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Die
Erfindung betrifft die Verwendung von nicht-sedierenden Barbituratverbindungen,
die auf eine Weise und in einer Dosierung verabreicht werden, die
wirkungsvoll sind, um Konzentrationen dieser Wirkstoffe und/oder
ihrer aktiven Metaboliten im Blut und Gehirn zu erzeugen, die ausreichen,
um eine neuroprotektive Wirkung bereitzustellen. Insbesondere erlauben
die Verfahren und Formulierungen der Erfindung die Behandlung von
zerebraler Ischämie,
Kopftrauma und anderen akuten neurologischen Verletzungen und die
Verhütung
eines resultierenden neuronalen Schadens.
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Ischämie (Schlaganfall)
ist die dritthäufigste
Todesursache in den Vereinigten Staaten. Wenn die Blutzufuhr zum
Gehirn unter einen kritischen Wert vermindert ist, führt eine
Kaskade biochemischer Ereignisse zu einem irreversiblen Schaden
an Neuronen und zu einem Hirninfarkt. Es gibt eine umfassende Forschung
in Bezug auf die Behandlung und Verhütung von Ischämie, aber
leider verbleibt sie in einem Grundstadium, und adäquate Therapien
sind noch nicht in die Praxis umgesetzt (10).
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Von
Barbituraten in hohen Konzentrationen wurde gezeigt, dass sie bei
zerebraler Ischämie
in Nagetieren und Primaten neuroprotektiv sind, das Ausmaß des ischämischen
Hirninfarkts reduzieren und einen Hirnschaden verhüten oder
verringern (1–4).
Eine Theorie in Bezug auf die Frage wie Barbiturate eine neuronale
Verletzung bei Ischämie
verhüten,
besteht darin, dass sie die Ischämie-induzierte
unkontrollierte Freisetzung von Neurotransmittern inhibieren, die
hohe, neurotoxische Konzentrationen erreichen können, die zu einem Absterben
der Neurone führen
(5).
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Die
Literatur in Bezug auf die neuroprotektiven Wirkungen von anästhetischen
Barbituraten ist über zwei
Jahrzehnte alt, aber die klinische Verwendung von Barbituraten wurde
auf Grund ihrer Toxizität
massiv eingeschränkt.
Die Dosierungen und Konzentrationen im Blut und Gehirn, die notwendig
sind, um Neuroprotektion zu vermitteln, sind toxisch und verursachen
Lethargie, Stupor und Koma. Sogar noch höhere Dosen, die wirkungsvoller
sein könnten,
sind letal (1–4,
6), was Barbiturate für
die Behandlung von Ischämie
ungeeignet macht (1). Diese toxischen Nebenwirkungen bilden eine „funktionale
Deckelung" hinsichtlich
der Dosierung für
Barbiturate und schrecken von weiterer Forschung in Bezug auf die
Verwendung von anästhetischen/sedierenden
Barbituraten, um vor Ischämie
zu schützen,
ab.
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Levitt
et al.,
U.S. 4,628,056 beschreiben
nicht-sedierende Oxopyrimidin-Derivate und ihre Verwendung als Antikrampfmittel,
Anxiolytikum und Muskelrelaxanzien. Die Literatur legt die Verwendung
solcher Verbindungen als neuroprotektive Mittel nicht nahe. In der
Tat gibt es sogar in veröffentlichten
Studien über
die Verwendung sedierender Barbiturate zur Neuroprotektion keine
Bezugnahme auf nicht-sedierende Barbituratverbindungen. Es wird
allgemein angenommen, dass die Antikrampf- und neuroprotektiven
Wirkungen von Barbituraten mit ihren sedierenden/hypnotischen Wirkungen
in Verbindung stehen. Zum Beispiel schlugen Lightfoote et al. vor,
dass die protektiven Wirkungen von Pentobarbital auf Grund der Dauer
der Barbiturat-induzierten Anästhesie
auftreten (3). Diese Sichtweise wurde durch biochemische Studien
auf Zellrezeptorebene bestärkt,
die all diese Wirkungen mit der Aktivität am GABA-Rezeptor in Beziehung
bringen. Daher lehrt der Stand der Technik von einer Verwendung
sedierender Barbiturate zur Neuroprotektion auf Grund ihrer Toxizität weg, und
er lehrt ebenfalls weg von der Verwendung von nicht-sedierenden
Barbituraten als Neuroprotektionsmittel, weil ihnen sedierende oder
anästhetische
Eigenschaften fehlen.
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Zusammengefasst
beinhaltet die Erfindung nicht-sedierende Barbiturate, wie beispielsweise
1,3-Dimethoxymethyl-5,5-Diphenylbarbitursäure (DMMDPB),
1-Monomethoxymethyl-5,5-Diphenylbarbitursäure (MMMDPB)
und Diphenylbarbitursäure
(DPB) und ihre Vorläufer,
Derivate und Analoga, und ihre Verabreichung über einen Dosierungsbereich
hinweg, der zu einem Bereich von Blutkonzentrationen und Gehirnkonzentrationen
dieser Wirkstoffe und ihrer Metaboliten führt, der sie als Neuroprotektionsmittel
nützlich
macht. Insbesondere ist die Erfindung auf die Behandlung von zerebraler
Ischämie,
Kopftrauma und anderen akuten neurologischen Verletzungen unter
Verwendung nicht-sedierender Barbiturate gerichtet.
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Es
gibt viele Umstände,
in denen Individuen, die ein Risiko zerebraler Ischämie aufweisen,
deutlich im Voraus identifiziert werden, zum Beispiel: Individuen,
die sich einer Herzoperation oder Karotis-Endarterektomie unterziehen,
und Individuen mit Vorhofflimmern, transienten ischämischen
Attacken (TIAs), bakterieller Endokarditis, Schlaganfällen oder
subarachnoider Hämorrhagie
auf Grund eines zerebralen Aneurysmas. In solchen Fällen wird
ein nicht-sedierendes
Barbiturat prophylaktisch bei Individuen verwendet, die ein Risiko
für einen
ischämischen
Schaden aufweisen. Die Wirkstoffe können auch nach einem akuten
Ereignis verwendet werden. Diese Verbindungen können in oraler Form als eine
Tablette, Kapsel, Flüssigkeit
oder über
intravenöse
oder andere parenterale Wege verabreicht werden.
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Diese
Erfindung ist erfolgreich, wo vorhergehende Bemühungen versagt haben, um eine
zerebrale ischämische
Attacke mit Barbituraten zu behandeln. Diese Erfindung löst ein Problem,
von dem man vorher dachte, dass es nicht lösbar sei, nämlich das Problem der toxischen
Wirkungen neuroprotektiver Dosierungen von Barbituraten. Die Erfindung
vermeidet die Toxizität
und sedierenden Wirkungen von Barbituraten, die aus dem Stand der
Technik bekannt sind, ohne Wirksamkeitsverlust.
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Diese
Erfindung stillt ein seit langem bestehendes Bedürfnis nach einem nicht-toxischen
Neuroprotektionsmittel und steht in Gegensatz zu der Lehre des Stands
der Technik in Bezug auf die Unfähigkeit
von Barbituraten, eine klinisch bedeutsame Neuroprotektion hervorzurufen.
Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
die Antikrampf- und sedierenden Wirkungen von Barbituraten voneinander
zu trennen, und die Neuroprotektion korreliert viel besser mit der
Antikrampf-Wirkung als mit der sedierenden Wirkung von Barbituraten.
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Diese
Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik durch das Erkennen
spezifischer Verbindungen, ihrer Modifikationen und Dosierungen,
die für
eine Neuroprotektion wirksam sind, aber die zuvor nicht erkannt
worden sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren mit dem einem Säugetier,
vorzugsweise einem Menschen, Neuroprotektion bereitgestellt wird.
Das Verfahren umfasst die Verabreichung eines nicht-sedierenden
Barbiturats an das Säugetier
in einer Dosis, die wirksam ist, um eine neuroprotektive Wirkung
bereitzustellen. Nicht-sedierende Barbiturate für die Verwendung in der Erfindung
beinhalten eines oder mehrere, die aus der Gruppe ausgewählt werden,
die aus 1,3-Dimethoxymethyl-5,5-Diphenylbarbitursäure (DMMDPB),
1-Monomethoxymethyl-5,5-Diphenylbarbitursäure (MMMDPB)
und Diphenylbarbitursäure
(DPB) besteht. Die Vorläufer, Derivate
und Analoga der vorstehenden Verbindungen, sowie die Salze all der
vorstehenden Verbindungen sind ebenfalls für die Ausübung der Erfindung geeignet.
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Die
wirkungsvolle neuroprotektive Dosis der nicht-sedierenden Barbiturate übersteigt
vorzugsweise die Koma erzeugende Dosis der sedierenden Barbiturate.
In Abhängigkeit
von dem spezifischen Bedürfnis
des Säugetiers
kann die Dosis des nicht-sedierenden Barbiturats eine Dosis übersteigen,
die im Falle eines sedierenden Barbiturats letal sein würde. Diese
unerwartete und anscheinend paradoxe Wirkung des vorliegenden Verfahrens
spiegelt sich weiter in den relativen Dosierungskonzentrationen
wider, die mit den Verfahren dieser Erfindung möglich sind.
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Die
neuroprotektive Dosis der nicht-sedierenden Barbiturate überschreitet
auch die minimale Antikrampf-Dosierung des Barbiturats. In einigen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung liegt die wirkungsvolle Dosis des nicht-sedierenden
Barbiturats im Bereich der etwa 2-fachen bis etwa 5-fachen Antikrampf-Dosierung.
In noch anderen Zusammenhängen,
in denen es das Bedürfnis
des Säugetiers
erfordert, liegt die wirkungsvolle Dosis des nicht-sedierenden Barbiturats
im Bereich der etwa 5-fachen bis etwa 10-fachen Antikrampf-Dosierung
des nicht-sedierenden
Barbiturats, oder sogar noch höher,
so lange die Dosierung klinisch verträglich ist.
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Vorteilhafterweise
kann die neuroprotektive Wirkung der vorliegenden Verfahren verwendet
werden, um die Wirkung zerebraler Ischämie abzuschwächen. Das
nicht-sedierende Barbiturat kann oral, intravenös, transdermal, in Verbindung
mit einem Adjuvans oder transpulmonar mittels eines partikulären oder
aerosolischen Inhalationsmittels verabreicht werden. Darüber hinaus
kann das nicht-sedierende Barbiturat im Rahmen der Erfindung präventiv,
prophylaktisch oder therapeutisch in einer klinisch verträglichen
Dosis verabreicht werden. Die Verbindung kann prophylaktisch vor
einem evidenten neurologischen Schaden oder therapeutisch nach dem
Auftreten eines neuronalen Schadens verabreicht werden. Die neuroprotektive
Wirkung vermindert oder schützt
das Subjekt vor neuronalem Schaden, der durch ein Kopftrauma oder
zerebrale Ischämie
verursacht wird. Die Verbindung kann in Verbindung mit einer Herzoperation
oder einer Karotisendartektomie verabreicht werden. Das Säugetiersubjekt
kann ein Risiko aufweisen oder gefährdet sein, ein Vorhofflimmern, eine
transiente ischämische
Attacke (TIA), eine bakterielle Endokarditis, einen Schlaganfall,
ein Kopftrauma oder eine subarachnoide Hämorrhagie zu erleiden.
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Üblicherweise
wird das nicht-sedierende Barbiturat, um Neuroprotektion zu erreichen,
in einer Dosis verabreicht, die ausreicht, um Blutkonzentrationen
von wenigstens etwa 30 μg/ml
Barbiturat, vorzugsweise von wenigstens etwa 100 μg/ml, noch
mehr bevorzugt von wenigstens etwa 250 μg/ml und wenn möglich, eine
so hohe Konzentration wie 200–300 μg/ml oder
sogar noch höher
zu erhalten. Im Gegensatz dazu ist der berichtete therapeutische
Bereich für
Phenobarbital niedriger, 10–30 μg/ml Blutkonzentrationen
(6). Daher liegen die bevorzugten Bereiche bei oder über etwa
25, 30, 50, 75, 100, 200, 250 oder 300 μg/ml.
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Die
Erfindung beinhaltet eine pharmazeutische Zusammensetzung, die ein
nicht-sedierendes Barbiturat umfasst und in einer Menge verabreicht
wird, die wirkungsvoll ist, um eine neuroprotektive Wirkung aufzuweisen.
Vorzugsweise wird das nicht-sedierende Barbiturat in oralen Dosen
in dem Bereich von etwa 25 bis etwa 1500 mg/kg/Tag Körpergewicht
verabreicht. Vorzugsweise ist die Dosis größer als etwa 25 mg/kg/Tag oder
größer als
etwa 100 mg/kg/Tag oder größer als
250 mg/kg/Tag. Eine bevorzugte Dosis ist eine, die zu einer Dosis
von etwa 1000 mg/kg/Tag in der Ratte pharmakologisch äquivalent
ist. Daher können
Dosierungsformen individuell oder in multiplen Dosen ausreichen,
um eine Dosis bereitzustellen, die zu oder mehr als etwa 15, 20,
25, 50, 70, 100, 250, 500, 1000 oder 1500 mg/kg Körpergewicht
pro Tag äquivalent
ist.
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In
Versuchsreihen mit Menschen wurde unerwarteter Weise herausgefunden,
dass DMMDPB, eine der neuroprotektiven Verbindungen, von Menschen
viel besser absorbiert wird als von Ratten oder Hunden. Es wurde
weiter herausgefunden, dass die Halbwertszeit von DMMDPB sowie die
Halbwertszeit von MMMDPB und DPB länger sind als die Halbwertszeiten,
die bei Ratten oder Hunden gefunden werden. Insbesondere betragen
die Halbwertszeiten von DMMDPB, MMMDPB und DPB bei Dosierungen von
20 mg/kg/Tag etwa 20 Stunden, 20 Stunden bzw. 50 Stunden nach einer
zweiwöchigen
Exposition in Menschen. In ähnlicher
Weise beträgt
die maximale Konzentration (Cmax) des Wirkstoffs im Blut nach einer
7-tägigen
Dosierung im Bereich von 20 mg/kg/Tag 1,2 μg/ml, 36 μg/ml bzw. 43 μg/ml.
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Die
unerwartet hohe Absorption und verlängerte Halbwertszeit in Menschen
macht es möglich,
beträchtliche
Blutkonzentrationen mit geringeren oralen Dosierungen zu erreichen,
als erwartet wurde. Daher ist es zum Beispiel möglich, Gesamtkonzentrationen
der Barbiturate im Blut (d. h. DMMDPB + MMMDPB + DPB) > 53 μg/ml mit
Dosierungen von etwa 15 mg/kg/Tag und Gesamtbarbituratkonzentrationen > 72 μg/ml mit
Dosierungen in dem Bereich von 20 mg/kg/Tag zu erhalten. Blutkonzentrationen
und nicht-sedierenden Barbituraten > 100 μg/ml
werden mit Dosierungen zwischen etwa 40 und etwa 100 mg/kg/Tag erreicht
und liegen im Rahmen der Erfindung. Mit einer parenteralen Verabreichung
von nicht-sedierenden Barbituraten werden ähnliche Blutkonzentrationen
mit täglichen
Dosierungen von weniger als 25 mg/kg/Tag erhalten. Allerdings können Anschubdosierungen
am ersten Tag immer noch anfängliche
Dosierungen von mehr als 25 mg/kg benötigen.
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Die
Erfindung stellt einen Gegenstand bereit, der einen Behälter umfasst,
der eine pharmazeutischen Zusammensetzung und einen Beipackzettel
mit Indikationen zur Verwendung als ein Neuroprotektionsmittel umfasst,
wobei die pharmazeutische Zusammensetzung eine nicht-sedierende
Barbituratverbindung in einer Menge umfasst, die nach Verabreichung
an ein Subjekt, das einer Neuroprotektion bedarf, für Neuroprotektion wirkungsvoll
ist; und einen pharmazeutisch verträglichen Träger oder Exzipienten.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Neuroprotektion, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Diagnostizieren
des Bedarfs eines Patienten für
zerebrale Neuroprotektion, (b) Auswahl eines nicht-sedierenden Barbiturats
und (c) Bereitstellen einer Dosis des nicht-sedierenden Barbiturats
für einen
Patienten, die ausreicht, um die Konzentration im Gehirn des Patienten
auf ein Niveau anzuheben, das wirkungsvoll ist, um Neuroprotektion
bereitzustellen.
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Weitere
Ziele und Vorteile werden durch eine Betrachtung der Beschreibung
und Beispiele offensichtlich werden.
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Bei
der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wird um der Klarheit willen eine spezifische Terminologie
verwendet. Allerdings ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf
die solchermaßen
ausgewählte
spezifische Terminologie zu beschränken. Es versteht sich, dass
jedes einzelne spezifische Element alle technischen Äquivalente
beinhaltet, die auf eine ähnliche
Weise funktionieren, um einen ähnlichen
Zweck zu erreichen.
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Der
Begriff „nicht-sedierendes
Barbiturat" umfasst
die Familie der 5,5-Diphenylbarbitursäure-Antikrampfverbindungen, die in Levitt
et al.,
U.S. 4,628,056 beschrieben
sind, sowie metabolische Vorläufer
und Metaboliten und Derivate und strukturelle Analoga (einschließlich ihrer
Additionssalze) mit einer nicht-sedierenden neuroprotektiven Aktivität. Andere
Barbitursäurederivate,
die nicht-sedierend sind, liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
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Derivate,
Vorläufer
und Analoga von Barbitursäure
beinhalten Barbitursäuren
der Formel:
wobei ein oder mehrere Stickstoffrest(e)
mit niederem Alkyl oder einem niederen Alkoxy, der mit einer niederen Alkylgruppe
substituiert ist, substituiert ist; oder wenigstens einer von R
1 und R
2 zusammen
mit dem Stickstoff ein Carbamat, ein Amid oder ein Acetal des Formamidderivats
ausbildet, d. h. R
1 oder R
2 CO
2R, COR oder CH(OR)
2 ist.
Methylethergruppen sind bevorzugte R
1- und
R
2-Gruppen und Methoxymethyl ist bevorzugter. Methyl
ist ebenfalls ein bevorzugter Wert für R
1 und/oder
R
2. Andere Derivate von Barbitursäuren gemäß der Erfindung
sind Carbamate, Amide und Acetale, bei denen eine oder beide von
R
1 und R
2 CH
2OR
5 ist/sind, wobei
R
5 niederes Alkyl, Alkylaryl oder Benzyl
ist; CO
2R
6 ist/sind,
wobei R
6 niederes Alkyl oder Aryl ist; COR
7 ist/sind, wobei R
7 Wasserstoff,
niederes Alkyl oder Aryl ist; oder CH(OR
8)
2 ist/sind, wobei R
8 eine
niedere Alkylgruppe ist.
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Bevorzugte
Werte für
R3 und R4 sind Aryl,
Phenyl, Phenyl substituiert mit einem Halogen oder einer niederen
Alkylgruppe, Benzyl, Benzyl, wobei der aromatische Ring mit einem
Halogen oder einer niederen Alkylgruppe substituiert ist, niederes
Alkyl oder niederes Alkyl, das mit einem aromatischen Rest substituiert
ist. Aryl stellt jeden beliebigen carbozyklischen Ring dar, beispielsweise
Phenyl, Naphtyl oder höhere
Analoga, sowie hetero-aromatische Ringe, die mit einem oder mehreren
Hetero-Atom(en) substituiert sind, wie Schwefel, Sauerstoff und
Stickstoff. Gemäß der Erfindung
sind nicht-sedierende Barbitursäurederivate
diejenigen, bei denen wenigstens einer der Reste R3 und
R4 ein aromatischer Ring ist oder ein aromatischer
Ring ist, der einen Rest enthält,
z. B. Aryl, Phenyl, substituiertes Phenyl, Benzyl, substituiertes
Benzyl oder Arylalkyl. Bevorzugte Substituenten auf den aromatischen
Ringen sind Methyl, Ethyl und Flur. Phenyl und substituiertes Phenyl
sind für
R3 und R4 bevorzugt.
Ausführungsformen,
in denen R3 und R4 beide
Phenyl sind, sind am meisten bevorzugt.
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In
bevorzugten Verbindungen ist einer von R1 und
R2 Wasserstoff, oder einer oder beide von
R1 und R2 ist/sind
Methyl oder Alkoxymethyl, vorzugsweise Methoxymethyl. Wenigstens
einer und vorzugsweise beide von R3 und
R4 ist/sind vorzugsweise Phenyl oder substituiertes
Phenyl, Tolyl, Flurphenyl, Ethylphenyl.
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Wie
leicht verständlich
ist, werden auch Salze der oben genannten Verbindungen in Betracht
gezogen, einschließlich
organischer Salze wie Säureadditions-
und Baseadditionssalze.
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Um
in den Rahmen dieses Oberbegriffs zu fallen, muss die Verbindung
(1) ein chemisches Barbitursäurederivat
sein, sie darf (2) nicht sedierend sein, in dem Sinn, dass das Subjekt
bei nützlichen
Dosen wach und wachsam bleibt, dies bedeutet, nicht anästhesiert
ist, und sie muss (3) eine neuroprotektive Aktivität in einem
hierin beschriebenen Tiermodell oder in einem Menschen bei einer
Dosis hervorrufen, die für
die entsprechende Tierart nicht toxisch ist, oder eine Aktivität in einem
in vitro-Assay zeigen, der zur Zeit bekannt ist oder zu einem späteren Zeitpunkt
entdeckt wird, dies bedeutet, als ein Modell für eine in vivo-Neuroprotektion akzeptiert
ist.
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Diese
Barbitursäurederivate
können
sowohl Pro-Pharmaka als auch aktive Bestandteile in dem Subjekt
sein, so dass durch die Kombination die erwünschte pharmakodynamische Wirkung
der Neuroprotektion erzeugt wird. Mit solchen Verbindungen werden
nachhaltige Konzentrationen leicht erhalten.
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Daher
wurden bestimmte Barbituratverbindungen entwickelt, und sie besitzen
eine Antikrampf-Aktivität, ohne – sogar
bei sehr hohen Gehirnkonzentrationen – sedierend zu sein (dies würde bei
anderen Barbituraten letal sein). Gemäß der Erfindung werden solche
Verbindungen verwendet, um einem Tier Neuroprotektion zu vermitteln,
das gefährdet
ist, eine oder mehrere ischämische
Episoden zu erleiden, oder an ihnen leidet, so wie diejenigen, die
durch einen Verschluss der mittleren Zerebralarterie hervorgerufen
werden, während diese
Verbindungen nicht die toxischen Wirkungen der anderen Barbiturate
verursachen, wenn sie in Konzentrationen vorliegen, die für die Verhütung eines
ischämischen
Hirnschadens benötigt
werden.
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Wie
hierin beschrieben wird, vermindern oder verhüten nicht-sedierende Barbituratwirkstoffe
einen ischämischen
Hirnschaden in einem Rattenmodell fokaler zerebraler Ischämie, die
durch einen Verschluss der mittleren zerebralen Arterie hervorgerufen
wird. Dies zeigt die Nützlichkeit
für Menschen.
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In
einem reproduzierbaren, vorhersagekräftigen Modell zerebraler Ischämie, das
im Stand der Technik bekannt ist, wird ein selektiver neuronaler
Schaden im Striatum und im zerebralen Kortex durch einen bilateralen
Carotisverschluss in Begleitung einer systemischen Hypotonie verursacht.
Die resultierende zerebrale Ischämie
verursacht eine Freisetzung exzitatorischer Neurotransmitter und
Dopamin im Striatum. Pentobarbital inhibierte diese durch Ischämie induzierte
Freisetzung, was auf einen möglichen
Mechanismus der Barbiturat-Neuroprotektion hinweist (5). Es wurde
herausgefunden, dass eine neuroprotektive Dosis von Pentobarbital
70 mg/kg ist. Die Inhibierung der Neurotransmitterfreisetzung durch
mehrere neuroprotektive anästhetische
Mittel (Isofluran, Etomidat, Propofol) war ebenfalls bekannt.
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Die
oben genannten und ähnliche
Tiermodelle (siehe Beispiele) können
verwendet werden,
- (1) um zu analysieren, ob
ein nicht-sedierendes Barbiturat mit Antikrampf-Eigenschaften, aber
geringer oder keiner anästhetischen
Aktivität,
im Striatum oder Hippocampus Neuroprotektion bereitstellen kann
und
- (2) um zu bestimmen, ob das Mittel die Freisetzung von Neurotransmittern
in Reaktion auf Ischämie
verhindert oder verringert. Eine unkontrollierte oder unmodulierte
Neurotransmitterfreisetzung ist einer der postulierten Mechanismen
für ischämischen
Schaden. Für
nicht-sedierende Barbiturate, welche die Freisetzung von Neurotransmittern
inhibieren, kann dieser Ansatz als ein biochemischer Assay dienen,
um die Nützlichkeit
einer Verbindung gemäß der Erfindung,
vorherzusagen, und die Erfindung umfasst solche Verfahren.
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Eine
neuroprotektive Wirkung gemäß der Erfindung
kann gezeigt und charakterisiert werden, indem eine Dosis-Reaktionsstudie
durchgeführt
wird und statistisch signifikante Unterschiede im neuronalen Schaden
bei den verschiedenen Dosen des Wirkstoffs gemessen werden. Dosis-Reaktions-Kurven,
die in solchen Studien erzeugt werden, können verwendet werden, um den
relativen Grad an Neuroprotektion und Sedierung einer Testverbindung
zu vergleichen.
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Eine
zerebrale Ischämie
wird bei Ratten durch Verschluss der mittleren Zerebralarterie („MCA") induziert (7–9). Der
Verschluss kann auf eine irreversible oder reversible Weise ausgeführt werden.
Im letzteren Fall wird nach einer Verschlussphase der Blutfluss
wiederhergestellt. Diese Tierpräparate
sind daher geeignet, um verschiedene Schlaganfalltypen bei Menschen
modellhaft darzustellen und die Bestimmung der neuroprotektiven
Wirkung eines Wirkstoffs zu erlauben. Solche Modelle erlauben die
Beobachtung der Verhinderung eines Hirnschadens und die Einschätzung der
Wirkstoffe, ob sie für
Menschen, die in Gefahr sind, einen ischämischen Schlaganfall zu erleiden,
für die
Verminderung eines nachfolgenden Hirnschadens nützlich sind, der durch ein
ischämisches
Ereignis induziert wird. Weil sie einen Hirnschaden in Modellen
irreversibler Ischämie und
reversibler Ischämie
mit Wiederherstellung des Blutflusses verhindern, sind die Verbindungen
der Erfindung ebenfalls für
die Behandlung eines akuten ischämischen
Schlaganfalls entweder alleine oder in Kombination mit anderen Wirkstoffen,
zum Beispiel Thrombolytika, wie der Gewebe-Plasminogen-Aktivator,
nützlich, die
das Ausmaß eines
Hirninfarkts reduzieren, wenn die Zirkulation wiederhergestellt
ist.
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Der
Begriff „Behandlung" soll die prophylaktische
Verabreichung von Verbindungen gemäß der Erfindung, um einen unerwünschten
Zustand zu verhindern oder zu unterdrücken, und die therapeutische
Verabreichung, um das Ausmaß oder
die Symptome des Zustands zu eliminieren oder zu reduzieren, umfassen. Eine
Behandlung gemäß der Erfindung
wird einem Menschen oder einem anderen Säugetier verabreicht, der/das
eine Erkrankung oder einen Zustand aufweist, die/der einen Bedarf
für eine
solche Behandlung erzeugt. Behandlung beinhaltet auch die Zufuhr
der Verbindung zu Zellen oder Organen in vitro. Behandlung kann
durch systemische oder lokale Verabreichung erfolgen.
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Die
nicht-sedierenden Barbituratzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
können
in „pharmazeutische
Zusammensetzungen" mit
geeigneten pharmazeutisch verträglichen
Trägern,
Exzipienten oder Verdünnungsmitteln
formuliert werden. Falls es zweckdienlich ist, können pharmazeutische Zusammensetzungen in
Zubereitungen formuliert werden, die feste, halbfeste, flüssige oder
gasförmige
Formen beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, wie beispielsweise
Tabletten, Kapseln, Puder, Granulat, Salben, Lösungen, Zäpfchen, Injektionen, Inhalationsmittel
und Aerosole, wobei die Formulierung auf die übliche Weise für ihre entsprechenden
Verabreichungswege erfolgt.
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Verfahren,
die im Stand der Technik bekannt sind, können verwendet werden, um eine
zeitverzögerte Freisetzung
der Zusammensetzung zu erreichen oder die Verstoffwechselung, Freisetzung
oder Absorption der Zusammensetzung zu verhindern, bis sie ihre
beabsichtigte Zielstelle erreicht hat. Es sollte eine pharmazeutisch
verträgliche
Formulierung verwendet werden, welche den aktiven Wirkstoff der
vorliegenden Erfindung nicht inaktiviert.
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In
den pharmazeutischen Dosierungsformen können die Zusammensetzungen
alleine oder in einer geeigneten Kombination sowie in Kombination
mit anderen pharmazeutisch aktiven Verbindungen verwendet werden.
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Die
pharmazeutischen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können über verschiedene Wege
und zu verschiedenen Stellen in einem Tierkörper zugeführt werden, um die erwünschte neuroprotektive Wirkung
zu erreichen. Eine lokale oder systemische Zufuhr kann durch Injektion,
Infusion, Auftragung oder Einträufelung
der Zusammensetzung in eine oder mehrere Körperhöhle(n) oder durch Inhalation
oder Insufflation eines Aerosols erreicht werden. Eine parenterale
Verabreichung kann durch eine intramuskuläre, intravenöse, intraperitoneale,
subkutan-intradermale oder topische Verabreichung erfolgen.
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Die
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können in Form von Einheitsdosierungen
zur Verfügung
gestellt werden, wobei jede Dosierungseinheit, z. B. ein Teelöffel, eine
Tablette, Lösung
oder ein Zäpfchen,
eine vorbestimmte Menge des aktiven Wirkstoffs oder Pro-Pharmakons alleine
oder in einer geeigneten Kombination mit anderen pharmazeutisch
aktiven Mitteln enthält.
Der Begriff „Einheitsdosierungsform" bezeichnet physikalisch
diskrete Einheiten, die als einheitliche Dosierungen für humane
und tierische Subjekte geeignet sind, wobei jede Einheit eine vorbestimmte
Menge der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält, alleine
oder in Kombination mit anderen aktiven Mitteln, berechnet in eine
Menge, die ausreicht, um die erwünschte
Wirkung zu erzeugen, in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen
Verdünnungsmittel,
Träger
(z. B. flüssiger
Träger
wie Kochsalzlösung,
eine Pufferlösung
oder eine andere physiologische wässrige Lösung) oder Vehikel, wo dies
zweckdienlich ist. Die Spezifikationen für die neuartigen Einheitsdosierungsformen
der vorliegenden Erfindung hängen
von der besonderen Wirkung, die erreicht werden soll, und der besonderen
Pharmakodynamik des Wirkstoffs in dem besonderen Wirt ab.
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Eine „wirkungsvolle
Menge" der Zusammensetzung
ist diejenige, die benötigt
wird, um die erwünschte pharmakologische
Wirkung in einem Wirt zu erzeugen. Dies kann unter Verwendung jedes
beliebigen aus einer Anzahl von Endpunkten überwacht werden, die dem Fachmann
bekannt sind. Die „wirkungsvolle
Dosis" wird von
der Bioverfügbarkeit
der spezifischen Dosierungsformen abhängen, die über den einen oder anderen Verabreichungsweg
zugeführt
werden. Die neuroprotektive Dosierung und Blutkonzentration der
vorliegenden Verbindungen beträgt
wenigstens die 2-fache und vorzugsweise wenigstens etwa 5- bis 10-fache der
Antikrampfdosierung eines sedierenden Barbiturats. Basierend auf
Daten von Ratten, beträgt
die krampflösende ED50 für
Phenobarbital etwa 50–100
mg/kg. Die Dosis eines nicht-sedierenden
Barbiturats von 1 g/kg, die über 7
Tage hinweg verabreicht wird, schützt gegen zerebrale Ischämie in der
Ratte. Auf Grund der verstärkten
Absorption bei Menschen, die oben diskutiert wurde, sind ähnliche
oder geringere Dosen für
Menschen geeignet.
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Die
Menge jedes aktiven Mittels, das in den unten stehenden Beispielen
verwendet wurde, stellt eine allgemeine Leitlinie für den Bereich
bereit, der vom fachmännischen
Praktiker verwendet werden kann, um die Dosen und Verfahren der
vorliegenden Erfindung zu optimieren. Darüber hinaus schließen solche
Dosisbereiche nicht die Verwendung einer höheren oder geringeren Dosis
eines Bestandteils aus, die in einer besonderen Anwendung gerechtfertigt
sein könnte.
Zum Beispiel kann die tatsächliche
Dosis und das Schema in Abhängigkeit
davon variieren, ob die Zusammensetzungen in Kombination mit anderen
Wirkstoffen verabreicht werden, oder in Abhängigkeit von inter-individuellen
Unterschieden in der Pharmakokinetik, Wirkstoffdisposition und Metabolismus.
In ähnlicher
Weise können
die Mengen für
in vitro-Anwendungen
variieren. Es liegt innerhalb fachmännischen Könnens, die Dosis gemäß der Notwendigkeiten
einer bestimmten Situation ohne unangemessenes Experimentieren leicht
anzupassen.
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Nachdem
nun die Erfindung allgemein geschrieben worden ist, wird ihr Verständnis noch
mehr erleichtert, indem auf die folgenden Beispiele Bezug genommen
wird, die als Erläuterung
bereitgestellt werden und welche die vorliegende Erfindung nicht
beschränken
sollen, es sei denn, es ist spezifisch so angegeben.
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BEISPIEL 1
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Allgemeiner Versuchsaufbau
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Der
nicht-sedierende Barbiturat-(NSB)-Wirkstoff wird in Ratten getestet,
die entweder einer reversiblen oder irreversiblen Ischämie ausgesetzt
wurden. Variierende Dosen des Wirkstoffs werden verabreicht. Die neuroprotektive
Wirkung wird mit einer Negativ-Kontrolle (Placebo) und einer Positiv-Kontrolle,
Pentobarbital, einem bekannten neuroprotektiven, aber sedierenden
Barbiturat, verglichen, das in Dosen verabreicht wird, von denen
bekannt ist, dass sie das Infarktvolumen bei zerebraler Ischämie reduzieren
(1–4).
-
Die
Tiere werden einige Tage nach dem Beginn des ischämischen
Insults getötet,
und die Gehirne werden untersucht, um das Volumen des Hirninfarkts
als eine Ergebnismessung der Reduktion des ischämischen Hirnschadens durch
den Wirkstoff zu bestimmen. Die Tiere werden klinisch untersucht
und vor der Tötung
eingestuft, um zu bestimmen, ob der Wirkstoff eine vorteilhafte
Wirkung auf relevante Funktionen nach einem ischämischen „Schlaganfall" ausgeübt hat.
-
Vier
experimentelle Modelle werden für
die Testung der neuroprotektiven Wirkungen des NSB-Wirkstoffs bevorzugt.
Siehe Ginsberg M. D., „Animal
Models of Global and Focal Cerebral Ischemia," Kapitel 34 in Welsh, K. M. A. et al.,
Primer an Cerebrovascular Diseases, Academic Press, New York, 1997;
und Pulsinelli W. A, Brierley J. B., A new model of bilateral hemispheric
ischemia in the unanesthetized rat, Stroke 1979 Mai–Juni 10
(3): 267–72.
- 1. Irreversible Ischämie, erzeugt durch einen Verschluss
der mittleren Zerebralarterie (MCA);
- 2. Reversible Ischämie,
erzeugt mittels MCA-Verschluss;
- 3. Transiente globale Ischämie,
erzeugt mittels Kreuz-Abklemmung der Aorta für ein definiertes Zeitintervall;
und
- 4. Transiente globale Ischämie,
erzeugt mittels Kauterisierung beider vertebraler Arterien und reversierbarer
Abklemmung der gemeinsamen Karotisarterien.
-
In
jedem experimentellen Modell wurden Gruppen von Ratten jeweils behandelt
mit:
- 1. Negativ-Kontrolle (Placebo) mittels
einer nasogastralen (NG-)Sonde;
- 2. Positiv-Kontrolle: intraperitoneale (IP) Dosis von 70 mg/kg
Pentobarbital; oder
- 3. NSB-Verbindung DMMDPB (oder eine Verbindung, die auf ihre
Nützlichkeit
in der vorliegenden Erfindung getestet wird) mittels einer NG-Sonde
in Dosen zwischen 500 mg/kg und 1500 mg/kg für 7 Tage vor den experimentellen
Infarkten.
-
Die
Ergebnisse werden verglichen.
-
BEISPIEL 2
-
Irreversible zerebrale Ischämie
-
Ein
irreversibler MCA-Verschluss wurde erzeugt, indem die Karotisarterie
legiert wurde und anschließend
ein Filament in den Ursprung der MCA eingeführt wurde, wobei das Tier unter
einer Halothan-Anästhesie gehalten
wurde. Der Blutfluss in der MCA wurde mittels Laser-Doppler gemessen,
und von denjenigen Tieren, in denen ein signifikanter Rückgang des
Blutflusses auftrat, wurde angenommen, dass sie eine zerebrale Ischämie erlitten
haben und in Gefahr sind, einen Folgeschaden zu erleiden (d. h.
einen Schlaganfall). In der Tat traten keine klinischen Schlaganfälle in Tieren
auf, die nicht einen steilen Rückgang
des MCA-Blutflusses erlitten hatten. All diejenigen Tiere, die einen
Rückgang
des MCA-Blutflusses zeigten, erlitten Schlaganfälle.
-
Tiere,
die in Gefahr waren, wurden anschließend in Bezug auf ihr Verhalten
beobachtet und unter Verwendung der Bederson'schen Stufenskala auf Grund ihres klinischen
Befunds eingestuft als entweder:
- 0
- kein Hinweis auf Schlaganfall
- 1
- milder Schlaganfall
- 2
- mittelmäßiger Schlaganfall
- 3
- schwerer Schlaganfall
-
Diejenigen
Tiere, die 3 Tage lang überlebt
hatten, wurden getötet,
und ihre Gehirne wurden untersucht. Den zu tötenden Tieren wurde Chloralhydrat
(35 mg/kg IP) verabreicht, und ihre Gehirne wurden mittels einer intrakardialen
Perfusion mit heparinisierter 0,9%-iger Kochsalzlösung, gefolgt
von 10%-igem gepuffertem Formalin, fixiert. Die Gehirne wurden vorsichtig
aus der Schädelhöhle entfernt,
so dass das Arachnoid (Spinnwebhaut) mit den darunter liegenden
intrakranialen Gefäßen intakt
blieb. Die fixierten Gehirne wurden bei –80°C eingefroren. 20 μm dicke koronale
Schnitte wurden in 400 μm
Intervallen in einem Kryostat bei –20°C geschnitten, auf einer heißen Platte
bei 60°C
getrocknet, in 90%-igem Ethanol 10 Minuten lang fixiert und mit
Hämatoxilin
und Eosin gefärbt
(7). Infarkt-betroffenes Gehirn ist im Vergleich zum Rest des Gehirns
blass. Die Menge des Infarkt-betroffenen Gehirns wurde mittels mikroskopischer
Betrachtung der Gehirnschnitte und Berechnung des Infarktvolumens
in mm3 bestimmt.
-
Die
Ergebnisse sind in den unten stehenden Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Die Zahlen variieren zwischen den Gruppen, weil nicht alle Tiere
einen Rückgang
des MCA-Blutflusses mit dem Verfahren erlitten haben. Alle Tiere
wurden mit DMMDPB-Dosierungen von 1000 mg/kg/Tag 7 Tage lang behandelt. TABELLE Wirkung von DMMDPD auf die Todesrate auf
Grund zerebraler Ischämie
Behandlungsgruppe | Verhalten | n | Tod
innerhalb von 24 h | Überleben bei
24 h n (%) | Überleben bei
48 h n (%) | Überleben bei
72 h n (%) |
Kontrolle (Männchen) | sediert | 12 | 9
(75%) | 3
(25%) | 2
(17%) | 1
(8%) |
Pentobarbital (Männchen) | sediert | 9 | 6
(67%) | 3
(33%) | 3
(33%) | 3
(33%) |
DMMDPD | nicht-sediert | 17 | 2
(12%) | 15
(88%) | 10
(59%) | 8
(47%) |
Männchen | | 14 | 2
(24%) | 12
(76%) | 7
(50%) | 5
(36%) |
Weibchen | | 3 | 0
(0%) | 3
(100%) | 3
(100%) | 3
(100%) |
-
Andere
Dosisbereichstudien in Ratten, die mit DMMDPB 7 Tage lang behandelt
wurden, zeigten, dass weibliche Ratten wesentlich höhere Blutkonzentrationen
haben als männliche
Ratten. Genauer gesagt, betrug bei einer DMMDPB-Dosierung von 500
mg/kg die Gesamtbarbituratkonzentration in Männchen 59 μg/ml und in Weibchen 170 μg/ml. Bei
einer Dosierung von 1000 mg/kg betrug die Gesamtbarbituratkonzentration
in Männchen
77 μg/ml
und in Weibchen 227 μg/ml;
und bei einer Dosierung von 2000 mg/kg betrug die Gesamtbarbituratkonzentration
in Männchen
110 μg/ml
und in Weibchen 328 μg/ml.
Daher hatten Weibchen konsistent Blutkonzentrationen von 250%–300% von
denjenigen der Männchen
bei derselben Dosierung. Diese Daten zeigen eine Art von „Dosis-Reaktions-Wirkung" oder „Blutkonzentration-Reaktions-Wirkung", wobei bei den oben
in den Tabellen stehenden Resultaten höhere Blutkonzentrationen mit
einer höheren Überlebensrate
in weiblichen Ratten korrelieren. TABELLE 2 Neurologischer Status der ersten 9 Tiere
der Tabelle 1
Behandlungsgruppe | Ratte
# | Gewicht
(g) | Neurologischer
Status (Bederson'sche
Stufenskala 0–3) | Pathologie |
| | | Tag
1 | Tag
2 | Tag
3 | |
Placebo | 1 | 260 | 3 | X | | gestorben
24
h |
2 | 260 | 3 | X | | gestorben
24 h |
3 | 240 | 3 | X | | gestorben
24 h |
Pentobarbital | 1 | 260 | 0 | 1 | 1 | SAH
(Autopsie) |
2 | 250 | 2 | 2 | 2 | Gehirn
gesammelt |
DMMDPB | 1 | 270 | 1 | 1 | 1 | Gehirn
gesammelt |
2 | 230 | 3 | 3 | X | gestorben
48 h |
3 | 240 | 2–3 | 3 | X | gestorben
48
h |
4 | 260 | 2–3 | 3 | 3 | Gehirn
gesammelt |
-
Die
Pathologie (visuelle und mikroskopische Untersuchen) zeigt in Tieren,
die mit Pentobarbital und DMMDPB vorbehandelt wurden, geringere
Infarktvolumina.
-
Daher
erwies sich, dass DMMDPB die Tiere gegen den Tod schützt. Andere
Daten wiesen darauf hin, dass mit DMMDPB behandelte Tiere keine
Sedierung zeigten, im Vergleich mit der Placebo-Gruppe. Ganz im Gegensatz
waren die Pentobarbital-Tiere anästhesiert
und bewegungslos. Die neuroprotektive Wirkung bei nicht-sedierenden
Dosen war vergleichbar oder besser als die Wirkungen des sedierenden
Pentobarbital, aber ohne die Nebenwirkungen der Sedierung, insbesondere
am Tag 2.
-
Diese
neuroprotektiven Wirkungen von DMMDPB sind für Monomethoxymethyl-Diphenylbarbitursäure (MMMDPB)
und die vermutlich pharmakologisch aktive chemische Gruppe Diphenylbarbitursäure (DPB) vorhersagekräftig, die
Stoffwechselprodukte von DMMDPB sind. In der Tat wurde in Tierstudien über Zeiträume im Bereich
von 1–30
Tagen DMMDPB schnell zu MMMDPB und letztendlich zu DPB metabolisiert.
-
Ergebnisse
aus klinischen Studien mit Menschen zeigten ein Blutkonzentrationsmuster,
das dem ähnlich
war, das in Tieren beobachtet wird: DPB > MMMDPB > DMMDPB.
Wiederum wurde dasselbe Muster gezeigt, in dem die Blutkonzentrationen
von DMMDPB minimal waren, während
die MMMDPB- und DPB-Konzentrationen höher waren. Dieses Tiermodell
der Neuroprotektion ist für
Menschen vorhersagekräftig,
weil: (a) das Stoffwechselverhalten dieser Verbindung in Tieren
für den
humanen Metabolismus vorhersagekräftig ist und (b) die Antikrampf-Aktivität in Tieren
mit der Antikrampf-Aktivität
in Menschen korreliert.
-
Obwohl
einige sedierende Barbiturverbindungen, von denen zuvor herausgefunden
wurde, dass sie in solchen Tiermodellen neuroprotektiv sind, für humane
Studien einigen Vorteil brachten, ist ihre Verwendung sogar über relativ
kurze Zeiträume
hinweg auf Grund ihrer sedierenden und anderen neurologischen und
psychologischen Nebenwirkungen ausgeschlossen. Diese Nebenwirkungen
machen eine prophylaktische Behandlung von Patienten, die identifiziert
wurden, sich in einer großen
Gefahr für
einen Schlaganfall zu befinden, nicht ausführbar. Gemäß der vorliegenden Erfindung
haben dagegen die NSBs minimale Nebenwirkungen bei Menschen. Daher
konnte jetzt gezeigt werden, dass Diphenylbarbitursäure und
ihre Vorläufer,
Analoga und Derivate eine Klasse oder Familie von Verbindungen darstellen,
die für
Neuroprotektion in Menschen geeignet sind.
-
BEISPIEL 3
-
Reversibles zerebrales Ischämie-Modell
-
Ratten
werden wie in Beispiel 1 (oben) vorbehandelt, und ein ähnliches
Verfahren wird ausgeführt, ausgenommen,
dass das Filament, welches die MCA verschließt, nach 30 bis 60 Minuten
entfernt wird, was den Blutfluss durch die MCA wiederherstellt.
Die Ratten werden anschließend
3 Tage lang klinisch beobachtet, in Bezug auf ihren Schlaganfallgrad
klassifiziert und anschließend
wie im Beispiel getötet.
Die Gehirne werden wie oben beschrieben entfernt und untersucht.
-
Von
den NSB-Verbindungen wurde gezeigt, dass sie unter diesen Bedingungen
neuroprotektiv sind.
-
BEISPIEL 4
-
Ratten
werden wie in Beispiel 1 (oben) vorbehandelt, und anschließend, während einer
Etheranästhesie,
werden die Vertebralarterien der Ratten durch die Achselöffnungen
der ersten Halswirbel elektro-kauterisiert. Reversible Klammern
werden anschließend
lose um die gemeinsamen Karotisarterien platziert. Nach 24 Stunden,
so dass mit wachen Ratten gearbeitet werden kann, werden die Karotisklemmen
angezogen, um einen Verschluss der vier Gefäße zu erzeugen. Nach 10–30 Minuten
des Verschlusses der vier Gefäße werden die
Klemmen entfernt, und 72 Stunden später werden die Tiere durch
eine Perfusionsfixierung getötet.
Unbehandelte Ratten zeigen routinemäßig einen ischämischen
neuronalen Schaden nach 20 oder 30 Minuten des Verschlusses der
vier Gefäße. Mehrere
Gebiete des Vorderhirns, einschließlich des H1 und paramedialen
Hippocampus, Striatum und des posterioren Neokortex werden bewertet.
Von den nicht-sedierenden Barbituraten wird gezeigt, dass sie unter
diesen Umständen
neuroprotektiv sind.
-
Die
in dieser Beschreibung erläuterten
und diskutierten Ausführungsformen
sollen die Fachleute auf dem Gebiet lediglich den besten Weg aufzeigen,
welcher den Erfindern bekannt ist, um die Erfindung zu machen und
zu gebrauchen.
-
Literaturhinweise
-
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