DE68929315T2

DE68929315T2 - Synthetisches chrom enthaltendes glukosetoleranzfaktor-material und dessen herstellung

Info

Publication number: DE68929315T2
Application number: DE68929315T
Authority: DE
Inventors: L. Jensen
Original assignee: Interhealth Nutraceuticals Inc
Current assignee: Lonza Consumer Health Inc
Priority date: 1988-04-26
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2009-04-25
Also published as: EP0440626A1; JPH03504007A; CA1330561C; WO1989010357A1; JP3014109B2; US4923855A; DE68929315D1; AU631543B2; ATE203235T1; EP0440626B1; EP0440626A4; AU3530289A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Glukose-Stoffwechsel und insbesondere auf die Herstellung und die Verwendung eines neuen Chrom enthaltenden Produktes, das eine Glukosetoleranzfaktor-(GTF)-Aktivität besitzt.
Wenngleich der physiologische Mechanismus nicht vollständig verstanden wird, wurde berichtet, dass Tiere, die für mehrere Wochen auf eine gereinigte, chromfreie Diät gesetzt wurden, eine außerordentlich beeinträchtigte Glukosetoleranz zeigten, d.h. Fähigkeit, Blut-Glukose auf Normalniveau zu halten. Es hat sich herausgestellt, dass eine Diät, die Brauhefe enthält, diese Beeinträchtigung eliminieren kann und das Blutglukoseniveau auf den Normalwert zurückkehrt.
Es hat sich ebenfalls gezeigt, dass die Gegenwart von Chrom als organisches Salz in Nahrungsmitteln die Glukoseoxidation in Menschen erhöht, insbesondere wenn Chrom enthaltende Brauhefe-Extrakte zugesetzt wurden. Zusätzlich hat sich herausgestellt, dass die orale Verabreichung eines solchen Materials an ein diabetisches (zuckerkrankes) Individium die Bauchspeicheldrüse dazu veranlasst, normale Mengen an Insulin herzustellen.
Die Beziehung zwischen dem Chromgehalt in Nahrungsmitteln und dessen Wirkung auf die Glukoseoxidations-Aktivität werden z.B. diskutiert in Toepfer et al "Chromium Foods in Relation to Biological Activity," J. Agr. Food. Chem. 21: 69 (1973).
Diese und andere Erkenntnisse führten bei frühen Bearbeitern im Bereich der Spurenmineralforschung zu einem Interesse an Brauhefe als Quelle eines natürlich vorkommenden Glukosetoleranzfaktors (GTF). Eine Diskussion der Geschichte der GTF-Forschung kann gefunden werden in McCarthy et al. "High- Chromium Yeast and Glucose Tolerance Factor," J. Prevention Medicine 2 (1983). Beträchtliche Forschung war auf die Konzentrierung des Chromgehalts von Brauhefe bis zu einer kommerziell brauchbaren Menge gerichtet. Vgl. z.B. US-Patent 4,343,905.
Man glaubt, dass der Glukosetoleranzfaktor ein Komplex von dreiwertigem Chrom mit zwei Mol Nicotinsäure (Niacin) und zumindest einem Mol einer Aminosäure ist. Wie z.B. durch Mertz et al in "Present Knowledge of the Role of Chromium," Fed. Proc. 33 (11): 2275-2280 (1974) vorgeschlagen, ist es möglich, dass die Struktur für natürliche GTF's von der Struktur für einen Tetraaquo- Dinicotinato-Cr-Komplex abgeleitet sein könnte, d.h.
worin die Wassermoleküle durch Aminosäure-Liganden ersetzt sind. Demnach könnte, obwohl die exakte Struktur des GTF gegenwärtig nicht bekannt ist, eine mögliche Struktur wie folgt sein:
Alternativ berichtet eine kürzliche Patentanmeldung, die als WO 87/03200 veröffentlicht wurde, über die Isolierung und Reinigung einer Komponente mit GTF- Aktivität aus Hefe, wobei es sich um ein Chinolin-Derivat mit einer Molekularmasse von 174 und der nachfolgenden Strukturformel handelt:
worin zumindest eine R-Gruppe Wasserstoff ist und die zwei nicht-Wasserstoff, nicht-identischen R-Gruppen -OCH&sub3; oder -NH&sub2; sind. Dieser Bericht enthält eine Bezugnahme auf zusätzliche Forschungsbemühungen, welche Zweifel hinsichtlich der Rolle von Chrom und Chrom-Nicotinsäure-Aminosäurekomplexen bei der Hefe-GTF-Aktivität aufwerfen.
Es wurden auch Versuche unternommen, Spurenmetall-Komplexe zu synthetisieren, die GTF-Aktivität aufweisen. Z.B. offenbart das US-Patent 4,242,257 ein GTF-Aktivität aufweisendes Material, welches durch Komplexierung von Kobalt mit Nicotinamid in einem Verhältnis von 1 : 2 erhalten wird, gefolgt von einer Ansäuerung des Komplexes und einer Reduktion mit Glutathion. Ähnlich wurde die Synthese von Chrom-Nicotinsäure-Komplexen, die eine GTF-Aktivität aufweisen, durch Refluxieren von Chromchlorid in Alkohol für Zeiträume von bis zu ungefähr 16 bis 24 Stunden mit Nicotinsäure und einer Reihe von Aminosäuren offenbart. Vgl. z.B. Toepfer et al "Preparation of Chromium-Containing Material of Glucose Factor Activity from Brewer's Yeast Extracts and by Synthesis", J. Agr. Food Chem. 25(1): 162-166 (1977).
Es gab auch einen Bericht zu einem grünen Chromkomplex mit Pyridrin-3- Carbonsäure (Nicotinsäure), der in gewöhnlichen organischen Lösungsmitteln löslich war, einschließlich Wasser, Aceton usw.. Chatterjee, B., "Donor Properties of Pyridine and Quinoline Carboxylic Acids: Pyridine and Quinoline Carboxylato Complexes of Chromium (III)," J. Indian Chem. Soc. 53: 1212-1213 (1976). Der Bericht offenbart keine Verwendung für den Komplex.
Inorganica Chimica Acta, 91, 1984, 1-9 offenbart die Struktur und biologische Aktivität von mit Stickstoff und Sauerstoff koordinierten Nicotinsäure-Komplexen des Chroms. Ein blauer Dinicotinat-Komplex von Chrom (III) wurde hergestellt, in dem eine erwärmte (60ºC) wässrige Lösung von CR(NO3)&sub3;·9H&sub2; (2,0 g, 0,005 Mol in 20 cm³) mit einer wässrigen Lösung von Nicotinsäure (1,23 g, 0,01 Mol in 20 cm³), deren pH mit NaOH (2M) auf 6,0 eingestellt worden war, bevor sie ebenfalls erwärmt wurde, gemischt wurde. Die resultierende grüne Lösung schlug beim Kochen in blau um. Die Elementaranalyse war konsistent mit der Bildung von Cr(III) (nic)&sub2; (H&sub2;O)&sub3;OH. Es stellte sich heraus, dass der Chrom (III)- Dinicotinat-Komplex eine biologische (oder GTF-ähnliche) Aktivität aufwies.
Wenngleich die aus dem Stand der Technik bekannten Techniken der Extraktion und/oder Konzentration von Chrom-GTF aus Brauhefe recht erfolgreich gewesen sind, sind die erforderlichen Verfahrensabläufe normalerweise ziemlich komplex. Dies macht das Produkt teuer, wenn es als Chrom-Supplement für Chrom- Defizit-Diäten oder für Individuen verwendet wird, die auf sonstige Weise ein Chrom-Supplement benötigen. Dieses Problem wurde durch synthetisch hergestellte GTF-Materialien nicht bewältigt, weil meistens die synthetischen GTF- Materialien von begrenzter Aktivität sind, in relativ schlechter Ausbeute gebildet werden und/oder sehr instabil sind.
Erfindungsgemäß wird ein Chrom-Nicotinsäure-Komplex-Reaktionsprodukt zur Verfügung gestellt, welches das Produkt umfasst, das durch das Verfahren erhalten wird, welches umfasst: miteinander in Lösung Vermischen eines Alkalimetallsalzes der Nicotinsäure mit einem dreiwertigen Chromsalz in einem Molverhältnis Nicotinsäuresalz: dreiwertiges Chromsalz von 3 : 1 unter Bedingungen, welche die Bildung eines Chrom-Nicotinat-GTF-Materials erlauben, das eine Glukosetoleranzfaktor-Aktivität besitzt.
Die Erfindung erlaubt die Herstellung eines synthetischen GTF-Chromkomplexes, der über einen ausgedehnten Zeitraum stabil ist und der leicht in hohen Ausbeuten unter relativ milden Bedingungen hergestellt werden kann.
Das unpolare Chrom-GTF-Material wird aktiv an die Absorptionsstellen der Nicotinsäure transportiert. Das Chrom-GTF-Material kann leicht durch das Stoffwechselsystem eines Individuums in die geeignete isomere Form modifiziert werden oder weist für sich alleine eine biologische Aktivität auf, ohne Bedarf an einer derartigen Modifikation.
Das erfindungsgemäße Chrom-GTF-Material ist hefefrei und erfordert zu seiner Synthese auch nicht die Verwendung von Hefe.
Die Figur ist eine graphische Wiedergabe des UV-V.3-Spektrums von 10 mg/mL Chromchlorid und einem Komplex der vorliegenden Erfindung.
In Einklang mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Synthese eines Chrom-Nicotinat-GTF-Materials zur Verfügung gestellt, in dem ein Alkalimetallsalz der Nicotinsäure und ein Salz des dreiwertigen Chroms als Startmaterialien verwendet werden.
Bei der Herstellung des Chrom-Nicotinat-GTF-Materials der Erfindung lässt man zunächst eine dissoziierbare Form des Alkalimetalls, wie z.B. ein Alkalimetall- Hydroxid, und Nicotinsäure reagieren, um das Alkalimetallsalz der Nicotinsäure zu bilden. Anschließend lässt man das Nicotinsäuresalz mit dem Salz des dreiwertigen Chroms reagieren, um das gewünschte GTF-Produkt zu bilden. Alternativ wird das Alkalimetallsalz der Nicotinsäure bequemerweise aus sonstigen Quellen erhalten, und man lässt es mit dem Chromsalz reagieren, um das gewünschte GTF-Produkt zu bilden.
Die Reaktionen werden normalerweise in einem polaren Lösungsmittel-System, wie z.B. einem wässrigen oder alkoholischen Lösungsmittel, durchgeführt, und erfordern nur milde Reaktionstemperaturen, z.B. in einer Größenordnung von ungefähr 5ºC bis ungefähr 60ºC, vorzugsweise von ungefähr 10ºC bis ungefähr 40ºC. Wenngleich der angegebene Temperaturbereich kein starres Erfordernis darstellt, und wenngleich Temperaturen ein wenig über oder unter dem angegebenen Bereich eingesetzt werden könnten, meint man, dass die zusätzlichen Kosten des Kühlens und/oder Erwärmens der Reaktanten ohne entsprechende Vorteile in der Geschwindigkeit oder Ausbeute die Verwendung von Temperaturen außerhalb des angegebenen Bereiches wenig wünschenswert machen.
Falls es zur Herstellung des Nicotinsäuresalzes verwendet wird, kann das dissozüerbare Alkalimetall jede beliebige einer Anzahl von Verbindungen umfassen, die ein Alkalimetall enthalten, einschließlich eines Alkalimetall-Hydroxides wie z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydoxid oder Magnesiumhydroxid. Alternativ kann anstelle des Alkalimetallhydroxides ein Alkalimetallcarbonat oder -bicarbonat verwendet werden, das z.B. Natrium, Kalium, Lithium oder Magnesium enthält.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Leichtigkeit der Handhabung ist es jedoch gegenwärtig bevorzugt, Natriumhydroxid als das dissoziierbare Alkalimetall einzusetzen. Natriumhydroxid kann in Form von nahrungsmittel- oder reagentienreinen Pellets (J.T. Baker Co.) oder als Lösung verwendet werden. Zur Erleichterung der Herstellung eines Komplexes für ein Nahrungsmittel-Additiv ist jedoch wiederum vorzuziehen, nahrungsmittel-reine (food grade) Pellets des Natriumhydroxids einzusetzen.
Bei der Bildung eines repräsentativen Salzes der Nicotinsäure kann das dissoziierbare Alkalimetall zu einer Lösung gegeben werden, welche die Nicotinsäure enthält, und es kann ihm ohne weitere Bemühungen gestattet werden, zu reagieren. Eine solche Lösung wird im allgemeinen aber nicht notwendigerweise in demselben Lösungsmittel hergestellt, wie es für das erfindungsgemäße Verfahren ausgewählt ist.
Die dreiwertigen Chromsalze, die gegenwärtig zur Verwendung der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, umfassen jegliche leicht löslichen und pharmazeutisch akzeptablen Salze, wie z.B. Chromchlorid, Chromsulfat, Chromacetat und dgl., die die Bildung des gewünschten Chrom-GTF-Materials nicht stören und welche keine toxischen Nebenprodukte bilden. Gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausgestaltung werden CrCl&sub3;·6H&sub2;O (Chromchlorid-Hexahydrat) oder Cr(CH&sub3;COO)&sub3;·6H&sub2;O (Chromacetat-Hexahydrat) als Chromsalz verwendet.
Lösungsmittel, die sich als in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar gezeigt haben, umfassen polare Solventien wie z.B. Wasser und Alkohole, typischerweise gesättigte oder ungesättigte Alkylketten mit von 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, noch üblicher 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Solche Alkohole besitzen die allgemeine Formel
R&sub1;--OH
worin R&sub1; eine organische Alkylgruppe der Form CH&sub3;(CH&sub2;)n-- in entweder geradkettiger oder verzweigter Form und n eine ganze Zahl zwischen 0 und 9 ist. Es hat sich herausgestellt, dass besonders nützliche Lösungsmittel Wasser und Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl- und Isobutyl-Alkohole und deren Mischungen umfassen.
Man wird jedoch leicht verstehen, dass, wenngleich bestimmte Parameter innerhalb der nachfolgenden Protokolle eventuell in Übereinstimmung mit bekannten Prinzipien leicht geändert werden müssen, eine Vielzahl zusätzlicher polarer Lösungsmittel in der Praxis der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Z.B. können auch viele polare organische Lösungsmittel, z.B. chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ether, Ketone, Kohlenwasserstoffe und Alkohol entweder allein oder in Gegenwart von Wasser oder Alkoholen als Lösungsmittel bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Verwendung finden.
Die Reaktion zwischen dem Chromsalz und dem Alkalimetallsalz der Nicotinsäure, z.B. Natriumnicotinat, findet ziemlich schnell statt und wird durch eine deutliche Farbänderung und einen anschließenden Niederschlag des Chrom-GTF- Materials sichtbar gemacht. Z.B. verschwindet, wenn ein wässriges Reaktionsmedium eingesetzt wird, die grüne Farbe, welche dem Reaktionsmedium durch das Chromchloridsalz vermittelt wird, in Sekunden, für gewöhnlich in weniger als ungefähr 60 bis 120 Sekunden, und ein intensiv violett gefärbtes Material fällt aus der Lösung aus. Dieses ausgefällte Material ist das Chrom-Nicotinat-GTF- Produkt der Erfindung, von dem man glaubt, dass es signifikante Mengen an Chrom-Trinicotinat und höchstwahrscheinlich etwas Chrom-Dinicotinat- Monochlorid, -Acetat oder -Sulfat usw. enthält, abhängig von dem Anion, das im Chromsalz-Reaktanten enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung erwägt ein stabiles synthetisches Chrom-Nicotinat- GTF-Material, das durch Reaktion zwischen einem Alkalimetallsalz der Nicotinsäure, wie z.B. Natriumnicotinat, und einem dreiwertigen Chromsalz, wie z.B. Chromchlorid, hergestellt wurde. Das rohe Chrom-Nicotinat-GTF-Material umfasst zumindest einen wesentlichen Anteil eines Trinicotin-Chrom-Komplexes (Chrom-Trinicotinat), und die Reaktionssequenz kann durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben werden:
Die exakte Struktur des Chrom-Trinicotinatmaterials ist nicht bekannt, noch ist dessen exakte Struktur für die vorliegende Erfindung kritisch. Jedoch glaubt man, dass die Struktur des Trinicotinat-Komplexes allgemein wie folgt wiedergegeben werden kann:
Es ist wahrscheinlich, dass die Gleichung (IV) illustrierte Reaktion nicht bis zum Abschluss verläuft und dass einiges an Dinicotinat-Komplex gebildet wird, woraus ein Produkt resultiert, welches sowohl Chrom-Trinicotinat- als auch Chrom- Dinicotinat-Mono-Anionen (z.B. Chlorid, Sulfat oder Acetat usw.) enthält. Es ist auch möglich, dass Chrom-Mononicotinat-Di-Anion im rohen Reaktionsprodukt anwesend sein kann oder eine polynukleare Spezies wie z.B. Dichrom- Pentanicotinat gebildet werden kann. Jedoch glaubt man, obwohl dies nicht erforderlich ist, dass Chrom-Trinicotinat das vorherrschende Reaktionsprodukt ist und die GTF-Aktivität im vorliegenden Chrom-Nicotinat-GTF-Material aufweist.
Nach seiner Bildung kann das Produkt dieser Erfindung getrocknet werden, z.B. bei Temperaturen zwischen ungefähr 10ºC und ungefähr 150ºC, vorzugsweise zwischen ungefähr 20ºC und ungefähr 100ºC, und bei weniger als 100% relativer Luftfeuchtigkeit. Zusätzlich kann das Produkt optional im Anschluss an seine Bildung gewaschen werden, um lösliche unreagierte Verbindungen zu entfernen, die eventuell während des Ausfallens aus der Lösung in dem Produkt eingeschlossen worden sind. Erwünschte Waschlösungen enthalten Wasser und andere Lösungsmittel, in denen das Chrom-Nicotinat-GTF-Material im Wesentlichen unlöslich ist.
Es wurde gezeigt, dass Produkte der vorliegenden Erfindung im intakten Säugetier eine Glukosetoleranzfaktor-Aktivität besitzen. Darüber hinaus zeigen die Produkte der vorliegenden Erfindung eventuell in vivo weitere Effekte, wie z.B. erhöhte Glukose-Oxidationsniveaus. Solche Produkte, bei denen sich die oben genannten physiologischen Effekte gezeigt haben, können in einer Vielzahl therapeutischer Anwendungen Verwendung finden, wie z.B. bei der Erhöhung der Glukosetoleranz in Chrom-defizitären Patienten und bei der Verstärkung des Insulineffekts in Diabetikern. Demnach können die erfindungsgemäßen Produkte sowie diese enthaltende Zusammensetzungen eine breite Verwendung als therapeutische Mittel finden.
Die vorliegende Erfindung stellt demnach auch Zusammensetzungen zur Verfügung, die eine effektive Menge an Verbindungen der vorliegenden Erfindung enthalten, die alleine dazu dienen kann, die oben angegebenen therapeutischen Vorteile bereitzustellen. Derartige Zusammensetzungen können auch gemeinsam mit physiologisch tolerablen Flüssigkeiten, Gelen oder festen Verdünnungsmitteln, Hilfsmitteln und Arzneimittelträgern zur Verfügung gestellt werden, z.B. wie in Remington's Pharmaceutical Sciences (16. Ausgabe, 1980) beschrieben.
Diese Produkte und Zusammensetzungen können zur tierärztlichen Verwendung an Säugetiere verabreicht werden, z.B. an Haustiere, und zu klinischen Verwendung an Menschen, auf eine Weise, die anderen therapeutischen Mitteln ähnlich ist. Im Allgemeinen wird die für die therapeutische Wirksamkeit erforderliche Dosis im Bereich zwischen ungefähr 0,01 und 1000 ug/kg liegen, noch üblicher zwischen 0,1 und 1000 ug/kg des Körpergewichts des Wirtes, abhängig von solchen Faktoren wie der Blutzucker-reduzierenden Aktivität des Chrom-Nicotinat-GTF- Materials und jedweden besonderen Erfordernissen des Patienten. Alternativ können Dosierungen innerhalb dieser Bereiche durch eine konstante Infusion über einen längeren Zeitraum, der üblicherweise 24 Stunden überschreitet, verabreicht werden, bis die gewünschten therapeutischen Vorteile erreicht worden sind.
Typischerweise sind solche Zusammensetzungen für eine orale Verabreichung hergestellt, entweder als flüssige Lösung oder als Suspension, um unabhängig oder als Nahrungsmittel-Ergänzung verabreicht zu werden. Orale Formulierungen umfassen solche normalerweise eingesetzten Arzneimittelträger wie z.B. pharmazeutische Qualitäten (grades) von Mannitol, Lactose, Stärke, Magnesium- Stearat, Natrium-Saccharin, Zellulose, Magnesiumcarbonat u. dgl.. Diese Zusammensetzungen enthalten 10-95% an aktivem Bestandteil, vorzugsweise 25- 70%, und besitzen die Form von Lösungen, Suspensionen, Tabletten, Kapseln, Depot-Formulierungen (sustained release formulations) oder Pulvern.
Zusätzliche Formulierungen die für andere Arten der Verabreichung geartet sind, können Zäpfchen, Intranasal-Aerosole umfassen, und in manchen Fällen werden die Zusammensetzungen parenteral verabreicht, z.B. durch Injektion, entweder subkutan oder intravenös. Als injizierbares Mittel wird der aktive Bestandteil oftmals mit Verdünnungsmitteln oder Arzneimittelträgern vermischt, die physiologisch tolerabel und mit dem Bestandteil kompatibel sind. Geeignete Verdünnungsmittel und Arzneimittelträger sind z.B. Wasser, physiologische Kochsalzlösung (sahne), Dextrose, Glycerol o. dgl. und deren Kombinationen. Zusätzlich können die Zusammensetzungen, falls erwünscht, kleine Mengen an Hilfssubstanzen umfassen, wie z.B. Befeuchtungs- oder Emulgiermittel, Stabilisier- oder pH-Puffermittel u. dgl.. Für Zäpfchen können traditionelle Bindemittel und Arzneimittelträger z.B. Polyalkylen-Glycole oder Triglyceride umfassen. Solche Zäpfchen können aus Mischungen gebildet werden, die den aktiven Wirkstoff im Bereich zwischen 0,5-10% enthalten, vorzugsweise 1-2%.
Zusätzlich zu den Produkten der vorliegenden Erfindung, welche GTF-Aktivität zeigen, können die Produkte der vorliegenden Erfindung auch als Intermediate eingesetzt werden, z.B. bei der weiteren Aufreinigung solcher nützlichen Verbindungen.

Experimentelles

Die folgenden Beispiele dienen zur Illustrierung bestimmter bevorzugter Ausführungsbeispiele und Aspekte der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden experimentellen Offenbarung sind alle Gewichte in Gramm (g), Milligramm (mg) oder Mikrogramm (ug) angegeben, alle Volumina sind in Liter (L) oder Milliliter (mL) angegeben und alle Wellenlängen sind in Millimikron (mu) angegeben, wenn nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Um die Synthese des Chrom-Nicotinat-GTF-Materials der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, wurde ein mutmaßlicher Trinicotinatkomplex wie folgt hergestellt:
Eine Lösung von 3,673 g Nicotinsäure (niacin) USP in 4,540 g destilliertem Wasser wurde unter Rühren vermischt. In diese Mischung wurden 1,224 g nahrungsmittelreine (food grade) Natriumhydroxid-Pellets (J.T. Baker Co.) unter Rühren hinzugegeben, wodurch eine Lösung gebildet wurde, die ein Alkalimetallsalz der Nicotinsäure enthält.
In einem separaten Behälter wurden 2,724 g reagentienreines (reagent grade) Chromchlorid-Hexahydrat (CrCl&sub3;·6H&sub2;O) zu 1,589 g destilliertem Wassers gegeben und gerührt, bis es vollständig aufgelöst war, um eine Lösung bereitzustellen, die ein dreiwertiges Chromsalz enthält.
Die Chromchloridlösung, die eine grüne Farbe hatte, wurde dann langsam unter schnellem Rühren zu der Nicotinsäuresalzlösung gegeben. Die Mischung bildete einen intensiv violetten Komplex, der aus der grünen Chromlösung ausfiel. Der Niederschlag wurde durch Filtration gesammelt und zum Trocknen auf Platten platziert.
Der intensive Farbwechsel von grün nach violett und das nachfolgende Ausfällen bezeichneten den chemischen Wechsel vom Chromion zum Komplex. Diese Farbverschiebung fand statt, weil die Atomorbitale des Chroms besetzt wurden und sich die Wellenlänge des absorbierten Lichtes dementsprechend verschob. Der Komplex fiel aus, weil er keine Ladung besaß, was anzeigte, dass die negativ geladenen Nicotinationen mit dem Cr&spplus;-Ion komplexiert worden waren.
Die Gegenwart des Komplexes in dem Chrom-Nicotinat-GTF-Material wurde des Weiteren durch die folgenden Analysen demonstriert:

Chemische Analyse

1. Feuchtigkeit = 6%-9%
2. Niacingehalt = 50%-66%
3. Chromgehalt = 8%-10%
4. Natriumanteil = 8%-11%
5. Chloridanteil = 12%-16%

Elementaranalyse

Der Anteil an bestimmten Elementen in einer representativen Probe des Produktes zeigte:
1. Kohlenstoff 43,21%
2. Wasserstoff 2,77%
3. Chrom 12,9%
4. Stickstoff 8,33%
5. Chlorid 3,31%

Polarographische Analyse

Eine eindeutige Verschiebung im E-1/2 wurde beobachtet. Jedoch waren keine guten qualitativen Ergebnisse möglich aufgrund des Umstands, dass Niacin ungefähr im selben Spannungsbereich reduziert wird.

UV-V.3 Spektren

Wie in der Figur gezeigt, wurden für Chromchlorid zwei Extinktionsmaxima im sichtbaren Bereich bei 637 mu und 461 mu beobachtet. Wenn der Komplex gebildet wurde, verschoben sich die Extinktionsmaxima nach 574 mu und 414 mu.

Infrarot-Spektroskopie

Proben des gemäß Beispiel 1 hergestellten Chrom-Nicotinat-GTF-Materials wurden mehrmals mit analysenreinem Wasser (analytical grade water) gewaschen und bei 120ºC für drei Stunden getrocknet. Chromat und Nicotinsäureproben wurden ebenfalls mittels IR-Spektroskopy analysiert. Die Proben wurden in einer 3%-igen Kaliumbromidlösung suspendiert und zwischen Natriumchloridprismen plattiert.
Als Extinktionskontrolle wurde eine Chromchlorid-Blindprobe hergestellt, indem 158 mg CrCl&sub3;·6H&sub2;O mit Ethanol auf 100 mL verdünnt wurden, um eine kellygrün gefärbte Lösung zu ergeben. Die Extinktionsmaxima im Bereich des sichtbaren Lichts waren 628 mu und 455 mu.
Die Resultate der IR-Analyse zeigten einen einzelnen asymmetrischen stretch peak im Bereich von 1630 reziproken Wellenzahlen.

Beispiel 2

Um die Verwendbarkeit alternativer Startmaterialien zur Herstellung des erfindungsgemäßen Produktes zu demonstrieren, wurden 290 mg Nicotinsäure und 249 mg Natriumcarbonat in 50 mL Wasser aufgelöst und der pH mit 0,5M NaOH auf 7,0 eingestellt. Dann wurden 158 mg CrCl&sub3;·6H&sub2;O in 50 mL Ethanol aufgelöst und die Nicotinat-Mischung wurde in die Chromchlorid-Lösung eingerührt. Ein violetter Komplex bildete sich bei fortgesetztem Rühren.
Die Extinktionsmaxima wurden auf einem Perkin Elmer 200 ultraviolett visible Spectrophotometer gemessen, und es stellte sich heraus, dass sie bei 568 mu und 424 mu lagen. Der violette Komplex-Niederschlag bildete, wenn getrocknet, ein kristallines Pulver, das in Ethanol oder Wasser im Wesentlichen unlöslich war.

Beispiel 3

Um die Verwendung alternativer polarer Lösungsmittel bei der Bildung des erfindungsgemäßen Produktes zu demonstrieren, wurde das Chrom-Nicotinat-GTF- Material generell gemäß der in Beispiel 1 dargelegten Prozedur synthetisiert, wobei das Lösungsmittel destilliertes Wasser war, und es wurde ebenso unter Verwendung von Ethanol, wasserfreiem Alkohol und Methanol als Lösungsmitteln hergestellt.
In jedem Fall wurden 36,73 g Nicotinsäure (niacin) USP zu 45,40 g des passenden Lösungsmittels gegeben, bis eine homogene Mischung gebildet wurde. Als nächstes wurden 17,46 mL NaOH (70%-ige Lösung) (12,24 g NaOH) zugegeben, um das Natriumsalz der Nicotinsäure zu bilden.
In einem separaten Behälter wurden 27,24 g CrCl&sub3;·6H&sub2;O (reagentienrein (reagent grade), J. T. Baker Chemical Co.) mit 15,9 g des passenden Lösungsmittels vermischt und verrührt, bis das CrCl&sub3; vollständig aufgelöst war. Die Chromchloridlösung wurde dann langsam in die Natriumnicotinatlösung gegeben.
Die Mischung wurde dann auf die Bildung von Niederschlag untersucht. Proben wurden entnommen und bei 100ºC über Nacht getrocknet, mit destilliertem Wasser gewaschen und bei 100ºC für zwei Stunden getrocknet.
Dieses GTF-Material wurde dann auf seine Farbe getestet. Die Proben des Komplexes, der gemäß der vorliegenden Erfindung in Ethanol, wasserfreiem Alkohol, Methanol und H&sub2;O hergestellt wurde, bildeten jeweils violett-blaue bis violett-graue Niederschläge, welche nach dem Trocknen dasselbe Farbpulver ergaben. Die Löslichkeitsprofile dieser Komplexe sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Beispiel 4

Um die Wichtigkeit des Nicotinsäuresalzes bei der Bildung eines Produktes gemäß der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, wurden 36,73 g Nicotinsäure (niacin) USP in 47 mL wasserfreiem Alkohol aufgelöst. In einem separaten Behälter wurden 27,24 g CrCl&sub3;·6H&sub2;O mit 16 g wasserfreiem Alkohol gemischt. Die Chromchloridlösung wurde langsam mit der Niacinlösung vermischt und für zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösung produzierte keinen Niederschlag.
Das Produkt dieses Beispiels bildete eine grünliche Lösung, die unter den Testbedingungen nicht ausfiel. Die getrocknete und gewaschene Probe bildete ein grünliches Pulver.
Die Proben des Komplexes, die in den Beispielen 1 bis 4 hergestellt worden waren, wurden auf ihre Löslichkeit in H&sub2;O, Methanol, Ethanol und wasserfreiem Alkohol getestet. Die Resultate der Flüssigkeitstests sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Es wurde angegeben, dass ein wahres GTF-Material die folgenden Charakteristika besitzen sollte:
1. Es muss die Glukosetoleranz verbessern;
2. es muss über die Plazenta hinweg transportiert werden;
3. der Metabolismus von Adipose-Gewebe muss erhöht werden (höhere Rate der Fett- und Glukose-Verbrennung); und
4. es muss anders als Chromchlorid metabolisiert werden und Teil eines anderen biologischen Pools für dieses Element werden.
Demgemäß wurden Proben des in Beispiel 1 gebildeten Chrom-Nicotinat- Reaktionsproduktes getestet, um ihre Verwendung als GTF-Material, wie oben umrissen, zu demonstrieren. Beispiel 5 Eine synthetische Ratten-Nahrung wurde als 2,2 g-Tablette mit der folgenden Formulierung hergestellt:
¹Vermarktet durch Edward Mendell Co., Inc. aus Carmel, N. Y., Emdex®, auch bekannt als Dextrates, ist die eingetragene Marke für eine hochaufgereinigte Dextrat-Verbindung aus freifließenden porösen Kugeln Sprüh-kristallisierter Maltose-Dextrose. Die Chemical Abstract Service-Registernummer ist 50-99-7.
²Vermarktet durch Davison Chemical Division von W. R. Grace & Co., SYLOID® feinzerkleinerte, synthetische amorphe Silicamaterialien sind multifunktionelle Nahrungsmittel-Additive.
³Vermarktet durch Edward Mendell Co., Inc., SOLKA-FLOC® ist die eingetragene Marke für eine Familie gepulverter Celluloseprodukte, die von Cellulosepulpe der nördlichen Harthölzer (Birke, Buche, Lerche und Pappel) abgeleitet sind. Die Chemical Abstracts Service Registernummer ist 9004-34-6.
Fünfzehn männliche Albinoratten, von denen jede zwischen ungefähr 180 und 200 g wog, wurden für zwei Wochen auf eine Diät der obigen synthetischen Rattennahrung gesetzt. Die Ratten wurden dann in drei Gruppen aus je fünf Subjekten aufgeteilt. Gruppe I wurde lediglich mit der obigen synthetischen Rattennahrung gefüttert. Gruppe II wurde mit der synthetischen Rattennahrung gefüttert, wobei 10 ppm des Chrom-Nicotinat-GTF-Materials aus Beispiel 1 dem Trinkwasser zugesetzt wurden. Gruppe III wurde mit der synthetischen Rattennahrung gefüttert, wobei Chrom als Chromchlorid 10 ppm Trinkwasser zugesetzt wurde. Dieses Diät-Regime wurde für sechs Wochen beibehalten.
Jedes Subjekt wurde alle zwei Wochen gewogen. Die Wachstumsraten der Subjekte jeder einzelnen Gruppe zeigten, dass das GTF-Chromprodukt einen merklichen Effekt auf das Gesamtkörpergewicht und den Gesamtfettanteil der Ratten hatte. Am Ende der sechs Wochen auf Diät wurden die Subjekte geopfert, seziert und die Organe auf ihren Chromgehalt hin getestet. Die Resultate des Tests auf Chrom waren wie in Tabelle 2 gezeigt.
Während der Sektion wurde festgestellt, dass die Subjekte in den Gruppen I und III große Menge an Adiposegewebe unterhalb der Haut und eingeschlungen in den Darm besaßen. Die Effekte des GTF-Chromprodukts hinsichtlich der Veränderung des Aufbaus von Fettgewebe in Subjekten der Gruppe II war nahezu unmittelbar. Die Wachstumsraten der Subjekten aus den Gruppen I und III war nahezu parallel, bis die Toxizität des Chromchlorids einen Abfall im Gewicht der Tiere in Gruppe III verursachte. Die beobachtete Toxizität stammt augenscheinlich aus einem schnellen Chromchlorid-Aufbau in den Nieren. Tabelle 2 Körperorgananalyse - Chromgehalt
Zusätzlich zu der Organanalyse wurde jedem Subjekt Blut entnommen, und das Serum wurde von den roten Blutzellen getrennt. Das Serum wurde auf Glukose, Triglyzeride und Cholesterol getestet. Die Resultate der Serum-Analyse waren wie in Tabelle III gezeigt. Tabelle 3 Serumanalyse
Dieses Beispiel zeigte, dass das GTF-Chrom anders als das Chromchlorid metabolisiert wird und dass es einem anderen biologischen Pool zufließt. Das GTF- Chrom erhöht auch die Geschwindigkeit des Fettstoffwechsels des Adiposegewebes.

Beispiel 6

Um zu demonstrieren dass das gemäß Beispiel 1 hergestellte Chrom-Nicotinat- GTF-Material über die Plazenta hinweg transportiert wird, wurden 15 getimed schwangere (timed pregnant) Albinoratten in drei Gruppen zu jeweils fünf Subjekten aufgeteilt. Diesen Ratten wurde es gestattet, sich für eine Woche zu equilibrieren, und dann wurden sie gewogen und auf das Diät-Regime des Beispiels 5 gesetzt. Gruppe I war die Kontrollgruppe und wurde mit der synthetischen Rattennahrung des Beispiels 5 gefüttert. Gruppe II wurde mit der synthetischen Rattennahrung mit der Ergänzung von 10 ppm des Chrom-Nicotinat-GTF-Materials des Beispiel 1 gefüttert, welches dem Trinkwasser zugesetzt war. Gruppe III wurde mit der synthetischen Rattennahrung gefüttert, die mit 10 ppm Chrom als Chromchlorid im Trinkwasser ergänzt war.
Am Ende von einer Woche wurden die Subjekte gewogen, geopfert, seziert und die Organe und Föten wie in Beispiel 5 analysiert. Die Resultate der Analyse waren wie in den Tabelle IV, V und VI gezeigt. Tabelle IV Organanalyse - Chromgehalt Tabelle V Serumanalyse Tabelle VI Gewichtsanalyse
Dieses Beispiel zeigte, dass im Verlaufe einer Woche das Chrom-Nicotinat-GTF- Material der vorliegenden Erfindung über die Plazenta hinweg transportiert wurde, wobei ein 30%-iger Anstieg im Chromgehalt des fötalen Gewebes gegenüber der Kontrollgruppe und ein 21%-iger Anstieg gegenüber der Chromchlorid- Gruppe erreicht wurde.
Es ist interessant, dass das Chrom-Nicotinat-GTF-Material keine hohen Gewebewerte erreicht, da es sich nicht in den Geweben konzentriert und eine sehr niedrige Toxizität besitzt. Jedoch weist es eine biologische Aktivität auf. Dies indiziert, dass das GTF-Produkt gegenüber Chrom im Körper anders wirkt und in einen anderen biologischen Pool eintritt.
Der Effekt des GTF auf den Fettstoffwechsel ist dramatisch, und das Gesamt- Körperfett ist wahrscheinlich der empfindlichste Indikator für die Aktivität des GTF-Chroms. Wiederum zeigte das Chromchlorid eine hohe Retationsrate in den Nieren.

Beispiel 7

Die Gewichts- und Organanalyse-Protokolle des Beispiels 6 wurden an einem zweiten Satz von Subjekten wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Tiere für zehn Tage anstelle von sieben supplementiert wurden, mit den Ergebnissen, die in den Tabellen VII und VIII gezeigt sind: Tabelle VII Organanalyse - Chromgehalt Tabelle VIII Gewichtsanalyse
Dieses Beispiel verifizierte den verbesserten Transport des Chrom-Nicotinat- GTF-Materials der vorliegenden Erfindung gegenüber Chromchlorid und bestätigte erneut die Toxizität von Chromchlorid in der Niere.
Im ersten Schwangerschaftstest (Beispiel 6) wurde das reduzierte Niveau des Körperfetts demonstriert, wobei die Körpergewichte nach der Entbindung und vor der Sektion bestimmt wurden; eine akkurate Bestimmungsmethode. In diesem Beispiel wurden die Körpergewichte vor der Sektion bestimmt, was es nicht erlaubte, hinsichtlich der Gewichte der Föten oder der Fluid-Retention. Jedoch wurde gefunden, dass die Gewichtsänderung für Gruppe I und Gruppe II ungefähr dieselbe war und sowohl für Gruppe I als auch II geringer war als für Gruppe III.
Aus den vorstehenden Beispielen wird offenbar, dass das Chrom-Nicotinat-GTF- Material der vorliegenden Erfindung die Charakteristika eines wahren GTF- Komplexes aufweist. Darüber hinaus, da die Beispiele eine Reduktion und/oder Steuerung des Adiposegewebe- und Serumlipid-Niveaus in den so behandelten Ratten illustriert, und da dies eine wohlbekannte Charakteristik von GTF- Verbindungen aus dem Stand der Technik ist, würde man erwarten, dass man ähnliche Effekte an Menschen feststellen würde, die mit dem vorliegenden Chrom-Nicotinat-GTF-Material behandelt werden. Vgl. z.B. Beispiel 2 des US- Patents 4,343,905.
Wenn die vorliegende Erfindung zur Chrom-Ergänzung (Supplementation) in Menschen verwendet wird, würde die anwendbare tägliche Dosis für die orale Verabreichung vom Maß der benötigten Chrom-Ergänzung abhängigen, kann aber von sowenig wie 4 ug bis soviel wie 500 bis 1000 ug variieren, basierend auf dem Chromgehalt des Chrom-Nicotinat-GTF-Materials. Eine solche Ergänzung könnte gemacht werden durch Zusatz des Materials zur Nahrung oder den Getränken des Individuums, oder durch Verabreichen von einer oder mehreren Tabletten, welche geeignete Niveaus des Chrom-Nicotinat-GTF-Materials enthalten.
Tabletten, die das GTF-Material der Erfindung enthalten, können z.B. durch Trockenmischen von 500 mg EMDEX®; 5 mg Magnesiumstearat, 2 mg SYLOID® 74 und 2 mg des erfindungsgemäßen Chrom-Nicotinat-GTF-Materials hergestellt werden. Die Trockenmischung wird dann zu Tabletten von ungefähr 7/16 Zoll Durchmesser gepresst. Eine 2 mg-Portion des vorliegenden GTF-Materials stellt ungefähr 200 ug Chrom zur Verfügung, basierend auf den vorliegenden Analysen.
Das verwendete GTF-Material ist vorzugsweise jenes, welches von dem Salz und Wasser befreit worden ist, wie z.B. durch Waschen des gemäß Beispiel 1 hergestellten Chrom-Nicotinat-GTF-Materials mit Wasser und Filtrieren mit einem Büchner®-Trichter unter Verwendung eines Whatman® Nr. 4 Filterpapiers. Das Filtrat wird dann mit zwei weiteren Volumina entionisierten Wassers ausgespült und der Filterkuchen bei 100ºC über Nacht getrocknet.
Das Chrom-Nicotinat-GTF-Material kann Nahrungsmitteln und Getränken zugesetzt werden, indem man es einfach in die Formulierung des Produktes einschließt. Z.B. kann es Brot in einer Menge von ungefähr 20 ug Chrom pro Scheibe auf der Stufe des Teigmachens zugesetzt werden. Dieses Niveau der Ergänzung würde es erforderlich machen, dass ungefähr 0,1% des Teigs das Chrom- Nicotinat-GTF-Material sind.
Bei Verwendung zur Behandlung von Menschen zum Zweck der Verbesserung der Glukostoleranz würde die Dosierung für gewöhnlich ungefähr 500 bis 1000 ug sein, basierend auf Chrom, pro Tag. Bei Verwendung zur Behandlung von Hyperlipidemie liegt die bevorzugte Dosis zwischen 2 und 4 mg Chrom pro Tag, basierend auf dem Chromniveau.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Chrom-Trinicotinat- Materials, das die Aktivität eines Glukosetoleranzfaktors aufweist, umfassend den folgenden Schritt:

Kontaktieren eines Alkalimetallsalzes von Nicotinsäure mit einer Lösung in einem polaren Lösungsmittel eines dreiwertigen Chromsalzes bei einer Temperatur zwischen etwa 5ºC und 60ºC, bis sich ein Chrom-Nicotinat-GTF-Material- Reaktionsprodukt als Niederschlag gebildet hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Reagieren eines Alkalimetallhydroxids, -carbonats oder -bicarbonats mit Nicotinsäure zur Bildung des Alkalimetallsalzes von Nicotinsäure.

3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend die folgenden Schritte:

Bilden des genannten Alkalimetallsalzes von Nicotinsäure durch Auflösen von Nicotinsäure in Wasser und Zugeben von Natriumhydroxid, -carbonat oder -bicarbonat zu der Nicotinsäurelösung unter Rühren;

Bilden der Chromsalzlösung durch Auflösen von CrCl&sub3;·6H&sub2;O in Wasser zur Bildung einer grünfarbenen Chromlösung;

Mischen der Lösung des Nicotinsäure-Natriumsalzes mit der Chromsalzlösung; und

Rühren, bis das grünfarbene Gemisch einen stark violetten Komplex bildet, der aus der Lösung ausfällt.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das polare Lösungsmittel aus alkoholischen und wässrigen Lösungsmitteln ausgewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Lösungsmittel Wasser umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Alkalimetallsalz von Nicotinsäure wenigstens ein Kation ausgewählt aus Natrium, Kalium, Lithium und Magnesium umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Chromsalz ein pharmazeutisch akzeptables Salz ist, das wenigstens ein Anion ausgewählt aus Chlorid, Sulfat, Acetat und Oxalat umfasst.

8. Chrom-Nicotinsäurekomplex-Reaktionsprodukt, umfassend das Produkt, das durch das Verfahren erhalten wurde, das das Vermischen eines Alkalimetallsalzes von Nicotinsäure mit einem dreiwertigen Chromsalz in einem Molarverhältnis von Nicotinsäuresalz zu dreiwertigem Chromsalz von 3 : 1 unter Bedingungen umfasst, die die Bildung eines Chrom-Nicotinat-GTF-Materials mit Glukosetoleranzfaktor-Aktivität zulassen.