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Die
vorliegende Erfindung betrifft die organische Chemie und die Peptidchemie
mit einer Anwendung auf pharmazeutische Forschung und Entwicklung.
Die Erfindung liefert neue Peptidderivate und Zusammensetzungen,
die zur Heraufregulierung der Insulinexpression bei Säugern und
zur Behandlung von Diabetes brauchbar sind.
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Endokrine
Sekretionen von Pankreasinselzellen werden durch komplexe Kontrollmechanismen
reguliert, die nicht nur durch aus dem Blut stammende Metaboliten
gesteuert werden, wie Glucose, Aminosäuren und Katecholamine, sondern
auch durch lokale parakrine Einflüsse. Die hauptsächlichen
Pankreasinselzellhormone, nämlich
Glucagon, Insulin und Somatostatin, wechselwirken mit spezifischen
Pankreaszelltypen (jeweils A, B und D Zellen), um die Sekretionsreaktion
zu modulieren. Obwohl die Insulinsekretion vorwiegend durch die
Blutglucosespiegel kontrolliert wird, hemmt Somatostatin die durch
Glucose vermittelte Insulinsekretion. Zusätzlich zur parakrinen Regulation
der Insulinsekretion zwischen den Inselzellen gibt es Hinweise,
dass im Dünndarm
insulinotrope Faktoren vorkommen. Dieses Konzept geht von den Beobachtungen
aus, dass oral aufgenommene Glucose ein viel stärkerer Stimulus für die Insulinsekretion
ist, als eine vergleichbare Menge an Glucose, die intravenös verabreicht
wird.
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Das
humane Hormon Glucagon ist ein 29 Aminosäuren langes Hormon, das in
Pankreas-A-Zellen
gebildet wird. Das Hormon gehört
zu einer Multigenfamilie an strukturell verwandten Peptiden, die
Sekretin, Enterogastron, vasoaktives-intestinales Peptid und Glicentin
umfassen. Diese Peptide regulieren den Kohlenhydratmetabolismus,
die gastrointestinale Motilität
und die sekretorische Prozessierung auf verschiedene Weise. Jedoch
sind die vorwiegend wahrgenommenen Wirkungen des Pankreasglucagons
die Förderung
der hepatischen Glycogenolyse und Glyconeogenese, was zu einer Erhöhung der
Blutzuckerspiegel führt.
Diesbezüglich
wirken die Aktivitäten
von Glucagon denen von Insulin entgegen und können zur Hyperglykämie beitragen, die
Diabetes mellitus begleitet (P. K. Lund et al., Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 79: 345–349
(1982)).
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Wenn
Glucagon an den Rezeptor auf Insulin-produzierenden Zellen bindet,
steigt die cAMP Bildung an, die wiederum die Insulinexpression stimuliert
(L. Y. Korman et al., Diabetes 34: 717–722 (1985)). Darüberhinaus
regulieren große
Mengen an Insulin die Glucagonsynthese durch einen zurückwirkenden
Hemmmechanismus nach unten (W. F. Ganong, Review of Medical Physiology,
Lange Publications, Los Altos, California, Seite 273 (1979)). Daher
wird die Expression von Glucagon sorgfältig von Insulin und letztlich
durch die Serumglucosespiegel reguliert.
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Präproglucagon,
die Vorläuferform
von Glucagon, wird aus einem 360 Basenpaaren langen Gen translatiert
und wird unter Bildung von Proglucagon prozessiert (Lund et al.,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79: 345–349 (1982)). Patzelt et al.,
(Nature, 282: 260–266
(1979)) zeigen, dass Proglucagon weiter zu Glucagon und einem zweiten
Peptid prozessiert wird. Spätere
Experimente haben gezeigt, dass Proglucagon auf der Carboxylseite von
Lys-Arg oder Arg-Arg Resten gespalten wird (P. K. Lund et al., L.
C. Lopez et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80: 5485–5489 (1983)
und G. I. Bell et al., Nature 302: 716–718 (1983)). G. I. Bell et
al., haben auch festgestellt, dass das Proglucagon 3 diskrete und
hoch homologe Peptidregionen enthält, die als Glucagon, Glucagon-ähnliches
Peptid 1 (GLP-1) und Glucagon-ähnliches
Peptid 2 (GLP-2) bezeichnet werden. Lopez et al. haben gezeigt,
dass GLP-1 ein 37 Aminosäuren
langes Peptid ist und dass GLP-2 ein 34 Aminosäuren langes Peptid ist. Analoge
Untersuchungen bezüglich
der Struktur von Rattenpräproglucagon
haben ein ähnliches
Muster an proteolytischer Spaltung an Lys-Arg oder Arg-Arg Resten
gezeigt, was zur Bildung von Glucagon, GLP-1 und GLP-2 führt (G.
Heinrich et al. Endocrinol., 115: 2176–2181 (1984)). Schließlich wurde
festgestellt, dass GLP-1-Sequenzen aus dem Menschen, der Ratte,
dem Rind und dem Hamster identisch sind (M. Ghiglione et al., Diabetologia,
27: 599–600
(1984)).
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Die
von Lopez et al. gezogene Schlussfolgerung bezüglich der Größe von GLP-1
wird durch die Untersuchung der molekularen Formen von GLP-1 bestätigt, die
im humanen Pankreas gefunden werden (L. O. Uttenthal et al., J.
Clin. Endocrinol. Metabol., 61: 472–479 (1985)). Ihre Forschung
zeigt, dass GLP-1
und GLP-2 im Pankreas als Peptide mit jeweils 37 und 34 Aminosäuren vorkommen.
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Die Ähnlichkeit
zwischen GLP-1 und Glucagon hat die ersten Forscher vermuten lassen,
dass GLP-1 eine biologische Aktivität haben könnte. Obwohl einige Forscher
festgestellt haben, dass GLP-1 Rattenhirnzellen zur Synthese von
cAMP induzieren können
(N. M. Hoosein et al., Febs. Lett 178: 83–86 (1984)) ist es anderen
Forschern nicht gelungen, eine physiologische Rolle für GLP-1
zu finden (L. C. Lopez et al., siehe obige Literaturstelle). Das
Versagen eine physiologische Rolle für GLP-1 zu identifizieren,
veranlasste einige Forscher zu der Frage, ob GLP-1 tatsächlich ein
Hormon ist und ob die Beziehung zwischen Glucagon und GLP-1 nicht
ein Artefakt sein könnte.
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Es
wurde nun gezeigt, dass die biologisch prozessierten Formen von
GLP-1 insulinotrope Eigenschaften haben und die Magenentleerung
verzögern
können.
GLP-1(7-34) und GLP-1(7-35) sind in
US 5 118 666 A beschrieben. GLP-1(7-37) ist
in
US 5 120 712 A beschrieben.
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Die
Varianten und Analoga von GLP-1 sind in der Technik bekannt. Diese
Varianten und Analoga umfassen beispielsweise GLP-1(7-36), Gln9-GLP-1(7-37), D-Gln9-GLP-1(7-37),
Acetyl-Lys9-GLP-1(7-37), Thr16-Lys18-GLP-1(7-37) und Lys18-GLP-1(7-37).
Derivate von GLP-1 umfassen beispielsweise Säureadditionssalze, Carboxylatsalze,
Niederalkylester und Amide (siehe beispielsweise WO91/11457 A).
Im allgemeinen stimulieren die verschiedenen beschriebenen Formen
von GLP-1 die Insulinsekretion (insulinotrope Wirkung) und cAMP
Bildung [siehe beispielsweise S. Mojsov, Int. J. Peptide Protein
Research, 40: 333–343
(1992)].
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Die
nach dem Prioritätsdatum
der vorliegenden Patentanmeldung offengelegte
EP 0 685 568 A betrifft Moleküle des Glucagon-ähnlichen
Peptid 1 mit einer modifizierten Histidinfunktionalität an der
Position 7.
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Wichtiger
ist, dass mehrere Autoren eine vorhersagbare Beziehung zwischen
verschiedenen in vitro Laborexperimenten und den insulinotropen
Reaktionen beim Säuger,
insbesondere dem Menschen, auf die exogene Verabreichung von GLP-1,
GLP-1 (7-36)Amid und GLP-1 (7-37)-Säure gezeigt haben (siehe beispielsweise
M. A. Nauck et al., Diabetologia, 36: 741–744 (1993), M. Gutniak et
al., New England J. of Medicine, 326 (20): 1316–1322 (1992), M. A. Nauck et
al., J. Clin. Invest., 91: 301–307
(1993) und B. Thorens et al., Diabetes, 42: 1219–1225 (1993)).
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Die
fundamentalen Defekte, die für
die Verursachung der Hyperglykämie
beim altersbedingten Diabetes verantwortlich sind, umfassen eine
gestörte
Sekretion des endogenen Insulins und eine Resistenz gegenüber den
Wirkungen von Insulin durch Muskel- und Lebergewebe (J. S. Galloway,
Diabetes Care, 13: 1209–1239
(1990)). Der letztere Defekt führt
zu einer exzessiven Produktion der Glucose durch die Leber. Während ein
normales Individuum Glucose mit einer Geschwindigkeit von etwa 2
mg/kg/Minute freisetzt, übersteigt
diese Menge bei Patienten mit altersbedingtem Diabetes gewöhnlich 2,5
mg/kg/Minute, was zu einem Nettoüberschuss
von zumindest 70 Gramm Glucose pro 24 Stunden führt.
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Aufgrund
der Tatsache, dass überaus
hohe Korrelationen zwischen der Glucosebildung der Leber, dem Glucosespiegel
im nüchternen
Zustand und der gesamten metabolischen Kontrolle bestehen, wie sie durch
die Glycohämoglobinmessungen
anzeigt werden (J. A. Galloway, siehe obige Literaturstelle und
J. A. Galloway et al., Clin. Therap. 12: 460–472 (1990)) ist es naheliegend,
dass die Kontrolle der Blutglucose im nüchternen Zustand essentiell
zur Erreichung der gesamten Normalisierung des Metabolismus ist,
die ausreicht, um die Komplikation der Hyperglykämie zu verhindern. Da existierende
Insulintherapien selten die Glucoseproduktion der Leber normalisieren
ohne eine signifikante Hyperinsulinämie und Hypoglykämie zu verursachen
(J. A. Galloway und J. A. Galloway et al., siehe obige Literaturstellen),
sind alternative Ansätze
erforderlich. Eine auf die Verabreichung von GLP-1 Analoga basierende
Therapie ist ein solcher Ansatz und ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung.
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Derzeit
weist die Therapie unter Verwendung der Moleküle vom GLP-1 Typ ein signifikantes
Problem auf, da die Serumhalbwertszeit von solchen Peptiden ziemlich
kurz ist. Beispielsweise hat GLP-1(7-37) eine Serumhalbwertszeit von nur
3 bis 5 Minuten. Nach dem derzeitigen Kenntnisstand dürfte die
Dipeptidylpeptidase IV (DPP IV) GLP-1(7-37) leicht zusätzlich zur
schnellen Absorbtion und Clearance nach einer parenteralen Verabreichung
inaktivieren. Daher besteht ein dringender Bedarf für biologisch
aktive GLP-1(7-37) Analoga, die ausgedehnte pharmakodynamische Profile
nach einer parenteralen Verabreichung aufweisen.
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Demnach
ist es ein primäres
Ziel der Erfindung, neue, chemisch modifizierte Peptide bereitzustellen, die
nicht nur die Insulinsekretion bei Typ II Diabetes stimulieren,
sondern auch andere nützliche
insulinotrope Reaktionen hervorrufen. Die Verbindungen der vorliegenden
Erfindung persistieren im Serum für längere Zeiträume als natives GLP-1(7-37)
entweder durch eine Resistenz gegenüber DPP IV oder durch eine
langsamere Absorption und Clearance als natives GLP-1(7-37) nach
einer parenteralen Verabreichung. Höchst überraschend zeigen einige Verbindungen
der vorliegenden Erfindung einen synergistischen Effekt, da einzelne
Veränderungen
gegenüber
GLP-1(7-37) die biologische Performance von Verbindungen nicht wettmachen
können,
die die gesamten Veränderungen
enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung liefert Verbindungen der allgemeinen Formel:
(Formel
1) worin R
1 ausgewählt ist
aus 4-Imidazopropionyl (Desaminohistidyl), 4-Imidazoacetyl oder
4-Imidazo-α,α-dimethylacetyl,
R
2 ausgewählt
ist aus unverzweigtem C
6-C
10 Acyl
oder fehlt,
R
3 ausgewählt ist
aus Gly-OH oder NH
2, und
Xaa für Lys oder
Arg steht, mit der Maßgabe,
dass wenn R
1 für 4-Imidazopropionyl steht
und Xaa für
Lys steht, R
2 dann aus unverzweigtem C
6-C
10 Acyl ausgewählt ist.
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Die
vorliegende Erfindung liefert auch pharmazeutische Zusammensetzungen,
die eine erfindungsgemäße Verbindung
in Kombination mit einem pharmazeutisch annehmbaren Träger, Verdün nungsmittel
oder Hilfsstoff umfassen. Die vorliegende Erfindung liefert ferner
die Verwendung einer Verbindung der vorliegenden Erfindung zur Behandlung
des nicht-Insulin-abhängigen
Diabetes mellitus bei einem Säuger,
der einer solchen Behandlung bedarf, die die Verabreichung einer
wirksamen Menge einer Verbindung der vorliegenden Erfindung an diesen
Säuger
umfasst.
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In
einer Ausführungsform
liefert die vorliegende Erfindung Analoga von natürlich vorkommendem GLP-1(7-37),
die durch die Anfügung
von verschiedenen R-Gruppen über
eine Peptidbindung an den Aminoterminus des Peptidteils der Formel
1 entstehen. Wahlweise werden weitere erfindungsgemäße Verbindungen durch
die Acylierung der ε-Aminogruppe
des Lys34 Rests und durch Ausführung limitierter
Aminosäuresubstitutionen
an der Position 26 oder durch Veränderung des Carboxyterminus
hergestellt. Daher ist die Herstellung des Polypeptidrückgrads
der Formel 1 ein logischer erster Schritt bei der Herstellung der
erfindungsgemäßen Verbindungen.
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Es
sollte erwähnt
werden, dass diese Spezifikation das Nomenklaturschema verwendet,
das für
die prozessierten Formen von GLP-1 entwickelt wurde. In diesem Schema
wird dem Aminoterminus des bekannten GLP-1(7-37) die Nummer 7 und
dem Carboxyterminus die Nummer 37 zugeordnet. Daher entspricht der erste
Ala Rest der Formel 1 dem Rest 8 von GLP-1(7-37)OH. Ähnlich entspricht
Xaa in Formel 1 dem Rest 26 von GLP-1(7-37)OH und so weiter.
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Mit
der hierin beschriebenen Sequenzinformation und dem Stand der Technik
in der Festphasenproteinsynthese kann der Proteinteil der Formel
1 durch chemische Synthese hergestellt werden. Es können auch rekombinante
DNA Techniken zur Expression des Proteinrückgrads der Formel 1 verwendet
werden.
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Die
Prinzipien der chemischen Festphasensynthese von Polypeptiden sind
in der Technik gut bekannt und können
in allgemeinen Texten im Fachgebiet gefunden werden, wie H. Dugas
und C. Penney, Bioorganic Chemistry (1981) Springer-Verlag, New
York, Seiten 54–92,
J. M. Merrifield Chem. Soc., 85: 2149 (1962) und Stewart und Young,
Solid Phase Peptide Synthesis, Seiten 24–66, Freeman (San Francisco,
1969).
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Beispielsweise
kann der Proteinteil der Formel 1 durch Festphasenmethodik mittels
eines 430A Peptidsynthesegeräts
(PE-Applied Biosystems, Inc., 850 Lincoln Center Drive, Foster City,
CA 94404) und Synthesezyklen, die von PE-Applied Biosystems bereitgestellt
werden, synthetisiert werden. BOC-Aminosäuren und andere Reagenzien
sind im Handel von PE-Applied Biosystems und anderen chemischen
Herstellern erhältlich.
Sequentielle BOC-Chemie mittels Doppelkupplungsprotokollen wird
auf die p-Methylbenzhydrylaminausgangsharze zur Herstellung der
C-terminalen Carboxamide angewendet. Zur Herstellung der C-terminalen Säuren wird
das entsprechende PAM Harz verwendet. Asn, Gln und Arg werden mittels
vorgefertigter Hydroxybenzotriazolester gekuppelt. Die folgenden
Seitenkettenschutzgruppen können
verwendet werden:
Arg, Tosyl
Asp, Cyclohexyl
Glu,
Cyclohexyl
Ser, Benzyl
Thr, Benzyl
Tyr, 4-Bromcarbobenzoxy
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Die
Abspaltung der BOC-Gruppe kann mit Trifluoressigsäure in Methylenchlorid
erreicht werden. Nach der Vervollständigung der Synthese können mit
wasserfreiem Fluorwasserstoff (HF), der 10% meta-Cresol enthält, die
Schutzgruppen entfernt und die Peptide vom Harz abgespalten werden.
Die Abspaltung der Seitenkettenschutzgruppen und des Peptids vom
Harz wird bei –5°C bis 5°C, vorzugsweise
auf Eis für
60 Minuten durchgeführt.
Nach der Entfernung des HF wird das Peptid/Harz mit Ether gewaschen
und das Peptid wird mit Eisessig extrahiert und lyophilisiert.
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Die
Herstellung von geschützten,
ungeschützten
und partiell geschützten
GLP-1 Molekülen
wurde in der Technik beschrieben. Siehe
US 5 120 712 A und
US 5 118 666 A und
C. Orskov et al., J. Biol. Chem., 264 (22); 12826–12829 (1989)
und WO 91/11457 A (D. I. Buckley et al. vom B. August 1991).
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Ähnlich liefert
der Stand der Technik in der Molekularbiologie dem Fachmann ein
weiteres Mittel, durch das der Proteinteil der Formel 1 erhalten
werden kann. Obwohl er durch Festphasenpeptidsynthese oder rekombinante
Verfahren hergestellt werden kann, können rekombinante Verfahren
bevorzugt sein, da höhere Ausbeuten
möglich
sind. Die grundlegenden Schritte bei der rekombinanten Herstellung
sind:
- a) Isolierung einer natürlichen
DNA Sequenz, die für
GLP-1 kodiert, oder Konstruktion einer synthetischen oder semisynthetischen
für GLP-1
kodierenden DNA Sequenz,
- b) Plazieren der kodierenden Sequenz in einen Expressionsvektor
in einer Weise, die zur Expression der Proteine entweder alleine
oder als Fusionsproteine geeignet ist,
- c) Transformation einer geeigneten eukaryotischen oder prokaryotischen
Wirtszelle mit dem Expressionsvektor,
- d) Kultivierung der transformierten Wirtszelle unter Bedingungen,
die die Expression eines GLP-1 Zwischenprodukts erlauben, und
- e) Gewinnung und Reinigung des rekombinant hergestellten Proteins.
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Wie
vorher erwähnt
können
die kodierenden Sequenzen vollkommen synthetisch sein oder das Ergebnis
von Modifikationen der längeren,
für natives
Glucagon kodierenden DNA sein. Eine DNA Sequenz, die für Präproglucagon
kodiert, ist in Lund et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79: 345–349 (1982)
beschrieben und kann als Ausgangsmaterial bei der semisynthetischen
Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen
durch Veränderung
der nativen Sequenz zur Erreichung der gewünschten Ergebnisse verwendet
werden.
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Synthetische
Gene, deren in vitro oder in vivo Transkription und Translation
zur Bildung des Proteinteils der Formel 1 führen, können durch Techniken konstruiert
werden, die in der Technik gut bekannt sind. Aufgrund der natürlichen
Degeneriertheit des genetischen Codes erkennt der Fachmann, dass
eine beträchtliche aber
definierte Anzahl an DNA Sequenzen konstruiert werden kann, die
alle für
das Polypeptid der Formel 1 kodieren.
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Die
Methodik der Konstruktion von synthetischen Genen ist in der Technik
gut bekannt. Siehe Brown et al., (1979) Methods in Enzymology, Academic
Press, N. Y., Band 68, Seiten 109–151. DNA Sequenzen, die für das Proteinrückgrad der
Formel 1 kodieren, können
aufgrund der hierin beschriebenen Aminosäuresequenzen entworfen werden.
Einmal entworfen, kann die Sequenz an sich mittels herkömmlicher
DNA Synthesegeräte
hergestellt werden, wie den Modell 380A oder 380B DNA Synthesegeräten (PE-Applied
Biosystems, Inc., 850 Lincoln Center Drive, Foster City, CA 94404).
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Um
die Expression des Polypeptids der Formel 1 zu bewirken, inseriert
man die hergestellte synthetische DNA Sequenz in einem von vielen
geeigneten rekombinanten DNA Expressionsvektoren durch die Verwendung
von geeigneten Restriktionsendonukleasen. Siehe allgemein Maniatis
et al., (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring
Harbor Laboratory Press, N. Y., Band 1–3. Es werden Restriktionsschnittstellen
an jedes Ende der für
das GLP-1 Zwischenprodukt kodierenden DNA angebracht, um die Isolierung
aus und die Integration in bekannte Amplifizierungs- und Expressionsvektoren
zu erleichtern. Die im einzelnen verwendeten Endonukleasen werden
durch das Restriktionsmuster des verwendeten Ausgangsexpressionsvektors
vorgegeben. Die Wahl der Restriktionsschnittstellen erfolgt so,
dass die kodierende Sequenz mit den Kontrollsequenzen richtig orientiert
wird, um eine im Leserahmen korrekte Ablesung und Expression des
Proteins von Interesse zu erreichen. Die kodierende Sequenz muss
so positioniert werden, dass sie im richtigen Leserahmen mit dem
Promotor und der Ribosomenbindungsstelle des Expressionsvektors
liegt, die beide in der Wirtszelle funktionsfähig sind, in der das Protein
exprimiert werden soll.
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Um
eine effiziente Transkription des synthetischen Gens zu erreichen,
muss es funktionsfähig
mit einer Promotor-Operator Region verbunden sein. Daher wird die
Promotor-Operator Region des Gens in derselben sequenziellen Orientierung
in Bezug auf das ATG Startcodon des synthetischen Gens plaziert.
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Es
ist eine Vielzahl an Expressionsvektoren in der Technik gut bekannt,
die zur Transformation von prokaryotischen und eukaryotischen Zellen
brauchbar sind. Siehe The Promega Biological Research Products Catalogue
(1992) (Promega Corp., 2800 Woods Hollow Road, Madison, WI, 53711-5399)
und The Stratagene Cloning Systems Catalogue (1992) (Stratagene
Corp., 11011 North Torrey Pines Road, La Jolla, CA, 92037). Die
US-A 4 710 473 beschreibt zirkuläre
Plasmidtransformationsvektoren aus zirkulärer DNA, die zur Expression
von exogenen Genen in E. coli in hohen Mengen brauchbar sind. Diese
Plasmide sind als Transformationsvektoren in rekombinanten DNA Verfahren
brauchbar und
- (a) verleihen dem Plasmid die
Fähigkeit
zur autonomen Replikation in einer Wirtszelle,
- (b) kontrollieren die autonome Plasmidreplikation in Bezug zur
Temperatur, bei der die Wirtszellkulturen gehalten werden,
- (c) stabilisieren den Erhalt des Plasmids in den Wirtszellpopulationen,
- (d) steuern die Synthese eines Proteinprodukts, das den Plasmiderhalt
in einer Wirtszellpopulation anzeigt,
- (e) liefern eine Reihe von Restriktionsschnittstellen, die in
dem Plasmid nur einmal vorkommen, und
- (f) beenden die mRNA Transkription.
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Diese
zirkulären
DNA Plasmide sind als Vektoren in rekombinanten DNA Verfahren zur
Sicherstellung von hohen Expressionsspiegeln von exogenen Genen
brauchbar.
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Nach
der Konstruktion eines Expressionsvektors für das Protein der Formel 1
ist der nächste
Schritt die Plazierung des Vektors in eine geeignete Zelle und die
Konstruktion einer rekombinanten Wirtszelle hierdurch, die zur Expression
des Polypeptids brauchbar ist. Techniken zur Transformation von
Zellen mit rekombinanten DNA Vektoren sind in der Technik gut bekannt
und können
in allgemeinen Literaturen, wie Maniatis et al., siehe obige Literaturstelle
gefunden werden. Wirtszellen können
entweder aus eukaryotischen oder prokaryotischen Zellen konstruiert
werden.
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Prokaryotische
Wirtszellen bilden im allgemeinen das Protein mit größeren Geschwindigkeiten
und sind leichter zu kultivieren. Proteine, die in hohem Maß in bakteriellen
Exressionssystemen expri miert werden, aggregieren charakteristischerweise
in Granula oder Einschlusskörperchen,
die hohe Mengen des überexprimierten
Proteins enthalten. Solche Proteinaggregate müssen typischerweise mittels
in der Technik gut bekannter Verfahren aufgelöst, denaturiert und rückgefaltet
werden. Siehe Kreuger et al., (1990) in Protein Folding, Gierasch
und King, Herausgeber, Seiten 136–142, American Association
for the Advancement of Science Publication Nr. 89–18S, Washington,
D. C. und
US 4 923 967
A .
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Nach
der Herstellung des Polypeptidrückgrads
der Formel 1 wird ein Imidazol, wie dies oben in der "Zusammenfassung der
Erfindung" definiert
ist, an den Aminoterminus unter Bildung von verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung angefügt.
Die Kupplung der Imidazolgruppe an das Polypeptid der Formel 1 wird
durch chemische Synthesemittel erreicht. Da alle der verschiedenen
organischen Gruppen, die von der Erfindung umfasst werden, eine
Carbonsäure
enthalten, kann die Imidazolgruppe durch eine Festphasenproteinsynthese
analog zur Anfügung
einer Aminosäure
an den N-Terminus
eines Polypeptids angefügt werden.
Alternativ dazu kann ein aktivierter Ester der Imidazolgruppe durch
chemische Standardreaktionsverfahren angefügt werden.
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Bevorzugte
Imidazolgruppen der vorliegenden Erfindung sind:
4-Imidazopropionyl
(Desaminohistidyl)
4-Imidazoacetyl
und 4-Imidazo-α,α-dimethylacetyl
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Die
am meisten bevorzugte Gruppe ist 4-Imidazopropionyl.
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden durch Acylierung der ε-Aminogruppe des Lys34 Rests hergestellt. Geradkettige Acylanfügungen,
die zwischen 6 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, sind bevorzugt
und unverzweigtes C8 ist am meisten bevorzugt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst Aminosäuresubstitutionen an der Position
26 (Xaa) der Formel 1. Lys und Arg sind an dieser Position möglich, wobei
Arg bevorzugt ist.
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Die
Modifikationen am Carboxyterminus werden auch von der vorliegenden
Erfindung umfasst.
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So
kann R3 für Gly-OH oder NH2 stehen,
wobei Gly-OH gegenüber
den carboxyterminalen Amidausführungsformen
bevorzugt ist.
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Die
Anfügung
einer Acylgrupe an die ε-Aminogruppe
von Lys34 kann mittels jedem einer Vielzahl
an in der Technik bekannten Verfahren erreicht werden. Siehe Bioconjugate
Chem. "Chemical
Modifications of Proteins: History and Applications", Seiten 1, 2–12 (1990),
Hashimoto et al., Pharmaceutical Res. "Synthesis of Palmitoyl Derivatives of
Insulin and their Biological Activity", Band 6, Nr. 2, Seiten 171–176 (1989).
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Beispielsweise
kann der N-Hydroxysuccinimidester der Octansäure an das Lysyl-ε-amin mittels
50% Acetonitril in Boratpuffer angefügt werden. Das Peptid kann
entweder vor oder nach der Anfügung
der Imidazolgruppe acyliert werden. Darüberhinaus ist eine Acylierung
vor der enzymatischen Spaltung möglich,
falls das Peptid rekombinant hergestellt wird.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch Salzformen der GLP-1(7-37) Analoga.
Die Verbindungen der Erfindung können
ausreichend sauer oder ausreichend basisch sein, um mit einer Vielzahl
an anorganischen Basen und anorganischen und organischen Säuren unter
Bildung eines Salzes zu reagieren. Säuren, die herkömmlich zur
Bildung von Säureadditionssalzen
verwendet werden, sind anorganische Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, Iodwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und
dergleichen und organischen Säuren,
wie p-Toluolsulfonsäure,
Methansulfonsäure,
Oxalsäure,
p-Bromphenylsulfonsäure, Kohlensäure, Bernsteinsäure, Citronensäure, Benzoesäure, Essigsäure und
dergleichen. Beispiele für
solche Salze umfassen Sulfat, Pyrosulfat, Eisulfat, Sulfit, Bisulfit,
Phosphat, Monohydrogenphosphat, Dihydrogenphosphat, Metaphosphat,
Pyrophosphat, Chlorid, Bromid, Iodid, Acetat, Propionat, Decanoat,
Caprylat, Acrylat, Formiat, Isobutyrat, Caproat, Heptanoat, Propiolat,
Oxalat, Malonat, Succinat, Suberat, Sebacat, Fumarat, Maleat, Butin-1,4-dioat,
Hexin-1,6-dioat, Benzoat, Chlorbenzoat, Methylbenzoat, Dinitrobenzoat,
Hydroxybenzoat, Methoxybenzoat, Phthalat, Sulfonat, Xylolsulfonat,
Phenylacetat, Phenylpropionat, Phenylbutyrat, Citrat, Lactat, γ-Hydroxybutyrat,
Glycolat, Tartrat, Methansulfonat, Propansulfonat, Naphthalin-1-sulfonat, Naphthalin-2-sulfonat,
Mandelat und dergleichen. Bevorzugte Säureadditionssalze sind die,
die mit Mineralsäuren
gebildet werden, wie Chlorwasserstoffsäure und Bromwasserstoffsäure, und
speziell Chlorwasserstoffsäure.
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Basenadditionssalze
umfassen die, welche von anorganischen Basen stammen, wie Ammonium- oder Alkali- oder
Erdalkalimetallhydroxide, -carbonate, -bicarbonate und dergleichen.
Solche zur Herstellung der erfindungsgemäßen Salze brauchbaren Basen
sind unter anderem Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid,
Kaliumcarbonat und dergleichen. Die Salzformen der GLP-1(7-37) Analoga
sind besonders bevorzugt. Wenn die erfindungsgemäßen Verbindungen für therapeutische
Zwecke verwendet werden, können diese
Verbindungen auch in Form eines Salzes vorliegen, aber das Salz
muss pharmazeutisch annehmbar sein.
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GLP-1(7-37)
Analoga der vorliegenden Erfindung zeigen eine insulinotrope Aktivität. Der Ausdruck "insulinotrope Aktivität" betrifft die Fähigkeit
einer Substanz, die Synthese oder Expression des Hormons Insulin zu
stimulieren oder eine Stimulierung zu verursachen.
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Die
insulinotrope Eigenschaft einer Verbindung kann durch die Bereitstellung
der Verbindung an Tierzellen oder durch die Injektion der Verbindung
in Tiere und der Verfolgung der Freisetzung von immunreaktivem Insulin
(IRI) jeweils in das Medium oder das Kreislaufsystem des Tieres
bestimmt werden. Das Vorkommen von IRI wird durch die Verwendung
eines Radioimmuntests detektiert, der spezifisch Insulin detektieren kann.
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Obwohl
jeder Radioimmuntest zur Bestimmung des Vorkommens von IRI verwendet
werden kann, kann auch eine Modifikation des Tests verwendet werden.
Siehe J. D. M. Albano et al., Acta Endocrinol., 70: 487–509 (1972).
Die insulinotrope Eigenschaft einer Verbindung kann auch durch die
Pankreasinfusion bestimmt werden. Siehe J. C. Penhos, et al., Diabetes,
18: 733–738
(1969).
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Die
vorliegende Erfindung liefert auch pharmazeutische Zusammensetzungen,
die eine Verbindung der vorliegenden Erfindung in Kombination mit
einem pharmazeutisch annehmbaren Träger, Verdünnungsmittel oder Hilfsstoff
enthalten. Solche pharmazeutischen Zusammensetzungen werden auf
eine in der pharmazeutischen Technik bekannte Weise hergestellt
und werden einzeln oder in Kombination mit anderen therapeutischen
Mitteln vorzugsweise über
parenterale Wege verabreicht. Ein besonders bevorzugter Weg ist
die subkutane Verabreichung.
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Parenterale
Dosierungen liegen im Bereich von etwa 1 pg/kg bis etwa 1000 μ Körpergewicht,
obwohl geringere oder höhere
Dosierungen verabreicht werden können.
Die erforderliche Dosis hängt
von der Schwere des Zustands des Patienten und von Kriterien ab,
wie der Größe, dem
Gewicht, dem Geschlecht, dem Alter und der Krankengeschichte des
Patienten.
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Bei
der Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wird
der Wirkstoff, der zumindest eine Verbindung der vorliegenden Erfindung
umfasst, gewöhnlich
mit einem Hilfsstoff gemischt oder mit einem Hilfsstoff verdünnt. Wenn
ein Hilfsstoff als Verdünnungsmittel
verwendet wird, kann dies ein festes, halbfestes oder flüssiges Material
sein, das als Vehikel, Träger
oder Medium für
den Wirkstoff dient. Flüssige
Hilfsstoffe sind bevorzugt.
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Bei
der Herstellung einer Formulierung kann es notwendig sein, den Wirkstoff
zu mahlen, um die geeignete Partikelgröße vor der Kombination mit
den anderen Inhaltsstoffen bereitzustellen. Falls der Wirkstoff im
wesentlichen unlöslich
ist, wird er gewöhnlich
auf eine Partikelgröße von weniger
als etwa 200 Mesh gemahlen. Falls der Wirkstoff im wesentlichen
wasserlöslich
ist, wird die Partikelgröße normalerweise
durch Mahlen eingestellt, um eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung
in der Formulierung bereitzustellen, beispielsweise etwa 40 Mesh.
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Die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
können
so formuliert werden, dass sie eine schnelle, anhaltende oder verzögerte Freisetzung
des Wirkstoffs nach der Verabreichung an den Patienten durch Verwendung
von in der Technik bekannten Verfahren bereitstellen. Die Zusammensetzungen
werden vorzugsweise in einer Einheitsdosierungsform formuliert,
wobei jede Dosierung normalerweise etwa 50 μg bis etwa 100 mg, gewöhnlicher
etwa 1 mg bis etwa 10 mg des Wirkstoffs enthält. Der Ausdruck "Einheitsdosierungsform" bezieht sich auf
physikalisch getrennte Einheiten, die als einmalige Dosierungen
für den
Menschen oder andere Säuger
geeignet sind, wobei jede Einheit eine vorbestimmte Menge an Wirkstoff,
die zur Herstellung des gewünschten
therapeutischen Effekts berechnet wurde, zusammen mit einem geeigneten
pharmazeutischen Hilfsstoff enthält.
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Für die parenterale
Verabreichung werden Zusammensetzungen, die eine erfindungsgemäße Verbindung
enthalten, vorzugsweise mit destilliertem Wasser bei einem geeigneten
pH kombiniert. Es können
zusätzliche
pharmazeutische Verfahren verwendet werden, um die Wirkdauer zu
kontrollieren. Kontrolliert freisetzende Präparationen können durch
die Verwendung von Polymeren erreicht werden, um eine Verbindung der
vorliegenden Erfindung zu komplexieren oder zu absorbieren. Die
kontrollierte Abgabe kann durch die Auswahl von geeigneten Makromolekülen (beispielsweise
Polyestern, Polyaminosäuren,
Polyvinylpyrrolidon, Ethylenvinylacetat, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose
und Prota minsulfat) und die Konzentration von Makromolekülen, wie
auch der Verfahren der Einarbeitung, um die Freisetzung zu kontrollieren,
erreicht werden.
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Ein
weiteres mögliches
Verfahren zur Verlängerung
der Wirkdauer durch kontrolliert freisetzende Präparationen ist die Einarbeitung
einer Verbindung der vorliegenden Erfindung in Partikel aus einem
polymeren Material, wie Polyestern, Polyaminosäuren, Hydrogelen, Polymilchsäure oder
Ethylenvinylacetatcopolymeren.
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Alternativ
dazu ist es anstelle der Einarbeitung einer Verbindung in diese
polymeren Partikel möglich eine
in der vorliegenden Erfindung verwendete Verbindung in Mikrokapseln,
die beispielsweise durch Koazervationstechniken oder durch Grenzflächenpolymerisation
hergestellt werden, beispielsweise jeweils Hydroxymethylcellulose-
oder Gelatinemikrokapseln oder in kolloidalen Arzneimittelabgabesystemen,
beispielsweise Liposomen, Albuminmikrokugeln, Mikroemulsionen, Nanopartikeln
und Nanokapseln oder in Makroemulsionen einzuschließen. Solche
Techniken sind in Remington's
Pharmaceutical Sciences, 1980 beschrieben.
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Die
erfindungsgemäßen Verbindungen
haben eine insulinotrope Aktivität.
Daher liefert ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren zur Steigerung der Insulinexpression, das die Bereitstellung
einer wirksamen Menge einer Verbindung der vorliegenden Erfindung
an eine Säugerpankreasinselzelle
vom B-Typ umfasst.
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Ähnlich liefert
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Diabetes
mellitus bei einem Säuger,
vorzugsweise einem Menschen, der einer solchen Behandlung bedarf,
das die Verabreichung einer wirksamen Menge einer Verbindung oder
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung an einen solchen Säuger umfasst.
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Die
folgenden Beispiele werden bereitgestellt, um bei der Beschreibung
zu helfen, wie die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
herzustellen und auszuführen
sind. Diese Beispiele sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht
beschränken.
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Beispiel 1
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Synthese von (Arg 26)
GLP-1(8-37)OH
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Der
Polypeptidteil der Formel 1, worin Xaa für Arg steht und R3 für Gly-OH
steht, wird durch Festphasensynthese auf einem Modell 430A Peptidsynthesegerät (PE-Applied
Biosystems, Foster City, CA) mittels der Boc Schutzgruppenstrategie
hergestellt. Die Schutzgruppen der Seitenketten sind: Asp (Chxl),
Glu (OBzl), Ser (Bzl), Thr (Bzl), Lys (Cl-Z), His (BOM), Trp (CHO),
Tyr (Br-Z) und Arg (Tos). Alle außer Asp (Chxl) (Peptides International)
werden von PE-Applied Biosystems erhalten. Jeder Rest wird unter
Verwendung von entweder durch DCC initiiertem symmetrischem Anydrid
oder HOBt Aktivierung doppelt gekuppelt. Das Zwischenprodukt mit
den 30 Aminosäuren
bleibt am Harz.
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Beispiel 2
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Synthese von N-Imidazogropionyl(Arg26)GLP-1(8-37)OH
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N-Cbz-Imidazol-4-ylpropansäure (R.
G. Jones, J. Amer. Chem. Soc. 71, 383 (1949)) wird an das (8-37)Peptidylharz
gekuppelt, wie dies in Beispiel 1 beschrieben ist, indem man 0,5
g (1,8 mmol) an N-Cbz-Imidazol-4-ylpropansäure in jede
von zwei Histidinkartuschen gibt und den normalen Histidindoppelkupplungszyklus
am Modell 430A Peptidsynthesegerät
ausführt.
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Das
präparierte
modifizierte Peptidylharz wird mit 20 ml an 20% Piperidin in DMF
(Dimethylformamid) bei 4°C
für 1 Stunde
unter Entfernung der Trp(CHO) Schutzgruppe behandelt. Etwa 2,6 g
des modifizierten Peptidylharzes werden mehrmals mit CH
2Cl
2 gewaschen, in ein Teflon (eingetragenes
Warenzeichen) Reaktionsgefäß überführt und
im Vakuum getrocknet. Es werden 2 ml m-Cresol und ein Magnetrührstab zum
Gefäß gegeben,
das an ein HF Gerät
(Pennisula Laboratories, Inc.) angeschlossen, auf –78°C abgekühlt und
evakuiert wird und 20,25 ml HF werden in das Gefäß kondensiert. Das Reaktionsgefäß wird für 60 Minuten
in einem Eisbad gerührt
und der HF wird dann durch Vakuum entfernt. Der modifizierte Peptidrest
(GLP-1 Analogon) wird in 200 ml Ethylether suspendiert und kurz
gerührt.
Das feste Material wird dann mittels einer 60 ml fassenden Glasnutsche
filtriert. Nach dem zweimaligen Waschen der Feststoffe mit Ethylether
wird das GLP-1 Analogon durch Waschen der Feststoffe mit jeweils
40 ml an 50% wässriger
Essigsäure
und 10% wässriger Essigsäure solubilisiert.
100 μl des
vereinigten wässrigen
Filtrats werden entfernt und für
eine Standard HPLC Analyse mittels der folgenden Bedingungen präpariert:
Puffer: | A)
0,1% TFA
B) 0,1% TFA/50% CH3CN |
Säule: | Vydac
C18 (0,46 × 15
cm) |
Temperatur: | 45°C |
Flussrate: | 1,0
ml/min |
Detektor: | 214
nm |
Gradient: | 0%
B für 5
Minuten, dann 0 bis 100% B über
60 Minuten |
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Das
verbleibende, wässrige
Filtrat (etwa 90 ml) wird in zwei Portionen aufgeteilt und jeweils
auf eine 2,2 × 25
cm Vydac C18 Säule
aufgetragen und bei Raumtemperatur unter Verfolgung bei 214 nm präparativ chromatographiert
(Pharmacia FPLC). Die Fraktionen werden alle 5 Minuten bei einer
Flussrate von 4 ml/min in einem Gradienten, der mit 20% B (A und
B sind dieselben wie oben) beginnt und mit 100% B endet über 790
Minuten bei Raumtemperatur gesammelt.
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Die
UV absorbierenden Fraktionen werden durch HPLC analysiert und ausgewählte Fraktionen (61–67) werden
vereinigt und unter Bildung von 114 mg der Titelverbindung lyophilisiert.
Auf ähnliche
Weise werden 175 mg aus dem zweiten Teil erhalten. Das GLP-1 Analogon
wird durch Massenspektrumanalyse mittels schnellem Atombeschuss
(FAB) und Aminosäureanalyse
charakterisiert. Der gefundene molekulare Ionenpeak (3369,2) stimmt
mit dem theoretischen Molekulargewicht (3368,7) + 1 überein.
Die Aminosäureverhältnisse
stimmen mit dem gewünschten
Produkt überein:
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Beispiel 3
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Synthese von N-Imidazopropionyl(Arg26(Nε-Octanoyl(lysyl34)))GLP-1(8-37))OH
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N-Imidazolpropyl((Arg26)GLP-1(8-37)OH
wird mit N-Succinimidyloctanoat am Nε-Amin
von Lys34 auf folgende Weise acyliert.
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N-Imidazopropionyl((Arg26)GLP-1(8-37)OH
(70,5 mg, 0,021 mmol), das wie in den Beispielen 1 und 2 hergestellt
wird, wird in 25 ml Dimethylsulfoxid (DMSO) gelöst. N-Succinimidyloctanoat
(19,1 mg, 0,079 mmol) wird dann zugegeben und bis zur Lösung gerührt. Ein
zehnfacher molarer Überschuss
an Tetramethylguanidin (26,2 ml, 0,21 mmol) wird zugegeben, um eine
volle Deprotonierung der ε-Aminogruppe sicherzustellen.
Das Reaktionsgemisch wird bei Umgebungstemperatur gerührt und
durch HPLC verfolgt. Nach 45 Minuten wird die Reaktion mit 100 ml
an 0,1 N HCl gestoppt. Gelartige Partikel werden durch die Passage
des Gemisches durch einen Glaswollstopfen in einem Glastrichter
entfernt.
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Eine
Trennung des Titelprodukts von den Ausgangsmaterialien wird auf
einer präparativen
C4 Umkehrphasen HPLC Säule
mittels der folgenden Bedingungen erreicht:
Puffer: | A)
0,1% TFA, 5% Acetonitril
B) 0,1% TFA/95% Acetonitril |
Säule: | Vydac
C4 (2,2 × 25
cm) |
Temperatur: | Umgebungstemperatur |
Flussrate: | 2,0
ml/min |
Detektor: | 280
nm |
Gradient: | 25–55% B über 300
Minuten |
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Das
Titelprodukt eluiert bei 44,6 bis 46,7% Acetonitril, wie dies durch
analytische HPLC der einzelnen Fraktionen bestimmt wird. Die geeigneten
Fraktionen werden vereinigt, eingefroren und lyophilisiert. Die
Reaktion ergibt 22,7 mg (32%) mit einer ungefähren Reinheit von 87% gemäß HPLC.
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Eine
zusätzliche
Reinigung wird mittels eines zweiten präparativen HPLC Schritts bei
pH = 7,7 mit den folgenden Bedingungen erreicht:
Puffer: | A)
0,1 M (NH4)HCO3,
10% Acetonitril
B) 0,1 M (NH4)HCO3, 50% Acetonitril |
Säule: | Vydac
C18 (2,2 × 25
cm) |
Temperatur: | Umgebungstemperatur |
Flussrate: | 2,0
ml/min |
Detektor: | 280
nm |
Gradient: | 50
bis 90% B über
300 Minuten |
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Die
Probe (22,7 mg) wird in 20 ml an Puffer A gelöst und auf die Säule aufgetragen.
Eine Trennung der Komponenten wird mittels des obigen Gradienten
erreicht. Das Titelprodukt eluiert zwischen 34,8 und 35,6% Acetonitril,
wie dies durch analytische HPLC bestimmt wird. Geeignete Fraktionen
werden vereinigt und lyophilisiert. Die Ausbeute beträgt 10,46
mg (46,1%) des Titelprodukts mit einer HPLC Reinheit von etwa 99%. Die
Gesamtausbeute für
beide RP-HPLC Schritte beträgt
auf Gewichtsbasis 14,8%.
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Beispiel 4
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Synthese von N-Imidazoacetyl(Arg
26)GLP-1(8-37)OH
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[N-(tert-Butoxycarbonyl)imidazol-4-yl]essigsäure wird
aus 4-Imidazolessigsäure
durch Schutz des Imidazolrings mit tert-Butoxycarbonyl auf folgende
Weise hergestellt. Di-tert-Butyldicarbonat (1,1 Äqu./Äqu. des Amins) wird zu einem
Gemisch des freien Amins, Kaliumcarbonat (1,1 Äquivalente) und 50% wässriges
Dioxan gegeben und das Ganze wird bei Raumtemperatur für 4 Stunden
gerührt.
Das entstehende Gemisch wird mit Diethylether verdünnt und
die Phasen werden getrennt. Die wässrige Phase wird mit 0,33
M (1,0 N) wässrige Citronensäure angesäuert und
dreimal mit Methylenchlorid extrahiert. Die Extrakte werden getrocknet (MgSO4) und das Lösemittel wird im Vakuum entfernt.
Das entstehende Öl
wird aus einem geeigneten Lösemittel
kristallisiert.
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Die
[N-(tert-Butoxycarbonyl)imidazol-4-yl]essigsäure wird dann an das (8-37)-Peptidylharz
gekuppelt, wie dies in Beispiel 1 beschrieben ist, wobei etwa 0,5
g (1,8 mmol) in jeweils zwei Histidinkartuschen gegeben werden und
der normale Histidindoppelkupplungszyklus am Modell 430A Peptidsynthesegerät ausgeführt wird,
wie dies in Beispiel 2 beschrieben ist.
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Das
modifizierte Pepidylharz wird vom Harz freigesetzt und im wesentlichen
gemäß dem Beispiel
2 gereinigt. Die UV absorbierenden Fraktionen werden durch HPLC
analysiert und werden dann vereinigt und unter Bildung von etwa
100 mg der Titelverbindung lyophilisiert. Eine Probe wird dann durch
schnellen Atombeschuss (FAB) und Massenspektralanalyse analysiert.
Der gefundene molekulare Ionenpeak stimmt mit dem theoretischen
Molekulargewicht überein.
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Beispiel 5
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Synthese von N-[Imidazol-α,α-dimethylacetyl]GLP-1(8-37)OH
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α,α-Dimethyl-α-[N-(tert-butoxycarbonyl)imidazol-4-yl]essigsäure wird
aus N-Trityl-α,α-dimethyl-4-imidazolacetonitril
[J. I. DeGraw, et al., JMC, 20, 1671 (1977)] folgendermaßen hergestellt.
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N-Trityl-α,α-dimethyl-4-imidazolacetonitril
(3,97 g, 10,5 mmol) werden zu 5% konzentrierter HCl/Methanollösung (25
ml) gegeben und das Ganze wird für
3 Stunden am Rückfluss
gekocht, bevor es im Vakuum konzentriert wird. Das verbleibende
Material wird zwischen 5 M (5 N wässrig) HCl (25 ml) und Ethylacetat
(50 ml) aufgeteilt. Die wässrige
Phase wird abgetrennt und für
24 Stunden am Rückfluss
gekocht. Nach einer Konzentrierung im Vakuum wird die rohe α,α-Dimethyl-4-imidazolessigsäure in Wasser
gelöst
und erneut konzentriert. Die Titelverbindung (1,88 g, Smp. 155°C (Zers.))
wird aus dieser rohen Säure
durch das allgemeine oben beschriebene Verfahren hergestellt.
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Die α,α-Dimethyl-α-[N-(tertbutoxycarbonyl)imidazol-4-yl]essigsäure wird
dann an das (8-37)-Peptidylharz
im wesentlichen gemäß den vorhergehenden
Beispielen gekuppelt.
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Beispiel 6
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Synthese von N-Imidazoacetyl-GLP-1(8-36)NH2
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GLP-1(8-36)NH2 wird durch Festphasenpeptidchemie auf einem
Applied Biosystems (ABI) 460A Peptidsynthesegerät mittels eines MBHA Harzes
hergestellt (ABI, Lotnummer A1A023, 0,77 mmol/g). Bei allen Aminosäuren sind
die α-Aminogruppen
durch die tert-Butoxycarbonylgruppe (t-Boc) geschützt. Die
mit reaktiven Seitenketten sind folgendermaßen geschützt: Arg(Tos), Lys(Cl-Z), Trp(CHO),
Glu(CHex), Tyr(Br-Z), Ser(Bzl), Asp(OBzl), Thr(Bzl).
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Die
geschützten
Aminosäuren
werden in Dichlormethan (DCM) mit einem halben Äquivalent an Dicyclohexylcarbodiimid
(DCC) pro Äquivalent
der Aminosäure
unter Bildung des symmetrischen Anhydrids der Aminosäure aktiviert.
Jedoch werden Arginin-, Glutamin- und Glycinreste durch die Bildung
der 1-Hydroxybenzotriazolester (HOBt Ester) der Aminosäuren geschützt (1 :
1 : 1 Äquivalente
der Aminosäure,
HOBt und DCC in Dimethylformamid (DMF)).
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Die
Reste werde nacheinander vom C-terminalen Ende zum N-terminalen
Ende mit einer Reihe an Kupplungs- und Schutzgruppenentfernungszyklen
zusammengebracht. Ein Kupplungszyklus besteht aus der aktivierten
Aminosäure,
die einer nukleophilen Substitution über das freie primäre Amin
der vorher gekuppelten Aminosäure
unterzogen wird. Die Schutzgruppenentfernung ist die Entfernung
der N-terminalen
Schutzgruppe Boc mit wasserfreier Trifluoressigsäure (TFA). Dies erzeugt eine
freie Amingruppe nach einer Neutralisierung mit Diisopropylethylamin
(DIEA).
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Der
Synthesemaßstab
beträgt
0,5 mmol. Die Konzentration der funktionellen Stellen am MBHA-Harz beträgt 0,77
mmol/g und 649 mg des Harzes werden verwendet. Ein zweifacher molarer Überschuss
des symmetrischen Anhydrids wird für alle Aminosäuren verwendet.
Das C-terminale Arginin wird durch Standardprotokolle an das MBHA-Harz
gekuppelt. Alle Reste werden doppelt gekuppelt, das heißt, dass
jeder Rest zweimal an das Harz gekuppelt wird. Die zweite Kupplung
wird ohne einen Boc Schutzgruppenabspaltungsschritt vor der erneuten
Zugabe der Aminosäure
ausgeführt.
Dies hilft, alle freien Amingruppen am Harz reagieren zu lassen.
Der Tryptophanrest wird vierfach gekuppelt.
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Die
Titelverbindung wird mittels des Peptidylharzes und der R-Gruppe
von Beispiel 4 im wesentlichen gemäß der vorhergehenden Beispiele
hergestellt. Nachdem die R-Gruppe an den Aminoterminus angefügt wurde
und die Formylgruppen entfernt wurden, wird das Peptid vom Harz
durch die Hydrolyse mit flüssigem Fluorwasserstoff
(HF) bei 0°C
für 1 Stunde
unter Verwendung eines Teflonreaktionsgefäßes freigesetzt. Für jedes
Gramm Peptidylharz wird 1 ml m-Kresolfänger zugegeben und es werden
10 ml flüssiger
HF verwendet. Der Fänger
verhindert die erneute Bindung der Seitenkettenschutzgruppen (freigesetzt
als Carbokationen) an das Peptid. Nach 1 Stunde wird HF durch Vakuum
entfernt, was eine Aufschlämmung
des Peptids, der Harzes und des m-Kresols zurücklässt.
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Das
Peptid wird dann im HF Reaktionsgefäß mit eiskaltem Diethylether
gefällt.
Der Niederschlag wird in eine 150 ml Glasnutsche zusammen mit mehreren
Etherwaschschritten überführt. Das
physikalische Gemisch aus Peptid und Harz wird mehrmals mit kaltem
Ether unter Entfernung des restlichen HF und m-Kresols gewaschen.
Der zweite Schritt ist die Extraktion des Peptids weg vom Harz mittels
10 Essigsäure
in Wasser (V/V). Eine Vakuumfiltration in einen sauberen Rundbodenkolben
führt zu
einer rohen Peptidlösung.
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Beispiel 7
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In vitro Rezeptorbindungstest
(cAMP Test)
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a) GLP-1 Rezeptor-Membranpräparation
aus der Ratte
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Die
veröffentlichte
DNA Sequenz für
den GLP-1 Rattenrezeptor (B. Thorens et al., Proc. Natl. Acad. Sci.
USA 89: 8641–8645
(1992) und das Dihydrofolatreduktaseresistenzmarkergen werden zusammen
mit PCR Techniken verwendet, um einen Expressionsvektor zu konstruieren.
Die DXB-11 Variante der Ovarzelllinie des Chinesischen Hamsters
(CHO) wird mit dem Vektor transformiert, was zu einer rekombinanten
CHO Zellinie führt,
die den GLP-1 Membranrezeptor der Ratte exprimiert.
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Die
Zellen werden angezogen und geerntet und man erhält eine Membranpräparation,
indem man zuerst die Zellen mit PBS Puffer und dann zweimal mit
kaltem Puffer wäscht
(25 mM HEPES, 2 mM MgCl2, 1 mM EDTA, 20 μg/ml Leupeptin,
1 mM PMSF, 2 μg/ml
Aprotinin, 50 μg/ml
Trypsininhibitor pH 8,0) und in Puffer resuspendiert. Die Zellsuspension
wird in einem Glasteflonhomogenisiergerät lysiert und die entstehende
Probe wird dann bei 35 300 × g
für 30
Minuten bei 4°C
zentrifugiert. Der Überstand
wird entfernt und das Pellet wird in kaltem Puffer resuspendiert
und homogenisiert. Es werden Aliquots bei –80°C gelagert.
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b) Test auf cyclisches
AMP (cAMP)
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Eine
Probe der Membranpräparation
wird mit einer Testverbindung oder einer Kontrollverbindung in Puffer
(25 mM HEPES, 0,2% (G/V) BSA, pH 7,6) bei 32°C für 10 Minuten vorinkubiert.
Es wird Reaktionspuffer (Endkonzentration: 25 mM HEPES, 0,2% (G/V)
BSA, 2,6 mM Mg, 0,8 mM ATP, 0,1 mM GTP, 5 mM Creatinphosphat, Creatinkinase
50 E/ml, 0,2 mM IBMX, pH 7,6) zugegeben und für weitere 30 Minuten inkubiert.
Die Inkubationen werden durch die Zugabe von 10 mM EDTA gestoppt.
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Die
Bildung von cAMP wird mittels eines Fluoreszenztracerimmuntestverfahrens
gestoppt. Kurz gesagt wird nach dem Stoppen der Inkubation der Fluoreszenztracer
(cAMP-b-Phycoeyrthrinkonjugat) zugegeben, wonach die Zugabe von
Affinitäts-gereinigtem
anti-cAMP Kaninchenantiserum erfolgt. Nach einer Inkubation bei
Raumtemperatur für
45 Minuten werden mit anti-Kaninchen IgG beschichtete Testkügelchen
zugegeben und für
weitere 15 Minuten inkubiert. Die Platten werden dann evakuiert
und auf einem Pandex PFCIA Lesegerät ausgelesen.
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In
diesem Test zeigt ein bekanntes insulinotropes Mittel, wie GLP-1(7-37)OH
eine abnehmende Fluoreszenzintensität aufgrund einer erhöhten cAMP
Konzentration. Die Fluoreszenzintensitätswerte werden mit der Geschwindigkeit
der cAMP Bildung (pmol/min/mg) korreliert. Im Gegensatz dazu können Mittel
ohne insulinotrope Wirkung die Bildung von cAMP nicht stimulieren
und zeigen daher keine Abnahme der Fluoreszenzintensität.
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Beispiel 8
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In vitro Test bei Hunden
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a) Hyperglykämische Arretierungsstudien
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Die
Experimente werden bei erwachsenen (1–2 Jahre alten) männlichen
und weiblichen Beagles getestet, die 8–15 kg wiegen und über Nacht
gefastet haben und bei Bewusstsein sind. Zumindest 10 Tage vor der
Studie werden die Tiere mit Isofluran betäubt und es wird ein Schnitt
in die linke oder rechte Inguinalregion gemacht. Es werden silastische
Katheter in die Arteria femoralis und in die proximale kaudale Vena
femoralis eingebracht und mit einem 4-0 Faden befestigt. Die freien
Enden der Katheter werden subkutan (s. c.) mittels eines Trokars
auf den Rücken
geführt.
Die Katheter werden dann mit einer Glycerin/Heparin-Lösung (3
: 1, V/V, Heparinendkonzentration von 250 KIU/ml) gefüllt und
die freien Enden werden verknotet und in eine subkutane Tasche gegeben,
um das vollständige
Verschließen
der Haut zu erlauben. Keflex® wird sowohl präoperativ
(20 mg/kg, i. v. und 20 mg/kg intramuskulär (i. m.)) als auch postoperativ
(250 mg p. o. einmal am Tag für
sieben Tage) verabreicht, um Infektionen zu vermeiden. Torbugesic
(1,5 mg/kg i. m.) wird postoperativ verabreicht, um die Schmerzen
zu kontrollieren.
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Es
wird Blut direkt vor dem Untersuchungstag entnommen, um die Gesundheit
des Tieres zu bestimmen. Es werden nur Tiere mit Hämatokriten über 38%
und Leukozytenzahlen unter 16 000 pro mm3 verwendet.
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Am
Nachmittag vor dem Experiment werden die freien Enden der Katheter
aus der subkutanen Tasche durch einen kleinen Schnitt freigelegt,
der unter einer lokalen Betäubung
(2% Lidocain) ausgeführt
wird und der Hund wird mit einer Leinensystemjacke und einer Halsbandausstattung
versehen.
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Am
Morgen des Experiments wird der Inhalt der Katheter abgesaugt, die
Katheter werden mit Kochsalzlösung
gespült
und es werden Verlängerungsleitungen
(geschützt
durch ein Edelstahlband) an den Katheter angebracht. An den Morgenden
der i. v. Injektionsexperimente wird ein über die Nadel Teflonkatheter
perkutan in die Vena cephalica zur Vorbereitung der Verabreichung
eines intravenösen
(i. v.) Bolus der Testsubstanz perkutan eingeführt. Der Hund wird in einem
metabolischen Käfig
gegeben und die Katheterverlängerungsleitung
und die Leinen werden an ein Schwenksystem angebracht, um es dem
Hund zu ermöglichen,
sich frei im Käfig
zu bewegen. Zu dieser Zeit (–60
Minuten) wird eine exogene Glucoseinfusion (50% G/V in Wasser) über den
venösen
Dauerkatheter begonnen. Die Glucose wird auf eine stufenweise absteigende
Art über die
ersten 6 Minuten der Studie infundiert, um die Plasmaglucosekonzentration
schnell auf 150 mg/dl anzuheben. Die Plasmaglucosekonzentrationen
werden alle 2,5 bis 7,5 Minuten während der Studie bestimmt und
die Glucoseinfusionsrate wird entsprechend angepasst, um die Plasmaglucosekonzentration
auf 150 mg/dl zu halten.
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60
Minuten nach dem Start der Glucoseinfusion (Zeitpunkt 0) wird die
Testsubstanz entweder intravenös
(1,0, 2,9, 5,0 oder 10,0 μg/kg,
Dosis gelöst
in 2 ml Kochsalzlösung,
worin 0,3% Hundealbumin G/V enthalten sind) über den vorher eingebrachten
Teflonkatheter oder subkutan (10 μg/kg,
150 μM in
Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung)
im dorsalen Bereich des Halses verabreicht.
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Es
werden arterielle Blutproben (3,5 ml) nach –30, –15, 0, 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5,
15, 20, 30, 45, 60, 75, 90, 105 und 120 Minuten während der
i. v. Studien und nach –30, –15, 0,
3, 6, 9, 12, 15, 20, 30, 45, 60, 75, 90, 105 und 120 Minuten während der
s. c. Studien entnommen. Die Proben werden in Vakuumblutsammelröhrchen gesammelt,
die Dinatrium-EDTA enthalten und sofort auf Eis gestellt. Um eine
proteolytische Spaltung von GLP-1(7-37) in den Plasmaproben zu verhindern,
werden 1,5 ml des EDTA enthaltenden Bluts in ein Polypropylenröhrchen überführt, das
40 μl Aprotinin
(10 000 KIU/ml) enthält
und gut gemischt. Die Proben werden zentrifugiert und das entstehende
Plasma wird in Polypropylenteströhrchen überführt und
für die
Dauer der Studie auf Eis gelagert.
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Nach
dem Abschluss des Experiments werden die Tiere betäubt (Isofluran),
die Katheter werden mit frischer Kochsalzlösung gespült und mit einem Gemisch aus
Glycerin/Heparin gefüllt,
wobei die freien Enden der Katheters verknotet und subkutan plaziert
werden, wie dies vorher beschrieben wurde und das Antibiotikum wird
verabreicht (300 mg Keflex, i. m.).
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Die
Plasmaglucosekonzentrationen werden am Tag der Studie mittels eines
Glucoseoxidaseverfahrens in einem Beckman Glucoseanalysegerät bestimmt.
Die Proben für
andere Tests werden bei –70°C bis zur Analyse
gelagert. Die Insulinkonzentrationen werden mittels eines im Handel
erhältlichen
Radioimmuntestkits mit Schweineinsulin als Standard bestimmt. Die
GLP-1(7-37) Spiegel werden mittels eines Immuntests mit 2 Antikörpern bestimmt.
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Die
Veränderung
beim Insulin wird als Unterschied der Insulinkonzentration zum Zeitpunkt
t und der über
die Zeit gemittelten Insulinkonzentration vor der Injektion der
Testsubstanz (Basislinie) berechnet. Die Fläche unter der Insulinveränderungskurve
wird mittels der Trapezoidregel berechnet. Die Veränderung
der Glucoseinfusionsrate wird als Unterschied der Glucoseinfusionsrate
während
dem Zeitintervall x und der mittleren Glucoseinfusionsrate während der
30 Minuten vor der Injektion der Testsubstanz (Basislinie) berechnet.
Die Fläche
unter der Glucoseinfusionsratenveränderungskurve wird mittels
der Trapezoidregel berechnet. Die Werte werden als Mittel ± der Standardabweichung
vom Mittel (SEM) aufgeführt.
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b) Euglykämische Arretierungsstudien
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Die
euglykämischen
Arretierungsstudien werden auf eine Weise ausgeführt, die zu den hyperglykämischen
s. c. Studien identisch ist, mit der Ausnahme, dass die Plasmaglucosekonzentration
bei oder nahe der normalen Basalspiegel während der Studie gehalten wird.
Um dies zu erreichen werden die Plasmaglucosekonzentrationen alle
2,5 bis 5 Minuten nach der Injektion der Testsubstanz bestimmt.
Wenn die Plasmaglucosekonzentration um mehr als 5 mg/dl gegenüber den
Vorbehandlungswerten abnimmt, wird eine exogene Glucoseinfusion
(wässrige
Lösung
mit 50% Glucose, G/V) über
den venösen
Dauerkatheter gestartet, um die Plasmaglucosekonzentration nahe
der Basislinie zu halten. Da die venöse Linie und deren Verlängerung
mit heparinisierter Kochsalzlösung
und nicht mit Glucose gefüllt
sind, gibt es eine signifikante Verzögerungsperiode zwischen der
Zeit, zu der die Infusion gestartet wird und der Zeit, zu der die
Glucose tatsächlich
in den Hund gelangt. Aus diesem Grund fallen die Glucosekonzentrationen
für eine
kurze Zeit nach der Arzneimittelbehandlung unter die Grundlinie.
Um eine genauere Abschätzung
der Menge an Glucose zu erhalten, die tatsächlich in die Hunde infundiert
wird, nimmt man eine Abschätzung
des Totvolumens vor (930 μl)
und die Glucoseinfusionsraten werden dementsprechend angepasst.
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Die
Veränderung
im Insulin wird als Unterschied zwischen der Insulinkonzentration
zum Zeitpunkt t und der über
der Zeit gemittelten Insulinkonzentration vor der Injektion der
Testsubstanz (Basislinie) berechnet. Die Fläche unter der Insulinveränderungskurve
wird mittels der Trapezoidregel berechnet. Die Werte sind als Mittel ± Standardabweichung
des Mittels (SEM) aufgeführt.
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c) Orale Glucosetoleranztests
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Es
werden orale Glucosetoleranztests in einer Gruppe aus vier männlichen
und weiblichen Beagles ausgeführt,
die 12–14
kg wiegen und über
Nacht gefastet haben. Die Vorbereitung der Tiere ist identisch zu der
oben beschriebenen. Nach der Plazierung im metabolischen Käfig können die
Tiere 20 Minuten ausruhen, bevor mit dem Experiment begonnen wird.
Am Ende dieser Akklimatisierungsperiode wird eine Nullprobe gezogen,
ein 76,2 cm (30 Inch) langer 24 Fr. Gummischlauch wird durch den Ösophagus
in den Magen des Tieres geschoben, ein Glucosebolus (1,5 g/kg, 50%
Glucose G/V in Wasser) wird gefolgt von einem 20 ml Bolus destilliertem
Wasser über
den Schlauch in den Magen eingebracht und es wird die Uhr gestartet.
Zwei Minuten später
wird ein subkutaner Bolus der Testsubstanz (3 nmol/kg oder etwa
10 μg/kg,
150 μM in
Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung)
in den dorsalen Bereich des Halses injiziert.
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Zusätzlich zur
Nullprobe werden arterielle Blutproben (3,5 ml) 5, 10, 15, 20, 30,
40, 50, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165, 180, 195, 210, 225
und 240 Minuten nach der Verabreichung der Glucose entnommen. Die
Proben werden in Vakuumblutsammelröhrchen gesammelt, die Dinatrium-EDTA
enthalten, und wie oben beschrieben bearbeitet.
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Nach
dem Abschluss des Experiments wird das Tier betäubt (Isofluran), die Katheter
werden mit frischer Kochsalzlösung
gespült
und mit einem Gemisch aus Glycerin/Heparin gefüllt, wobei die freien Enden
der Katheters verknotet und subkutan plaziert werden, wie dies vorher
beschrieben wurde und das Antibiotikum wird verabreicht (300 mg
Keflex®,
i. m.).
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Jeder
der vier Hunde wird unter drei getrennten Bedingungen untersucht:
Eine mit einer subkutanen Verabreichung von Phosphat-gepufferter
Kochsalzlösung,
eine mit GLP-1(7-37)OH und eine mit N-Imidazopropionyl-(Arg26(Nε-octanoyl(lysyl34)))GLP-1(8-37))OH.
Die Experimente in Tieren, die erneut getestet werden, werden mindestens
1 Woche später
ausgeführt.
Am Tag vor dem Ende aller Experimente werden die Leukozytenzahl
und der Hämatokrit
bestimmt.
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Die
Insulinfläche
unter der Kurve über
der Grundlinie (Insulinwert zum Zeitpunkt 0) wird mittels der Trapezoidregel
berechnet. Die Glucosefläche
unter der Kurve über
der Grundlinie (Glucosewert zum Zeitpunkt 0) wird mittels der Trapezoidregel
berechnet. Die Werte werden als Mittel ± Standardabweichung vom Mittel (SEM)
angegeben.
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Tabelle
2
Hyperglykämischer
(150 mg/dl) Arretierungstest i. v. beim Hund
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Tabelle
3
Hyperglykämischer
(150 mg/dl) Arretierungstest s. c. beim Hund
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Beispiel 9
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In vivo Test bei Ratten
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a) Glucosetoleranztests
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Die
Experimente werden in bewussten, männlichen Sprague Dawley (Charles
River) oder Zucker Diabetic Fatty (Genetic Moels, Inc.) Ratten ausgeführt, die
etwa 250 g (Sprague Dawley Ratten) oder 300 g (Zucker Diabetic Fatty
Ratten) wiegen und über
Nacht gefastet haben. 4 bis 5 Tage vor der Studie werden die Ratten
mit Isofluran betäubt
und es wird ein Polyethylenkatheter (PE50) in die rechte Jugularvene
eingeführt.
Der Katheter wird mit einer Wundklammer gesichert ist mit Kochsalzlösung gefüllt, worin
Heparin (2% Natriumheparin) enthalten ist und mit einem kleinen
Edelstahlstopfen verschlossen.
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Nach
16 stündigem
Fasten werden 12 dauerhaft kanülierte
Ratten in vier Gruppen mit je drei Ratten pro Gruppe aufgeteilt.
Es werden 0,4 ml Blut aus der Schwanzvene entnommen, in einem Mikrobehälterröhrchen gesammelt,
das Lithiumheparin enthält,
und unmittelbar auf Eis gestellt (Probe zum Zeitpunkt 0). Es wird ein
Glucosebolus (1,0 g/kg, 50% Glucose (G/V) in Wasser) über die
Jugulardauer kanüle
verabreicht und die Kanüle
wird mit 200 μl
Kochsalzlösung
gespült.
20 Sekunden später
wird ein Bolus der Testsubstanz [100 μl/100 g Körpergewicht an entweder Träger (Kochsalzlösung, die
0,3% (G/V) Rinderserumalbumin enthält) oder Träger, der das Analogon enthält] über die
Jugularkanüle
verabreicht und die Kanüle
wird wie vorher gewaschen. Die Ratten lässt man aus der Schwanzvene
erneut 2, 5,10, 20 und 30 Minuten nach der Verabreichung des Glucosebolus
bluten und die Proben werden wie oben beschrieben behandelt. Am
Ende des Experiments werden die Blutproben zentrifugiert und das
Plasma wird gewonnen.
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Die
Plasmaglucosekonzentrationen werden am Tag des Experiments mittels
eines gekuppelten Hexokinaseverfahrens in einem klinischen Analysegerät bestimmt.
Das Plasma für
die Insulinbestimmungen wird mit Nullkalibrator verdünnt und
bei –20°C bis zum
Analysezeitpunkt eingefroren. Die Insulinkonzentrationen werden
mittels eines kommerziellen Radioimmuntestkits mit Ratteninsulin
als Standard bestimmt.
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Die
Insulinveränderung
(die Veränderung
im Insulin gegenüber
dem Grundlinienwert) wird als Unterschied zwischen der Insulinkonzentration
zum Zeitpunkt t und der Insulinkonzentration zum Zeitpunkt 0 berechnet.
Die Fläche
unter der Insulinveränderungskurve
wird mittels der Trapezoidregel berechnet. Die Plasmaglucoseveränderung
(die Erhöhung
der Plasmaglucose über
dem Grundlinienwert) wird als Unterschied zwischen der Plasmaglucosekonzentration
zum Zeitpunkt t und der Plasmaglucosekonzentration zum Zeitpunkt
0 berechnet. Die Fläche
unter der Plasmaglucoseveränderungskurve
wird mittels der Trapezoidregel berechnet. Die Werte sind als Mittel ± Standardabweichung
des Mittels (SEM) angegeben.
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b) Hyperglykämische Arretierungsstudien
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Die
Experimente werden in dauerhaft mit Kathetern versehenen normalen,
männlichen
Ratten ausgeführt,
die etwa 350 g wiegen. Mindestens eine Woche vor den Untersuchungen
wird an den Ratten eine Operation unter Isofluranbetäubung ausgeführt. Es
werden zwei Katheter in die Jugularvene für Infusionen von Glucose und
Peptid und ein Katheter in die Ateria carotis zur Blutentnahme implantiert.
Die Katheter werden durch die Haut am Vertex des Kopfes nach außen geführt, mit
Glycerin/Heparinlösung
(3 : 1, V/V) gefüllt
und mit einem 1 cm langen Edelstahlstopfen verschlossen. Die Tiere
werden einzeln in Maschendrahtkäfigen
gehalten und haben freien Zugang zu einer Standardrattennahrung
und Wasser.
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Die
mit Kathetern versehenen Ratten lässt man über Nacht vor den Studien fasten.
Am Morgen des Experiments werden die Ratten gewogen und Probenahmeschläuche an
die Dauerkatheter angeschlossen. Die Schläuche werden in eine Leichtgewichtsedelstahlfeder
als Schutz eingeschlossen. Während
der Studie werden die Ratten frei in einer Plastikschuhkartonschachtel
mit 30,48 × 25,4, × 30,48
cm (12'' × 10'' × 12'') mit einer Polsterung von 2,54 cm (einem
Inch) gehalten. Nach 15 Minuten Akklimatisierung wird eine grundlegende
Probe zur Messung von Insulin- und Glucosespiegeln entnommen. Zum
Zeitpunkt –60
Minuten wird den Ratten ein Bolus mit 20% Glucose verabreicht, um
die Plasmaglucose auf 150 mg/dl anzuheben. Die Plasmglucosekonzentration
wird auf diesem Wert für
die Dauer der Studie durch Messen der Plasmaglucosekonzentration
alle 5 Minuten und einer dementsprechenden Einstellung der kalibrierten,
variablen Infusionspumpe aufrechterhalten. Es werden Blutproben
bei –15
und 0 Minuten für
Basislinienmessungen gewonnen. Unmittelbar nach der Entnahme der
Probe bei Null Minuten wird das Peptid (130–155 μM Stammlösung, verdünnt in Phosphat-gepufferter
Kochsalzlösung)
in den Jugularvenenkatheter injiziert und mit Kochsalzlösung nachgespült. Es werden
Blutproben für
Glucose- und Insulinbestimmungen bei 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 20,
25, 30, 40, 50, 60, 70, 80 und 90 Minuten entnommen. Es werden alle
Blutproben in Spritzen gesammelt, die mit Natriumheparin beschichtet
sind, in Mikrozentrifugenröhrchen überführt und
auf Eis gestellt. Die Blutproben werden dann in einer Mikrozentrifuge
zentrifugiert, um die Plasmakomponente abzutrennen.
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Die
Plasmaglucosespiegel werden am Tag der Studie durch das Glucoseoxidaseverfahren
mittels eines Beckman Glucose Analyser 2 bestimmt, während die
Insulinkonzentrationen mit einem im Handel erhältlichen Kit (Diagnostic Products
Corporation) mit Ratteninsulin als Standard gemessen werden.
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Die
Insulinveränderung
(die Veränderung
des Insulins gegenüber
dem Basiswert) wird als Differenz zwischen der Insulinkonzentration
zum Zeitpunkt t und der mittleren Insulinkonzentration vor der Injektion
der Testsubstanz berechnet. Die Fläche unter der Insulinveränderungskurve
wird mittels der Trapezoidregel berechnet. Die Veränderung
der Glucoseinfusionsrate (die prozentuale Veränderung der Glucoseinfusionsrate gegenüber dem
Basiswert) wird als Unterschied zwischen dem Glucoseinfusionsratenwert
zum Zeitpunkt t und der mittleren Glucoseinfusionsrate vor der Injektion
der Testsubstanz dividiert durch die mittlere Glucoseinfusionsrate
vor der Injektion der Testsubstanz mal 100 berechnet. Die Fläche unter
der Glucoseinfusionsratenveränderungskurve
wird anhand der absoluten Glucoseinfusionsratenveränderungswerte
(berechnet als Differenz zwischen dem Glucoseinfusionsratenwert
zum Zeitpunkt t und der Glucoseinfusionsrate vor der Injektion der
Testsubstanz) mittels der Trapezoidregel berechnet. Die Werte sind
als Mittel ± Standardabweichung
vom Mittel (SEM) aufgeführt.
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Tabelle
4
Glucosetoleranztest (1 g/kg) i. v. in der Ratte
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Tabelle
5
Hyperglykämischer
(150 mg/dl) Arretierungstest i. v. bei der Ratte
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