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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft 2-Oxo-imidazolidin-4-carbonsäure-hydroxamidderivate
und derartige Derivate umfassende pharmazeutische Zusammensetzungen
und die Verwendung derartiger Derivate bei der Behandlung von Arthritis,
einer Entzündung,
von Krebs und anderen Erkrankungen, die im folgenden beschrieben
sind.
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung sind Inhibitoren von Zink-Metalloendopeptidasen,
insbesondere denjenigen, die zu den Matrixmetalloproteinase(auch
als MMP oder Matrixin bezeichnet)- und Reprolysin(auch als Adamylsin
bekannt)-Unterfamilien der Metzincine gehören (Rawlings et al., Methods
in Enzymology, 248, 183–228
(1995) und Stocker et al., Protein Science, 4, 823–840 (1995)).
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Die
MMP-Unterfamilie von Enzymen enthält derzeit 17 Mitglieder (MMP-1,
MMP-2, MMP-3, MMP-7, MMP-8, MMP-9, MMP-10, MMP-11, MMP-12, MMP-13,
MMP-14, MMP-15, MMP-16, MMP-17, MMP-18, MMP-19, MMP-20). Die MMPs
sind für
ihre Rolle der Regulierung des Turnovers von Proteinen der extrazellulären Matrix
am besten bekannt und spielen als solche wichtige Rollen bei normalen
physiologischen Prozessen, wie Reproduktion, Entwicklung und Differenzierung.
Außerdem
werden die MMPs in vielen pathologischen Situationen, in denen ein
anomales Bindegewebeturnover erfolgt, exprimiert. Beispielsweise
wurde für MMP-13,
ein Enzym mit starker Aktivität
beim Abbau von Typ-II-Kollagen (das Hauptkollagen in Knorpel) gezeigt,
dass es im osteoarthritischen Knorpel überexprimiert wird (Mitchell
et al., J. Clin. Invest., 97, 761 (1996)). Andere MMPs (MMP-2, MMP-3,
MMP-8, MMP-9, MMP-12)
werden ebenfalls im osteorarthritischen Knorpel überex primiert, und es wird
erwartet, dass die Hemmung von einigen oder allen dieser MMPs die
beschleunigte Abnahme von Knorpel, die für Gelenkerkrankungen wie Osteoarthritis
oder rheumatoide Arthritis typisch ist, verlangsamt oder blockiert.
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Eine Überexpression
von bestimmten Metalloproteinasen ist auch mit der Metastasierung
von Tumorzellen verbunden. Es wird angenommen, dass diese Aktivität für die Invasion
in gesunde Gewebe wesentlich ist. Es wird angenommen, dass die Hemmung
der Aktivität
von einigen oder allen dieser Proteinasen die Ausbreitung bösartiger
Zellen beschränkt.
Außerdem
sind bestimmte Metalloproteinasen für die Angiogenese notwendig,
ein Verfahren, wodurch beispielsweise ein wachsender Tumor eine
zusätzliche
Blutversorgung durch neue Vaskularisation erhält. Daher wird angenommen,
dass die Hemmung dieser Enzyme das Tumorwachstum verlangsamt oder
stoppt.
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Es
wird auch angenommen, dass die Verbindungen der Erfindung in geeigneter
Weise weitere Enzymklassen mit wichtigen Rollen bei sowohl normalen
als auch pathologischen Prozessen hemmen. Beispielsweise sind die
Säugerreprolysine
als ADAMs (A Disintegrin And Metalloproteinase) bekannt (Wolfberg
et al., J. Cell Biol., 131, 275–278
(1995)), die eine Disintegrindomäne
zusätzlich
zu einer Metalloproteinase-ähnlichen Domäne enthalten.
Bisher wurden 23 unterschiedliche ADRMs identifiziert. ADAM-17,
das auch als Tumor Necrosis Factor-α Converting Enzyme (TACE) bekannt
ist, ist die bekannteste ADAM.
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ADAM-17
(TACE) ist für
die Spaltung von zellgebundenen Tumornekrosefaktor α (TNF-α, auch als
Cachectin bekannt) verantwortlich. TNF-α ist bekanntlich an vielen infektiösen und
Autoimmunerkrankungen beteiligt (W. Friers, FEBS Let ters, 285, 199
(1991)). Ferner wurde gezeigt, dass TNF-α der primäre Mediator der bei Sepsis
und septischem Schock beobachteten Entzündungsreaktion ist (Spooner
et al., Clinical Immunology and Immunopathology, 62 S11 (1992)).
Es gibt zwei Formen von TNF-α,
ein Typ-II-Membranprotein der relativen Molekülmasse 26000 (26 kD) und eine
lösliche
17-kD-Form, die
aus dem zellgebundenen Protein durch eine spezifische proteolytische
Spaltung erzeugt wird. Die lösliche
17-kD-Form von TNF-α wird
von der Zelle freigesetzt und sie ist mit den Schadwirkungen von
TNF-α verbunden.
Diese Form von TNF-α kann
auch an vom Syntheseort entfernten Orten wirken. Daher verhindern
Inhibitoren von TACE die Bildung von löslichem TNF-α und sie
verhindern die Schadwirkungen des löslichen Faktors.
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In
einem weiteren Beispiel ist Aggrecanase ein Enzym, das beim Abbau
von Knorpelaggrecan wichtig ist. Es wird angenommen, dass Aggrecanase
eine ADAM ist. Der Verlust von Aggrecan aus der Knorpelmatrix ist
ein wichtiger Faktor beim Fortschreiten von Gelenkerkrankungen,
wie Osteoarthritis und rheumatoider Arthritis, und es wird angenommen,
dass die Hemmung von Aggrecanase den Knorpelverlust in durch diese
Erkrankungen beeinflussten Geweben verlangsamt oder blockiert.
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Andere
ADAMs, die eine Expression in pathologischen Situationen zeigten,
umfassen ADAM TS-1 (Kuno et al., J. Biol. Chem., 272, 556–562 (1997))
und die ADAMs 10, 12 und 15 (Wu et al., Biochem. Biophys. Res. Comm.,
235, 437–442
(1997)). Mit zunehmenden Kenntnissen der Expression, physiologischen
Substrate und der Verbindung mit Krankheiten der ADAMs wird die
volle Bedeutung der Rolle der Hemmung dieser Klasse von Enzymen
erkannt.
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Die
Verbindungen der Erfindung sind bei der Behandlung von Arthritis
(einschließlich
von Osteoarthritis und rheumatoider Arthritis), einer entzündlichen
Darmerkrankung, Morbus Crohn, einem Emphysem, akutem Atemnotsyndrom,
Asthma, chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung, Alzheimer-Erkrankung,
Toxizität
bei einem Organtransplantat, Kachexie, allergischen Reaktionen,
einer Entzündung,
allergischer Kontaktüberempfindlichkeit,
Krebs (wie eine Krebserkrankung mit festen Tumoren, die Kolonkrebs,
Brustkrebs, Lungenkrebs und Prostatakrebs umfasst, und bösartige
Hämatopoeseerkrankungen,
die Leukämie
und Lymphome umfassen), Gewebeulzeration, Restenose, einer Parodontopathie,
Epidermolysis bullosa, Osteoporose, Lockerwerden künstlicher
Gelenkimplantate, Atherosklerose (einschließlich von atherosklerotischer
Plaqueruptur), Aortaaneurysma (einschließlich von Bauchaortaaneurysma
und Hirnaortaaneurysma), kongestiver Herzinsuffizienz, Myokardinfarkt,
Schlaganfall, Hirnischämie,
Kopftrauma, einer Rückenmarkschädigung,
(akuten und chronischen) neurodegenerativen Störungen, Autoimmunerkrankungen,
Chorea Huntington, Parkinson-Krankheit, Migräne, Depression, peripherer
Neuropathie, Schmerz, zerebraler Amyloidangiopathie, nootroper oder
Wahrnehmungsverstärkung,
amyotrophischer Lateralsklerose, Multipler Sklerose, Augenangiogenese,
einer Korneaschädigung,
Makuladegeneration, anomaler Wundheilung, Verbrennungen, Diabetes,
Tumorinvasion, Tumorwachstum, Tumormetastasen, Korneanarbenbildung,
Skleritis, AIDS, Sepsis oder septischem Schock verwendbar.
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung sind auch bei der Behandlung
von Erkrankungen verwendbar, bei denen eine Hemmung von MMPs und/oder
ADAMs einen therapeutischen Nutzen ergibt, die beispielsweise durch
die Expression von einer Matrixmetalloproteinase oder ADAM gekennzeichnet
sind.
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Matrixmetalloproteinase-
und Reprolysininhibitoren sind in der Literatur bekannt. Insbesondere
betrifft die europäische
Patentveröffentlichung
606046, veröffentlicht
am 13. Juli 1994, bestimmte heterocyclische MMP-Inhibitoren. Die
PCT-Veröffentlichung
WO 98/08825 und WO 98/08815, beide veröffentlicht am 5. März 1998,
betreffen bestimmte cyclische Hydroxamsäure-MMP-Inhibitoren. Das US-Patent
5 861 510, erteilt am 19. Januar 1999, betrifft cyclische Arylsulfonylaminohydroxamsäuren, die
als MMP-Inhibitoren verwendbar sind. Die PCT-Veröffentlichung WO 98/34918, veröffentlicht
am 13. August 1998, betrifft cyclische Hydroxamsäuren, die bestimmte dialkylsubstituierte
Verbindungen umfassen, die als MMP-Inhibitoren verwendbar sind.
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Die
PCT-Veröffentlichungen
WO 96/27583 und WO 98/07697, veröffentlicht
am 7. März
1996 bzw. 26. Februar 1998, betreffen Arylsulfonylhydroxamsäuren. Die
PCT-Veröffentlichung
WO 98/03516, veröffentlicht am
29. Januar 1998, betrifft Phosphinate mit MMP-Aktivität. Die PCT-Veröffentlichung
WO 98/33768, veröffentlicht
am 6. August 1998, betrifft N-unsubstituierte Arylsulfonylaminohydroxamsäuren. Die
europäische
Patentveröffentlichung
EP 935963 , veröffentlicht
am 18. August 1999, betrifft die Verwendung von MMP-13-selektiven
Inhibitoren zur Behandlung von Osteoarthritis. Die US-Patentanmeldungen
09/290022, 09/287930 und 09/287508, eingereicht am 9. April 1999,
7. April 1999 bzw. 7. April 1999, betreffen Verfahren zur Herstellung
von Hydroxamsäuren.
Die United States Provisional Patent Application mit dem Titel "Selective Inhibitors of
Aggrecanase in Osteoarthritis Treatment", eingereicht am 12. August 1999, betrifft
MMP-, Aggrecanase- und TACE-Inhibitoren und weitere Verfahren zur
Herstellung von Hydroxamsäuren.
Die United States Non-Provisional Application mit dem Titel "TACE Inhibitors", eingereicht am
12. August 1999, betrifft heterocyclische Hydroxamsäuren.
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Die
WO 99/65867 betrifft Hydroxamsäuren
mit MMP-, Aggrecanase- und TNF-Hemmaktivität.
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Es
ist bekannt, dass unterschiedliche Kombinationen von MMPs und ADAMs
in unterschiedlichen pathologischen Situationen exprimiert werden.
Daher können
Inhibitoren mit spezifischen Selektivitäten für individuelle ADAMs und/oder
MMPs für
individuelle Erkrankungen bevorzugt sein. Beispielsweise ist rheumatoide Arthritis
eine entzündliche
Gelenkerkrankung, die durch übermäßige TNF-Spiegel
und den Verlust von Gelenkmatrixbestandteilen gekennzeichnet ist.
In diesem Fall kann eine Verbindung, die TACE und Aggrecanase sowie
MMPs, wie MMP-13, hemmt, die bevorzugte Therapie sein. Im Gegensatz
dazu können
bei einer weniger entzündlichen
Gelenkerkrankung, wie Osteoarthritis, Verbindungen, die matrixabbauende
MMPs, wie MMP-13, jedoch nicht TACE hemmen, bevorzugt sein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindung gemäß der Formel
(I)
oder ein pharmazeutisch akzeptables
Salz oder Solvat derselben, worin R
1 aus
der Gruppe ausgewählt
ist, die aus (C
6-C
10)Aryl, (C
1-C
9)Heteroaryl,
(C
6-C
10)Aryl(C
1-C
6)alkyl, (C
1-C
9)Heteroaryl(C
1-C
6)alkyl, (C
6-C
10)Aryl(C
6-C
10)aryl, (C
1-C
9)Heteroaryl(C
6-C
10)aryl, (C
6-C
10)Aryl(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
1- C
9)Heteroaryl(C
1-C
9)heteroaryl, (C
6-C
10)Aryloxy(C
6-C
10)aryl, (C
1-C
9)Heteroaryloxy(C
6-C
10)aryl, (C
6-C
10)Aryloxy(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
1-C
9)Heteroaryloxy(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
6-C
10)Aryloxy(C
1-C
6)alkyl, (C
1-C
9)Heteroaryloxy(C
1-C
6)alkyl, (C
6-C
10)Aryl(C
1-C
6)alkyl(C
6-C
10)aryl, (C
1-C
9)Heteroaryl(C
1-C
6)alkyl(C
6-C
10)aryl, (C
6-C
10)Aryl(C
1-C
6)alkyl(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
1-C
9)Heteroaryl(C
1-C
6)alkyl(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
6-C
10)Aryl(C
1-C
6)alkoxy(C
6-C
10)aryl, (C
1-C
9)Heteroaryl(C
1-C
6)alkoxy(C
6-C
10)aryl, (C
6-C
10)Aryl(C
1-C
6)alkoxy(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
1-C
9)Heteroaryl(C
1-C
6)alkoxy(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
6-C
10)Aryloxy(C
1-C
6)alkyl(C
6-C
10)aryl, (C
1-C
9)Heteroaryloxy(C
1-C
6)alkyl(C
6-C
10)aryl, (C
6-C
10)Aryloxy(C
1-C
6)alkyl(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
1-C
9)Heteroaryloxy(C
1-C
6)alkyl(C
1-C
9)heteroaryl,
(C
6-C
10)Aryl(C
6-C
10)aryl(C
1-C
6)alkyl, (C
1-C
9)Heteroaryl(C
6-C
10)aryl(C
1-C
6)alkyl, (C
6-C
10)Aryl(C
1-C
9)heteroaryl(C
1-C
6)alkyl, (C
1-C
9)Heteroaryl(C
1-C
9)heteroaryl(C
1-C
6)alkyl, (C
6-C
10)Aryl(C
1-C
6)alkoxy(C
1-C
6)alkyl und (C
1-C
9)Heteroaryl(C
1-C
6)alkoxy(C
1-C
6)alkyl bestehen,
wobei unabhängig voneinander
jedes der Ringkohlenstoffatome der (C
6-C
10)Aryl- und (C
1-C
9)Heteroaryleinheiten, das eine weitere Bindung
bilden kann, optional mit einer Gruppe, die aus Fluor, Chlor, Brom,
(C
1-C
6)Alkyl, (C
1-C
6)Alkoxy und Perfluor(C
1-C
3)alkyl und Perfluor(C
1-C
3)alkoxy ausgewählt ist,
substituiert ist;
R
2 und R
3 jeweils
unabhängig
voneinander aus Wasserstoff und (C
1-C
6)Alkyl ausgewählt sind oder zusammengenommen
einen Spiroring der Formel
worin X eine Bindung, CH
2, O, S, NH oder N(C
1-C
6)Alkyl bedeutet, n unabhängig voneinander 1 oder 2 ist
und m unabhängig
voneinander 1 oder 2 ist, bilden; und
R
4 Wasserstoff
oder (C
1-C
6)Alkyl
bedeutet.
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In
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist R1 ausgewählt aus
der Gruppe, die aus (C6-C10)Aryl, (C1-C9)Heteroaryl,
(C6-C10)Aryloxy(C6-C10)aryl, (C1-C9)Heteroaryloxy(C6-C10)aryl, (C6-C10)Aryl(C6-C10)aryl, (C1-C9)Heteroaryl(C6-C10)aryl, (C6-C10)Aryl(C1-C6)alkoxy(C6-C10)aryl und (C1-C9)Heteroaryl(C1-C6)alkoxy(C6-C10)aryl besteht.
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In
stärker
bevorzugten Aspekten der Erfindung ist R1 ausgewählt:
- (a) aus der Gruppe, die aus 4-[(C6-C10)Aryl]phenyl, 4-[(C6-C10)Aryloxy]phenyl
und 4-[(C6-C10)Aryl(C1-C6)alkoxy]phenyl
besteht; oder
- (b) aus der Gruppe, die aus 4-[(C1-C9)Heteroaryl]phenyl, 4-[(C1-C9)Heteroaryloxy]phenyl und 4-[(C1-C9)Heteroaryl(C1-C6)alkoxy]phenyl
besteht.
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Stark
bevorzugte Beispiele umfassen diejenigen, worin R1 4-(4-Fluorphenoxy)phenyl,
4-(4-Chlorphenoxy)phenyl und 4-(Naphthalin-2-yloxy)phenyl
bedeutet.
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In
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung bilden R
2 und
R
3 zusammengenommen einen Spiroring der
Formel
worin X eine Bindung, CH
2, O, S, NH oder N(C
1-C
6)Alkyl bedeutet, n 1 oder 2 ist und m 1
oder 2 derart ist, dass n gleich m ist.
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In
einem stärker
bevorzugten Aspekt der Erfindung sind R2 und
R3 aus Wasserstoff und (C1-C6)Alkyl ausgewählt. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung
ist R2 vorzugsweise gleich R3,
d. h. R2 und R3 sind
jeweils Wasserstoff oder jeweils (C1-C6)Alkyl
derart, dass R2 gleich R3 ist.
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In
bevorzugten Beispielen der Erfindung bedeuten R4 (C1-C6)Alkyl; R4 Wasserstoff;
und R2, R3 und R4 jeweils Wasserstoff.
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In
einer stark bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besitzt der Ringkohlenstoff, an den R
4 gebunden
ist, die R-Konfiguration.
Daher werden bevorzugte Verbindungen der Erfindung gemäß der Formel
(I') bereitgestellt
wobei die Bevorzugung der
Wahl der Gruppen R
1, R
2,
R
3 und R
4 wie im
vorhergehenden im Hinblick auf Verbindungen, in denen die stereospezifische
Konfiguration am Ringkohlenstoffatom, an das R
4 gebunden
ist, nicht genannt ist, ist.
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Daher
umfassen bevorzugte Verbindungen der Erfindung
(4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(Naphthalin-1-yloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(Naphthalin-2-yloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-(4-Methoxybenzyl)-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[3-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-Naphthalin-2-ylmethyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-(4'-Fluorbiphenyl-4-ylmethyl)-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-(4-Benzyloxybenzyl)-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
und
(4R)-1-[4-(2-Chlor-4-fluorbenzyloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid.
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Weitere
bevorzugte Verbindungen der Erfindung umfassen:
(4R)-1-[4-(4-Chlorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-7-oxa-1,3-diazaspiro[4.4]nonan-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-2-Oxo-1-[4-(pyridin-4-yloxy)benzyl]imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-4-Methyl-2-oxo-1-[4-(pyridin-4-yloxy)benzyl]imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-5,5-Dimethyl-2-oxo-1-[4-(pyridin-4-yloxy)benzyl]imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-5,5-dimethyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Chlorphenoxy)benzyl]-5,5-dimethyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-4-methyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Chlorphenoxy)benzyl]-4-methyl-2-oxo- imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-1,3-diazaspiro[4.4]nonan-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Chlorphenoxy)benzyl]-2-oxo-1,3-diazaspiro[4.4]nonan-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-4,5,5-trimethyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(4-Chlorphenoxy)benzyl]-4,5,5-trimethyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-4-Methyl-1-[4-(naphthalin-2-yloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-5,5-Dimethyl-1-[4-(naphthalin-2-yloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-1-[4-(5-Fluorpyridin-2-yloxy)benzyl]-4-methyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid;
(4R)-2-Oxo-1-(4-pyridin-4-ylbenzyl)imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
und
(4R)-2-Oxo-1-(4-pyridylmethyl)imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Alkyl" umfasst, falls nicht
anders angegeben, gesättigte
einwertige Kohlenwasserstoffreste mit geraden, verzweigten oder
cyclischen Einheiten oder Kombinationen derselben.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Alkoxy" umfasst O-Alkylgruppen,
wobei "Alkyl" wie im vorhergehenden definiert
ist.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Aryl" umfasst, falls nicht
anders angegeben, einen organischen Rest, der von einem monocyclischen
oder bicyclischen aromatischen (C6-C10)-Kohlenwasserstoff durch Entfernen eines
Wasserstoffs abgeleitet wurde, wie Phenyl oder Naphthyl, der optional
mit Substituenten substituiert ist, die aus der Gruppe von Fluor,
Chlor, Brom, Perfluor(C1-C6)alkyl
(einschließlich
von Tri fluormethyl), (C1-C6)Alkoxy,
Perfluor(C1-C3)alkoxy
(einschließlich
von Trifluormethoxy und Difluormethoxy) und (C1-C6)Alkyl ausgewählt sind. Falls nicht anders
angegeben, ist die Auswahl jedes optionalen Substituenten unabhängig von
der Auswahl aller anderen optionalen Substituenten, und die Zahl
der Substituenten ist vorzugsweise 0 oder zwischen 1 und 3.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Heteroaryl" umfasst, falls nicht
anders angegeben, einen organischen Rest, der von einer monocyclischen
oder bicyclischen aromatischen heterocyclischen (C1-C9)-Verbindung durch Entfernen eines Wasserstoffs
abgeleitet wurde, wie Pyridyl, Furyl, Pyrroyl, Thienyl, Isothiazolyl,
Imidazolyl, Benzimidazolyl, Tetrazolyl, Pyrazinyl, Pyrimidyl, Chinolyl,
Isochinolyl, Benzofuryl, Isobenzofuryl, Benzothienyl, Pyrazolyl,
Indolyl, Isoindolyl, Purinyl, Carbazolyl, Isoxazolyl, Thiazolyl,
Oxazolyl, Benzthiazolyl und Benzoxazolyl, die optional mit Substituenten
substituiert sind, die aus der Gruppe von Fluor, Chlor, Trifluormethyl,
(C1-C6)Alkoxy, Trifluormethoxy,
Difluormethoxy und (C1-C6)Alkyl
ausgewählt
sind. Falls nicht anders angegeben, ist die Auswahl jedes optionalen
Substituenten unabhängig
von der Auswahl aller anderen optionalen Substituenten, und die
Zahl der Substituenten ist vorzugsweise 0 oder zwischen 1 und 2.
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"Ein geeigneter Substituent" soll eine chemisch
und pharmazeutisch akzeptable funktionelle Gruppe, d. h. eine Einheit,
die die Hemmaktivität
der erfindungsgemäßen Verbindungen
nicht wesentlich zunichte macht, und/oder eine Einheit, die zur
Herstellung, Lagerung oder Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen
als Pharmazeutika verwendbare Eigenschaften beiträgt, bedeuten.
Derartige geeignete Substituenten können durch den Fachmann bestimmt
werden. Erläuternde
Beispiele für
geeignete Substituenten umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein,
Alkylgruppen, Hydroxygruppen, Alkylthiogruppen, Alkoxygruppen, Gruppen, Carboxygruppen,
Aminogruppen, Alkyl- und Dialkylaminogruppen, Carbamoylgruppen,
Alkylcarbonylgruppen, Alkoxycarbonylgruppen, Alkylaminocarbonylgruppen,
Dialkylaminocarbonylgruppen, Arylcarbonylgruppen, Aryloxycarbonylgruppen,
Alkylsulfonylgruppen, Arylsulfonylgruppen und dgl.
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Die
Verbindung der Formel I kann chirale Zentren besitzen und daher
in unterschiedlichen enantiomeren Formen existieren. Die vorliegende
Erfindung betrifft alle optischen Isomere, Tautomere und Stereoisomere
der Verbindungen der Formel I und Gemische derselben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die pharmazeutisch akzeptablen
Säureadditionssalze
von Verbindungen der Formel I. Die Säuren, die zur Herstellung der
pharmazeutisch akzeptablen Säureadditionssalze
der im vorhergehenden genannten Baseverbindungen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, sind diejenigen, die nichttoxische Säureadditionssalze,
d. h. pharmakologisch akzeptable Anionen enthaltende Salze, wie
die Hydrochlorid-, Hydrobromid-, Hydroiodid-, Nitrat-, Sulfat-,
Bisulfat-, Phosphat-, sauren Phosphat-, Acetat-, Lactat-, Citrat-,
sauren Citrat-, Tartrat-, Bitartrat-, Succinat-, Maleat-, Fumarat-,
Gluconat-, Saccharat-, Benzoat-, Methansulfonat-, Ethansulfonat-,
Benzolsulfonat-, p-Toluolsulfonat- und Pamoat-[d. h. 1,1'-Methylen-bis(2-hydroxy-3-naphthoat)]salze,
bilden.
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Die
Erfindung betrifft ferner Baseadditionssalze der Formel I. Die chemischen
Basen, die als Reagentien zur Herstellung pharmazeutisch akzeptabler
Basesalze der Verbindungen der Formel I, die saurer Natur sind,
verwendet werden können,
sind diejenigen, die nichttoxische Basesalze mit derartigen Verbindungen
bilden. Diese nichttoxischen Basesalze umfas sen, ohne hierauf beschränkt zu sein,
diejenigen, die von pharmakologisch akzeptablen Kationen, wie Alkalimetallkationen
(beispielsweise Kalium und Natrium) und Erdalkalimetallkationen
(beispielsweise Calcium und Magnesium), abgeleitet sind, Ammoniumsalze
oder Additionssalze wasserlöslicher
Amine, wie N-Methylglucamin (Meglumin), und die Niederalkanolammonium-
und andere Basesalze pharmazeutisch akzeptabler organischer Amine.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch isotopenmarkierte Verbindungen,
die mit den in Formel I angegebenen identisch sind, mit Ausnahme
der Tatsache, dass ein oder mehrere Atome durch ein Atom mit einer Atommasse
oder Massenzahl, die von der üblicherweise
in der Natur gefundenen Atommasse oder Massenzahl verschieden ist,
ersetzt sind. Beispiele für
Isotope, die in Verbindungen der Erfindung eingearbeitet werden
können,
umfassen Isotope von Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff,
Phosphor, Fluor und Chlor wie 2H, 3H, 13C, 14C, 15N, 18O, 17O, 31P, 32P, 35S, 18F bzw. 36Cl. Verbindungen der vorliegenden Erfindung,
Prodrugs derselben und pharmazeutisch akzeptable Salze der Verbindungen
oder der Prodrugs, die die im vorhergehenden genannten Isotope und/oder
andere Isotope anderer Atome enthalten, liegen innerhalb des Schutzumfangs
dieser Erfindung. Bestimmte isotopenmarkierte Verbindungen der vorliegenden
Erfindung, beispielsweise diejenigen, in die radioaktive Isotope,
wie 3H und 14C eingearbeitet
sind, sind in Arzneimittel- und/oder Substratgewebeverteilungstests
verwendbar. Tritium-, d. h. 3H-, und Kohlenstoff-14-,
d. h. 14C-, Isotope sind wegen ihrer leichten
Herstellung und Nachweisbarkeit besonders bevorzugt. Ferner kann
eine Substitution mit schwereren Isotopen, wie Deuterium, d. h. 2H, bestimmte therapeutische Vorteile infolge
der größeren Metabolisierungsstabilität, beispielsweise
einer erhöhten
In-vivo-Halbwertszeit
oder geringerer Dosisanforderungen, bie ten und daher in einigen
Fällen
bevorzugt sein. Isotopen-markierte
Verbindungen der Formel I der vorliegenden Erfindung und Prodrugs
derselben können
im allgemeinen durch Durchführen
der in den folgenden Reaktionsschemata und/oder Beispielen und Herstellungsbeispielen
offenbarten Verfahren durch Ersetzen eines nicht-isotopenmarkierten
Reagens durch ein ohne weiteres verfügbares isotopenmarkiertes Reagens
hergestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine pharmazeutische Zusammensetzung
zur Behandlung eines Zustands, der ausgewählt ist aus der Gruppe von
Arthritis (einschließlich
von Osteoarthritis und rheumatoider Arthritis), einer entzündlichen
Darmerkrankung, Morbus Crohn, einem Emphysem, akutem Atemnotsyndrom,
Asthma, chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung, Alzheimer-Erkrankung,
Toxizität
bei einem Organtransplantat, Kachexie, allergischen Reaktionen,
allergischer Kontaktüberempfindlichkeit,
Krebs (wie eine Krebserkrankung mit festen Tumoren, die Kolonkrebs,
Brustkrebs, Lungenkrebs und Prostatakrebs umfasst, und bösartige
Hämatopoeseerkrankungen,
die Leukämie
und Lymphome umfassen), Gewebeulzeration, Restenose, einer Parodontopathie,
Epidermolysis bullosa, Osteoporose, Lockerwerden künstlicher
Gelenkimplantate, Atherosklerose (einschließlich von atherosklerotischer
Plaqueruptur), Aortaaneurysma (einschließlich von Bauchaortaaneurysma
und Hirnaortaaneurysma), kongestiver Herzinsuffizienz, Myokardinfarkt, Schlaganfall,
Hirnischämie,
Kopftrauma, einer Rückenmarkschädigung,
(akuten und chronischen) neurodegenerativen Störungen, Autoimmunerkrankungen,
Chorea Huntington, Parkinson-Krankheit, Migräne, Depression, peripherer
Neuropathie, Schmerz, zerebraler Amyloidangiopathie, nootroper oder
Wahrnehmungsverstärkung,
amyotrophischer Lateralsklerose, Multipler Sklerose, Augenangiogenese,
einer Korneaschädigung,
Makuladegeneration, anomaler Wundheilung, Verbrennungen, Diabetes,
Tumorinvasion, Tumorwachstum, Tumormetastasen, Korneanarbenbildung,
Skleritis, AIDS, Sepsis oder septischem Schock, bei einem Säuger einschließlich eines
Menschen, die eine bei derartigen Behandlungen wirksame Menge einer
Verbindung der Formel I oder eines pharmazeutisch akzeptablen Salzes
derselben und einen pharmazeutisch akzeptablen Träger umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine pharmazeutische Zusammensetzung
zur Behandlung von Erkrankungen, die durch Metalloproteinaseaktivität (vorzugsweise
MMP-13) gekennzeichnet sind, und anderen Erkrankungen, die durch
Säugerreprolysinaktivität (zweckmäßigerweise
Aggrecanaseaktivität,
vorzugsweise Aggrecanaseaktivität)
gekennzeichnet sind, bei einem Säuger
einschließlich
eines Menschen, die eine bei derartigen Behandlungen wirksame Menge
einer Verbindung der Formel I oder eines pharmazeutisch akzeptablen
Salzes derselben und einen pharmazeutisch akzeptablen Träger umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine pharmazeutische Zusammensetzung
zur Hemmung von (a) Matrixmetalloproteinasen oder anderen Metalloproteinasen,
die am Matrixabbau beteiligt sind, oder (b) eines Säugerreprolysins
(wie Aggrecanase oder die ADAMs TS-1, 10, 12, 15 und 17, vorzugsweise
Aggrecanase) bei einem Säuger
einschließlich
eines Menschen, die eine wirksame Menge einer Verbindung der Formel I
oder eines pharmazeutisch akzeptablen Salzes derselben und einen
pharmazeutisch akzeptablen Träger
umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines Medikaments zur Behandlung eines Zustands, der ausgewählt ist
aus der Gruppe von Arthritis (einschließlich von Osteoarthritis und rheumatoider
Arthritis), einer entzündlichen
Darmerkrankung, Morbus Crohn, einem Emphysem, akutem Atemnotsyndrom,
Asthma, chronisch-obstruktiver
Lungenerkrankung, Alzheimer-Erkrankung, Toxizität bei einem Organtransplantat,
Kachexie, allergischen Reaktionen, einer Entzündung, allergischer Kontaktüberempfindlichkeit,
Krebs (wie eine Krebserkrankung mit festen Tumoren, die Kolonkrebs,
Brustkrebs, Lungenkrebs und Prostatakrebs umfasst, und bösartige
Hämatopoeseerkrankungen,
die Leukämie
und Lymphome umfassen), Gewebeulzeration, Restenose, einer Parodontopathie,
Epidermolysis bullosa, Osteoporose, Lockerwerden künstlicher
Gelenkimplantate, Atherosklerose (einschließlich von atherosklerotischer
Plaqueruptur), Aortaaneurysma (einschließlich von Bauchaortaaneurysma
und Hirnaortaaneurysma), kongestiver Herzinsuffizienz, Myokardinfarkt,
Schlaganfall, Hirnischämie,
Kopftrauma, einer Rückenmarkschädigung,
(akuten und chronischen) neurodegenerativen Störungen, Autoimmunerkrankungen,
Chorea Huntington, Parkinson-Krankheit, Migräne, Depression, peripherer
Neuropathie, Schmerz, zerebraler Amyloidangiopathie, nootroper oder
Wahrnehmungsverstärkung,
amyotrophischer Lateralsklerose, Multipler Sklerose, Augenangiogenese,
einer Korneaschädigung,
Makuladegeneration, anomaler Wundheilung, Verbrennungen, Diabetes,
Tumorinvasion, Tumorwachstum, Tumormetastasen, Korneanarbenbildung,
Skleritis, AIDS, Sepsis oder septischem Schock, bei einem Säuger einschließlich eines
Menschen unter Verwendung einer zum Behandeln eines derartigen Zustands
wirksamen Menge einer Verbindung der Formel I oder eines pharmazeutisch
akzeptablen Salzes derselben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Behandlung von Erkrankungen, die durch Matrixmetalloproteinaseaktivität (vorzugsweise
MMP-13-Aktivität) gekennzeichnet sind,
und anderen Erkrankungen, die durch Säugerreprolysinaktivität (vorzugsweise
Aggrecanaseaktivität)
gekennzeichnet sind, bei einem Säuger einschließlich eines
Menschen, die das Verabreichen einer zum Behandeln eines derartigen
Zustands wirksamen Menge einer Verbindung der Formel I oder eines
pharmazeutisch akzeptablen Salzes derselben an den Säuger umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Hemmung von (a) Matrixmetalloproteinasen oder anderen Metalloproteinasen,
die am Matrixabbau beteiligt sind, oder (b) eines Säugerreprolysins
(wie Aggrecanase oder die ADAMs TS-1, 10, 12, 15 und 17, vorzugsweise
Aggrecanase) bei einem Säuger
einschließlich
eines Menschen, die das Verabreichen einer wirksamen Menge einer
Verbindung der Formel I oder eines pharmazeutisch akzeptablen Salzes
derselben an den Säuger
umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Hemmung der Abspaltung von TNF-α von Zellmembranen bei einem
Säuger,
das das Verabreichen einer wirksamen Menge einer Verbindung der
Formel I, die Aggrecanase hemmt, an den Säuger umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Behandlung von Arthritis bei einem Säuger, das das Verabreichen
einer wirksamen Menge eines Aggrecanaseinhibitors an den Säuger umfasst,
wobei der Aggrecanaseinhibitor selektiv Aggrecanase bevorzugt gegenüber MMP-1
hemmt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Behandlung von Arthritis bei einem Säuger, die das Verabreichen
einer wirksamen Menge eines Aggrecanaseinhibitors an den Säuger umfasst,
wobei der Aggrecanaseinhibitor selektiv Aggrecanase mindestens zehnmal
so gut wie MMP-1 hemmt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Behandlung von Arthritis bei einem Säuger, die das Verabreichen
einer wirksamen Menge eines Aggrecanaseinhibitors an den Säuger umfasst,
wobei der Aggrecanaseinhibitor selektiv Aggrecanase und MMP-13 bevorzugt
gegenüber
MMP-1 hemmt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Behandlung von Arthritis bei einem Säuger, die das Verabreichen
einer wirksamen Menge eines Aggrenanaseinhibitors an den Säuger umfasst,
wobei der Aggrecanaseinhibitor selektiv Aggrecanase und MMP-13 mindestens
zehnmal so gut wie MMP-1 hemmt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Behandlung von Arthritis
bei einem Säuger,
die das Verabreichen einer wirksamen Menge eines Hydroxamsäure-Aggrenanaseinhibitors
an den Säuger
umfasst, wobei der Aggrecanaseinhibitor selektiv Aggrecanase und
MMP-13 bevorzugt gegenüber
MMP-1 hemmt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Herstellung eines Medikaments
zur Behandlung von Arthritis bei einem Säuger, das das Verabreichen
einer wirksamen Menge eines Hydroxamsäure-Aggrenanaseinhibitors umfasst,
wobei der Aggrecanaseinhibitor selektiv Aggrecanase und MMP-13 mindestens
zehnmal so gut wie MMP-1 hemmt.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Behandeln" bezeichnet das Aufheben,
Mildern, Hemmen des Fortschreitens oder das Verhindern der Erkrankung
oder des Zustands, für
die dieser Ausdruck dient, oder von einem oder mehreren Symptomen
dieser Erkrankung oder dieses Zustands. Der hier verwendete Ausdruck "Behandlung" bezeichnet den Akt
des Behandelns, wobei "Behandeln" wie im vorhergehenden
definiert ist.
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Die
Verbindungen der Formel I mit freien Amino-, Amido-, Hydroxy- oder
Carbonsäuregruppen
können in
Prodrugs umgewandelt werden. Prodrugs umfassen Verbindungen, in
denen ein Aminosäurerest
oder eine Polypeptidkette aus zwei oder mehreren (beispielsweise
2, 3 oder 4) Aminosäureresten,
die durch Peptidbindungen an freie Amino-, Hydroxy- oder Carbonsäuregruppen
von Verbindungen der Formel I gebunden sind. Die Aminosäurereste
umfassen die 20 natürlich
vorkommenden Aminosäuren,
die gewöhnlich
durch Drei-Buchstaben-Symbole
bezeichnet werden, und sie umfassen auch 4-Hydroxyprolin, Hydroxylysin, Demosin,
Isodemosin, 3-Methylhistidin, Norvalin, β-Alanin, γ-Aminobuttersäure, Citrullin,
Homocystein, Homoserin, Ornithin und Methioninsulfon. Prodrugs umfassen
auch Verbindungen, worin Carbonate, Carbamate, Amide und Alkylester
kovalent mit den obigen Substituenten der Formel I über die
Carbonylkohlenstoff-Prodrugseitenkette gebunden sind.
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Einem
Fachmann üblicher
Erfahrung ist klar, dass die Verbindungen der Erfindung bei der
Behandlung einer breiten Palette von Erkrankungen verwendbar sind.
Einem Fachmann üblicher
Erfahrung ist auch klar, dass bei der Verwendung der Verbindungen
der Erfindung bei der Behandlung einer speziellen Erkrankung die Verbindungen
der Erfindung mit verschiedenen existierenden therapeutischen Mitteln,
die für
die Erkrankung verwendet werden, kombiniert werden können.
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Für die Behandlung
von rheumatoider Arthritis können
die Verbindungen der Erfindung mit Mitteln wie TACE-Inhibitoren,
TNF-α-Inhibitoren,
wie Anti-TNF-monoklonalen-Antikörpern
und TNF-Rezeptor-Immunglobulinmolekülen (wie Enbrel®),
COX-2-Inhibitoren, niedrig dosiertem Methotrexat, Lefunimid, Hydroxychloroquin,
d-Penicillamin, Auranofin oder parenteralem oder oralem Gold kombiniert
werden.
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Die
Verbindungen der Erfindung können
auch in Kombination mit existierenden therapeutischen Mitteln zur
Behandlung von Osteoarthritis verwendet werden. In Kombination zu
verwendende geeignete Mittel umfassen nichtsteroidale entzündungshemmende
Mittel (im folgenden als NSAIDs bezeichnet), wie Piroxicam, Diclofenac,
Propionsäuren,
wie Naproxen, Flubiprofen, Fenoprofen, Ketoprofen und Ibuprofen,
Fenamate, wie Mefenamsäure,
Indomethacin, Sulindac, Apazon, Pyrazolone, wie Phenylbutazon, Salicylate,
wie Aspirin, COX-2-Inhibitoren, wie Celecoxib und Rofecoxib, Analgetika
und intraartikuläre
Therapeutika, wie Corticosteroide und Hyaluronsäuren, wie Hyalgan und Synvisc.
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung können auch in Kombination mit
Anti-Krebsmitteln, wie Endostatin und Angiostatin, oder zytotoxischen
Arzneimitteln, wie Adriamycin, Daunomycin, cis-Platin, Etoposid,
Taxol, Taxotere, und Alkaloiden, wie Vincristin, und Antimetaboliten,
wie Methotrexat, verwendet werden.
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung können auch in Kombination mit
kardiovaskulären
Mitteln, wie Calciumkanalblockern, Lipid senkenden Mitteln, wie
Stativen, Fibraten, Betablockern, ACE-Inhibitoren, Angiotensin-2-Rezeptorantagonisten
und Plättchenaggregationsinhibitoren,
verwendet werden.
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung können auch in Kombination mit
ZNS-Mitteln, wie Antidepressiva (wie Sertralin), Anti-Parkinson-Arzneimitteln
(wie Deprenyl, L-Dopa,
Requip, Miratex, MAOB-Inhibitoren, wie Selegin und Rasagilin, comP-Inhibitoren,
wie Tasmar, A-2-Inhibitoren, Dopamin-Wiederaufnahmeinhibitoren,
NMDA-Antagonisten, Nicotinagonisten, Dopaminagonisten und Inhibitoren
von neuronaler Stickoxidsynthase) und Anti-Alzheimer-Arzneimitteln,
wie Donepezil, Tacrine, COX-2-Inhibitoren, Propentofyllin oder Metryfonat,
verwendet werden.
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung können auch in Kombination mit
Osteoporosemitteln, wie Roloxifen, Droloxifen oder Fosomax, und
Immunsuppressiva, wie FK-506 und Rapamycin, verwendet werden.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
folgenden Reaktionsschemata erläutern
die Herstellung der Verbindungen der vorliegenden Erfindung. Falls
nicht anders angegeben, sind R1, R2 und R3 und R4 in den folgenden Reaktionsschemata und
der folgenden Diskussion wie im vorhergehenden definiert.
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Allgemeine
Reaktionsbedingungen
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 1 können
Verbindungen der Formel I aus Verbindungen der Formel II durch Entfernen
der Hydroxyamid-Schutzgruppe P2, wobei P2 tert-Butyl, Benzyl, 2-Trimethylsilylethyl oder Allyl sein
kann, hergestellt werden. Die bevorzugte Schutzgruppe ist 2-Trimethylsilylethyl.
Wenn P2 Benzyl ist, wird das Entfernen der
Hydroxyamidschutzgruppe durch Hydrogenolyse unter Verwendung von
katalytischem Palladium-auf-Bariumsulfat in einem polaren Lösemittel,
wie Methanol, bei einer Temperatur von etwa 20°C durchgeführt. Wenn P2 2-Trimethylsilylethyl
ist, wird das Entfernen der Hydroxyamidschutzgruppe unter Verwendung
von Bortrifluoridetherat in einem inerten Lösemittel, wie Methylenchlorid
oder Chloroform, vorzugsweise Methylenchlorid, bei einer Temperatur
von etwa 0°C
bis etwa 50°C,
vorzugsweise etwa 20°C, durchgeführt. Wenn
P3 tert-Butyl ist, wird das Entfernen der
Schutzgruppe unter Verwendung einer starken Säure, wie Trifluoressigsäure, in
einem inerten Lösemittel,
wie Methylenchlorid oder Chloroform, vorzugsweise Methylenchlorid,
bei einer Temperatur von etwa 0°C
bis etwa 50°C,
vorzugsweise etwa 20°C,
durchgeführt. Wenn
P2 Allyl ist, kann das Entfernen der Schutzgruppe
durch eine Behandlung mit Tributylzinnhydrid und Essigsäure in Gegenwart
von katalytischem bis(Triphenylphosphin)palladium(II)-chlorid durchgeführt werden.
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 1 können
Verbindungen der Formel II aus Carbonsäuren der Formel III durch Reaktion
mit einem Hydroxylaminderivat der Formel P2ONH2 in Gegenwart eines Aktivierungsmittels,
wie 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimid
und 1-Hydroxybenztriazol, in einem aprotischen Lösemittel, wie Methylenchlorid
oder N,N-Dimethylformamid, vorzugsweise Methylenchlorid, hergestellt
werden. Die Reaktion wird bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa
50°C, vorzugsweise
etwa 20°C,
durchgeführt. Das
Hydroxylamin der Formel P2ONH2 wird
vorzugsweise in situ aus einer Salzform, wie dem Hydrochlorid, in Gegenwart
einer Base, wie Triethylamin oder Diisopropylethylamin, vorzugsweise
Diisopropylethylamin, erzeugt.
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Die
Verbindungen der Formel III können
aus Verbindungen der Formel IV durch Entfernen der Carbonsäureschutzgruppe
P1, wobei P1 Methyl,
Ethyl oder tert-Butyl, vorzugsweise tert-Butyl, ist, hergestellt werden. Wenn
P1 Methyl oder Ethyl ist, wird das Entfernen
der Schutzgruppe P1 durch Reaktion mit einem Überschuss eines
Metallhydroxids, wie Natriumhydroxid oder Lithiumhydroxid, vorzugsweise
Lithiumhydroxid, in einem protischen Lösemittel, wie wässriges
Ethanol, bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa 100°C, vorzugsweise
etwa 20°C,
durchgeführt.
In Fällen,
in denen die Löslichkeit
von IV beschränkt
ist, kann Tetrahydrofuran zu dem Reaktionsgemisch als Colösemittel
zugesetzt werden. Wenn P1 tert-Butyl ist,
wird das Entfernen der Schutzgruppe P1 durch
Behandlung mit einer starken Säure,
wie Salzsäure
oder Trifluoressigsäure,
vorzugsweise Trifluoressigsäure,
in einem inerten Lösemittel,
wie Chloroform oder Methylenchlorid, vorzugsweise Methylenchlorid,
durchgeführt.
Die Reaktion wird bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa
50°C, vorzugsweise etwa
20°C, durchgeführt.
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Die
Verbindungen der Formel IV können
aus Verbindungen der Formel V durch Hydrieren unter einer Wasserstoffatmosphäre in Gegenwart
eines Katalysators in einem reaktionsinerten Lösemittel hergestellte werden.
Geeignete Katalysatoren umfassen Palladium-auf-Kohle, Palladiumhydroxid-auf-Kohle
oder Palladiumschwarz, vorzugsweise Palladium-auf-Kohle. Geeignete
Lösemittel
umfassen einen Alkohol, wie Ethanol oder Methanol, vorzugsweise
Methanol. Die genannte Reaktion kann bei einem Druck von etwa 1
bis etwa 5 Atmosphären,
vorzugsweise etwa 3 Atmosphären,
durchgeführt
werden. Geeignete Temperaturen für
die genannte Reaktion liegen im Bereich von etwa 20°C (Raumtemperatur)
bis etwa 60°C,
vorzugsweise etwa 20°C.
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Die
Verbindungen der Formel V können
aus den Verbindungen der Formel VI durch Reaktion mit einer Base
und einem Alkylierungsmittel der Formel R1(CH2)-X, wobei X eine Abgangsgruppe, wie Br,
I oder para-Toluolsulfonat, ist, hergestellt werden. Geeignete Basen
umfassen Kaliumcarbonat, Cäsiumcarbonat,
Kaliumhexamethyldisilazid oder Natriumhydrid, vorzugsweise Kaliumcarbonat.
Das Reaktionsgemisch wird in einem polaren Lösemittel, wie Aceton, N,N-Dimethylformamid
oder N-Methylpyrrolidin-2-on, bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa
50°C, vorzugsweise
etwa 20°C,
gerührt.
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Die
Verbindungen der Formel V, worin R4 (C1-C6)Alkyl ist, können durch
Alkylierung von Verbindungen der Formel V, worin R4 Wasserstoff
ist, erhalten werden. Die Alkylierung wird durch Reaktion eines
Zwischenprodukts der Formel V, worin R4 Wasserstoff
ist, mit einem Alkylhalogenid der Formel CH3(CH2)nX, worin n 0 bis
5 ist und X Brom oder Iod ist, durchgeführt. Die genannte Reaktion
wird in Gegenwart einer gehinderten starken Base, wie Lithiumdiisopropylamid
oder Lithiumhexamethyldisilazid, in einem inerten Lösemittel,
wie Diethylether oder Tetrahydrofuran, bei einer Temperatur von
etwa –78°C bis etwa
0°C, vorzugsweise
etwa –78°C, durchgeführt.
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Die
Verbindungen der Formel VI können
aus Verbindungen der Formel VII durch Reaktion mit Benzylchlorformiat
in Gegenwart einer Base, wie Triethylamin oder Diisopropylethylamin,
vorzugsweise Triethylamin, und einer katalytischen Menge von 4-Dimethylaminopyridin
hergestellt werden. Die genannte Reaktion wird in einem Lösemittel,
wie Tetrahydrofuran, Methylenchlorid oder Chloroform, vorzugsweise
Methylenchlorid, bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa 20°C, vorzugsweise
etwa 20°C,
durchgeführt.
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Die
Verbindungen der Formel VII können
aus Diaminoverbindungen der Formel VIII durch Reaktion mit Phosgen,
Carbonyldiimidazol oder Triphosgen, vorzugsweise Triphosgen, in
Gegenwart einer Base, wie Pyridin oder Triethylamin, vorzugsweise
Triethylamin, erhalten werden. Die genannte Reaktion wird in einem Lösemittel,
wie Tetrahydrofuran, Methylenchlorid oder Chloroform, vorzugsweise
Tetrahydrofuran, bei einer Temperatur von etwa 0°C bis etwa 20°C, vorzugsweise
etwa 20°C,
durchgeführt.
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Verbindungen
der Formel VIII, worin P
1 Methyl oder Ethyl
ist, R
4 Wasserstoff ist und R
2 und
R
3 unabhängig
voneinander (C
1-C
6)Alkyl
sind, können
aus Ketonen der Formel R
2R
3CO,
worin R
2 und R
3 unabhängig voneinander
(C
1-C
6)Alkyl sind,
erhalten werden. In ähnlicher
Weise können
Verbindungen der Formel VIII, worin P
1 Methyl
oder Ethyl ist, R
4 Wasserstoff ist und R
2 und R
3 zusammen
einen Spiroring der Formel
worin X eine Bindung, CH
2, O, S, NH oder N(C
1-C
6)Alkyl bedeutet, n unabhängig voneinander 1 oder 2 ist
und m unabhängig
voneinander 1 oder 2 ist, bilden, aus cyclischen Ketonen der Formel
(IX), worin X eine Bindung, CH
2, O, S, NH
oder N(C
1-C
6)Alkyl
bedeutet, n unabhängig
voneinander 1 oder 2 ist und m unabhängig voneinander 1 oder 2 ist,
hergestellt werden.
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Die
Verfahren sind die gleichen wie die bei Schollkopf et al. für den Fall,
dass R2 und R3 Methyl
sind, beschriebenen (Liebigs Ann. Chem. 1973, 611 und Liebigs Ann.
Chem. 1977, 1183).
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Verbindungen
der Formel VIII, worin R
1 Methyl oder Ethyl
ist und R
3 und R
4 Wasserstoff
sind, können aus
Verbindungen der Formel X:
worin R
3 (C
1-C
6)Alkyl ist, hergestellt
werden. Die Verfahren sind die gleichen wie die bei Mohan et al.
für den Fall,
dass R
3 Isopropyl ist, beschriebenen (J.
Med. Chem. 1991, 34, 2404). Mehrere Verfahren zur Herstellung von
Verbindungen der Formel IX sind in der Literatur bekannt, beispielsweise
Shin et al., Bull. Chem. Soc. Jpn. 1972, 45, 3595.
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Die
Verbindung der Formel VI, worin P1 tert-Butyl
ist und R2, R3 und
R4 Wasserstoff sind, ist aus der Literatur
als das S-Enantiomer bekannt (Shiba et al., Bull. Chem. Soc. Japan,
1968, 41, 2748). Das entsprechende R-Enantiomer wird gemäß der Beschreibung
für das
S-Enantiomer hergestellt, wobei N-Benzyloxycarbonyl-D-aspargin anstelle
von N-Benzyloxycarbonyl-L-aspargin als Ausgangsmaterial verwendet
wird.
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Die
Verbindungen der Formel I, die basischer Natur sind, können eine
breite Vielzahl unterschiedlicher Salze mit verschiedenen anorganischen
und organischen Säuren
bilden. Obwohl derartige Salze zur Verabreichung an Lebewesen pharmazeutisch
akzeptabel sein müssen,
ist es häufig
in der Praxis günstig,
zunächst eine
Verbindung der Formel I aus dem Reaktionsgemisch als pharmazeutisch
nicht-akzeptables Salz zu isolieren und dann einfach das letztere
in die Verbindung der freien Base durch Behandlung mit einem alkalischen Reagens
zurück
umzuwandeln und anschließend
die freie Base in ein pharmazeutisch akzeptables Säureadditionssalz
umzuwandeln. Die Säureadditionssalze
der Baseverbindungen dieser Erfindung werden ohne weiteres durch
Behandeln der Baseverbindung mit einer im wesentlichen äquivalenten
Menge der gewählten
anorganischen oder organischen Säure
in einem wässrigen
Lösemittelmedium
oder in einem geeigneten organischen Lösemittel, wie Methanol oder
Ethanol, hergestellt. Bei vorsichtigem Abdampfen des Lösemittels
wird das gewünschte
feste Salz erhalten.
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Die
Säuren,
die zur Herstellung der pharmazeutisch akzeptablen Säureadditionssalze
der Baseverbindungen dieser Erfindung verwendet werden, sind diejenigen,
die nichttoxische Säureadditionssalze,
d. h. Salze, die pharmakologisch akzeptable Anionen enthalten, wie
Hydrochlorid-, Hydrobromid-, Hydroiodid-, Nitrat-, Sulfat- oder
Bisulfat-, Phosphat- oder
saure Phosphat-, Acetat-, Lactat-, Citrat- oder saure Citrat-, Tartrat-
oder Bitartrat-, Succinat-, Maleat-, Fumarat-, Gluconat-, Saccharat-,
Benzoat-, Methansulfonat- und
Pamoat[d. h. 1,1'-Methylen-bis-(2-hydroxy-3-naphthoat)]-Salze, bilden.
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Die
Verbindungen der Formel I, die auch saurer Natur sind, können Basesalze
mit verschiedenen pharmakologisch akzeptablen Kationen bilden. Beispiele
für derartige
Salze umfas sen die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalze und insbesondere
Natrium- und Kaliumsalze. Diese Salze werden alle durch herkömmliche
Verfahren hergestellt. Die chemischen Basen, die als Reagentien
zur Herstellung der pharmazeutisch akzeptablen Basesalze dieser
Erfindung verwendet werden, sind diejenigen, die nichttoxische Basesalze
mit den hier beschriebenen sauren Verbindungen der Formel I bilden.
Diese nichttoxischen Basesalze umfassen die von pharmakologisch
akzeptablen Kationen, wie Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium
und dgl., abgeleiteten. Diese Salze können ohne weiteres durch Behandeln
der entsprechenden Säureverbindungen
mit einer wässrigen
Lösung,
die die gewünschten
pharmakologisch akzeptablen Kationen enthält, und anschließendes Eindampfen
der gebildeten Lösung
zur Trockne, vorzugsweise unter vermindertem Druck, hergestellt
werden. Alternativ können
sie auch durch Mischen von Niederalkanollösungen der Säureverbindungen
und dem gewünschten
Alkalimetallalkoxid und anschließendes Eindampfen der gebildeten
Lösung
zur Trockne in der gleichen Weise wie zuvor hergestellt werden.
In jedem der beiden Fälle
werden stöchiometrische
Mengen der Reagentien vorzugsweise verwendet, um die Vollständigkeit
der Reaktion und maximale Produktausbeuten sicherzustellen.
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Zur
Verabreichung an Säuger
einschließlich
Menschen zur Hemmung von Matrixmetalloproteinasen, zur Hemmung der
Produktion von Tumornekrosefaktor (TNF) und beispielsweise zur Hemmung
von Säugerreprolysin
(vorzugsweise Hemmung von Aggrecanase) kann eine Vielzahl einer
Vielzahl herkömmlicher
Wege verwendet werden, die oral, parenteral (beispielsweise intravenös, intramuskulär oder subkutan),
bukkal, anal und topisch umfassen. Im allgemeinen werden die Verbindungen
der Erfindung (im folgenden auch als die aktiven Verbindungen angegeben)
in Dosierungsmengen zwischen etwa 0,1 und 25 mg/kg Körpergewicht
des zu behandelnden Subjekts pro Tag, vorzugsweise etwa 0,3 bis
5 mg/kg verabreicht. Vorzugsweise wird die aktive Verbindung oral
oder parenteral verabreicht. Jedoch erfolgt eine gewisse Variation
der Dosierung zwangsläufig in
Abhängigkeit
vom Zustand des behandelten Subjekts. Die für die Verabreichung verantwortliche
Person bestimmt in jedem Fall die passende Dosis für das individuelle
Subjekt.
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung können in einer breiten Vielzahl
unterschiedlicher Dosierungsformen verabreicht werden, wobei im
allgemeinen die therapeutisch wirksamen Verbindungen dieser Erfindung
in diesen Dosierungsformen in Konzentrationsmengen im Bereich von
etwa 5,0 bis etwa 70 Gew.-% vorhanden sind.
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Zur
oralen Verabreichung können
Tabletten, die verschiedene Streckmittel, wie mikrokristalline Cellulose,
Natriumcitrat, Calciumcarbonat, Dicalciumphosphat und Glycin, enthalten,
zusammen mit verschiedenen den Zerfall fördernden Mitteln, wie Stärke (und
vorzugsweise Mais-, Kartoffel- oder
Tapiokastärke),
Alginsäure und
bestimmten komplexen Silicaten, zusammen mit Granulationsbindemitteln,
wie Polyvinylpyrrolidon, Saccharose, Gelatine und Akaziengummi,
verwendet werden. Ferner sind Gleitmittel, wie Magnesiumstearat,
Natriumlaurylsulfat und Talkum, häufig für Tablettierungszwecke sehr
günstig.
Feste Zusammensetzungen einer ähnlichen
Art können
auch als Füllstoffe
in Gelatinekapseln verwendet werden; bevorzugte Materialien in diesem
Zusammenhang umfassen ferner Lactose oder Milchzucker sowie Polyethylenglykole
mit hohem Molekulargewicht. Wenn wässrige Suspensionen und/oder
Elixiere zur oralen Verabreichung gewünscht werden, kann der Wirkstoff
mit verschiedenen Süßungs- oder
Aromatisierungsmitteln, Farbsubstanzen oder Farbstoffen und, falls
gewünscht,
auch Emulgatoren und/oder Suspendiermitteln zusammen mit Verdünnungsmitteln, wie Wasser,
Ethanol, Propylenglykol, Glycerin, und verschiedenen ähnlichen
Kombinationen derselben verwendet werden. Im Falle von Tieren sind
sie vorteilhafterweise in einem Tierfuttermittel oder Trinkwasser
in einer Konzentration von 5–5000
ppm, vorzugsweise 25–500
ppm, enthalten.
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Zur
parenteralen Verabreichung (intramuskulären, intraperitonealen, subkutanen
und intravenösen Verwendung)
wird üblicherweise
eine sterile injizierbare Lösung
des Wirkstoffs hergestellt. Lösungen
einer therapeutischen Verbindung der vorliegenden Erfindung in entweder
Sesam- oder Erdnussöl
oder in wässrigem Propylenglykol
können
verwendet werden. Die wässrigen
Lösungen
sollten, falls notwendig, in geeigneter Weise, vorzugsweise auf
einen pH-Wert von größer als
8, eingestellt und gepuffert werden, und das flüssige Verdünnungsmittel sollte zunächst isotonisch
gemacht werden. Diese wässrigen
Lösungen
sind für
Zwecke einer intravenösen
Injektion geeignet. Die öligen
Lösungen
sind für
Zwecke einer intraartikulären,
intramuskulären und
subkutanen Injektion geeignet. Die Zubereitung all dieser Lösungen unter
sterilen Bedingungen wird ohne weiteres durch dem Fachmann bekannte
pharmazeutische Standardverfahren erreicht. Im Falle von Tieren können Verbindungen
intramuskulär
oder subkutan in Dosierungsmengen von etwa 0,1 bis 50 mg/kg/Tag,
vorteilhafterweise 0,2 bis 10 mg/kg/Tag, die in einer Einzeldosis
oder bis zu drei Teildosen gegeben werden, verabreicht werden.
-
Die
aktiven Verbindungen der Erfindung können auch in rektalen Zusammensetzungen,
wie Suppositorien oder Retentionsklistieren, die beispielsweise
herkömmliche
Suppositoriumgrundlagen, wie Kakaobutter oder andere Glyceride,
enthalten, formuliert werden. Zur intranasalen Verabreichung oder
Verabreichung durch Inhalation werden die aktiven Verbindungen der
Erfindung herkömmlicherweise
in der Form einer Lösung
oder Suspension aus einem Pumpsprühbehälter, der vom Patienten gedrückt oder
gepumpt wird, oder als Aerosolspraydarreichung aus einem Druckbehälter oder
einer Vernebelungsvorrichtung unter Verwendung eines geeigneten
Treibmittels, beispielsweise Dichlordifluormethan, Trichlorfluormethan,
Dichlortetrafluorethan, Kohlendioxid oder ein anderes geeignetes
Gas, abgegeben. Im Falle eines druckbeaufschlagten Aerosols kann
die Dosierungseinheit durch Anbringen eines Ventils zur Abgabe einer
abgemessenen Menge bestimmt werden. Der Druckbehälter oder die Vernebelungsvorrichtung
können
eine Lösung
oder Suspension der aktiven Verbindung enthalten. Kapseln und Patronen
(die beispielsweise aus Gelatine bestehen) zur Verwendung in einer
Inhalationsvorrichtung oder Einblasvorrichtung können so formuliert werden,
dass sie ein Pulvergemisch aus einer Verbindung gemäß der Erfindung
und einer geeigneten Pulvergrundlage, wie Lactose oder Stärke, enthalten.
-
Die
Fähigkeit
der Verbindungen der Formel I oder von deren pharmazeutisch akzeptablen
Salzen (im folgenden auch als die Verbindungen der vorliegenden
Erfindung bezeichnet) zur Hemmung von Metalloproteinasen oder Säugerreprolysin
und infolgedessen zum Belegen von deren Wirksamkeit zur Behandlung
von Erkrankungen, die durch eine Metalloproteinasen oder die Produktion
von Tumornekrosefaktor gekennzeichnet sind, wird durch die folgenden
In-vitro-Tests gezeigt.
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BIOLOGISCHE TESTS
-
Hemmung der
Produktion von löslichem
TNF
-
Die
Fähigkeit
der Verbindungen oder pharmazeutisch akzeptablen Salze derselben
zur Hemmung der zellulären
Produktion/Freisetzung von TNF und infolgedessen Belegen von deren
Wirksamkeit zur Behandlung von Erkrankungen, die die Dysregulation
von TNF umfassen, wird durch den folgenden In-vitro-Test gezeigt.
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Verfahren zur Bewertung
der Aktivität
von rekombinantem TNF-α Converting
Enzyme
-
1) Herstellung von rekombinantem
TACE
-
Ein
DNA-Fragment mit Codierung für
die Signalsequenz, Prodomäne
und katalytische Domäne
von TACE (Aminosäuren
1–473)
wurde durch Polymerasekettenreaktion unter Verwendung einer cDNA-Bibliothek humaner
Lunge als Templat amplifiziert. Das amplifizierte Fragment wurde
in den Vektor pFastBac kloniert. Die DNA-Sequenz des Inserts wurde
für beide
Stränge
festgestellt. Ein Bacmid, das unter Verwendung von pFastBac in E.
coli DH10Bac hergestellt wurde, wurde in SF9-Insektenzellen transfiziert.
Die Viruspartikel wurden zu den Stadien P1, P2, P3 amplifiziert.
Das P3-Virus wurde sowohl in Sf9- als auch High-Five-Insektenzellen hineininfiziert
und 48 h bei 27°C
gezüchtet.
Das Medium wurde gewonnen und für
Tests und zur weiteren Reinigung verwendet.
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2) Herstellung eines Substrats
mit Fluoreszenzlöschung
-
Ein
Modell-Peptid-TNF-α-Substrat
(LY-LeucinAlaninGlutaminAlaninValinArgininSerinSerinLysin(CMCTR)-Arginin
(LY = Lucifer Yellow; CMTR = 5-Carboxytetramethyl-rhodamin)) wurde
hergestellt, und die Konzentration wurde durch die Extinktion bei
560 nm (E560, 60000 M–1cm–1)
gemäß dem Verfahren
von KF Geoghegan, "Improved
method for converting an unmodified peptide to an energy-transfer
substrate for a proteinase",
Bioconjugate Chem. 7, 385–391
(1995) abgeschätzt.
Dieses Peptid umfasst die Spaltungsstelle auf Pro-TNF, die in vivo
durch TACE gespalten wird.
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3) Enzymreaktion
-
Die
Reaktion, die in einer 96-Vertiefungen-Platte (Dynatech) durchgeführt wurde,
bestand aus 70 μl einer
Pufferlösung
(25 mM Hepes-HCl, pH-Wert 7,5, + 20 μM ZnCl2),
10 μl von
100 μM Substrat
mit Fluoreszenzlöschung,
10 μl einer
DMSO(5%)-Lösung
einer Testverbindung und einer Menge des r-TACE-Enzyms, die 50%
Spaltung in 60 min bewirkt, in einem Gesamtvolumen von 100 μl. Die Spezifität der Enzymspaltung
an der Amidbindung zwischen Alanin und Valin wurde durch HPLC und
Massenspektrometrie verifiziert. Die Anfangsraten der Spaltung wurden
durch Ermitteln der Zunahmerate der Fluoreszenz bei 530 nm (Anregung
bei 409 nm) während
30 min überwacht.
Das Experiment wurde wie folgt kontrolliert: 1) hinsichtlich der
Hintergrundfluoreszenz des Substrats, 2) hinsichtlich der Fluoreszenz
von voll gespaltenem Substrat, 3) hinsichtlich der Fluoreszenzlöschung oder
-verstärkung
von Testverbindung enthaltenden Lösungen.
-
Die
Daten wurden wie folgt analysiert. Die Raten der keine Testverbindung
enthaltenden "Kontroll"-Reaktionen wurden
gemittelt, um den 100%-Wert zu ermitteln. Die Reaktionsrate in Gegenwart
einer Testverbindung wurde mit der in Abwesenheit einer Verbindung
verglichen und als Tabelle als "Prozent
der keine Testverbindung enthaltenden Kontrolle" angegeben. Die Ergebnisse wurden als "% der Kontrolle" gegen den Logarithmus
der Verbindungskonzentration aufgetragen, und der halbmaximale Punkt
oder IC50-Wert wurde bestimmt. Der IC50-Wert für
den obigen Test ist ein Maß der
Hemmung der TNF-α-Proteolyseaktivität von TACE. Die
hier verwendete Blockierung der Bindung von TNF-α an TACE entspricht der Beschreibung
in US-Patent 5 830 742, erteilt am 3. November 1998.
-
Monocytentest
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Humane
mononukleäre
Zellen wurden aus anti-koaguliertem humanem Blut unter Verwendung
eines einstufigen Ficoll-Hypaque-Trennverfahrens
isoliert. (2) Die mononukleären
Zellen wurden dreimal in Hanks Balanced Salt Solution (HBSS) mit
zweiwertigen Kationen gewaschen und zu einer Dichte von 2 × 106/ml in 1% BSA enthaltender HBSS resuspendiert.
Differentielle Zellraten, die unter Verwendung des Abbott Cell Dyn 3500
Analyzer bestimmt wurden, ergaben, das die Monocyten in diesen Zubereitungen
im Bereich von 17 bis 24% der gesamten Zellen lagen.
-
180
ml der Zellsuspension wurden als Aliquots in 96-Vertiefungen-Platten
mit ebenem Boden (Costar) gegeben. Die Zugabe von Verbindungen und
LPS (100 ng/ml Endkonzentration) ergab ein Endvolumen von 200 μl. Alle Bedingungen
wurden dreifach durchgeführt.
Nach 4-stündiger
Inkubation bei 37°C
in einem befeuchteten CO2-Inkubator wurden
die Platten entfernt und zentrifugiert (10 min mit etwa 250 × g) und
die Überstände entfernt
und auf TNF-α unter
Verwendung des R & D
Elisa Kit getestet.
-
MMP-Tests
-
Die
hier verwendeten Kollagenase-3(Matrixmetalloproteinase-13)-selektiven Inhibitoren
bezeichnen Mittel, die eine mindestens 100-fache Selektivität für die Hemmung
der Kollagenase-3-Enzymaktivität
gegenüber
der Kollagenase-1-Enzymaktivität
und eine Wirksamkeit von weniger als 100 nM gemäß der Definition durch die
IC50-Ergebnisse der im folgenden beschriebenen
MMP-13/MMP-1-Fluoreszenztests zeigen. Kollagenase-3-selektive Inhibitoren
können
durch Screening der Inhibitoren der vorliegenden Erfindung durch
die im folgenden beschriebenen MMP-13/MMP-1-Fluoreszenztests und
Auswählen
der Mittel mit IC50-Verhältnissen der MMP-13/MMP-1-Hemmung
von 100 oder größer und
einer Wirksamkeit von weniger als 100 nM identifiziert werden.
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Die
hier verwendeten nicht-selektiven Kollagenaseinhibitoren bezeichnen
Mittel, die eine weniger als 100-fache Selektivität für die Hemmung
der Kollagenase-3-Enzymaktivität
gegenüber
der Kollagenase-1-Enzymaktivität
oder eine Wirksamkeit von mehr als 100 nM gemäß der Definition durch die
TC50-Ergebnisse der im folgenden beschriebenen
MMP-13/MMP-1-Fluoreszenztests
zeigen.
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Die
Fähigkeit
von Kollagenaseinhibitoren zur Hemmung der Kollagenaseaktivität ist einschlägig bekannt.
Die folgenden Tests können
zur Identifizierung von Matrixmetalloproteinaseinhibitoren verwendet
werden.
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Hemmung von humaner Kollagenase
(MMP-1)
-
Humane
rekombinante Kollagenase wird mit Trypsin unter Verwendung des folgenden
Verhältnisses: 10 μg Trypsin
pro 100 μg
Kollagenase, aktiviert. Trypsin und Kollagenase werden bei Raumtemperatur
10 min inkubiert, und dann wird ein 5-facher Überschuss (50 μg/10 μg Trypsin)
eines Soja-Trypsininhibitors zugesetzt.
-
10-mM-Stammlösungen von
Inhibitoren werden in Dimethylsulfoxid hergestellt und dann unter
Verwendung des folgenden Schemas verdünnt:
10 mM → 120 μM → 12 μM → 1,2 μM → 0,12 μM
-
25
Mikroliter jeder Konzentration werden dann in dreifacher Ausführung in
passende Vertiefungen einer 96-Vertiefungen-Mikrofluoreszenzplatte gegeben. Die
Endkonzentration des Inhibitors ist nach der Zugabe von Enzym und
Substrat eine 1 : 4-Verdünnung.
Positive Kontrollen (Enzym, kein Inhibitor) werden in den Vertiefungen
D1–D6
eingerichtet und Leerwerte (kein Enzym, keine Inhibitoren) werden
in den Vertiefungen D7–D12
eingerichtet.
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Kollagenase
wird auf 400 ng/ml verdünnt
und 25 μl
werden dann zu passenden Vertiefungen der Mikrofluoreszenzplatte
gegeben. Die Endkonzentration von Kollagenase in dem Test beträgt 100 ng/ml.
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Substrat
(DNP-Pro-Cha-Gly-Cys(Me)-His-Ala-Lys(NMA)-NH2)
wird als 5-mM-Stammlösung
in Dimethylsulfoxid hergestellt und dann in Testpuffer auf 20 mM
verdünnt.
Der Test wird durch die Zugabe von 50 μl Substrat pro Vertiefung der
Mikrofluoreszenzplatte, wobei eine Endkonzentration von 10 μM erhalten
wird, initiiert.
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Fluoerszenzablesungen
(360 nm Anregung, 460 nm Emission) werden zum Zeitpunkt 0 und dann
in Abständen
von 20 min durchgeführt.
Der Test wird bei Raumtemperatur mit einer typischen Testdauer von
3 Stunden durchgeführt.
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Die
Fluoreszenz wird dann gegen die Zeit für sowohl die Blindlösung bzw.
den Leerwert als auch die Kollagenase enthaltenden Proben aufgetragen
(die Daten von Dreifachbestimmungen werden gemittelt). Ein Zeitpunkt,
der ein gutes Signal ergibt (der Leerwert) und der auf einem linearen
Teil der Probe liegt (üblicherweise
um 120 min), wird zur Bestimmung der IC50-Werte
gewählt.
Der Zeitpunkt 0 wird als Leerwert für jede Verbindung bei jeder
Konzentration verwendet, und diese Werte werden von den 120-min-Daten
subtrahiert. Die Daten werden als Inhibitorkonzentration gegen %
Kontrolle (Inhibitorfluoreszenz geteilt durch die Fluoreszenz von
Kollagenase allein × 100)
aufgetragen. Die IC50-Werte werden aus der Inhibitorkonzentration,
die ein Signal ergibt, das 50% der Kontrolle beträgt, bestimmt.
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Wenn
IC50-Werte als < 0,03 μM angegeben werden, sind die
Inhibitoren mit Konzentrationen von 0,3 μM, 0,03 μM, 0,03 μM und 0,003 μM getestet.
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Hemmung von Gelatinase
(MMP-2)
-
Die
Hemmung der Gelatinaseaktivität
wird unter Verwendung des Dnp-Pro-Cha-Gly-Cys(Me)-His-Ala-Lys(NMA)-NH2-Substrats (10 μM) unter den gleichen Bedingungen
wie die Hemmung von humaner Kollagenase (MMP-1) getestet.
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72-kD-Gelatinase
wird mit 1 mM APMA (p-Aminophenylquecksilber(II)-acetat) 15 h bei
4°C aktiviert und
verdünnt,
wobei eine Endkonzentration im Test von 100 mg/ml erhalten wird.
Die Inhibitoren werden wie zur Hemmung von humaner Kollagenase (MMP-1)
verdünnt,
wobei Endkonzentrationen im Test von 30 μM, 3 μM, 0,3 μM und 0,03 μM erhalten werden. Jede Konzentration
wird in dreifacher Ausführung
hergestellt.
-
Fluoreszenzablesungen
(360 nm Anregung, 460 nm Emission) werden zum Zeitpunkt 0 und dann
in Abständen
von 20 min während
4 h durchgeführt.
-
Die
IC50-Werte werden entsprechend der Hemmung
von humaner Kollagenase (MMP-1) bestimmt. Wenn IC50-Werte
von weniger als 0,03 μM
angegeben werden, werden die Inhibitoren mit Endkonzentrationen von
0,3 μM,
0,03 μM,
0,003 μM
und 0,003 μM
getestet.
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Hemmung von Stromelysinaktivität (MMP-3)
-
Die
Hemmung der Stromelysinaktivität
basiert auf einem modifizierten spektrophotometrischen Test gemäß der Beschreibung
bei Weingarten und Feder (H. Weingarten und J. Feder, Spectrophotometric
Assay for Vertebrate Collagenase, Anal. Biochem. 147, 437–440 (1985)).
Die Hydrolyse des Thiopeptolidsubtrats [Ac-Pro-Leu-Gly-SCH[CH2CH(CH3)2]CO-Leu-Gly-OC2H5] ergibt ein Mercaptanfragment,
das in Gegenwart von Ellman-Reagens überwacht
werden kann.
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Humanes
rekombinantes Prostromelysin wird mit Trypsin unter Verwendung eines
Verhältnisses
von 1 μl
einer 10 mg/ml Trypsinstammlösung
pro 26 mg Stromelysin aktiviert. Trypsin und Stromelysin werden
15 min bei 37°C
inkubiert und anschließend
mit 10 μl
eines 10 μg/ml
Soja-Trypsininhibitors 10 min bei 37°C inkubiert, um die Trypsinaktivität zu quenchen.
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Die
Tests werden in einem Gesamtvolumen von 250 ml eines Testpuffers
(200 mM Natriumchlorid, 50 mM MES und 10 mM Calciumchlorid, pH-Wert
6,0) in 96-Vertiefungen-Mikrotiterplatten durchgeführt. Aktiviertes
Stromelysin wird in Testpuffer auf 25 μg/ml verdünnt. Ellman-Reagens (3-Carboxy-4-nitrophenyldisulfid) wird
als 1 M Stammlösung
in Dimethylformamid hergestellt und auf 5 mM in Testpuffer verdünnt, wobei
50 ml pro Vertiefung eine Endkonzentration von 1 mM ergeben.
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10
mM Stammlösungen
von Inhibitoren werden in Dimethylsulfoxid hergestellt und reihenmäßig in Testpuffer
derart verdünnt,
dass die Zugabe von 50 μl
zu den passenden Vertiefungen Endkonzentrationen von 3 μM, 0,3 μM, 0,003 μM und 0,0003 μM ergibt.
Alle Bedingungen werden in dreifacher Ausführung durchgeführt.
-
Eine
300 mM Dimethylsulfoxid-Stammlösung
des Peptidsubstrats wird auf 15 mM in Testpuffer verdünnt, und
der Test wird durch Zugabe von 50 μl zu jeder Vertiefung, wobei
eine Endkonzentration von 3 mM Substrat erhalten wird, initiiert.
Leerwerte bestehen aus dem Peptidsubstrat und Ellman- Reagens ohne das Enzym.
Die Produktbildung wurde bei 405 nm mit einem Molecular Devices
UVmax Plate Reader überwacht.
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Die
IC50-Werte wurden in der gleichen Weise
wie für
Kollagenase bestimmt.
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Hemmung von MMP-13
-
Humane
rekombinante MMP-13 wird mit 2 mM APMA (p-Aminophenylquecksilber(II)-acetat)
1,5 h bei 37°C
aktiviert und auf 400 mg/ml in Testpuffer (50 mM Tris, pH-Wert 7,5,
200 mM Natriumchlorid, 5 mM Calciumchlorid, 20 μM Zinkchlorid, 0,02% Brij) verdünnt. 25
Mikroliter verdünntes
Enzym werden pro Vertiefung einer 96-Vertiefungen-Mikrofluoreszenzplatte
zugegeben. Das Enzym wird dann auf ein 1 : 4-Verhältnis in
dem Test durch die Zugabe von Inhibitor und Substrat verdünnt, wobei
eine Endkonzentration in dem Test von 100 mg/ml erhalten wird.
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10
mM Stammlösungen
von Inhibitoren werden in Dimethylsulfoxid hergestellt und dann
in Testpuffer gemäß dem Inhibitorverdünnungsschema
zur Hemmung von humaner Kollagenase (MMP-1) verdünnt: 25 Mikroliter jeder Konzentration
werden in dreifacher Ausführung
zu der Mikrofluoreszenzplatte gegeben. Die Endkonzentrationen in
dem Test sind 30 μM,
3 μM, 0,3 μM und 0,03 μM.
-
Substrat
(Dnp-Pro-Cha-Gly-Cys(Me)-His-Ala-Lys(NMA)-NH2)
wird wie zur Hemmung von humaner Kollagenase (MMP-1) hergestellt,
und 50 ml werden zu jeder Vertiefung gegeben, wobei eine Endtestkonzentration
von 10 μM
erhalten wird, Fluoreszenzablesungen (360 nM Anregung, 450 Emission)
werden zum Zeitpunkt 0 und alle 5 min während 1 h durchgeführt.
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Positive
Kontrollen bestehen aus Enzym und Substrat ohne Inhibitor, und Blindlösungen bzw.
Leerwerte bestehen nur aus Substrat.
-
Die
IC50-Werte werden gemäß der Hemmung von humaner Kollagenase
(MMP-1) bestimmt. Wenn IC50-Werte von weniger
als 0,03 μM
angegeben werden, werden die Inhibitoren dann mit Endkonzentrationen von
0,3 μM,
0,03 μM,
0,003 μM
und 0,0003 μM
getestet.
-
Kollagenfilm-MMP-13-Test
-
Typ-I-Kollagen
von Ratten wird mit 14C-Acetanhydrid radioaktiv
markiert (T. E. Cawston und A. J. Barrett, Anal. Biochem., 99, 340–345 (1979))
und zur Herstellung von 96-Vertiefungen-Platten, die radioaktiv
markierte Kollagenfilme enthalten, verwendet (Barbara Johnson-Wint,
Anal. Biochem., 104, 175–181
(1980)). Wenn eine Kollagenase enthaltende Lösung zu der Vertiefung gegeben
wird, spaltet das Enzym das unlösliche Kollagen,
das sich entspiralisiert und daher solubilisiert wird. Die Kollagenaseaktivität ist direkt
proportional der Menge des solubilisierten Kollagens, die durch
den Anteil der in dem Überstand
freigesetzten Radioaktivität, die
in einem Standardszintillationszähler
ermittelt wurde, bestimmt wurde. Kollagenaseinhibitoren sind daher Verbindungen,
die die freigesetzten radioaktiven Zählmengen gegenüber Kontrollen,
bei denen kein Inhibitor vorhanden ist, verringern. Eine spezielle
Ausführungsform
dieses Tests wird im folgenden detailliert beschrieben.
-
Zur
Bestimmung der Selektivität
von Verbindungen für
MMP-13 gegenüber
MMP-1 unter Verwendung von Kollagen als Substrat wird das folgende
Verfahren verwendet. Rekombinantes humanes pro-MMP-13 oder pro-MMP-1
wird gemäß den oben
angegebenen Verfahren aktiviert. Das aktivierte MMP-13 oder MMP-1
wird mit Puffer (50 mM Tris, pH-Wert 7,5, 150 mM NaCl, 10 mM CaCl2, 1 μM
ZnCl2, 0,05% Brij-35, 0,02% Natriumazid)
auf 0,6 μg/ml
verdünnt.
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Stammlösungen einer
Testverbindung (10 mM) in Dimethylsulfoxid werden hergestellt. Verdünnungen der
Testverbindungen in dem obigen Tris-Puffer werden mit 0,2, 2,0,
20, 200, 2000 und 20000 nM hergestellt.
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100 μl einer passenden
Arzneimittelverdünnung
und 100 μl
des verdünnten
Enzyms werden in Vertiefungen einer 96-Vertiefungen-Platte, die
mit 14C-Kollagen markierte Kollagenfilme
enthalten, pipettiert. Die Endenzymkonzentration beträgt 0,3 μg/ml, während die
Endarzneimittelkonzentration 0,1, 1,0, 10, 100, 1000 nM beträgt. Jede
Arzneimittelkonzentration und Kontrolle wird dreifach analysiert.
Dreifache Kontrollen werden ebenfalls für die Bedingungen, bei denen
kein Enzym vorhanden ist, und für
Enzym unter Abwesenheit jeder Verbindung durchgeführt.
-
Die
Platten werden bei 37°C über einen
derartigen Zeitraum, dass etwa 30–50% des verfügbaren Kollagens
solubilisiert wird – was
durch Zählen
zusätzlicher
Kontrollvertiefungen zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt wird –, inkubiert.
In den meisten Fällen
ist eine Inkubation von etwa 9 Stunden erforderlich. Wenn der Test
ausreichend fortgeschritten ist, wird der Überstand von jeder Vertiefung
entfernt und in einem Szintillationszähler gezählt. Die Hintergrundzählraten
(die durch die Zählraten
in den Vertiefungen ohne Enzym bestimmt wurden) werden von jeder
Probe subtrahiert und die prozentuale Freisetzung wird in Bezug
auf die Vertiefungen mit nur Enzym und ohne Inhibitor berechnet.
Die dreifachen Werte für
jeden Punkt werden gemittelt und die Daten werden als prozentuale
Freisetzung gegen die Arzneimittelkonzentration als Diagramm angegeben.
Die IC50-Werte werden ausgehend von dem
Punkt, an dem eine 50%-ige Hemmung der Freisetzung von radioaktiv
markiertem Kollagen erhalten wird, bestimmt.
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Zur
Bestimmung der Identität
der aktiven Kollagenasen in konditioniertem Knorpelmedium wurden Tests
unter Verwendung von Kollagen als Substrat, konditioniertem Knorpelmedium,
das Kollagenaseaktivität enthielt,
und Inhibitoren variierender Selektivität durchgeführt. Das konditionierte Knorpelmedium
wurde während
eines Zeitraums, in dem ein Kollagenabbau erfolgte, gewonnen und
es ist daher für
die für
den Kollagenabbau verantwortlichen Kollagenasen repräsentativ.
Tests wurden wie oben angegeben durchgeführt, wobei jedoch anstelle
von rekombinantem MMP-13 oder rekombinantem MMP-1 konditioniertes
Knorpelmedium die Enzymquelle war.
-
IL-1-induzierter Knorpelkollagenabbau
von Rindernasenknorpel
-
Dieser
Test verwendet Rindernasenknorpelexplantate, die üblicherweise
zum Testen der Wirksamkeit von verschiedenen Verbindungen zur Hemmung
von entweder IL-1-induziertem Proteoglykanabbau oder IL-1-induziertem
Kollagenabbau verwendet werden. Rindernasenknorpel ist einem Gelenkknorpel
sehr ähnliches
Gewebe, d. h. Chondrocyten, die von einer Matrix, die primär aus Typ-II-Kollagen
und Aggrecan besteht, umgeben sind. Das Gewebe wird verwendet, da
es: (1) Gelenkknorpel sehr ähnlich
ist, (2) problemlos erhältlich
ist, (3) relativ homogen ist und (4) nach IL-I-Stimulation mit vorhersagbarer
Kinetik abgebaut wird.
-
Zwei
Variationen dieses Tests wurden zum Testen von Verbindungen verwendet.
Beide Variationen ergeben ähnliche
Daten. Die zwei Variationen werden im folgenden beschrieben:
-
Variation 1
-
Drei
Pfropfen aus Rindernasenknorpel (etwa 2 mm Durchmesser × 1,5 mm
Länge)
werden in jede Vertiefung einer 24-Vertiefungen-Gewebekulturplatte
gegeben. 1 ml serumfreies Medium wird dann zu jeder Vertiefung gegeben.
Verbindungen werden als 10 mM Stammlösungen in DMSO hergestellt
und dann in serumfreiem Medium in passender Weise auf Endkonzentrationen,
beispielsweise 50, 500 und 5000 nM, verdünnt. Jede Konzentration wird
in dreifacher Ausführung
getestet.
-
Humanes
rekombinantes IL-1α (5
ng/ml) (IL-1) wird in dreifache Kontrollvertiefungen und in jede
Arzneimittel enthaltende Vertiefung gegeben. Dreifache Kontrollvertiefungen
werden ebenfalls eingerichtet, zu denen weder Arzneimittel noch
IL-1 gegeben wird. Das Medium wird entfernt und frisches Medium,
das IL-1 und die entsprechenden Arzneimittelkonzentrationen enthält, wird
an den Tagen 6, 12, 18 und 24 oder, falls notwendig, alle 3–4 Tage,
zugesetzt. Das zum jeweiligen Zeitpunkt entfernte Medium wird bei –20°C für eine spätere Analyse
aufbewahrt. Wenn der Knorpel in den Vertiefungen mit nur IL-1 fast
vollständig
resorbiert ist (etwa am Tag 21), wird das Experiment beendet. Das
Medium wird entfernt und aufbewahrt. Aliquots (100 μl) von jeder
Vertiefung zu jedem Zeitpunkt werden gepoolt, mit Papain verdaut
und dann auf den Hydroxyprolingehalt analysiert. Das Hintergrund-Hydroxyprolin
(Mittelwert von Vertiefungen ohne IL-1 und ohne Arzneimittel) wird von
jedem Datenpunkt abgezogen, und der Mittelwert wird für jede Dreifachbestimmung
berechnet. Die Daten werden dann als Prozentsatz des Mittelwerts
von nur IL-1 ausgedrückt
und aufgetragen. Der IC50-Wert wird aus
dieser Auftragung bestimmt.
-
Variation 2
-
Die
Versuchseinrichtung ist die gleiche wie oben bei Varia tion 1 angegeben,
bis zum Tag 12. Am Tag 12 wird das konditionierte Medium aus jeder
Vertiefung entnommen und eingefroren. Dann wird 1 ml phosphatgepufferte
Kochsalzlösung
(PBS), die 0,5 μg/ml
Trypsin enthält,
zu jeder Vertiefung gegeben, und die Inkubation wird weitere 48
h bei 37°C
fortgesetzt. Nach 48-stündiger
Inkubation in Trypsin wird die PBS-Lösung entfernt. Aliquots (50 μl) der PBS/Trypsin-Lösung und der vorherigen zwei
Zeitpunkte (Tag 6 und 12) werden gepoolt, hydrolysiert, und der
Hydroxyprolingehalt wird bestimmt. Das Hintergrund-Hydroxyprolin
(Mittelwert von Vertiefungen ohne IL-1 und ohne Arzneimittel) wird
von jedem Datenpunkt abgezogen, und der Mittelwert wird für jede Dreifachbestimmung
berechnet. Die Daten werden dann als Prozentsatz des Mittelwerts
von IL-1 allein ausgedrückt
und aufgetragen. Der IC50-Wert wird aus
dieser Auftragung bestimmt. Bei dieser Variation wird der Zeitverlauf
des Experiments beträchtlich
verkürzt,
Die Zugabe von Trypsin während
48 h nach einer IL-1-Stimulation von 12 Tagen setzt wahrscheinlich
etwaiges Typ-II-Kollagen, das durch Kollagenaseaktivität geschädigt wurde,
jedoch aus der Knorpelmatrix noch nicht freigesetzt wurde, frei.
Bei nicht vorhandener IL-1-Stimulation ergibt eine Trypsinbehandlung
nur niedrige Hintergrundmengen eines Kollagenabbaus in den Knorpelexplantaten.
-
Hemmung von humaner 92-kD-Gelatinase
(MMP-9)
-
Die
Hemmung von 92-kD-Gelatinase(MMP-9)-Aktivität wird unter Verwendung des Mca-Pro-Leu-Gly-Leu-Dpa-Ala-Arg-NH2-Substrats (10 μM) unter ähnlichen Bedingungen, wie sie
oben für
die Hemmung von humaner Kollagenase (MMP-1) beschrieben wurde, getestet.
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Humane
rekombinante 92-kD-Gelatinase (MMP-9, Gelatinase B) wird 2 h mit
1 mM p-Aminophenyl-quecksilber(II)-acetat (aus einer frisch hergestellten
100 mM Stammlösung
in 0,2 N NaOH) bei 37°C
aktiviert.
-
10
mM Dimethylsulfoxid-Stammlösungen
von Inhibitoren werden reihenmäßig in Testpuffer
(50 mM Tris, pH-Wert 7,5, 200 mM NaCl, 5 mM CaCl2,
20 μM ZnCl2, 0,02% Brij-35 (Vol/Vol)) unter Verwendung
des im folgenden angegebenen Schemas verdünnt:
10 mM → 120 μM → 12 μM → 1,2 μM → 0,12 μM
-
Weitere
Verdünnungen
werden nach Bedarf gemäß diesem
Schema durchgeführt.
Ein Minimum von vier Inhibitorkonzentrationen für jede Verbindung wird bei
jedem Test durchgeführt.
25 μl jeder
Konzentration werden dann zu dreifachen Vertiefungen einer schwarzen
96-Vertiefungen-Mikrofluoreszenzplatte mit U-förmigem Boden gegeben. Da das
Endtestvolumen 100 μl
beträgt,
sind die Endkonzentrationen eines Inhibitors das Ergebnis einer
weiteren 1 : 4-Verdünnung
(d. h. 30 μM, → 3 μM → 0,3 μM → 0,03 μM und dgl.).
Ein Leerwert (kein Enzym, kein Inhibitor) und eine positive Enzymkontrolle
(mit Enzym, kein Inhibitor) werden ebenfalls in dreifacher Ausführung hergestellt.
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Aktiviertes
Enzym wird auf 100 ng/ml in Testpuffer verdünnt, 25 μl pro Vertiefung werden zu entsprechenden
Vertiefungen der Mikroplatte gegeben. Die Endenzymkonzentration
im Test beträgt
25 ng/ml (0,27 nM).
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Eine
5 mM Dimethylsulfoxid-Stammlösung
des Substrats (Mca-Pro-Leu-Gly-Leu-Dpa-Ala-Arg-NH2) wird in Testpuffer auf 20 μM verdünnt. Der
Test wird durch Zugabe von 50 μl
eines verdünnten
Substrats initiiert, wobei eine Endtestkonzentration von 10 μM Substrat
erhalten wird. Eine Fluoreszenzablesung zum Zeitpunkt 0 (320 Anregung,
390 Emission) wird unmittelbar durchgeführt, und anschließende Ablesungen
wer den alle 15 min bei Raumtemperatur mit einem PerSeptive Biosystems
CytoFluor Multi-Well Plate Reader mit Verstärkung bei 90 Einheiten durchgeführt.
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Der
Mittelwert der Fluoreszenz des Enzyms und des Leerwerts werden gegen
die Zeit aufgetragen. Ein früher
Zeitpunkt auf dem linearen Teil dieser Kurve wird für IC50-Bestimmungen gewählt. Der Zeitpunkt 0 für jede Verbindung
bei jeder Verdünnung
wird von dem letzteren Zeitpunkt abgezogen, und die Daten werden dann
als Prozent der Enzymkontrolle ausgedrückt (Inhibitorfluoreszenz geteilt
durch die Fluoreszenz der positiven Enzymkontrolle × 100).
Die Daten werden als Inhibitorkonzentration gegen Prozent der Enzymkontrolle aufgetragen.
Die IC50-Werte werden als die Inhibitorkonzentration,
die ein Signal ergibt, das 50% der positiven Enzymkontrolle ist,
definiert.
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Aggrecanasetest
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Primäre Schweinechondrocyten
aus Gelenkknorpel werden durch aufeinanderfolgende Trypsin- und Kollagenaseverdauung
und anschließende
Kollagenaseverdauung über
Nacht isoliert und mit 2 × 105 Zellen pro Vertiefung in 48-Vertiefungen-Platten
mit 5 μCi/ml 35S (1000 Ci/mmol) Schwefel in mit Typ-I-Kollagen beschichteten
Platten ausplattiert. Die Zellen können Markierung in deren Proteoglykanmatrix
(etwa 1 Woche) bei 37°C
unter einer Atmosphäre
von 5% CO2 einbauen.
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Eine
Nacht vor dem Initiieren des Tests werden Chondrocytenmonoschichten
zweimal in DMEM/1% PSF/G gewaschen und dann über Nacht in frischem DMEM/1%
FBS inkubiert.
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Am
folgenden Morgen werden die Chondrocyten einmal in DMEM/1% PSF/G
gewaschen. Die letzte Waschflüssigkeit
kann auf den Platten im Inkubator während der Durchführung von Verdünnungen
verbleiben.
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Medien
und Verdünnungen
können
wie in der folgenden Tabelle beschrieben hergestellt werden.
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Die
Platten werden markiert und nur die inneren 24 Vertiefungen der
Platte werden verwendet. Auf einer der Platten werden mehrere Spalten
für IL-1
(kein Arzneimittel) und Kontrolle (kein IL-1, kein Arzneimittel) bestimmt.
Diese Kontrollspalten werden periodisch zur Überwachung der 355-Proteoglykanfreisetzung
gezählt.
Kontrolle und IL-1-Medium werden zu den Vertiefungen gegeben (450 μl), und anschließend wird
eine Verbindung zugegeben (50 μl),
um den Test zu initiieren. Die Platten werden bei 37°C mit einer
Atmosphäre mit
5% CO2 inkubiert.
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Bei
einer Freisetzung von 40–50%
(wenn cpm von IL-1-Medium die 4–5-fache
Menge vom Kontrollmedium ist), was durch Flüssigszintillationszählung (LSC)
von Mediumproben getestet wird, wird der Test beendet (9–12 h).
Das Medium wird von allen Vertiefungen entfernt und in Szintillationsröhrchen gegeben.
Szintillat wird zugesetzt und die Radioaktivitätszählrate wird erhalten (LSC).
Um Zellschichten zu solubilisieren, werden 500 μl Papain-Verdauungspuffer (0,2
M Tris, pH-Wert 7,0, 5 mM EDTA, 5 mM DTT und 1 mg/ml Papain) zu
jeder Vertiefung gegeben. Platten mit Verdauungslösung werden
bei 60°C über Nacht
inkubiert. Die Zellschicht wird am nächsten Tag von den Platten
entfernt und in Szintillationsröhrchen
gegeben. Szintillat wird dann zugesetzt, und die Proben werden gezählt (LSC).
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Der
Prozentsatz der freigesetzten Zählratenmenge
von der in jeder Vertiefung insgesamt vorhandenen wird bestimmt.
Die Mittelwerte der Dreifachbestimmungen werden bestimmt, wobei
der Kontrollhintergrund von jeder Vertiefung abgezogen wird. Der
Prozentsatz der Verbindungshemmung basiert auf IL-1-Proben als 0%
Hemmung (100% Gesamtzählrate).
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Die
Verbindungen der vorliegenden Erfindung, die getestet wurde, besaßen einen
IC50-Wert von weniger als 1 μM, vorzugsweise
weniger als 50 nM in mindestens einem der oben beschriebenen Tests.
Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung besitzen ferner unterschiedliche
Aktivität
(d. h. sie sind selektiv) für
eine oder mehrere Typen von Reprolysin oder MMP. Die hier verwendete
Selektivität
bezeichnet das Verhältnis
der IC50-Hemmergebnisse nach zwei oder mehreren
der obigen Protokolle. Verbindungen gemäß der Erfindung, die selektiv
sind, besitzen ein Verhältnis
von min destens 10. Die Verbindungen gemäß der Erfindung, die die gewünschte Wirksamkeit
oder Selektivität
besitzen, können
durch Testen einer Verbindung (üblicherweise
ein kleines Molekül,
zweckmäßigerweise
eine Hydroxamsäure,
vorzugsweise eine Verbindung der Formel I) gemäß den im vorhergehenden beschriebenen
Protokollen und Bestimmen der IC50- und
Selektivitätsverhältnisse
identifiziert werden.
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Eine
Gruppe bevorzugter Verbindungen (stärker bevorzugt Verbindungen
der Formel I), die durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung
identifiziert werden können,
umfasst diejenigen Inhibitoren, die eine selektive Aktivität gegenüber MMP-13 über die
von MMP-1 hinaus, (vorzugsweise einen IC50-Wert
von weniger als 500 nM, stärker
bevorzugt 100 nM, am stärksten
bevorzugt 50 nM) für
MMP-13 mit einer mindestens 10-fach, vorzugsweise 40-fach höheren Selektivität für MMP-13
als für
MMP-1 besitzen.
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HERSTELLUNG
VON VERBINDUNGEN
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Die
folgenden Beispiele erläutern
die Herstellung der Verbindungen der vorliegenden Erfindung. Die Schmelzpunkte
sind unkorrigiert. Die NMR-Daten sind in parts per million (δ) angegeben.
Handelsübliche
Reagentien werden ohne weitere Reinigung verwendet. Chromatographie
bezeichnet Säulenchromatographie, die
unter den Bedingungen der Verwendung von Silicagel von 32–63 mm und
unter Stickstoffdruck (Flashchromatographie) durchgeführt wird.
Raum- oder Umgebungstemperatur bezeichnet 20–25°C. Alle nichtwässrigen Reaktionen
wurden günstigerweise
und zur Maximierung der Ausbeuten unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
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Beispiel 1
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(4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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a) (4R)-3-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl)-2-oxo-imidazolidin-1,5-dicarbonsäure-1-benzylester-5-tert-butylester
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Zu
einer Lösung
von (4R)-Oxo-imidazolidin-1,5-dicarbonsäure-1-benzylester-5-tert-butylester
(650 mg, 2,0 mmol) in Aceton (10 ml) wurden pulverförmiges K2CO3 (550 mg) und
4-(4-Fluorphenoxy)benzylbromid (1,85
g, 6,6 mmol) gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 6 Tage bei Raumtemperatur
gerührt,
und dann wurde das Lösemittel
abgedampft. Der Rückstand
wurde in Ethylacetat aufgenommen und mit Wasser und Kochsalzlösung gewaschen.
Nach dem Trocknen über
MgSO4 wurde das Lösemittel abgedampft. Die Titelverbindung
(820 mg, 78%) wurde aus dem Rückstand
durch Chromatographie auf Silicagel unter Elution mit Chloroform
isoliert.
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b) (4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäure-tert-butylester
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Eine
Lösung
von (4R)-3-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-1,5-dicarbonsäure-1-benzylester-5-tert-butylester (1,1 g,
2,1 mmol) in Methanol (100 ml) wurde über 10% Pd-auf-Kohle (110 mg)
bei 3 atm Druck 6 h hydriert. Nach Entfernen des Katalysators durch
Filtration über
ein Nylonfilter mit Poren von 0,45 μm wurde das Lösemittel
abgedampft, wobei die Titelverbindung (810 mg, 100%) als gelber
Feststoff erhalten wurde.
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c) (4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäure
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Eine
Lösung
von (4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäure-tert-butylester (810
mg, 1,56 mmol) in CH2Cl2 (8
ml) wurde mit Trifluoressigsäure
(8 ml) behandelt. Das Reaktionsgemisch wurde 2,5 h bei Raumtemperatur
gerührt
und eingeengt, wobei ein Öl
zurückblieb.
Die Titelverbindung, ein weißer
Feststoff (297 mg, 58%), wurde durch Filtration gewonnen, nachdem
das Öl
mit einem Gemisch von warmem Diethylether und Hexan verrieben wurde.
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d) (4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäure-(2-trimethylsilanylethoxy)amid
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Zu
einer Lösung
von (4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäure (120
mg, 0,36 mmol) in Methylenchlorid (5 ml) wurden nacheinander 1-Hydroxybenztriazol
(73 mg, 0,54 mmol), Diisopropylethylamin (0,13 ml, 0,75 mmol), O-(2-Trimethylsilylethyl)hydroxylaminhydrochlorid
(92 mg, 0,54 mmol) und 1-[3-(Dimethylamino)propyl]-3-ethylcarbodiimidhydrochlorid
(104 mg, 0,54 mmol) gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 16 h bei
Raumtemperatur gerührt
und dann mit Methylenchlorid und Wasser verdünnt. Die organische Phase wurde
nacheinander mit wässriger
1 M HCl-Lösung, Wasser,
wässriger
gesättigter NaHCO3-Lösung
und Kochsalzlösung
gewaschen. Nach dem Trocknen über
MgSO4 wurde die Lösung zu einem Öl eingeengt.
Die Titelverbindung, ein Öl
(85 mg, 53%) wurde durch Chromatographie auf Silicagel unter Elution
mit Ethylacetat isoliert.
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e) (4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäure-hydroxyamid
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Zu
einer Lösung
von (4R)-1-[4-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäure-(2-trimethylsilanylethoxy)amid
(85 mg, 0,19 mmol) in Methylenchlorid (5 ml) wurde Bortrifluorid-etherat
(0,073 ml, 0,58 mmol) gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 1,5 h
bei Raumtemperatur gerührt
und dann durch Zugabe einer wässrigen
gesättigten
NH4Cl-Lösung
gequencht. Das Gemisch wurde mit Wasser und Ethylacetat verdünnt, und
die organische Phase wurde mit Kochsalzlösung gewaschen, über MgSO4 getrocknet und zu einem weißen Feststoff
eingeengt. Die Titelverbindung (31 mg, 47%) wurde durch Umkristallisieren
aus einem Gemisch von Ethylacetat und Methanol isoliert.
1H-NMR (DMSO-d6): δ 10,63 (br
s, 1H), 8,93 (br, s, 1H), 7,23–7,17
(m, 4H), 7,05–7,01
(m, 2H), 6,92 (d, J = 8,7 Hz, 2H), 6,76 (s, 1H), 4,22 (d, J = 15,2
Hz, 1H), 4,15 (d, J = 15,2 Hz, 1H), 3,92–3,89 (m, 1H), 3,40 (scheinbar t,
J = 9,1 Hz, 1H), 3,15–3,12
(m, 1H). MS m/z 344 (M – 1).
Analyse
berechnet für
C19H16FN3O4: C, 59,13; H,
4,67; 12,17. Gefunden: C, 58,98; H, 4,83; N, 12,10.
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Beispiel 2
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(4R)-1-[4-(Naphthalin-1-yloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- MS m/z 376 (M – 1).
Analyse berechnet für
C21H19N3O4: C, 66,83; H, 5,07; N 11,13. Gefunden:
C, 66,75; H, 5,30; N, 11,13.
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Beispiel 3
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(4R)-1-[4-(Naphthalin-2-yloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- MS m/z 376 (M – 1).
Analyse berechnet für
C21H19N3O4 + 0,5H2O: C, 65,28;
H, 5,22; N 10,87. Gefunden: C, 65,01; H, 5,12; N, 11,28.
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Beispiel 4
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(4R)-1-(4-Methoxybenzyl)-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- Fp 130–133
C. MS m/z 264 (M – 1).
Analyse berechnet für
C12H15N3O4: C, 54,33; H, 5,70; N 15,84. Gefunden: C,
54,24; H, 51,77; N, 15,62.
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Beispiel 5
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(4R)-1-[3-(4-Fluorphenoxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- MS m/z 344 (M – 1).
Analyse berechnet für
C19H16N3O4: C, 59,13; H, 4,67; N 12,17. Gefunden:
C, 59,24; H, 4,60; N, 12,42.
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Beispiel 6
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(4R)-1-Naphthalin-2-ylmethyl-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- MS m/z 284 (M – 1).
Analyse berechnet für
C15H15N3O3: C, 63,15; H, 5,30; N 14,73. Gefunden:
C, 62,82; H, 5,32; N, 14,49.
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Beispiel 7
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(4R)-1-(4'-Fluorbiphenyl-4-ylmethyl)-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- MS m/z 328 (M – 1).
Analyse berechnet für
C17H16FN3O3 + 0,5H2O: C, 60,35; H, 5,06; N 12,42. Gefunden:
C, 60,43; H, 4,99; N, 12,83.
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Beispiel 8
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(4R)-1-(4-Benzyloxybenzyl)-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- MS m/z 340 (M – 1).
Analyse berechnet für
C18H19N3O4: C, 63,33; H, 5,61; N 12,31. Gefunden:
C, 63,13; H, 5,62; N, 12,28.
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Beispiel 9
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(4R)-1-[4-(2-Chlor-4-fluorbenzyloxy)benzyl]-2-oxo-imidazolidin-4-carbonsäurehydroxyamid
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- MS m/z 392, 394 (M – 1).
Analyse berechnet für
C18H17ClFN3O4 + 0,5H2O: C, 53,67; H, 4,50; N, 10,43. Gefunden:
C, 53,78; H, 4,51; N, 10,15.