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Das
Glucagon-ähnliche
Peptid 1 (GLP-1) ist ein 37 Aminosäuren langes Peptid, das von
den L-Zellen des
Dünndarms
in Reaktion auf die Nahrungsaufnahme sekretiert wird. Es wurde festgestellt,
dass es die Insulinsekretion stimuliert (insulinotrope Wirkung),
wobei es die Glucoseaufnahme durch Zellen und verringerte Serumglucosespiegel
verursacht (siehe beispielsweise S. Mojsov, Int. J. Peptide Protein
Research 40: 333–343
(1992)). Jedoch ist das GLP-1 (1-37) schwach aktiv. Eine weitere
endogene Spaltung zwischen der Position 6 und 7 bildet ein stärkeres biologisch
aktives GLP-1 (7-37)OH Peptid. Es sind auch mehrere biologisch wirksame
GLP-1 Analoga und Derivate bekannt, die hierin als "GLP-1 Verbindungen" bezeichnet werden.
Beispielsweise ist GLP-1 (7-36)NH2 ein natürlich vorkommendes
GLP-1 Analogon, worin Glycin am C-Terminus durch -NH2 ersetzt
wurde. Val8-GLP (7-37)OH ist ein synthetisches
GLP-1 (7-37)OH Analogon, worin Alanin an der Position 8 durch Valin
ersetzt wurde und Thr16-Lys18-GLP-1
(7-37)OH ist ein synthetisches GLP-1 (7-37)OH Analogon, worin Valin
an der Position 16 und Serin an der Position 18 jeweils durch Threonin und
Lysin ersetzt wurden. Aufgrund ihrer Fähigkeiten zur Stimulierung
der Insulinsekretion zeigen die GLP Verbindungen ein großes Potential
für die
Behandlung von Diabetes, Fettsucht und verwandten Zuständen.
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GLP-1
Verbindungen können
in zumindest 2 verschiedenen Formen existieren. Die erste Form ist
physiologisch aktiv und löst
sich leicht in wässriger
Lösung
bei einem physiologischen pH (7,4). Im Gegensatz dazu weist die
zweite Form eine geringe oder keine insulinotrope Aktivität auf und
ist in Wasser bei einem pH von 7,4 im wesentlichen unlöslich. Unglücklicherweise
wird die inaktive Form leicht gebildet, wenn wässrige GLP-1 Lösungen gerührt werden,
hydrophoben Oberflächen
ausgesetzt werden oder große
Luft/Wasser Grenzflächen
aufweisen. Dies verkompliziert beträchtlich die Bildung von kommerziellen
Mengen an aktiven GLP-1 Verbindungen, da Mischvorgänge oder
eine kontinuierliche Bewegung durch eine Pumpe gewöhnliche Arbeitsgänge bei
Großmengenherstellungsprozessen
sind und diese Arbeitsgänge
die Rührung,
Luft/Wasser-Grenzflächen
und/oder den Kontakt mit hydrophoben Oberflächen verursachen, die zur unlöslichen
Form führen.
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Die
EP 0 619 322 A beschreibt
Zusammensetzungen und Verfahren zur Behandlung von Diabetes mellitus.
Insbesondere betrifft sie Zusammensetzungen, die die Verabreichung
des Glucagon-ähnlichen
Peptids-1 (GLP-1) und Derivate hiervon verlängern. Diese Zusammensetzungen
sind zur Behandlung von Insulin-unabhängigem Diabetes mellitus brauchbar.
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J.
Pharm. Sci. 1994, Seiten 1175–1180
beschreibt Studien der Sekundärstruktur
des Insulinotropins im festen Zustand. Es wurde festgestellt, dass
die Löslichkeit
zurückgeht,
wenn die α-Helix
in eine antiparallele β-Faltblattstruktur
umgewandelt wird.
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J.
Pharm. Sci. 1998, Seiten 183–189
beschreibt die Wirkung von Konformationsumwandlungen und der Razemisierung
während
der Prozessentwicklung von rekombinantem Glucagon-ähnlichem
Peptid 1.
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Die
Realisierung des pharmazeutischen Potenzials von GLP-1 Verbindungen
hängt von
der Bildung der aktiven Form von GLP-1 Verbindungen in kommerziellen
Mengen ohne Kontamination mit signifikanten Mengen an Nebenprodukten
der inaktiven Form ab. Daher besteht ein entscheidender Bedarf für Verfahren zur
Umwandlung von großen
Bulkmengen der inaktiven unlöslichen
Form von GLP-1 Verbindungen in die lösliche aktive Form.
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Es
wurde jetzt festgestellt, dass die inaktive, unlösliche Form der GLP-1 Verbindungen
in die physiologisch wirksame, lösliche
Form durch Auflösung
der inaktiven Form in wässriger
Base (oder in wässriger
Säure)
umgewandelt werden kann. Eine weitere hierin berichtete Feststellung
ist, dass die lösliche,
physiologisch aktive Form von GLP-1 Verbindungen in hoher Ausbeute
und ohne Aminosäurerazemisierung
oder anderen Abbau isoliert werden kann, vorausgesetzt, dass die
wässrig
basische Lösung
(oder wässrig
saure Lösung) auf
einen geeigneten, weniger basischen (oder weniger sauren) pH neutralisiert
werden kann. Beispielsweise wird unlösliches Val8-GLP-1
(7-37)OH in lösliches
Val8-GLP-1 (7-37)OH in hoher Ausbeute und
ohne detektierbare Razemisierung durch die Auflösung in wässrigem Natriumhydroxid bei
pH 12,3, Neutralisierung auf pH 7,0 und Isolierung des löslichen
Produkts durch Filtration und Lyophilisierung (Beispiele 4 und 6)
umgewandelt. Basierend auf diesen Entwicklungen wird ein Verfahren
zur Herstellung einer löslichen,
physiologisch aktiven GLP-1 Verbindung aus der entsprechenden inaktiven,
unlöslichen
Form beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer GLP-1
Verbindung, die in wässriger Lösung bei
pH 7,4 löslich
ist, aus einer GLP-1 Verbindung, die im wesentlichen in wässriger
Lösung
bei pH 7,4 unlöslich
ist. Die unlösliche
GLP-1 Verbindung wird in wässriger
Base oder in wässriger
Säure unter
Bildung einer GLP-1 Lösung
gelöst.
Die GLP-1 Lösung
wird dann auf einen pH neutralisiert, bei dem im wesentlichen keine
Aminosäurerazemisierung
der GLP-1 Verbindung auftritt. Die lösliche GLP-1 Verbindung wird
dann aus der neutralisierten Lösung
isoliert.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer GLP-1 Verbindung, die in wässriger Lösung bei pH 7,4 löslich ist,
wobei die Verbindung als "lösliche GLP-1 Verbindung" bezeichnet wird,
aus der entsprechenden GLP-1 Verbindung bereitgestellt, die in wässriger
Lösung
bei pH 7,4 im wesentlichen unlöslich
ist, wobei die GLP-1 Verbindung als "unlösliche
GLP-1 Verbindung" bezeichnet
wird, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:
- a) Auflösung
der unlöslichen
GLP-1 Verbindung in einer wässrigen
Base mit einem pH zwischen 10,5 und 12,5 unter Bildung einer GLP-1
Lösung,
- b) Neutralisation der GLP-1 Lösung auf einen pH zwischen
6,5 und 9,0, und
- c) Isolierung der löslichen
GLP-1 Verbindung aus der neutralisierten Lösung von Schritt b). Der pH
der wässrigen
Base liegt vorzugsweise zwischen 12,1 und 12,5.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer GLP-1 Verbindung, die in einer wässrigen
Lösung
bei pH 7,4 löslich
ist, wobei die GLP-1 Verbindung als "lösliche
GLP-1 Verbindung" bezeichnet
wird, aus der entsprechenden GLP-1 Verbindung bereitgestellt, die
im wesentlichen in einer wässrigen
Lösung
bei pH 7,4 unlöslich
ist, wobei die GLP-1 Verbindung als "unlösliche GLP-1
Verbindung" bezeichnet
wird, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:
- a) Auflösung
der unlöslichen
GLP-1 Verbindung in einer wässrigen
Base mit einem pH zwischen 10 und 10,5 unter Bildung einer GLP-1
Lösung,
- b) Neutralisation der GLP-1 Lösung auf einen pH zwischen
6,5 und 9,0, und
- c) Isolierung der löslichen
GLP-1 Verbindung aus der neutralisierten Lösung von Schritt b).
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer GLP-1 Verbindung, die in einer wässrigen
Lösung
bei pH 7,4 löslich
ist, wobei die GLP-1 Verbindung als "lösliche
GLP-1 Verbindung" bezeichnet
wird, aus der entsprechenden GLP-1 Verbindung bereitgestellt, die
im wesentlichen in einer wässrigen
Lösung
bei pH 7,4 unlöslich
ist, wobei die GLP-1 Verbindung als "unlösliche GLP-1
Verbindung" bezeichnet
wird, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:
- a) Auflösung
der unlöslichen
GLP-1 Verbindung in einer wässrigen
Säure mit
einem pH zwischen 1,5 und 2,0 unter Bildung einer GLP-1 Lösung,
- b) Neutralisation der GLP-1 Lösung auf einen pH zwischen
6,5 und 9,0, und
- c) Isolierung der löslichen
GLP-1 Verbindung aus der neutralisierten Lösung von Schritt b). Vorzugsweise wird
die GLP-1 Lösung
auf einen pH zwischen 7,0 und 8,5 neutralisiert.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung von Val8-GLP1(7-37)OH [SEQ ID
Nr. 15], das in wässriger
Lösung
bei physiologischem pH löslich
ist, wobei das Val8-GLP-1(7-37)OH als "lösliches Val8-GLP-1(7-37)OH" bezeichnet wird,
aus Val8-GLP-1(7-37)OH bereitgestellt, das
in wässriger
Lösung
bei physiologischem pH unlöslich
ist, wobei das Val8-GLP-1(7-37)OH als "unlösliches
Val8-GLP-1(7-37)OH" bezeichnet wird, das gekennzeichnet
ist durch folgende Schritte:
- a) Auflösung des
unlöslichen
Val8-GLP-1(7-37)OH in einer wässrigen
Base mit einem pH zwischen 12,1 und 12,5 unter Bildung einer Val8-GLP-1(7-37)OH Lösung,
- b) Neutralisation der Val8-GLP-1(7-37)OH
Lösung
innerhalb von 30 Minuten nach der Auflösung von Val8-GLP-1(7-37)OH auf
einen pH zwischen 7,0 und 8,5, und
- c) Filtration der neutralisierten Lösung von Schritt b) durch eine
Filtermembran mit einer Porosität
zwischen 0,20 μm
und 0,25 μm,
und
- d) Isolierung des löslichen
Val8-GLP-1(7-37)OH aus der filtrierten Lösung von
Schritt c).
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann zur Umwandlung von Bulkmengen
der inaktiven Form der GLP-1 Verbindungen in die aktive Form ohne
signifikante Aminosäurerazemisierung
oder sonstigen Abbau verwendet werden. Daher kann es in kommerziellen
Prozessen zur Herstellung von aktiven GLP-1 Verbindungen in hoher
Ausbeute und hoher Reinheit verwendet werden.
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Die
Figur ist eine Darstellung, die die Umwandlung der löslichen
Form von drei unterschiedlichen Ansätzen von Val8-GLP
(7-37)OH in die unlösliche
Form in Lösung
(pH 7,4, kein Salz, 20 mM Phosphat, 1 mg/ml Protein) mit Rühren (mit "s" gekennzeichnet) und ohne Rühren zeigt.
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Eine
GLP-1 Verbindung ist ein Peptid mit etwa 25 bis etwa 35 natürlich vorkommenden
oder modifizierten Aminosäuren
und weist eine ausreichende Homologie zu GLP-1 (7-37)OH auf, so
dass sie eine insulinotrope Aktivität zeigt. Eine "modifizierte Aminosäure" ist die Aminosäure, die
nach einer oder mehreren chemischen Modifikationen an einer natürlich vorkommenden
Aminosäure
erhalten wird. Beispiele für
modifizierte Aminosäuren
werden im folgenden in der Definition des "GLP-1 Derivats" bereitgestellt. "Insulinotrope Aktivität" bezieht sich auf
die Stimulierung der Insulinsekretion in Reaktion auf die Nahrungsaufnahme,
wobei die Glucoseaufnahme durch die Zellen stimuliert wird und die
Serumglucosespiegel verringert werden. Es ist eine große Vielzahl
an GLP-1 Verbindungen in der Technik bekannt, einschließlich GLP
Analoga, GLP Derivate, biosynthetische GLPs und Dipeptidylpeptidase
IV geschützte
GLPs. Die Bedeutung der Ausdrücke "GLP Analogon", "GLP Derivat", "biosynthetisches
GLP" und "Dipeptidylpeptidase
IV geschütztes
GLP" wird hierin
später
bereitgestellt.
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Die
Löslichkeit
einer GLP-1 Verbindung kann in Abhängigkeit davon, wie sie isoliert
wurde und die Art und die Zeitdauer, für die sie gelagert wurde, variieren.
Beispielsweise ist die Löslichkeit
der GLP-1 Verbindungen,
die aus der Lösung
durch Kristallisation oder Lyophilisierung isoliert wurde, im allgemeinen
sehr hoch. Im Gegensatz dazu ist die Löslichkeit einer GLP-1 Verbindung,
die aus einer Lösung
ausfällt,
die hohe Salzkonzentrationen enthält, die hydrophoben Oberflächen ausgesetzt
wurde (beispielsweise durch Tangentialflussfiltration gereinigt
wurde) oder große
Luft/Wasser Grenzflächen
aufweist, die beispielsweise durch starkes Rühren entstehen, oft sehr gering
(Beispiel 2). Zusätzlich
zeigen sehr lösliche
Kristalle und lyophilisierte Pulver einer GLP-1 Verbindung typischerweise
eine abnehmende Löslichkeit über die
Zeit. Die Lagerung der Verbindung bei niedrigen Temperaturen (beispielsweise
bei 0°C)
kann die Umwandlung zu weniger löslichen
Formen verlangsamen.
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Das
Maß, in
dem die GLP-1 Verbindung in Wasser bei einem physiologischen pH
löslich
ist, kann mit der insulinotropen Aktivität der Verbindung korreliert
werden. Genauer gesagt nimmt die biologische Aktivität einer
GLP-1 Verbindung zu, wenn sie löslicher
wird und nimmt ab, wenn sie weniger löslich wird. Die insulinotrope
Aktivität
kann durch in der Technik bekannte Verfahren untersucht werden,
einschließlich
der Verwendung von in vivo Experimenten, wie es in Beispiel 5 beschrieben
ist und in vitro Tests, die Pankreasinselzellen oder Insulinomzellen
verwenden, wie dies jeweils in
EP 0 619 322 A von Gelfand et al., und in
US 5 120 712 A beschrieben
ist.
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Das
Ausmaß,
in dem eine GLP-1 Verbindung in Wasser bei einem physiologischen
pH löslich
ist, kann auch mit Absorptionen im Infrarotspektrum korreliert werden.
Genauer gesagt ist das Infrarotspektrum der GLP-1 Verbindung durch
Absorptionen bei 1624 cm–1, 1657 cm–1 und
1696 cm–1 charakterisiert.
Die Löslichkeit der
GLP-1 Verbindung nimmt mit der Intensität der Absorption bei 1657 cm–1 zu
und nimmt mit der Intensität der
Absorption bei 1624 cm–1 und 1696 cm–1 ab.
Daher verändert
sich die Intensität
dieser 3 Absorptionen dementsprechend, wenn eine GLP-1 Verbindung
sich in eine löslichere
oder weniger löslichere
Form umwandelt (siehe Beispiel 3).
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Eine
GLP-1 Verbindung mit einer Löslichkeit
in Wasser bei physiologischem pH (7,4) von mindestens etwa 1,0 Milligramm
pro Milliliter Wasser bei pH 7,4 wird die "aktive Form" oder "lösliche
Form" der Verbindung genannt.
Eine GLP-1 Verbindung wird in ihrer aktiven oder löslichen
Form hierin als "lösliche GLP-1
Verbindung" bezeichnet.
Vorzugsweise weist eine lösliche
GLP-1 Verbindung eine Löslichkeit
in Wasser bei einem physiologischen pH von mindestens etwa 5,0 Milligramm
pro Milliliter auf. Das Verhältnis
A1657/(A1624 + A1657 + A1696) beträgt im allgemeinen
mindestens etwa 0,60 für
GLP-1 Verbindungen in der löslichen
Form und vorzugsweise zumindest etwa 0,70. An ist
die Absorptionsintensität
bei einer Wellenlänge
n in reziproken Zentimetern.
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Eine
GLP-1 Verbindung mit einer Löslichkeit
in Wasser bei einem physiologischen pH von weniger als 0,5 Milligramm
pro Milliliter Wasser wird als "inaktive
Form" oder "unlösliche Form" der Verbindung bezeichnet. Eine
GLP-1 Verbindung in ihrer inaktiven oder unlöslichen Form wird hierin als "unlösliche GLP-1
Verbindung" bezeichnet.
Vorzugsweise weist eine unlösliche
GLP-1 Verbindung eine Löslichkeit
in Wasser bei einem physiologischen pH von weniger als etwa 0,1
Milligramm pro Milliliter auf. Das Verhältnis (A1624 +
A1696)/(A1624 +
A1657 + A1696) beträgt im allgemeinen
zumindest etwa 0,60 für
GLP-1 Verbindungen in der löslichen
Form und vorzugsweise mindestens etwa 0,70. An ist
die Absorptionsintensität
bei der Wellenlänge
n in reziproken Zentimetern.
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Es
wurde berichtet, dass die unlösliche
Form der GLP-1 Verbindungen durch die Bildung von intramolekularen
und intermolekularen β-Faltblättern gekennzeichnet
ist, die zu einer Aggregation und Unlöslichkeit der Verbindung führen, während die
sekundäre
Struktur der löslichen
Form durch das Vorkommen von α-Helices
gekennzeichnet ist (siehe Senderoff et al., J. Pharm. Sci. 87: 183
(1998)). Das Infrarotspektrum der löslichen und unlöslichen
Formen der GLP-1 Verbindungen stimmt mit dieser Interpretation überein.
Genauer gesagt deuten die Absorptionsbanden bei 1624 und 1696 cm–1 im
allgemeinen das Vorkommen von β-Faltblättern an,
während
die Absorptionsbande bei 1657 cm–1 mit
dem Vorkommen von α-Helices übereinstimmt.
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Die
Auflösung
der unlöslichen
GLP-1 Verbindungen in wässriger
Base (oder wässriger
Säure)
geht mit der Abnahme der intramolekularen und intermolekularen Wechselwirkungen
einher, die für
die β-Faltblattbildung
verantwortlich sind. Darüberhinaus
stimmt die Isolierung der löslichen
Form der GLP-1 Verbindungen aus diesen Lösungen mit der Neubildung der
Sekundärstruktur
der löslichen
GLP-1 Verbindungen überein.
Daher kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit Proteinen
(beispielsweise GLP-1 Verbindungen) mit einer löslichen aktiven Form, die durch
einen hohen α-Helixanteil
gekennzeichnet ist, und einer inaktiven oder unlöslichen Form, die durch einen
hohen Gehalt an β-Faltblättern gekennzeichnet
ist, verwendet werden, um sie von der unlöslichen Form in die lösliche Form
umzuwandeln.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann zur Umwandlung von unlöslichen
GLP-1 Verbindungen in lösliche
GLP-1 Verbindungen in Zusammensetzungen verwendet werden, worin
die unlösliche
GLP-1 Verbindung die einzige Komponente ist oder alternativ dazu,
worin die unlösliche
GLP-1 Verbindung eine von mehreren Komponenten ist. Daher kann das
Verfahren Gemische "reinigen", die sowohl die
lösliche
als auch die unlösliche
Form einer GLP-1 Verbindung enthalten, indem die unlösliche Form
in die lösliche
Form umgewandelt wird. Das Verfahren ist daher Idealerweise zur
Entfernung von kleinen Mengen oder sogar Spurenmengen der unlöslichen
Form aus der Zusammensetzung oder zur Minimierung der Menge der
unlöslichen
Form in der Zusammensetzung geeignet, bevor beispielsweise eine
Verabreichung als Arzneimittel oder eine Formulierung in einer Arzneimitteldosierungsform
erfolgt.
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In
der Technik wurde der Aminoterminus von GLP-1 (7-37)OH mit dem Rest
der Nummer 7 bezeichnet und der Carboxyterminus mit der Nummer 37.
Diese Nomenklatur geht auf andere GLP Verbindungen über. Wenn
nichts spezifisches erwähnt
wird, wird der C-Terminus gewöhnlich
so betrachtet, dass er in der herkömmlichen Carboxylform vorliegt.
Die Aminosäuresequenz
von GLP-1 (7-37)OH wird im folgenden bereitgestellt:
7His-Ala-Glu-10Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-15Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-20Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-25Ala-Lys-Glu-Phe-Ile-30Ala-Trp-Leu-Val-Lys-35Gly-Arg-37Gly-COOH
(SEQ ID Nr. 1)
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Eine "GLP-1 Verbindung" hat eine ausreichende
Homologie zu GLP-1 (7-37)OH oder einem Fragment von GLP-1 (7-37)OH,
so dass die Verbindung eine insulinotrope Aktivität aufweist.
Vorzugsweise hat eine GLP-1 Verbindung die Aminosäuresequenz
von GLP-1 (7-37)OH oder eines Fragments hiervon, die so modifiziert
ist, das keine, eine, zwei, drei, vier oder fünf Aminosäuren sich von der Aminosäure in der
entsprechenden Position von GLP-1 (7-37)OH oder dem Fragment von
GLP-1 (7-37)OH unterscheiden. Bevorzugte GLP Verbindungen sind an
der Position 8, an der Position 22 oder an der Position 8 und Position
22 modifiziert.
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Vorzugsweise
sind die Aminosäuren
in der GLP Verbindung, die sich von der Aminosäure an der entsprechenden Position
von GLP-1 (7-37)OH unterscheiden, konservative Substitutionen und
bevorzugter hoch konservative Substitutionen.
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Eine "konservative Substitution" ist der Austausch
einer Aminosäure
gegen eine andere Aminosäure, die
dieselbe Nettoelektronenladung und etwa die gleiche Größe und Form
aufweist. Aminosäuren
mit aliphatischen oder substituierten aliphatischen Aminosäureseitenketten
haben etwa dieselbe Größe, wenn
sich die Gesamtzahl an Kohlenstoffen und Heteroatomen in ihren Seitenketten
um nicht mehr als etwa vier unterscheidet. Sie haben etwa dieselbe
Form, wenn die Anzahl an Verzweigungen in ihren Seitenketten sich
um nicht mehr als eine unterscheidet. Aminosäuren mit Phenyl- oder substituierten
Phenylgruppen in ihren Seitenketten haben etwa dieselbe Größe und Form.
Unten werden fünf
Gruppen an Aminosäuren
aufgeführt.
Der Austausch einer Aminosäure
in einer GLP-1 Verbindung gegen eine andere Aminosäure aus
derselben Gruppe führt
zu einer konservativen Substitution:
Gruppe I: Glycin, Alanin,
Valin, Leucin, Isoleucin, Serin, Threonin, Cystein, Methionin und
nicht-natürlich
vorkommende Aminosäuren
mit aliphatischen C1-C4 Seitenketten
oder mit Hydroxyl-substituierten aliphatischen C1-C4 Seitenketten (geradkettig oder monoverzweigt).
Gruppe
II: Glutaminsäure,
Asparaginsäure
und nicht natürlich
vorkommende Aminosäuren
mit Carbonsäure-substituierten
aliphatischen C1-C4 Seitenketten
(unverzweigt oder ein Verzweigungspunkt).
Gruppe III: Lysin,
Ornithin, Arginin und nicht natürlich
vorkommende Aminosäuren
mit Amin- oder Guanidino-substituierten aliphatischen C1-C4 Seitenketten (unverzweigt oder ein Verzweigungspunkt).
Gruppe
IV: Glutamin, Asparagin und nicht natürlich vorkommende Aminosäuren mit
Amid-substituierten aliphatischen C1-C4 Seitenketten (unverzweigt oder ein Verzweigungspunkt).
Gruppe
V: Phenylalanin, Phenylglycin, Tyrosin und Tryptophan.
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Eine "hoch konservative
Substitution" ist
der Austausch einer Aminosäure
durch eine andere Aminosäure,
die dieselbe funktionelle Gruppe in der Seitenkette und nahezu dieselbe
Größe und Form
aufweist. Aminosäuren
mit aliphatischen oder substituierten aliphatischen Aminosäureseitenketten
haben nahezu dieselbe Größe, wenn
die Gesamtzahl an Kohlenstoff- und Heteroatomen in ihren Seitenketten
sich um nicht mehr als 2 unterscheidet. Sie haben nahezu dieselbe
Größe, wenn
sie dieselbe Anzahl an Verzweigungen in ihren Seitenketten aufweisen.
Beispiele für
hochkonservative Substitutionen umfassen Valin für Leucin, Threonin für Serin,
Asparaginsäure
für Glutaminsäure und
Phenylglycin für
Phenylalanin. Beispiele für
Substitutionen, die nicht hochkonservativ sind, umfassen Alanin
für Valin,
Alanin für
Serin und Asparaginsäure
für Serin.
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"GLP-1 Analogon" ist als eine GLP-1
Verbindung mit einer oder mehreren Aminosäuresubstitutionen, Deletionen,
Inversionen oder Anfügungen
relativ zu GLP-1 (7-37)OH definiert. Zugelassene Aminosäuresubstitutionen
umfassen den Austausch einer L-Aminosäure durch ihre entsprechende
D-Form. In der hierin zur Bezeichnung der GLP-1 Analoga verwendeten
Nomenklatur wird die substituierende Aminosäure und deren Position vor
der Ausgangsstruktur angegeben. Beispielsweise bezeichnet Val8- GLP-1
(7-37)OH ein GLP-1 Analogon, worin das Alanin, das sich normalerweise
an der Position 8 von GLP-1 (7-37)OH befindet, durch Valin ersetzt
wurde.
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Es
sind mehrere GLP-1 Analoga in der Technik bekannt und umfassen unter
anderem GLP-1(7-34), GLP-1(7-35),
GLP-1(7-36)NH2, Gln9-GLP-1(7-37),
d-Gln9-GLP-1(7-37), Thr16-Lys18-GLP-1(7-37), Lys18-GLP-1(7-37),
Gly8-GLP-1(7-36)NH2,
Gly8-GLP-1(7-37)OH, Val8-GLP-1(7-36)NH2, Val8-GLP-1(7-37)OH, Met8-GLP-1(7-36)NH2,
Met8-GLP-1(7-37)OH, Ile8-GLP-1(7-36)NH2, Ile8-GLP-1(7-37)OH, Thr8-GLP-1(7-36)NH2,
Thr8-GLP-1(7-37)OH, Ser8-GLP-1(7-36)NH2, Ser8-GLP-1(7-37)OH, Asp8-GLP-1(7-36)NH2, Asp8-GLP-1(7-37)OH,
Cys8-GLP-1(7-36)NH2,
Cys8-GLP-1(7-37)OH, Thr9-GLP-1(7-37),
D-Thr9-GLP-1(7-37), Asn9-GLP-1(7-37),
D-Asn9-GLP-1(7-37), Ser22-Arg23-Arg24-Gln26-GLP-1(7-37), Arg23-GLP-1(7-37),
Arg24-GLP-1(7-37) und Gly8-Gln21-GLP-1(7-37)OH und dergleichen.
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Ein "GLP-1 Derivat" ist als Molekül mit der
Aminosäuresequenz
von GLP-1 (7-37) oder eines GLP-1 Analogons definiert, das aber
zusätzlich
chemische Modifikationen an einer oder mehrerer der Aminosäureseitenkettengruppen, α-Kohlenstoffatome,
der terminalen Aminogruppe oder der terminalen Carboxylgruppe aufweist.
Eine chemische Modifikation umfasst unter anderem die Anfügung von
chemischen Resten, Erzeugung neuer Bindungen und die Entfernung
chemischer Reste. Die Modifikationen an den Aminosäureseitengruppen
umfassen ohne Beschränkung
Acylierung der Lysin-ε-aminogruppen,
N-Alkylierung von
Arginin, Histidin oder Lysin, Alkylierung der Glutamin- oder Asparagincarbonsäuregruppen
und die Desaminierung von Glutamin oder Asparagin. Die Modifikationen
der terminalen Aminogruppe umfassen unter anderem Desamino-, N-Niederalkyl-,
N-Diniederalkyl- und N-Acylmodifikationen (beispielsweise -CO-Niederalkyl).
Die Modifikationen der terminalen Carboxygruppe umfassen unter anderem
ohne Beschränkung
die Amid-, Niederalkylamid-, Dialkylamid- und Niederalkylestermodifikationen.
Niederalkyl umfasst gerades oder verzweigtkettiges C1-C4 Alkyl. Darüberhinaus können eine oder mehrere Seitengruppen
oder terminale Gruppen durch dem chemischen Fachmann bekannte Schutzgruppen
geschützt
werden. Das α-Kohlenstoffatom
einer Aminosäure kann
mono- oder dimethyliert werden.
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Andere
GLP-1 Verbindungen sind in
US
5 705 483 A beschrieben und haben die in SEQ ID Nr. 2 gezeigte
Aminosäuresequenz.
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R1-X-Glu-10Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-15Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-20Leu-Y-Gly-Gln-Ala-25Ala-Lys-Z-Phe-Ile-30Ala-Trp-Leu-Val-Lys-35Gly-Arg-R2 (SEQ
ID Nr. 2)
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R1 steht in SEQ ID Nr. 2 für: L-Histidin, D-Histidin,
Desaminohistidin, 2-Aminohistidin, β-Hydroxyhistidin, Homohistidin, α-Fluormethylhistidin
oder α-Methylhistidin.
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X
steht für
Ala, Gly, Val, Thr, Met, Ile, Ser oder α-Methyl-Ala.
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Y
steht für
Glu, Gln, Ala, Thr, Ser oder Gly.
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Z
steht für
Glu, Gln, Ala, Thr, Ser oder Gly.
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R2 steht für
NH2 oder Gly-OH.
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Noch
andere GLP-1 Verbindungen sind in WO 91/11457 A beschrieben.
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Diese
GLP-1 Verbindungen umfassen GLP-1 (7-34), GLP-1 (7-35), GLP-1 (7-36)
oder GLP-1 (7-37) oder
die Amidform hiervon und pharmazeutisch annehmbare Salze hiervon,
die zumindest eine der folgenden Modifikationen aufweisen:
- a) Substitution des Lysins an der Position
26 und/oder Position 34 durch Glycin, Serin, Cystein, Threonin, Asparagin,
Glutamin, Tyrosin, Alanin, Valin, Isoleucin, Leucin, Methionin,
Phenylalanin, Arginin oder D-Lysin oder Substitution des Arginins
an der Position 36 durch Glycin, Serin, Cystein, Threonin, Asparagin,
Glutamin, Tyrosin, Alanin, Valin, Isoleucin, Leucin, Methionin,
Phenylalanin, Lysin oder D-Arginin,
- b) Substitution des Tryptophans an der Position 31 durch eine
oxidationsresistente Aminosäure,
- c) Substitution von zumindest einem der Folgenden: Tyrosin anstelle
des Valins an der Position 16, Lysin anstelle des Serins an der
Position 18, Asparaginsäure
anstelle von Glutaminsäure
an der Position 21, Serin anstelle von Glycin an der Position 22,
Arginin anstelle von Glutamin an der Position 23, Arginin anstelle von
Alanin an der Position 24 und Glutamin anstelle von Lysin an der
Position 26,
- d) Substitution von zumindest einem aus: Glycin, Serin oder
Cystein für
Alanin an der Position 8, Asparaginsäure, Glycin, Serin, Cystein,
Threonin, Asparagin, Glutamin, Tyrosin, Alanin, Valin, Isoleucin,
Leucin, Methionin oder Phenylalanin anstelle von Glutaminsäure an der
Position 9, Serin, Cystein, Threonin, Asparagin, Glutamin, Tyrosin,
Alanin, Valin, Isoleucin, Leucin, Methionin oder Phenylalanin anstelle
von Glycin an der Position 10 und Glutaminsäure anstelle von Asparaginsäure an der
Position 15, oder
- e) Substitution von Glycin, Serin, Cystein, Threonin, Asparagin,
Glutamin, Tyrosin, Alanin, Valin, Isoleucin, Leucin, Methionin oder
Phenylalanin oder der D- oder N-acylierten oder N-alkylierten Form
von Histidin anstelle von Histidin an der Position 7, worin bei
den Substitutionen in a), b), d) und e) die substituierten Aminosäuren wahlweise
in der D-Form vorliegen können
und die an der Position 7 substituierten Aminosäuren wahlweise in N-acylierter
oder N-alkylierter Form vorliegen können.
-
Es
sind noch weitere GLP-1 Verbindungen in
US 5 188 666 A beschrieben.
Beispiele umfassen ein Peptid mit der Aminosäuresequenz der SEQ ID Nr. 3:
His-Ala-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-X (SEQ ID
Nr. 3)
und pharmazeutisch annehmbare Salze hiervon.
-
X
steht in SEQ ID Nr. 3 für
Lys-COOH und Lys-Gly-COOH.
-
Ebenfalls
umfasst werden ein pharmazeutisch annehmbarer Niederalkylester dieses
Peptids und ein pharmazeutisch annehmbares Amid dieses Peptids,
beispielsweise Niederalkylamid und Niederdialkylamid. Im allgemeinen
sind Niederalkylgruppen eine geradkettige oder verzweigte aliphatische
C1-C20 Gruppe, mit keiner,
einer oder mehreren Einheiten mit ungesättigten Bindungen.
-
Weitere
GLP-1 Verbindungen sind in US 5 512 549 A beschrieben. Diese GLP-1
Verbindungen haben die Aminosäuresequenz
der SEQ ID Nr. 4:
-
R1 steht für
4-Imidazopropionyl, 4-Imidazoacetyl oder 4-Imidazo-α,α-Dimethylacetyl.
-
R2 steht für
unverzweigtes C6-C10 Acyl
oder fehlt.
-
R3 steht für
Gly-OH oder NH2.
-
Xaa
steht für
Lys oder Arg.
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Weitere
GLP-1 Verbindungen sind in WO 98/08871 A beschrieben. Diese GLP-1
Verbindungen umfassen einen lipophilen Substituenten, der an den
N-terminalen oder C-terminalen Aminosäurerest gebunden ist, worin
der Substituent eine Alkylgruppe oder eine Gruppe ist, die eine
omega-Carbonsäure
aufweist.
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"Biosynthetische GLP-1" sind als GLP-1 Analogon
oder native Sequenz definiert, die nur natürlich auftretende Aminosäurereste
enthalten und so zur Expression in lebenden Zellen fähig sind,
einschließlich
rekombinenten Zellen und Organismen.
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"DPP-IV geschützte GLP's" bezieht sich auf GLP-1 Verbindungen,
die gegenüber
der Wirkung von DPP-IV resistent sind. Diese umfassen Analoga mit
einem modifizierten D-Aminosäurerest
an der Position 8. Diese umfassen auch biosynthetische GLP-1 mit
Gly oder den L-Aminosäureresten
Val, Thr, Met, Ser, Cys, Ile oder Asp an der Position 8. Andere
DPP-IV geschützte
GLP-1 Verbindungen umfassen Des-His7 und
andere His7 Derivate.
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Im
verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine unlösliche GLP-1
Verbindung zu einer Lösung
gegeben, die ausreichend basisch (oder sauer) ist, um die Verbindung
aufzulösen.
Die Lösung
wird dann gemischt oder auf sonstige Arten gerührt, bis sich die Verbindung
löst. GLP-1
Verbindungen lösen
sich im allgemeinen schneller, wenn die Basizität oder Azidität der Lösung steigt.
Jedoch steigt die Geschwindigkeit der Razemisierung and des sonstigen
Abbaus auch, wenn die Lösung
basischer (oder saurer) wird und je länger eine GLP-1 Verbindung
in einer stark basischen oder sauren Lösung gelöst ist. Daher ist es bei der
Ausführung der
vorliegenden Erfindung erwünscht,
Lösungen
zu verwenden, die ausreichend basisch (oder sauer) sind, um die
Verbindung leicht zu lösen,
aber nicht so basisch (oder sauer), dass sie zu einer Aminosäurerazemisierung
oder zur Bildung von anderen Nebenprodukten führen. Der Fachmann ist in der
Lage, routinemäßig geeignete
pH Werte zu identifizieren, die diese zwei Ziele erreichen. Basische
Lösungen
mit einem pH zwischen etwa 10,5 und etwa 12,5 und saure Lösungen mit
einem pH zwischen etwa 1,5 und etwa 2,0 werden typischerweise zur
Ausführung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet. Jedoch können auch weniger
basische Lösungen
unter der Voraussetzung verwendet werden, dass eine ausreichende
Zeitspanne zur Auflösung
zugelassen wird. Lösungen
mit einem pH zwischen etwa 10,0 und 10,5 werden mit Auflösezeiten
von mindestens 30 Minuten verwendet. Bevorzugt sind pH Werte zwischen
etwa 12,1 und etwa 12,5. In einem Aspekt ist es erwünscht, die
Menge an wässriger
Base oder wässriger
Säure zu
minimieren, die zum Lösen
der GLP-1 Verbindung verwendet wird. Eine Minimummenge der wässrigen
Base oder wässrigen
Säure ist
bevorzugt, wenn die schließliche
GLP-1 Verbindung durch Lyophilisierung isoliert wird.
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Nach
dem Auflösen
der GLP-1 Verbindung wird die hierin als "GLP-1 Lösung" bezeichnete Lösung auf einen pH neutralisiert,
bei dem im wesentlichen keine Aminosäurerazemisieung auftritt, beispielsweise
weniger als 1% der GLP-1 Verbindung pro Stunde razemisiert und vorzugsweise
weniger als 0,1%. Die Aminosäurerazemisierung
in GLP-1 Verbindungen kann durch in der Technik bekannte Verfahren
detektiert und quantifiziert werden, wie HPLC Chromatographie (siehe
beispielsweise Senderoff et al., J. Pharm. Sci. 87: 183 (1998))
und dem in Beispiel 6 beschriebenen Test. Daher können geeignete
pH Werte für
die neutralisierte Lösung
vom Fachmann leicht bestimmt werden. Für die meisten Anwendungen können die
pH Werte für
die neutralisierte Lösung
von etwa 6,5 bis etwa 9,0 reichen. Bevorzugte pH Werte liegen zwischen
etwa 7,0 und etwa 8,5.
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Um
die Aminosäurerazemisierung
zu minimieren ist es erwünscht,
die basische oder saure GLP-1
Lösung
so früh
wie möglich
nach der Auflösung
der unlöslichen
GLP-1 Verbindung zu neutralisieren. Vorzugsweise wird die GLP-1
Lösung
innerhalb einer ausreichend kurzen Zeit neutralisiert, so dass im
wesentlichen keine Razemisierung oder kein Abbau der Aminosäuren in
der GLP-1 Verbindung auftritt, beispielsweise weniger als 1% der
GLP-1 Verbindungen razemisierte Aminosäuren enthält und vorzugsweise weniger
als 0,1%. Wie oben erwähnt
steigt die Geschwindigkeit der Aminosäurerazemisierung und des sonstigen
Abbaus mit der Zunahme der Basizität oder Azidität der Lösung. Daher
variiert die Zeitdauer, die zwischen der Auflösung und der Neutralisierung
ohne die wesentliche Bildung von Abbau- oder Razemisierungsnebenprodukten
vergehen kann, gemäß dem pH
der GLP-1 Lösung.
Wenn der pH der GLP-1 Lösung
zwischen etwa 10,5 und etwa 12,5 oder zwischen etwa 1,5 und etwa
2,0 liegt, tritt im wesentlichen keine Aminosäurerazemisierung oder kein
Abbau auf, wenn die GLP-1 Lösung
innerhalb von etwa 30 Minuten nach der Auflösung der unlöslichen
GLP-1 Verbindung neutralisiert wird. Vorzugsweise wird die GLP-1
Lösung
innerhalb von etwa 5 Minuten nach der Auflösung neutralisiert. Wahlweise
kann die GLP-1 Lösung
vor der vollständigen
Auflösung
der unlöslichen GLP-1
Verbindung unter der Voraussetzung neutralisiert werden, dass das
nicht aufgelöste
Material aus der Lösung
vor der Isolierung der löslichen
GLP-1 Verbindung entfernt wird. Ungelöstes Material kann durch jedes geeignete
Mittel, einschließlich
Filtration entfernt werden.
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Es
kann jede geeignete Säure
oder Base zur Einstellung des pH einer Lösung im erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet werden. Vorzugsweise ist die Säure oder Base zur Verwendung
bei der Herstellung eines pharmazeutischen Produkts geeignet. Beispiele
für geeignete
Säuren
umfassen Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Essigsäure, Oxalsäure und
dergleichen. Chlorwasserstoffsäure
ist bevorzugt. Beispiele für
geeignete Basen umfassen Hydroxidbasen und Carbonatbasen. Natriumhydroxid
ist bevorzugt.
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Es
bleibt eine kleine Menge an festem Material, das hierin als "gelatineartiges Material" bezeichnet wird,
typischerweise in der GLP-1 Lösung
ungelöst.
Es ist bevorzugt, dieses Material aus der GLP-1 Lösung oder
der neutralisierten GLP-1 Lösung
vor der Isolierung der löslichen
GLP-1 Verbindung zu entfernen. In einem Beispiel wird der pH der
GLP-1 Lösung
auf etwa 8,0 eingestellt, bevor das gelatineartige Material entfernt wird.
Die Entfernung des gelatineartigen Materials kann auf jede Art ausgeführt werden,
einschließlich
durch Filtration.
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Die
durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellte isolierte lösliche
GLP-1 Verbindung kann als Wirkstoff in einem pharmazeutischen Produkt
zur Behandlung von Erkrankungen verwendet werden, wie Typ II Diabetes
oder Fettsucht. Daher ist es erwünscht,
mikrobielles Material aus der GLP-1 Lösung und/oder der neutralisierten
Lösung
zu entfernen. Mikrobielles Material wird typischerweise mit einer
geeigneten Filtermembran entfernt, vorzugsweise mit einer Filtermembran
mit einer Porosität,
die kleiner oder gleich 0,22 μm
ist. Die Filtrationsschritte zur Entfernung von gelatineartigem
Material und mirkobiellem Material können kombiniert werden oder
alternativ dazu als getrennte Schritte ausgeführt werden. Zusätzlich ist
es erwünscht,
das Verfahren der vorliegenden Erfindung in einer sterilen Umgebung
auszuführen,
was mit der Good Manufacturing Practice übereinstimmt, wenn die schließliche GLP-1
Verbindung als Pharmazeutikum verwendet wird.
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Eine
lösliche
GLP-1 Verbindung kann aus der neutralisierten Lösung durch jedes andere geeignete Verfahren
isoliert werden, einschließlich
Lyophilisierung, Sprühtrocknung
oder Kristallisation. Beispiele für geeignete Kristallisationsverfahren
sind in
EP 0 619 322
A von Gelfand et al., und WO 99/30731 A von Hoffman et
al. beschrieben.
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Mit
der hierin angegebenen Sequenzinformation und dem Stand der Technik
in der Festphasenproteinsynthese können GLP Verbindungen durch
chemische Synthese erhalten werden. Jedoch ist es auch möglich, einige
GLP Verbindungen durch enzymatische Fragmentierung von Proglucagon
mittels Techniken zu erhalten, die dem Fachmann bekannt sind. Darüberhinaus
können
gut bekannte rekombinante DNA Techniken verwendet werden, um erfindungsgemäße GLP Verbindungen
zu exprimieren, und diese sind bevorzugt.
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Die
Prinzipien der chemischen Festphasensynthese von Polypeptiden sind
in der Technik gut bekannt und können
in allgemeinen Texten im Fachgebiet gefunden werden, wie H. Dugas
und C. Penney, Bioorganic Chemistry (1981), Springer-Verlag, New
York, Seiten 54–92,
J. M. Merrifield, Chem. Soc., 85: 2149 (1962) und Stewart und Young,
Solid Phase Peptide Synthesis, Seiten 24–66, Freeman (San Francisco,
1969).
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Die
Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert, die nicht beschränken sollen.
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Beispiel 1 – Herstellung
von Val8-GLP(7-37)OH
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Val
8-GLP-1(7-37)OH mit der Aminosäuresequenz H
2N-His-Val-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Val-Ser-Ser-Tyr-Leu-Glu-Gly-Gln-Ala-Ala-Lys-Glu-Phe-Ile-Ala-Trp-Leu-Val-Lys-Gly-Arg-Gly-COOH
(SEQ ID Nr. 5) wird unter Verwendung der Festphasenpeptidsyntheseverfahren
hergestellt und das Endprodukt wird durch präparative Umkehrphasenchromatographie
auf einem C8 Slicium-basierten Harz mittels 0,1 % TFA und einem
Acetonitrilelutionsgradienten gereinigt. Der entstehende Hauptstrom
wird durch Lyophilisierung getrocknet. Val
8-GLP(7-37)
kann auch rekombinant gemäß den in
US 5 705 483 A beschriebenen
Verfahren hergestellt werden.
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Beispiel 2 – Umwandlung
von löslichem
GLP-1 und GLP-1 Analoga in die unlösliche Form
-
A. Umwandlung von löslichem
Val8-GLP(7-37)OH in die unlösliche Form
in wässriger
Lösung
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Val8-GLP-1(7-37)OH (1 Gramm) lyophilisiertes
Pulver wird in 25 mM Ammoniumbicarbonat mit pH 8,0 (100 ml) gelöst. Die
Lösung
wird mit einem Teflonrührstab
bei etwa 200 Umdrehungen pro Minute bei 21°C (Umgebungstemperatur) für 16 Stunden
gerührt.
Nach unterschiedlichen Zeiten, gewöhnlich innerhalb von 30 Minuten,
wird die Lösung
trüb. Bei
fortgesetztem Rühren
wird die Trübung
sichtbar dichter. Die Kinetik der Trübung wird als Geschwindigkeit
der Trübungsbildung
gemessen, das heißt
die Absorption bei 340 nm. Das ausgefallene Protein wird entweder
durch Filtration geerntet, beispielsweise Whatman 1 Filterscheiben
oder Zentrifugation. Der Überstand
wird auf den Proteingehalt entweder durch den colorimetrischen Biurettest,
der von Pierce (Rockford, IL) erhalten wird oder durch UV Absorption
bei 280 nm getestet. Bei beiden Methoden besteht der Proteinniederschlag
aus mehr als 90% des Ausgangsmaterials, das heißt weniger als 10% des Proteins
verbleiben in der Überstandfraktion.
Der gewonnene Niederschlag wird im Vakuum getrocknet, das heißt in einem
Gefriertrockner. Das entstehende ausgefällte Material (0,96 g) ist
in 20 mM Phosphat bei pH 7,2 zu weniger als 0,01 mg/ml löslich. Die
Löslichkeit
wird durch Suspension des Feststoffs im Puffer, erforderlichenfalls
der Einstellung des pH und der Filtration durch ein 0,2 μm Filter
getestet. Der Proteingehalt des Filtrats wird entweder durch den
colorimetrischen Biurettest, die UV Absorption bei 280 nm oder durch
Hochdruckflüssigkeitchromatographieanalyse
(HPLC) getestet. Die HPLC Analyse wird mittels einer C-18 Silicasäule mit
5 μm und
300 Angström
(Jupiter C-18 Säule,
die von Phenomenex, Torrance, Calif. erhalten wird) und einem Elutionsgradienten
mit Puffer A (10% Acetonitril in 0,1% Trifluoressigsäurelösung) und
Puffer B (90% Acetonitril in 0,1% Trifluoressigsäurelösung), 25 bis 60% Puffer B über 30 Minuten
ausgeführt.
Die Säule
wird bei 60°C mit
einer Flussrate von 1,0 ml/min gefahren, die Detektion erfolgt bei
einer Wellenlänge
von 214 nm und das Injektionsvolumen beträgt 20 μl.
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Die
GLP Verbindungen (GLP-1(7-37)OH, Val8-GLP(7-37)OH
und Isopropylimidazol7-Arginin26-GLP-1(8-37)OH, die
auf diese Weise hergestellt werden, haben eine Löslichkeit von weniger als 0,1
mg/ml und gewöhnlich
weniger als 0,05 mg/ml. Salz, speziell Natriumchlorid, beschleunigt stark
die Geschwindigkeit zur Bildung des unlöslichen Materials wenn es mit
mehr als 25 mM vorkommt.
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B. Effekt des Rührens auf
die Umwandlung von löslichem
Val8-GLP(7-37)OH in die unlösliche Form über die Zeit
-
Drei
unterschiedliche Ansätze
von Val8-GLP-1(7-37)OH (QIY 17, QIY 18 und
361EM7) werden mit 1 mg/ml in 20 mM Phosphat mit pH 7,4 gelöst und der
schließliche
pH wird mit 1 N Natriumhydroxid auf 7,4 eingestellt. 2 bis 10 Milliliter
umfassende Proben jeder Lösung
werden in zwei unterschiedliche Sätze an Gläschen überführt. Ein Satz der Proben wird
gerührt,
während
der andere ohne Rühren
stehen kann. Es wird die Trübung
zu verschiedenen Zeiten durch die Bestimmung der Absorption bei
340 nm gemessen. Die Ergebnisse sind in der Figur gezeigt. Die Zeitverläufe der
gerührten
Lösungen
sind mit einem "s" versehen.
-
Wie
es aus der Figur ersichtlich ist, nimmt die Trübung der gerührten Lösungen viel
schneller zu als in Lösungen,
die stehengelassen werden. Da die Trübung eine Proteinfällung anzeigt,
stimmt das Ergebnis mit der Geschwindigkeit der Bildung der unlöslichen
Form überein,
die aufgrund der erhöhten
Exposition gegenüber
Sauerstoff durch das Rühren
beschleunigt wird.
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C. Umwandlung von löslichem
Val8-GLP-1(7-37)OH in die unlösliche Form
durch Tangentialfluss
-
Val8-GLP(7-37)OH wird durch Tangentialfluss
einer Filtration unterzogen. Während
der Filtration wird die Retentatlösung dicker und viskoser und
Val8-GLP(7-37)OH bildet ein gelatineartiges
Material auf den Filtermembranen. Die Bildung des gelatineartigen
Materials tritt innerhalb von 30 Minuten nach Beginn der Filtration
auf, wobei die Bildungsgeschwindigkeit in Gegenwart von Salz erhöht wird.
Das "unlöslich gemachte" Protein wird durch
Filtration oder Zentrifugation gewonnen und in einem Vakuumofen
oder einem Lyophilisiergerät
getrocknet. Die Fällung
in Gegenwart oder Abwesenheit eines Salzes bildet ein Produkt, das
in einem neutralen Puffer zu weniger als 0,1 mg/ml löslich ist.
-
D. Umwandlung von löslichem
Val8-GLP-1(7-37)OH in die unlösliche Form
in Essigsäure/Acetonitril
-
Val8-GLP-1(7-37)OH wird zwischen 2°C und 6°C in einer
Matrix aus 35 mM Essigsäure
mit 25% Acetonitril und einem scheinbaren pH von 3,3 inkubiert.
Ohne Rühren
entwickeln die Präparationen
bei einer Inkubation von über
1 Monat gelatineartige Einschlüsse.
Das Rühren
erhöht
die Geschwindigkeit der Gelbildung. Das Gel wird durch Zentrifugation
gewonnen und im Vakuum getrocknet und zeigt eine Löslichkeit
von weniger als 0,1 mg/ml bei neutralem pH.
-
Beispiel 3 – Sekundärstruktur
von löslichem
und unlöslichem
Val8-GLP-1(7-37)OH
-
Es
werden vier verschiedene Ansätze
an gereinigtem lyophilsiertem Val8-GLP-1(7-37)OH
auf Sekundärstruktureigenschaften
durch Fouriertransformationsinfrarotspektroskopie (FTIR) analysiert,
den Gehalt an α-Helix
und β-Faltblatt
der Präparationen
zu untersuchen. Die Entwindung wird in der Amid I Region (1750–1600 cm–1)
mittels BioRad Win-IR pro Software Version 2.5 ausgeführt. Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt:
-
-
Die
Daten in der Tabelle zeigen, dass das lyophilisierte Pulver einen
hohen α-Helixgehalt
(über 60%) und
einen relativ geringen β-Faltblattgehalt
(30% oder weniger) aufweist.
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Beispiel 4 – Umwandlung
von unlöslichem
Val8-GLP-1(7-37)OH in lösliches Val8-GLP-1(7-37)OH
durch einen Basenschwenk
-
Fünf Proben
an Val8-GLP-1(7-37)OH werden wie im folgenden
beschrieben hergestellt:
-
Probe 1
-
Lyophilisiertes
Pulver an Val8-GLP-1(7-37)OH wird in 10
mM Essigsäure
(pH 3) bei 1 mg/ml gelöst
und einer isoelektrischen Fällung
durch eine Einstellung des pH mit 1 N Natriumhydroxid auf 5,5 unterzogen.
Der entstehende Niederschlag wird durch Zentrifugation gewonnen
und im Vakuum getrocknet.
-
Probe 2
-
Es
wird eine isoeletrische Fällung
durch die Annäherung
von pH 5,5 von der alkalischen Seite durch Lösen von Val8-GLP-1(7-37)OH
in 10 mM Ammoniumbicarbonat mit pH 8,0 ausgeführt und dann wird der pH mit
1 N Chlorwasserstoffsäure
abgesenkt.
-
Probe 3
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Eine
gelierte Probe wird durch Zentrifugation aus einer Lösung an
Val8-GLP-1(7-37)OH (2,7 mg/ml in 25 mM Essigsäure, pH
3,3, worin 25% Acetonitril enthalten sind) gewonnen, die bei 4°C für 3,1 Monate
inkubiert wurde.
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Proben 4 und 5
-
Val8-GLP-1(7-37)OH wird mit 1 mg/ml in 10 mM
Phosphat (pH 7,2) gelöst
und gerührt,
bis sich ein Niederschlag bildet. Die Lösung wird durch Zentrifugation
unter Bildung einer löslichen
GLP-1 Fraktion (Probe 4) und einer gefällten Fraktion (Probe 5) fraktioniert.
Beide Fraktionen werden im Vakuum getrocknet.
-
Jede
der Proben 1–5
wird auf Sekundärstruktureigenschaften
durch Fouriertransformationsinfrarotspektroskopie (FTIR) gemessen.
Zusätzlich
wird jede Probe 1–5
in 20 mM Phosphatlösung
(pH 7,2) gegeben und der pH wird durch die Zugabe von 1 N Natriumhydroxid
für nicht
mehr als 3 Minuten erhöht.
Alle Proben werden dann gelöst
und die Lösungen
werden klar. Der pH jeder Lösung
wird dann durch die Zugabe von 1 N Chlorwasserstoffsäure auf
7,0 eingestellt. Die Proben 1A–5A,
die jeweils aus den Proben 1–5
erhalten werden, werden dann durch Lyophilisierung der Lösungen erhalten
und im Vakuum getrocknet. Die Sekundärstrukturcharakteristiken der
Proben 1A–5A
werden durch FTIR untersucht. Die Ergebnisse der FTIR Analyse der Proben
1–5 und
1A–5A
sind im folgenden in Tabelle 2 gezeigt:
-
-
Alle
Proben werden durch Hochleistungsflüssigchromatographie analysiert,
wie dies in Beispiel 2 beschrieben ist, und es zeigt sich, dass
sie einen einzelnen Peak enthalten, der mit der Referenz des Standards Val8-GLP-1(7-37)OH co-eluiert. Dies legt nahe,
dass keine Probe eine durch HPLC erkennbare chemische Veränderung
durchmacht. In jedem Fall erhöht
der Schwenk ins Basische den gemessenen α-Helixgehalt des Proteins und
führt zu
einem Produkt, das mit > 1
mg/ml in 20 mM Phosphatpuffer mit pH 7,2 löslich ist.
-
In
einem weiteren Beispiel für
die Wirkungen des Schwenks ins Basische auf die Sekundärstruktur wird
eine gereinigte, lyophilisierte Probe an Val8-GLP-1(7-37)OH,
die durch Umkehrphasenchromatographie gereinigt wurde, entweder
lyophilisiert (0,1 g) oder durch die Zugabe von ausreichend 3,0
M Natriumdihydrogenphoshat (pH 3,80) gefällt, was zu einer 0,6 M Phosphatlösung führt. Der
entstehende Niederschlag wird mit 10 mM Natriumacetat bei pH 5,5
gewaschen und der gewaschene Niederschlag wird im Vakuum getrocknet.
Ein zweiter Teil des gewaschenen Niederschlags wird durch Erhöhung des
pH des Materials auf 10,5 für 30
Minuten bei Raumtemperatur durch die Zugabe von 1 N Natriumhydroxid
aufgelöst.
Der pH der Lösung
wird dann durch die Zugabe von 1,0 N Chlorwasserstoffsäure auf
7,0 verringert und die Lösung
wird lyophilisiert. Die Sekundärstruktur
der 3 Proben wird durch FTIR bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle
3 angegeben:
-
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass der Schwenk ins Basische den β-Faltblattgehalt
verringert und den α-Helixgehalt
der Probe erhöht.
-
Beispiel 5 – Lösliches
Val8-GLP-1(7-37)OH zeigt eine erhöhte Bioverfügbarkeit
im Vergleich zu unlöslichem Val8-GLP-1(7-37)OH
-
Val8-GLP-1(7-37)OH mit hohem β-Faltblattgehalt
wird durch Auflösen
des lyophilisierten Pulvers in 20 mM Phosphatpuffer bei pH 7,2 und
dem Rühren
der Lösung über Nacht
bei 21°C
hergestellt. Der entstehende Niederschlag wird gewonnen, mit entionisiertem
Wasser gewaschen und im Vakuum getrocknet. Das lyophilisierte Pulverausgangsmaterial
und der getrocknete Niederschlag werden auf Bioverfügbarkeit
durch die Injektion in Gruppen von 3 Ratten getestet. Um die Proben
herzustellen wird das lyophilisierte Pulverausgangsmaterial (löslich) in
eine Lösung
mit 2 mg/ml in 15 mM Phosphatpuffer (pH 7,5) formuliert. Der getrocknete
Niederschlag wird dann in eine Aufschlämmung in 10 mM Phosphat (pH
7,2) überführt, wobei
das unlösliche
Material in eine Suspension mit 16,5 mg Feststoff pro ml in 15 mM
Phosphatpuffer (pH 7,5) überführt wird.
Die formulierten Materialien werden subkutan mit 80 und 800 μg/kg Körpergewicht
injiziert, während
die Niederschlagsaufschlämmung
mit dem Zehnfachen injiziert wird, das heißt 8000 μg/kg, Die maximale Konzentration in
Serumproben, die aus den Ratten entnommen werden, wird durch einen
Enzym-gebundenen Immunosorbenttest mit 11–15 ng/ml für das formulierte Material
und mit 0,4 bis 0,6 ng/ml für
die Aufschlämmung
bestimmt. Die Fläche
unter der Kurve beträgt
etwa 1% oder weniger für
die Aufschlämmung
im Vergleich zum formulierten Material.
-
Beispiel 6 – HPLC Analyse
von Val8-GLP-1(7-37)OH, das für kurze
Zeiträume
einem hohen pH ausgesetzt wird
-
Solubilisiertes
Val8-GLP-1(7-37)OH wird für 10 Minuten
bei Raumtemperatur gegenüber
pH 12,3 exponiert. Es wird keine detektierbare Veränderung
im HPLC Profil beobachtet. Jedoch wird eine HPLC Analyse, die wie
in Beispiel 2 beschrieben ausgeführt
wird, an solubilisiertem Val8-GLP-1(7-37)OH
gegenüber
pH 12,3 für
mehrere Stunden exponiert, was mehrere neue Peaks zeigt, die polarer
sind, das heißt
früher
eluieren. Drei neue Peaks sind in diesem Profil dominant und wachsen
mit 0,36, 0,06 und 0,64% pro Stunde. Eine Exposition von 5 Minuten
würde gemäß diesen
Daten zu einem Abbau von 0,09% führen.
Die Fraktionierung dieser Peaks und die Analyse mittels Massenspektroskopie
(ESI) und Ed manabbauanalyse zeigt 3 Peaks, die identische Massen
(3384,4 ± 0,5
amu) und Sequenzen durch die 31 Zyklen dieser Peptide aufweisen.
Das Ergebnis stimmt mit der Isomerisierung der Aminosäurereste
von der L zur D Konformation über
ein (siehe beispielsweise Senderoff et al., J. Pharm. Sci. 87: 183
(1998).
-
Diese
Daten stimmen mit der Schlussfolgerung überein, dass die beobachteten
Konformationseffekte des Schwenks ins basische auf Val8-GLP-1(7-37)OH,
wie dies durch FTIR und Löslichkeit
gemessen wird, nicht auf der L zu D Isomerisierung beruhen, die
sich in neuen HPLC Peaks manifestiert.
-
Beispiel 7 – Umwandlung
von unlöslichem
Val8-GLP-1(7-37)OH in lösliches Val8-GLP-1(7-37)OH
durch einen Säureschwenk
-
Unlösliches
Val8-GLP-1(7-37)OH wird in entionisiertem
Wasser mit 2 mg Feststoff pro ml suspendiert. Der pH des Aliquots
wird durch die Zugabe von 12 μl
einer 85% Phosphorsäurelösung pro
ml Lösung
auf 1,74 abgesenkt. Der pH eines zweiten Aliquots wird durch die
Zugabe von 5,5 μl
einer 10% Chlorwasserstoffsäurelösung pro
ml Lösung
auf pH 1,92 abgesenkt. Jede Probe wird für 15 Minuten sanft gerührt. Die
Proben werden durch die Zugabe von 10% Natriumhydroxid auf pH 7,4
eingestellt und dann wird jede Probe durch eine Filtermembran mit
0,2 μm filtriert.
Der lösliche
Teil wird lyophilisiert und auf die Sekundärstruktur analysiert. Eine
Infrarotanalyse der Produkte zeigt, dass die Hauptabsorption in
der Amidregion bei 1657 cm–1 auftritt, was mit
der Bildung von löslichem
Val8-GLP-1(7-37)OH übereinstimmt. Die HPLC Analyse,
wie sie in Beispiel 6 beschrieben ist, zeigt keine detektierbare
Razemisierung.
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Die
Ausbeute beträgt
77,5% für
die mit Chlorwasserstoffsäure
behandelte Probe und 6,4% für
die mit Phosphorsäure
behandelte Probe.
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