DE69712747T2 - 4,7-dialkoxy-n-acetylneuraminsaurederivate und methoden zur erkennung von influenza typ a und b in klinischen proben - Google Patents

4,7-dialkoxy-n-acetylneuraminsaurederivate und methoden zur erkennung von influenza typ a und b in klinischen proben

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Description

  • Die vorliegende Erfindung stellt chromogene und fluorgene 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrate bereit, die zum Nachweisen von Influenza-Typen A und B in klinischen Proben oder Mustern verwendet werden können. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure- Substrate bereit, die verwendet werden können, um zwischen verschiedenen Viren mit Neuraminidase-Reaktivität zu unterscheiden. Damit können Influenza-Viren vom Typ A und B von Parainfluenza-Viren vom Typ 1, 2, 3 und 4 und Mumps-Viren unter Verwendung der 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure- Derivate dieser Erfindung unterschieden werden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Infektiöse Krankheiten sind alleine die häufigste Ursache für Arztbesuche. Viren sind für mehr dieser Infektionen verantwortlich als alle anderen Gruppen von Mikroorganismen zusammen. Unter den verschiedenen Infektionen, die durch Viren hervorgerufen werden, sind Viren, die die Atemwege betreffen (Influenza A und B; Parainfluenza 1, 2, 3 und 4; respiratorischer syncytialer Virus; und Adenovirus), als eine Gruppe am weitesten verbreitet. Die Letalität des Influenza- Virus wurde bereits 430 vor Christus während der Pest in Athen entdeckt (Langmuir et al., New Engl. J. Medicine, 313 (1985) 1027). Influenza ist die Nummer eins, die akute Atemwegserkrankung verursacht, und zu den sechs führenden Todesursachen in den Vereinigten Staaten beiträgt (Monthly Vital Statistics Report, Bd. 43, Nr. 6 (1995)). Als ein Ergebnis wurde die Entwicklung von Diagnoseverfahren für Viren und viralen Infektionen immer wichtiger.
  • Die schnelle Diagnose von viralen Infektionen wurde auch ein wesentlicher Bestandteil guter praktischer Medizin. Einige Viren haben definierbare Antigene, gegen die Antikörper hergestellt werden können. Daher sind Immunoassay für die Messung der Anwesenheit eines Virions viel benutzt worden. Wo es wünschenswert ist, eine breite Gruppe an Virionen zu messen, kann es möglich sein, eine spezielle Komponente des Virus nachzuweisen. Z. B. exprimieren Influenza-Viren Oberflächenglycoproteine mit Neuraminidase (Sialidase) - Aktivität. Das Neuraminidase-Enzym hydrolysiert Substrate, die 2-ketosidisch gebundene N-Acetylneuraminsäure enthalten (Neu5Ac, auch bekannt als Sialsäure). Neu5Ac besteht aus einer Hauptkette von 9 Kohlenstoffatomen, einer Carboxyl- Gruppe und einer N-Acetyl-Gruppe. Die allgemeine Struktur sowie das System zum Numerieren, das verwendet wird, um die Kohlenstoffatome zu bezeichnen, ist unten gezeigt.
  • Wenn ein Virion mit Neuraminidase-Aktivität mit einem chromogenen oder fluorogenen Glycosid von Neu5Ac inkubiert wird, wird das Enzym das chromogene oder fluorogene Aglycon von dem Substrat abspalten und das Reaktionsprodukt wird auf die Anwesenheit eines Virions hinweisen. In dieser ganzen Patentschrift wird die N-Acetyl-Gruppe, die in der obigen Formel mit dem Kohlenstoff in 5-Position verbunden ist, als AcHN bezeichnet.
  • Ein Verfahren zum Nachweisen der Anwesenheit eines Virus durch die Reaktion eines Enzyms mit einem chromogenen Substrat für das Enzym wird in dem US-Patent 5 252 458 beschrieben. Ein Assay für die direkte Messung von Influenzaneuraminidase wurde von Yolken et al. (J. Infectious Diseases, 142 (1980) 516-523) entwickelt. Yolken et al. verwendeten das 4-Methylumbelliferyl-2-ketosid von Neu5Ac als ein fluoreszierendes Substrat, um die Neuraminidase-Aktivität in Präparaten zu messen, die kleine Mengen an kultiviertem Virus enthielten, sowie in einigen Proben einer Nasenauswaschung von menschlichen Freiwilligen, die mit dem Influenza-Virus infiziert waren. Yolken et al. schlugen vor, daß "erfolgreiche Entwicklung von fluorometrischen Enzym- Assays für den Nachweis von Influenzaneuraminidase damit ein praktisches Mittel für Influenza-Diagnose bereitstellen mag, das schnell genug ist, angemessen vorbeugende und therapeutische Eingriffe zu gestatten. Gemäß Yolken et al. waren colorimetrische Assays unzureichend empfindlich für klinische Anwendungen. Im Gegensatz dazu bemerkten Yolken et al., daß fluorometrische Assays zum Nachweis von Influenzaneuraminidase in klinischen Proben geeignet sein könnten.
  • Pachucki et al. (J. Clinical Microbiology, 26 (1988, 2664- 2666) untersuchten das 4-Methylumbelliferyl-2-ketosid von Neu5Ac an klinischen Proben, die von Influenza-Patienten gesammelt wurden. Aufgrund seiner geringen Empfindlichkeit war das Assay für den direkten und schnellen Nachweis von Neuraminidase in klinischen Proben nicht nützlich. Das Assay identifizierte aber 91% der Viruspositiven Isolierungen 25 Stunden nach Beimpfung von Gewebekulturen.
  • Die Verwendung von modifizierten Neu5Ac-Substraten kann die Spezifität des Neuraminidase-Assays erhöhen. Es ist berichtet worden, daß in Sialsäuren der Kohlenstoff in 4-Position (C-4) eine wichtige Rolle bei Enzym-Substrat-Wechselwirkungen spielt. Da es bekannt ist, daß Speichelbakterien-Enzyme Neuraminidase-Aktivität zeigen (Varki et al., J. Bio. Chem., 258 (1983) 12465-12471) ist es ferner wesentlich, diese unerwünschten Wechselwirkungen zu beseitigen. Es ist bereits gezeigt worden, daß Ketoside von 4-Methoxy-Neu5Ac gegenüber gewissen bakteriellen Sialidasen resistent. sind, aber schnell durch gewisse virale Sialidasen abgespaltea werden (Beau et al., Eur. J. Biochem., 106 (1980) 531-540).
  • Gemäß WO-A-91 09972 werden chromogene Derivate von N- Acetylneuraminsäure, modifiziert in der 4-Position, als Substrate verwendet, um Influenza-Infektion nachzuweisen.
  • Obwohl Modifikation der 4-Position von N-Acetylneuraminsäuren Spezifität zwischen gewisser viraler und gewisser bakterieller Neuraminidase-Reaktivität bereitstellt, würde es noch wünschenswerter sein, Substrate zu erhalten, die weitere Spezifität oder Differenzierung zwischen den verschiedenen viralen Neuraminidase-Reaktivitäten erlauben, während die Spezifität zwischen viralen und bakteriellen Neuraminidase- Reaktivitäten erhalten bleibt. Solche Substrate würden z. B. hohe Spezifität für spezielle Typen von Neuraminidase enthaltenden Viren und bessere und direktere Behandlungstherapien erlauben. Solche Substrate würden auch exaktere Überwachung von viralen Infektionen und gezielteres, jeweils anwendbares medizinisches Eingreifen, erlauben. Die chromogenen und fluorogenen 4,7-modifizierten N-Acetylneuraminsäure-Substrate der vorliegenden Erfindung schaffen die Voraussetzung für weitere Spezifität und Differenzierung zwischen den verschiedenen viralen Neuraminidase-Reaktivitäten, während die Spezifität zwischen viralen und bakteriellen Neuraminidase-Reaktivitäten erhalten bleibt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft chromogene und fluorogene 4,7-modifizierte N-Acetylneuraminsäure-Substrate, die für den Nachweis und die Identifizierung von Influenza-Viren in klinischen Proben verwendet werden können. Insbesondere betrifft diese Erfindung chromogene und fluorogene 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrate, die für den Nachweis und die Identifizierung von Influenza-Viren in klinischen Proben verwendet werden können. Diese 4,7-modifizierten N-Acetylneuraminsäure-Substrate können in diagnostischen Tests verwendet werden, um zwischen Influenza- Viren vom Typ A und B und anderen Neuraminidase-Enzyme aufweisenden Viren in klinischen Proben zu unterscheiden. Diese Erfindung betrifft auch diagnostische Verfahren, die solche Substrate anwenden.
  • Es ist beabsichtigt, daß die hier verwendeten Ausdrücke "chromogene oder fluorogene Gruppe" und "Marker- oder Reportergruppe" ohne Limitierung Moleküle beinhalten, die Extinktion oder Fluoreszenz zeigen. Dementsprechend ist beabsichtigt, daß der Ausdruck "Farbe" ohne Limitierung Extinktion und Fluoreszenz beinhaltet.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, chromogene und fluorogene 4,7-modifizierte N-Acetylneurazninsäure-Substrate bereitzustellen, die für diagnostische Verfahren zum Nachweis von Viren verwendbar sind. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein praktisches, bequemes und kosteneffektives Verfahren zum Nachweis von Influenza-Viren vom Typ A und. B in klinischen Proben bereitzustellen. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein praktisches, bequemes und kosteneffektives diagnostisches Verfahren bereitzustellen, das zwischen Influenza-Viren vom Typ A und B und anderen Viren mit allgemeiner Neuraminidase- Reaktivität in klinischen Proben unterscheiden kann.
  • Noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure der allgemeinen Formel
  • bereitzustellen, worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Gruppen sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten. Bevorzugt sind sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl-Gruppen.
  • Noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat der allgemeinen Formel
  • bereitzustellen, worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Gruppen sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, und R&sub3; eine chromogene oder fluorogene Gruppe ist. Bevorzugt sind sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl-Gruppen und R&sub3; ist eine chromogene Gruppe.
  • Noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Nachweis von Influenza-Viren vom Typ A und B in einer klinischen Probe von einer Einzelperson, die im Verdacht steht, eine virale Infektion der Atemwege zu haben, bereitzustellen, wobei das Verfahren umfaßt:
  • (1) Inkubieren der klinischen Probe mit einem chromogenen oder fluorogenen 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat der allgemeinen Formel
  • worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Reste sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, und R&sub3; eine chromogene oder fluorogene Gruppe ist, die eine deutliche und charakteristische Farbe zeigt, wenn sie von dem Substrat oder einem Salz des Substrats abgespalten wird;
  • (2) Beobachten der inkubierten klinischen Probe, um zu bestimmen, ob die deutliche und charakteristische Farbe gebildet wird, wobei die Bildung der deutlichen und charakteristischen Farbe auf die Anwesenheit von Influenza- Viren vom Typ A oder B in der klinische Probe hinweist.
  • Noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Nachweis von Influenza-Viren vom Typ A und B in einer klinischen Probe von einer Einzelperson, die im Verdacht steht, eine virale Infektion der Atemwege zu haben, bereitzustellen, wobei das Verfahren umfaßt:
  • (1) Teilen der klinischen Probe in einen ersten Teil und einen zweiten Teil;
  • (2) Inkubieren des ersten Teils mit einem chromogenen oder fluarogenen ersten 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure- Substrat der allgemeinen Formel
  • worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Reste sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, und R&sub3; eine erste chromogene oder fluorogene Gruppe ist, die eine deutliche und charakteristische erste Farbe zeigt, wenn sie von dem ersten Substrat oder einem Salz des ersten Substrats abgespalten wird;
  • (3) Beobachten des inkubierten ersten Teils, um zu bestimmen; ob die deutliche und charakteristische erste Farbe gebildet wird, wobei die Bildung der deutlichen und charakteristischen ersten Farbe auf die Anwesenheit von Influenza-Viren vom Typ A oder B in der klinischen Probe hinweist;
  • (4) Inkubieren des zweiten Teils mit einem chromogenen oder fluorogenen zweiten 4-Alkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat der allgemeinen Formel
  • worin R&sub4; ein Alkyl-Rest ist, der 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, und R&sub5; eine zweite chromogene oder fluorogene Gruppe ist, die eine deutliche und charakteristische zweite Farbe zeigt, wenn sie von dem zweiten Substrat oder einem Salz des zweiten Substrats abgespalten wird; und
  • (5) Beobachten des inkubierten zweiten Teils, um zu bestimmen, ob die deutliche und charakteristische zweite Farbe gebildet wird, wobei die Bildung der deutlichen und charakteristischen zweite Farbe auf die Anwesenheit von Neuraminidase reaktiven Viren in der klinischen Probe hinweist;
  • wobei die Anwesenheit der ersten und zweiten Farbe auf die Anwesenheit von Influenza-Viren vom Typ A oder Ballein oder in Kombination mit Neuraminidase reaktiven Viren, andere als Influenza-Viren vom Typ A und B, in der klinischen Probe hinweist;
  • wobei die Anwesenheit der zweiten Farbe und das Fehlen der ersten Farbe auf Neuraminidase reaktive Viren, andere als Influenza-Viren vom Typ A und B, in der klinischen Probe hinweist; und
  • wobei das Fehlen der ersten und zweiten Farbe auf die Abwesenheit von Neuraminidase reaktiven Viren in der klinischen Probe hinweist.
  • Andere Aufgaben, Vorteile, Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung und der angefügten Ansprüche deutlicher.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine 4,7-Dialkoxy-Nacetylneuraminsäure der allgemeinen Formel
  • worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Gruppen sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten. R&sub1; und R&sub2; können gleiche oder verschiedene Alkyl-Gruppen sein. Die höheren Alkyl-Gruppen (d. h. wenn R 3 bis 4 Kohlenstoffatome enthält) beinhalten lineare oder verzweigte Isomere. Bevorzugt sind R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Gruppen, die 1 oder 2 Kohlenstoffatome enthalten; insbesondere bevorzugt sind sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl- Gruppen.
  • Die 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung des folgenden allgemeinen Reaktionsschemas hergestellt werden:
  • Das Ausgangsmaterial 1 (8,9-O-Isopropylidin-methylestermethylketosid-Derivat von NeuSAc) wird aus Neu5Ac hergestellt, wie allgemein in unserem US-Patent 5 556 963, erteilt 17. September 1996 (Anmeldungsserien-Nr. 08/286 573, eingereicht am 5. August 1994) beschrieben, das hiermit durch das Zitat eingeschlossen wird. Neu5Ac ist kommerziell erhältlich (MediHerb Inc., 4540 S. Navajo #1, Englewood, Co. 80110). Es kann auch enzymatisch aus N-Acetyl-D-mannosamin und Brenztraubensäure synthetisiert werden, wobei das Verfahren, das von Kim et al., J. Am. Chem. Soc., 110 (1988) 6481 beschrieben und durch die folgende Gleichung verdeutlich wird, verwendet wird: Schema 1
  • Die enzymatische Reaktion kann mittels Dünnschichtchromatographie (TLC) kontrolliert werden und das Produkt kann durch Ionenaustausch-Chromatographie gereinigt werden.
  • Neu5Ac wird zuerst in ein Alkylesteralkylketosid der allgemeinen Formel
  • umgewandelt, wie in dem US-Patent 5 556 963 beschrieben. Die vicinalen Hydroxyl-Gruppen am C-8 und C-9 dieses Methylestermethylketosids werden durch die Bildung eines Ketals (1) durch die Behandlung mit wirksamen Mengen an Aceton und einem sauren Katalysator, wodurch das Ketal gebildet wird, geschützt. Geeignete saure Katalysatoren beinhalten p-Toluolsulfonsäure, Salze von p-Toluolsulfonsäure wie das Pyridinsalz (PPTS) und andere Salze ZnCl&sub2;, FeCl&sub3; und dgl. Der bevorzugte saure Katalysator ist das nichthygroskopische Pyridinsalze von p-Toluolsulfonsäure.
  • Das geschützte Methylestermethylketosid (1) wird dann alkyliert, um eine Mischung von Verbindung 2, enthaltend eine Alkoxy-Gruppe an der 4-Position, und Verbindung 3 mit Alkoxy- Gruppen sowohl in 4- als auch 7-Position. Alkylierung der Hydroxyl-Gruppe am C-4 und C-7 kann Methylierung, Ethylierung, Propylierung oder Butylierung sein, wodurch die Hydroxy-Gruppe am C-4 in 2 in eine -OR-Gruppe umgewandelt wird und die Hydroxy-Gruppen am C-4 und C-7 in 3 in -OR- Gruppen umgewandelt werden, worin R ein Alkyl-Rest ist, der 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält. Bevorzugt ist die Alkylierung am C-4 und/oder C-7 Methylierung oder Ethylierung; wodurch 4-Methoxy- oder 4-Ethoxy-Derivate oder 4,7-Dimethoxy- oder 4,7-Diethoxy-Derivate erhalten werden. Bevorzugter ist die Alkylierung am C-4 und/oder C-7 Methylierung, wodurch 4-Methoxy- oder 4,7-Dimethoxy-Derivate erhalten werden. Einbringung von höheren Alkyl-Gruppen an den C-4- und C-7- Positionen ist gewöhnlich langsamer als Methylierung und die Ausbeuten sind ein wenig niedriger. Ferner neigen chromogene Substrate mit höheren Alkyl-Gruppen dazu, weniger empfindlich hinsichtlich enzymatischer Abspaltung zu sein als 4,7-Dimethoxy-Neu5Ac, wodurch weniger empfindliche Assays resultieren. Nichts desto Trotz können für einige spezielle Anwendungen und Assays solche höheren Alkyl-Gruppen am C-4 und. C-7 nützlich und sogar bevorzugt sein.
  • Alkylierung an der sterisch mehr gehinderten freien Hydroxyl- Gruppe am C-7 kann durch Einstellen der Reaktionsbedingungen, wie hier im folgenden sofort beschrieben, gefördert werden. Gemäß dem Verfahren wird das Zwischenprodukt 1 mit einem Überschuß (gewöhnlich größer als etwa 1,5 molare Äquivalente) eines Alkylierungsmittels in einer etwa 80%igen Natriumhydroxid-Dispersion behandelt. Das Alkylierungsmittel wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Dipropylsulfate und Dibutylsulfate. Die Reaktion wird gewöhnlich bei einer Temperatur von etwa 0ºC bis etwa 30ºC für etwa 10 Minuten bis etwa 48 Stunden durchgeführt. Die Reaktionstemperatur ist bevorzugt im Bereich von etwa 0ºC bis etwa 22ºC. Längere Reaktionszeiten sind gewöhnlich bevorzugt, wenn die höheren Alkoxy-Gruppen an der 4- und 7-Positionen gebildet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Methylierungsreaktion zum Bilden von Methoxy-Gruppen am C-4 und C-7 bei einer Temperatur von etwa 0ºC bis etwa 30ºC, bevorzugter von etwa 0ºC bis etwa 22ºC, für etwa 10 Minuten bis etwa 30 Minuten durchgeführt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der. Erfindung wird eine Ethylierungsreaktion zum Bilden von Ethoxy-Gruppen am C-4 und C-7 bei einer Temperatur von etwa 0ºC bis etwa 30ºC, bevorzugter von etwa 0ºC bis etwa 22ºC, für etwa 1 Stunde bis etwa 24 Stunden durchgeführt.
  • Die Behandlung des geschützten Methylestermethylketosids 1 mit einem Überschuß Alkylierungsmittel (z. B. Dimethylsulfat) erzeugt eine Mischung von Komponente 2, die eine Alkoxy- Gruppe in der 4-Position enthält, und Verbindung 3 mit Alkoxy-Gruppen in sowohl der 4- als auch 7-Position. Gewöhnlich wird ein Überschuß von etwa 1,5 molaren Äquivalenten an Alkylierungsmittel verwendet. Bevorzugt werden etwa 1,5 bis etwa 2,0 molare Äquivalente des Alkylierungsmittels verwendet. Gewöhnlich erhöht sich die Menge der gewünschten Verbindung 3 relativ zur Verbindung 2, wenn die Menge an Alkylierungsmittel erhöht wird. Die Reaktionsmischung, die aus solch einer Behandlung resultiert, enthält gewöhnlich die 4-Alkoxy-Verbindung 2 als Hauptprodukt und etwa 10 bis 20 Gew.-% der 4,7-Dialkoxy-Verbindung 3. Teilweise Trennung der Verbindungen 2 und 3 kann z. B. durch Säulenchromatographie und anschließende Kristallisation aus einer Aceton-Hexan-Mischung, die vorzugsweise die 4-Alkoxy- Verbindung 2 entfernt, erhalten werden. Der resultierende Rest enthält eine Mischung aus den zwei Verbindungen, die mit dem 4,7-Dialkoxy-Material angereichert ist; gewöhnlich ist das molare Verhältnis der zwei Verbindungen auf wenigstens etwa 1 : 1 erhöht.
  • Entfernung der Ketal-Gruppe aus Verbindung 3 wird durch Behandeln mit etwa 80%iger Essigsäure erreicha. Die Essigsäure-Hydrolyse kann auch in teilweise Acetylierung an der C-9 Hydroxy-Gruppe resultieren. Daher kann das Hydrolyse- Produkt mit Natriummethoxid behandelt werden, um jegliche Acetat-Gruppen am C-9 zu entfernen. Abschließende Entschützung von 4 wird durch alkalische Behandlung und nachfolgende saure Hydrolyse durchgeführt, um das Endprodukt 4,7-Dialkoxy-Neu5Ac (5) zu ergeben. Natürlich wird die in der Mischung vorliegende 4-Alkoxy-Verbindung 2 auch auf eineähnliche Weise behandelt, um die entsprechende 4-Alkoxy- NeuSAc-Verbindung zu ergeben.
  • Das resultierende 4,7-Dialkoxy-Neu5AC kann ferner verwendet werden durch Koppeln an eine geeignete Marker- oder Reporter- Gruppe, einschließlich z. B. eine chromogene oder fluorogene Marker-Gruppe. Die bevorzugte Marker- oder Reporter-Gruppe ist eine chromogene Gruppe einschließlich z. B. 4-Chloro-1- naphthol, 6-Bromo-1-naphthol und 5-Bromo-4-chlor-indol. Chromogenes modifiziertes 4,7-Dialkoxy-Neu5Ac kann in ein Neruaminidase-Assay, das zum Detektieren von viraler Neuraminidase-Aktivität von Influenza Typ A und B in klinischen Proben oder Präparaten verwendbar ist, eingebaut werden. Verfahren zum Synthetisieren und Verwenden solcher in 4,7-Position modifizierten chromogenen N-Acetylneuraminsäure- Substrate in viralen Assays sind ähnlich zu solchen, die für die verwandten in 4-Position modifizierten Substrate in der PCT-Veröffentlichungsschrift WO 91/09972; Yolken et al., J. Infectious Diseases, 142 (1980) 516-523; und Pachucki et al., J. Clinical Microbiology, 26 (1988) 2664-266 beschrieben sind. Natürlich können die vorliegenden 4,7-Dialkoxy-Nacetylneuraminsäuren auch in anderen viralen Assays verwendet werden.
  • Gewöhnlich kann die chromogene oder fluorogene Marker-Gruppe in das 4,7-Dialkoxy-Neu5Ac (5) unter Verwendung des folgenden Reaktionsschemas eingebaut werden (unter Verwendung von 5-Brom-3-indolyl als eine beispielhafte Markergruppe): Schema 2
  • Verbindung 5 wird zuerst in das entsprechende Methylester- Derivat durch Behandeln mit konzentrierter Trifluoressigsäure und Methanol umgewandelt, und der Ester wird dann mit einem Überschuß an Acetylchlorid umgesetzt, um das Ghloracetatmethylester-Derivat von 4,7-Dialkoxy-Neu5Ac (6) zu bilden. Koppeln von 6 mit dem Natriumsalz von 5-Brom-3- indolyl ergibt den 5-Bromindol-3-ol-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäureacetoxymethylester (7). Deacetylierung von 7 wird durch Behandeln mit Natriummethoxid in Methanol bewirkt, um Verbindung 8 zu ergeben, und nachfolgende Behandlung mit Natriumhydroxid ergibt das Natriumsalz von 5-Brom-3-indolyl-4,7-dimethoxy-N-acetylneuraminsäure (9).
  • Natürlich wird das 4-Alkoxy-Neu5Ac in der Mischung ähnlichen Kopplungsreaktionen unterzogen, um das 5-Brom-3-indolyl-4- methoxy-N-acetylneuraminsäuresalz zu bilden.
  • Das gekoppelte 4,7-Dialkoxy-Derivat 9 wird dann von der Mischung aus den zwei gekoppelten Verbindungen (d. h. die 4-Alkoxy- und 4,7-Dialkoxy-Derivate) durch Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) unter Verwendung von z. B. einer C18-Umkehr-Platten-Silicakolonne abgetrennt. Die Mischung der gekoppelten Produkte kann in Wasser gelöst und auf die Säule aufgegeben werden. Die Produkte werden durch einen sich erhöhenden Gradienten von Methanol mit den geeigneten Fraktionen, die gesammelt und vereinigt werden, getrennt. Die resultierende gereinigte 5-Brom-3-indolyl-4,7- dimethoxy-N-acetylneuraminsäure (9) kann getrocknet und bis zur Verwendung gelagert werden. Gewöhnlich enthält das resultierende Produkt im wesentlichen kein 4-Methoxy-Derivat. Es ist wichtig, daß diese Mischung im wesentlichen kein 4-Methoxy-Derivat enthält, da es hochreaktiv mit Mumps-Virus und anderen Neuraminidase-enthaltenden Viren ist.
  • Wie oben bemerkt, haben die chromogenen oder fluorogenen 4,7-Dialkoxy-Derivate dieser Erfindung die allgemeine Formel
  • worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Gruppen sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, und R&sub3; eine chromogene oder fluorogene Gruppe ist. R&sub1; und R&sub2; können gleiche oder unterschiedliche Alkyl-Gruppen sein. Bevorzugt sind sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl-Gruppen und R&sub3; ist eine chromogene Gruppe.
  • Bevorzugter ist. R&sub3; 4-Methylumbelliferyl, 3-Cyanoumbelliferyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 3-Resorufin, 5-Brom-4-chlor-3- indolyl, 5-Brom-3-indolyl, 3-Indolyl, Nitrophenylazophenyl, Nitrophenylazoresorcinyl, 3-Methoxyphenyl, 3-Dimethylaminophenyl, 4-Chlor-1-naphthyl oder 6-Brom-2- naphthyl. Sogar noch mehr bevorzugt ist R&sub3; 4-Methylumbelliferyl, 5-Brom-4-chlor-3-indolyl oder 5-Brom-3- indolyl. Am meisten bevorzugt ist R&sub3; 5-Brom-3-indolyl. Einfache Salze dieser Substrate, wie die Na&spplus;-, K&spplus;- und NH&sub4;&spplus;--Salze können ebenfalls verwendet werden.
  • Beispiele für chromogene 4,7-Dialkoxy-NeuSAc-Derivate, die unter die obige Formel fallen, beinhalten 4-Methylumbelliferyl-4,7-dimethoxy-N-acetylneuraminsäurealplha-ketosid, 2-Nitrophenyl-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 4-Nitrophenyl-4,7-methoxy- N-acetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 3-Cyanoumbelliferyl-4,7- dimethoxy-N-acetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 3-Resorufin- 4,7-dimethoxy-N-acetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 5-Brom-4- chlor-3-indolyl-4,7-dimethoxy-N-acetylneuraminsäure-alphaketosid, 5-Brom-3-indolyl-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 3-Indolyl-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 2-[4-(4-Nitrophenylazo)phenyl]-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 2-[4-(4-Nitrophenylazo)resorcinyl]-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 3-Methoxyphenyl-4,7- dimethoxy-N-acetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 3-Dimethylaminophenyl-4,7-dimethoxy-N-acetylneuraminsäurealpha-ketosid, 6-Brom-2-naphthyl-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-alpha-ketosid, 4-Chlor-1-naphthyl-4,7- dimethoxy-N-acetylneuraminsäure-alpha-ketosid, sowie die entsprechenden 4,7-Diethoxy-, 4,7-Dipropyl- und 4,7-Dibutyl- Derivate. Gewöhnlich sind die 4,7-Dimethoxy-Derivate bevorzugt. Wenn gewünscht, können "gemischte" 4,7-Dialkoxy- Derivate (z. B. 4-Methoxy-7-ethoxy) verwendet werden.
  • Die chromogenen oder fluorogenen 4,7-Dialkoxy-Derivate können in diagnostischen Tests für Influenza-Viren von Typ A und B in klinischen Proben verwendet werden. Die klinischen Proben, die in dieser Erfindung getestet werden, werden typischerweise pharyngeale, nasopharyngeale oder respiratorische Sekrete sein, die von Patienten gesammelt wurden, die an Influenza erkrankt sind oder die in Verdacht stehen erkrankt zu sein, als Spülungsabstrich oder Auswurfproben. Die Spülung, Auswurf oder Abstrich wird bevorzugt mit einer einen Stabilisator enthaltenden wäßrigen Pufferlösung vor dem Mischen mit dem Substrat kombiniert. Die Pufferlösung enthält gewöhnlich einen Puffer, der den pH bei etwa 4 bis 7, bevorzugt 5,5 bis 6,5 hält, optional etwa 0,1 bis 10 Gew.-% eines nichtionischen Detergenzes, eine kleine Menge (1 bis 20 mM) eines Erdalkalimetall-Kations (Ca, Mg, bevorzugt Ca) und eine ausreichende Menge eines Stabilisators, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alditolen, Monosacchariden und Disacchariden, um die thermische Stabilität der Neuraminsäure in der Probe zu erhöhen.
  • Das Volumen der Pufferlösung, die mit der Probe kombiniert wird, wird normalerweise 0,1 bis 2 ml sein. Der Puffer kann organisch oder anorganisch sein. Geeignete Puffer beinhalten z. B. herkömmliche Puffer von organischen Säuren und Salzen davon, wie Citrat-Puffer (z. B. Mischung aus Mononatriumcitrat-Dinatriumcitrat, Mischung aus Zitronensäure-Trinatriumcitrat, Mischung aus Zitronensäure- Mononatriumcitrat usw.) Acetatpuffer (z. B. Mischung aus Essigsäure-Natriumacetat), Succinat-Puffer (z. B. Mischung aus Succinsäure-Mononatriumsuccinat, Mischung aus Succinsäure- Natriumhydroxid, Mischung aus Succinsäure-Dinatriumsuccinat, usw.), Tartratpuffer (z. B. Mischung aus Weinsäure-Tartrat, Mischung aus Weinsäure-Kaliumtartrat, Mischung aus Weinsäure- Natriumhydroxid, usw.), Fumarat-Puffer (z. B. Mischung aus Fumarsäure-Mononatriumfumarat, Mischung aus Fumarsäure- Dinatriumfumarat, Mischung aus Mononatriumfumaratsäure- Dinatriumfumarat), Gluconat-Puffer (z. B. Mischung aus Gluconsäure-Natriumgluconat, Mischung aus Gluconsäure- Natriumhydroxid, Mischung aus Gluconsäure-Kaliumgluconat usw.), Oxalat-Puffer (z. B. Mischung aus Oxalsäure- Natriumoxalat, Mischung aus Oxalsäure-Natriumhydroxid, Mischung aus Oxalsäure-Kaliumoxalat usw.), Lactat-Puffer (z. B. Mischung aus Milchsäure-Natriumlactat, Mischung aus Milchsäure-Natriumhydroxid, Mischung aus Milchsäure- Kaliumlactat usw.), Acetat-Puffer (z. B. Mischung aus Essigsäure-Natriumacetat, Mischung aus Essigsäure- Natriumhydroxid usw.), Malat-Puffer (z. B. Mischung aus D,L-Äpfelsäure-Dinatriummalat), Phosphat-Puffer (z. B. Mischung aus Mononatriumphosphat-Dinatriumphosphat, Mischung aus Mononatriumphosphat-Natriumhydroxid, Mischung aus Trinatriumphosphat-Salzsäure usw.), 2-(N-Morpholin)ethansulfonsäure, [Bis-(2- hydroxyethyl)imino]tris(hydroxymethyl)methan, N-2-ACetamidoiminodiessigsäure, 1,3-Bis[tris(hydroxymethyl)methylamino]propan, Piperazin- N,N'-2-ethansulfonsäure), N-2-Acetamido-2- aminoethansulfonsäure, 3-(N-Morpholin)-2- hydroxypropansulfonsäure, 3-(N-Morpholin)propansulfonsäure, 2-[Tris(hydroxymethyl)methylamino]ethansulfonsäure, N-2-Hydroxyethylpiperazin-NN'-2-ethansulfonsäure, 3-[Tris(hydroxymethyl)methylamino]-2- hydroxypropansulfonsäure.
  • Nichtionische Detergentien, die in der Pufferlösung verwendbar sind, beinhalten z. B. die Pluronics wie Polysorbat 20 oder Polysorbat 80, Triton X-100, NP-40 und Alkylglucoside wie C&sub8;- und C&sub9;-Alkylglucoside. Das Detergens ist eine optionale Komponente und erleichtert das Freisetzen der Neuraminidase aus der viralen Umhüllung. Stabilisatoren, die in der Pufferlösung verwendet werden, beinhalten z. B. dreiwertige oder höhere Alditole wie Glycerin, Erythrol, Arabitol, Xylitol, Sorbitol, Mannitol, die Hexosen Glucose und Fructose und das Disaccharid Sucrose. Diese Stabilisatoren können alleine oder in Kombination verwendet werden. Um die Aktivität der Neuraminidase-enthaltenden Viren zu stabilisieren, werden die Stabilisatoren zu dem Flüssigformulierung/Trägersubstanz-System in einer Menge von 0,2 M bis 2,1 M und bevorzugt 0,6 M bis 2,0 M zugegeben. Sobald mit der Pufferlösung gemischt, kann die Probe für längere Zeitdauern gelagert werden, bevorzugt bei 2ºC bis 8ºC, ohne bedeutenden Verlust von Neuraminidase-Aktivität.
  • Das Substrat wird normalerweise zu der gepufferten stabilisierten Probe in einer Menge im Bereich zwischen 0,05 mM und 0,5 mM zugegeben. Die Mischung wird bei Raumtemperatur bis physiologischer Temperatur (d. h. etwa 18ºC bis 40ºC) für eine Zeit, die ausreichend ist, um jegliche Neuraminidase in der Probe mit dem Substrat umzusetzen, inkubiert. Diese Zeit wird normalerweise in dem Bereich von 1 Minute bis 4 Stunden, normalerweise 5 bis 120 Minuten, und noch mehr 30 bis 60 Minuten liegen. Wenn es Neuraminidase- Aktivität in der Probe gibt, wird die Marker- oder Reporter- Gruppe von dem Substrat freigesetzt und der freigesetzte Marker oder Reporter-Niederschlag wird der Mischung eine charakteristische Farbe verleihen. Insbesondere für kolorimetrische Derivate, wird die resultierende Reaktionsmischung bevorzugt in eine Sammelvorrichtung, die einen porösen Membranfilter und ein absorbierendes Kissen enthält, um die Lösung aufzusaugen ("wick away") übertragen. Einmal ist solch eine Sammelvorrichtung in unserer gleichzeitig anhängigen Anmeldung, Serien-Nr. 08/479 789 (eingereicht 7. Juni 1995) gezeigt, die hiermit durch das Zitat eingeschlossen wird. Bei Anwesenheit von Influenza Typ A und B Neuraminidase wird die Reportergruppe an dem 4,7-modifiziertem Neu5Ac durch die Wirkung der Neuraminidase freigesetzt und das resultierende Reportermolekül wird als ein gefärbter Niederschlag auf der porösen Filtermembran gesammelt. Die Anwesenheit eines solches farbigen Produktes zeigt eine positive Diagnose für Influenza-Typen A und B an; die Abwesenheit eines solchen gefärbten Produktes zeigt eine negative Diagnose für Influenza-Typen A und B an. Konzentration oder Ansammlung des gefärbten Niederschlags erhöht die Empfindlichkeit es diagnostischen Tests. Solche Sammelvorrichtungen sind jedoch nicht für die Ausführung der Erfindung notwendig.
  • Die folgende Tabelle zeigt die charakteristische Farbe, die gebildet wird, wenn Neuraminidase mit verschiedenen chromogenen oder fluorogenen 4,7-modifizierten. NeuSAc- Derivaten reagiert und das Reportermolekül freisetzt.
  • Die vorliegenden chromogenen und fluorogenen 4,7-Dialkoxy- Neu5Ac-Derivate zeigen die charakteristische Farbe nur bei Anwesenheit von Influenza-Virus vom Typ A und B. Sie zeigen die charakteristische Farbe nicht (d. h. kein Freisetzen des Reportermoleküls findet statt) in der Gegenwart von Parainfluenza-Typen. 1, 2, 3 und 4, Mumps, respiratorischer syncytialer Viren und/oder Adenoviren. Darüber hinaus weisen die chromogenen und fluorogenen 4,7-Dialkoxy-Neu5Ac-Derivate nicht auf bakterielle Neuraminidase-Reaktivität hin. Um den gewünschten Grad an Empfindlichkeit zu erhalten, sollten die 4,7-Dialkoxy-NeuSAc-Derivate im wesentlichen frei von den entsprechenden 4-Alkoxy-Neu5Ac-Derivaten sein. Die maximalen Niveaus der 4-Alkoxy-Neu5Ac-Derivate, die akzeptable Empfindlichkeit erlauben, kann experimentell bestimmt werden unter Verwendung von bekannten Stämmen der verschiedenen Viren-Typen. Gewöhnlich sollten die Gehalte an 4-Alkoxy- Neu5Ac-Derivaten geringer als etwa 5 Gew.-% sein und bevorzugt weniger als etwa 0,5 Gew.-%.
  • Ein möglicherweise aufschlußreicherer diagnostischer Test kann durch Kombinieren der Neuraminidase-Reaktivität und Empfindlichkeit der vorliegenden chromogenen und fluorogenen 4,7-Dialkoxy-Neu5Ac-Derivate und der chromogenen und fluorogenen 4-Alkoxy-Neu5Ac-Derivate in einem einzigen Test erhalten werden. In solch einem System wird die klinische Probe in zwei Teile unterteilt, die dann getrennt voneinander mit den 4,7-Dialkoxy- bzw. den 4-Alkoxy-Neu5Ac-Derivaten inkubiert werden. Die Anwesenheit und/oder Abwesenheit der charakteristischen Farbe in den zwei inkubierten Proben kann verwendet werden, um den Typ des Virus, der, wenn überhaupt, in der klinischen Probe vorliegt, näher zu bestimmen. Wenn nur Influenza-Viren vom Typ A oder B in der klinischen Probe vorliegen, dann zeigen sowohl die 4-Alkoxy als auch die 4,7-Dialkoxy-Derivate ihre charakteristischen Farben ihrer Reportermoleküle. Wenn sowohl Influenza-Viren vom Typ A oder B als auch Neuraminidase reaktive Viren, andere als Influenza-Viren vom Typ A und B, in der klinischen Probe vorliegen, dann wird jeder Teil die charakteristische Farbe seines Reportermoleküls zeigen. Wenn nur Neuraminidasereaktive Viren, andere als Influenza-Viren vom Typ A und B, in der klinischen Probe vorliegen, dann wird nur das 4-Alkoxy-Derivat die charakteristische Farbe seines Reportermoleküls zeigen. Wenn keine Neuraminidase aktive Viren in der klinischen Probe vorliegen, dann wird weder der eine Teil noch der andere Teil die charakteristische Farbe seines Reportermoleküls zeigen.
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einfache und schnelle Techniken zum selektiven Diagnostizieren von Influenza, insbesondere der Typen A und B, bereit, die in der Klinik oder in der Arztpraxis durchgeführt werden können und dem Arzt ermöglichen, die angemessene Behandlung zu verschreiben, um die Infektion und/oder die angemessene prophylaktische Behandlung an Personen, die in nahem Kontakt mit dem infizierten Patienten stehen, zu behandeln.
  • Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen.
  • Beispiel 1.
  • Die Synthese von 4,7-Dimethoxy-Neu5Ac wurde unter Verwendung der Reaktionen, die in Schema 1 gezeigt sind, ausgeführt. Eine kalte (Eisbadtemperatur) Lösung des Isopropyliden-Derivats 1 (1,2 g), in etwa 10 ml trockenem Acetonitril wurde mit Stickstoff gesättigt. Natriumhydroxid (270 mg; 80 Gew.-% Dispersion in Öl) wurde zugegeben und die Mischung wurde für 20 Minuten gerührt. Dimethylsulfat (1 ml) wurde zugegeben und das Rühren wurde für zusätzliche 30 Minuten unter Verwendung eines Eisbads zum Kühlen der Mischung fortgesetzt. Die resultierende Mischung wurde durch Celite filtriert und der Niederschlag wurde mit trockenem Acetonitril gewaschen. Das Filtrat wurde evaporiert und der Rest wurde getrocknet und mit Aceton extrahiert. Nach Filtration wurde das Filtrat wieder evaporiert. Der resultierende Rest wurde getrocknet und auf Silicagel chromatographiert. Elution mit Methylenchlorid/Methanol (25 : 1) entfernte einige Nebenprodukte. Fortgesetzte Elution mit demselben Lösungsmittelsystem stellte einen Sirup, der 2 und 3 enthielt, bereit, der aus Aceton/Hexan auskristallisiert wurde. Kristallines 2 (177 mg) wurde gesammelt. Das Filtrat enthielt eine Mischung aus 2 und 3 (etwa 1 : 1), aber mit einem höheren Anteil von 3 als die ursprüngliche Mischung.
  • Das 3 (1,22 g) enthaltende Filtrat wurde mit 80%iger wäßriger Essigsäure (15 ml) bei 85ºC für eine Stunde behandelt. Die Mischung wurde evaporiert und mit Wasser co-evaporiert. Der Rest wurde chromatographiert. Elution mit Methylenchlorid/Methanol (5 : 1) entfernte ein geringes Nebenprodukt. Fortgesetzte Elution mit demselben Lösungsmittelsystem ergab das teilweise entschützte Produkt 4 (0,87 g; 80% Ausbeute).
  • Das 4,7-Dimethoxymethylestermethylketosid (4) (0,87 g) wurde mit 1 M Natrimhydroxid (3 ml) in Methanol (5 ml) und Wasser (5 ml) bei Raumtemperatur für eine Stunde behandelt. Die Mischung wurde neutralisiert mit Dowex 50 (H&spplus;)-Harz; das Harz wurde durch Filtration entfernt und mit Methanol gewaschen. Das vereinigte Filtrat wurde evaporiert. Der Rest wurde mit Dowex 50 (H&spplus;)-Harz (1,5 g) in 0,025 M Salzsäure bei 100ºC für zwei Stunden behandelt. Das Harz wurde durch Filtration entfernt und das Filtrat gesammelt und evaporiert. Der Rest wurde unter Vakuum getrocknet, um im wesentlichen reines 4,7-Dimethoxy-Neu5Ac (5) zu ergeben (0,71 g; 88% Ausbeute).
  • Beispiel 2.
  • Die Synthese von 5-Brom-3-indolyl-4,7-dimethoxy- Neu5Ac wurde unter Verwendung der Reaktionen, die in Schema 2 gezeigt sind, ausgeführt. Verbindung 5 (1,0 g) wurde mit Trifluoressigsäure (0,2 ml) in Methanol (25 ml) über Nacht bei Raumtemperatur behandelt. Die Mischung wurde evaporiert. Der Rest wurde getrocknet und mit Acetylchlorid (5 ml) in Methylenchlorid (5 ml) behandelt. Die Reaktionsmischung wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt und dann evaporiert. Der Rest wurde getrocknet, um das rohe Chlorid 6 (1,36 g) bereitzustellen. Das rohe Produkt 6 wurde aufgrund seiner Instabilität nicht weiter gereinigt.
  • Eine Suspension des rohen Produktes 6 (0,7 g) und 1-Acetyl-5- bromindol-3-ol (0,26 g) in Aceton (5 ml) wurde mit Stickstoff gesättigt. Eine 1 M Natriumhydroxid-Lösung (1 ml) wurde zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde unter Stickstoff für eine Stunde gerührt. Nach Evaporation wurde der Rest getrocknet und auf Silicagel chromatographiert. Elution mit Methylenchlorid/Methanol (25 : 1) entfernte das unreagierte Chromogen (0,128 g). Fortgesetzte Elution mit demselben Lösungsmittelsystem ergab Fraktionen, die hauptsächlich das gekoppelte Produkt 7 (0,114 g) enthielten. Das gekoppelte Produkt 7 (0,114 g) wurde mit 1 M Natriummethoxid in Methanol (0,1 ml) für 30 Minuten bei Raumtemperatur behandelt. Nach Neutralisierung mit Dowex 50 (H&spplus;)-Harz wurde das Harz entfernt und mit Methanol gewaschen. Das vereinigte Filtrat wurde evaporiert. Der Rest wurde getrocknet und auf Silicagel chromatographiert. Fraktionen die hauptsächlich das gekoppelte Produkt 8 enthielten, wurden vereinigt und evaporiert, um etwa 60 mg von 8 zu ergeben.
  • Das gekoppelte Produkt 8 (60 mg) würde mit 1 M Natriumhydroxid (0,5 ml) in 50% wäßrigem Methanol (5 ml) für 30 Minuten bei Raumtemperatur behandelt. Die Mischung wurde mit Dowex 50 (H&spplus;)-Harz neutralisiert. Das Harz wurde durch Filtration entfernt und mit Methanol gewaschen. Das vereinigte Filtrat wurde evaporiert und der Rest wurde durch HPLC gereinigt. Die ersten Fraktionen enthielten ein ungekoppeltes Produkt. Das gekoppelte Material erschien als ein breiter Peak, der sowohl aus gekoppeltem 4-Methoxy-Neu5Ac und gekoppeltem 4,7-Dimethoxy-Neu5Ac Produkt 9 bestand. Da die geringere Menge des gekoppelten 4-Methoxy-Derivats die diagnostische Analyse unspezifisch machen könnte, wurden nur hochreine Fraktionen, die 9 enthielten, vereinigt. Während Evaporation wurde hochgereinigte 9 (4 mg) gesammelt; das gesammelte Material enthielt weniger als etwa 5 Gew.-% des entsprechenden 4-Alkoxy-Derivats.
  • Beispiel 3.
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Spezifität des 5-Brom-3-indolyl-4,7-dimethoxy-Neu5Ac (9) von Beispiel 2 in diagnostischen Tests für Influenza A und B in kultivierten Viren. Viren wurden von frischen Patientenisolaten oder gefrorenen Stock-Kulturen unter Verwendung der angemessenen Zellinie Medium- und Inkubationsbedingungen, die für das Wachstum und Züchten des speziellen Virus geeignet sind, gewachsen. Die folgenden Zellen wurden verwendet: (1) RMK (Rhesus-Affen-Niere) Zellen für Influenza- und Parainfluenza- Viren; (2) HEp-2 (menschliches Larynx Karzinom) Zellen für respiratorischen syncytialen Virus und Adenovirus; und (3) VERC (Niere von afrikanischen Grünaffen) Zellen für Mumps. Alle Zellen wurden zu nah-konfluenten Monoschichten in Röhren oder Kolben mit minimalem unbedingt notwendigem Medium mit 5 bis 10% Serum bei 37ºC gewachsen. Vireninfektionen wurden in den angemessenen Zellinien mit minimalen unbedingt erforderlichem Medium ohne Serum bei 37ºC durchgeführt.
  • Viren-infizierte Kulturen wurden beobachtet und bestätigt durch Beobachten des Erscheinens der charakteristischen cytopathischen Effekte und durch Testen mit Immunofluoreszenz-Assays unter Verwendung vom Virus-typischen spezifischen monoklonalen Antikörpern. Die folgenden charakteristischen cytopathischen Effekte wurden für jedes verwendete Virus wie folgt beobachtet: (1) Influenza A und B: Bereiche von großen unregelmäßig geformten granularen oder vaculierten Zellen mit fortschreitender Degeneration der Zellmonoschicht; (2) Parainfluenza 1: kleine gerundete Zellen in der ganze Zellmonoschicht; (3) Parainfluenza 2: dunkle granulare und unregelmäßige Syncytia, die sich von der Zellmonoschicht zurückziehen; (4) Parainfluenza 3: elongierte Fysiform-Zellen, die schließlich zurückziehen und sich von der Zellmonoschicht zurückziehen; (5) respiratorischer Syncytia-Virus: große unregelmäßig geformte Syncytia, die als große multinukleierte Zellen mit unbestimmten Grenzen über die ganze Zellmonoschicht erscheinen; (6) Adenovirus: große gerundete hypnotische Zellen, die schließlich in gerundete Zellschichten aggrelieren und sich von dem Kulturgefäß ablösen; und (7) Mumps: Syncytia mit Vacuolation und Zelldegeneration in der ganzen Zellmonoschicht. Kommerzielle, spezielle monoklonale Antikörper von Virus-Typ wurden in Fluoreszenz-Assays verwendet, um das Wachstum jeden Viruses in den beimpften Kulturen zu bestätigen. Die Zellen von den infizierten Kulturen wurden mit Methanol auf Glasplättchen oder Deckgläschen fixiert und dann bei 37ºC mit Fluorescein gekennzeichneten monoklonalen Antikörpern inkubiert. Sowohl der direkte als auch indirekte Fluoreszenz-Assay wurden die fixierten Virus-infizierten Zellen für 30 Minuten mit speziellen Fluoresceinisothiocyanat (FITC) gekennzeichneten monoklonalen Antikörpern vom Virus-Typ inkubiert. Für die indirekten Assays wurden die fixierten Virus-infizierten Zellen für 30 Minuten mit speziellen ungekennzeichneten monoklonalen Antikörpern vom Virus-Typ inkubiert, gefolgt von Inkubation für weitere 30 Minuten mit zweiten FITCgekennzeichneten monoklonalen Antikörpern. Die Glasplättchen oder Deckgläschen wurden mit Auftragmedium überzogen und unter Verwendung eines Fluoreszenz-Mikroskops untersucht. Ein positives Virusergebnis wurde durch die Anwesenheit einer charakteristischen Virus-spezifischen apfelgrünen Färbung verifiziert. Die Anwesenheit von fortschreitenden und charakteristischen cytopathischen Effekten (zusammen mit begleitender spezieller Virus-Beständigkeit mit Fluoreszenz- Assay) war ein Hinweis darauf, daß der spezielle beimpfte Virus maximal gewuchert hatte.
  • Nach Erzielen von maximalem Viruswachstum und Beständigkeit der Anwesenheit der entsprechenden Viren wurden die Kulturflüssigkeiten zur Bewertung mit den chromogenen 4- Methoxy-N-acetylneuraminsäure- und 4,7-Dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-Substraten geerntet. Virusenthaltende Kulturflüssigkeiten (0,1 ml) wurden mit den chromogenen Substraten in einer 1 oder 2 ml-Lösung, die Trägersubstanzen und Puffer, der so beschaffen war, den optimalen pH und Neuraminidase-Aktivität zu erzielen, gemischt. Die Puffer/Trägersubstanz-Lösung enthielt 35 mM Äpfelsäure/Malat- Puffer mit 10 mM Calciumchlorid, 0,85% Natriumchlorid, 0,1% Mannitol, 0,5% Methanol und 0,1% Methylparaben. Das Substrat und Pufferkombination bei einem pH von etwa 5,4 wurde bestimmt, um spezifischen Nachweis von Neuraminidaseerzeugende Viren mit klar negativen Ergebnissen für nicht Neuraminidaseerzeugende Viren und Virus-negative Kulturen bereitzustellen.
  • Die Testlösungen wurden bei 37ºC für etwa eine Stunde bei 37'ºC inkubiert, wonach die Reaktion durch die Zugabe von 0,2 ml eines Pufferkonzentrats der den pH auf etwa 9 änderte und die Erhöhung des Niederschlags des freigesetzten Chromogens unterstützte, gestoppt. Die fertige Reaktionsmischung wurde dann auf eine Sammelvorrichtung übertragen, die einen selektiv porösen Membranfilter und ein absorbierendes Kissen, das die Lösung aufsaugt, wodurch der Niederschlag konzentriert wurde. Das Erscheinen eines entsprechend gefärbten Niederschlags wies auf eine positive Reaktion hin, wohingegen die Abwesenheit eines solchen entsprechenden gefärbten Niederschlags eine negative Reaktion anzeigte. Unter Verwendung des 5-Brom-3-indolyl-Chromogens war die charakteristische Farbe des Niederschlags für einen positiven Test blau.
  • Die folgenden Viren wurden verwendet, um das 5-Brom-3- indolyl-4-methoxy-N-acetylneuarminsäure-Substrat (BI-4-MeONeu5Ac) und das 5-Brom-3-indolyl-4,7-dimethoxy-Nacetylneuraminsäure-Substrat (BI-4,7-(MeO)&sub2;Neu5Ac) zu testen.
  • Die folgenden Ergebnisse wurden unter Verwendung dieser verschiedenen Viruskulturen erhalten. Die Viruskulturen wurden bis zu ihren maximalen Titern gewachsen (bestimmt durch Beobachtung von umfassenden - etwa 90 bis 100% - Virus-charakteristischen cytopathischen Effekten in der Zelischicht und Bestätigung mit Fluoreszenz-Assays der leuchtend apfelgrünen Virus-spezifischen Färbung in der Mehrheit der Zellen), um sicherzugehen, daß Reaktionsunterschiede nicht von undetektierbaren viralen Konzentrationen herrührten.
  • Eine Beurteiiungsskala von 1+ bis 3+ basierend auf der Intensität der Reaktionsfarbe wurde verwendet, um relative Niveaus von detektierbarer Neuraminidase-Aktivität anzuzeigen. Die zu beurteilenden Farben wurden mit Farbproben von einer Standard-Referenzquelle (The Pantone® Color Specific Book 747XR) verglichen. Eine Beurteilung von 1+ (helle Farbe) bezeichnet ein niedrig Positiv, 2+ (mäßige Farbe) bezeichnet ein moderat Positiv und 3+ (dunkle Farbe) weist auf ein hoch Positiv hin. Ein negatives Ergebnis wird durch die Abwesenheit der charakteristischen Farbe gekennzeichnet. Ein unbestimmtes Ergebnis ist gekennzeichnet, wenn eine sehr helle Spur oder Andeutung der charakteristischen Farbe durch optische Beobachtung anwesend sein kann.
  • Wie aus diesen Ergebnissen ersehen werden kann, waren Virusenthaltende Influenza-Neuraminidase vom Typ A und B die einzigen getesteten Organismen, die eine gositive Reaktion mit sowohl dem 4-Methoxy-NeuSAc und dem 4,7-Dimethoxy-NeuSAc- Substrat unverdünnt und bei allen getesteten Verdünnungen zeigte. Für Parainfluenza-Typen 1, 2 und 3 und dem Mumps- Virus ergab das 4-Methoxy-Neu5Ac-Substrat abhängig von der Verdünnung sowohl negative als auch positive Reaktionen. Das 4,7-Dimethoxy-Neu5Ac-Substrat ergab eine negative Reaktion mit Parainfluenza-Typen 1, 2 und 3 und dem Mumps-Virus unverdünnt und bei allen Verdünnungen. Nicht-Neuraminidaseenthaltende Viren (d. h. respiratorischer syncytialer Virus und Adenovirus) erzeugten negative Ergebnisse mit beiden Substraten. Auch Virus-negative Kontrollen ohne Virus waren entsprechend negativ. Diese Ergebnisse demonstrieren deutlich die Spezifität der chromogenen 4,7-Dialkoxy-Nacetylneuraminsäure-Substrate für Influenza-Viren vom Typ A und B.
  • Beispiel 4.
  • Ähnliche Ergebnisse, wie in Beispiel 3 beschrieben, wurden unter Verwendung von 5-Brom-4-chlorindol- 3-ol und 4-Methylumbelliferon als Reportermoleküle an 4-Methoxy-Neu5Ac und 4,7-Dimethoxy-Neu5Ac erhalten.

Claims (21)

1. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure der allgemeinen Formel:
worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Gruppen sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten.
2. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure gemäß Anspruch 1, worin sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl-Gruppen sind.
3. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure gemäß Anspruch 1, worin sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Ethyl-Gruppen sind.
4. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat der allgemeinen Formel:
worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Gruppen sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, und R&sub3; eine chromogene oder fluorogene Gruppe ist.
5. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat gemäß Anspruch 4, worin sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl-Gruppen sind und R&sub3; eine chromogene Gruppe ist.
6. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat gemäß Anspruch 5, worin R&sub3; ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 4-Methylumbelliferyl, 3-Cyanoumbelliferyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 3-Resorufin, 5-Brom-4-chlor-3-indolyl, 5-Brom-3- indolyl, 3-Indolyl, Nitrophenylazophenyl, Nitrophenylazoresorcinyl, 3-Methoxyphenyl, 3-Dimethylaminophenyl, 4-Chlor-1-naphthyl und 6-Brom-2- naphthyl.
7. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat gemäß Anspruch 6, worin R&sub3; 5-Brom-3-indolyl ist.
8. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat gemäß Anspruch 4, worin sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Ethyl-Gruppen sind und R&sub3; eine chromogene Gruppe ist.
9. 4,7-Dialkoxy-N-acetylneuraminsäure-Substrat gemäß Anspruch 8, worin R&sub3; ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 4-Methylumbelliferyl, 3-Cyanoumbelliferyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 3-Resorufin, 5-Brom-4-chlor-3-indolyl, 5-Brom-3- indolyl, 3-Indolyl, Nitrophenylazophenyl, Nitrophenylazoresorcinyl, 3-Methoxyphenyl, 3-Dimethylaminophenyl, 4-Chlor-1-naphthyl und 6-Brom-2- naphthyl.
10. Verfahren zum Nachweis von Influenza-Viren vom Typ A und B in einer klinischen Probe von einer Einzelperson, die im Verdacht steht, eine virale Infektion der Atemwege zu haben, wobei das Verfahren umfaßt:
(1) Inkubieren der klinischen Probe mit einem chromogenen oder fluorogenen 4,7-Dialkoxy-Nacetylneuraminsäure-Substrat der allgemeinen Formel:
worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Reste sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, und R&sub3; eine chromogene oder fluorogene Gruppe ist, die eine deutliche und charakteristische Farbe zeigt, wenn sie von dem Substrat oder einem Salz des Substrats abgespalten wird;
(2) Beobachten der inkubierten klinischen Probe, um zu bestimmen, ob die deutliche und charakteristische Farbe gebildet wird, wobei die Bildung der deutlichen und charakteristischen Farbe auf die Anwesenheit von Influenza-Viren vom Typ A oder B in der klinischen Probe hinweist.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, worin sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl-Gruppen sind und eine R&sub3; eine chromogene Gruppe ist.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin R&sub3; ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 4-Methylumbelliferyl, 3-Cyanoumbelliferyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 3-Resorufin, 5-Brom-4-chlor-3-indolyl, 5-Brom-3- indolyl, 3-Indolyl, Nitrophenylazophenyl, Nitrophenylazoresorcinyl, 3-Methoxyphenyl, 3-Dimethylaminophenyl, 4-Chlor-1-naphthyl und 6-Brom-2- naphthyl.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, worin R&sub3; 5-Brom-3-indolyl ist.
14. Verfahren gemäß Anspruch 10, worin sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Ethyl-Gruppen sind und R&sub3; eine chromogene Gruppe ist.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, worin R&sub3; ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 4-Methylumbelliferyl, 3-Cyanoumbelliferyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 3-Resorufin, 5-Brom-4-chlor-3-indolyl, 5-Brom-3- indolyl, 3-Indolyl, Nitrophenylazophenyl, Nitrophenylazoresorcinyl, 3-Methoxyphenyl, 3-Dimethylaminophenyl, 4-Chlor-1-naphthyl und 6-Brom-2- naphthyl.
16. Verfahren zum Nachweis von Influenza-Viren vom Typ A und B in einer klinischen Probe von einer Einzelperson, die im Verdacht steht, eine virale Infektion der Atemwege zu haben, wobei das Verfahren umfaßt:
(1) Teilen der klinischen Probe in einen ersten Teil und einen zweiten Teil;
(2) Inkubieren des ersten Teils mit einem chromogenen oder fluorogenen ersten 4,7-Dialkoxy-Nacetylneuraminsäure-Substrat der allgemeinen Formel:
worin R&sub1; und R&sub2; Alkyl-Reste sind, die 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten, und R&sub3; eine erste chromogerte oder fluorogene Gruppe ist, die eine deutliche und charakteristische erste Farbe zeigt, wenn sie von dem ersten Substrat oder einem Salz des ersten Substrats abgespalten wird;
(3) Beobachten des inkubierten ersten Teils, um zu bestimmen, ob die deutliche und charakteristische erste Farbe gebildet wird, wobei die Bildung der deutlichen und charakteristischen ersten Farbe auf die Anwesenheit von Influenza-Viren vom Typ A oder B in der klinischen Probe hinweist;
(4) Inkubieren des zweiten Teils mit einem chromogenen oder fluorogenen zweiten 4-Alkoxy-Nacetylneuraminsäure-Substrat der allgemeinen Formel:
worin R&sub4; ein Alkyl-Rest ist, der 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, und R&sub5; eine zweite chromogene oder fluorogene Gruppe ist, die eine deutliche und charakteristische zweite Farbe zeigt, wenn sie von dem zweiten Substrat oder einem Salz des zweiten Substrats abgespalten wird; und
(5) Beobachten des inkubierten zweiten Teils, um zu bestimmen, ob die deutliche und charakteristische zweite Farbe gebildet wird, wobei die Bildung der deutlichen und charakteristischen zweiten Farbe auf die Anwesenheit von Neuraminidase reaktiven Viren in der klinischen Probe hinweist;
wobei die Anwesenheit der ersten und zweiten Farbe auf die Anwesenheit von Influenza-Viren vom Typ A oder B allein oder in Kombination mit Neuraminidase reaktiven Viren, andere als Influenza-Viren vom Typ A und B, in der klinischen Probe hinweist;
wobei die Anwesenheit der zweiten Farbe und das Fehlen der ersten Farbe auf Neuraminidase reaktive Viren, andere als Influenza-Viren vom Typ A und B in der klinischen Probe hinweist; und
wobei die Abwesenheit der ersten und zweiten Farbe auf die Abwesenheit von Neuraminidase reaktiven Viren in der klinischen Probe hinweist.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, worin sowohl R&sub1; als auch R&sub2; Methyl-Gruppen sind und R&sub3; eine erste chromogene Gruppe ist.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, worin R&sub4; eine Methyl- Gruppe ist und R&sub5; eine zweite chromogene Gruppe ist.
19. Verfahren gemäß Anspruch 17, worin R&sub3; und R&sub4; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 4-Methylumbelliferyl, 3-Cyanoumbelliferyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 3-Resorufin, 5-Brom-4- chlor-3-indolyl, 5-Brom-3-indolyl, 3-Indolyl, Nitrophenylazopheriyl, Nitrophenylazoresorcinyl, 3-Methoxyphenyl, 3-Dimethylaminophenyl, 4-Chlor-1- naphthyl und 6-Brom-2-naphthyl.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin R&sub3; 5-Brom-3-indolyl ist.
21. Verfahren gemäß Anspruch 18, worin R&sub3; und R&sub4; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 4-Methylubelliferyl, 3-Cyanoumbelliferyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 3-Resorufin, 5-Brom-4- chlor-3-indolyl, 5-Brom-3-indolyl, 3-Indolyl, Nitrophenylazophenyl, Nitrophenylazoresorcinyl, 3-Methoxyphenyl, 3-Dimethylaminophenyl, 4-Chlor-1- naphthyl und 6-Brom-2-naphthyl.
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