend erkannt werden und nicht
als einschränkend
auszulegen sind. Es sind zahlreiche andere Modifikationen der Erfindung
möglich, ohne
vom Grundgedanken und dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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Synthese von
Aminosäuren
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Es
wurden α,α-dialkylierte
Aminosäuren
aus den entsprechenden Ketonen synthetisch dargestellt. Diese Ketone
wurden zunächst
in ihre entsprechenden Hydantoine umgewandelt, die bei Hydrolyse
mit starker Säure
oder Alkali, wie beispielsweise H2SO4, HCl, NaOH oder Na2CO3, die entsprechenden Aminosäuren ergaben.
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Beispiel 1
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Es
wurden Cyclopentanon (0,1 Mol), KCN (0,3 Mol) und (NH4)2CO3 in 300 ml 50%igem
wässrigen
Methanol aufgelöst
und die Mischung für
4 bis 6 Stunden auf dem Wasserbad refluxiert. Danach wurde die Lösung bis
zur Hälfte
ihres Volumens eingeengt und in einem Eisbad gekühlt. Die gekühlte Lösung wurde
mit 2 N HCl angesäuert.
Der auf diese Weise erhaltene Niederschlag wurde filtriert und mehrmals
mit kaltem Wasser gewaschen, um die Spuren von Cyanid zu entfernen.
Der Feststoff wurde danach getrocknet und aus wässriger alkoholischer Lösung umkristallisiert.
Die Ausbeute des Produktes in der vorgenannten Reaktion wurde mit 86%
ermittelt. Das so erhaltene 5,5'-Spirocyclopentan-hydantoin
wurde mit Hilfe der I.R.-Spektroskopie charakterisiert (Valenzschwingungsbande,
die für
die Carbonyl-Gruppe charakteristisch sind, wurden bei 1710–1740 cm–1 bzw.
1760–1780
cm–1 beobachtet).
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Das
5,5'-Spirocyclopentan-hydantoin
(0,05 Mol) wurde in 45 ml 60%iger H2SO4 aufgelöst
und für
etwa 28 Stunden bei 150 bis 160°C
refluxiert. Das Reaktionsgemisch wurde bis zu Raumtemperatur gekühlt und
mit Wasser (150 ml) verdünnt.
Die verdünnte
Lösung
wurde filtriert, um verkohlte Partikel zu entfernen. Die klare Lösung wurde
in eiskaltem Wasser gekühlt
und mit Ammoniak-Lösung neutralisiert.
Die Lösung
wurde weiter eingeengt und gekühlt.
Es wurde ein glänzender
weißer
Niederschlag erhalten. Der auf diese Weise erhaltene Niederschlag
wurde filtriert und getrocknet. Die Aminosäure, d.h. 1-Aminocyclopentan-carbonsäure (Ac5c) wurde
mit Hilfe der I.R.-Spektroskopie bestätigt (1610–1640 cm–1 für die COO-Gruppe und 3060–3090 cm–1 für die NH3 +-Gruppe).
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Beispiel 2
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Herstellung von Fmoc-Asn(trt)-Harz
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Es
wurde eine typische Herstellung des Fmoc-Asn(trt)-Harzes unter Verwendung
von 0,5 g 4-(2',4'-Dimethoxyphenyl-Fmoc-aminomethyl)-phenoxymethylderivatisiertem
Polystyrol-1% Divinylbenzol (Rink Amide)-Harz (0,47 mM/g) (100–200 Mesh),
erworben von Calbiochem-Novabiochem Corp., La Jolla, USA ausgeführt. Das
Quellen des Harzes wurde typischerweise in Dichlormethan vorgenommen
das zu einem Volumen von 10 bis 40 ml/g Harz eingemessen wurde.
Das Harz ließ man
in Dichlormethan quellen (2 × 25
ml für
10 min). Dieses wurde 1 Mal in Dimethylformamid (DMF) für 1 min
gewaschen. Sämtliche
Lösemittel
in dem Protokoll wurden in 20 ml-Portionen pro Zyklus zugesetzt.
Die Fmoc-Schutzgruppe auf dem Harz wurde mit Hilfe der folgenden
Schritte 3 bis 7 in dem Protokoll entfernt. Die Deprotektion der
Fmoc-Gruppe wurde mit Hilfe der Anwesenheit blauer Perlen in dem
Kaiser-Test kontrolliert. Zum Laden der ersten Aminosäure auf
die freie Amino-Gruppe (NH2)-Gruppe des
Harzes wurde die erste Aminosäure,
Fmoc-Asn(trt)OH in einem vierfachen Überschuss zusammen mit einem Überschuss
in ähnlicher
Größe von HOBt
in den Aminosäurebehälter des Peptid-Syntheseapparat eingewogen.
Dieses wurde in Dimethylformamid (A.C.S.-Reinheit) (J.T. Baker,
Phillipsburg, New Jersey, USA) und mit DIPCDI unmittelbar vor der
Zugabe zu dem Harz in den Reaktionsbehälter des Peptid-Syntheseapparates
aktiviert. HOBt wurde in allen Kopplungsreaktionen und speziell
im Fall von Arg, Asn, Gln und His zugesetzt. Die Kopplungsreaktion
wurde für
eine Dauer im Bereich von 1 bis 3 Stunden ausgeführt. Das Laden der Aminosäure auf
das Harz wurde mit Hilfe des Vorhandenseins von farbigen Perlen im
Kaiser-Test bestätigt.
Der Wirkungsgrad des Ladens wurde durch Erhöhung des Harzgewichtes nach
der Zugabe der Aminosäure
bestätigt.
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Beispiel 3
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Synthese von SEQ ID NR:2
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(Aib4,
4-CI-D-Phe6, Leu17,)-VIP
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His-Ser-Asp-Aib-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-N2
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Die
Synthese von (Aib4, 4-CI-D-Phe6,
Leu17,)-VIP, das am Carboxy-Terminus amidiert
ist, wurde unter Verwendung des gesamten mit Fmoc-Asn(trt)-OH beladenen
Harzes iniziiert, das im vorangegangenen Beispiel 2 hergestellt
wurde. Dieses wurde einer schrittweisen Deprotektionierung und in
Kopplungsschritten in Schritt 1 bis 10 des Synthesezyklus unterworfen.
In jeder Kopplungsreaktion wurde der vierfache Überschuss von Aminosäure, DIPCDI
und HOBt verwendet.
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Nach
Beendigung der Synthese und der Entfernung der N-terminalen Fmoc-Schutzgruppe
(Schritte 1 bis 6 des Synthesezyklus) wurde das Peptid-Harz 2 Mal
mit Methanol gewaschen, getrocknet und gewogen, um 0,649 g zu erhalten.
Dieses wurde einer Abspaltung in einer Abspaltmischung, bestehend
aus Trifluoressigsäure
und Radikalfängern,
kristallinem Phenol, Ethanthiol, Thioanisol und Wasser, für eine Dauer
von 3 bis 5 Stunden bei Raumtemperatur unter kontinuierlichem Rühren unterworfen.
Das Peptid wurde unter Verwendung von kaltem, wasserfreiem Ether
ausgefällt,
um etwa 330 mg Roh-Peptid zu erhalten. Das Roh-Peptid wurde auf
einer präparativen
C18-Umkehrphasen-HPLC-Säule (250 × 10) auf einem Gradientensystem
gereinigt, das Acetonitril und Wasser in 0,1 %TFA entsprechend der
früheren
Beschreibung auf dem Gebiet aufwies. Die ausgeprägten Peaks wurden aufgenommen
und lyophilisiert, erneut analysiert auf einer analytischen HPLC
und einer Massenspektrometrie unterworfen. Es bestand eine gute Übereinstimmung
zwischen der beobachteten Molmasse und der berechneten Molmasse.
Das reine Peptid wurde sodann für
Bioassays genutzt.
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Beispiel 4
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Synthese von SEQ ID NR:5
[Aib4]-VIP
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His-Ser-Asp-Aib-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Met-Ala-Val-Lvs-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2
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Es
wurde eine 0,255 g-Portion von Fmoc-Asn(trt)-Rink Amid-Harz von
Beispiel 2 einer Festphasensynthese unter Anwendung des Protokolls
unterworfen, wie es in der "detaillierten
Beschreibung der Erfindung" ausgeführt wurde.
Alle Kopplungen wurden unter Anwendung des entsprechenden molaren Überschusses
der erforderlichen Fmoc-Aminosäuren
ausgeführt.
Es wurden Kopplungsmittel und Additive verwendet, wie sie der Fachwelt
gut bekannt sind. Nach beendetem Zusammenbau des Peptids wurde die
Fmoc-Gruppe von dem Harz entfernt, wie bereits ausgeführt wurde.
Das Peptid wurde abgespalten, lyophilisiert, gereinigt und entsprechend
den im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Protokollen charakterisiert.
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Beispiel 5
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Synthese von Analog y
SEQ ID NR:9 [Aib4, Dpg17]
1-VIP
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His-Ser-Asp-Aib-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tvr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Dpg-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-NH2
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Es
wurde eine 0,255 g-Portion von Fmoc-Asn(trt)-Rink Amid-Harz von
Beispiel 2 einer Festphasensynthese unter Anwendung des Protokolls
unterworfen, wie es in der "detaillierten
Beschreibung der Erfindung" ausgeführt wurde.
Alle Kopplungen wurden unter Anwendung des entsprechenden molaren Überschusses
der erforderlichen Fmoc-Aminosäuren
ausgeführt.
Es wurden Kopplungsreagenzien und Additive verwendet, wie sie der
Fachwelt gut bekannt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wurden 27 Kopplungszyklen unter Verwendung der entsprechend
geschützten
Aminosäuren
entsprechend der vorgenannten Sequenz ausgeführt. Nach beendetem Zusammenbau
des Peptids wurde die Fmoc-Gruppe von dem Harz entfernt, wie bereits ausgeführt wurde.
Das Peptid wurde abgespalten, lyophilisiert, gereinigt und entsprechend
den im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Protokollen charakterisiert.
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Beispiel 6
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Es
wurde die cytotoxische Aktivität
der synthetisierten Peptide an 6 Humantumor-Zelllinien getestet, nämlich PA-1
(Ovarien), SW620 (Colon), HuTu80 (Zwölffingerdarm), L132 (Lunge),
U87MG (Glioblastom), KB (oral), MIAPaCa2 (Pankreas), A549 (nicht
kleinzellige Lunge) und HT-29 (Colon). Die Tumorzellen wurden in der
exponentiellen Wachstumsphase gesammelt und erneut in Medium suspendiert
(1,5 × 106 Zellen/ml in RPMI 1640 mit einem Gehalt
von 10% FBS). Es wurden 150 μl
Medium in die Mulden einer 96-Gewebekultur-Titerplatte (Nunc, Dänemark)
gegeben, gefolgt von 30 μm
Zell-Suspension. Die Platte ließ man über Nacht (37°C, 5% CO2) im Inkubator. Den markierten Mulden in
der 96-Titerplatte
wurden 20 μl
Peptid (100 pM bis 1 μM-Konzentration)
zugesetzt. Jede Konzentration wurde dreifach ausgestrichen. In Kontrollmulden
wurden 20 μl
Medium allein gegeben, während
Mulden ohne Zellen als Blindproben dienten. Es wurde ein Gesamtvolumen
von 200 μl
in jeder Mulde gewährleistet
und die Platte im Inkubator (37°C,
5% CO2) belassen. Nach einer Inkubation
von 72 Stunden wurde ein MTT-Assay ausgeführt und die prozentuale Cytotoxizität im Bezug
auf die Kontrollzellen berechnet. Die folgenden Tabellen zeigen
die maximale Cytotoxizität,
die an den verschiedenen Zelllinien erreicht wurde.
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His-Ser-Asp-Aib-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-
NH
2 (SEQ
ID NR:2)
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His-Ser-Asp-Deg-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-
NH
2 (SEQ
ID NR:3
-
His-Ser-Asp-AcSc-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Leu-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-
NH
2 (SEQ
ID NR:4)
-
His-Ser-Asp-Aib-Val-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Dpg-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-
NH
2 (SEQ
ID NR:9)
-
His-Ser-Asp-Aib-Val-4-CI-D-Phe-Thr-Asp-Asn-Tyr-Thr-Arg-Leu-Arg-Lys-Gln-Dpg-Ala-Val-Lys-Lys-Tyr-Leu-Asn-Ser-Ile-Leu-Asn-
NH
2 (SEQ
ID NR:10)
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