Prodrugs vom Typ N-hydroxylierter Amidine, Guanidine und/oder Amino- hydrazone zur Applikation über die Haut
Die Erfindung betrifft N-hydroxylierte Amidine, Guanidine und Aminohydrazone zur Applikation über die Haut. Insbesondere betrifft die Erfindung transdermale therapeutische Systeme, welche N-hydroxylierte Amidine, Guanidine und Aminohydrazone als Pro-Drug enthalten, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Systeme.
Arzneiwirkstoffe vom Typ der Amidine (z. B. Pentamidin als Goldstandard zur Behandlung von Pneumocyctis carinii Pneumonie bei Aids-Patienten), Guanidine (z. B. Debrisoquin) und Aminohydrazone (z. B. Guanabenz zur Behandlung des Bluthochdruckes) besitzen aufgrund der Struktur ihrer stickstoffhaltigen funktionellen Gruppen eine hohe Basizität (pks = 11 - 12) und liegen infolgedessen bei physiolo-gischen pH- Werten (z. B. im Magen bei pH 1 und im Darm bei pH 6,8 und selbst im Blut bei pH 7,4) hauptsächlich in protonierter (ionisierter) Form vor. Das wiederum führt dazu, dass die zur Resorption notwendige Passage lipophiler Membranen durch passive Diffusion wie beispielsweise die Magen-Darm-Passage oder die Blut-Hirn-Schranke nur sehr schwer überwunden werden kann. Die Bioverfügbarkeit sowie die daraus resultierende pharmakologische Wirkung solcher Arzneiwirkstoffe ist im Allgemeinen sehr schlecht bzw. gering. So auch für die Applikation solcher Wirkstoffe mittels Transdermaler Therapeutischer Systeme, sog. TTSs.
Die Verwendung einiger Amidin-Prodrugs des Pentamidins sind in EP-A-O 708 640 und US-A-5,786,383 beschrieben, allerdings nur in der Verwendung für die orale Route.
N-hydroxylierte Derivate für Guanidine wie z. B. N-Hydroxydebrisoquin oder Aminohydrazone wie z. B. Guanoxabenz sind ebenfalls schon bekannt, ohne dass Hinweise auf eine Verwendung als Prodrugs für eine transdermale Applikation vorliegen.
In der WO 97/23499 werden Amidoxime bestimmter Thrombininhibitoren beschrieben. Orale und die parenterale Anwendungen sind allgemein neben anderen
Anwendungsarten erwähnt.
Transdermale Therapeutische Systeme (TTS) sind seit einer Reihe von Jahren in der Fachwelt bekannt und im Markt eingeführt. Transdermale therapeutische Systeme sind auf der Haut aufzubringende, selbstklebende galenische Zubereitungen mit festgelegter Applikationsfläche, die einen Arzneistoff nach Zeit und Menge kontrolliert an den menschlichen oder tierischen Körper abgeben.
Der therapeutische Fortschritt dieser Systeme gegenüber traditionellen Applikations- formen besteht darin, dass der Wirkstoff dem Körper nicht stoßweise zugeführt wird, wie beispielsweise bei Einnahme von Tabletten, sondern kontinuierlich.
Dadurch wird einerseits die Wirkungsdauer eines Arzneistoffes verlängert, zum anderen werden Nebenwirkungen durch Vermeidung unnötiger Blutspiegelspitzen weitgehend verhindert.
Für solche Systeme werden üblicherweise geschichtete, flache Formen unter Verwendung verschiedener Polymere, z. B. Polyethylenterephthalat, Polyisobutylen oder Polysiloxan, eingesetzt.
Die zuvor genannten Wirkstoffe vom Typ der Amidine, Guanidine und Amino- hydrazone verbieten sich jedoch leider für eine Anwendung als TTS aufgrund ihrer hohen Basizität, da sie unweigerlich zu massiven und schweren Hautreizungen (vergleichbar mit Verätzungen durch Natronlauge) führen würden und sich somit einer Akzeptanz durch den Patienten verschließen.
Aufgrund der o. g. Vorteile der TTS-Applikation bestand jedoch ein Bedürfnis, diese Stoffklassen einer TTS-Applikation zugänglich zu machen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es dementsprechend, Amidine, Guanidine und Aminohydrazone in geeigneter Weise einer transdermalen Applikation zuzuführen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System zur transdermalen Applikation von Wirkstoffen, enthaltend mindestens eine Verbindung, die mindestens eine derivatisierte Amidin-, Guanidin- oder Aminohydrazongruppe der folgenden allgemeinen Formel la-c aufweist:
(Amidoximester)
Ic (1.2.4 - Oxadiazol)
wobei
R1 einen Rest bedeutet, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: - geradkettigem oder verzweigtem CrC2o-Alkyl-, C5-C14-Aryl-, geradkettiges oder verzweigtes CrC20-Alkyl-NH-, f X i_ oder R3-C=N-NH-, wobei R3 CrC20-Alkyl oder C5-C14-Aryl bedeutet, wobei diese Reste R1 substituiert oder unsubstituiert sind mit: geradkettigem, verzweigtem oder cyclischem CrC8-Alkyl, -OH, -NH2, -NO2, -CN1 -C(O)OH, -C(O)O-CrC4-Alkyl, -Cl, -Br, -J, und wobei ein oder mehrere CH2-Gruppen in diesen Resten R1 durch -O-, -S-, -NH-, -N(C1- C4-Alkyl)- oder -C(O)-ersetzt sein können und wobei zwei H-Atome von einer oder zwei Methylen- und/oder einer oder zwei NH- Gruppen durch eine C2-C4-Alkylengruppe ersetzt sein können und wobei R2 einen CrC20-Alkyl oder C5-C14-Arylrest bedeutet.
Die Angaben in Klammern bezeichnen den bei der Derivatisierung entstehenden Verbindungstyp.
Bevorzugt bedeutet R1 einen Rest der Formel Il (II).
worin
-A-
R -R4 oder -A1C(O)N(R5)R6 oder -A1C(O)OR5 bedeutet; A1 CrC5-Alkylen bedeutet;
R4 H, C1-C10-AIkYl oder CrC3-Alkylphenyl bedeutet (wobei die letztgenannte Gruppe unsubstituiert ist oder substituiert ist mit C1-C6-AIkVl, C1-C6-AIkOXy, -NO2 oder Cl, Br oder J);
R5 und R6 unabhängig voneinander H, CrC6-Alkyl, Phenyl oder 2-Naphthyl bedeuten oder, wenn R -A1C(O)N(R5)R6 bedeutet, zusammen mit dem Stickstoffatom an welchem sie gebunden sind Pyrrolidinyl oder Piperidinyl bedeuten.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel I, in denen R: H, Et-, nPr-, tBu-, PrI-C(O)CH2CH2CH2-, Ch-NHC(O)CH2-, (nPr)2NC(O)CH2-, Cyclooctyl-, tBuCH2-, (2-Me)Bn-, ChCH2-, Ch-, PhC(Me)2-, (Me)2CHC(Me)2-, Bn-, iPr-, MeO(O)C-C(= CHEt)CH2- oder Men- bedeutet.
Hierbei bedeutet Bn = Benzyl, Bu = Butyl, Ch= Cyclohexyl, Et = Ethyl, Me = Methyl, Men = (1 R,2S,5R)-Menthyl, Pr = Propyl, PrI= N-Pyrrolidinyl. Die Präfixe n, s, i und t haben ihre übliche Bedeutung: normal, iso, sekundär and tertiär.
Sofern durch die obige Definition des Restes R1 nicht bereits erfasst, fallen unter die entsprechenden nicht-derivatisierte Amidine, Guanidine und Aminohydrazone auch die folgenden Verbindungen:
Gruppe der Amidine
Gruppe der Guanidine
Argatroban
Chlorhexidin Cimetidin
Proguanil
Streptomycin
Gruppe der Aminohydrazone
Guanabenz
Durch die N-Hydroxylierung und eventuelle weitere Derivatisierung der N-Hydroxyl- gruppe zu den entsprechenden Amidoximestern oder 1.2.4-Oxadiazolen können die pks-Werte unter 5 abgesenkt werden. Damit liegen diese Verbindungen bei physiologischen pH-Werten nun hauptsächlich unprotoniert und damit lipophil vor, so dass Lipidmembranen wieder problemlos passiert werden können. Dadurch steigt gleichzeitig die Bioverfügbarkeit und damit der Grad der pharmakologischen Wirkung. Aufgrund ihrer abgesenkten Basizität kommen diese N-hydroxylierten Formen (Amidoxime) auch wieder für eine Anwendung als TTS in Frage, zumal durch die erhöhte Lipophilie der Amidoxime überraschenderweise gleichzeitig auch die Haut- gängigkeit gesteigert wird (s. Beispiel 1).
Da der Prozess der N-Hydroxylierung durch körpereigene Enzyme wie Esterasen und N-Reduktasen wie beispielsweise Cytochrom P 450, Cytochrom b5, NADH Cytochrom
b5-Reduktase oder auch NADH allein reversibel ist, stellen die N-Hydroxylderivate der oben genannten Stoffgruppen geeignete Prodrugs dar, die im Körper wieder in die wirksame Form umgewandelt werden.
Das transdermale therapeutische System (TTS), weist bevorzugt eine die Wasserdiffusion begrenzende, nach außen (= die der Haut abgewandte Seite) gewandte Rückschicht und auf der der Haut zugewandten Seite ein Basismaterial auf, welches die prodrug-haltige Formulierung enthält.
Als wesentliche Bestandteile des Basismaterials sind Polymere wie Kautschuk, kautschukähnliche synthetische Homo-, Co- oder Blockpolymere, Polyacrylsäure Ester und deren Copolymerisate, Polyurethane Copolymere des Ethylens, Polyisobutylen, Polybutylen und Polysiloxane beispielhaft zu nennen. Grundsätzlich kommen alle Polymere in Frage, die im Wesentlichen wasserunlöslich sind und im direkten und indirekten Kontakt mit der Haut keine nachteiligen Wirkungen auf den Menschen ausüben.
Da der klebende Verbund auch über eine zusätzlich angebrachte Klebschicht erfolgen kann, muss das Basismaterial nicht unbedingt primär haftklebend eingestellt sein, jedoch ist diese Eigenschaft für einen besonders dünnen und flexiblen, nicht auftragenden Systemaufbau, der auch ein einschichtiges System ermöglichen würde, bevorzugt.
Weitere, dem Fachmann bekannte Stoffe mit funktionalem Einfluss auf das Basis- material können eingesetzt werden, wie z. B. Weichmacher, Klebrigmacher, Resorptionsvermittler, Stabilisatoren oder Füllstoffe.
Als geeignete Hilfsstoffe für die prodrug-haltige Formulierung sind wasserlösliche oder wasserquellbare Polymere einsetzbar. Unter diesen sind beispielhaft zu nennen: Polyvinylalkohol und seine Copolymere, Polyvinylpyrrolidon und seine Copolymere, Polyethylenglycole, bevorzugt mit einem Molekulargewicht von über 1000 Dalton (die somit bei Raumtemperatur fest sind). Die vorstehenden Polymere können mit Vorteil
für die kontrollierte Dispergierung der Prodrugs im Basismaterial aus partiellen quervernetzten Strukturen bestehen. Weitere gut einsetzbare Polymere sind Alginate, Pullulan, Guar Gummi mit Gummi arabicum oder andere pflanzliche Gummen, Cellulose, insbesondere mikrokristalline Cellulose und ihre Derivate wie z. B. Methyl- cellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylpropylcellulose etc., aber auch andere Kohlenhydrate wie z. B. Stärke, besonders bevorzugt in derivatisierter oder modifizierter Form. Durchaus kommen aber auch peptidische Polymere wie Kollagen und Gelatine in Betracht. Wasserlösliche und wasserquellbare Polymere haben den Vorteil, dass sie bei Wasseraufnahme nicht plötzlich, sondern erst allmählich duktiler und diffusibler werden und somit den oder die eingeschlossenen Prodrug(s) gleichmäßiger abgeben. Dies ist insbesondere in Anwendungsfällen sinnvoll, bei denen die Prodrugs erst schrittweise in den Abgabeprozess einbezogen werden sollen.
Sollte ein rascherer Übergang bevorzugt werden, sind als alleinige oder zugemischte Hilfsstoffe für den Aufbau der prodrug-haltigen Formulierung kleiner molekulare, wasserlösliche Stoffe vorteilhaft heranzuziehen. In erster Linie kommen hier wegen ihrer Eigenschaft, glasartig erstarrende, diffusionsfeste Partikel zu bilden, Zucker und ihre Derivate in Frage, vorrangig Saccharose, Glucose, Lactose, Fructose, aber auch Zuckeralkohole, wie Sorbit oder Mannit. Grundsätzlich eignen sich auch alle pharmazeutisch kompatiblen wasserlöslichen Stoffe, welche die Eigenschaft haben, sich unter einer Wasserdampfspannung von etwa 98 Prozent relativer Feuchte (wie sie von der Haut bereitgestellt wird) zu verflüssigen, wie z. B. Kochsalz, Harnstoff, Äpfelsäure, Zitronensäure.
Zusätze zur Erzielung von dem Fachmann bekannten weiteren Funktionalitäten wie z. B. Stabilisatoren (insbesondere Antioxidantien), Füllstoffen, aber auch mizellar agierenden Modifikatoren (Lecithine) können nach jeweiligem Erfordernis vorgesehen werden.
Neben dem erfindungswesentlichen prodrug-haltigen Basismaterial, das im einfachsten Fall zusammen mit einer Rückschicht bereits ein komplettes TTS-System bilden kann, sind weitere Systembestandteile, die der Fachwelt bekannt sind, mit dem
erfinderischen Prinzip sinnvoll kombinierbar.
Somit kann das erfindungsgemäße TTS, bevorzugt in Form eines trandermalen Pflasters, grundsätzlich aufgebaut sein wie aus dem Stand der Technik bekannte Systeme.
Unter den oben genannten weiteren Systembestandteilen sind z. B. polymerhaltige Schichten oder auch Membranen zu nennen, welche eine den Prodrug-Zufluss zur Haut kontrollierende Eigenschaft haben können oder auch die allzu rasche Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Haut moderieren können.
Als Materialien für solche Membranen sind Polyethylen, Polyamid, Ethylenvinylacetat- Copolymere, aber auch mit niedermolekularen Stoffen gefüllte poröse Schichten üblich und dem Fachmann bekannt. Ohne oder mit Verwendung einer Membran können auch zusätzliche Klebschichten zur besseren hautseitigen Fixierung angebracht werden, deren wesentliche Hilfsstoffe bei der Erläuterung der Basismaterialien weiter oben bereits genannt sind. Hier sind besonders bevorzugt hoch diffusible lipophile Polymere zu nennen wie z. B. Polysiloxane und Acrylatcopolymere. Das erfindungsgemäße Prinzip kann darüber hinaus mit weiteren Methoden der Resorptionsver- Stärkung kombiniert werden. So können Penetrationsverstärker zugesetzt werden, welche die Durchlässigkeit der Haut erhöhen und physikalische Prinzipien, wie lontophorese, Elektroporation oder auch Ultraschall sowie Mikronadeln eingesetzt werden.
Die Rückschicht transdermaler Systeme für den erfindungsgemäßen Zweck kann z. B. in einer wasserdampfsperrend-okklusiv wirkenden Polyester (Polyethylenterephthalat-) Membran bestehen, die sowohl vor Prodrug-Verlust als auch vor Feuchtigkeitsverlust schützt. Durch entsprechende Dickenanpassung oder Wahl anderer Materialien (Polyethylen, Polyurethan, oder Laminate verschiedener thermoplastischer Rohstoffe) kann eine Moderation des Wasserdampfverlustes erfolgen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Systeme selbst ist auf mannigfaltige Weise möglich. Besonders hervorgehoben und bevorzugt, aber letztlich beispielhaft sind folgende Möglichkeiten, die insbesondere die Herstellung des erfindungsgemäßen Prodrug-Reservoirs (Basismaterial mit prodrug-haltiger Formulierung) betreffen.
Ansonsten kann der Aufbau / die Herstellung der erfindungsgemäßen TTS (Schichtaufbau, Materialien, Hilfs- und Zusatzstoffe) wie beschrieben nach den dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgen (s. z. B. „Dermato- logical Formulation and Transdermal Systems", Kenneth A. Walters and Keith R. Brain in Dermatological and Transdermal Formulations, NY 2002, Marcel Dekker, Seite 319- 399).
So kann beispielsweise der Wirkstoffvorläufer (Prodrug) einer in organischer Lösung befindlichen oder sogar lösemittelfrei (Heißschmelzschnellverfahren) erzeugten Lösung oder Suspension des Basismaterials zugeführt werden, woraufhin nach anschließender Beschichtung auf die Rückschicht und Trocknung der Schicht ein nach Stanzung bereits funktionsfähiges Produkt erhalten wird. Das Prodrug-Reservoir (Basismaterial und Prodrug-Formulierung) ist hier selbstklebend ausgebildet.
Die genaue Wahl der Dimensionierungen von Schichtdicken und Polaritäten der einzelnen Systemkomponenten muss natürlich für jeden einzelnen Anwendungsfall gesondert festgelegt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Herstellung von Benzamidoxim
Benzamidoxim wird nach Tiemann und Krüger (Tiemann, F., Chem. Berichte 17, 126
(1884)) durch Addition von Hydroxylamin an das entsprechende Nitril (Phenylaceto- nitril) hergestellt.
0,01 Mol Phenylacetonitril (1 ,172 g) wird in 100 ml Ethanol gelöst. In diese klare Lösung werden dann unter kurzzeitigem Rühren bis zum vollständigen Lösen 0,01 Mol Hydroxylamin-Hydrochlorid (0,7 g) und 0,01 Mol NaHCO3 (0,84 g), vorgelöst in 50 ml Wasser, eingetragen. Anschließend wird diese Lösung unter Rückfluss bei einer Temperatur zwischen 60 und 80 °C für 18 Stunden lang gehalten.
Nach dem Abkühlen wird der Rückstand abfiltriert und aus heißem Wasser umkristal- lisiert.
Schmelzpunkt: 79-80 0C
Beispiel 2
Vergleich in vitro-Hautpermeationsprofile von Amanidin-Prodruqs System: In-Vitro-Permeationszelle (9 ml Akzeptorvolumen / 1 ,539 cm2 Diffusionsfläche, 32 0C)
Akzeptormedium: Phosphatpuffer pH 5,5 + 0,1% NaN3 nach DAB 10 Wirkstoff: Benzamidin, Benzamidoxim (aus Bsp. 1)
Hauttyp: Human-Vollhaut, ID 899 (Bauch weiblich, Alter 48 Jahre)
Vehikel: Suspension in Olivenöl (2 Gew.-%, 50 mg Suspension pro Zelle), aufgetragen auf eine kreisrunde Vliesscheibe aus Zellwolle
(Paratex Typ I/20) und okklusiv abgedeckt mit einer PSA-Folie
(Silikonkleber) als "Überpflaster".
Figur 1 zeigt die permeierten Mengen an Benzamidin bzw. Benzamidoxim im Vergleich, wobei der Vorteil des Benzamidoxims deutlich erkennbar ist.
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