JP2019513422A - カンナビノイドプロドラッグの生合成法 - Google Patents

カンナビノイドプロドラッグの生合成法 Download PDF

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Abstract

本発明は、カンナビノイドプロドラッグを生産するための方法を提供する。また、このプロドラッグの薬学的に許容される組成物およびこのプロドラッグの大規模生産のためのシステムも記述する。

Description

優先権主張
本出願は、2016年4月15日付で出願された米国仮特許出願第62/323,296号に対する優先権の恩典を主張するものであり; 本出願はまた、2016年4月25日付で出願された米国仮特許出願第62/327,212号に対する優先権の恩典を主張するものであり、これらの内容はその全体が本出願に組み入れられる。
発明の分野
本発明は、カンナビノイドの薬学的に許容されるプロドラッグの生合成に関する。また、カンナビノイドの合成に関与する酵素の生産および操作、ならびに本発明の方法を用いて生産されるカンナビノイドプロドラッグの比率にpHが影響するという驚くべき発見も記述する。
発明の背景
カンナビノイドは、アサ(Cannabaceae)科に属する一年生植物であるカンナビス・サティバ(Cannabis sativa)に見られるテルペンフェノール化合物である。この植物は400種超の化学物質およびおよそ70種のカンナビノイドを含有する。後者は、主に腺毛状突起に蓄積する。天然に存在するカンナビノイドの最も活性なものは、緑内障、AIDS消耗、神経因性疼痛、多発性硬化症に関連する痙性の処置、線維筋痛および化学療法誘発性の吐き気を含む、広範囲の医学的状態を処置するために用いられるテトラヒドロカンナビノール(THC)である。THCは、アレルギー、炎症、感染、てんかん、うつ病、片頭痛、双極性障害、不安障害、薬物依存症および薬物離脱症候群の処置にも有効である。
さらなる活性カンナビノイドには、急性および慢性の神経変性に対する保護を提供することが知られている強力な抗酸化性および抗炎症性化合物である、THC異性体カンナビジオール(CBD)が含まれる。カンナビゲロール(CBG)は、麻に高濃度で見られる別のカンナビノイドである。CBGは、高親和性α2-アドレナリン受容体アゴニストおよび中親和性5-HT1A受容体アンタゴニストである。CBGは低親和性CB1受容体アンタゴニストであり、抗うつ活性を有する。
別の植物性カンナビノイドであるカンナビクロメン(CBC)、は、抗炎症性、抗真菌性および抗ウイルス性を保有する。植物性カンナビノイドは、種々の疾患を処置するための治療用物質として用いられており、植物においては、病因物質に対する植物の防御機構において同様の役割を果たしうる。
その既知の有益な効果にもかかわらず、カンナビノイドの治療的使用は、植物を大規模に育て、維持することに伴う高いコストと植物組織からのカンナビノイドの抽出、単離および精製の困難さによって妨げられている。
それゆえ、治療用途に必要な量のカンナビノイドおよびカンナビノイドプロドラッグの大規模生産を可能にする方法論を開発する必要性が存在する。本発明は、この必要性に対処する。
概要
本発明は、カンナビノイドのプロドラッグを合成するための方法を提供する。また、カンナビノイドに基づく治療を必要とする患者に、例えば緑内障、慢性疼痛、AIDSのような状態を処置するために、およびがんの処置において投与することができる本発明のプロドラッグの代表例も記述される。
1つの態様において、本発明は、式IIまたは式IIIのカンナビノイドのプロドラッグ
Figure 2019513422
を生産するための方法であって、以下の段階を含む方法を提供する:
(a) 式Iの化合物
Figure 2019513422
をカンナビノイドシンターゼと接触させて、式IIまたは式IIIの化合物を生産する段階;および
(b) 式IIまたは式IIIの化合物を任意で脱カルボキシル化する段階。
式I、式IIおよび式IIIの化合物の場合、置換基RおよびR3は、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、TMS、TBDMS、ベンジル、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR4、-C(O)[CHR4]x-C(O)OH、-C(O)[CHR4]x-OR5、-C(O)[CR4R5]x-OR6、-C(O)O[CH2]x-OR4、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR4、-C(O)[CH2]x-NR4R5、-C(O)O[CH2]x-NR4R5、-C(O)-NH-[CH2]x-NR4R5、-C(O)[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR4NR5][OY]からなる群より選択される。
式I、式IIおよび式III中の置換基R1は、-H、-COOH、-COORa、または-(CH2)nCOOHであるが、R2は、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10) アルケニル、(C2〜C10) アルキニル、(C3〜C10) シクロアルキル、(C3〜C10) シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10) アリールアルキレンからなる群より選択される。
いくつかの式IIまたは式IIIの化合物の場合、置換基RまたはR3は、-C(O)[CHR4]x-C(O)OH、-C(O)[CHR4]x-OR5、-C(O)[CR4R5]x-OR6、-C(O)O[CH2]x-OR4、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4、または-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR4である。そのような化合物の場合、置換基R4およびR5は、それぞれ独立して、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、またはN(CH3)2である。ある種の他の式IIまたはIIIの化合物の場合、置換基R4およびR5は、それぞれ独立して、-Hまたは(C1〜C5)アルキル、例えば、メチル、エチル プロピル、ブチルまたはt-ブチルである。
置換基R4、R5、およびR6は、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、および(C1〜C5)アルキルからなる群より選択される。1つの態様において、R4およびR5は、それぞれ独立して、-Hまたは(C1〜C5)アルキルであり、基-NR4R5は-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、またはN(CH3)2である。別の態様によれば、R4およびR5のどちらかはホルミルまたはアセチルであり、基-NR4R5は-NH[C(O)H]、および-NH[C(O)CH3]である。置換基Raは、式I、IIおよびIIIの化合物について(C1〜C10)アルキル、例えば、メチル、エチルまたはt-ブチルである。
いくつかの式I、式IIおよび式IIIの化合物の場合、変数「X」は薬学的に許容される酸から誘導される対イオンであるが、変数「Y」および「Z」はそれぞれ独立して、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、および薬学的に許容される塩基からなる群より選択される。本発明による化合物の場合、下付き文字「x」および「n」は、0、1、2、3、4、5および6からなる群より選択される。
1つの態様において、本発明による化合物の場合、置換基Rは、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR4、-C(O)[CH2]x-NR4R5、および-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4からなる群より選択され、置換基R1は-COOHであり、R2は(C1〜C10)アルキル、例えば、プロピルまたはペンチル基である。
ある種の式I、式IIおよび式IIIの化合物の場合、Rは-C(O)[CH2]x-OR4であり、下付き文字「x」は1、2、3または4であり、R4は-Hまたは(C1〜C5)アルキルである。
1つの態様において、Rは-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4であり、下付き文字「x」は1、2、3または4であり、置換基R4はメチルである。
別の態様によれば、置換基Rは-C(O)[CH2]x-NR4R5であり、下付き文字「x」は1、2、3または4であり、置換基R4およびR5はそれぞれ独立して-Hまたは(C1〜C5)アルキル、例えばメチルまたはエチルである。
本発明はまた、式IVまたは式Vのカンナビノイドプロドラッグ
Figure 2019513422
を提供する。
式IVおよび式Vの化合物の場合、R7およびR10は、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、テトラヒドロピラニル、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CHR11]x-C(O)OH、-C(O)[CHR11]x-OR12、-C(O)[CR11R12]x-OR13、-C(O)O[CH2]x-OR11、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR11、-C(O)[CH2]x-NR11R12、-C(O)O[CH2]x-NR11R12、-C(O)-NH-[CH2]x-NR11R12、-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR11NR12][OY]からなる群より選択される。
式IVおよび式V中のR8は-H、-COOH、-COORa、または-(CH2)nCOOHであり、置換基Raは(C1〜C10)アルキル、例えばメチル、エチル、またはt-ブチルであり、置換基R9は、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンからなる群より選択される。
1つの態様において、R7およびR10は、それぞれ独立して、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CHR11]x-C(O)OH、-C(O)[CHR11]x-OR12、-C(O)[CR11R12]x-OR13、-C(O)O[CH2]x-OR11、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、および-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR11である。そのような化合物の場合、置換基R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、-Hまたは(C1〜C5)アルキル、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチルまたはt-ブチルである。ある種の他の化合物の場合、置換基R11およびR12は-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、またはN(CH3)2から選択される。
式IVおよびVの化合物の場合、置換基R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイルおよび(C1〜C5)アルキルからなる群より選択される。1つの態様において、R11およびR12は-Hまたは(C1〜C5)アルキルであり、基-NR11R12は-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、またはN(CH3)2である。別の態様によれば、R11またはR12のどちらかはホルミルまたはアセチルであり、基-NR11R12は-NH[C(O)H]、または-NH[C(O)CH3]である。R8が-COORaである場合、置換基Raは(C1〜C10)アルキル、例えばメチル、エチルまたはt-ブチルである。
変数「X」は薬学的に許容される酸から誘導される対イオンであるが、変数「Y」および「Z」はそれぞれ独立して、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、および薬学的に許容される塩基からなる群より選択される。
式IVおよび式Vの化合物の場合、下付き文字「x」および「n」は独立して、0、1、2、3、4、5および6からなる群より選択される。
1つの態様において、R7は、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CH2]x-NR11R12、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、および-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-からなる群より選択され、置換基R8は-Hまたは-COOHであり、R9はプロピル、ブチル、またはペンチルである。この態様によれば、ある種の式IVおよびVの化合物の場合、R8は-Hであり、R9はプロピル、またはペンチルである。
1つの態様において、R7のプロドラッグ部分はアセチルである。別の態様によれば、R7はピバロイル部分である。
ある種の式Vの化合物の場合、R7およびR10の両方がアセチルまたはピバロイルであるが、他のいくつかの式Vの化合物の場合、R7は-Hであり、R10はアセチルまたはピバロイルである。
ある種の本発明の化合物の場合、R7のプロドラッグ部分は、下付き文字「x」が1または2である-C(O)[CH2]x-OH基または-C(O)[CH2]x-OMe基である。1つの態様において、R7およびR10の両方が-C(O)[CH2]x-OH基または-C(O)[CH2]x-OMe基である式Vのプロドラッグが提供される。さらに別の態様によれば、R7は-Hであり、R10は-C(O)[CH2]x-OHまたは-C(O)[CH2]x-OMe基である。
1つの態様において、R7のプロドラッグ部分は、-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-部分、例えば、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)(CH2CH3)2X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)O[CH2]2-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]3-N+(CH3)3X-、または-C(O)O[CH2]4-N+(CH3)3X-基である。
ある種の式IVおよびVの化合物の場合、R7のプロドラッグ部分は、-C(O)O[CH2]4-NH2、-C(O)O[CH2]-NH2、-C(O)O[CH2]-NH(CH3)、-C(O)O[CH2]-NH(ホルミル)、または-C(O)O[CH2]-N(CH3)2である。
1つの態様において、R7のプロドラッグ部分は、下付き文字「x」が1、2、3、または4である、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OHまたは-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OCH3基のような、ポリエチレングリコール基である。そのようなプロドラッグの例は、非限定的に、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]3-OCH3、および-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OCH3基である。
上記のように、本発明の範囲内に包含されるのは、式Vのカンナビノイドプロドラッグであり、式中、R7およびR10は両方ともプロドラッグ部分であるか、またはR7もしくはR10の一方のみが、-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-部分、例えば、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)(CH2CH3)2X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)O[CH2]4-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]4-NH2、-C(O)O[CH2]-NH2、-C(O)O[CH2]-NH(CH3)、-C(O)O[CH2]-NH(ホルミル)、または-C(O)O[CH2]-N(CH3)2、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OHまたは-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OCH3基からなる群より選択されるプロドラッグ部分である。そのようなプロドラッグの例は、非限定的に、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]3-OCH3および-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OCH3である。
また、本発明の範囲内に包含されるのは、カンナビノイドプロドラッグ、例えば、それぞれ式VIIおよびVIIIのプロドラッグ
Figure 2019513422
を生産するためのシステムである。
本発明によれば、式VIIおよびVIIIの化合物を合成するためのシステムは、以下を含む: (i) 式VIの反応体
Figure 2019513422
、溶媒、およびカンナビノイドシンターゼを含有するバイオリアクタ; ならびに
(ii) 式VIの化合物がカンナビノイドシンターゼと相互作用して、式VIIまたは式VIIIの化合物を生産する、バイオリアクタの少なくとも1つの状態を制御するように構成された制御機構。
1つの態様において、本発明のシステムを用いて生産された式VIIおよびVIIIの化合物は、薬剤または栄養補助剤としてのその使用の前に脱カルボキシル化される。
式VI、VII、またはVIII中の置換基R14およびR17は、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、TMS、TBDMS、ベンジル、テトラヒドロピラニル、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR18、-C(O)[CHR18]x-C(O)OH、-C(O)[CHR18]x-OR19、-C(O)[CR18R19]x-OR20、-C(O)O[CH2]x-OR18、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR18、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR18、-C(O)[CH2]x-NR18R19、-C(O)O[CH2]x-NR18R19、-C(O)-NH-[CH2]x-NR18R19、-C(O)[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR18NR19][OY](OZ)からなる群より選択される。
置換基R15は、-H、-COOH、-COORa、または-(CH2)nCOOHであり、R16は、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンからなる群より選択される。
式VI、VII、またはVIIIの化合物の場合、Raは、(C1〜C10)アルキル、例えば、メチル、エチルまたはブチルであり、置換基R18、R19、およびR20は、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、および(C1〜C5)アルキルからなる群より選択される。
いくつかの式VI、VIIまたはVIIIの化合物の場合、R14およびR17は、それぞれ独立して、-C(O)[CH2]x-OR18、-C(O)[CHR18]x-C(O)OH、-C(O)[CHR18]x-OR19、-C(O)[CR18R19]x-OR20、-C(O)O[CH2]x-OR18、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR18、および-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR18である。そのような化合物の場合、置換基R18、R19およびR20は、それぞれ独立して、-Hまたは(C1〜C5)アルキル、例えば、メチル、エチル プロピル、ブチルまたはt-ブチルである。ある種の他の化合物の場合、置換基R18およびR19は、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、またはN(CH3)2から選択される。
1つの態様において、R18およびR19は、それぞれ独立して、-Hまたは(C1〜C5)アルキルであり、基-NR18R19は、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、およびN(CH3)2である。別の態様によれば、R18およびR19は、それぞれ独立して、ホルミルまたはアセチルであり、基-NR18R19は、-NH[C(O)H]、または-NH[C(O)CH3]である。
変数「X」は薬学的に許容される酸から誘導される対イオンであり、変数「Y」および「Z」はそれぞれ独立して、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、および薬学的に許容される塩基からなる群より選択される。式VI、VIIおよびVIIIの化合物の場合、下付き文字「x」および「n」は、独立して、0、1、2、3、4、5、および6からなる群より選択される。
1つの態様において、カンナビノイドシンターゼは、テトラヒドロカンナビノール酸シンターゼ(THCAシンターゼ)、テトラヒドロカンナビバリン酸シンターゼ(THCVAシンターゼ)、カンナビジオール酸シンターゼ(CBDAシンターゼ)、およびカンナビクロメン酸シンターゼ(CBCAシンターゼ)からなる群より選択される天然酵素または組み換え酵素である。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示的および説明的なものであり、主張される本発明のさらなる説明を提供するよう意図される。他の目的、利点および新規な特徴は、本発明の以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。
詳細な説明
定義
本明細書において用いられる場合、特に明記しない限り、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」および「その(the)」は複数の言及を含む。したがって、例えば、「細胞」への言及は複数の細胞を含み、「分子」への言及は1つまたは複数の分子への言及である。
本明細書において用いられる場合、「約」は当業者により理解され、用いられる状況に応じてある程度変化するであろう。当業者には明らかでない用語の使用がある場合、それが用いられる文脈を考慮すると、「約」は特定の用語のプラスまたはマイナス10%までを意味するであろう。
「アルキル」という用語は、示された数の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖の飽和炭化水素をいう。例えば、(C1〜C10)アルキルは、限定されるものではないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシルおよびネオヘキシルなどを含むよう意図される。アルキル基は、非置換でも、または本明細書において以下に記述される1つもしくは複数の置換基で置換されてもよい。
「アルケニル」という用語は、示された数の炭素原子および少なくとも1つの二重結合を有する直鎖または分枝鎖の不飽和炭化水素をいう。(C2〜C10)アルケニル基の例としては、エチレン、プロピレン、1-ブチレン、2-ブテン、イソブテン、sec-ブテン、1-ペンテン、2-ペンテン、イソペンテン、1-ヘキセン、2-ヘキセン、3-ヘキセン、イソヘキセン、1-ヘプテン、2-ヘプテン、3-ヘプテン、イソヘプテン、1-オクテン、2-オクテン、3-オクテン、4-オクテン、およびイソオクテンが挙げられるが、これらに限定されることはない。アルケニル基は、非置換でも、または本明細書において以下に記述される1つもしくは複数の置換基で置換されてもよい。
「アルキニル」という用語は、示された数の炭素原子および少なくとも1つの三重結合を有する直鎖または分枝鎖の不飽和炭化水素をいう。(C2〜C10)アルキニル基の例としては、アセチレン、プロピン、1-ブチン、2-ブチン、1-ペンチン、2-ペンチン、1-ヘキシン、2-ヘキシン、3-ヘキシン、1-ヘプチン、2-ヘプチン、3-ヘプチン、1-オクチン、2-オクチン、3-オクチンおよび4-オクチンが挙げられるが、これらに限定されることはない。アルキニル基は、非置換でも、または本明細書において以下に記述される1つもしくは複数の置換基で置換されてもよい。
「アルコキシ」という用語は、示された数の炭素原子を有する-O-アルキル基をいう。例えば、(C1〜C6)アルコキシ基は、-O-メチル、-O-エチル、-O-プロピル、-O-イソプロピル、-O-ブチル、-O-sec-ブチル、-O-tert-ブチル、-O-ペンチル、-O-イソペンチル、-O-ネオペンチル、-O-ヘキシル、-O-イソヘキシル、および-O-ネオヘキシルを含む。
「アリール」という用語は、3〜14員の単環式、二環式、三環式、または多環式の芳香族炭化水素環系をいう。アリール基の例としては、ナフチル、ピレニル、およびアントラシルが挙げられる。アリール基は、非置換でも、または本明細書において以下に記述される1つもしくは複数の置換基で置換されてもよい。
「アルキレン」、「シクロアルキレン」、「アルケニレン」、「アルキニレン」、「アリーレン」および「ヘテロアリーレン」という用語は、単独でまたは別の置換基の一部として、-CH2CH2CH2CH2-によって例示される、それぞれ、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、またはヘテロアリール基から誘導される二価基を意味する。アルキレン、アルケニレン、またはアリール連結基の場合、連結基の配向は暗示されていない。
「ハロゲン」および「ハロ」という用語は、-F、-Cl、-Brまたは-Iをいう。
「ヘテロ原子」という用語は、酸素(O)、窒素(N)、および硫黄(S)を含むよう意図される。
「ヒドロキシル」または「ヒドロキシ」は、-OH基をいう。
「ヒドロキシアルキル」という用語は、アルキル基の水素原子の1つまたは複数が-OH基で置き換えられている、示された数の炭素原子を有するアルキル基をいう。ヒドロキシアルキル基の例としては、-CH2OH、-CH2CH2OH、-CH2CH2CH2OH、-CH2CH2CH2CH2OH、-CH2CH2CH2CH2CH2OH、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH、およびその分枝型が挙げられるが、これらに限定されることはない。
「シクロアルキル」または「炭素環」という用語は、飽和、不飽和または芳香族のいずれかである、単環式、二環式、三環式、または多環式の3〜14員環系をいう。複素環は、任意のヘテロ原子または炭素原子を介して結合されうる。シクロアルキルは、上に定義されたアリールおよびヘテロアリールを含む。シクロアルキルの代表例としては、シクロエチル、シクロプロピル、シクロイソプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、フェニル、ナフチル、アントラシル、ベンゾフラニル、およびベンゾチオフェニルが挙げられるが、これらに限定されることはない。シクロアルキル基は、非置換でも、または本明細書において以下に記述される1つもしくは複数の置換基で置換されてもよい。
「ニトリルまたはシアノ」という用語は互換的に用いることができ、ヘテロアリール環、アリール環およびヘテロシクロアルキル環の炭素原子に結合した-CN基をいう。
「アミンまたはアミノ」という用語は、-NRcRd基をいい、式中、RcおよびRdは、それぞれ独立して、水素、(C1〜C8)アルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロシクロアルキル、(C1〜C8)ハロアルキル、および(C1〜C6)ヒドロキシアルキル基をいう。
「TMS」という用語は、トリメチルシリル基をいう。
「TBDMS」という用語は、t-ブチルジメチルシリル基をいう。
「ベンジル」または「Bz」という用語は、ベンジル基、すなわち、C6H5-CH2-基をいう。
「THP」という用語は、テトラヒドロピラン基をいう。
「アルキルアリール」という用語は、本明細書において以下に記述される1つまたは複数の置換基で置換されてもよい、アリール原子によってC1〜C8アルキル鎖の少なくとも1つの水素原子が置き換えられているC1〜C8アルキル基をいう。アルキルアリール基の例としては、メチルフェニル、エチルナフチル、プロピルフェニル、およびブチルフェニル基が挙げられるが、これらに限定されることはない。
「アリールアルキレン」は、C1〜C10アルキレン基における1つまたは複数の水素原子が(C3〜C14)アリール基によって置き換えられている二価アルキレンをいう。(C3〜C14)アリール-(C1〜C10)アルキレン基の例としては、非限定的に、1-フェニルブチレン、フェニル-2-ブチレン、1-フェニル-2-メチルプロピレン、フェニルメチレン、フェニルプロピレン、およびナフチルエチレンが挙げられる。
「アリールアルケニレン」は、C2〜C10アルケニレン基における1つまたは複数の水素原子が(C3〜C14)アリール基によって置き換えられている二価アルケニレンをいう。
「アリールアルキニレン」という用語は、C2〜C10アルキニレン基における1つまたは複数の水素原子が(C3〜C14)アリール基によって置き換えられている二価アルキニレンをいう。
「カルボキシル」および「カルボキシレート」という用語は、以下の一般式
Figure 2019513422
によって表されうるような部分を含む。
式中のEは結合またはOであり、Rfは個々にH、アルキル、アルケニル、アリール、または薬学的に許容される塩である。EがOであり、Rfが上記で定義した通りである場合、その部分は本明細書においてカルボキシル基といわれ、特にRfが水素である場合、この式は「カルボン酸」を表す。一般に、明確に示された酸素が硫黄によって置き換えられている場合、この式は「チオカルボニル」基を表す。
他に示されない限り、「立体異性体」は、その化合物の他の立体異性体を実質的に含まない化合物の1つの立体異性体を意味する。したがって、1つのキラル中心を有する立体異性的に純粋な化合物は、化合物の反対の鏡像異性体を実質的に含まないであろう。2つのキラル中心を有する立体異性的に純粋な化合物は、化合物の他のジアステレオ異性体を実質的に含まないであろう。典型的な立体異性的に純粋な化合物は、約80重量%超の化合物の1つの立体異性体、約20重量%未満の化合物の他の立体異性体、例えば約90重量%超の化合物の1つの立体異性体および約10重量%未満の化合物の他の立体異性体、または約95重量%超の化合物の1つの立体異性体および約5重量%未満の化合物の他の立体異性体、または約97重量%超の化合物の1つの立体異性体および約3重量%未満の化合物の他の立体異性体を含む。
描写された構造とその構造が与えられた名前との間に相違がある場合、描写された構造が制御する。さらに、構造または構造の一部分の立体化学が、例えば太線または破線で示されていない場合、構造または構造の部分は、その全ての立体異性体を包含するものとして解釈されるべきである。
本発明は、カンナビノイドまたはカンナビノイド類似体のプロドラッグ、ならびにカンナビノイドまたはカンナビノイド類似体のプロドラッグの製造のための生合成方法論に焦点を当てている。より具体的には、本発明は、無細胞環境におけるカンナビノイドまたはカンナビノイド類似体のプロドラッグ形態の酵素触媒合成に関する。
「プロドラッグ」という用語は、生物学的に活性な薬剤(薬物)の前駆体をいう。プロドラッグは、生物学的に活性な薬剤になるために、化学的または代謝的変換を受けなければならない。プロドラッグは、化学的形質転換プロセスによって生物学的に活性な薬剤にエクスビボで変換することができる。インビボでは、プロドラッグは、プロドラッグ部分を除去して生物学的に活性な薬剤を形成する代謝プロセス、酵素プロセスまたは分解プロセスの作用によって、生物学的に活性な薬剤に変換される。
したがって、その態様の1つにおいて、本発明は、式Iの化合物
Figure 2019513422
をカンナビノイドシンターゼと接触させて式IIまたは式IIIの化合物を生産する段階により、式IIまたは式IIIのカンナビノイドプロドラッグ
Figure 2019513422
を生産するための方法を提供する。
式I、II、およびIIIの化合物の場合、置換基RおよびR3は、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、TMS、TBDMS、ベンジル、テトラヒドロピラニル、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR4、-C(O)[CHR4]x-C(O)OH、-C(O)[CHR4]x-OR5、-C(O)[CR4R5]x-OR6、-C(O)O[CH2]x-OR4、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR4、-C(O)[CH2]x-NR4R5、-C(O)O[CH2]x-NR4R5、-C(O)-NH-[CH2]x-NR4R5、-C(O)[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR4NR5][OY](OZ)からなる群より選択される。
ある種の式I、II、およびIIIの化合物の場合、置換基R1は、-H、-COOH、-COOMe、-COOEt、または-COO(t-Bu)であり、R2は、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンからなる群より選択される。したがって、本発明は、1つの態様において、R1が-COOHであり、R2が(C1〜C10)アルキル、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、またはペンチルである式I、II、およびIIIの化合物を提供する。
1つの態様において、本発明は、置換基Rが-C(O)[CH2]x-OR4、-C(O)[CHR4]x-OR5、-C(O)[CR4R5]x-OR6、または-C(O)O[CH2]x-OR4であり、R1が-COOHであり、R2が(C1〜C10)アルキル、例えばプロピル、またはペンチルである式IIの化合物を提供する。
そのような式IIの化合物の場合、置換基R4、R5、およびR6は、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、N(CH3)2、-NH[C(O)H]、-NH[C(O)CH3]、および(C1〜C5)アルキルからなる群より選択される。
この態様によれば、Rが-C(O)[CH2]x-OR4、または-C(O)O[CH2]x-OR4である場合、置換基R4は-H、メチル、またはエチルであり、下付き文字「x」は1、2、3、4、5、または6である。1つの態様において、R4は-Hであり、下付き文字「x」は1、または2である。別の態様によれば、R4は-CH3であり、下付き文字「x」は1、または2である。
本発明の式IIの化合物のいくつかの場合、Rは-C(O)[CHR4]x-OR5であり、R1は-COOHまたは-COOEtであり、R2はプロピルまたはペンチルであり、下付き文字「x」は1、または2である。1つの態様において、R4は-OHであり、R5は-H、メチル、またはエチルである。したがって、本発明は、置換基Rが-C(O)-CH(OH)-CH2-OHであり、R1が-COOHであり、R2がプロピルまたはペンチルである式IIのカンナビノイドプロドラッグを生産するための方法を提供する。
式IIのいくつかのプロドラッグの場合、置換基Rは-C(O)[CH2]x-NR4R5、-C(O)-NH-[CH2]x-NR4R5、-C(O)O[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-であり、R1は-COOHまたは-COOEtであり、R2は(C1〜C10)アルキル、例えば、プロピル、またはペンチルである。
1つの態様において、Rは-C(O)O[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-であり、R1は-COOHまたは-COOEtであり、R2はプロピル、またはペンチルである。そのような式IIのプロドラッグの場合、R4、R5、およびR6は、それぞれ独立して-H、メチル、エチルまたはその組み合わせであり、X-は塩化物、臭化物、リン酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、硫酸塩、コハク酸塩、ヘミコハク酸塩、シュウ酸塩、またはマロン酸塩のような、対イオンである。そのようなプロドラッグの場合、下付き文字「x」は1、2、3、または4である。
別の局面によれば、式IIの化合物の場合、Rは-C(O)[CH2]x-NR4R5であり、R1は-COOHまたは-COOEtであり、R2はプロピル、またはペンチルである。そのような化合物の置換基R4およびR5は、それぞれ独立して、-H、メチル、エチル、アセチル、またはホルミルであり、下付き文字「x」は1、2、3、または4である。
さらに別の態様において、Rは-C(O)-NH-[CH2]x-NR4R5であり、R4およびR5の各々は-H、メチル、エチル、アセチル、またはホルミルである。そのようなプロドラッグの例は、非限定的に、Rが-C(O)-NH-[CH2]-NH2、-C(O)-NH-[CH2]-N(CH3)2、-C(O)-NH-[CH2]-NH(CH3)、-C(O)-NH-[CH2]-NH(ホルミル)、および-C(O)-NH-[CH2]-NCH3(ホルミル)である式IIの化合物である。
1つの態様において、式IIのプロドラッグは、Rが-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR4であり、R1が-COOHであり、R2がプロピル、またはペンチルであるものである。そのようなR基の例は、非限定的に、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OH、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OCH3、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]3-OH、および-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OCH3である。
上記の式IIのカンナビノイドプロドラッグは、薬剤としてのその使用の前に任意で脱カルボキシル化されてもよい。脱カルボキシル化は、例えば、R1の位置にカルボン酸基を有する式IIのプロドラッグを熱源またはUV光源と接触させることにより、本発明のプロドラッグの薬理学的完全性を維持する任意の物理的または化学的手段によって達成される。あるいは、脱カルボキシル化は、そのような化合物の溶液を弱塩基と、例えば重炭酸ナトリウムと接触させることによって達成される。
上記のプロトコルを用いて脱カルボキシル化される式IIのプロドラッグの例は、R1が-COOHであり、R2がプロピルまたはペンチルであり、置換基Rが-C(O)[CH2]-OH、-C(O)[CH2]2-OH、-C(O)[CH2]-OCH3、-C(O)[CH2]2-OCH3、-C(O)-CH(OH)-CH2-OH、-C(O)O[CH2]-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]2-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)O[CH2] 2-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)O[CH2] 2-N+(CH3)3X-、-C(O)NH[CH2]-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)NH[CH2]-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)NH[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)NH[CH2]2-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)NH[CH2] 2-N+(CH2CH3)3X-、または-C(O)NH[CH2] 2-N+(CH3)3X-の1つであるものである。
さらに別の態様によれば、脱カルボキシル化された式IIのプロドラッグは、R1が-Hであり、R2がプロピルまたはペンチルであり、置換基Rがポリエチレングリコール基、例えば-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OH、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OCH3、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]3-OH、または-C(O)-CH2-[OCH2CH2]3-OCH3である化合物である。
表1は本発明の方法を用いて生産される例示的な式IIのプロドラッグを構造的に例示しており、式中X-は上記のような対イオンである。
Figure 2019513422
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本発明の方法はまた、式IIIのカンナビノイドプロドラッグの合成を可能にする。これらのプロドラッグは、必要に応じて、上記のプロトコルの1つを用い薬剤としてのその使用の前に脱カルボキシル化することができる。
したがって、1つの態様において、式IIIのプロドラッグは、置換基Rが-C(O)[CH2]-OH、-C(O)[CH2]2-OH、-C(O)[CH2]-OCH3、-C(O)[CH2]2-OCH3、または-C(O)-CH(OH)-CH2-OHであり、置換基R1が-COOH、-COOMe、または-COOEtであり、R2がプロピルまたはペンチルであり、R3が-H、TMS、TBDMS、テトラヒドロピラン、またはベンジルである化合物である。
別の態様によれば、式IIIのプロドラッグは、置換基RおよびR3がそれぞれ独立して、-C(O)[CH2]-OH、-C(O)[CH2]2-OH、-C(O)[CH2]-OCH3、-C(O)[CH2]2-OCH3、および-C(O)-CH(OH)-CH2-OHであり; 置換基R1が-Hまたは-COOHであり、R2がプロピルまたはペンチルである化合物である。
1つの態様において、式IIIのプロドラッグは、置換基Rが-C(O)O[CH2]-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]2-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)O[CH2] 2-N+(CH2CH3)3X-、または-C(O)O[CH2] 2-N+(CH3)3X-であり、置換基R1が-COOHまたは-COOEtであり、R2がプロピルまたはペンチルである化合物である。そのような式IIIのプロドラッグは、必要に応じて、薬剤としてのその使用の前に脱カルボキシル化される。
この態様の1つの局面によれば、式IIIのプロドラッグは、RおよびR3の両方が-C(O)O[CH2]-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)O[CH2]N+(CH2CH3)3X-、-C(O)O[CH2]N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]2-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)O[CH2]2-N+(CH2CH3)3X-、または-C(O)O[CH2]2-N+(CH3)3X-であり、置換基R1が-Hまたは-COOHである化合物である。
ある種の式IIIのプロドラッグの場合、Rは-C(O)NH[CH2]-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)NH[CH2]-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)NH[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)NH[CH2]2-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)NH[CH2]2-N+(CH2CH3)3X-、または-C(O)NH[CH2]2-N+(CH3)3X-である。あるいは、RおよびR3の両方が-C(O)NH[CH2]-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)NH[CH2]-N+(CH2CH3)3X-、-C(O)NH[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)NH[CH2]2-N+(CH2CH3)2(CH3)X-、-C(O)NH[CH2] 2-N+(CH2CH3)3X-、または-C(O)NH[CH2]2-N+(CH3)3X-であり、R1が-Hまたは-COOHであり、R2がプロピルまたはペンチルである。
そのようなプロドラッグの場合、X-は塩化物、臭化物、リン酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、硫酸塩、コハク酸塩、ヘミコハク酸塩、シュウ酸塩、またはマロン酸塩のような、対イオンである。
R1が-COOHである場合、式IIIのプロドラッグは、薬剤としてのその使用の前に脱カルボキシル化することができる。脱カルボキシル化は、プロドラッグを熱と接触させることによってもしくはプロドラッグの溶液をUV光源に曝露することによって、または重炭酸ナトリウムのような塩基の溶液との接触によって進行する。
上記のものなどの、いずれかの式IIIの化合物について、R3が式III中TMS、ベンジル、またはTBDMSである場合、これらの保護基は、薬剤としてのその利用の前に、化学技術において周知のプロトコルを用いて除去される。
本発明の方法を用いて生産される例示的な式IIIのプロドラッグは、表2に示されるものである。
Figure 2019513422
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本発明の方法によるカンナビノイドプロドラッグを合成するために用いられるカンナビノイド酸シンターゼ酵素は、非限定的に、テトラヒドロカンナビノール酸シンターゼ(THCAシンターゼ)、テトラヒドロカンナビバリン酸シンターゼ(THCVAシンターゼ)、カンナビジオール酸シンターゼ(CBDAシンターゼ)、およびカンナビクロメン酸シンターゼ(CBCAシンターゼ)を含む。これらの酵素は、天然源から得られてもよく、または2014年8月25日付で出願された米国仮特許出願第62/041,521号および2016年2月26日付の米国特許出願公開第2016-0053220号として公開された2015年8月25日付で出願された米国特許出願第14/835,444号に記述されているPichiaPink (商標)Yeast Expression系の使用を含めて、任意の適当な組み換え方法を用いることにより得られてもよく、それらの出願の内容は、参照によりその全体が組み入れられる。
本発明の1つの態様において、本発明の方法を用いてプロドラッグを生産するために用いられる溶媒は、水性緩衝液、非水性溶媒、または水性緩衝液および非水性溶媒を含む混合物である。本発明の方法において典型的に用いられる緩衝液は、クエン酸緩衝液、リン酸緩衝液、HEPES、トリス緩衝液、MOPS、またはグリシン緩衝液である。例示的な非水性溶媒は、非限定的に、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、またはイソプロピルアルコール、β-シクロデキストリン、およびそれらの組み合わせを含む。
1つの態様において、溶媒は、水性緩衝液および非水性溶媒の混合物である。そのような混合物の場合、非水性溶媒の濃度は10%〜50% (v/v)の間で変化しうるが、好ましくは、反応混合物中の非水性溶媒の濃度は10%、12%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、または50%である。1つの態様において、反応混合物中の非水性溶媒の濃度は30%である。別の態様において、反応混合物中の非水性溶媒の濃度は20%であり、または10%〜20%、10%〜30%、もしくは10%〜40%の間で変化しうる。
本出願の発明者らは、予期しないことに、反応混合物中の非水性溶媒の濃度が、酵素触媒反応の速度ならびに生成物として得られるカンナビノイドプロドラッグの比に影響を与えることを発見した。例えば、両親媒性であり、界面活性剤として機能する環状オリゴ糖であるシクロデキストリンの存在が、式Iの化合物(基質)の式IIまたは式IIIの化合物(生成物)への酵素触媒環化反応の速度を加速することが観察された。反応混合物中のシクロデキストリンの濃度も生成物比、すなわち、本発明の方法を用いて生成された式IIIの化合物の量に対する式IIの化合物の量の比に影響を与えることは驚くべきことであった。
別の驚くべき予想外の所見は、反応混合物のpHが、本発明の方法を用いて生成されたカンナビノイドプロドラッグの比に影響を与えることであった。1つの好ましい態様において、本発明による式Iの化合物は、THCAシンターゼと接触すると、反応混合物のpHに応じて異なる比で、テトラヒドロカンナビノール酸(THCA)のプロドラッグまたはカンナビクロメン酸(CBCA)のプロドラッグを生成する。
したがって、1つのその態様において、本発明は、反応混合物のさまざまなpH値でカンナビノイドプロドラッグを生産するための方法を提供する。1つの例において、プロドラッグの生体酵素合成は、3.0〜8.0の範囲のpHで、例えば3.0〜7.0、3.0〜6.0、3.0〜5.0、または3.0〜4.0の範囲のpHで行われる。
1つの態様において、反応は3.8〜7.2の範囲のpHで行われる。別の態様によれば、反応は3.5〜8.0、3.5〜7.5、3.5〜7.0、3.5〜6.5、3.5〜6.0、3.5〜5.5、3.5〜5.0、または3.5〜4.5の範囲のpHで行われる。
本発明はまた、式IVまたは式Vのカンナビノイドプロドラッグ
Figure 2019513422
も提供する。
式IVまたは式Vのプロドラッグの場合、R7またはR10は、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CHR11]x-C(O)OH、-C(O)[CHR11]x-OR12、-C(O)[CR11R12]x-OR13、-C(O)O[CH2]x-OR11、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR11、-C(O)[CH2]x-NR11R12、-C(O)O[CH2]x-NR11R12、-C(O)-NH-[CH2]x-NR11R12、-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR11NR12][OY]からなる群より選択される。下付き文字「x」および「n」は、独立して、0、1、2、3、4、5、および6からなる群より選択される。さまざまな態様において、置換基R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、-Hまたは(C1〜C5)アルキル、例えば、メチル、エチル プロピル、ブチルまたはt-ブチルである。ある種の他の化合物の場合、置換基R11およびR12は、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、またはN(CH3)2から選択される。
本発明による例示的なβ-アミノ酸残基は、非限定的に、β-フェニルアラニン、β-アラニン、3-アミノブタン酸、3-アミノ-3(3-ブロモフェニル)プロピオン酸、2-アミノ-3-シクロペンテン-1-カルボン酸、3-アミノイソ酪酸、3-アミノ-2-フェニルプロピオン酸、4,4-ビフェニル酪酸、3-アミノシクロヘキサンカルボン酸、3-アミノシクロペンタンカルボン酸、および2-アミノエチルフェニル酢酸を含む。
例示的なγ-アミノ酸は、非限定的に、γ-アミノ酪酸、スタチン、4-アミノ-3-ヒドロキシブタン酸、および4-アミノ-3-フェニルブタン酸(バクロフェン)を含む。
式IVまたは式Vのプロドラッグの場合、置換基R8は-H、-COOH、または-COORa、または-(CH2)nCOOHであり、式IVおよびV中の置換基R9は、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンからなる群より選択される。
R8が-COORaである場合、置換基Raは、メチル、エチル、プロピル、またはt-ブチルのような、(C1〜C10)アルキルから選択される。1つの態様において、Raはエチルまたはt-ブチルである。
本発明によるプロドラッグの場合、置換基R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、N(CH3)2、-NH[C(O)H]、-NH[C(O)CH3]、および(C1〜C5)アルキルからなる群より選択され、変数「X」は薬学的に許容される酸から誘導される対イオンであるが、変数「Y」および「Z」は、それぞれ独立して、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、および薬学的に許容される塩基から得られるカチオンからなる群より選択される。式IVおよびVのプロドラッグの下付き文字「x」および「n」は、0、1、2、3、4、5、または6のような、任意の整数である。
例示的な薬学的に許容される酸は、非限定的に、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、グリコール酸、グルコン酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、アスコルビン酸、グルクロン酸、マレイン酸、フマル酸、ピルビン酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、安息香酸、アントラニル酸、メシル酸、ステアリン酸、サリチル酸、p-ヒドロキシ安息香酸、フェニル酢酸、マンデル酸、エンボン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、パントテン酸、トルエンスルホン酸、2-ヒドロキシエタンスルホン酸、スルファニル酸、シクロヘキシルアミノスルホン酸、アルゲン酸(algenic)、β-ヒドロキシ酪酸、ガラクタル酸およびガラクツロン酸を含む。当業者は、カンナビノイドのプロドラッグの他の薬学的に許容される塩が、処方技術分野において公知の方法を用いて調製できることを認識するので、上記の薬学的に許容される塩のリストは、包括的であることを意味するものではなく、単なる例示である。
例えば、酸付加塩は遊離塩基を適当な酸と反応させることにより遊離塩基から容易に調製される。酸付加塩を製造するのに適した酸は、(i) 有機酸、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、グリコール酸、ピルビン酸、シュウ酸、リンゴ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、酒石酸、クエン酸、安息香酸、桂皮酸、マンデル酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、サリチル酸など、および(ii) 無機酸、例えば塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸などの両方を含む。
1つの態様において、式IVおよびVのプロドラッグの場合、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、-Hまたは(C1-C5)アルキルから選択される。R11、R12またはR13のいずれかが(C1〜C5)アルキルである場合、アルキル基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルまたはその組み合わせから選択される。この態様の局面において、R11、R12およびR13は、それぞれ独立して、-H、メチル、またはエチルから選択される。
1つの態様において、R7はアセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸であり、R8は-COOHであり、置換基R9は(C1〜C10)アルキルであり、R10は-Hである。
別の態様によれば、R7およびR10の各々は、それぞれ独立して、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸であり、R8は-COOHであり、置換基R9は(C1〜C10)アルキル、例えばメチル、プロピルまたはペンチルである。
いくつかの式IVおよびVの化合物の場合、R7は、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CH2]x-NR11R12、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、および-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-からなる群より選択される。
1つの態様によれば、R7およびR10は、それぞれ独立して、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CH2]x-NR11R12、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、または-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-である。
R8が-COOHである場合、式IVまたは式Vのプロドラッグは、薬剤としてのその使用の前に脱カルボキシル化することができる。脱カルボキシル化は、酸形態の式IVもしくは式Vのプロドラッグを熱と接触させることによって、またはプロドラッグ酸の溶液を熱またはUV光と接触させることによって達成される。
1つの態様において、式IVのプロドラッグについて、R8は-Hであり、R9はプロピルまたはペンチルである。本態様による置換基R7は、アセチル、ピバロイル、2-ヒドロキシアセチル、-C(O)[CH2]2-OH、-C(O)[CH2]-OCH3、-C(O)[CH2]2-OCH3、-C(O)[CH(OH)-CH2]-OH、および-C(O)[CH(OH)]-OHから選択される基である。
別の態様によれば、R7およびR10の両方が、アセチル、ピバロイル、2-ヒドロキシアセチル、-C(O)[CH2]2-OH、-C(O)[CH2]-OCH3、-C(O)[CH2]2-OCH3、-C(O)[CH(OH)-CH2]-OH、および-C(O)[CH(OH)]-OHからなる群より選択される化学部分である。
1つの態様において、R7はアセチルであり、R10は2-ヒドロキシアセチルである。別の態様において、R7はアセチルであり、R10は-C(O)[CH2]2-OH、または-C(O)[CH2]-OCH3である。
さらに別の態様において、R7は-C(O)[CH(OH)-CH2]-OHであり、R10はアセチルである。
さらに別の態様において、R7は-Hであり、R10は、アセチル、ピバロイル、2-ヒドロキシアセチル、-C(O)[CH2]2-OH、-C(O)[CH2]-OCH3、-C(O)[CH2]2-OCH3、-C(O)[CH(OH)-CH2]-OH、および-C(O)[CH(OH)]-OHからなる群より選択される。
1つの態様において、R7は-Hであり、R10はアセチルである。別の態様において、R7は-Hであり、R10は-C(O)[CH2]2-OH、または-C(O)[CH2]-OCH3である。
1つの態様において、R7は-Hであり、R10は-C(O)[CH2]2-OCH3である。別の態様によれば、R7は-Hであり、R10は-C(O)[CH(OH)-CH2]-OH、または-C(O)[CH(OH)]-OHである。
1つの態様において、置換基R7は、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]-N+(Et)(CH3)2X-、-C(O)O[CH2]-N+CH3(Et)2X-、-C(O)O[CH2]-N+(Et)3X-、または-C(O)O[CH2]4-N+(CH3)3X-から選択される基であり、R8は-Hであり、R9はプロピルであり、R10は-Hである。
1つの態様において、R7およびR10は両方とも-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、または-C(O)O[CH2]-N+CH3(Et)2X-である。
別の態様によれば、R7およびR10は両方とも-C(O)O[CH2]-N+(Et)(CH3)2X-、または-C(O)O[CH2]-N+(Et)3X-である。さらに別の態様において、R7およびR10は両方とも-C(O)O[CH2]4-N+(CH3)3X-である。
別の態様によれば、置換基R7は、-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、-C(O)O[CH2]-N+(Et)(CH3)2X-、-C(O)O[CH2]-N+CH3(Et)2X-、-C(O)O[CH2]-N+(Et)3X-または-C(O)O[CH2]4-N+(CH3)3X-から選択される基であり、R9はペンチルであり、R10は-Hである。
別の態様によれば、式V中のR7およびR10は両方とも-C(O)O[CH2]-N+(CH3)3X-、または-C(O)O[CH2]-N+CH3(Et)2X-である。
1つの態様において、式V中のR7およびR10は両方とも-C(O)O[CH2]-N+(Et)3X-である。さらに別の態様において、式V中のR7およびR10は両方とも-C(O)O[CH2]4-N+(CH3)3X-である。
ある種の式IVまたは式Vの化合物の場合、R7またはR10は、-C(O)NH[CH2]NH2、-C(O)NH[CH2]4NH2、-C(O)NH[CH2]NH(CH3)、-C(O)NH[CH2]NH(ホルミル)、または-C(O)OCH2-[OCH2CH2]2-OCH3もしくは-C(O)OCH2-[OCH2CH2]3-OCH3のようなPEG含有プロドラッグから選択される基であり、R9はプロピルまたはペンチルである。
1つの態様によれば、R7およびR10は、それぞれ独立して、-C(O)NH[CH2]NH2、-C(O)NH[CH2]4NH2、-C(O)NH[CH2]NH(CH3)、-C(O)NH[CH2]NH(ホルミル)、-C(O)OCH2-[OCH2CH2]2-OCH3、および-C(O)OCH2-[OCH2CH2]3-OCH3から選択される。
式IVまたは式Vのカンナビノイドまたはカンナビノイド類似体のプロドラッグは、使用の前に精製されうる。精製は、溶媒抽出またはクロマトグラフィー精製法を含む、化学および生化学の分野において日常的に用いられる手順によって達成される。精製されたプロドラッグ生成物の純度は、薄層クロマトグラフィー(TLC)、質量分析計に連結された高性能液体クロマトグラフィー(HPLC-MS)によって、または任意の適当な分析技法によって判定することができる。核磁気共鳴分光法、質量スペクトル分析、またはUV、可視分光法は、本発明のプロドラッグの同一性を確認するために使用できる分析方法の例である。
典型的には、本発明のプロドラッグの鏡像異性体純度は、約90% ee〜約100% eeであり、例えば、本発明によるカンナビノイドまたはカンナビノイド類似体のプロドラッグは、約91% ee、約92% ee、約93% ee、約94% ee、約95% ee、約96% ee、約97% ee、約98% eeおよび約99% eeの鏡像異性体純度を有することができる。カンナビノイドは、異なる生理学的特性を発揮し、疼痛を軽減し、食欲を刺激することが知られており、アレルギー、炎症、感染、てんかん、うつ病、片頭痛、双極性障害、不安障害、および緑内障のような種々の疾患状態を処置するための候補治療用物質として試験されている。カンナビノイドによってもたらされる生理学的効果は、カンナビノイド受容体、例えばCB1、CB2およびCB3受容体を刺激または不活性化するその能力によって影響される。
バイオリアクタを用いたカンナビノイドプロドラッグの大規模生産
本発明は、カンナビノイドプロドラッグの大規模生産のためのバイオリアクタを含むシステムを提供する。カンナビノイドプロドラッグを合成するために用いられるバイオリアクタは、薬学的に有用なカンナビノイドプロドラッグの商業生産を可能とするようバッチ合成または連続合成のために構成することができる。
1つの態様において、
(i) 式VIの反応体
Figure 2019513422
、溶媒、およびカンナビノイドシンターゼを含有するバイオリアクタ;
(ii) 式VIの化合物がカンナビノイドシンターゼと相互作用して、式VIIまたは式VIIIの化合物
Figure 2019513422
を生産する、バイオリアクタの少なくとも1つの状態を制御するように構成された制御機構; ならびに
(iii) 式VIIまたは式VIIIの化合物を任意で脱カルボキシル化すること
を含む、
式VIIまたは式VIIIのカンナビノイドプロドラッグ
を生産するためのシステム。
式VI、VII、およびVIIIの化合物の場合、置換基R14およびR17は、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、TMS、TBDMS、ベンジル、テトラヒドロピラン、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR18、-C(O)[CHR18]x-C(O)OH、-C(O)[CHR18]x-OR19、-C(O)[CR18R19]x-OR20、-C(O)O[CH2]x-OR18、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR18、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR18、-C(O)[CH2]x-NR18R19、-C(O)O[CH2]x-NR18R19、-C(O)-NH-[CH2]x-NR18R19、-C(O)[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR18NR19][OY](OZ)からなる群より選択される。
1つの態様において、R14は、-C(O)[CHR18]x-OR19、-C(O)O[CH2]x-OR18、または-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR18であり、置換基R18、およびR19はそれぞれ独立して-H、メチル、エチル、またはプロピルである。
別の態様によれば、R14が-C(O)[CHR18]x-OR19である場合、置換基R18は、-OH、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、N(CH3)2、-NH[C(O)H]、-NH[C(O)CH3]、メチル、またはエチルであり、R19は-Hまたはメチルである。
ある種の式VIIの化合物の場合、R14は-C(O)O[CH2]-OH、-C(O)O[CH2]2-OCH3、-C(O)O[CH2-CH(OH)]-OH、または-C(O)O[CH2-CH(OH)]-OCH3であり、R17は-Hである。
1つの態様において、置換基R14およびR17は両方とも-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OH、または-C(O)-CH2-[OCH2CH2]3-OHである。別の態様によれば、R14は-C(O)-CH2-[OCH2CH2]2-OH、または-C(O)-CH2-[OCH2CH2]3-OHであり、R17は-Hである。
1つの態様において、R14は-C(O)[CH2]x-NR18R19、-C(O)O[CH2]x-NR18R19、-C(O)-NH-[CH2]x-NR18R19、または-C(O)[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-から選択される基のような第4級アンモニウム基である。
そのような式VIIおよびVIIIのプロドラッグの場合、R18、R19、およびR20は、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、およびペンチルからなる群より選択され、X-は塩化物、酢酸塩、マロン酸塩、またはコハク酸塩から選択される。下付き文字「x」および「n」は、独立して、0、1、2、3、4、5、および6からなる群より選択される。
1つの態様において、R14は-C(O)-NH-[CH2]4-NH2、-C(O)-NH-[CH2]4-NH(CH3)、または-C(O)-NH-[CH2]4-N(CH3)2であり、R15は-Hである。
別の態様によれば、R14は-C(O)O[CH2]-NH2、-C(O)O[CH2]-NH(CH3)、または-C(O)O[CH2]-N(CH3)2であり、R15は-Hである。
さらに別の態様において、R14は-C(O)[CH2]-N+H3X-、-C(O)[CH2]2-N+H3X-、-C(O)[CH2]-N+H2(CH3)X-、または-C(O)[CH2]-N+H(CH3)2X-であり、R15は-Hである。
さらに別の態様において、R14は-C(O)O[CH2]-N+H3X-、-C(O)O[CH2]2-N+H3X-、-C(O)O[CH2]-N+H2(CH3)X-、または-C(O)O[CH2]-N+H(CH3)2X-であり、R15は-Hである。
さらに別の態様において、R14は-C(O)NH[CH2]-N+H3X-、-C(O)NH[CH2]2-N+H3X-、-C(O)NH[CH2]-N+H2(CH3)X-、または-C(O)NH[CH2]-N+H(CH3)2X-であり、R15は-Hである。
その態様の1つにおける本発明は、R14およびR17が両方とも-C(O)O[CH2]-NH2、-C(O)O[CH2]-NH(CH3)、-C(O)O[CH2]-N(CH3)2、-C(O)[CH2]-N+H3X-、-C(O)[CH2]2-N+H3X-、-C(O)[CH2]-N+H2(CH3)X-、-C(O)[CH2]-N+H(CH3)2X-、-C(O)O[CH2]-N+H3X-、-C(O)O[CH2]2-N+H3X-、-C(O)O[CH2]-N+H2(CH3)X-、-C(O)O[CH2]-N+H(CH3)2X-、-C(O)NH[CH2]-N+H3X-、-C(O)NH[CH2]2-N+H3X-、-C(O)NH[CH2]-N+H2(CH3)X-、および-C(O)NH[CH2]-N+H(CH3)2X-からなる群より選択される式VIIの化合物を提供する。変数「X-」は対イオンであり、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、または薬学的に許容される酸によって提供される対イオンである。
1つの態様において、R15は-COOHまたは-(CH2)nCOOHであり、「n」は1である。別の態様によれば、式VIIまたは式VIIIの化合物は医薬用途の前に脱カルボキシル化され、そのような化合物の場合R15は-Hである。
1つの態様において、R15は-COORa、例えば-COOMeまたは-COOEtである。そのような化合物の場合、重炭酸ナトリウムの溶液のような塩基との接触によるエステルの加水分解が脱カルボキシル化の前に行われうる。
式VI、VIIおよびVIII中のR16は、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンから選択される基である。1つの態様において、R16は(C1〜C10)アルキル、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、またはペンチルである。
1つの態様において、プロドラッグは、リン酸二水素、リン酸アルカリ金属、リン酸アルカリ土類金属、および有機塩基のリン酸塩からなる群より選択されるリン酸-P(O)[OY](OZ)である。
この態様によれば、プロドラッグが有機塩基のリン酸塩である場合、有機塩基は、コリン、ベタイン、カフェイン、N,N-ジベンジルエチレンジアミン、ジエチルアミン、2-ジエチルアミノエタノール、2-ジメチルアミノエタノール、エタノールアミン、エチレンジアミン、N-エチルモルホリン、N-エチルピペリジン、グルカミン、イソプロピルアミン、メチルグルカミン、モルホリン、ピペリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピペラジン、ヒスチジン、アルギニンおよびリジンからなる群より選択される。
ある種の式VIIおよびVIIIの化合物の場合、変数「Y」および「Z」は独立して、-H、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、およびメチルアンモニウムカチオンからなる群より選択される。
1つの態様において、カンナビノイドプロドラッグを生産するためのシステムは、バッチ合成用に構成されたバイオリアクタを含む。したがって、媒体の組成、酵素および基質の濃度は、バイオ酵素プロセスの開始時に固定され、触媒作用の間に変化するようにされない。合成は、バイオリアクタの媒体中の所望の生成物の濃度が所定の値に達したとき、または基質の濃度が所定のレベル未満に、例えば生成物への基質の検出可能な触媒転換がないレベルに落ちたとき終了する。
1つの態様において、カンナビノイド酸シンターゼは、バイオリアクタ内のニッケル含有樹脂支持体上にHisタグ酵素を隔離することにより、反応媒体中の生成物から酵素の分離を容易にするようにHisタグ付けされている。
バッチプロセスモードの代替は、定義された量の基質および媒体をバイオリアクタに連続的に添加しながら、カンナビノイド生成物を含む同量の媒体をバイオリアクタから同時に除去して、生成物形成の一定速度を維持する連続プロセスモードである。
バイオリアクタの条件は、任意の制御機構を用いて制御することができる。制御機構は、バイオリアクタに連結されていてもよく、あるいは、バイオリアクタと無線または遠隔で相互作用してもよい。制御機構は、バイオリアクタの内外への(例えば、少なくとも1つのポンプを制御することによって)酸素レベル、攪拌、pH、および物質の流れなどの条件を制御するために用いられる。いくつかの態様において、制御機構は、光学監視システムから得られた情報に基づいてバイオリアクタの状態を制御するように構成される。
制御機構は、バイオリアクタ内のpH、温度、および圧力の制御、またはバイオリアクタの中または外への媒体の流速の変更のような、さまざまなプロセスおよび機能を完了または促進するように構成されたプロセッサおよび記憶装置を有する処理回路を含みうる。そのような制御は、少なくとも1つのセンサ、2つ以上のセンサとの通信によって影響される。
薬学的組成物
本発明の方法を用いて合成された式IIもしくは式IIIのプロドラッグ、または式IVもしくはVのプロドラッグ、または本発明のシステムのバイオリアクタを用いて生産された式VIIもしくは式VIIIのプロドラッグは単独で、または類似のもしくは異なる生物学的活性を有する他の化合物との組み合わせで、処置を必要とする患者または対象に投与される。例えば、本発明のプロドラッグおよびプロドラッグを含む組成物は併用療法で、すなわち、単一もしくは別個の剤形で同時に、または別個の剤形で互いに数時間もしくは数日以内に投与することができる。そのような併用療法の例としては、式II、III、IV、V、VIIおよびVIIIのプロドラッグを含む組成物を、緑内障、AIDS消耗、神経因性疼痛、多発性硬化症に関連する痙性の処置、線維筋痛および化学療法誘発性の吐き気、嘔吐、消耗症候群、HIV消耗、アルコール使用障害、ジストニア、多発性硬化症、炎症性腸疾患、関節炎、皮膚炎、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、抗炎症、抗けいれん、抗精神病、抗酸化、神経保護、抗がん、免疫調節効果、末梢神経因性疼痛、ヘルペス後神経痛に関連する神経因性疼痛、糖尿病性ニューロパチー、帯状疱疹、火傷、光線性角化症、口腔の痛みおよび潰瘍、会陰切開術後の疼痛、乾癬、かゆみ、接触性皮膚炎、湿疹、水疱性疱疹状皮膚炎、剥脱性皮膚炎、菌状息肉腫、天疱瘡、重症多発性紅斑(例えば、スティーブンス・ジョンソン症候群)、脂漏性皮膚炎、強直性脊椎炎、乾癬性関節炎、ライター症候群、痛風、軟骨石症、月経困難症に続発する関節痛、線維筋痛、筋骨格痛、神経障害-術後合併症、多発性筋炎、急性非特異的腱鞘膜炎、滑液包炎、上顆炎、外傷後の変形性関節症、変形性関節症、関節リウマチ、滑膜炎、若年性関節リウマチおよび発毛の阻害を処置するために用いられる他の薬剤とともに投与することが挙げられる。
本発明はまた、本発明によるプロドラッグの薬学的に許容される塩、溶媒和物、または立体異性体を、薬学的に許容される担体と混合して含む薬学的組成物を提供する。いくつかの態様において、組成物は、薬学的配合の慣例にしたがって、1つまたは複数のさらなる治療剤、薬学的に許容される賦形剤、希釈剤、補助剤、安定化剤、乳化剤、保存料、着色料、緩衝液、香味付与剤をさらに含有する。
本発明の組成物は、剤形製剤において、経口的に、局所的に、非経口的に、吸入もしくは噴霧によりまたは直腸的に投与することができる。本明細書において用いられる非経口という用語は、皮下注射、静脈内、筋肉内、胸骨内注射または注入技法を含む。
本発明による適当な経口組成物は非限定的に、錠剤、トローチ剤、薬用キャンディー、水性もしくは油性懸濁液、分散性粉末もしくは顆粒、乳濁液、硬もしくは軟カプセル、シロップまたはエリキシルを含む。
本発明のプロドラッグ、その薬学的に許容される立体異性体、塩、溶媒和物、水和物または互変異性体および薬学的に許容される担体を含む単一剤形に適した薬学的組成物が本発明の範囲内に包含される。
経口使用に適した本発明の組成物は、薬学的組成物の製造のための当技術分野に公知の任意の方法にしたがって調製されうる。例えば、本発明のプロドラッグの液体製剤は、本発明のプロドラッグの薬学的に上品なかつ口当たりの良い調製物を提供するために、甘味剤、着香剤、着色剤および保存剤からなる群より選択される1つまたは複数の作用物質を含有する。
錠剤組成物の場合、錠剤の製造のために、無毒の薬学的に許容される賦形剤との混合物中の活性成分が用いられる。そのような賦形剤の例としては非限定的に、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、ラクトース、リン酸カルシウムまたはリン酸ナトリウムのような、不活性希釈剤; 顆粒化剤および崩壊剤、例えばコーンスターチまたはアルギン酸; 結合剤、例えばスターチ、ゼラチンまたはアカシア、および滑沢剤、例えばステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸またはタルクが挙げられる。錠剤はコーティングされていなくてもよく、または胃腸管における崩壊および吸収を遅延させ、それによって所望の期間にわたって持続的な治療作用を提供するための公知のコーティング技法によってコーティングされてもよい。例えば、モノステアリン酸グリセリンまたはジステアリン酸グリセリルのような時間遅延材料が利用されうる。
経口使用のための製剤はまた、活性成分が不活性固体希釈剤、例えば炭酸カルシウム、リン酸カルシウムもしくはカオリンと混合されている硬質ゼラチンカプセルとして、または活性成分が水もしくは油媒体、例えばピーナッツ油、流動パラフィンもしくはオリーブ油と混合されている軟質ゼラチンカプセルとして与えられてもよい。
水性懸濁液の場合、本発明のプロドラッグは、安定な懸濁液を維持するのに適した賦形剤と混合される。そのような賦形剤の例としては非限定的に、カルボキシメチルセルロースナトリウム、メチルセルロース、ヒドロプロピルメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン、トラガカントゴムおよびアラビアゴムが挙げられる。
経口懸濁液はまた、天然リン脂質、例えばレシチン、ステアリン酸ポリオキシエチレン、ヘプタデカエチレンオキシセタノール、ポリオキシエチレンソルビトールモノオレエート、ポリエチレンソルビタンモノオレエートのような、分散剤または湿潤剤を含有することができる。水性懸濁液はまた、1つまたは複数の保存料、例えばp-ヒドロキシ安息香酸エチルまたはp-ヒドロキシ安息香酸n-プロピル、1つまたは複数の着色剤、1つまたは複数の香味剤、およびスクロースまたはサッカリンのような、1つまたは複数の甘味剤を含有しうる。
油性懸濁液はプロドラッグを、植物油、例えばラッカセイ油、オリーブ油、ゴマ油もしくはヤシ油の中に、または流動パラフィンのような鉱油の中に懸濁させることによって製剤化されうる。油性懸濁液は、増粘剤、例えば蜜蝋、硬質パラフィンまたはセチルアルコールを含有しうる。
シロップおよびエリキシルは、甘味剤、例えばグリセロール、プロピレングリコール、ソルビトールまたはスクロースを用いて製剤化されうる。そのような製剤はまた、鎮痛薬、保存料、ならびに香味剤および着色剤を含有しうる。薬学的組成物は、滅菌注射剤または水性懸濁液の形態でありうる。この懸濁液は、その適当な分散剤または湿潤剤および懸濁化剤を用い、公知の技術にしたがって製剤化されうる。滅菌注射用調製物はまた、例えば1,3-ブタンジオール中の溶液のような、無毒の非経口的に許容される希釈剤または溶媒中の滅菌注射用溶液または懸濁液であってもよい。利用されうる許容されるビヒクルおよび溶媒の中には、水、リンゲル溶液および等張性塩化ナトリウム溶液がある。さらに、滅菌固定油は、溶媒または懸濁媒体として従来から利用されている。この目的のために、合成モノグリセリドまたはジグリセリドを含む任意の無菌性の(bland)固定油が利用されうる。さらに、オレイン酸のような脂肪酸は注射剤の調製での用途が見つかる。
非経口投与のための組成物は、滅菌媒体中で投与される。使用されるビヒクルおよび製剤中の薬物の濃度に依存して、非経口製剤は、溶解した薬物を含有する懸濁液または溶液のいずれかであることができる。局所麻酔薬、保存料および緩衝剤のような補助剤も、非経口組成物に添加することができる。
薬学的組成物中の本発明のカンナビノイドプロドラッグの総重量は、約0.1%〜約95%である。例として、本発明のカンナビジオールプロドラッグ、THCプロドラッグまたはTHC-vプロドラッグのような、薬学的組成物の重量によるカンナビノイドプロドラッグの量は、約0.1%、約0.2%、約0.3%、約0.4%、約0.5%、約0.6%、約0.7%、約0.8%、約0.9%、約1%、約1.1%、約1.2%、約1.3%、約1.4%、約1.5%、約1.6%、約1.7%、約1.8%、約1.9%、約2%、約2.1%、約2.2%、約2.3%、約2.4%、約2.5%、約2.6%、約2.7%、約2.8%、約2.9%、約3%、約3.1%、約3.2%、約3.3%、約3.4%、約3.5%、約3.6%、約3.7%、約3.8%、約3.9%、約4%、約4.1%、約4.2%、約4.3%、約4.4%、約4.5%、約4.6%、約4.7%、約4.8%、約4.9%、約5%、約5.1%、約5.2%、約5.3%、約5.4%、約5.5%、約5.6%、約5.7%、約5.8%、約5.9%、約6%、約6.1%、約6.2%、約6.3%、約6.4%、約6.5%、約6.6%、約6.7%、約6.8%、約6.9%、約7%、約7.1%、約7.2%、約7.3%、約7.4%、約7.5%、約7.6%、約7.7%、約7.8%、約7.9%、約8%、約8.1%、約8.2%、約8.3%、約8.4%、約8.5%、約8.6%、約8.7%、約8.8%、約8.9%、約9%、約9.1%、約9.2%、約9.3%、約9.4%、約9.5%、約9.6%、約9.7%、約9.8%、約9.9%、約10%、約11%、約12%、約13%、約14%、約15%、約16%、約17%、約18%、約19%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%または約95%であることができる。
1つの態様において、薬学的組成物は約1%〜約10%; 約2%〜約10%; 約3%〜約10%; 約4%〜約10%; 約5%〜約10%; 約6%〜約10%; 約7%〜約10%; 約8%〜約10%; 約9%〜約10%; 約1%〜約9%; 約2%〜約9%; 約3%〜約9%; 約4%〜約9%; 約5%〜約9%; 約6%〜約9%; 約7%〜約9%; 約8%〜約9%; 約1%〜約8%; 約2%〜約8%; 約3%〜約8%; 約4%〜約8%; 約5%〜約8%; 約6%〜約8%; 約7%〜約8%; 約1%〜約7%; 約2%〜約7%; 約3%〜約7%; 約4%〜約7%; 約5%〜約7%; 約6%〜約7%; 約1%〜約6%; 約2%〜約6%; 約3%〜約6%; 約4%〜約6%; 約5%〜約6%; 約1%〜約5%; 約2%〜約5%; 約3%〜約5%; 約4%〜約5%; 約1%〜約4%; 約2%〜約4%; 約3%〜約4%; 約1%〜約3%; 約2%〜約3%; または約1%〜約2%の、カンナビノイドプロドラッグの総重量を含む。
A. 化学合成
A. オリベトールの合成
Figure 2019513422
オリベトールは、公表された手順を用いて合成された(Focella, A, et al., J. Org. Chem., Vol. 42, No. 21, (1977), p. 3456-3457)。
i. メチル6-N-ペンチル-2-ヒドロキシ-4-オキソ-シクロヘキサ-2-エン-l-カルボキシレート
Figure 2019513422
無水メタノール230 mL中のナトリウムメトキシド(32.4 g, 0.60 mol)およびマロン酸ジメチル(90 g, 0.68 mol)の撹拌溶液に、90% 3-ノネン-2-オン75 g (0.48 mol)を一部ずつ添加した。次いで、反応混合物をN2下で3時間還流し、室温に冷却させた。溶媒を減圧下で蒸留し、残留物を水350 mLに溶解した。白色結晶とほぼ透明な溶液のスラリーをクロロホルム80 mLで3回抽出した。水層を濃HClでpH 4に酸性化し、形成された白色沈殿物をろ過前に終夜放置させた。結晶を高真空下50℃で5時間乾燥させて、メチル6-n-ペンチル-2-ヒドロキシ-4-オキソ-シクロヘキサ-2-エン-1-カルボキシレート(mp 96〜98℃) 106.5 g (0.4416 mol) (92%)を得た。生成物を石油エーテル:酢酸エチル(9:1)の混合物を用いて再結晶させ、純粋なメチル6-n-ペンチル-2-ヒドロキシ-4-オキソ-シクロヘキサ-2-エン-l-カルボキシレート(融点98〜100℃) 94 gを得た。
ii. 1-n-ペンチル-3,5-ジヒドロキシベンゼン(オリベトール)
Figure 2019513422
ジメチルホルムアミド115 mLに溶解したメチル6-N-ペンチル-2-ヒドロキシ-4-オキソ-シクロヘキサ-2-エン-l-カルボキシレート(58.4 g, 0.24 mol)の撹拌氷冷溶液に、ジメチルホルムアミド60 mLに溶解した臭素37.9 g (0.23 mol)を滴下した。添加(約90分)終了時に、反応混合物を80℃までゆっくりと加熱し、その間に二酸化炭素の発生がかなり激しくなった。
ガス発生が停止するまで反応をこの温度に維持し、その後に反応物をさらに160℃に加熱し、この温度でおよそ10時間保持した。加熱後、反応物を冷却させ、溶媒DMFを減圧下で除去した。このようにして得られた残留物を水(80 mL)で処理し、エーテル250 mLで2回抽出した。合わせたエーテル層を水で洗浄し、次に10%重亜硫酸ナトリウム溶液2×80 mL、10%酢酸溶液2×80 mLで洗浄した後、再び水で洗浄した。
無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた後、溶媒を減圧下で除去して、粘性油状物46.8 gを得た。油状物を減圧下で蒸留して、オリベトール30.3 g (0.168 mol) (69.3%)を生成物として得た。HPLC分析により97.5%の純度が示された。
B. CBGの合成
CBGは、Taura et al., (1996), The Journal of Biological Chemistry, Vol. 271, No. 21, p. 17411-17416により開示されたプロトコルにしたがって合成された。
2-[(2E)-3,7-ジメチルオクタ-2,6-ジエニル]-5-ペンチル-ベンゼン-1,3-ジオール(カンナビゲロール(CBG))の合成
Figure 2019513422
触媒としてp-トルエンスルホン酸80 mgを含有するクロロホルム400 mLに、ゲラニオール(3g, 0.0194 mol)およびオリベトール(2 g, 0.0111 mol)を溶解し、反応混合物を暗所中12時間室温で撹拌した。12時間後、反応混合物を飽和重炭酸ナトリウム(400 mL)で洗浄し、次にH2O (400 mL)で洗浄した。クロロホルム層を減圧下40℃で濃縮し、得られた残留物を、溶出液としてベンゼン(1000 mL)を用い2.0 cm×25 cmのシリカゲルカラムでクロマトグラフィーを行ってCBG 1.4 g (0.00442 mol)(39.9%)を生成物として得た。
あるいは、粗製CBGを以下のように精製した。250 mLのビーカーに粗製CBG 7.25 gおよびベンゼン50 mLを添加した。フラスコを回転させてCBGを溶解し、撹拌棒とともに、シリカゲル50 gを添加した。溶液を終夜撹拌し、次いで44 cm×2.75 cmのカラムに注いだ。カラムをベンゼン300 mLで溶出した。溶出液、およそ70 mLの画分をCBGについてアッセイした。CBGを含有する画分1、2および3 (およそ230 mL)を合わせ、溶媒を加圧下で除去して、次の合成段階での使用に適した純度を有する、80%超のCBGを含有する残留物6.464 gを得た。
1つの態様において、250 mLビーカー中で粗製CBG残留物7.25 gをシリカゲルのスラリー(50 mL)と混合することにより、粗製CBGを精製した。この混合物を1時間ゆっくり撹拌し、次いで細かいメッシュのろ紙を用いて真空ろ過した。透明なろ液が得られるまで、フィルタケークをベンゼン250 mlで洗浄した。ろ液からの溶媒を減圧下で除去して、80%超のCBGを有する残留物6.567 gを得た。
C. メチルマグネシウムカーボネート(MMC)の合成
メチルマグネシウムカーボネート(MMC)は、Balasubrahmanyam et al., (1973), Organic Synthesis, Collective Volume V, John Wiley & Sons, Inc., p. 439-444により開示されたプロトコルにしたがって合成された。
乾燥した2リットル三つ口フラスコに、機械的撹拌機、凝縮器、および1 Lの均圧添加漏斗を取り付け、その上部にガス注入管を取り付けた。清浄で乾燥したマグネシウムリボン(40.0 g, 1.65 mol)をフラスコに入れ、システムを窒素でフラッシュした後、無水メタノール(600 mL)を添加した。水素ガスの発生は、反応混合物を冷却することによって制御した。水素ガスの発生が止まると、ゆっくりとした窒素の流れがシステムを通過し、凝縮器が全凝縮-部分取出蒸留ヘッドに置き換えられた。窒素流を止め、メタノールの大部分を減圧下で溶液から蒸留した。マグネシウムメトキシドのペースト状懸濁液の撹拌がもはや実用的でなくなったときに蒸留を停止した。システムを再び窒素を用いてフラッシュし、蒸留ヘッドからの出口を、鉱油を含む小さなトラップに取り付け、反応システムから逃げるガスの量を推定できるようにした。
反応フラスコに無水ジメチルホルムアミド(DMF) (700 mL)を加え、得られた懸濁液を激しく撹拌しながら、無水二酸化炭素の流れを添加漏斗に取り付けられたガス導入管を通して反応容器に通した。二酸化炭素の溶解には、懸濁したマグネシウムメトキシドとの発熱反応が伴った。CO2が吸収されなくなったら、蒸留液の温度が140℃に達する(残留メタノールが反応混合物から除去されたことを示す)まで、CO2ガスのゆっくりとした流れの下で無色の溶液を加熱した。反応混合物を、ゆっくりとした窒素流を用いてフラッシュし、不活性雰囲気下で混合物を室温に冷却するのを補助した。これにより、536 mgのMMC/mLのDMFを有する溶液が得られた。8
D. CBGA (3-[3,7-ジメチル-2,6-オクタジエン]-2,4-ジヒドロキシ-6-ペンチルベンゼン-1-カルボン酸)の合成
Figure 2019513422
6-カルボン酸-2-[(2E)-3,7-ジメチルオクタ-2,6-ジエニル]-5-ペンチル-ベンゼン-1,3-ジオール, カンナビゲロール酸(CBGA)を以下のように調製した。10 mLの三角フラスコに、MMCのDMF溶液1 mLを添加した。この溶液に2-[(2E)-3,7-ジメチルオクタ-2,6-ジエニル]-5-ペンチル-ベンゼン-1,3-ジオール(120 mg, 0.379 mmol)を添加した。フラスコを120℃で1時間加熱し、その後、反応混合物をクロロホルム:メタノール(2:1)溶液100 mLに溶解した。この溶液のpHを希HClでpH 2.0に調整し、次にH2O 50 mLを用いて分配した。
有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を蒸発により除去した。粗反応物のHPLC分析により、CBGのCBGAへのおよそ40%の変換が示された。
あるいは、CBG (または任意の他の中性カンナビノイド) 3.16 g (10 mmol)、マグネシウムメチレート8.63 g (100 mmol)およびドライアイス44 g (1 mol)を圧力適合性の容器に密封した。容器を50℃に加熱し、温度をこの値に3時間保持する。加熱後、容器を室温まで冷却し、ゆっくりと通気する。反応混合物をクロロホルム:メタノール(2:1)溶媒100 mLに溶解した。この溶液のpHを希HClでpH 2.0に調整し、次いでこの溶液をH2O 50 mLを用いて分配した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を蒸発により除去した。粗反応混合物のHPLC分析により、このプロトコルを用いてCBGのCBGAへのおよそ85%の変換が示された。
2.0 cm×25 cmのシリカゲルカラムを用いたクロマトグラフィーにより粗製CBGAを精製した。生成物をn-ヘキサン:酢酸エチル(2:1)の混合物(1000 mL)を用いて溶出し、所望の生成物45 mg (0.125 mmol)(37.5%)を得た。
あるいは、媒体としてLH-20親油性樹脂を用い粗製物をクロマトグラフィーにかけることによって超高純度CBGAを得た。DCM:クロロホルム(4:1)溶媒2 Lを用いて、LH-20 Sephadex樹脂400 gを最初に膨潤させた。膨潤した樹脂を44×2.75 cmのカラムに重力充填した。最小量のDCM:クロロホルム(4:1)溶媒に溶解した粗CBGA 2.1 gをカラムに負荷し、同じ溶媒1.7 Lで溶出した。画分100 mLを集めた。この溶媒系を用いて、未反応のCBGを黄色/橙色の溶液として溶出させた。約1.7 Lのこの溶媒の通過後、もはや黄色/橙色の画分が観察されず、溶出溶媒を100%アセトンに変えて結合したCBGAを溶出した。
CBGAを含有する画分をプールし、溶媒を除去してCBGA 0.52 g (およそ90%の回収率)を得た。アセトンで溶出する前にカラムを通過するDCM:クロロホルム(4:1)溶媒の容量を増加させると、99.5%超の純度を有するCBGAが得られた。
E. TBDMS-CBGA (3-[3,7-ジメチルオクタ-2,6-ジエン] -2-ヒドロキシ-6-ペンチル-4- [t-ブチルジメチルシリルオキシ]安息香酸)またはTBDMS-CBGA-エチルエステル(エチル-3-[3,7-ジメチルオクタ-2,6-ジエン] -2-ヒドロキシ-6-ペンチル-4-[t-ブチルジメチルシリルオキシ]ベンゾエート)の合成
Figure 2019513422
CBGAまたはCBGA-エチルエステルのDCM冷撹拌溶液に、アルゴン雰囲気下で、塩化t-ブチルジメチルシリル(1.0当量)およびイミダゾールを添加する。TLCを用いて反応の進行をモニターする。完了時に塩水の添加によって反応を停止させる。有機層を分離し、精製および使用の前に無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。CBGA-エチルエステルを出発材料として用いる場合、必要に応じて、カンナビノイドプロドラッグの酵素触媒合成の前に、生成物を対応する酸に加水分解することができる。
イミダゾールのような塩基の存在下でのCBGAまたはCBGA-エステルとトリメチルシリルクロリドとの反応を介して3-[3,7-ジメチルオクタ-2,6-ジエン]-2-ヒドロキシ-6-ペンチル-4-[トリメチルシリルオキシ]安息香酸を合成するために同様のプロトコルが用いられる。
B. 式Iの化合物の合成
a. カンナビゲロール酸3,6,9,12-テトラオキサトリデカノイルエステルの合成
Figure 2019513422
3,6,9,12-テトラオキサトリデカン酸のジクロロメタン(DCM)溶液に4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)を加える。この溶液に、N,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミドまたはカルボニルジイミダゾールを加える。室温で撹拌した後に、TBDMS-CBGAまたはTBDMS-CBGA-エチルエステルのDCM溶液を滴下する。反応混合物を室温で終夜撹拌し、ろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した後に、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる粗生成物の精製を行う。
TBDMS保護基は、-15℃でカンナビゲロール酸3,6,9,12-テトラオキサトリデカノイルエステルのDCM溶液にテトラブチルアンモニウムフルオライドまたはトリエチルアミントリヒドロフルオライドを加えることによって除去される。反応混合物をこの温度で撹拌し、TLCを用いて脱保護の進行をモニターする。脱保護後、酢酸エチル(EtOAcを反応物に加え、有機層を重炭酸ナトリウムの希薄水溶液を用いて抽出する(×3)。
合わせた有機層を乾燥させ、精製の前に減圧下で溶媒を蒸発させる。
b. カンナビゲロール酸N,N-ジメチルグリシルエステルの合成
Figure 2019513422
4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)をN,N-ジメチルグリシンのDCM溶液に加える。この溶液に、N,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミドを加える。室温で撹拌した後に、TBDMS-CBGAまたはTBDMS-CBGA-エチルエステルのDCM溶液を滴下する。反応混合物を室温で終夜撹拌し続ける。翌日、反応混合物をろ過し、ろ液を減圧下で濃縮した後に、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる粗生成物の精製を行う。
TBDMS保護基の脱保護は、本明細書において記述されるプロトコルを用いて行われる。
c. カンナビゲロール酸(R)-2,3-ジヒドロキシプロピルカーボネートの合成
Figure 2019513422
したがって、トリエチルアミンを0℃でアルゴン雰囲気下、(S)-2,3-ビス(t-ブチルジメチルシリルオキシ)プロパン-1-オールのジクロロメタン溶液に加える。この溶液にトリホスゲンを加え、得られた反応混合物の撹拌を0℃でおよそ3〜5時間続ける。次いで、得られた(S)-2,3-ビス(t-ブチルジメチルシリルオキシ)プロピルクロロホルメートの溶液を、0℃でTBDMS-CBGAまたはTBDMS-CBGA-エチルエステルおよびトリエチルアミンの撹拌DCM溶液にカニューレ挿入し、これをアルゴンの不活性雰囲気下で維持する。
次いで、得られた混合物を室温で撹拌し、反応の進行をTLCによって定期的にモニターする。完了後、反応混合物を希釈し、ろ過し、ろ液を減圧下で濃縮して、CBGA (S)-2,3-ビス(t-ブチルジメチルシリルオキシ)プロピルカーボネートを油状物として得る。
TBDMS保護基の除去は、-15℃の冷DCM中に粗生成物を溶解することによって達成される。次に、この冷DCM溶液をトリエチルアミン三フッ化水素の冷溶液(2 N)と接触させ、5℃で65時間撹拌する。撹拌後、EtOAcを得られた混合物に加え、続いて0℃で重炭酸ナトリウム希薄水溶液の添加および激しい撹拌を行う。前記粗製物を含有する有機層を合わせ、HPLCまたはシリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いた精製の前に乾燥させる。
上記の合成プロトコルは、他の本発明のカンナビノイドプロドラッグ、例えば上記の表1および2に示すカンナビノイドプロドラッグを生産するために用いられる。上記の合成プロトコルは、本発明のプロドラッグを製造するために用いられる部分の化学的なおよび反応性の相違に対応するように改変されうることが理解される。しかしながら、合成プロトコルのそのような改変は十分、化学技術分野の当業者の理解の範囲内である。
C. プロドラッグ合成
本発明のプロドラッグの酵素触媒形成をモニタリングするための例示的プロトコルは、以下の通りである。本発明のプロドラッグの酵素触媒合成は、1.5 mlエッペンドルフスナップキャップ管の中で行われる。基質、例えば1.0 mg/mlでDMSOに溶解された式Iの化合物25μlを、100 mMクエン酸緩衝液, pH 4.85 200μlに加える。この溶液をカンナビノイドシンターゼ酵素25μlとともに30℃で2時間インキュベートする。MeOH 250μlの添加により反応を停止させ、HPLCにより分析する。
酵素活性を以下のような種々の条件下で試験する:
1. 上記のような異なる溶媒および溶媒の混合物を試験して、基質の溶解性を高め、反応速度を改善する。
2. アッセイをpH 4、5、6、7、および8で行う。
3. 酵素アッセイをSDSまたはTriton-X有りまたは無しでリン酸ナトリウム緩衝液またはクエン酸緩衝液のいずれかで行う。いくつかのアッセイは、さまざまな濃度でDMSO、DMF、IPA、またはシクロデキストリン(CD)を含む混合溶媒系で行う。
4. 反応混合物を1分から約4日までの時間インキュベートした後に、プロドラッグの生体酵素合成をモニターする。
式IIまたは式IIIの化合物の酵素触媒合成
2-ヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン(HPβCD; Kleptose(登録商標) HPB)、スルホブチルエーテルβ-シクロデキストリンナトリウム塩(SBEβCD; Captisol(登録商標))、またはランダムにメチル化されたβ-シクロデキストリン(RMβCD; 濃度35 g/L)を10 mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH 5.0)に加える。式Iの化合物の添加前に、溶液を撹拌して均質な溶液を形成させる。室温で1〜2分間混合した後に、THCAシンターゼの緩衝溶液を加え、反応混合物を30℃でインキュベートする。均一な時間間隔で、反応混合物のアリコート(10μl)を採取し、 エタノールを含有するエッペンドルフ管(50μl)に加えて酵素を変性させる。10,000 rpmで5分間の遠心分離後、エタノール層を変性タンパク質沈殿物から分離し、清浄なエッペンドルフ管に移し、窒素気流を用いて溶媒を蒸発させる。
このようにして得られた残留物を緩衝液中で再構成し、式IIまたは式IIIのプロドラッグの酵素触媒形成の進行を逆相HPLCによって定量する。
あるいは、反応混合物を95% EtOHで10:1に希釈して、シクロデキストリンを沈殿させ、カンナビノイドまたはカンナビノイド類似体のプロドラッグおよび未反応の式Iの化合物を溶液中に残す。上清を除去した後、溶媒を蒸発させ、こうして得られた残留物を、緩衝液中での再構成後にHPLCによって分析する。
シクロデキストリンの沈殿物を過剰の90% EtOHで洗浄し、乾燥させて、将来の反応でのその再利用を可能にする。
1. 式IIのプロドラッグの合成
スキーム1は、式IIのカンナビノイド生成物の生体酵素合成を例証する。
Figure 2019513422
上記のプロトコルを用いて調製したCBGA N,N-ジメチルグリシルエステルを、1.0 mlエッペンドルフ管中のシクロデキストリンおよび緩衝液を含む溶液に加える。CBGAエステルの完全な溶解後、溶液を37℃に維持した制御温度水浴中で少なくとも15分間インキュベートしてから、既知の量のTHCAシンターゼ緩衝溶液を加える。
酵素の添加後、反応混合物の既知のアリコート、およそ25μlを一定の時間間隔で回収し、一定容量のエタノールを加えることによって酵素を変性させる。沈殿物の遠心分離後、エタノール層を分離し、乾燥させ、緩衝液中で再構成する。反応の進行は、分光光度法でまたはHPLCを用いて追跡することができる。
生成物であるTHCA N,N-ジメチルグリシルエステルは、エタノールを用いて酵素を変性させ、THCA N,N-ジメチルグリシルエステルを含有するエタノール層を蒸発乾固させることによって、反応混合物から分離される。
式IIのプロドラッグであるTHC N,N-ジメチルグリシルエステルは、2つの方法で得られる: (1) THCA N,N-ジメチルグリシルエステルの緩衝溶液を加熱することによる脱カルボキシル化、または(2) 酵素の変性後に得られるTHCA N,N-ジメチルグリシルエステルのエタノール溶液の直接接触。
商業的規模での式IIのプロドラッグの合成は、カンナビノイドシンターゼと接触している反応体CBGA N,N-ジメチルグリシルエステルの緩衝溶液を含有するバイオリアクタを用いて行われる。反応の進行は、反応混合物のアリコートを除去することによって分光光度的にモニターされる。反応混合物をNi結合カラムに通すことにより、生成物であるTHCA N,N-ジメチルグリシルエステルから酵素を分離する。プロドラッグの大規模合成に用いられる酵素はHis-タグを含むので、酵素はNiカラムに結合するが、生成物および未反応の出発物質は溶出液の中に残る。
所望の生成物であるTHCA N,N-ジメチルグリシルエステルは、有機溶媒中への抽出によってまたはHPLCによって精製される。THCA N,N-ジメチルグリシルエステルは、THCA N,N-ジメチルグリシルエステルの溶液を熱に接触させることによって脱カルボキシル化される。
2. 式IIIのプロドラッグの合成
スキーム2および3はそれぞれ、式IIIのカンナビノイドのモノエステルおよびジエステルプロドラッグの生体酵素合成を例証する。それぞれCBGA N,N-ジメチルグリシルエステル、またはCBGAビス(N,N-ジメチルグリシル)エステルの対応するCBD N,N-ジメチルグリシルエステルおよびCBDビス(N,N-ジメチルグリシル)エステルへの酵素触媒変換のプロトコルは、式IIのプロドラッグに関して上述したものと同様である。
モノエステルプロドラッグは、上記のようにモノエステルをN,N-ジメチルグリシルカルボニルイミダゾールと接触させることによって、または化学技術分野の当業者に公知の任意のカップリングプロトコルによって、ジエステルプロドラッグに化学的に変換することができる。
Figure 2019513422
式IIのプロドラッグについて上述したものと同様の方法を用い、バイオリアクタにおいて式IIIのプロドラッグの大規模合成が達成される。
D. プロドラッグの精製
本明細書において記述される生体酵素合成プロトコルによって生成されたカンナビノイドプロドラッグは、HPLC、サイズ排除クロマトグラフィー、および有機溶媒中への抽出を含む、いくつかの分析方法によって精製される。所望のプロドラッグ生成物に対応する画分をプールし、凍結乾燥して乾燥させることができる。
E. 使用方法
天然に存在するカンナビノイドテトラヒドロカンナビノール(THC)は、緑内障、AIDS消耗、神経因性疼痛、多発性硬化症に関連する痙性の処置、線維筋痛および化学療法誘発性の吐き気を含む、広範囲の医学的状態を処置するための治療用物質として受け入れられている。THCは、アレルギー、炎症、感染、てんかん、うつ病、片頭痛、双極性障害、不安障害、薬物依存症および薬物離脱症候群の処置にも有効である。
本発明は、上記の障害を処置するための治療用物質としての天然カンナビノイドのプロドラッグを提供する。例えば、非経口送達のために製剤化される場合の本発明のプロドラッグは、痛みを緩和するための候補治療用物質である。そのような処置は、本発明のプロドラッグの薬学的に許容される製剤を単独で、または痛みを軽減するための既知の活性を有する別の薬剤との組み合わせで投与することにより達成される。2つの薬剤は一緒にまたは別々に投与することができ、各薬剤の用量は、処方する医師によって判定される。
本発明によるプロドラッグはまた、炎症を処置するための候補治療用物質でもある。例えば、本発明のプロドラッグは、関節リウマチを有する対象における関節の炎症および関連する疼痛を緩和するために投与することができる。本発明のプロドラッグは単独で、または必要に応じて、そのような処置に適したおよび処方する医師によって必要と思われる用量でCOX阻害剤と併せて投与することができる。

Claims (19)

  1. (i) 式Iの化合物
    Figure 2019513422
    をカンナビノイドシンターゼと接触させて、式IIまたは式IIIの化合物
    Figure 2019513422
    を生産する段階; および
    (ii) 式IIまたは式IIIの化合物を任意で脱カルボキシル化する段階
    を含む、式IIまたは式IIIのカンナビノイドプロドラッグを生産するための方法であって、
    式中、
    RおよびR3が、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、TMS、TBDMS、ベンジル、テトラヒドロピラン、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR4、-C(O)[CHR4]x-C(O)OH、-C(O)[CHR4]x-OR5、-C(O)[CR4R5]x-OR6、-C(O)O[CH2]x-OR4、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR4、-C(O)[CH2]x-NR4R5、-C(O)O[CH2]x-NR4R5、-C(O)-NH-[CH2]x-NR4R5、-C(O)[CH2]x-N+(R4)(R5))(R6)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R4)(R5))(R6)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R4)(R5)(R6)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR4NR5][OY](OZ)からなる群より選択され;
    R1が、-H、-COOH、-COORa、または-(CH2)nCOOHであり;
    R2が、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンからなる群より選択され;
    R4、R5、およびR6が、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、N(CH3)2、-NH[C(O)H]、-NH[C(O)CH3]、および(C1〜C5)アルキルからなる群より選択され;
    Raが(C1〜C10)アルキルであり;
    「X」が、薬学的に許容される酸から誘導される対イオンであり;
    「Y」および「Z」が、それぞれ独立して、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、および薬学的に許容される塩基からなる群より選択され; ならびに
    下付き文字「x」および「n」が独立して、0、1、2、3、4、5および6からなる群より選択される、
    方法。
  2. R1が-COOHであり、R2が(C1〜C10)アルキルである、請求項1に記載の方法。
  3. R2がプロピルまたはペンチルである、請求項2に記載の方法。
  4. Rが、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR4、-C(O)[CH2]x-NR4R5、および-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4からなる群より選択される、請求項2に記載の方法。
  5. Rが-C(O)[CH2]x-OR4であり、下付き文字「x」が1、2、3または4であり、R4が-Hまたは(C1〜C5)アルキルである、請求項4に記載の方法。
  6. Rが-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR4であり、R4がメチルであり、下付き文字「x」が1、2、3または4である、請求項4に記載の方法。
  7. Rが-C(O)[CH2]x-NR4R5であり、下付き文字「x」が1、2、3または4である、請求項4に記載の方法。
  8. R4およびR5がそれぞれ独立して-Hまたは(C1〜C5)アルキルである、請求項7に記載の方法。
  9. 式IVまたは式Vのカンナビノイドプロドラッグであって、
    Figure 2019513422
    式中、
    R7およびR10がそれぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、テトラヒドロピラニル、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CHR11]x-C(O)OH、-C(O)[CHR11]x-OR12、-C(O)[CR11R12]x-OR13、-C(O)O[CH2]x-OR11、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR11、-C(O)[CH2]x-NR11R12、-C(O)O[CH2]x-NR11R12、-C(O)-NH-[CH2]x-NR11R12、-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR11NR12][OY](OZ)からなる群より選択され;
    R8が-H、-COOH、-COORa、または-(CH2)nCOOHであり;
    R9が、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンからなる群より選択され;
    R11、R12およびR13が、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、N(CH3)2、-NH[C(O)H]、-NH[C(O)CH3]、および(C1〜C5)アルキルからなる群より選択され;
    Raが(C1〜C10)アルキルであり;
    「X」が、薬学的に許容される酸から誘導される対イオンであり;
    「Y」および「Z」が、それぞれ独立して、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、および薬学的に許容される塩基からなる群より選択され; ならびに
    下付き文字「x」および「n」が独立して、0、1、2、3、4、5および6からなる群より選択される、
    プロドラッグ。
  10. R7が、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR11、-C(O)[CH2]x-NR11R12、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR11、および-C(O)[CH2]x-N+(R11)(R12)(R13)X-からなる群より選択される、請求項9に記載のカンナビノイドプロドラッグ。
  11. R8が-Hまたは-COOHであり、R9がプロピル、ブチル、またはペンチルである、請求項9に記載のカンナビノイドプロドラッグ。
  12. R8が-Hであり、R9がプロピルまたはペンチルである、請求項9に記載のカンナビノイドプロドラッグ。
  13. 以下の表
    Figure 2019513422
    Figure 2019513422
    から選択される、請求項9に記載の式IVのカンナビノイドプロドラッグ。
  14. 以下の表
    Figure 2019513422
    Figure 2019513422
    から選択される、請求項9に記載の式Vのカンナビノイドプロドラッグ。
  15. (i) 式VIの反応体
    Figure 2019513422
    、溶媒、およびカンナビノイドシンターゼを含有するバイオリアクタ;
    (ii) 式VIの化合物がカンナビノイドシンターゼと相互作用して式VIIまたは式VIIIの化合物
    Figure 2019513422
    を生産する、バイオリアクタの少なくとも1つの状態を制御するように構成された制御機構; ならびに
    (iii) 式VIIまたは式VIIIの化合物を任意で脱カルボキシル化すること
    を含む、式VIIまたは式VIIIのカンナビノイドプロドラッグを生産するためのシステムであって、
    式中、
    R14およびR17が、それぞれ独立して、-H、アセチル、プロピオニル、3-ヒドロキシ-2-メチルプロピオニル、ベンジル、テトラヒドロピラニル、-C(O)[CH2]x-C(O)OH、-C(O)[CH2]x-OR18、-C(O)[CHR18]x-C(O)OH、-C(O)[CHR18]x-OR19、-C(O)[CR18R19]x-OR20、-C(O)O[CH2]x-OR18、-C(O)-CH2-[OCH2CH2]x-OR18、-C(O)-C(O)-[OCH2CH2]x-OR18、-C(O)[CH2]x-NR18R19、-C(O)O[CH2]x-NR18R19、-C(O)-NH-[CH2]x-NR18R19、-C(O)[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)O[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、-C(O)-NH-[CH2]x-N+(R18)(R19)(R20)X-、L-アミノ酸残基、D-アミノ酸残基、β-アミノ酸残基、γ-アミノ酸残基、-P(O)[OY](OZ)、および-P(O)[NR18NR19][OY](OZ)からなる群より選択され;
    R15が-H、-COOH、-COORa、または-(CH2)nCOOHであり;
    R16が、(C1〜C10)アルキル、(C2〜C10)アルケニル、(C2〜C10)アルキニル、(C3〜C10)シクロアルキル、(C3〜C10)シクロアルキルアルキレン、(C3〜C10)アリール、および(C3〜C10)アリールアルキレンからなる群より選択され;
    R18、R19、およびR20が、それぞれ独立して、-H、-OH、ホルミル、アセチル、ピバロイル、-NH2、-NH(CH3)、-NH(CH2CH3)、N(CH3)2、-NH[C(O)H]、-NH[C(O)CH3]、および(C1〜C5)アルキルからなる群より選択され;
    Raが(C1〜C10)アルキルであり;
    「X」が、薬学的に許容される酸から誘導される対イオンであり;
    「Y」および「Z」が、それぞれ独立して、-H、(C1〜C5)アルキル、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、アンモニウムカチオン、メチルアンモニウムカチオン、および薬学的に許容される塩基からなる群より選択され; ならびに
    下付き文字「x」および「n」が独立して、0、1、2、3、4、5および6からなる群より選択される、
    システム。
  16. カンナビノイドシンターゼが天然酵素または組み換え酵素である、請求項15に記載のシステム。
  17. カンナビノイドシンターゼが、テトラヒドロカンナビノール酸シンターゼ(THCAシンターゼ)、テトラヒドロカンナビバリン酸シンターゼ(THCVAシンターゼ)、カンナビジオール酸シンターゼ(CBDAシンターゼ)、およびカンナビクロメン酸シンターゼ(CBCAシンターゼ)からなる群より選択される、請求項15に記載のシステム。
  18. バイオリアクタの条件が、温度、溶媒、圧力、およびpHからなる群より選択される、請求項15に記載のシステム。
  19. バイオリアクタの条件がpHであり、制御機構が、約4.0〜約8.0の範囲にpHを制御するように構成されている、請求項18に記載のシステム。
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