JP2021506982A - 局所的な虚血−再灌流により誘発される細胞死の新型なアミノチオールによる減少 - Google Patents

局所的な虚血−再灌流により誘発される細胞死の新型なアミノチオールによる減少 Download PDF

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Abstract

腎臓移植および心筋梗塞を含む2種類の前臨床モデルにおいて、PrC−211およびPrC−252を含むPrC−210アミノチオールファミリーのメンバーは、局所的な虚血−再灌流障害を減少する面で非常に有効である。PrC−210は良好な耐性を有し、0.5MTD投与量で効能が100%と高く、ここで、経口またはIPルートで全身投与する場合、明らかなげっ歯類動物毒性がない。局所的な虚血−再灌流障害の最も重要な点となる可能性のあるものが何かについては、インビトロPrC−210濃度が2〜3mMである場合、PrC−210をIPまたは経口で処理したげっ歯動物で測定された同じPrC−210濃度、PrC−210は、直接的なROSスカベンジングアッセイにおけるDNA障害を100%効果的に防止することができる。I−R腎臓障害の標準的なマウス腎臓クランプ/アンクランプモデルにおいて、全ての3種類のアミノチオールは、いずれも医薬で治療されていない対照グループに見られる腎臓カスパーゼレベルを著しく抑制(>80%)することができ、PrC−210およびその類似体は同様にI−R腎臓マウスのBUNレベルを低減する。マウス心筋梗塞モデルにおいて、PrC−210を全身投与するとともに40分間結紮して前冠動脈を放出する場合、心筋死の顕著な低減が観察される。初代の新生マウスの心筋細胞を用いて行われる補完的なインビトロ研究では、PrC−210ファミリーのアミノチオールを同時に投与することにより、過酸化水素により誘発される心筋細胞の殺傷を高度に低減することができることが示される。PrC−210ファミリーのアミノチオールは、多くの場合(臓器移植および心筋梗塞を含む)に局所的な虚血−再灌流により誘発される細胞および臓器の毒性作用を抑制することができる。【選択図】無し

Description

本発明は、アミノチオール化合物を送達してそれを局所的な虚血イベントに曝露された細胞と接触させることにより、アミノチオールは局所的な虚血−再灌流(I−R)障害の細胞に対する重症度を著しく低減する技術を提供する。様々な環境で、投与されるアミノチオールがI−Rにより誘発される細胞死を減少することに関するいくつかのステップは、カスパーゼ活化および細胞アポトーシスの抑制、活性酸素種(ROS)の除去、ROSにより誘発されるDNA障害の減少を含む。
Lorenzenら(Free Rad.Biol.Med.2013年7月)は、局所的な虚血−再灌流障害の普遍的な重要性を「局所的な虚血−再灌流(I/R)障害による組織障害は、重篤なイベントを表し、通常、臓器機能の悪化をもたらし、更に臓器機能の喪失をもたらす。I/R障害は、血管閉塞に起因する一時的な組織の酸素欠乏およびその後の血流回復後の再灌流期間に関連する。再灌流期間において、活性酸素および窒素物質のバーストと炎症反応等のメカニズムにより、局所的な虚血に起因する初期組織障害は悪化する。I/R障害は、外科手術、臓器移植、心筋梗塞、循環系ショック、および中毒性障害等の疾患において発生する。」と要約し、PubMedで「局所的な虚血−再灌流」という用語を検索すると、21900個以上の引用が識別でき、これらの例は、各臓器部位をほとんど網羅し、且つ、心筋梗塞の間およびその後の心筋乳酸脱水素酵素の血漿レベル、および脳動脈を一定の時間クランプした後に放出して一定の時間再灌流する場合のラットの脳組織における脂質過酸化レベルの2つのヒト臨床研究であって、局所的な虚血−再灌流障害に関連するいくつかのパラメータを測定するヒト臨床研究を含む。
臓器移植は、I−Rにより誘発される細胞死およびその結果の重要性の1つのインスタンスを提供する。世界範囲内に、末期腎不全は、毎年120万人以上の死亡を引き起こす。米国では、毎年17000例以上の腎臓移植を行う。過去の数十年間において、短期的な結果が改善されたが、長期的な移植生存率はわずかに改善された。腎臓移植の失敗の多くは、移植腎臓におけるI−R障害に起因する(Kloner RA、Circulation.1989;80:1115−27)。腎臓I−R障害は、原発性無機能または移植機能遅延として表現される。全ての腎臓移植における約3分の1は移植機能遅延に罹患する。循環死後に寄付された腎臓において、このような失敗率は50%と高い。移植機能遅延は、移植生存率が低い公知の危険因子である。また、腎臓機能の回復を待つ必要があるため、移植機能遅延は、即時移植後の環境におけるリソース利用および費用を増加させる。従って、実体臓器移植における満足していない1つの重要な需要はI−R障害を予防することである。重要なのは、過去の50年間で、I−R障害を減少可能な臓器保存ポリシーが著しく変化していないことである。そのため、腎臓移植分野において、移植腎臓に対するI−R障害を抑制し、最終的に生涯にわたる移植の生存を実現する新たな安全かつ有効な方法が差し迫って必要となる。腎臓移植におけるI−R障害の成功抑制は、他の移植臓器に広く適用でき、更に、全ての冠動脈バイパス手術、心臓切開手術および神経外科手術を含む、全ての外科手術中に血液の供給を中断した後に再確立した臓器外科手術に広く適用できる。
I−R障害を引き起こす完全なメカニズムは複雑で完全に理解されていないものであるが、酸化ストレス、カスパーゼ活性化、細胞アポトーシス、ATP枯渇およびカルシウムダイナミックアンバランスは、いずれも該メカニズムに寄与し、且つ、I−R障害の原因であると広く考えられている(Weight SC、Br J Surg、1996;83:162−70)。再灌流期間において、活性酸素種(ROS)の発生はDNA変異を引き起こす。細胞アポトーシス死カスケードが開始され、最終的に細胞死となる。I−R障害を臓器移植中のみで抑制すると、移植手術の結果を改善し、全ての臓器移植における急性および慢性拒絶反応を減少する。
臓器移植と同様に、ROS生成、カスパーゼ活性化、および細胞アポトーシス死カスケードは、実際にいずれも臓器を実験的または天然に局所的な虚血/梗塞にした後、梗塞を除去して臓器が酸素含有血液により再灌流され得るようにすることにより促成した臓器毒性モデルであるため、心筋梗塞および再灌流において同様に普遍的である。
以下、局所的な虚血−再灌流障害の一部のインスタンス(各臓器からの局所的な虚血−再灌流障害のPubMed検索)、およびチオールの事前投与または共同投与が、局所的な虚血−再灌流障害の危険にある組織に対する重症度をどのように軽減するかのインスタンスである。
チオール化合物アミフォスチン、システアミンおよびN−アセチルシステインは、いくつかの局所的な虚血−再灌流臓器障害の動物モデルにおいて明らかな保護作用を有する。表1に言及さえた2つの例(MK Chok、SZ Wu)において、アミフォスチンの全身投与は、カスパーゼ3の発現に対して作用があり、且つ抗細胞アポトーシス作用がある。
しかし、表1における各チオールはいずれも明らかな薬理学的欠点を有し、これらの薬理学的欠点はそれらの臨床応用を大きく制限し、且つ、アミフォスチン/WR−1065の場合、その臨床応用を阻止する。例えば、アミフォスチンは、人間において重篤な吐き気・嘔吐という副作用および低血圧・失神という副作用を引き起こす。アミフォスチン活性代謝産物WR−1065は、ラットにおいて低血圧という副作用を示し(Ryan、1996)、且つ、現在まで発表されていないが、WR−1065はアミフォスチンの投与と密接に関連する吐き気・嘔吐反応を誘発する可能性があることが知れている。N−アセチルシステインは、活性が限られた臭気性化合物であり、主にGSH前駆体の作用を間接的に果たすため、作用が遅い。吐き気から死亡まで、重篤な有害反応を引き起こす(Sandilands、2009年)。嘔吐(Pakravan、2008)およびアナフィラキシー様反応(Kao、2003)が頻繁に見られる。そのため、局所的な虚血−再灌流細胞死の影響から被験者を保護するための適用した医薬製品に開発でき、且つアミフォスチン/WR−1065の臨床応用を阻止したその吐き気・嘔吐および低血圧という副作用がないとともに、大きな臨床効果を有する新たな薬剤が必要となる。
本発明の化合物がアミフォスチンおよびWR−1065のような以前のアミノチオールに関する多くまたは全ての欠点を回避し、これにより、本発明の分子が根本的にヒトでの広範な使用により好適であり、様々な医療応用環境で保護性および治療性のメリットを提供することを、発明者はある程度で本発明に係る実施例により発見した。明らかに、腎臓移植においてカスパーゼ/細胞アポトーシスを徹底的に抑制すること(実施例3〜5)と、心筋梗塞において細胞アポトーシス/細胞死を徹底的に抑制すること(実施例6)とを含む。
本発明の分子は、局所的な虚血−再灌流障害を抑制でき(実施例3、4、5および6を参照)、吐き気・嘔吐(実施例10を参照)および低血圧・失神(実施例11を参照)という副作用を引き起こすことがなく、これらの副作用は、現在の世代のアミノチオール(すなわち、五炭アミノチオホスホン酸エステルのプロドラッグ―アミフォスチン)の使用を大きく制限することが発見された。本発明に使用されるアミノチオールの設計概念は以下のとおりである。(i)フレキシブルなアルキル基鎖骨格は、1つまたは複数のアミン基によりpH7.2で正の電荷を帯び、細胞における負の電荷を帯びているDNAとの相互作用を実現し、且つ、細胞における負の電荷を帯びているDNAの周りに集中する。(ii)遊離のメルカプト基が存在し、局所的な虚血−再灌流中に形成される酸素ラジカルを除去する。
この新たなアミノチオールファミリーの元の設計(PrC−210を現在まで最も特徴がある原型とする)では、(i)アミノチオール骨格中のアルキルアミン断片の数を系統的に増加して医薬−DNA親和性およびイオン相互作用を増加し、このような医薬−DNA相互作用の増加に関連する成長抑制作用を強化し、(ii)遊離のチオールROS除去剤(scavenger)をアルキル基側鎖の末端に配置または「展示」し、除去剤の一部をDNA骨格から離れた位置に転移し、または除去剤の一部をDNA骨格から離れた位置に「展示」することにより、ROSが細胞DNA内のdG塩基を攻撃する前にROSを除去する(図1の模式図を参照)という1つの方法が探索された。この作業により、PrC−210、PrC−211およびPrC−252を含む1つの新型なアミノチオール分子ファミリーが生じる。
本発明は、原型PrC−210について詳細に説明する。これらの化合物、特にPrC−210は、従来技術における化合物、例えば、アミフォスチン、WR−1065、N−アセチルシステイン、またはシステアミンに見られる欠点を示していない。本発明の化合物は、高い効能を有するとともに迅速に効果を奏する。それらは、吐き気も低血圧も引き起こすことなく、且つ、ほぼ臭気がない。
アミノチオール化学:
本発明において、アミノチオールおよびその医薬的に許容される酸付加塩を用いてカスパーゼおよび細胞アポトーシスを抑制してROSを除去することを、I−R障害を減少する手段とし、前記アミノチオールの構造は以下の構造を含む。

(ただし、A=−CHNHR’且つB=−CHNHRであり、またはA=−NRR’且つB=Hであり、且つ、
RおよびR’は、独立してH、アルキル基、およびヘテロアルキル基から選ばれ、
その条件は、B=Hであれば、RとR’が共にHではないことである。)
好ましくは、アルキル基がC〜Cアルキル基を指し、特にC〜Cアルキル基、特にメチルを指す。好ましくは、ヘテロアルキル基がC〜Cヘテロアルキル基を指し、特にC〜Cヘテロアルキル基、特にCヘテロアルキル基を指す。
好ましい化合物は、下式を有する化合物およびその医薬的に許容される酸付加塩である。

(ただし、RおよびR’は、独立してH、アルキル基およびヘテロアルキル基から選ばれる。)
好ましくは、アルキル基がC〜Cアルキル基を指し、特にC〜Cアルキル基、特にメチルを指す。好ましくは、ヘテロアルキル基がC〜Cヘテロアルキル基を指し、特にC〜Cヘテロアルキル基、特にCヘテロアルキル基を指す。
他の好ましい化合物は、以下の化合物およびその医薬的に許容される酸付加塩である。

(ただし、RおよびR’は、独立してH、アルキル基、およびヘテロアルキル基から選ばれ、その条件は、RとR’が共にHではないことである。)
好ましくは、アルキル基がC〜Cアルキル基を指し、特にC〜Cアルキル基、特にメチルを指す。好ましくは、ヘテロアルキル基がC〜Cヘテロアルキル基を指し、特にC〜Cヘテロアルキル基、特にCヘテロアルキル基を指す。
特に言及される化合物は、PrC−210、PrC−211、PrC−252およびその医薬的に許容される酸付加塩である。PrC−210またはその医薬的に許容される酸付加塩、例えば、塩酸塩が特に好ましい。
前述したルートを用いて上記分子およびこれらの分子の類似体を合成する(US 7、314、959;Copp、RRら、Synthesis and Growth Regulatory Activity of a Prototype Member of a New Family of Aminothiol Radioprotectors.Bioorganic Medic.Chem.Letters 21:7426−7430、2011)。
本発明に使用される化合物、特にPrC−210アミノチオールが現在の使用可能な他のチオールまたはアミノチオールよりもI−R障害の減少に適する理由については、簡単に概説すると以下を含む。
1.30分間(腎臓)または40分間(心臓)のI−R障害を経験したマウス腎臓およびマウス心臓において、本発明の化合物、特にPrC−210およびそのPrC−211、PrC−252類似体は、細胞アポトーシスに関連するカスパーゼレベルを非常に効果的に抑制することができる(実施例3〜6)。
2.PrC−210は、非常に有効なインビトロROS除去剤である(実施例1および2を参照)。
3.インビトロ(Eppendorf管、実施例1および2)および初代マウス心筋細胞(実施例7)の環境において、PrC−210はいずれも有効なROS除去剤である。〜3mM以下の濃度で、PrC−210は、DNA障害(pUC19 DNA障害、図2を参照)を90%抑制することができ、3mMは、0.5MTD投与量のPrC−210(すなわち、252μg/gm b.w.)を受けたマウスで測定した同じPrC−210チオール血液濃度であり(実施例15)、0.5MTD投与量のPrC−210で、マウスは100%致死量の放射を抵抗して100%生存し、これらのマウスの死亡は、主に電離放射線で形成された細胞ROSによるものである。
4.PrC−210は、PrC−210アルキル−アミン骨格とイオン会合されたDNA骨格から少なくとも3つの結合長離れた位置に1つのメルカプト基を示す1つのアルキル基側鎖を含むように設計される。メルカプト基をDNA骨格周囲の環境に転移することにより、ROSがDNA骨格内のdG塩基を攻撃する前に、より有効なROS除去を実現することができると仮定する。
5.アミフォスチンと異なり、PrC−210分子は低血圧反応を誘発しない。これは、PrC−210がクリニック環境でモニタリングされていない患者に適用できることを意味する。同様に、これは、PrC−210が集中モニタリング環境(例えば、心筋梗塞、脳卒中、または冠動脈バイパス手術)における患者に適用でき、必要な患者モニタリングを著しく増加しないことを意味する。これは、本発明に使用される他の化合物にも適用できると信じられる。
6.アミフォスチンと異なり、PrC−210分子は、吐き気または嘔吐反応のいずれかを引き起こさない。これは、PrC−210がクリニック環境でモニタリングされていない患者に適用できることを意味する。同様に、これは、PrC−210が集中モニタリング環境(例えば、心筋梗塞、脳卒中、または冠動脈バイパス手術)における患者に適用でき、必要な患者モニタリングを著しく増加しないことを意味する。これは、本発明に使用される他の化合物にも適用できると再び信じられる。
7.本発明の化合物は、好ましくない臭気がない。PrC−210は、ほとんど硫黄臭がない(実施例12を参照)。これはチオール類N−アセチルシステインおよびシステアミンと異なり、この両者は、局所的な虚血−再灌流障害を抑制する面でいずれも少ないまたは中等の効能を有するが、これらの臨床関連投与量での使用に関連する一般的な匂いにより、これらは臨床上で依然としてヒトに使用できない。
8.アミフォスチンは、遊離のチオールになるために、ホスファターゼによる酵素活性化ステップを経る必要があり、且つ、それに関連する時間依存性薬物動態学を有する。N−アセチルシステイン(NAC)は、内因性チオール−グルタチオンの生物合成を増加することにより、その大部分の保護効果を実現するため、NACの局所的な虚血−再灌流障害の抑制に関連するより長い時間(数時間〜1日間)の時間依存性要素が存在する。これらの化合物と逆に、本発明の化合物は即効的なものである。それらが血液、臓器保存溶液、または投与された任意の部位に入る瞬間、活性を有する。心筋梗塞、脳卒中、または他の心血管および/または血管イベント/病症中に、機能活性を有する即効性化合物を循環系に送達し(ここで、一部を梗塞の周囲に送達し、且つ梗塞が溶解した後に大量に送達する)、梗塞に関連する臓器障害の軽減の面で非常に有用である可能性がある。
移植に関連する血液停止および開始過程に遭遇したI−R障害から移植臓器を保護するために、1種または複数種の重なり方式で本発明に使用される化合物(例えば、PrC−210)を投与して臓器を保護することができる。その主な使用は、臓器保存溶液の添加剤とすることである。通常、本発明に使用される化合物(例えば、PrC−210)が添加された溶液でドナー臓器を洗浄することに関する。ドナー臓器を洗浄するための溶液は、その中に本発明に使用される化合物、例えば、PrC−210が添加された常用の臓器保存溶液の1つであってもよい。実施例14は、常用の臓器保存溶液「UW溶液」の組成を提供し、他の保存溶液は本分野で知られているものである。本発明に使用される1種または複数種の化合物(例えば、PrC−210)が添加された任意の他の適当な溶液を用いてドナー臓器を洗浄してもよい。例えば、アルブミンおよびヘパリンを含む乳酸リンゲル液(Lactated Ringer’s solution)でドナー臓器を洗浄してもよい。本発明に使用される化合物の半減期に基づいて化合物の適当な濃度を選択し、異なる臓器(腎臓、心臓、肺等)、貯蔵温度に適応し、且つ、重要なのは、臓器レシピエントに移植する前に4°Cでの臓器貯蔵の持続時間に適する。例えば、pH7.2でのPrC−210の3.5時間の半減期に基づき、アミノチオールの添加範囲は5〜100mMの間にある可能性がある。添加型保存溶液(augmented preservation solution)でドナー臓器を「洗浄する」ことは、いくつかの形態を採用することができ、最も一般的に、外科医は臓器流出物が「清澄」となるまで除去された臓器を簡単に洗浄する。これは、寄付者が死んだと宣告されると、寄付者全体の血液容量を添加型保存溶液で全身的に置き換え、臓器を原位置に保持することに関する可能性がある。後者の方法は、同一のドナーからの複数の臓器を洗浄して寄付することができる。
臓器を移植する前に、添加型保存溶液、緩衝液、血液、または血液代替物を用いて単離した臓器をポンプにより連続的に循環的に通過することにより該臓器を維持してもよい。
移植する前に、ドナー臓器は通常5〜8時間またはより長い時間貯蔵するため、臓器の貯蔵過程において、本発明に使用される化合物の大部分は不活性な形態に転化できる。例えば、PrC−210の場合、臓器移植および既知の新たに移植された臓器に関連する血流再確立時に発生するROSバーストの前に、1〜2半減期またはより多くのPrC−210は、その不活性ジスルフィド結合の形態に転化する。これにより、臓器を患者の体内に移植する数分前に、臓器に「負荷投与量(loading dose)」を投与することができる。臓器およびその内部循環に基づき、負荷投与量の液体における本発明に使用される化合物の濃度は5〜500mMの間で変化できる。外科医は50〜100ccの注射器を用いて臓器を洗浄し、添加型溶液を臓器の大動脈に簡単に押し込むことができる。数分間待った後、移植直前に、食塩水または乳酸リンゲル液を個別に用いて2回目洗浄すれば、本発明に使用される化合物で臓器の実質細胞を「負荷」するとともに、移植後に臓器レシピエントの全身の血液に分布されたこのような化合物の量を大きく減少することを実現することができる。
本分野において、新たに移植された臓器に持続的な炎症および関連するROS、カスパーゼおよび細胞アポトーシスの発生が存在することが知られているため、臓器移植手術が完了してから18時間〜4日間後に、本発明に使用される化合物(例えば、PrC−210)を患者に全身投与することは有益である。動物研究から、臓器細胞死を防止したげっ歯動物において、PrC−210の血液濃度が1〜3mMであることが分かる。そのため、移植後の臓器レシピエントに使用する本発明に使用される化合物の血液濃度の目標は、0.5〜5mMの範囲内にあるべきである。静脈内投与または経口投与により患者に本発明に使用される化合物を投与することができる。PrC−210の場合、この2つのルートは動物研究でいずれも有効である(Soref、C、Int J Rad Onc Biol Phys 82:e701〜e707、2012)。
以前の作業において、PrC−210は乾燥した結晶材料として空気が抜かれたバイアル瓶内に貯蔵されると、そのチオール形態で数年間安定していることが示された。pH6の水に溶解されると、室温で2週間内に、PrC−210はそのジスルフィド結合の形態に明らかに転化することがない。pH7.2の場合、PrC−210チオールの半減期は3.5時間である。この場合、本発明に使用される化合物(例えば、PrC−210)を結晶または凍結乾燥粉末の形態で不活性ガス(例えば、窒素ガス)を用いてパージしたバイアル瓶内に保存し、その後、食塩水でそれを再溶解した後、保存溶液またはIV袋内に入れることが好適である。本発明に使用される化合物の、不活性ガスでパージしたバイアル瓶(例えば、窒素ガスでパージしたバイアル瓶)内のカプセル形態は、分子を安定して貯蔵する別の方法であり、その後、該カプセルを患者に経口投与するか、またはカプセルを一定の体積の保存溶液または緩衝液に溶解してから単離した器官を洗浄して保存する。
多くの心臓外科手術では、まず、血流を機械式心肺機に転移し、その後、冷蔵した心臓麻痺液で心臓を洗浄し、その中の溶液のイオン含有量は、単離心臓の自発的な拍動を防止することを目的とする。標準的な心臓麻痺液の処方は実施例13に示される。その後、例えば、冠動脈バイパス手術または弁膜修復手術中に、単離した、拍動のない心臓を手術で操作する。本発明に使用される化合物(例えば、PrC210)が添加された心臓麻痺液は、ROS、関連カスパーゼおよび細胞アポトーシスのバーストというイベントの影響から心臓の実質細胞を保護することができ、ROS、関連カスパーゼおよび細胞アポトーシスのバーストは、酸素含有血流が心臓に回復した後、例えば、冠動脈バイパス手術の直後に心臓に発生することが知られている。添加型心臓麻痺液は、本発明に使用される化合物、例えば、PrC−210を5〜500mM含んでもよい。本発明に使用される化合物(例えば、PrC−210)を、心臓手術後の患者に更に慢性静脈内投与(18時間〜4日間)することも実用的な選択である。
外科手術介入を含まない他の局所的な虚血−再灌流障害の場合が無数に存在し、ここで、本発明に使用される化合物(例えば、PrC−210)を全身投与(通常、IVにより)することは、I−R障害の重症度を低減する。その原因は、新たに再灌流された組織に大きな投与量のROSが発生し、血液を介して伝播する化合物が、発生したROSをリアルタイムに除去する(実施例2を参照)ことにより、IR障害後の組織環境における関連カスパーゼおよび細胞アポトーシスの発生を大きく減少するためである。これらの非手術のIR障害の場合の2つのインスタンスは、i)心臓病および血管形成術または冠動脈バイパス手術による心筋梗塞の放出(これについてのマウスモデルの再現、およびPrC−210の全身投与に関連する心臓細胞死の顕著な減少は、実施例6を参照する)、およびii)脳卒中およびそのカテーテルまたは薬理学的解決手段を含む。これらの前述した実施形態において、いくつかの全身投与された化合物は、循環閉塞を通過するか、または循環閉塞周囲で「漏れる」。これにより、i)化合物は、局所的な虚血組織内の反応性分子(例えば、亜酸化窒素)を除去することができ、ii)化合物は、以前の局所的な虚血組織へ流れる血流を再確立した後に形成された大きな投与量のROSを除去することができる。これらの非手術性IR障害環境で、該化合物は、数秒/分の時間内で1〜20mMの化合物の治療性全身血液レベルに達するように、十分に高い濃度で急性静脈内注入として投与される可能性が高い。
全てのPrC−210およびその関連する類似体の処方において、アミノチオールは、有機酸塩(通常、HCl)の形態で合成され(Copp、R Bio Med Chem Lett 21:7426〜7430、2011)、且つ、ほとんど数モルの濃度で直ちに水溶液に溶解できる。
本発明に含まれる教示に基づき、本発明の更なる実施形態は当業者に明らかである。
PrC−210により付与された細胞の局所的な虚血−再灌流障害に対する提案した保護メカニズムの1つの模式図を示す。 反応内に添加される場合に、12種のよく見られる「酸化防止剤」に対するPrC−210の、ヒドロキシラジカル(・OH)により誘導されるpUC19プラスミドDNAの切り欠きの生成を投与量依存的に抑制する効果を示す。 ・OH障害が発生する30秒間前に、反応混合物にPrC−210を加えると、・OHにより誘導されるpUC19プラスミド障害を完全に予防することができることを示す。 マウス腎臓をI−R障害してから24時間後の腎臓カスパーゼおよび腎臓機能に対するPrC−210の影響を示す。(A)実験設計は以下のとおりである。全てのグループはいずれも30分間の左側(LT)の虚血(クランプ)および右側(RT)の腎臓摘出術を行い、その後、24時間の再灌流を行う。LT腎臓をクランプする20分前に、1回腹膜内(IP)注射でアミノチオール(PrC−210、PrC−211、またはPrC−252)を投与する。24時間後に血清およびLT腎臓を収集する。(B)実施例3に記載されるように、腎臓組織上清のカスパーゼ活性を測定する。まず、60分間以内のカスパーゼ測定条件の線形性を確立する。(C)クランプしてから24時間後に収集された血清でBUNレベルを測定する。 クランプしてから24時間後の左側腎臓のカスパーゼ活性に対するPrC−210の投与量依存的な抑制を示す。クランプする20分前に、投与量のPrC−210を1回IP注射で投与し、24時間後にカスパーゼ活性を測定する。PrC−210の投与量は、以前野生型マウスで確定されたIP最大許容投与量(MTD、すなわち、504ug/g体重(b.w.))の点数として示される。 I−Rが腎臓を30分間障害した後に、指示された各アミノチオール(およびその構造)の24時間の腎臓カスパーゼレベルを低減する能力を示す。左側腎臓を30分間クランプする20分前に、1回腹膜内注射でマウスに0.24MTD投与量の各アミノチオールを投与する。24時間後に腎臓を収集し、カスパーゼ活性を測定する。 マウスの心筋死が著しく減少し、該マウスが全身投与量のPrC−210を受けてから10分間後に、該マウス心筋梗塞局所的な虚血−再灌流モデルにおいて左側冠動脈の結紮および放出(40分間後)を行うことを示す。心臓に対して冠動脈を結紮−放出するI−R障害を行ってから24時間後に、心臓内の生きている組織を染色する。 筋細胞組織培地にPrC−210を同時に添加することにより過酸化水素(H)により誘導される心筋細胞死を著しく減少することを示す。 PrC−210がX線で放射されたヒト血液リンパ球におけるγ−H2AX病巣(foci)(すなわち、ROSにより誘発されるDNA二本鎖切断)を著しく抑制することを示す。ヒト全血サンプルに指定濃度(0〜23mM)のPrC−210を添加し、2時間後に全血サンプルを100mgy放射する。 (左図)は、アミフォスチンがフェレットモデルで吐き気および嘔吐反応を誘発することを示す。(右図)は、PrC−210がフェレットモデルで吐き気および嘔吐反応を誘発しないことを示す。 PrC−210は低血圧副作用を引き起こさないことを示す。左上図は、アミフォスチンを投与した後に記録された血圧を示す。左下図は、PrC−210を投与した後に記録された血圧を示す。 分子を(A)1回腹膜内注射または(B)1回経口チューブフィードによりマウス胃内に送達して投与した後の異なる時間における活性PrC−210チオール形態のマウス血漿レベルを示す。
本発明に係る技術の実施形態を開発する過程において、実験証明を行い、アガロースゲル上でpUC19プラスミドを分離してスーパーコイル(Supercoil)形態および切り欠き付き(Nicked)形態(図2、図A)を表示することができた。結果に示すように、スーパーコイルプラスミドDNAの主鎖における1つまたは複数の結合が、x線放射中に発生した活性酸素(ROS)によるプラスミドDNAへの化学的攻撃により破壊されると、スーパーコイルプラスミドDNAは切り欠き付きの形態に変わり、且つ、電気泳動中にアガロースゲル上でスーパーコイルプラスミドDNAと分離することができた。該実施例において、x線放射中に発生したROSは、標準的な局所的な虚血および再灌流循環中に形成された同じROS物質を簡単に模倣した。裸のプラスミドDNA上のROS攻撃は、リラックスしたプラスミド形態をもたらし、そのゲルにおける移動する速度はより遅くなった。該実施例において、x線放射の15分前に、指定された小分子を個別にプラスミド試験管に入れ、それらがx線放射中に発生した大量のROSに対してどのような保護を付与したか(存在すれば)を確定した。試験分子をpUC19プラスミドインキュベーションに添加してから15分間後に、試験管は30分間内に90Gy放射を受けた。(A)その後、インキュベーションの等分試料を電気泳動し、エチジウムブロマイドで染色したゲルを定量的画像化した。Image Jソフトウェアを用いて低いバンド(スーパーコイル)および高いバンド(切り欠き付き)の強度を定量化した。(B)Graphpad Prismソフトウェアを用いてバンド強度を描画した。(C)いくつかの試験分子の構造を示した。培養物にPrC−210、WR−1065、またはシステアミンを加え、それぞれがROSにより誘発されるプラスミドDNA障害に対する投与量依存性の抑制を付与した。
これらの実験は、プラスミドDNAを60秒パルスの・OHジェネレータ(H+紫外光、Floydら、J Biochem Biophys Methods 1984;10:221〜235)に曝露した後、pUC19プラスミドDNAのスーパーコイル形態と切り欠き付き/・OH障害形態のアガロースゲルが分離したことを示した(図3)。スーパーコイルDNAを水(レーンa、b)または20mMのPrC−210(レーンc−h)と指定時間インキュベートし、その後、・OHジェネレータに1分間曝露した。各反応の等分試料を電気泳動し、EtBrで染色してデジタル画像化した。3つの重複した反応およびゲルを行い、Image Jソフトウェアを用いてバンド強度を定量化した。レーンaとレーンg中のスーパーコイルバンド強度を比較するためのP値を指定した。・OH障害の30秒前にPrC−210を添加すればROS DNA障害を完全に抑制することができた。
実験証明を行い(図4)、PrC−210(0.24MTD = 0.116mg/g体重)を1回IP注射することにより、腎臓をI−R障害してから24時間後に腎臓カスパーゼのレベルが84%低下し、血清尿素窒素(BUN)レベルが類似して低下した。(A)実験設計は以下のとおりであった。全てのグループはいずれも30分間の左側(LT)の局所的な虚血(クランプ)および右側(RT)の腎摘出術を行い、その後、24時間の再灌流を行った。LT腎臓をクランプする20分前に、1回腹膜内注射でPrC−210を投与した。24時間後に血清およびLT腎臓を収集した。(B)腎臓上清のカスパーゼ活性を以下のように測定した。Apo−ONE蛍光基質(Promega、Madison、WI)を用いて腎臓ホモジネート上清内のカスパーゼ3およびカスパーゼ7の活性を測定した。簡単に言えば、解凍した腎臓と8倍の過剰な分解緩衝液(50mMのNa HEPES、100mMのNaCl、1mMのEDTA、10mMのDTT、10%のグリセリンを含み、pH7.4である)とを混合し、且つ4°Cにてステンレス羽根ホモジナイザー(5000rpm)で30秒間均一化した。その後、腎臓ホモジネートを、Eppendorf 5418微量遠心機において4°Cにて16、000xgで20分間遠心した。得られた上清を直ちに凍結して−70°Cに保存した。ウシ血清アルブミン標準液を用いてBradford方法により上清タンパク質を測定した。カスパーゼ測定を以下のように行った。上記分解緩衝液を用いて38μgの上清タンパク質を全体積50ulとなるまで希釈し、黒色の96ウェルプレートのウェル内で50μLのApo−ONE基質と混合して60分間の反応を開始した。プレートを37℃にて200rpmで60分間振とうした。BMG Clariostar蛍光プレートリーダを用いて499nmの励起波長および521nmの発光波長でDEVDカスパーゼ基質ペプチドの分解を測定した。各実験はいずれもカスパーゼ基準品を含んだ。(C)クランプしてから24時間後に収集された血清中のBUNレベルを測定し、I−R障害後の24時間以内の腎臓健康の機能指標とした。
実験証明を行い(図5)、3種類の投与量範囲(それぞれ0.105MTD、0.152MTD、0.230MTD=0.053、0.077、0.116mg/gm体重)でPrC−210を1回IP注射すると、腎臓をI−R障害してから24時間後にPrC−210投与量依存性の腎臓カスパーゼが低下したと測定した。
実験証明を行い(図6)、それぞれの0.24MTD投与量(PrC−210MTD=504ug/gm体重、PrC−211MTD=500ug/gm体重、PrC−252MTD=287ug/gm体重)でPrC−210、PrC−211、またはPrC−252を1回IP注射すると、腎臓をI−R障害してから24時間後に、腎臓カスパーゼのレベルは著しく低下した。
実験証明を行い、左冠動脈を意図的に結紮したマウスに対してPrC−210(0.252mg/g体重、30分間後に0.05mg/g体重)を2回IP注射し(図7を参照)、40分間の動脈結紮を放出してから24時間後に死亡組織に染色された心筋全体の百分率は平均36%低下した。PrC−210を注射したマウスにおける手術により誘発される「梗塞」(40分間の動脈結紮)による心筋組織の死亡程度は、生理食塩水(対照として)を注射したマウスにおける心筋組織の死亡程度(P=0.0143)よりも明らかに低かった。
実験証明を行い、3日齢のマウスからの初代の新生心筋細胞(30000個の細胞/96ウェル)を含む培養ウェル内の組織培地にPrC−210(2.3mM)を添加することは、濃度を増加するHを細胞に添加することにより誘発される心筋細胞死を著しく低減した(図8を参照)。該実施例において、Hを添加する15分前または30秒前に、培地にPrC−210を添加すると、同じ結果を示し、約80%のHにより誘発される細胞死が除去された。
これらの実験により、PrC−210が、x線で放射されたヒト血液リンパ球におけるγ−H2AX病巣の形成(DNA二本鎖切断を指示する)を高度に著しく抑制することが示された(図9)。ヒト全血サンプルに指定濃度(0〜23mM)のPrC−210を添加し、2時間後にサンプルを100mgy放射した。インセットはヒトリンパ球におけるγ−H2AX病巣(緑色)の免疫染色であり、細胞核を4,6−ジアミジル−2−フェニルインドールで染色し、医薬(100mgy)を受けていないまたは23mMのPrC−210(100mgy+PrC−210)を受けてから2時間に、100mgyのx線で全血サンプルを放射した。
実験証明を行い(表2)、ラットが放射の30分間前に1回IP注射を受け、または指定されたアミノチオールを局部的に4回使用した後、その背中の皮膚の指定された矩形領域(1.5×3.0cm)箇所に17.2Gyの1回のx線量を受けると、放射性皮膚炎は軽減した。医薬を使用して放射してから13日間後に、放射後の皮膚領域内のx線により誘発される放射性皮膚炎の重症度を評価した。これらのアミノチオールROS除去剤分子を経皮でラットに局部的投与または腹膜内投与することは、ラット皮膚を放射する間にx線から発生したROSによる放射性皮膚炎を100%抑制した。
実験証明を行い、フェレット(ヒトと同じ吐き気・嘔吐反応を有する)が、マウスの0.5MTD投与量のアミフォスチンに相当するフェレットの皮下投与量を受けた場合、全ての4匹のフェレット(ここで、062および089のデータを示す)は、いずれも明らかな吐き気および嘔吐を起こした(図10、左図)。これは、マウスの0.5MTD投与量のアミフォスチンに相当するヒトの投与量のアミフォスチンを受けたヒトの症例で報告された吐き気・嘔吐の高発率を複製した。
図10の右図は、10匹のフェレットがマウスの0.5MTD投与量のPrC−210に相当するフェレットの皮下投与量を受けた場合、この10匹のフェレット(ここで、123およびA43のデータを示す)はいずれも識別可能な吐き気または嘔吐反応を発生しないことを示した。
陽性対照として、アミフォスチンまたはPrC−210攻撃投与量を投与した後に2週間休憩し、全てのフェレットはいずれも1回攻撃投与量のロペラミド(loperamide)(既知のエメトゲン)を受け、14匹のフェレットのうちのそれぞれは、激しい吐き気および嘔吐反応を表した。これらのデータは図10においてインセットで示された。
実験証明を行い、ラット(動脈カテーテルが挿し込まれて血圧を測定する)がマウスの0.5MTD投与量のアミフォスチンに相当するラットの1回IP投与量を受けた場合、不可逆的な血圧低下は直ちに発生し、攻撃投与量のIPエピネフリンは血圧に識別可能な影響がなかった(図11)。記録期間のラットの慢性低血圧は識別可能な目表現型/毒性に関連していた。
マウスの0.5MTD投与量のPrC−210に相当するラットの1回IP投与量を受けてカテーテルが挿し込まれたラットは、血圧低下を示せず、攻撃投与量のIPエピネフリンは血圧の顕著な上昇を引き起こした。
実験証明を行い、PrC−210は、通常のチオール化合物に関連する有害臭気(すなわち、硫黄臭)を欠いていた。試験の被験者を、約1回のヒト投与量のPrC−210が予想する上限のPrC−210を含む溶液、および2−メルカプトエタノール(2−ME)の希釈系列に曝露した。PrC−210および2−ME希釈液の匂いを比べることにより、各被験者はPrC−210に1つの「匂いスコア」を指定した。匂いスコアは、2−ME希釈液の硫黄チオールの匂いが1回ヒト投与量のPrC−210の硫黄チオールの匂いに最も近いことを示した。1名の被験者の指定した匂いスコアが8であり、他の被験者の指定した匂いスコアが7で、2−MEの1:18750および1:93750の希釈に対応した。これらの結果により、濃度が約1回最大ヒト投与量のPrC−210のチオール臭気は、2−MEよりも56250倍(例えば、93750−18750=75000、75000÷2=37500、37500+18750=56250)低かったことが示された。2−MEを56250倍希釈すると、異臭はほとんどない。

通常、Cardioplegia Solutionを用いて人の心臓を洗浄し、且つ、この過程において心臓の拍動を停止させ、その後、拍動しない心臓に対して外科手術(例えば、冠動脈バイパス手術または弁膜修復手術)を行い、該Cardioplegia Solutionの1つの例は以下を含む(1リットル当たりの溶液)。
− 110mmolのナトリウム
− 16mmolのマグネシウム
− 160mmolの塩素
− 16mmolのカリウム
− 1.2mmolのカルシウム
− pH7.4〜7.8に達するのに十分な炭酸水素ナトリウム
臓器保存溶液の1つの例(ここでの「Belzer UW Cold Storage Solution」、ウィスコンシン大学が発明)は、通常、4°Cで使用され、臓器レシピエント体内に移植する前に臓器ドナーから取り出された臓器を洗浄して維持するために用いられ、以下を含む。

実験証明を行い(図12)、マウスが1回IP注射の0.5MTD IP PrC−210投与量(252ug/gm体重)または1回経口胃内投与量の0.5MTD経口PrC−210投与量(900ug/g体重)を受けると、それ以降、活性形態のPrC−210チオールの明らかな血漿レベルを長期的に測定することができた。血漿濃度が1〜3mMのPrC−210チオールは、放射により誘発される死亡の完全な抑制に関連し、そうでなければ、溶媒で処理されて放射されたマウスは、放射により誘発される死亡を100%発生する。
本願発明の項目について
1、前記細胞を以下の構造を有する化合物と接触させることを含む局所的な虚血イベントの影響を受けた細胞における局所的な虚血−再灌流細胞死を減少または予防する方法。
(ただし、A=−CHNHR’且つB=−CHNHRであり、またはA=−NRR’且つB=Hであり、且つ、
RおよびR’は、独立してH、アルキル基、およびヘテロアルキル基から選ばれ、
その条件は、B=Hであれば、RとR’が共にHではないことである。)
2、前記化合物は以下の構造を有する化合物である、前記1に記載の方法。

(ただし、RおよびR’は、独立してH、アルキル基、およびヘテロアルキル基から選ばれる。)
3、前記化合物は以下の構造を含む、前記1に記載の方法。

(ただし、RおよびR′は、独立してH、アルキル基、およびヘテロアルキル基から選ばれ、その条件は、RとR′が共にHではないことである。)
4、前記化合物は、PrC−210、PrC−211、およびPrC−252から選ばれる、前記1に記載の方法。
5、細胞アポトーシスを減少または予防することにより、細胞死を減少または予防する、前記1に記載の方法。
6、前記化合物に接触していない細胞と比べ、前記化合物に接触している細胞において、カスパーゼの活性は低下する、前記1に記載の方法。
7、活性酸素種を除去することを更に含む、前記のいずれか1項に記載の方法。
8、更に活性酸素種の影響から細胞のDNAを保護する、前記のいずれか1項に記載の方法。
9、前記細胞は移植臓器の一部である、前記1に記載の方法。
10、レシピエントに移植する前に、前記細胞と前記化合物とを接触させる、前記9に記載の方法。
11、前記化合物は、臓器保存溶液または臓器を洗浄するための溶液の一部である、前記9に記載の方法。
12、臓器を除去する前および間に、前記化合物をドナーに投与する、前記9に記載の方法。
13、前記化合物を被験者に全身投与することは、前記被験者における局所的な虚血−再灌流細胞死を減少または予防する、前記1に記載の方法。
14、前記化合物は、局所的な虚血−再灌流臓器の毒性作用の影響から前記被験者を保護する、前記13に記載の方法。
15、前記化合物は、再灌流の前および間の局所的な虚血−再灌流細胞死を予防する、前記13に記載の方法。
16、前記被験者は移植レシピエントである、前記13に記載の方法。
17、前記被験者は、心臓病に罹患するか、または心臓病に罹患するリスクにある、前記13に記載の方法。
18、前記被験者は、脳卒中に罹患するか、または脳卒中に罹患するリスクにある、前記13に記載の方法。
19、局所的な虚血−再灌流イベントの前、間、または後の有効時間において、有効量の前記化合物を全身投与する、前記13に記載の方法。
20、前記化合物は酸付加塩の形態である、前記のいずれか1項に記載の方法。
21、前記細胞は、心臓外科手術の一部として心臓麻痺液で灌流された心臓の一部である、前記1に記載の方法。
22、前記化合物を、IR損傷から臓器を保護するための任意の洗浄溶液内に添加する、前記1に記載の方法。
23、前記1に記載の化合物は約1〜約100ミリモルの濃度で存在する、臓器灌流溶液。
24、空気が抜かれたバイアル瓶で前記化合物の酸塩の結晶または凍結乾燥粉末の形態を構成し、前記バイアル瓶は透過可能なセパレータを有し、前記セパレータは、前記化合物の最終濃度が1〜100mMに達するように、液体再構成を実現して臓器保存溶液、心臓麻痺液、またはIV袋内に添加することができる、前記1に記載の化合物の単位投与量。
25、前記1に記載の化合物は約1〜約100ミリモルの濃度で存在する、心臓麻痺液。
26、0.5〜5mMの血漿濃度に達するように患者に経口投与できる、前記1に記載の化合物の乾燥錠剤またはカプセル剤の形態。
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Claims (17)

  1. 前記細胞を、以下の構造を有する化合物またはその医薬的に許容される酸付加塩と接触させることを含む局所的な虚血イベントの影響を受けた細胞における局所的な虚血−再灌流細胞死を減少または予防する方法であって、
    前記方法は人体外で実施される、方法。
    (ただし、A=−CHNHR’且つB=−CHNHRであり、またはA=−NRR’且つB=Hであり、且つ、
    RおよびR’は、独立してH、アルキル基、およびヘテロアルキル基から選ばれ、
    その条件は、B=Hであれば、RとR’が共にHではないことである。)
  2. 前記化合物は、PrC−210、PrC−211、およびPrC−252またはその医薬的に許容される酸付加塩から選ばれる、請求項1に記載の方法。
  3. 細胞アポトーシスを減少または予防することにより、細胞死を減少または予防する、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記化合物に接触していない細胞と比べ、前記化合物に接触している細胞において、カスパーゼの活性は低下する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記細胞は移植臓器の一部である、前記請求項のいずれか1項に記載の方法。
  6. レシピエントに移植する前に、前記細胞と前記化合物とを接触させる、請求項5に記載の方法。
  7. 前記化合物は、臓器保存溶液または臓器を洗浄するための溶液の一部である、請求項5または6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 以下の構造を有する化合物の、局所的な虚血イベントの影響を受けた細胞における局所的な虚血−再灌流細胞死を減少または予防するための治療薬または予防薬の調製における使用。
    (ただし、A=−CHNHR’且つB=−CHNHRであり、またはA=−NRR’且つB=Hであり、且つ、
    RおよびR’は、独立してH、アルキル基、およびヘテロアルキル基から選ばれ、
    その条件は、B=Hであれば、RとR’が共にHではないことである。)
  9. 前記化合物は、PrC−210、PrC−211、およびPrC−252またはその医薬的に許容される酸付加塩から選ばれる、請求項8に記載の使用。
  10. 局所的な虚血−再灌流イベントの前、間、または後の有効時間において、有効量の前記化合物を全身投与する、請求項8または9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記化合物を被験者に全身投与することは、前記被験者における局所的な虚血−再灌流細胞死を減少または予防する、請求項8〜10のいずれか1項に記載の使用。
  12. 前記化合物は、局所的な虚血−再灌流臓器の毒性作用の影響から前記被験者を保護する、請求項8〜10のいずれか1項に記載の使用。
  13. 前記化合物は、再灌流の前および間の局所的な虚血−再灌流細胞死を予防する、請求項8〜10のいずれか1項に記載の使用。
  14. 前記被験者は移植レシピエントである、請求項8〜10のいずれか1項に記載の使用。
  15. 前記被験者は、心臓病に罹患するか、または心臓病に罹患するリスクにある、請求項8〜10のいずれか1項に記載の使用。
  16. 前記被験者は、脳卒中に罹患するか、または脳卒中に罹患するリスクにある、請求項8〜10のいずれか1項に記載の使用。
  17. 前記細胞は、心臓外科手術の一部として心臓麻痺液で灌流された心臓の一部である、請求項8〜10のいずれか1項に記載の使用。
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