DE69431527T2

DE69431527T2 - Verwendung von igf-1 und igfbp-3 zur herstellung eines arzneimittels zur behandlung von einer nierenerkrankung

Info

Publication number: DE69431527T2
Application number: DE69431527T
Authority: DE
Inventors: R. Higley; A. Maack
Original assignee: Celtrix Pharmaceuticals Inc
Current assignee: Celtrix Pharmaceuticals Inc
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: ATE225666T1; WO1995013824A1; EP0732933A4; CA2176709A1; AU690941B2; AU1098295A; US5723441A; DE69431527D1; EP0732933A1; JPH09509141A; EP0732933B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft die Behandlung von Nierenerkrankungen umfassend die Verwendung eines Komplexes, der den Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor (IGF) und ein den Insulin- ähnlichen Wachstumsfaktor bindendes Protein (IGFBP) enthält.

Hintergrund

Wachstumsfaktoren sind Polypeptide, die eine große Vielfalt biologischer Reaktionen (z. B. DNA-Synthese, Zellteilung, Expression bestimmter Gene usw.) in einer definierten Population von Zielzellen auslösen. Eine Vielzahl von Wachstumsfaktoren ist identifiziert worden, einschließlich dem transformierenden Wachstumsfaktor β1 (TGF-β1), TGF-β2, TGP- β3, epidermalem Wachstumsfaktor (EGF), Plättchenwachstumsfaktor (PDGF) Fibroblasten Wachstumsfaktor (FGF) und Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor-I (IGF-I) und IGF-II.
JGF-I und IGF-II sind in Sequenz und Struktur verwandte Polypeptide, wobei jedes Molekül ein Molekulargewicht von etwa 7500 Dalton aufweist. IGF-I vermittelt die Wirkungen des Wachstumshormons (GH) und ist somit der primäre Vermittler des Wachstums nach der Geburt. Hingegen wird vermutet, dass IGF-II eine größere Rolle im Fötenwachstum spielt. IGF-I wurde auch eine Rolle in den Aktivitäten verschiedener anderer Wachstumsfaktoren zugeordnet, da die Behandlung von Zellen mit derartigen Wachstumsfaktoren zur vermehrten Produktion von IGF-I führt. Sowohl IGF-I als auch IGF-II weisen Insulin-ähnliche Aktivitäten auf (daher der Name) und sind für Zellen in Reproduktionsgewebe, Muskel, Skelettgewebe und einer Vielzahl weiterer Gewebe mitogen.
Anders als die meisten Wachstumsfaktoren sind IGFs im Kreislauf in merklichen Quantitäten vertreten, jedoch wird nur ein geringer Anteil dieses IGF in freier Form im Kreislauf oder in anderen Körperflüssigkeiten vorgefunden. Der weit überwiegende Anteil von IGF zirkuliert als Bestandteil eines nicht-kovalent assoziierten ternären Komplexes aus IGF-I oder IGF-II, einem IGF-spezifischen Bindungsprotein, bezeichnet als IGFBP-3 und einem großen Protein, das als die säurelabile Untereinheit (ALS) bezeichnet wird. Dieser Komplex besteht aus äquimolaren Mengen von jedem der drei Bestandteile. Die ALS hat keine IGF direkt bindende Aktivität. Daher wird vermutet, dass diese Untereinheit nur an einen vorgeformten IGF-I/IGFBP-3 Komplex binden kann. Der ternäre Komplex aus IGF + IGFBP-3 + ALS weist ein Molekulargewicht von etwa 150.000 Dalton auf, und es ist vorgeschlagen worden, dass die Funktion einer derartigen Einheit im Kreislauf "als Reservoir und Puffer für IGP-I und IGF-II angesehen werden kann, die schnelle Änderungen an freiem IGF verhindert"; vgl. Blum, W. F. et al., (1991), "Plasma IGFBP-3 levels as clinical indicators", in "Modern Concepts in Insulin-like Growth Factors" (E. M. Spencer), Seiten 381-393.
Beinahe das gesamte IGF-I oder IGF-II und IGFBP-3 im Kreislauf sind miteinander komplexiert, so dass sehr wenig freies IGF oder IGFBP-3 nachweisbar ist. Hohe Werte an freiem IGF im Plasma müssen vermieden werden. Sie würden nämlich zu einer schwerwiegenden Hypoglykämie durch die IGF zuzuordnenden Insulin-ähnlichen Wirkungen auf den Glukosetransport in Gewebe führen. Im Gegensatz zu den IGFs und IGFBP-3 befindet sich ein substantieller Pool an freiem ALS im Plasma, der zur Bildung ternärer Komplexe mit exogen verabreichtem IGF-I/IGFBP-3 Komplex zur Verfügung steht.
Obwohl IGFBP-3 das am reichlichsten vorhandene IGF bindende Protein im Kreislauf ist, sind mindestens fünf weitere davon unterscheidbare IGF bindende Proteine (IGFBPs) in verschiedenen Geweben und Körperflüssigkeiten identifiziert worden. Obgleich diese Proteine IGFs binden, haben sie verschiedene Aminosäuresequenzen und stellen nicht lediglich prozessierte Formen eines gemeinsamen Vorläufermoleküls dar. Anders als IGFBP- 3 sind die anderen im Kreislauf vorkommenden IGFBPs nicht durch IGFs abgesättigt und stellen den Großteil der verfügbaren löslichen IGF-Bindungsstellen im Plasma dar. Außer IGFBP-3 kann keines der IGF bindenden Proteine den zirkulierenden, 150 kD großen ternären Komplex bilden.
IGF-I und IGFBP-3 können aus natürlichen Quellen aufgereinigt oder aus rekombinanten Quellen hergestellt werden. Beispielsweise wird IGF-I seit mehreren Jahren aus menschlichem Serum aufgereinigt. Vgl. Rinderknecht et al., (1976) Proc. Natl. Acad. Bei. (USA) 73: 2365-2369. Rekombinante Verfahren zur Herstellung von IGF-I sind in EP-A 0 128 733, veröffentlicht im Dezember 1984, dargestellt. IGFBP-3 kann aus natürlichen Quellen unter Verwendung von Verfahren, wie dargestellt in Baxter, et al. (1986) Biochem. Biophys. Res. Comm. 139: 1256-1261 aufgereinigt worden. IGFBP-3 kann synthetisch aus rekombinanten Quellen produziert werden, wie dargestellt in Sommer et al., (1991), in "Modem Concepts of Insulin-Like Growth Factors" (E. M. Spencer (Hrsg.) Elsevier, New York), Seiten 715-728.
IGF-I kann in Blutserum gemessen werden, um abnorme, mit dem Wachstum in Zusammenhang stehende körperliche Verfassungen zu diagnostizieren, z. B. hypophysärer Gigantismus, Acromegalie, Zwergenwuchs, verschiedene Wachstumshormonmängel, usw. Obwohl IGF-I in vielen Geweben hergestellt wird, wird vermutet, dass der Großteil des zirkulierenden IGF-I in der Leber synthetisiert wird.
Viele wichtige Bestandteile des IGF-Systems werden in der Niere vorgefunden. Die Niere hat Funktionen in der Aufrechterhaltung der Flüssigkeits- und Elektrolytbalance, der pH-Wert Kontrolle und der Filtration wie auch der Beseitigung metabolischer Abfallprodukte, während sie ferner wichtige Serumproteine resorbiert und in den Blutkreislauf rücküberführt. Darüber hinaus produziert die Niere verschiedene wichtige vaso- und haemato-regulatorische Stoffe als Reaktion auf Veränderungen im Gefäßtonus und der Blutzellmasse. Diese Aktivitäten werden auf der Ebene der Nephrone und des damit assoziierten Nierengefäßgeflechtes bewerkstelligt. Die anatomische Kompartimentierung der Niere ermöglicht, daß die durch die Glomerular-Kapillargefäßbündel und -kapsel und die gewundenen Segmente der epithelialen Tubuli durchgeführten Filtrations- und Resorptionsfunktionen in der äußeren Rinde des Organs stattfinden, während die osmoregulatorischen und Harnkonzentrationsfunktionen in den geraden haarnadelschleifenartigen Segmenten der epithelialen Tubuli und den Sammelkanälen der inneren Medulla wahrgenommen werden. Vgl. im allgemeinen Guyton, A. "Textbook of Medical Physiology", jüngste Auflage.
Die Bewertung der Wirksamkeit und Koordination dieser verschiedenen Nierenfunktionen und der Einfluß von verschiedenen regulatorischen Molekülen auf diese Funktionen ist durch die Verwendung unterschiedlicher Techniken sowohl im Menschen als auch in Versuchstieren bewerkstelligt worden. Die Konzentrationen der normalerweise ausgeschiedenen katabolen Endprodukte, Kreatinin und Harnstoff (üblicherweise berechnet als BUN) im Blut werden oft als indirekte Messungen der Nierenfunktion eingesetzt. Die Infusion verschiedener künstlicher nicht-metabolisierter Polysaccharide wie Inulin und PAH in den Blutkreislauf, verbunden mit der periodischen Entnahme von Blut- und Urinproben zur Bestimmung ihrer relativen Konzentrationen erlaubt ebenfalls die Berechnung sowohl der glomerulären Filtrationsrate (GFR) wie auch des Nieren-Plasmaflusses (RPF). Guyton, A., loc. cit. Die experimentelle Verminderung der Nierenmasse, wie beispielsweise in Modellen unilateraler Nephrektomie oder die Beeinträchtigung der Integrität der Niere, induziert durch Ligation der Nierenarterie (Miller et al., (1990) Amer. J. Physiol. 259: F747-751, Miller et al., (1992) PNAS 89: 11876-11880) wie auch verschiedene menschliche Krankheitsstadien (Ritz et al., (1991) Pediatr. Nephrol. 5: 509-512, Blum, W. et al., (1991) Pediatr. Nephrol. 5: 539-544) haben üblicherweise Verminderungen in der GFR und dem RPF und erhöhte Werte in Serumkreatinin und BUN zur Folge, die unterschiedlich schwerwiegend sind. Proteinurie und Veränderungen in den Harnelektrolyten sind ebenfalls Indikatoren für das Versagen der normalen Resorption der Tubuli in der geschädigten Niere. Miller et al., (1990) Amer. J. Physiol. 259: F747-751, Miller et al., (1992) PNAS 89: 11876-11880, Ritz et al., (1991) Pediatr. Nephrol. 5: 509-512, Blum et al., (1991) Pediatr. Nephrol. 5: 539-544.
Intrinsische Kompensations- und Reparaturmechanismen können die mit einer teilweise geschädigten Niere verbundenen Erkrankungen und Sterblichkeit beschränken. Die verbleibenden Nierengewebe werden hypertrophen und hyperplastischen Veränderungen unterworfen, die große Anteile der Nierenmasse und -funktion wieder herstellen können. Schlüsselmoleküle der Reparaturreaktionen sind vermutlich Wachstumshormon und die Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktoren. Mulrony et al., (1992) Endocrinology 130(1): 249- 256, Flyvbjerg et al., in "Modem Concepts of Insulin-Like. Growth Factors" (Hrsg. E. Spencer), 1991, Seiten 207-217. Es konnte gezeigt werden, daß diese Polypeptide Rezeptoren auf im wesentlichen allen Zellen und Geweben des Körpers haben und dort allgemeine anabole Wirkungen vermitteln. (Guyda, H., in "Modem Concepts of Insulin-Like Growth Factors" (Hrsg. E. Spencer), 1991. Seiten 97-109); es wurden jedoch einzigartige renotrophe Effekte beschrieben.
Es ist seit langem bekannt, dass Individuen mit Hypopituitarismus oder Tiere nach Hypophysektomie eine verminderte GFR aufweisen, während solche, die von einer Acromegalie betroffen sind, eine erhöhte GFR und Nierengröße und ein erhöhtes Nierengewicht haben. Ritz et al., (1991), supra. Die Verabreichung von GH an Menschen oder Versuchstiere bewirkt ein allmähliches Ansteigen der Nierenfunktion über einen Zeitraum hinweg, der vermuten lässt, dass ein weiterer Mediator, wahrscheinlich IGF, induziert wird. Miller et al., (1990), supra.
In der Niere wurden mRNAs für IGF-I, den IGF-I Rezeptor und den GH Rezeptor in unterschiedlichen Segmenten des tubulären Epithels nachgewiesen. Sowohl die IGF mRNA wie auch die Immunreaktivität erhöhen sich während der Nierenentwicklung und während der nach partieller Nephrektomie beobachteten kompensatorischen Wachstumsreaktion. Mulroney et al., (1992), supra., Chin et al., (1992) Endocrinology 131(6): 3061-3066. Der IGF-I Gehalt der Niere ist bei der krankhaften Nierenvergrößerung ebenfalls erhöht, wie sie bei Diabetes und Kaliummangel beobachtet wird. Flyvbjerg et al., (1991), supra, Bach et al., (1991) Diabetes Res. Clin. Pract. 14: 15-20.
Die Infusion bei Ratten, die partiell nephrektomiert worden waren oder die einem akuten ischämischen Niereninsultus ausgesetzt worden waren, mit IGF-I oder Analogen davon führte entweder zu einer beschleunigten Wiederherstellung der Nierenmasse oder der Nierenfunktion sowie einer allgemeinen Verminderung der Körpergewichtsabnahme und der Sterblichkeit. Miler et al., (1992), supra, Martin et al., (1991), Amer. J. Physiol. 261: F626- 633. Die pharmakologischen Wirkungen von IGF-I in diesen Modellen waren vergleichbar oder besser als jene, die in der Behandlung mit GH oder EGF beobachtet wurden.
Man hat ferner beobachtet, dass die Wachstumsverzögerung in Kindern mit chronischem Nierenversagen und der allgemeine Katabolismus im Endstadium von Nierenversagen und der Dialyse mit verminderten Serumwerten an biologischer Aktivität von IGF-I eher als an unzureichendem GH assoziiert ist. Blum et al., (1991), supra. Obwohl die Behandlung mit GH bei diesen Kindern in einer etwas erhöhten somatischen Wachstumsrate resultiert, verbessert sich der Zustand der Nierenerkrankung nicht und diese wird somit als Wachstumshormon "resistent" bezeichnet. Das Vorhandensein von unverhältnismäßig hohen Mengen an IGF bindenden Proteinen in urämischen Patienten kann die Reparaturmechanismen der Niere schädigen.
Daraus dann gefolgert werden, dass im Stand der Technik ein Bedarf besteht, Arzneimittel bereitzustellen, welche die Nierenstruktur modulieren oder die Nierenfunktion wiederherstellen, wobei diese Wirkung durch GH allein nicht erzielt wird. Es wurde berichtet, dass die Infusion von rekombinantem IGF-I in gesunde Menschen die GFR erhöht (Guler et al., (1989), PNAS 86: 2868-2872). Derartige Infusionen wurden als therapeutischer Ansatz für die Behandlung von Nierenerkrankungen empfohlen. Froesch et al., US-A 5,106,832 (Patenterteilung am 21. April 1992). Die Verwendung von IGF-I als Monosubstanz in diesen Indikationen kann jedoch zu mindestens einem schwerwiegenden Nachteil führen, nämlich der Entwicklung einer Hypoglykämie nach der Bolusverabreichnung hoher Dosen an IGF-I.
Obgleich tatsächlich in Gesunden oder in Zwergpudeln, die zur Messung der Nierenfunktion mit 20 ug/kg IGF-I behandelt worden waren, keine einschränkende Hypoglykämie beobachtet wurde (Froesch et al., loc cit.) hatte die intravenöse Verabreichung von 100 ug/kg IGF-I in einem früheren Test zur Wirkung von IGP-I in den meisten Testsubjekten akute hypoglykämische Schübe zur Folge. Guler et al., (1987) N. Engl. J. Med. 317: 137-140. Obwohl diese Nebenwirkungen durch langsame Infusion von IGF-I oder durch mehrfache subkutane Behandlung mit niedrigen IGF-I Dosen möglicherweise teilweise vermieden werden kann, liefern diese Verfahren gegebenenfalls nicht die nötigen supraphysiologischen Werte ohne gleichzeitig eine Hypoglykämie zu verursachen.

Offenbarung der Erfindung

In Anbetracht dieses Standes der Technik stellt die vorliegende Erfindung einen unerwarteten Befund dahingehend dar, dass die Behandlung mit einem IGF-I/IGFBP-3 Komplex die Nierenmasse vergrößern und die Nierenfunktion verändern kann. Dies kann in der Behandlung von Patienten nützlich sein, die an akutem Nierenversagen oder Insuffizienz leiden, die eine Folge von Erkrankungen wie akute Tubulusnekrose nach Ischämie oder Medikamenten vermittelter Toxizität, diabetische Nephropathie oder Autoimmunnephropatie sind.
Die Behandlung mit dem IGF-I/IGFBP-3 Komplex in einem bestimmten Verhältnis von Wachstumsfaktor zu Bindungsprotein stellt eine Therapie dar, die den Behandlungserfolgen mit IGF allein, IGF in Kombination mit GH, IGF komplexiert mit anderen Bindungsproteinen und dem IGFBP-3 Komplex in einem anderen als dem optimalen Verhältnis von Wachstumsfaktor zu bindendem Protein von 1 : 1 überlegen ist.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform schließt die Behandlung von Nierenerkrankungen unter Verwendung eines Komplexes ein, der einen Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor (IGF) und das Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor bindende Protein-3 (IGFBP-3) in einer Menge enthält, die ausreicht, Nierenerkrankungen gemäß Anspruch 1 zu behandeln.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der im Komplex verwendete IGF IGF-I. In einer weiteren Ausführungsform sind IGF und IGFBP in äquimolaren Mengen vorhanden. In noch einer anderen Ausführungsform sind sowohl IGF als auch IGFBP-3 nicht- glykosilierte menschliche Proteine aus rekombinanten Quellen. Der Komplex aus IGF und IGFBP-3 ist durch subkutane Injektion verabreichbar. Das Individuum, dem der Komplex verabreicht werden kann, ist ein Säuger. Die Menge an verabreichtem IGF-I/IGFBP-3 Komplex kann mindestens etwa 0,05 bis 10 mg/kg/Tag betragen.
Während die Erfinder nicht durch eine bestimmte Theorie gebunden sein wollen, schlagen sie vor, dass die Verabreichung von IGF-I in Kombination mit IGFBP-3 zu einer allmählichen Freisetzung von freiem IGF in supraphysiologischen Mengen führt, ohne dass Hypoglykämie verursacht wird. Dies kann entweder vor oder nach der Aufnahme des zirkulierenden IGF- I/IGFBP-3 Komplexes in die Nieren vonstatten gehen. Die Behandlung mit dem IGF- I/IGFBP-3 Komplex vermehrt die Nierenmasse und potenziert oder stimuliert die Nierenfunktion.

Kurze Beschreibung der Figur

Fig. 1 zeigt die Wirkung der Behandlung mit Dosen des IGF-I/IGFBP-3 Komplexes oder äquivalenter Dosen von IGF-I allein auf das Nierengewicht als prozentualer Anteil des Gesamtkörpergewichts.

Ausführungsarten der Erfindung

Definitionen

Wie hier verwendet, sind "Nierenerkrankungen" definiert als Niereninsuffizienz verbunden mit einer früheren Krankheitsgeschichte akuten Nierenversagens, die gegebenenfalls Dialyse nötig macht; körperliche Verfassungen wie akute durch Ischämie hervorgerufene Tubulusnekrose, Nierenfunktionsstörung assoziiert mit Diabetes oder Autoimmunnephropatien, durch nephrotoxische Medikamente oder renotoxisehe Immunsuppressiva, die bei Organtransplantationen verabreicht werden, hervorgerufene Nebenwirkungen.
"Subjekte" sind definiert als Menschen, landwirtschaftliche Nutztiere, die Säuger sind, im Sport eingesetzte Tiere und Haustiere. Landwirtschaftliche Nutztiere schließen Kühe, Schweine und Schafe ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Im Sport eingesetzte Tiere schließen Hunde und Pferde ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Kategorie Haustiere schließt Katzen und Hunde ein, ist aber nicht darauf beschränkt.
"Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor (IGF)" umfasst eine Familie von Faktoren und schließt IGF-I und IGF-II ein, ohne darauf beschränkt zu sein. IGF ist ein Polypeptid mit einem Molekulargewicht von etwa 7500 Dalton. IGF kann aus natürlichen Quellen erhalten oder mit rekombinanten oder chemischen Mitteln hergestellt werden.
"Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor bindende Proteine (IGFBP)" umfasst eine Familie von Bindungsproteinen die IGFBP-1, IGFBP-2, IGFBP-3, IGFBP-4, IGFBP-5 und IGFBP-6 einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist. IGFBP kann aus natürlichen Quellen erhalten oder mit rekombinanten oder chemischen Mitteln hergestellt werden. Mindestens eine IGFBP Form (beispielsweise IGFBP-3) komplexiert mit IGF und mit einem dritten Molekül, das unter dem Namen ALS geführt wird.
Wie hier verwendet, enthält eine "therapeutische Zusammensetzung" definitionsgemäß IGF, der mit seinem Bindungsprotein IGFBP-3 komplexiert ist. Die therapeutische Zusammensetzung kann ferner Exzipienten wie Wasser, Mineralien und Träger wie Proteine enthalten.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung kann zur Behandlung und Abschwächung von Befinden in Subjekten eingesetzt werden, die unter Niereninsuffizienz oder -versagen, wie in Anspruch 1 beschrieben, leiden, wobei IGF-I und IGFBP-3 verabreicht werden.
Beinahe der gesamte IGF-I oder IGF-II komplexiert mit IGFBP-3 und IGF/IGFBP-3 zirkulieren normalerweise in der Form eines Komplexes in Menschen und anderen Säugern. Dieser Komplex assoziiert mit einem dritten Protein (ALS), das im Überschuß im Vergleich zur Konzentration von IGF-I und IGFBP-3 vorhanden ist. Daher wird ALS sowohl in mit dem IGF/IGFBP-3 Komplex assoziierter als auch in freier Form vorgefunden. Der so erhaltene ternäre Komplex hat eine Größe von etwa 150 kD. Die Verabreichung von IGF-I und IGFBP- 3, entweder aus natürlichen oder rekombinanten Quellen, als vorgeformter Komplex resultiert in der Bildung des normalen ternären Komplex mit dem im Überschuß vorhandenen ALS. Diese Behandlungsart scheint über einen langen Zeitraum eine Erhöhung der Werte an zirkulierendem IGF zu bewirken, der allmählich aus dem ternären Komplex freigesetzt wird. Dieser Verabreichungsmodus vermeidet die mit der Verabreichung von freiem IGF-I verbundenen schädlichen Nebenwirkungen, z. B. Hypoglykämie, Suppression von Wachstumshormon und ALS Produktion und Freisetzung von endogenem IGF-II, da der verabreichte exogene freie IGF-I endogenen IGF-II in normal zirkulierenden IGF-II/IGFBP-3 Komplexen ersetzt. Darüber hinaus kann eine größere Gesamtdosis an IGF-I sicher verabreicht werden, wenn mit seinem Bindungsprotein IGFBP-3 komplexiert, da der Komplex vor der Entstehung der schädlichen Hypoglykämie schützt. Obgleich diese Nebenwirkung der Verabreichung von freiem IGF-I teilweise durch langsame Infusion oder mehrere Behandlungen mit niedrigen IGF-I Dosen vermieden werden kann, stellt eine langsamere Infusion gegebenenfalls nicht die benötigten supraphysiologischen IGF Werte zur Verfügung. Daher ist die Behandlung mit dem IGF-I/ IGFBP-3 Komplex geeigneter, weniger kostenintensiv, wahrscheinlich wirksamer und erhält vermutlich eher die Einwilligung des Patienten.
Die Formulierung, Verabreichung und Dosierung wird von der zu behandelnden Krankheit und der Krankheitsgeschichte des Patienten abhängen. Diese Faktoren werden ohne weiteres während der Therapie bestimmt. Geeignete Patienten mit Nierenerkrankungen können anhand ihrer Krankengeschichte, körperlichen Befunde und Labortests identifiziert werden. Die Krankengeschichte kann Tatsachen wie akutes oder chronisches Nierenversagen infolge von Diabetes, Ischämie, Medikamenten-induzierter Toxizität, post- Transplantationsabstoßungsreaktionen mit oder ohne den Bedarf für Dialyse, Glomerulonephritis, Glomerulosklerose, interstitielle Nephritis und akute Tubulusnekrose zu Tage fördern. Die Patienten können körperliche Befunde wie Anurie, Lethargie, Koma und eine allgemein verminderte Wachstumsrate aufweisen. Aussagekräftige Laborergebnisse schließen erhöhte Plasmawerte für Kreatinin, Harnstoff und Harnsäure (BUN), Proteinurie, verminderte GFR, RPF und Nierengröße, durch ein Urogramm ermittelt, ein verändertes Säure-Base Gleichgewicht und Veränderungen in dem spezifischen Gewicht des Urins ein. Erfindungsgemäß enthält die Formulierung IGF-I und IGFBP-3.
Vorzugsweise ist der IGF IGF-I, obwohl auch IGF-II nützlich sein kann. Da IGF und IGFBP- 3 natürlicherweise einen Komplex im molaren Verhältnis von 1 : 1 formen, ist eine Zusammensetzung bevorzugt, die IGF und IGFBP-3 in äquimolaren Mengen enthält. Das Produkt kann jedoch so formuliert werden, dass sich die molaren Verhältnisse von IGF-I und IGFBP-3 in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 bewegen. Stärker bevorzugt bewegt sich das molare Verhältnis in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,3. Am stärksten bevorzugt wird das Produkt mit einem molaren Verhältnis von etwa 1 : 1 formuliert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind IGF-I und IGFBP-3 menschliche Proteine aus natürlichen oder rekombinanten Quellen. Besonders bevorzugt sind IGF-I und IGFBP-3 menschlicher IGF-I und menschliches IGFBP-3, hergestellt durch rekombinante Verfahren und bezeichnet als rhIGF-I bzw. rhIGFBP-3. rhIGFBP-3 kann in glykosilierter wie auch in nicht glykosilierter Form vorkommen. E. coli ist eine Quelle von nicht glykosiliertem IGFBP- 3. Glykosiliertes IGFBP-3 kann aus Eierstockzellen des Chinesischen Hamsters (Chinese hamster ovary (CHO)) gewonnen werden.
Die vorliegende Erfindung formuliert die Kombination in Verabreichungsarten, die dem Fachmann unmittelbar zugänglich sind. Vorzugsweise werden IGF und IGFBP-3 vor der Verabreichung an das zu behandelnde Individuum komplexiert. Bevorzugt wird der Komplex gebildet durch Vermischen von etwa äquimolaren Mengen an IGF-I und IGFBP-3, gelöst in physiologisch verträglichen Trägem wie normale Salinelösung oder phosphatgepufferte Salinelösung. Besonders bevorzugt werden eine konzentrierte Lösung an rhIGF-I und eine konzentrierte Lösung an rhIGFBP-3 lange genug zusammen gemischt, so dass ein äquimolarer Komplex gebildet wird.
Abhängig von der Verabreichungsweise können die Zusammensetzungen des Komplexes in der Form von festen, halbfesten oder flüssigen Dosierungspräparaten vorkommen, z. B. als Tabletten, Pillen, Pulver, Kapseln, Flüssigkeiten, Suspensionen o. ä.. Physiologisch verträgliche Träger schließen intravenöse Lösungen, wie normale Saline, Serumalbumin, 5%ige Dextrose, Plasmapräparate und andere Protein enthaltende Lösungen ein. Der bevorzugte Träger für die parenterale Verabreichung des Komplexes ist eine sterile, isotonische wässrige Lösung wie normale Saline oder 5%ige Dextrose. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Lösung des Komplexes in ein Implantat eingesetzt werden, wie eine osmotische Pumpe, damit der Komplex über einen verlängerten Zeitraum langsam freigesetzt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann der Komplex in für die anhaltende Freisetzung ("sustained release") konzipierten Trägerformulierungen wie semi-permeablen Polymerträgern in der Form von Suppositorien oder Mikrokapseln bereit gestellt werden. Vgl. z. B. US-A 3,773,919 zu Mikroverkapselte Matrices enthaltend Polylactide zur anhaltenden Freisetzung, Sidmon et al., (1983) Biopolymers 22 (1): 547-556 betreffend Copolymere aus L-Glutaminsäure und Gamma v-Ethyl-L-Glutamat, Langer et al., (1981) J. Biomed. Res. 15: 167-277 betreffs Poly (2-hydroxyethylmethacrylat) usw.
Die Verabreichungsroute führt dem Individuum den Komplex auf sichere, physiologisch wirksame Weise zu. Der Komplex kann über die intranasale, subkutane, intravenöse, intraperitoneale oder andere übliche Routen verabreicht werden. Vorzugsweise wird der Komplex subkutan, intravenös oder intramuskulär verabreicht. Besonders bevorzugt ist der Komplex durch subkutane Injektion verabreichbar. Bei subkutaner Injektion scheint der Komplex an der Injektionsstelle nicht toxisch oder mitogen zu sein.
Die Dosis des zu verabreichenden Komplexes kann durch den Fachmann auf der Basis der vorstehend diskutierten üblichen Symptome des Patienten ohne weiteres ermittelt werden. Sofern der Komplex den Menschen täglich verabreicht wird, beträgt die Dosis des Komplexes mindestens etwa 0,05 mg IGF/kg Körpergewicht pro Tag, komplexiert mit einer äquimolaren Menge an IGFBP-3. Stärker bevorzugt beträgt die tägliche Dosis des Komplexes für Menschen mindestens 0,1 mg IGF-I/kg/Tag, komplexiert mit einer äquimolaren Menge an IGFBP-3. Sofern tägliche Dosen von mehr als etwa 0,5 mg IGF-I/kg verabreicht werden müssen, kann die Dosis aufgeteilt werden und an zwei oder mehr Stellen subkutan injiziert werden.
Falls der IGF-I/IGFBP-3 Komplex den Menschen zweimal pro Woche verabreicht wird, so beträgt jede Dosis des Komplexes vorzugsweise mindestens etwa 0,1 mg IGF-I/kg Körpergewicht, komplexiert mit einer äquimolaren Menge an IGFBP-3. Für die Verabreichung des Komplexes zweimal pro Woche beträgt dessen Dosis stärker bevorzugt mindestens 0,5 mg IGP-I/kg, komplexiert mit einer äquimolaren Menge an IGFBP-3. Es gibt keine obere Grenze für die Dosierung. Bevorzugt ist jedoch, dass eine Einzel-Dosis 10 mg IGF-I/kg Körpergewicht nicht übersteigt, wenn der IGF mit einer äquimolaren Menge an IGFBP-3 komplexiert ist. Diese Dosen des IGF/IGFBP-3 Komplexes sollten aller Voraussicht nach nicht zu signifikanter Hypoglykämie führen, da IGFBP-3 die Bindung von IGF an zelluläre Insulinrezeptoren verlangsamt.
Vorzugsweise wird dem Patienten mit einer Nierenerkrankung anfangs eine relativ niedrige Dosis des Komplexes verabreicht, beispielsweise 0,05 mg IGF-I/kg Körpergewicht pro Tag mit einer äquimolaren Menge an IGFBP-3. Die vorstehend vorgestellten Faktoren sollten überwacht werden um festzustellen, ob es einen Fortschritt gibt. Der Patient sollte verminderte Werte in Plasmakreatinin, Harnstoff, Proteinurie und eine verminderte Dialysefrequenz sowie einen Anstieg in der GFR, RPF, Harnausstoß und Größe der Niere aufweisen, ferner eine Rückbildung der Tubulusnekrose und eine Steigerung der allgemeinen Wachstumsrate nach einer derartigen Behandlung. Sofern der Patient die Verbesserungen bei Gabe der niedrigen Dosis zeigt, sollte die niedrige Dosis vorzugsweise fortgesetzt werden, bis eine Verbesserung des allgemeinen Gesundheitszustandes eintritt. Ein derartiges Ergebnis erfordert gegebenenfalls eine mehrfache Wiederholung der Therapie.
Wenn der Patient auf die Therapie mit der niedrigen Dosis an IGF-I und IGFBP-3 nicht mit einer ausreichenden Rückbildung der Anzeichen und Symptome der Nephropathie reagiert, sollte die Dosierung des Komplexes allmählich angehoben werden, bis ein derartiges Ergebnis erzielt wird.
Die Erfindung ist durch die Beschreibung in direkter Weise offenbart worden. Die nachfolgenden Beispiele sollen Ausführungsformen erläutern, die nun für die Ausführung der Erfindung bekannt sind. Die Erfindung darf jedoch nicht als durch diese Beispiele beschränkt angesehen werden.

Beispiel 1

Vergleich des IGF-I/IGFBP-3 Komplexes mit IGF-I allein

Etwa zwei Wochen vor dem Beginn der Studie wurden Gruppen von 10 männlichen Sprague- Dawley Ratten einer Hypophysektomie (HYPOX) unterworfen und anschließend zweimal täglich für acht Tage durch subkutane Injektion mit verschiedenen Dosen an IGF-I, IGF-I/IGFBP-3 oder dem Salineträger behandelt. Die eingesetzten Dosierungen und Behandlungsbedingungen sind nachfolgend aufgeführt:
Gruppe I: HYPOX - Saline
Gruppe IV: HYPOX - 30 ug, IGF-I
Gruppe V: HYPOX - 150 ug IGF-I
Gruppe VIII: HYPOX - 30 ug IGF-I + 120 ug IGFBP-3
Gruppe IX: HYPOX - 150 ug IGF + 600 ug IGFBP-3
Nicht dargestellt sind Daten der Gruppen II, III, VI und VII, die mit Wachstumshormon oder IGFBP-3 allein behandelt wurden und keine relevanten Auswirkungen auf das Nierengewebe zeigten.
Die verstehenden Dosierungen sind als Gesamtverabreichung pro Ratte pro Tag wiedergegeben und wurden in zwei gleichen Injektionsvolumina von je 0,2 ml etwa 11 Stunden nacheinander verabreicht. Der Bereich des anfänglichen Körpergewichtes für alle Gruppen von Ratten betrug 55,8-64,9 g. Beim Abschluß der Studie, nach der Abnahme von Blut unter Anästhesie wurden die Tiere durch zervikale Dislokation getötet und ausgewählte Organe zur Bestimmung des Nassgewichts von Gewebe entnommen.
Fig. 1 zeigt die Wirkung der Behandlung mit zwei Dosen des IGF-I/IGFBP-3 Komplexes oder äquivalenten Dosen an IGF-I allein auf das Gewicht der Niere prozentual zum Gesamtkörpergewicht. Es wurde ein statistisch signifikanter Anstieg des durchschnittlichen Nierengewichts prozentual zum Gesamtkörpergewicht im Vergleich zu Saline-behandelten Kontrollen beobachtet, hervorgerufen durch Behandlung sowohl mit 30 ug IGF-I allein wie auch mit der Kombination 30 ug IGF-I + 120 ug IGFBP-3. Es gab keinen Dosis-Antwort Effekt durch erhöhtes freies IGF-I auf die Gewichtszunahme der Niere. Allerdings verendete die Hälfte der mit 150 ug freiem IGF-I behandelten Ratten als Folge dieser Behandlung. Obwohl Konzentrationen an Glukose im Blut nicht gemessen wurden, war die Todesursache vermutlich akuter hypoglykämischer Schock, eine wohl bekannte Folge der Bolusverabreichung dieser Dosis an freiem IGF-I. Alle Ratten, die eine äquivalente Dosis von IGF-I und IGFBP-3 erhielten, überlebten die Studie, wiesen eine Zunahme des Nierengewichtes auf und zeigten die durch die Verabreichung von IGF-I als Komplex mit IGFBP-3 erzielte erhöhte Sicherheitsmarge. Diese Befunde zur Hemmung des Nierenwachstums in dem Hypophysektomie Modell belegen, dass in einer Lage akuter oder chronischer Nierenschädigung höhere Dosen an IGF-I in sicherer Weise zusammen mit IGFBP-3 verabreicht werden können und eine schnellere Wiederherstellung der Nierenfunktion erwartet werden kann.

Beispiel 2

Vergleich der Wirkungen des IGF-I/IGFBP-3 Komplexes und von IGF-I allein auf die Gesundung der Niere

Adulte Sprague-Dawley Ratten werden anästesiert und die Bauchhöhle durch einen Medianschnitt exponiert. Mikrogefäßklemmen werden an beiden Nierenarterien befestigt, um den Blutfluß für 75 Min. vollständig zu stoppen. Danach werden die Klemmen entfernt und man lässt die Nieren reperfundieren, bevor der Einschnitt verschlossen wird. Die Tiere werden in die nachfolgenden fünf Behandlungsgruppen unterteilt:
Gruppe I: Ischämie - Träger
Gruppe II: Ischämie - 150 ug IGF-I (Bolusinjektion)
Gruppe III: Ischämie - 150 ug IGF-I (Infusion)
Gruppe IV: Ischämie - 150 ug IGF-I + 600 ug, IGFBP-3
Gruppe V: Ischämie - 250 ug IGF-I + 750 ug IGFBP-3
Mit der Behandlung wird 30 Minuten nach dem chirurgischen Eingriff begonnen und die Verabreichung erfolgt einmal täglich für sieben Tage durch subkutane Injektion bei allen Gruppen außer Gruppe III. Den Tieren der Gruppe III wird subkutan eine Alzet Minipumpe implantiert, die IGF-I bei einer konstanten Rate von 150/ug pro Tag über den gesamten Zeitraum des Versuchs freisetzt. Die Tiere werden sieben Tage lang täglich gewogen. Ferner wird ihnen sowohl vor der Induktion der Tubulusnekrose und täglich danach Blut aus der Schwanzvene entnommen, um Glukose, den Hämatokrit, Serumkreatinin, BUN und Kalium zu messen. Messungen der Nierenfunktion werden bei allen Ratten an Tag 2 nach der Okklusion und Beginn der Therapie durchgeführt. Unter Betäubung werden Katheter in die linke Femoralarterie und -vene sowie in die Blase eingeführt. Eine erste Reaktion hervorrufende ("priming") Dosen an Inulin und PAH werden in normaler Saline verabreicht. Anschließend wird eine konstante Infusion von 40 ul/Min. an Inulin und PAH eingeleitet, so dass Plasmawerte von 50-100 mg/dl bzw. 1-2 mg/dl aufrechterhalten werden. Nach einer 60minütigen Äquilibrationsdauer werden vier aufeinander folgende 20 Min. Sammlungen von Urin und Blut durchgeführt, um Inulin- und PAH-Werte durch Standardtechniken zu ermitteln. Die glomeruläre Filtrationsrate (Inulinabbau) und der Nierenplasmafluß (PAH- Abbau) werden berechnet und als prozentualer Wert des Körpergewichts dargestellt.
Ratten, die Tag 7 überleben, werden getötet. Die Nassgewichte der Nieren werden ermittelt. Anschließend werden die Nieren für die histopathologische Untersuchung aufbereitet. Von den in Formalin fixierten, in Paraffin eingebetteten Nieren werden Schnitte hergestellt und mit Hämatoxylin/Eosin und Perjodsäure/Schiffsches Reagens gefärbt. Ein pathologisches Auswertungssystem wird verwendet, um die Schwere und das Ausmaß der akuten Tubulusnekrose einzustufen anhand von 1) Epithel Verkalkung, 2) Tubuluserweiterung und Verlust des Bürstensaums, 3) proximale Tubulusproliferation und 4) interstitielles Infiltrat.

Vergleichsbeispiel 3

Behandlung von Nierenversagen im Endstadium oder chronischem Nierenversagen

Kinder und erwachsene Patienten, die an Nierenversagen im Endstadium (ESRF) und chronischen Nierenversagen (CFR) als Folge unterschiedlicher Ursachen leiden (entweder an der Dialyse oder mit residualer glomerulärer Filtration) werden in zwei Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe erhält ein Placebo und eine wird durch tägliche subkutane Injektion mit IGF-I und seinem Bindungsprotein IGFBP-3 behandelt. Die Dosierung von IGF-I/ IGFBP-3 bewegt sich im Bereich von 750 ug/kg/Tag bis 2 mg/kg/Tag an IGF-I (mit äquimolaren Mengen an IGFBP-3) und wird für 7 bis 130 Tage oder bis ein therapeutischer Effekt beobachtet wird, fortgeführt. Venöses Blut wird am Basisniveau und während des Behandlungsverlaufs entnommen. Serum oder Plasma werden bis zur weiteren Untersuchung bei -200ºC gelagert. 24 Stunden Urin Sammlungen werden ebenfalls erstellt und auf gleiche Weise gelagert. Gesamtserum-IGF-I und freies IGF werden durch Radioimmuntests gemessen. Blutglukosewerte und Plasmawerte von Kreatinin, Harnstoff und Harnsäure werden im Autoanalysegerät gemessen. Albumin im Urin wird durch ein immunturbidimetrisches Verfahren gemessen. Die Bestimmung der Nierengröße erfolgt durch ein Urogramm am Basisniveau und am Ende der Studie.

Claims

1. Verwendung von IGF-I und IGFBP-3 für die Herstellung eines Medikaments zur Behandlung einer Nierenerkrankung bei einem Patienten, wobei die Nierenerkrankung ausgewählt ist aus akutem Nierenversagen, diabetischer Nephropathie und/oder Autoimmunnephropathie.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Nierenerkrankung eine akute Tubulusnekrose ist.

3. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die akute Tubulusnekrose durch Ischämie oder arzneistoffinduzierte Toxizität hervorgerufen wird.

4. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Nierenerkrankung diabetische Nephropathie ist.

5. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Nierenerkrankung Autoimmunnephropathie ist.

6. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der IGF-I und das IGFBP-3 subkutan, intravenös, intramuskulär oder über eine implantierte Vorrichtung verabreicht werden können.

7. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Medikament subkutan in einer Dosis von etwa 0,05 mg IGF-I pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag verabreicht werden kann, wobei der IGF-I zusammen mit einer äquimolaren Menge an IGFBP-3 verabreicht wird.

8. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Behandlung von Menschen, landwirtschaftlichen Nutztieren, die Säuger sind, Sporttieren und Haustieren.

9. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der IGF-I aus natürlichen Quellen erhalten oder mit rekombinanten oder chemischen Mitteln hergestellt wird.

10. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das IGFBP-3 aus natürlichen Quellen erhalten oder mit rekombinanten oder chemischen Mitteln hergestellt wird.