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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ester von Hyaluronsäure (HA:
hyaluronic acid) mit Rhein, genauer auf eine auf Hyaluronsäure beruhende
Verbindung, in der die Alkoholgruppen der Hyaluronsäure mit Rhein
verestert sind, auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung
und auf eine pharmazeutische Zusammensetzung mit dieser Verbindung.
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STAND DER TECHNIK
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Rhein
ist ein von Senna abgeleitetes Alkaloid, das entzündungshemmende
und gewebeschützende Eigenschaften
besitzt.
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Rhein,
dessen chemischer Name 4,5-Dihydroxy-9,10-dihydro-9,10-dioxo-2-anthracencarbonsäure ist, besitzt
die folgende allgemeine Formel (I):
worin R = H.
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Diese
Substanz wird auf oralem Wege verabreicht, gewöhnlich als Diacetylrhein, einem
Abkömmling der
obigen allgemeinen Formel (I), worin jede der R-Gruppen eine Acetylgruppe
ist, der eine grössere
Bioverfügbarkeit
besitzt und hauptsächlich
für die
Behandlung von Gelenkentzündungen
verwendet wird.
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Rhein
und Diacetylrhein weisen aber beide den Nachteil auf, dass sie eine
beachtliche abführende Wirkung
besitzen, die sogar zu Durchfall führen kann und daher ihre Verwendung
für alte
oder geschwächte Patienten
als nicht empfehlenswert erscheinen lässt.
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Wegen
der Unlöslichkeit
von Rhein und Diacetylrhein in Wasser kann diese Nebenwirkung ausserdem nicht
durch eine Verabreichung dieser Wirkstoffe auf parenteralem oder
intraartikulärem
Wege umgangen werden.
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Hyaluronsäure ist
ein natürliches
Mucopolysaccharid, das aus abwechselnden Einheiten von D-Glucuronsäure und
N-Acetylglucosamin gebildet wird, wie allgemein hierunter dargestellt:
um eine
lineare Kette mit einem Molekulargewicht bis zu 13 × 10
6 Dalton zu bilden.
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Hyaluronsäure ist
in allen weichen Geweben des Organismus sowie in vielen physiologischen
Flüssigkeiten
wie zum Beispiel der Gelenkschmiere (Synovia) und dem Glaskörper der
Augen vorhanden.
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Hyaluronsäure wird
in seiner Säure-
oder Salzform in vielen klinischen Anwendungen eingesetzt.
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Insbesondere
wird sie mit grossem Erfolg bei Gelenkentzündungen verwendet, wo sie durch
Infiltrieren direkt in das Gelenk verabreicht wird und über einen
doppelten Mechanismus wirkt: auf der einen Seite durch Verringerung
der Gelenkentzündung
und anf der anderen Seite durch eine Erhöhung der Viskosität der Synovia,
was dem Knorpel nutzt, indem er im Ergebnis mehr geschmiert wird.
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Sie
kann auch in der Ophthalmologie angewendet werden, wo sie wegen
ihrer Schutz- und entzündungshemmenden
Eigenschaften und dank ihrer anabolisch-rekonstruktiven Wirkung
auf Knorpel und Haut für Gewebereparatur
eingesetzt wird.
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Bekanntlich
erleidet aber Hyaluronsäure
einen Abbau.
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Es
ist berichtet worden, dass der Abbau von Hyaluronsäure durch
Hydrolyse verursacht wird und von den pH-Verhältnissen sowie der Kationenkonzentration
abhängt
(vgl. z.B. H. Uchiyama und Mitautoren, J. Biol. Chem. 1990, 265:
7753–7759;
Y. Tokita und A. Okamoto, Polym. Degr. and Stab. 1995, 48: 269–273; C.
L. Hawkins und M. J. Davies, Free Rad. Biol. Med. 1998, 24: 1396–1410; J.
Schiller und Mitautoren, Current Med. Chem., 2003, 10: 2123–2145).
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Nach
ausgedehnten Untersuchungen haben die derzeitigen Erfinder gefunden,
dass Hyaluronsäure, deren
Alkoholgruppen mit Rhein verestert sind, überraschend eine höhere Stabilität als Hyaluronsäure und weiter
eine pharmakologische Aktivität
besitzt, die gegenüber
der beim getrennten Einsatz von Hyaluronsäure und Rhein beobachteten
verbessert ist.
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Darüber hinaus
haben die derzeitigen Erfinder gefunden, dass Hyaluronsäure, deren
Alkoholgruppen mit Rhein verestert sind, vorteilhaft durch lokale
Verabreichung angewendet werden kann, wodurch die mit der oralen
Verabreichung von Rhein verbundenen Nachteile vermieden werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage dieser Ergebnisse erreicht
worden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Einem
ersten Aspekt zufolge bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
eine auf Hyaluronsäure
basierende Verbindung oder eines ihrer Salze, in denen Alkoholgruppen
von Hya luronsäure
mit Rhein als solchem oder in derivatisierter Form verestert sind
und die nicht nur eine höhere
Stabilität
als Hyaluronsäure
besitzt, sondern auch eine pharmakologische Aktivität, die gegenüber der
beim getrennten Einsatz von Hyaluronsäure und Rhein beobachteten
verbessert ist, und die ferner durch lokale Verabreichung angewendet
werden kann, wodurch die mit der oralen Verabreichung von Rhein
verbundenen Nachteile vermieden werden.
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Einem
zweiten Aspekt zufolge bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung oder eines ihrer Salze
gemäss
dem ersten Aspekt, das umfasst, Säurechlorid von Rhein als solchem
oder in derivatisierter Form mit Hyaluronsäure umzusetzen.
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Einem
dritten Aspekt zufolge bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
eine pharmazeutische Zusammensetzung, die die Verbindung oder eines
ihrer Salze gemäss
dem ersten Aspekt, kombiniert mit geeigneten Vehikeln und/oder Verdünnungsmitteln
umfasst.
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Weiteren
Aspekten zufolge bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
medizinisches Erzeugnis oder eine medizinische Vorrichtung zur humanen
oder veterinären
Anwendung, die durch eine Zusammensetzung gemäss dem dritten Aspekt gebildet
werden, und auf die Verwendung einer Verbindung oder eines ihrer Salze
gemäss
dem ersten Aspekt zur Zubereitung eines Medikaments für die Behandlung
von entzündlichen Krankheiten
oder für
Gewebereparatur oder für
die Herstellung von Biomaterialien.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden eingehenden
Beschreibung klar werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
das 1H-NMR-Spektrum von Rhein, das durch
Verseifung der HA-Re-Verbindung der vorliegenden Erfindung gewonnen
wurde.
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2 zeigt
das IR-Spektrum von Rhein, das durch Verseifung der HA-Re-Verbindung
der vorliegenden Erfindung gewonnen wurde.
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3 zeigt
die HPLC-MS-Analyse von Rhein, das durch Verseifung der HA-Re-Verbindung
der vorliegenden Erfindung gewonnen wurde.
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4 gibt
die Ergebnisse wieder, die in RT-PCR-Versuchen gewonnen wurden,
in denen die Wirkung von Hyaluronsäure bei der pharmakologischen
Konzentration mit der Wirkung der HA-Re-Verbindung der Erfindung
bei den gleichen Konzentrationen verglichen wurde.
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5 berichtet
die Ergebnisse, die in RT-PCR-Versuchen gewonnen wurden, in denen
die Wirkung von Rhein bei der pharmakologischen Dosis mit der Wirkung
einer ähnlichen
Dosis der HA-Re-Verbindung der vorliegenden Erfindung verglichen
wurde.
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6 zeigt
das 13C-NMR-Spektrum einer HA-Re-Verbindung
gemäss
der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
das 1H-NMR-Spektrum einer HA-Re-Verbindung
gemäss
der vorliegenden Erfindung.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr detaillierter beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine auf Hyaluronsäure basierende Verbindung oder
eines ihrer Salze zur Verfügung,
in denen Alkoholgruppen von Hyaluronsäure mit Rhein als solchem oder
in derivatisierter Form verestert sind.
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In
der vorliegenden Beschreibung wird die Verbindung der vorliegenden
Erfindung auch als „HA-Re-Verbindung" bezeichnet.
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Es
muss vermerkt werden, dass in der vorliegenden Beschreibung und
den vorliegenden Ansprüchen der
Ausdruck „Rhein" Rhein als solches
oder in einer derivatisierten Form bedeutet.
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Salze
der HA-Re-Verbindung gemäss
der vorliegenden Erfindung sind u.a. bevorzugt pharmazeutisch annehmbare
Salze, z.B. ein Natriumsalz, ein Kaliumsalz, ein Magnesiumsalz,
ein Calciumsalz oder andere herkömmliche,
pharmazeutisch annehmbare Salze, stärker bevorzugt das Natriumsalz.
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Gemäss der vorliegenden
Erfindung schliesst der Ausdruck „derivatisierte Form" von Rhein einen
beliebigen Abkömmling
von Rhein ein, der in vivo pharmakologisch aktiv ist und in dem
die Säuregruppe
von Rhein zur Bildung der Esterbindung mit den Hydroxylgruppen von
Hyaluronsäure
verfügbar
ist.
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Der
Vorzug wird Abkömmlingen
von Rhein gegeben, die das Anthrachinon in vivo verfügbar machen.
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Beispiele
von Rhein in der derivatisierten Form gemäss vorliegender Erfindung sind
u.a. Rhein, wie es durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin R unabhängig eine
beliebige geeignete Schutzgruppe für Hydroxy ist, bevorzugt eine
Acylgruppe, zum Beispiel eine Acetyl-, Propionyl-, Butyryl- oder
Pivaloylgruppe, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung liegt Rhein in derivatisierter Form vor
und ist stärker
bevorzugt Diacetylrhein.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge verestert Rhein bevorzugt zumindest
5 % der veresterbaren Alkoholgruppen der Hyaluronsäure, stärker bevorzugt
zwischen 5 und 50 %, noch stärker
bevorzugt zwischen 5 und 20 %.
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Besondere
Bevorzugung wird einer Verbindung gegeben, in der Rhein 10 % der
veresterbaren Alkoholgruppen der Hyaluronsäure verestert.
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Die
HA-Re-Verbindung kann mit einem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt
werden, das umfasst, Säurechlorid
von Rhein mit Hyaluronsäure
umzusetzen, bevorzugt in einer solchen Menge, dass das Prozentverhältnis zwischen
den Millimolen des Säurechlorids
von Rhein und den Milliequivalenten der veresterbaren Alkoholeinheiten
von Hyaluronsäure
grösser
als 5 % ist, stärker
bevorzugt zwischen 5 % und 50 %, noch stärker bevorzugt zwischen 5 %
und 20 % und gemäss
einer besonders bevorzugten Ausführungsform 10
% beträgt.
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Im
ausgewählten
Verfahren ist die Auswahl von Lösungsmitteln
gebührend
berücksichtigt
worden, die von der Annehmbarkeit ihrer Rückstände abhängt (ICH – Internationale Konferenz
zur Harmonisierung technischer Anforderungen für die Registrierung von pharmazeutischen
Produkten zur Anwendung am Menschen).
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Bevorzugt
umfasst das oben erwähnte
Verfahren gemäss
vorliegender Erfindung die folgenden Schritte:
- a)
Herstellen einer Aufschlämmung
von Hyaluronsäure
in einem aprotischen, nicht polaren Lösungsmittel,
- b) Hinzufügen
des Säurechlorids
von Rhein, aufgelöst
in einer minimalen Menge eines aprotischen, nicht polaren Lösungsmittels
und eines Wasserstoffionenakzeptors,
- c) Weiterrühren
der Mischung unter Rückfluss
während
einer Zeit, die dafür
genügt,
die Veresterungsreaktion ablaufen zu lassen, und
- d) Abdampfen des Lösungsmittels.
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Beispiele
von aprotischen, nicht polaren Lösungsmitteln,
die im Schritt (a) verwendet werden können, sind u.a. Cyclohexan,
Tetrahydrofuran, Toluol, Dichlormethan, n-Hexan, stärker bevorzugt
Cyclohexan.
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Das
aprotische, nicht polare Lösungsmittel,
das verwendet werden kann, um das Säurechlorid von Rhein aufzulösen, ist
nicht beschränkt,
sollte aber vorzugsweise gleich wie das im Schritt (a) verwendete
gewählt
werden.
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Beispiele
des Wasserstoffionenakzeptors, der im Schritt (b) hinzugefügt werden
kann, sind u.a. Pyridin, Triethylamin, stärker bevorzugt Et3N;
Die
Zeit, während
der die Reaktion unter Rückfluss
belassen wird, ist nicht beschränkt,
sollte aber bevorzugt wenigstens 20 Stunden betragen.
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Hyaluronsäure, die
zur Herstellung der HA-Re-Verbindung gemäss vorliegender Erfindung verwendet werden
kann, hat bevorzugt ein Molekulargewicht von 500 000 bis 3 000 000
Da, stärker
bevorzugt um 600 000 Da.
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Das
Molekulargewicht von Hyaluronsäure
kann in herkömmlicher
Weise bestimmt werden, zum Beispiel durch Gelpermeationschromatographie
(GPC).
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Hyaluronsäure, die
für die
Herstellung der HA-Re-Verbindung gemäss vorliegender Erfindung verwendet
wird, kann im Handel verfügbar
sein (z.B. von Fidia Farmaceutici SpA, Abano Terme PD) oder zum
Beispiel durch Extraktion von Hahnenkämmen, durch eine Fermentierung
von Bakterien, die eine Schleimschicht tragen, oder auf andere herkömmliche
Weise hergestellt werden (siehe Proteoglycan Protocols [Proteoglykan-Protokolle],
R. V. Iozzo, Hrsg., Humana Press, Totowa NJ 2001).
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Das
Säurechlorid
von Rhein, das im Verfahren zur Herstellung der HA-Re-Verbindung
gemäss
vorliegender Erfindung verwendet werden kann, kann durch ein Verfahren
gewonnen werden, das die folgenden Schritte umfasst:
- a') Herstellen
einer Aufschlämmung
von Rhein in einem aprotischen, nicht polaren Lösungsmittel;
- b') Hinzufügen einer
solchen Menge von SOCl2, dass ein molares
Verhältnis
von mehr als 10 zwischen SOCl2 und Rhein
erhalten wird;
- c') Weiterrühren des
Reaktionsgemisches in inerter Atmosphäre unter Rückfluss während einer Zeit, die für die Bildung
des Rhein-Säurechlorids
genügt;
und
- d') Entfernen
des Lösungsmittels
und des Überschusses
an nicht umgesetztem SOCl2 durch Destillation.
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Beispiele
von aprotischen, nicht polaren Lösungsmitteln,
die im Schritt (a')
verwendet werden können, sind
u.a. Cyclohexan, Tetrahydrofuran, Toluol, Dichiormethan, n-Hexan,
bevorzugt ein chloriertes Lösungsmittel
und stärker
bevorzugt CH2Cl2.
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Die
Zeit, während
der die Reaktion im Schritt (c')
unter Rückfluss
belassen wird, ist nicht beschränkt, sollte
aber bevorzugt wenigstens drei Stunden betragen.
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Rhein
als solches oder in derivatisierter Form, das im Schritt (a') für die Herstellung
des Säurechlorids von
Rhein verwendet wird, kann im Handel verfügbar sein (z.B. von Aldrich)
oder nach herkömmlichen
Verfahren synthetisiert werden (siehe H. Nawa und Mitautoren, J.
Org. Chem. 1961, 26: 979–981
und darin angeführte
Literatur; C. W. Smith und Mitautoren, Tetrahedron Lett. 1993, 34:
7447–7450;
P. T. Gallagher und Mitautoren, Tetrahedron Lett. 1994, 35: 289–292).
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Einer
besonders bevorzugten Anwendung zufolge wird die HA-Re-Verbindung
der vorliegenden Erfindung, die mit dem Verfahren gemäss vorliegender
Erfindung gewonnen wird, gereinigt.
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Diese
Reinigung erfolgt bevorzugt unter Verwendung einer Dialysemembran.
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In
diesem Fall wird, wie in den folgenden Beispielen beschrieben werden
wird, bevorzugt und den Herstelleranweisungen folgend die Dialysemembran
verwendet, die im Handel unter dem Handelsnamen „Slide-A-Lyzer 3.5K" (Pierce, Rockford
IL USA) erhältlich
ist.
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Wie
schon oben diskutiert, hat die HA-Re-Verbindung der vorliegenden
Erfindung eine vorteilhaft hohe Stabilität, indem sie bei einer Temperatur
von 4 °C ± 0,5 °C in wässriger
Lösung,
bevorzugt auf pH 7,4 gepuffert, wie zum Beispiel in einer phosphat-gepufferten
Salzlösung,
die nach der 11. Auflage des Offiziellen Italienischen Arzneibuches
hergestellt wird, während
mindestens 36 Monaten stabil ist.
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Die
HA-Re-Verbindung gemäss
vorliegender Erfindung besitzt entzündungshemmende, heilende, rekonstruktive
und anabolische Eigenschaften für
Haut und Knorpel.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich daher ebenfalls auf eine pharmazeutische
Zusammensetzung, die eine HA-Re-Verbindung gemäss der vorliegenden Erfindung
in Kombination mit geeigneten Vehikeln und/oder Verdünnungsmitteln
umfasst.
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Insbesondere
kann die pharmazeutische Zusammensetzung gemäss vorliegender Erfindung eine
medizinische Vorrichtung und/oder ein medizinisches Produkt zur
humanen und veterinären
Anwendung sein.
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Die
pharmazeutische Zusammensetzung gemäss vorliegender Erfindung besitzt
bevorzugt eine Formulierung, die für lokoregionale Verabreichung
geeignet ist.
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Eine
besonders bevorzugte pharmazeutische Zusammensetzung gemäss vorliegender
Erfindung ist eine Zusammensetzung, die für eine Anwendung vermittels
intraartikulärer
Infiltration, vermittels ophthalmischer Verabreichung, zum Beispiel
Augentropfen und ophthalmischen Salben, und vermittels topischer
Verabreichung geeignet ist.
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Bevorzugt
liegt die Zusammensetzung der Erfindung in Gestalt einer wässrigen
Dispersion vor.
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Diese
Dispersion liegt bevorzugt in einer Pufferlösung mit einem physiologischen
pH-Wert vor, stärker bevorzugt
einem pH-Wert von 7,4, zum Beispiel einer phosphat-ge pufferten Salzlösung, die
nach der 11. Auflage des Offiziellen Italienischen Arzneibuches
hergestellt wird.
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Einer
besonders bevorzugten Anwendung zufolge liegt in der pharmazeutischen
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die HA-Re-Verbindung
oder eines ihrer Salze gemäss
vorliegender Erfindung in einer Konzentration vor, die von 0,5 %
bis 2 % (Gew./Vol.) reicht, bevorzugt in einer Konzentration von
1 % (Gew./Vol.).
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung
der HA-Re-Verbindung oder eines ihrer Salze gemäss vorliegender Erfindung zur
Zubereitung eines Medikaments zur Behandlung von entzündlichen
Krankheiten, darunter bevorzugt entzündlichen Krankheiten der Gelenke,
insbesondere Osteoarthritis und rheumatoider Arthritis.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung
der HA-Re-Verbindung oder
eines ihrer Salze gemäss
vorliegender Erfindung zur Herstellung eines Medikaments für die Gewebereparatur,
worin das Gewebe Knorpel oder Haut ist.
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Ausserdem
kann die HA-Re-Verbindung oder eines ihrer Salze gemäss vorliegender
Erfindung zur Herstellung von Biomaterialien verwendet werden, zum
Beispiel Gazen zur Behandlung von Wunden und Verbrennungen sowie
Matrizen für
Zellwachstum zur Anwendung in der Behandlung von Verbrennungen und
in der Implantologie.
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Die
vorliegende Erfindung wird besser durch die folgenden Versuchsbeispiele
wie auch die Figuren veranschaulicht.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Herstellung des Säurechlorids von Rhein
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Rhein
(zur Verfügung
gestellt von Aldrich) (21,5 mg; 0,075 mmol) wurde in einem 50-ml-Rundkolben vorgelegt,
und CH2Cl2 (15 ml)
wurde hinzugefügt.
Die Aufschlämmung
nahm eine orangene Farbe an. Dann wurde der Aufschlämmung SOCl2 (0,5 ml; 6,9 mmol) zugesetzt. Die Reaktion
erfolgte unter Rühren
am Rückfluss
(50 °C)
in einer inerten Atmosphäre
(N2). Das Reaktionsgemisch wurde während drei
Stunden am Rückfluss
belassen, und die Lösung
nahm eine klare orange-gelbe Farbe an. Um das CH2Cl2 und den Überschuss an nicht umgesetztem
SOCl2 zu entfernen, wurde Toluol (etwa 5
ml) hinzugefügt,
und das Gemisch wurde bei 500 mm Hg – entsprechend 6,6 × 104 Pa – mindestens
viermal destilliert, um 23 mg des rohen Säurechlorids von Rhein zu erhalten
(quantitative Ausbeute). Das Produkt wurde durch TLC, Ethylacetat
identifiziert.
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Beispiel 2
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Herstellung der HA-Re-Verbindung
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Hyaluronsäure (zur
Verfügung
gestellt von Fidia Farmaceutici SpA, Abano Terme PD, durchschnittliches
Molekulargewicht etwa 600 000 Da) (277,3 mg; 4,6 × 10–4 mmol,
entsprechend 0,75 meq veresterbarer primärer Alkoholeinheiten) wurde
in Cyclohexan (20 ml) aufgeschlämmt.
Rhein-Säurechlorid,
wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt (21,5 mg; 0,075 mmol)
und in einer minimalen Menge von CH2Cl2 aufgelöst,
wurde hinzugefügt.
Dann wurde Et3N (3 ml) hinzugefügt. Die
Aufschlämmung
nahm eine rote Farbe an. Die Reaktion erfolgte unter Rühren am
Rückfluss
(70 °C)
in einer inerten Atmosphäre
(N2). Nach kurzer Zeit nahm die Aufschlämmung eine
rot-orangene Farbe an, die nach etwa drei Stunden dunkler wurde.
Nach 20 Stunden wurde die Reaktion angehalten, und das Lösungsmittel
wurde unter vermindertem Druck (650 mm Hg, entsprechend 8,7 × 104 Pa) zur Trockne abgedampft, was die HA-Re-Verbindung
in Gestalt eines klaren, gelben Niederschlages ergab.
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Beispiel 3
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Reinigung der HA-Re-Verbindung
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a) Herstellung des Musters
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Eine
phosphat-gepufferte Salzlösung
(5 ml) von pH 7,4 wurde der HA-Re-Verbindung (0,1019 g) zugesetzt,
die wie in Beispiel 2 beschrieben gewonnen worden war. Ein Zwei-Phasen-System wurde
erhalten, und die Lösung
nahm eine orange-gelbe Farbe an, während der Rückstand durch eine Masse von
gelb-brauner Farbe und gelatineartiger Konsistenz dargestellt wurde.
Nach einer Wartezeit von wenigstens 24 Stunden wurde ein zähflüssiges,
kolloidales System von brauner Farbe erhalten.
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b) Reinigung
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Eine
Dialysemembran „Slide-A-Lyzer® 3.5K" (Pierce, Rockford
IL USA) wurde in geeigneter Weise mit phosphat-gepufferter Salzlösung von
pH 7,4 gewässert.
Nach Herstellerangaben wurde eine geeignete Menge der zu reinigenden
HA-Re-Verbindung eingeführt.
Dialyse wurde während
zwei Stunden gegen einen Phosphatpuffer von pH 7,4 ausgeführt (nach
nur 20 Minuten schien die Pufferlösung etwas gelb gefärbt zu sein). Die
Operation wurde mindestens dreimal wiederholt, bis die Pufferlösung farblos
blieb, was die Abwesenheit von Absorption im sichtbaren Bereich
des Spektrums bewies. Die gereinigte HA-Re-Verbindung wurde durch Dialyse
aus der Membran zurückgewonnen.
Die Reinheit der so gewonnenen HA-Re-Verbindung betrug 99,8 %.
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Beispiel 4
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Analyse der gewonnenen HA-Re-Verbindung
der vorliegenden Erfindung
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1. Prüfung mit einem UV-VIS-Spektrophotometer
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Die
Konzentration von Rhein in der gereinigten HA-Re-Verbindung, die
wie in Beispiel 3 beschrieben gewonnen worden war, wurde durch eine
spektrophotometrische Ablesung bei 430 nm auf der Basis der „robusten" Eichung im Bereich
von 10–5 bis
10–3 (R2 = 0,9999) ausgewertet. Diese Wellenlänge wurde
gewählt, da
Hyaluronsäure
im UV-Bereich absorbiert, was somit die quantitative Bestimmung
von Rhein erschwert. Auf der Grundlage der spektrophotometrischen
Ablesung wurde die Ausbeute der Veresterungsreaktion bezüglich Rhein
zu 58 % gefunden.
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In
Anbetracht des Beispiels 2 wurde die Menge von Rhein, das in der
Reaktion verwendet wurde, so gewählt,
dass maximal 10 % der veresterbaren primären Alkoholgruppen von Hyaluronsäure verestert
werden. Da die Ausbeute der Veresterungsreaktion bezüglich Rhein
zu 58 % gefunden worden war, kann abgeschätzt werden, dass 5,8 % der
veresterbaren Alkoholgruppen von Hyaluronsäure verestert worden waren.
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2) 1H-NMR-Analyse
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Ein 1H-NMR-Spektrum der in Beispiel 2 gewonnenen
HA-Re-Verbindung wurde mit einem Varian VRX300-Spektrometer in deuterierter
Pufferlösung
aufgenommen. Es gab aber Probleme bei der Interpretation dieses
Spektrums, da der Prozentsatz von Rhein, der mit der Hyaluronsäure reagiert,
es nicht ermöglichte, den
aromatischen Ring zu identifizieren. Unter Berücksichtigung der schlechten
Löslichkeit
von Rhein in einer wässrigen
Umgebung und in Anbetracht dessen, dass die Veresterung eine umkehrbare
Reaktion ist, wurde daher eine Verseifung, d.h. basische Hydrolyse,
ausgeführt,
um das Rhein aus der HA-Re-Verbindung zu erhalten. Die gewonnene
Verseifungsverbindung fiel aus. Ein 1H-NMR-Spektrum der
so gewonnenen Verseifungsverbindung wurde mit dem Varian VRX-300-Spektrometer
in Dimethylsulfoxid (DMSO) aufgenommen. Das erhaltene Spektrum,
das in 1 gezeigt ist, fiel vollständig mit dem von Rhein zusammen.
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3. IR-Analyse
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Ein
IR-Spektrum der aus der Verseifung der HA-Re-Verbindung der vorliegenden
Erfindung gewonnenen Verbindung wurde (mit dem Spectrum BX FTIR-System
von Perkin Elmer) in Nujol aufgenommen. Wie in 2 gezeigt,
fällt das
gewonnene Spektrum mit dem von reinem Rhein zusammen.
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4. HPLC-MS
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Eine
HPLC-MS-Analyse der aus der Verseifung der HA-Re-Verbindung der
vorliegenden Erfindung gewonnenen Verbindung wurde (mit der Ausrüstung Agilent
1100, LC/MSC-Serie)
bei einer Durchflussrate von 0,8 ml/min ausgeführt, indem als bewegliche Phase
eine 80:20-Mischung von Methanol und Wasser, die 2,5 % Ameisensäure enthielt,
verwendet wurde. Aus 3 ist ersichtlich, dass die
Masse der Verbindung der Masse von Rhein entspricht.
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Beispiel 5
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Bewertung der technologischen Eigenschaften
der HA-Re-Verbindung der Erfindung
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1. Bewertung der hydrolytischen
Stabilität
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Die
HA-Re-Verbindung der Erfindung, die im Beispiel 2 erhalten, aber
nicht durch Dialyse gereinigt worden war, wurde im trockenen Zustand
während
mehr als sechs Monaten in Fläschchen
bei Umgebungstemperatur (22 °C)
im Dunklen aufbewahrt. Dieses Muster wurde dann durch Dialyse gereinigt,
wie in Beispiel 3 beschrieben, und die Konzentration von Rhein wurde
mit einem UV-VIS-Spektrophotometer bestimmt. Die Konzentration wurde
gleich der für
das gerade synthetisierte Produkt gefunden. Die Versuchsergebnisse
zeigen daher, dass im trockenen Zustand kein Abbau beobachtet wurde.
Ausserdem wurde die HA-Re-Verbindung der Erfindung, die wie im Beispiel
2 beschrieben hergestellt und wie im Beispiel 3 beschrieben durch
Dialyse gereinigt worden war, während
sechs Monaten in Fläschchen
in einer 2-prozentigen Lösung
in Phosphatpuffer von pH 7,4 bei einer Temperatur von 4 °C im Dunklen
aufbewahrt. Fremdkörper
wurden im Muster gefunden, weil nicht sterile Materialien und keine
Konservierungsmittel verwendet worden waren. Das Muster wurde noch
einmal mit dem gleichen Verfahren, wie in Beispiel 3 beschrieben,
einer Dialyse unterworfen, und zwar während mindestens vier Tagen.
Durch eine UV-VIS-Prüfung konnte
kein in die für
die Dialyse verwendeten, verschiedenen Pufferlösungen freigesetztes Rhein
gefunden werden. In diesem Falle erwies sich die Verbindung daher
ebenfalls als chemisch stabil, da keine Freisetzung von Rhein aus
der HA-Re-Verbindung gefunden wurde, wenigstens wie mit derzeitigen
analytischen Verfahren nachweisbar. Daher wurde selbst in Lösung kein
hydrolytischer Abbau beobachtet.
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Die
gewonnenen Ergebnisse erlauben die Feststellung, dass die erfindungsgemässe HA-Re-Verbindung unter
gekühlten
Bedingungen (bei 4 °C ± 0,5 °C) in wässriger
Lösung
während
mindestens 24 Monaten stabil ist. Diese Feststellung ergibt sich
aus der Abwesenheit jeglichen merklichen hydrolytischen Abbaus.
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Um
die Möglichkeit
auszuschliessen, dass ein hydrolytischer Abbau von Hyaluronsäure während der Veresterungsreaktion
mit Rhein auftritt, wurde darüber
hinaus ein Blindversuch mit dieser Reaktion ausgeführt. Insbesondere
wurden die gleichen Bedingungen wie in der Reaktion der Bindung
des Rheins an Hyaluronsäure
benutzt, aber in Abwesenheit von Rhein. Insbesondere wurde Hyaluronsäure (100
mg) zu einer Mischung von Cyclohexan (10 ml), Dichlormethan (1 ml)
und Triethylamin (1 ml) hinzugefügt,
und die Reaktion erfolgte während
24 Stunden am Rückfluss
(70 °C)
in einer inerten Atmosphäre
(N2). Nachdem diese Zeit abgelaufen war,
wurden die Reaktionslösungsmittel
in einer Stickstoffatmosphäre
entfernt. Die gewonnene Verbindung war in Wasser viel weniger löslich als
Hyaluronsäure
im nativen Zustand und nach 24-stündiger Dispergierung durch
eine nicht bestimmbare Viskosität
gekennzeichnet. Dies bedeutet, dass eine Depolymerisation ausgeschlossen
werden kann, da dies zu Wasserlöslichkeit
und somit zu einer Verringerung der Viskosität geführt haben würde.
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Schliesslich
wurde die hydrolytische Stabilität
der gereinigten HA-Re-Verbindung der Erfindung, wie in Beispiel
3 gewonnen, in der Sterilisierung geprüft. Wie oben diskutiert, war
gefunden worden, dass Fremdkörper
in den Mustern der Verbindung der Erfindung auftreten, wenn nicht
steriles Material und keine Konservierungsmittel verwendet werden.
Insbesondere wurde eine 1-prozentige Lösung der HA-Re-Verbindung der
Erfindung, die mit einer Dialysemembran gereinigt worden war, in
einer phosphat-gepufferten Salzlösung
bei pH 7,4 hergestellt. In Anbetracht der experimentellen Beweise,
die zeigen, dass Hyaluronsäure
ein hitzeempfindliches Molekül
ist (Biomaterials 2002, 23: 4503–4513), wurde das so gewonnene
Muster während
20 Minuten in einem Autoklaven bei 121 °C mit gesättigtem Dampf unter Druck sterilisiert.
Das Muster wurde dann nochmals einer Dialyse in einer Dialysemembran
unterworfen, um das etwaige Vorhandensein von Rhein in der dialysierten
Flüssigkeit
auszuwerten; keine Spur von Rhein wurde gefunden. Diese Ergebnisse
lassen die Schlussfolgerung zu, dass das Muster gegenüber Heisssterilisierung
hydrolytisch stabil ist.
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2. Analyse der rheologischen Eigenschaften
und der Spritzengängigkeit
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Die
Spritzengängigkeit
der HA-Re-Verbindung der Erfindung wurde im Vergleich zu der von
Hyaluronsäure
von hohem und von niedrigem Molekulargewicht analysiert.
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Insbesondere
wurden die folgenden drei Muster hergestellt:
- a)
eine 1-%ige Lösung
(Gew./Vol.) von hochmolekularer Hyaluronsäure (durchschnittliches Molekulargewicht
etwa 1 200 000) in phosphat-gepufferter Salzlösung von pH 7,4;
- b) eine 1-%ige Lösung
(Gew./Vol.) von niedermolekularer Hyaluronsäure (durchschnittliches Molekulargewicht
etwa 600 000) in phosphat-gepufferter Salzlösung von pH 7,4;
- c) eine 1-%ige Lösung
(Gew./Vol.) der HA-Re-Verbindung der Erfindung in phosphatgepufferter
Salzlösung von
pH 7,4.
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Die
Viskosität
der Muster wurde dann mit einem Gerät VISCOMATE Modell VM-10A (Glasgefäss: 3 ml;
ohne Rühren;
Temperatur 20 ± 0,2 °C) gemessen,
wobei die folgenden Werte erhalten wurden:
- a) η = 78,4
mPa·s
- b) η =
64,8 mPa·s
- c) η =
47,9 mPa·s
-
Die
gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass die HA-Re-Verbindung der Erfindung
eine bessere Spritzengängigkeit
als hochmolekulare wie auch niedermolekulare Hyaluronsäure im nativen
Zustand hat, und zwar deshalb, weil eine 1-%ige Lösung (Gew./Vol.)
der HA-Re-Verbindung
der Erfindung eine geringere Viskosität als eine 1-%ige Lösung (Gew./Vol.)
der niedermolekularen Hyaluronsäure
hat, die wiederum eine geringere Viskosität als eine 1-%ige Lösung (Gew./Vol.)
der hochmolekularen Hyaluronsäure
hat.
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Die
beobachtete Verringerung der Viskosität, zusammengenommen mit dem
Beweis, dass nach der Veresterungsreaktion keine Depolymerisation
der Hyaluronsäure
erfolgt ist, kann der kovalenten Wechselwirkung zwischen Rhein und
Hyaluronsäure
zugeschrieben werden.
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Beispiel 6
-
Bewertung
der pharmakologischen Aktivität
der HA-Re-Verbindung der Erfindung in vitro Normale Knorpelbiopsien
wurden von fünf
Individuen (drei männlich,
zwei weiblich, Durchschnittsalter 59,3 ± 5,1 Jahre) während Hüft- bzw.
Oberschenkeloperationen im Ergebnis eines traumatisches Bruches
gewonnen. Die für
die Untersuchung ausgewählten
Subjekte wiesen keine biochemischen oder klinischen Anzeichen für entzündliche
oder Gelenkerkrankungen auf und hatten sowohl auf der makroskopischen
als auch auf der mikroskopischen Ebene normalen Knorpel. Knorpel
wurde unter sterilen Bedingungen gewonnen und sofort auf Knorpelzellenisolierung
verarbeitet. Die Muster wurden zunächst von allen anhaftenden
Muskel-, Binde- bzw. subchondralen Knochengeweben befreit, dann
zu Fragmenten von 1 bis 3 mm3 zerkleinert
und in phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS: phosphate-buffered
saline) von pH 7,2 gespült.
Einzelne Knorpelzellen wurden dann durch wiederholte enzymatische
Aufschlüsse
von 60 bis 75 Minuten bei 37 °C
mit 0,25 % Trypsin, 400 E/ml Kollagenase I, 1000 E/ml Kollagenase
II und 1 mg/ml Hyaluronidase freigesetzt. Die Zellen wurden vereinigt,
ausgiebig in PBS gewaschen und mit hoher Dichte in 35-mm-Platten
ausgesät
(45 × 103 Zellen/cm2). Das
Kulturmedium war Coons modifiziertes Hams F12-Medium, ergänzt mit
10 % FCS (Mascia Brunelli, Mailand, Italien). Die Bewahrung des
Knorpelzellen-Phänotyps
wurde durch den Nachweis von Kollagen des Typs II nach Pepsinaufschluss
des Kulturüberstandes
abgeschätzt.
Die Lebensfähigkeit
der Zellen wurde durch den Trypanblau-Ausschlusstest ausgewertet.
Die Verdoppelung der Zellen wurde in regelmässigen Abständen durch Trypsinierung der
Kultur und Quantifizierung der Zellenzahl bestimmt. Die Stimulationsversuche
wurden ausgeführt,
wenn die primären
Kulturen Konfluenz erreichten (Passage 0). Die Zellen wurden dann
während zwei
Tagen in Gegenwart von Ascorbinsäure
(50 μg/ml)
kultiviert und danach während
20 Stunden in Abwesenheit oder in Gegenwart von (rh)IL-1β (5 ng/ml)
inkubiert, und zwar mit bzw. ohne Zusatz verschiedener Konzentrationen
von Hyaluronsäure
(HA), der Verbindung der Erfindung (HA-Re) oder von Rhein.
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Es
ist berichtet worden, dass Hyaluronsäure wie auch Rhein wegen ihrer
Fähigkeit,
die Aktivität
von Metall-Proteinasen (MMP), die am Knorpelabbau beteiligt sind,
zu inhibieren, günstige
Auswirkungen bei Osteoarthritis besitzen.
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Wir
führten
Echtzeit-PCR-Assays durch, um die Wirkung verschiedener Verbindungen
auf MMP-Expression in menschlichen Knorpelzellen zu untersuchen.
Gesamt-RNA wurde aus den kultivierten menschlichen Knorpelzellen
nach Herstelleranweisungen mit Trizol (Gibco BRL) extrahiert. Stränge von
cDNA wurden mit 1 μg
Gesamt-RNA unter Verwendung eines SuperScript First-Strand-Synthesesystems
(Gibco BRL) synthetisiert. Die Primer waren wie folgt:
MMP-1
(Kollagenase), Sense: 5'-CTGAAGGTGATGAAGCAGCC-3';
Antisense:
5'-AGTCCAAGAGAATGGCCGAG-3
(Fragmentgrösse
428 Basenpaare);
MMP-3 (Stromelysin), Sense: 5'-CCTCTGATGGCCCAGAATTGA-3',
Antisense:
5'-GAAATTGGCCACTCCCTGGGT-3' (Fragmentgrösse 440
Basenpaare);
Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase (GAPDH),
Sense:
5'-CCACCCATGGCAAATTCCATGGCA-3';
Antisense:
5'-TCTAGACGGCAGGTCAGGTCCA
(Fragmentgrösse
598 Basenpaare).
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Die
Amplifizierung erfolgte bei 60 bis 64 °C mit 45 Zyklen in einem iCycler
Thermal Cycler (Bio-Rad Hercules, CA), und die Daten wurden mit
iCycler iQ Optical System-Software
analysiert. Die relative Expression in jedem Muster wurde mit einem
mathematischen Verfahren berechnet, das auf den Echtzeit-PCR-Effizienzen
beruht und GAPDH-mRNA
als Referenz verwendet. Alle Muster wurden im Triplikat untersucht.
Nach 45 Amplifizierungszyklen wurden die Zyklen-Schwellenwerte automatisch
berechnet, und die Femtogramm Ausgangs-cDNA wurden aus einer Standardkurve
berechnet, die einen Bereich von vier Grössenordnungen abdeckte. Sowohl
die MMP- als auch die GAPDH-Standardkurven
reichten von 1 bis 1000 Femtogramm je 25-μl-Reaktion. Die Verhältnisse
der MMP zur GAPDH-Anfangsmenge wurden berechnet. Statistische Unterschiede
zwischen den Ergebnissen für
verschiedene Versuchsvariablen und relevante Kontrollen wurden mit dem
Student-t-Test analysiert.
-
In 4 und 5 werden
die in den RT-PCR-Versuchen gewonnenen Ergebnisse aufgeführt.
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Alle
Muster wurden im Triplikat untersucht. In jedem Versuch wurde die
Veränderung
der MMP-mRNA-Expression als x-fache Erhöhung im Vergleich zu der Expression
von unbehandelten Zellen ausgedrückt.
Mittlere und Standardabweichung von drei Versuchen werden gezeigt.
Der gepaarte Student-t-Test wurde verwendet, um die Signifikanz
der Auswirkungen der verschiedenen Behandlungen zu ermitteln. Statistische
Unterschiede zwischen behandelten und Kontrollgruppen werden ebenfalls
angeführt:
*
= p < 0,01; **
= p < 0,001 (Student-t-Test).
-
Die
IL-1-Behandlung führte
zu einem dramatischen Anstieg der Expression von MMP-1 wie auch
von MMP-3, was mit Literaturdaten übereinstimmt. In den in 4 angeführten Versuchen
haben wir die Wirkung von HA bei der in der Literatur üblicherweise
angeführten
pharmakologischen Konzentration (1 mg/ml) mit der Wirkung von HA-Re
(der Verbindung der Erfindung) bei den gleichen Konzentrationen
(1 mg/ml) verglichen. Ähnliche
Ergebnisse wurden über
einen Bereich von 0,1 bis 1,5 HA-Konzentrationen erhalten. Die Einwirkung von
HA bei der pharmakologischen Dosis (1 mg/ml) auf menschliche Knorpelzellen
führte
zu einer signifikanten Verhinderung der Induktion von MMP1 und MMP2
durch IL1 (4A und 4B). Überraschend
ergaben ähnliche Dosen
der HA-Re-Verbindung
der Erfindung eine noch dramatischere Schutzwirkung, indem die MMP-Expression trotz
der IL1-Exposition zum Basisniveau zurückgebracht wurde. In 5 werden
die Ergebnisse von Versuchen angeführt, in denen die Wirkung von
Rhein bei der pharmakologischen Dosis (10 μM) mit der Wirkung einer ähnlichen
Dosis von HA-Re verglichen wurde. Es erweist sich wiederum, dass
die HA-Re-Verbindung der Erfindung in einer Down-Regulation von
IL1-induzierter MMP-Expression potenter als Re allein ist.
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Beispiel 7
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Eine
zusätzliche
Synthese von HA-Re gemäss
vorliegender Erfindung wurde wie in Beispiel 2 ausgeführt, ausser
dass 20 mg Hyaluronsäure
und 23 mg Rhein-Säurechlorid
verwendet wurden, was den stöchiometrischen
Konzentrationen von Rhein und Hyaluronsäure auf der Grundlage der primären Alkoholgruppen der
Hyaluronsäure
entspricht.
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6 zeigt
das 13C-NMR-Spektrum der so gewonnenen HA-Re-Verbindung
gemäss
vorliegender Erfindung, in dem ein charakteristischer Peak bei 175
ppm, der für
Esterfunktionen spezifisch ist, deutlich erscheint.
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7 zeigt
das 1H-NMR-Spektrum der so gewonnenen HA-Re-Verbindung
der vorliegenden Erfindung, in dem charakteristische Peaks zwischen
7 und 8 ppm, die für
aromatische Ringe von Rhein spezifisch sind, deutlich erscheinen.
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Aus
diesen beiden NMR-Spektren geht daher deutlich hervor, dass in der
HA-Re-Verbindung gemäss vorliegender
Erfindung Rhein die Alkoholgruppen von Hyaluronsäure verestert.