NO321717B1 - Fremgangsmate for identifikasjon av forbindelser med potensiale for behandling og forebyggelse av neoplasi. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for å identifisere forbindelser potensielt anvendelige for behandling og forebyggelse av før-kreftlesjoner og kreftlesjoner hos pattedyr. Denne søknad er en delvis fortsettelse av US-patent-søknad nr. 08/866,027 til Piazza et al., innlevert 30. mai 1997.

Familieår adenomatøs polyposis («FAP») er en arvelig sykdom hvor offerets tykktarm inneholder mange polypper eller adenomer som i de fleste tilfeller er praktisk talt umulig å telle. Fordi slike pasienter utvikler så mange polypper eller adenomer som hver enkelt har en signifikant risiko for å utvikle seg til kreft, vil den typiske behandling være kirurgisk fjerning av tykktarmen. Omkring 1983 oppdaget Waddell at det ikke-steroidale anti-inflammatoriske legemiddel («NSAID») sulindak ville forårsake regresjon av polypper i tykktarmen (en type før-kreftlesjon, og forhindre deres tilbakekomst når dette legemiddel ble administrert til pasienter med FAP. Waddels erfaring med sulindak til FAP-pasienter ble bekreftet i flere påfølgende studier. Siden sulindak- og andre NSAID-medikamenter vil irritere for-døyelseskanalen (for ikke å nevne bivirkninger som involverer nyrene og interferens med normal blodlevring) hos pasienter som den er blitt administrert tii kronisk, vil det uheldigvis ikke være en praktisk behandling for FAP eller hvilken som helst annen kreft eller før-kreft indikasjon (dvs neoplasi) som krever langtids administrering.

Waddells opprinnelige hypotese var at virkningsmekanismen for sulindak på polypper i tykktarmen ville involvere inhibering av syntesen av prostaglandin (PG).

(Waddell, W.R. et al., «Sulindac for Polyposis of the Colon,» Journal of Surgical Oncotogy, 24:83-87,1983). Inhibering av prostaglandin («PG») syntesen skriver seg fra inhiberingen av cyklooksygenase (COX) forårsaket av NSAID-medikamenter. En vanlig fordel ved NSAID-medikamenter er reduksjon av betennelse, som er kjent for å bli forårsaket ved reduksjonen av PG-nivået. Siden NSAID-medikamentene er kjent for å inhibere COX, som inhiberer PG-syntesen, blir det vanligvis antatt at regresjonen av polypper i tykktarmen kan tilskrives denne egenskap. Til tross for nylige oppdagelser om det motsatte er det i virkeligheten blitt konvensjonell erfaring at administrering av en inhibitor av PG-syntesen (f.eks et NSAID) til en pasient med FAP eller en annen før-kreft eller kreftlesjon vil resultere i regresjon av lesjonen pga en reduksjon av PG-nivået.

Nylige oppdagelser fører imidlertid forskerene i en fullstendig motsatt retning - at det ikke er nødvendig å inhibere COX for å behandle neoplasipasienter med hell. Pamukcu et al., åpenbart i US-patent nr. 5.401.774 at sulfonylforbindelser, som tidligere ble rapportert å være inaktive som PQ-syntese inhibitorer (og følgelig ikke et NSAID eller en anti-inflammatorisk forbindelse) uventet ville inhibere veksten av flere forskjellige neoplastiske celler, innbefattet polyppceller i tykktarmen. Disse sulfonyl-derivater har vist seg effektive i rottemodeller av colon carcinogenese, og en variant (nå referereri til som eksisulind) har vist seg effektiv i preliminære humane kliniske

forsøk med FAP-pasienter.

Viktigheten av denne oppdagelse - og avkreftingen av en eventuelt forbindelse mellom antineoplastisk aktivitet og COX-inhibering - kan ikke overdrives. Dersom disse to fenomer skulle stå i forbindelse med hverandre, ville det være lite håp for en sikker NSAID-terapi for FAP-pasienter fordi bivirkningene av NSAID-medikamenter, så som mageirritasjon, også blir forårsaket av COX-inhibering. Prostaglandiner har en beskyttende rolle i magesekkforingen. Når NSAID-medikamenter blir administrert, blir COX inhibert og PG-nivået redusert; maveirritasjon er et vanlig resultat. Disse bivirkninger vil kanskje ikke fremkomme ved korttids akutt NSAID-terapi. Ved langtids kronisk NSAID-terapi vil imidlertid mageirritasjon, blødning og sårdannelse være vanlig. I et signifikant antall tilfeller må NSAID-terapien stanses pga alvorligheten av disse bivirkninger og andre potensielt dødelige bivirkninger. Videre vil alvorlighetsgraden av slike bivirkninger øke med alderen, sannsynligvis fordi det naturlige PG-nivå i mågens slimhinne vil falle med alderen. Anvendelige forbindelser for behandling av neoplastiske lesjoner bør således helst inhibere neoplastisk cellevekst, men bør ikke inhibere COX.

Konvensjonelle fremgangsmåter for screening av forbindelser kan anvendes til å finne forbedrede forbindelser som inhiberer neoplastisk cellevekst. Under dette scenarium kan det screenes medikamenter ved anvendelse av in vitro modeller. Men konvensjonelle in vitro screening fremgangsmåter kunne la mange forbindelser passere som senere viser seg å være ineffektive i dyremodeller på grunn av et antall ikke forutsette problemer, hvorav et kan være at in vitro screeningen ikke kan forutsi virkningen. Dyremodellstudier er tidskrevende og kostbare. En mere presis in vitro screening fremgangsmåte som tilveiebringer prediktiv informasjon for behandling av neoplasi blir derfor krevet for å screene forbindelser før testing på mennesker. Kunnskap om et spesifikt mål for inhibering av kreft hos mennesker ville tillate større presisjon og effektivitet, hvorved høyst effektive og sikre forbindelser kan identifiseres før testing på dyr.

Chemical Abstracts, vol. 106, nr. 11,1987, sammendrag nr. 78377 beskriver økt dreping av maligne celler ved å gi prostaglandin-synteseinhibitoren indomethacin.

For tiden anvendes rasjonelle medikamentoppdagelsesmetoder i den farma-søytiske industri for å forbedre fremgangsmåter for identifikasjon av klinisk anvendelige forbindelser. Typisk vil rasjonelle medikamentoppdagelsesmetoder vedrøre et «lås og nøkkel» konsept, hvorved det defineres strukturelle forhold mellom et terapeutisk målmolekyl (låsen) og farmasøytiske forbindelser (nøkkelen). Slike fremgangsmåter blir betydelig forbedret ved spesiell datamaskinprogramvare som gir adgang til databaser av forbindelser for å identifisere sannsynlige geometriske tilpasninger ved målmolekylet. For å anvende disse systemer må man uheldigvis ha innsikt i målmolekylet (låsen). Målet kan være f .eks et enzym, et protein, en membran eller kjemereseptor, eller en nukleinsyresekvens.

Ved komplekse sykdommer, så som neoplasi, har forskerene identifisert et antall potensielle mål. Mange av medikamentene tilgjengelige for behandling av neoplasi vil imidlertid være ikke-spesifikke og toksiske overfor normalt vev, og blir ikke indikert for før-kreft, og anvendt bare når neoplastiske celler går videre til kreft. Større forståelse for mekanismene involvert i kreft kan lede forskerene på veien mot utforming av mere spesifikke anti-neoplastiske medikamenter - medikamenter som trygt kan administreres tidligere i sykdomsprosessen.

Denne oppfinnelse vedrører en ny in vitro fremgangsmåte for screening av testforbindelser for deres evne til å behandle og forebygge neoplasi, spesielt før-kreftlesjoner, sikkert. Spesielt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for identifikasjon av forbindelser med potensiale for forebyggelse og behandling av neoplasi, kjennetegnet ved - bestemmelse av den cyklooksygenase (COX) inhibitoriske aktivitet av forbindelsen; og

- bestemmelse av PDE5 inhiberingsaktiviten til forbindelsen

hvor COX-inhibitorisk aktivitet som er mindre enn PDE5-inhibitorisk aktivitet, er en indikasjon på at en forbindelse har potensiale for behandling av neoplasi; eller

- bestemmelse av den PDE5-inhibitoriske aktivitet av forbindelsene; og

- identifisering av disse forbindelser for potensiell anvendelse til forebyggelse og kronisk behandling av neoplasi hos pasienter med behov derfor, dersom forbindelsene har PDE5-inhibitorisk aktivitet; elter

- bestemmelse av den COX-1 inhiberende aktivitet av forbindelsen; og

- bestemmelse av den PDE5-inhiberende aktivitet av forbindelsen

hvor COX-1 inhiberende aktivitet som er mindre enn PDE5-inhiberende aktivitet, er en indikasjon på at en forbindelse har potensiale for behandling av neoplasi; eller

- å utvelge en forbindelse med PDES inhiberende aktivitet, og

evaluere den neoplastiske cellevekst inhiberende aktivitet av forbindelsen hvori forbindelsen som har PDE5 inhiberende aktivitet og neoplastisk cellevekst inhiberende aktivitet har potensial til å inhibere neoplasi uten vesentlig å inhibere veksten av normale celler.

I en utførelse av denne oppfinnelse skal screeningfremgangsmåten derfor involvere bestemmelse av COX-inhiberingsaktiviteten av en testforbindelse. Fordi oppfinnerene har oppdaget et forhold mellom inhibering av kreft og inhibering av fosfodiesterase type-5 isoenzym («PDE5») skal denne oppfinnelse inkludere bestemmelse av PDE5-inhiberingsaktiviteten til forbindelsen. Screeningfremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse skal fortrinnsvis ytterligere inkludere bestemmelse av hvorvidt forbindelsene vil inhibere veksten av tumorceller i en cellekultur.

I en alternativ utførelse skal screeningfremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse involvere bestemmelse av COX-inhiberingsaktiviteten til forbindelsen, bestemmelse av PDE5-inhibeirngsaktiviten til forbindelsen og bestemmelse av hvorvidt forbindelsen vil indusere apoptose i tumorceller.

I et annet aspekt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for utvelgelse av forbindelser som er potensielt anvendelige lor behandling av neoplasi, kjennetegnet ved

- bestemmelse av den vekstinhibitoriske aktivitet av forbindelsen; - bestemmelse av PDE5-inhiberingsaktiviteten av forbindelsen; og eventuelt - sammenligning av den vekstinhibitoriske aktivitet av forbindelsen med PDE5-inhiberingsakttviteten av forbindelsen; og - utvelgelse av forbindelser som har vekstinhibitorisk aktivitet og PDE5-inhibitorisk aktivitet.

I ytterligere et annet aspekt av foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for identifisering av en forbindelse med potensial for behandling av neoplasi, kjennetegnet ved at den omfatter:

• å behandle neoplastiske celler med en forbindelse som skal vurderes,

• bestemme den intracellulære mengden av cGMP i behandlede celler,

- bestemme den intracellulære mengden av cAMP i behandlede celler,

hvori en økning i ratioen av cGMP/cAMP i de behandlede celler sammenlignet med forholdet av cGMP/cAMP i ubehandlede neoplastiske celler indikerer at forbindelsen har et potensial for å behandle neoplasi.

Ved screening av forbindelser på denne måte kan potensielt fordelaktig og forbedrede forbindelser bli identifisert hurtigere og med større presisjon enn hva som tidligere har vært mulig. Ytterligere fordeler vil være åpenbare fra den detaljerte beskrivelse som følger. Figur 1 illustrerer effekten av sulfidderivatet av sulindak og sulfonderivatet av sulindak (a.k.a. eksisulind) på renset cyklooksygenaseaktivitet. Figur 2 illustrerer effekten av testforbindelsene B og E på COX-inhibering. Figur 3 illustrerer den inhibitoriske effekt av sulindaksulfid og eksisulind på PDE-4 og PDE5 renset fra dyrkede tumorceller. Figur 4 illustrerer effekten av sulindaksulfid på cyklisk nukleotidnivå i HT-29 celler. Figur 5 illustrerer den fosfodiesteraseinhibitoriske aktivitet av forbindelse B. Figur 6 illustrerer den fosfodiesteraseinhibitoriske aktivitet av forbindelse E. Figur 7 illustrerer effekten av sulindaksulfid og eksisulind på apoptose og nekrose av HT-29 celler. Figur 8 illustrerer effekten av sulindaksulfid og eksisulind på HT-29 cellevekst inhibering og apoptose-induksjon som bestemt ved DNA-fragmentering. Figur 9 illustrerer de apoptose-induserende egenskaper av forbindelse E. Figur 10 illustrerer de apoptose-induserende egenskaper til forbindelse B. Figur 11 illustrerer effekten av sulindaksulfid og eksisulind på tumorceltevekst. Figur 12 illustrerer den vekstinhibitoriske og apoptose-induserende aktivitet av sulindaksulfid og kontroll (DMSO).

Figur 13 illustrerer den vekstinhibitoriske aktivitet av forbindelse E.

Figur 14 illustrerer inhiberingen av pre-malignante, neoplastiske lesjoner i mus-brystkjertelorgankultur ved sulindak metabolitter.

Fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse er anvendelig til å identifisere forbindelser som kan anvendes til å behandle eller forebygge neoplasmer, og som ikke karakteriseres ved de alvorlige bivirkninger av konvensjonelle NSAID-legemidier.

Cancer og pre-cancer kan man forestille seg som sykdommer som involverer uregulert cellevekst. Cellevekst involverer flere forskjellige faktorer. En faktor er hvor hurtig cellene formerer seg, og en annen involverer hvor hurtig cellene dør. Celler kan dø enten ved nekrose eller apoptose avhengig av typen av miljøstimuli. Celledifferensering er ytterligere en annen faktor som påvirker tumorvekstkinetikken. Å finne frem til hvilken av de mange aspekter av cellevekst som påvirkes av en testforbindelse, er viktig for oppdagelsen av et relevant mål for farmasøytisk terapi. Screeninganalyser basert på denne selektivitet kan kombineres med tester for å bestemme hvilke forbindelser som har vekstinhiberende aktivitet.

Denne oppfinnelse er produktet av flere viktige oppdagelser. Først gjorde de foreliggende oppfinnere den oppdagelsen at ønskelige inhibitorer av tumorcellevekst vil indusere fortidlig død av kreftceller av apoptose (se, Piazza, G.A., et al., Cancer Research, 55(14), 3110-16,1995). For det andre oppdaget de foreliggende oppfinnere uventet at forbindelser som selektivt induserer apoptose uten betydelig COX-inhibering, også vil inhibere fosfodiesterase («PDE»). Spesielt, og i motsetning til ledende vitenskapelige studier, vil ønskelige forbindelser for behandling av neoplastiske lesjoner selektivt inhibere type 5 isoenzymformen av fosfodiesterase («PDE5») (EC 3.1.4.17). PDE5 er en av minst syv isoenzymer av fosfodiesterase. PDE5 er unik ved at det selektivt nedbryter cyklisk GMP, mens de andre typer av PDE er enten ikke selektive eller nedbryter cyklisk AMP. Fortrinnsvis vil ønskelige forbindelser ikke vesentlig inhibere andre fosfodiesterasetyper.

En fortrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse involverer bestemmelse av cyklooksygenase-inhiberingsaktiviteten av en gitt forbindelse, og bestemmelse av PDE5-inhiberingsaktiviteten av forbindelsen. Testforbindelsene blir gitt skåre for sin sannsynlige evne til å behandle neoplastiske lesjoner, enten direkte ved å bestemme deres aktivitet mot spesifikke grenseverdier eller indirekte ved å sammenligne deres aktivitet mot kjente forbindelser anvendelige for behandling av neoplastiske lesjoner. En standard forbindelse som er kjent for å være effektiv for behandling av neoplastiske lesjoner uten å forårsake maveirritasjon er 5-fluor-2-metyl-1 -(p-metylsulfonylbenzyliden)-3-indenyleddiksyre («eksisulind»). Andre anvendelige forbindelser for sammenligningsformål inkluderer de som er kjent for å inhibere COX, så som indomethacin og sulfidmetabolitten av sulindak; 5-fluor-2-metyl-1 -(p-metylsulfinylbeirzyliden)-3-indenyleddiksyre («sulindaksulfid»). Andre anvendelige forbindelser for sammenligningsformål inkluderer de som er kjent for å inhibere PDE5, så som 1-(3-kloraniiin)-4-fenylftalazin («MY5445»).

En testforbindelse blir klart bestemt til å være en lovende kandidat dersom den er bedre enn eller sammenlignbar med eksilulind og ikke vil inhibere COX. Vanligvis vil ønskelige forbindelser være de som inhiberer PDE5 og inhiberer cellevekst og induserer apoptose, men som ikke inhiberer COX i famakologisk aksepterte doser.

Som anvendt heri skai betegnelsen «pre-cancerøs lesjon» inkludere syndromer representert ved unormale neoplastiske, innbefattet dysplastiske, forandringer av vev. Eksempler inkluderer dysplastisk vekst i tykktarm, bryst, prostata eller lungevev, eller tilstander så som dysplastisk føflekksyndrom, en forløper for ondartet melanom i huden. Eksempler inkluderer også, i tillegg til dysplastisk føflekksyndrom, polyposi-syndromer, polypper i tykktarmen, pre-cancerøse lesjoner i cervix (dvs cervical dysplasi), spiserøret, lungene, prostata dysplasi, prostata intraneoplasi, brystet og/eller huden og beslektede tilstander (f.eks aktinisk keraosi) enten lesjonene er klinisk identifiserbare eller ikke.

Som anvendt heri skal betegnelsen «karsinom» eller «cancer» referere til lesjoner som er cancerøse. Eksempler inkluderer ondartede melanomer, bryst-cancer, prostatacancer og koloncaner. Som anvendt heri skal betegnelsene «neoplasi» og «neoplasmer» referere til både cancerøse og pre-cancerøse lesjoner.

Som anvendt heri skal forkortelsen PG representere prostaglandin; PS representerer prostaglandin syntetase; PGE2 representerer prostaglandin E2; PDE representerer fosfodiesterase; COX representerer cyklooksygenase; RIA representerer radioimmunassay.

Som anvendt heri skal «PDE5» referere til det enzym og hvilken som helst av dets isoformer som har en cGMP-spesifikk hydrolytisk enzymaktivitet og høy affinitets cGMP-binding.

Screeningprotokoller

Følgende screeningprotokoller og alternative protokoller tilveiebringes for å hjelpe til å forstå de foretrukne fremgangsmåter som anvendes til screening av testforbindelser for å bestemme deres potensial til å behandle eller forebygge neoplasi, spesielt pre-cancerøse lesjoner.

1. Bestemmelse av COX-inhibitorisk aktivitet

COX-inhibering kan bestemmes ved en av to fremgangsmåter. En fremgangsmåte involverer måling av PGE2-sekresjon med intakte HL-60 celler etter eksponering for forbindelsen som blir screenet. Den andre fremgangsmåte involverer måling av aktiviteten av rensede cyklooksygenaser (COXer) i nærvær av forbindelsen. Begge fremgangsmåter involverer protokoller tidligere beskrevet i litteraturen.

1A. PGE2-sekresjon

Forbindelser identifisert ifølge denne oppfinnelse kan evalueres for å bestemme hvorvidt de inhiberte produksjoner av prostaglandin E2 («PGE2») ifølge fremgangsmåter kjent i teknologien. For eksempel kan man måle PGE2 sekretert fra en celle ved å anvende en enzymimmunoassay (EIA) testsett for PGE2, slik som kommersielt tilgjengelig fra Amersham, Arlington Heights, IL USA. Egnede celler inkluderer de som lager en overflod av PG, så som HL-60 celler. HL-60 celler er humane promyelocytter som blir differensiert med DMSO i modne granulocytter. (se Collins, S.J., Ruscetti, F.W., Gallagher, R.E. og Gallo, R.C., «Normal Functional Characteristics of Cultured Human Promyelocytic Leukemia Celis (HL-60) After Induction of Differentiation By Dimethylsulfoxide», J. Exp. Med., 149:969-974,1979). Disse differensierte celler frembringer PGE2 etter stimulering med en kalsiumionofor A23187 (se Kargman, S., Prasit, P. og Evans, J.F., «Translocation of HL-60 Cell 5-Lipoxygenase», J. Biol. Chem., 266:23745-23752,1991). HL-60 er tilgjengelig fra American Type Culture Collection (ATCC:CCL240). De kan dyrkes i et RPM11640 medium supplementer! med 20% varmeinaktivert føtalt bovint serum, 50 U/ml penicillin og 50 jig/ml streptomycin i en atmosfære av 5% C02 ved 37°C. For å indusere myeloid differensiering blir cellene eksponert for 1,3% DMSO i 9 dager og deretter vasket og slemmet opp igjen på nytt i Dulbeccds fosfatbufferet saltløsning ved 3 x 10<6> celter/ml. De differensierte HL-60 celler (3 x 10<6> celler/ml) kan inkuberes i 15 min ved 37°C i nærvær av de testede forbindelser ved den ønskede konsentrasjon. Cellene stimuleres deretter med A23187 (5 x 10<*6> mol) i 15 min. PGE2 sekretert over i det ytre medium blir målt som beskrevet ovenfor. ;IB. Rensede cyklooksygenaser ;To forskjellige former av cyklooksygenase {COX-I og COX-2) er blitt rapportert i litteraturen å regulere prostaglandinsyntesen. Det er kjent at COX-2 representerer den induserbare form av COX, mens COX-I representerer en konstitutiv form. COX-I aktiviteten kan måles ved anvendelse av fremgangsmåten beskrevet av Mitchell et al. («Selectivrty of Nonsteroidal Anti-inflammatory Drugs as Inhibitors of Constitutive and Inducible Cyclooxygenase», Proe. Nati. Acad. Sei. USA, 90:11693-11697,1993, som herved er referert til) ved anvendelse av COX-I renset fra sædblærer fra vær som beskrevet av Boopathy & Balasubramaniah, «Purification And Characterization Of Sheep Platelet Cyclooxygenase» (Biochem. J., 239:371-377,1988, som herved er referert til. COX-2 aktiviteten kan måles ved anvendelse av COX-2 renset fra sau morkake som beskrevet av Mitchell et al., 1993, ovenfor. ;Den cyklooksygenaseinhibitoriske aktivitet av et medikament kan bestemmes ved metoder kjent i teknologien. For eksempel har Boopathy & Balasubramanian, 1988, ovenfor, beskrevet en fremgangsmåte hvori prostaglandin H syntase 1 (Cayman Chemical, Ann Arbor, Michigan) blir inkubert ved 37°C i 20 min med 100 uM arakidonsyre (Sigma Chemical Co.), kofaktorer (så som 1,0 mM glutation, ;1,0 mM hydrokinon, 0,625 |iM hemoglobin og 1,25 mM CaCI2 i 100 mM Tris-HCI, pH 7,4) og medikamentet som skal testes. Etter inkubering kan reaksjonen avsluttes med trikloreddiksyre. Enzymatisk aktivitet kan deretter måles spektrofotometrisk ved 530 nm etter at reaksjonen er stanset ved tilsetning av tiobarbttursyre og malon-aldehyd. ;Åpenbart kan en forbindelse som har minimal COX-I eller COX-2 inhibitorisk aktivitet i forhold til sin større PDE5 inhibitoriske aktivitet, ikke være fullstendig uønsket. ;IC. Analyse av resultater ;Mengden av inhibering blir bestemt ved å sammenligne aktiviteten av cyklo-oksygenasen i nærvær og fravær av testforbindelsen. Resterende eller ingen COX-inhibitorisk aktivitet (dvs mindre enn ca 25%) ved en konsentrasjon på ca 100 jiM er en indikasjon på at forbindelsen bør evalueres videre for anvendbarhet for behand-ting av neoplasi. Fortrinnsvis bør ICso-konsentrasjonen være høyere enn 1000 jiM . for forbindelsen for at den skal bti videre vurdert for potensiell anvendelse. 2. Bestemmelse av fosfodiesterase (PDE5) inhiberingsaktivitet ;Forbindelser kan screenes for inhibitorisk effekt på fosfodiesteraseaktivitet ved anvendelse av enten enzymet isolert fra hvilken som helst tumorcellelinje så som HT-29 eller SW-480, eller f.eks rekombinant HS-PDE5, eller måling av syklisk nukleotidnivå i hele celler. ;2A. Enzymassay ;Fosdiesteraseaktiviteten kan bestemmes ved anvendelse av fremgangsmåter kjent i teknologien, så som en fremgangsmåte som anvender radioaktiv 3H syklisk GMP (cGMP)(syklisk 3',5-guanosinmonofosfat) som substrat for PDE5-enzymet. ;(Thompson, W.J., Teraski, W.L., Epstein, P.M., Strada, S.J., Advances in Cyclic Nucleotide Research, 10:69-92,1979, som herved er referert til). ;I korthet blir en løsning av definert substrat <3>H-CGMP spesifikk aktivitet (0,2 u.M; 100.000 cpm; inneholdende 40 mM Tris-HCI (pH 8,0), 5 mM MgCI2 og 1 mg/ml BSA) blandet med legemidler som skal testes i et samlet volum på 400 uJ. Blandingen inkuberes ved 30°C i 10 min med delvis renset PDE5 isolert fra HT-29 celler. Reaksjonene avsluttes, f.eks ved koking av reaksjonsblandingen i 75 sek. Etter avkjøling på is tilsettes 100 |il av 0,5 mg/mt slangegift (O. Hannah tilgjengelig fra Sigma) og inkuberes i 10 min ved 30°C. Denne reaksjon avsluttes deretter ved tilsetning av en alkohol, f.eks 1 ml av 100% metanol. Analyseprøver blir påsatt på en anionkromatografikolonne (1 ml Dowex fra Aldrich) og vasket med 1 ml av 100% metanol. Mengden av radioaktivitet i gjennombruddet og vaskingene fra kolonnen måles deretter med en scintillasjonsteller. Graden av PDE5-inhibering bestemmes ved å beregne mengden av radioaktivitet i medikamentbehandlede reaksjoner og sammenligne mot en kontrollprøve (en reaksjonsblanding som mangler den testede forbindelse). ;2B. Målinger av syklisk nukleotid ;Alternativt blir evnen for ønskelige forbindelser til å inhibere PDE5 reflektert ved en økning i cGMP i neoplastiske celler eksponert for en forbindelse som blir screenet. Mengden av PDE5-aktivitet kan bestemmes ved å analysere for mengden av syklisk GMP i ekstraktet av behandlede celler ved anvendelse av radioimmunoassay (RIA). I denne fremgangsmåte blir HT-29 eller SW-480 celler platet ut og dyrket til konfluens. Testforbindelsen blir deretter inkubert med cellekulturen ved en konsentrasjon av forbindelsen mellom ca 200 uM og ca 200 pM. Ca 24 til 481 deretter blir kulturmedia fjernet fra cellene, og cellene blir solubilisert. Reaksjonen blir stanset ved anvendelse av 0,2N HCI/50% MeOH. En prøve blir uttatt for proteinanalyse. Syklisk GMP blir renset fra syre/alkoholekstraktene av celler ved anvendelse av anionbytterkromatografi, så som en Dowex-kolonne. cGMP blir tørket, acetylen ifølge publiserte fremgangsmåter, så som ved anvendelse av eddik-syreanhydrid i trietylamin, (Steiner, A.L., Parker, C.W., Kipnis, D.M., J. Biol. Chem. 247(4): 1106-13,1971). Den acetylerte cGMP blir kvantifisert ved anvendelse av radioimmunoassay-fremgangsmåter (Harper, J., Brooker, G. Advances in Nucleotide Research, 10:1-33,1979). loderte ligander (tyrosinmetylester) av derivatisert syklisk GMP blir inkubert med standarder eller ukjente i nærvær av antlsera og hensiktsmessige buffere. Antiserum kan fremstilles ved anvendelse av syklisk nukleotid-haptenrettede teknikker. Antiserum er fra sau injisert med suksinyl-cGMP-albuminkonjugater og fortynnet 1/20.000. Doseinterpolering og feilanalyse fra standardkurver blir anvendt som tidligere beskrevet (Seibert, A.F., Thompson, W.J., Taylor, A., Wilbourn, W.H., Bamard, J. and Haynes, J., J. Applied Physiol.,72:389-395,1992, som herved er referert til). ;I tillegg kan kulturmedia surgjøres, fryses (-70°C) og også analyseres for cGMP og cAMP. ;I tillegg til å observere økninger i innholdet av cGMP forårsaket av ønskelige testforbindelser, er det blitt observert nedgang i innholdet av cAMP. Det er blitt observert at en spesielt ønskelig forbindelse (dvs en som selektivt induserer apoptose i neoplastiske celler, men ikke vesentlig i normale celler) følger et tidsforløp overensstemmende med PDE5-inhibering som en begynnende virkning som resulterer i et øket cGMP-innhold i løpet av minutter. For det andre vil behandling av neoplastiske cellér med en ønskelig anti-neoplastisk forbindelse føre tii nedsatt cAMP-innhold i løpet av 241. De intracellulære mål for legemiddelvirkninger blir studert ytterligere, men aktuelle data understøtter det konsept at både den begynnende økning i cGMP-innhold som etterfølges av det påfølgende fall i cAMP-innhold, kommer før apoptose i neoplastiske celler som eksponeres for ønskelige forbindelser. ;Forandringen i forholdet mellom de to sykliske nukleotider kan være et mere nøyaktig redskap for evaluering av ønskelig PDE5-inhiberingsaktivitet av testforbindelser, heller enn måling utelukkende av den absolutte verdi av cGMP, utlukkende PDE5-inhibering, eller bare den absolutte verdi av cGMP. I neoplastiske celler ikke behandlet med anti-neoplastiske forbindelser vil forholdet av cGMP-innhold/cAMP-innhold være i området 0,03-0,05 (dvs 300-500 fmoll/mg protein cGMP-innhold over 6000-8000 mfmol/mg protein cAMP-innhold). Etter eksponering for ønskelige anti-neoplastiske forbindelser vil dette forhold øke flere ganger (fortrinnsvis minst ca en 3 gangers økning} som resultat av en begynnende økning i syklisk GMP og den senere nedgang i syklisk AMP: Spesifikt er det blitt observert at spesielt ønskelige forbindelser oppnår en begynnende økning i cGMP-innhold i behandlede neoplastiske celler til et nivå av cGMP høyere enn ca 500 fmol/mg protein. I tillegg vil spesielt ønskelige forbindelser forårsake den senere nedgang i cAMP-innhold i behandlede neoplastiske celler til et nivå av cAMP mindre enn ca 4000 fmol/mg protein. ;For å bestemme innholdet av syklisk AMP anvendes radioimmunoassay-teknikker i likhet med dem beskrevet ovenfor for cGMP. I hovedsak blir sykliske nukleotider renset fra syre/alkoholekstrakter av celler ved anvendelse av anionbytterkromatografi, tørket, acetylert ifølge publiserte fremgangsmåter og kvantifisert ved anvendelse av radioimmunoassayfremgangsmåter. loderte ligander av derivatisert syklisk AMP og syklisk GMP blir inkubert med standarder eller ukjente i nærvær aV spesifikke antisera og hensiktsmessige buffere. ;Verifisering av det sykliske nukleotidinnhold kan oppnås ved å bestemme ;turnover eller akkumulering av sykliske nukleotider i intakte celler. For å måle intakt celle cAMP, anvendes <3>H-adenin formerking ifølge publisert fremgangsmåter (Whalin M.E., R.L. Garret Jr., W.J. Thompson, og S.J. Strada, «Correlation of cell-free brain cyclic nucleotide phosphodiesterase activities to cyclic AMP decay in intact brain slices», Sec. Mess. and Phos. Protein Research, 12:311-325,1989, som herved er referert til). Denne fremgangsmåte måler fluks av merket ATP til syklisk AMP, og kan anvendes til å estimere intakt celle adenylatcyklase eller syklisk nukleotid fosfodiesteraseaktivitet avhengig av den spesifikke protokoll. Syklisk GMP akkumulering var altfor lav til å bli studert med intakt celle formerking ifølge publiserte fremgangsmåter (Reynolds, P.E., S.J. Strada and W.J. Thompson, «Cyclic GMP ;accumulation in pulmonary microvascular endothelial cells measured by intact cell prelabeling,» Life Sei., 60:909-918,1997, som herved er referert til). ;2C. Analyse av vevsprøve ;Den PDE5-inhibitoriske aktivitet av en testforbindelse kan også bestemmes fra en vevsprøve. Vevsprøver, så som pattedyr (fortrinnsvis rotte) lever, blir oppsamlet fra individer eksponert for testforbindelsen. I korthet btir en vevsprøve homogenisert i 500 |il av 6% TCA. En kjent mengde av homogenatet blir uttatt for proteinanalyse. Det gjenværende homogenat får være på is i 20 min for å tillate utfelling av proteinet. Deretter blir homogenatet sentrifugert i 30 min ved 15.000 g ved 4°C. Supernatanten blir gjenvunnet og pellet gjenvunnet. Supematanten blir vasket fire ganger med fem volumer av vannmettet dietyleter. Det øvre etersjikt blir kastet etter hver vasking. Det vandige eterekstrakt blir tørket i et «speed vac». Når den er tørket kan prøven fryses for fremtidig anvendelse, eller anvendes umiddel-bart. Det tørkede ekstrakt blir løst i 500 |xl av analysebuffer. Mengden av PDE5-inhibering blir bestemt ved å analysere formengden av sykliske nukleotider ved anvendelse av en enzym immunoassay (EIA) så som Biotrak EIA-system acetyleringsprotokollen (tilgjengelig fra Amersham, Ariington Heights, IL, USA). Alternativt kan det anvendes RIA-fremgangsmåter som detaljert ovenfor. ;2D. Analyse av resultater ;Mengden av inhibering blir bestemt ved å sammenligne aktiviteten av PDE5 i nærvær og fravær av testforbindelsen. Inhibering av PDE5-aktivitet er en indikasjon på at forbindelsen er anvendelig for behandling av neoplasi. Signifikant inhibitorisk aktivitet høyere enn den for standarden, eksisulind, fortrinnsvis er større enn 50% ved en konsentrasjon på 10 lxM eller lavere, er en indikasjon på at en forbindelse bør evalueres ytterligere for anti-neoplastiske egenskaper. Fortrinnsvis bør ICso-verdien for PDE5-inhibering være mindre enn 50 u.M for forbindelsen for at denne skal bli ytterligere vurdert for potensiell anvendelse. ;3. Bestemmelse av hvorvidt en forbindelse vil redusere antallet av tumorceller ;i en alternativ utførelse skal screeningfremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse involvere ytterligere bestemmelse av hvorvidt forbindelsen vil redusere veksten av tumorceller. Forskjellige cellelinjer kan anvendes i prøven avhengig av det vev som skal testes. For eksempel kan disse cellelinjer inkludere: SW-480 - adenokarsinom i tykktarmen; HT-29 - adenokarsinom i tykktarmen; A-427 - lungeadenokarsinom; MCF-7 - brystadenokarsinom; og USACC-375 - melanomlinje; og DU 145 - prostatakarsinom. Cytotoksisitetsdata oppnådd ved anvendelse av disse cellelinjer er en indikasjon på en inhibitorisk effekt på neoplastiske lesjoner. Disse cellelinjer er godt karakterisert, og anvendes av United States National Cancer Institute i deres screeningprogram for nye anti-cancer legemidler. ;3A. Tumorinhibering i HT-29 cellelinje ;En forbindelses evne til å inhibere tumorcellevekst kan måles ved anvendelse av HT-29 human colon karsinomcellelinjen levert fra ATCC (Bethesda, MD). HT-29 celler er tidligere blitt karakterisert som relevant colon tumorcellekulturmodell (Fogh, J., og Trempe, G. I: Human Tumor Cells in Vitro, J. Fogh (red.), Plenum Press, New York, pp 115-159,1975). HT-29 celler blir holdt i RPMI-media supplementer! med ;5% føtalt serum (Gemini Bioproducts, Inc., Carlsbad, CA) og 2 mmol glutamin og 1% antibiotisk-antimuggmiddel i en fuktig atmosfære med 95% luft og 5% C02 ved 37°C. I korthet blir HT-29 cellene platet ut med en tetthet på 500 celler/brønn i96 brønners mikrotiterplater og inkubert i 241 ved 37°C før tilsetning av forbindelsen. Hver bestemmelse av celleantallet involverte seks replikater. Etter seks dagers kultur blir cellene fiksert ved tilsetning av kald trikloreddiksyre til en sluttkonsentrasjon på 10%, og proteinnivået måles ved anvendelse av den sulforodamin B (SRB) kolorimetriske protein fargeanalyse som tidligere beskrevet av Skehan, PM Storeng, R., Scudiero, D., Monks, A., McMahon, J., Vistica, D., Warren, J.T., Bokesch, H., Kenney, S., og Boyd, M.R., «New Colrimetric Assay for Anticancer-Drug Screening» J. Nati. Cancer Inst. 82:1107-1112,1990, som herved er referert til. ;I tillegg til SRB-analysen vil flere andre fremgangsmåter være tilgjengelige for å måle vekstinhibering, og kunne substitueres for SRB-analysen. Disse metoder inkluderer telling av levedyktige celler etter trypanblåfarging, merking av celler som er i stand til DNA-syntese med BrdU eller radiomerket tymidin, nøytralrødfarging av levedyktige celler eller MTT-farging av levedyktige celler. ;3B. Analyse av resultater ;Signifikant tumorcellevekstinhibering høyere enn ca 40% ved en dose på ;100 (iM eller derunder er ytterligere en indikasjon på at forbindelsen er anvendelig for behandling av neoplastiske lesjoner. Fortrinnsvis bestemmes en ICso-verdi som anvendes for sammenligningsformål. Denne verdi tilsvarer konsentrasjonen av lege- ;middel som er nødvendig for å inhibere tumorcellevekst med 50% i forhold til kontrollen. Fortrinnsvis bør ICso-verdien være mindre enn 100 u,M for den forbindelse som skal ytterligere vurderes for potensiell anvendelse for behandling av neoplastiske lesjoner. ;4. Bestemmelse av hvorvidt en forbindelse vil indusere apoptose ;I en andre alternativ utførelse skal screenrngsfremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse dessuten involvere bestemmelse av hvorvidt forbindelsen vil indusere apoptose i kulturer av tumorceller. ;To adskilte former av celledød kan beskrives ved morfologiske og biokjemiske kriterier: Nekrose og apoptose. Nekrose blir ledsaget av øket permeabilitet av plasmamembranen; cellene sveller og plasmamembranen sprenges i løpet av min. Apoptose karakteriseres ved blæredannelse i membranen, kondensasjon av cytoplasma og aktivering av endogene endonukleaser. ;Av disse to er apoptose den mest vanlige form av eukaryotisk celledød. Den foregår naturlig under normal vevsomsetning og under fosterets utvikling av organer og lemmer. Apoptose induseres også av cytotoksiske T-lymfocytter og naturlige dreperceller, av ioniserende stråling og visse kjemoterapeutiske legemidler. Uhensiktsmessig regulering av apoptose blir antatt å spille en viktig rolle i mange patologiske tilstander innbefattet cancer, AIDS, Alzheimers sykdom osv. Forbindelser kan screenes for induksjon av apoptose ved anvendelse av kulturer av tumorceller som holdes under betingelser som beskrevet ovenfor. Behandling av celler med testforbindelser involverar enten pre- eller post-konfluente kulturer og behandling i to til syv dager ved forskjellige konsentrasjoner. Apoptotiske celler blir målt i både de vedheftede og «flytende» kammere av kulturene. Begge avdelinger blir oppsamlet ved fjerning av supernatanten, trypsinisering av de vedheftede celler, og kombinering av begge preparater etter et sentrifugeringsvasketrinn (10 min, 2000 opm). Protokollen for behandling av tumorcellekulturer med sulindak og beslektede forbindelser for å oppnå en signifikant mengde av apoptose er beskrevet i litteraturen. (Se Piazza, G.A., et a., Cancer Research, 55-3110-16,1995). De nye trekk inkluderer oppsamling av både flytende og vedheftede celler identifisering av de optimale behandlingstider og doserings-område for observasjon av apoptose, og identifisering av optimale cellekulturbetingelser. ;4A. Morfologisk observasjon av apoptose ;Etter behandling med en testforbindelse kan kulturene analyseres for ;apoptose og nekrose ved fluorescens mikroskopi etter merking med akridinoransj og etidium-bromid. Fremgangsmåten for måling av apoptotiske celletali er tidligere blitt beskrevet av Duke & Cohen, «Morphological And Biochemical Assays of Apoptosis», Current Protocols In Immunology, Colrgan et al., red., 3.17.1-3.17.16 (1992), som herved er referert til. ;Flytende og vedheftede celler kan oppsamles f.eks ved trypsinisering og vasking tre ganger i PBS. Alikvoter av celler kan sentrifugeres. Pelleten kan deretter oppslemmes på nytt i media og en fargestoffblanding innholdende akridinoransj og etidiumbromid fremstilt i PBS, og blandes forsiktig. Blandingen kan deretter plasseres på et mikroskopobjektglass og undersøkes. ;4B. Analyse av apoptose ved DNA-fragmentering ;Apoptose kan også kvantifiseres ved å måle en økning i DNA-fragmentering i celler som er behandlet med testforbindelser. Kommersiell fotometrisk EIA for den kvantitative ih vitro bestemmelse av cytoplasmiske histon-åssosierte DNA-fragmenter (mono- og oligonukleosomer) er tilgjengelige (Cell Death Detection ELISA<oltys>, kat.nr. 1.774.425, Boehringer Mannheim). Boehringer Mannheim-analysen er basert på et sandwich-enzym-immunoassay prinsipp ved anvendelse av mus monoklonale antistoffer rettet mot henholdsvis DNA og histoner. Dette tillater spesifikk bestemmelse av mono- og oligonukleosomer i cytoplasmafraksjonen av cellelysater. ;Ifølge forhandleren måles apoptose på følgende måte. Prøven (cellelysatet) plasseres i en streptavidin-belagt mikrotiterplate («MTP»). Deretter tilsettes en blanding av anti-histonbiotin og anti-DNA-peroksydasekonjugat og inkuberes i to timer. Under inkuberingsperioden vil anti-histonantistoffet binde seg til histon-komponenten av nukleosomene og samtidig fiksere immunokomplekset til den streptavidin-belagte MTP via dets biotinylering. Anti-DNA-peroksydaseantistoffet reagerer dessuten med DNA-komponenten av nukleosomene. Etter fjerning av ikke bundne antistoffer ved et vasketrinn, blir mengden av nukleosomer kvantifisert ved den peroksydasen som holdes tilbake i immunokomplekset. Peroksydase bestemmes fotometrisk med ABTS7 (2,2'-azido-[3-etylbenzitazolinsulfonat])<*> som substrat.

For eksempel blir SW-480 colon adenokarsinomceller platet ut i en 96-brønners MTP ved en tetthet på 10.000 celler pr brønn. Cellene behandles deretter med testforbindelse og får inkuberes i 481 ved 37°C. Etter inkuberingen blir MTP sentrifugert og supernatanten fjernet. Cellepeileten i hver brønn blir deretter slemmet opp igjen i lysebuffer i 30 min. Lysatene sentrifugeres deretter, og alikvoter av supernatanten (dvs cytoplasmafraksjonen) blir overført til streptavtdinbelagt MTP. Man er omhyggelig med ikke å ryste de lysede pelleter (dvs cellekjerner inneholdende høymolekylært ikkefragmentert DNA) i MTP. Prøvene blir deretter analysert.

Foldstimulering (FS=ODmakS/ODbærer, en indikator på apoptotisk respons, bestemmes for hver forbindelse testet ved en gitt konsentrasjon. ICso-verdier kan også bestemmes ved evaluering av en serie av konsentrasjoner av testforbindelsen.

4C. Analyse av resultater

Statistisk signifikante økninger av apoptose (dvs høyere enn 2 gangers stimulering ved en konsentrasjon på 100 uM) er ytterligere indikasjon på at forbindelsen er anvendelig for behandling av neoplastiske lesjoner. Fortrinnsvis bør ECso-verdien for apoptotisk aktivitet være mindre enn 100 |iM for at forbindelsen skal vurderes ytterligere for potensiell anvendelse for behandling av neoplastiske lesjoner. EC50 defineres heri som den konsentrasjon som forårsaker 50% induksjon av apoptose i forhold til behandling med bærer.

5. VURDERING - brystkjertel organkultur modelltester

Testforbindelsene identifisert ved fremgangsmåten ovenfor, kan testes for antineoplastisk aktivitet ved sin evne til å inhibere forekomsten av tre neoplastiske lesjoner i et brystkjertel organkultursystem. Denne mus brystkjertel organkultur-teknikk er med hell blitt anvendt av andre forskere for å studere effektene av kjente antineoplastiske midler så som NSAID-medikamenter, retinoider, tamoxifen, selen og visse naturprodukter, og er anvendelig for evaluering av screeningsfremgarigsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse.

For eksempel kan BALB/c hunnmus behandles med en kombinasjon av østradiol og progesteron daglig, for å prime kjertlene tit å gi respons på hormoner in vitro. Dyrene blir avlivet og brystenes melkekjertler blir utskåret aseptisk og inkubert i 10 dager i vekstmedia supplementer! med insulin, prolaktin, hydrokortison og aldosteron. DMBA (7,12-dimetylbenz(a)antrasen) blir administrert for å indusere dannelsen av premaligne lesjoner. Fullt utviklede kjertler blir deretter befridd for prolaktin, hydrokortison og aldesteron, hvilket resulterer i regresjon av kjertlene, men ikke av de premaligne lesjoner.

Testforbindelsen løses i DMSO og tilsettes til kulturmedia for varigheten av dyrkingsperioden. Ved slutten av dyrkingsperioden ble kjertlene fiksert i 10% formalin, farget med alumkarmin, og montert på objektglass. Forekomsten av utvikling av brystlesjoner er forholdet mellom kjertlene med brystlesjoner og kjertler uten lesjoner. Forekomsten av brystlesjoner i kjertler behandlet med testforbindelse blir sammenlignet med den for de ubehandlede kjertler.

Utstrekningen av det arealet som opptas av brystlesjonehe kan kvantifiseres ved å projisere et bilde av kjertelen på en digitaliseringsskjerm. Området dekket av kjertelen blir overført til skjermen og betraktet som et 100% av arealet. Det område som dekkes av hver av de ikke-regreserte strukturer blir også skissert på digrtaliseringsskjermen og kvantifisert av datamaskinen.

Eksperimentelt avsnitt

Et antall testforbtndelser ble undersøkt i de forskjellige protokoller og screenet for potensiell anvendelse for behandling av neoplasi. Resultatene av disse tester er rapportert nedenfor. Testforbindelsene er i det følgende betegnet med en bokstav-kode som tilsvarer følgende: A- rac-treo-(E)-1 -(N ,N'-dietylaminoetanetio)-1 -(butan-1 \4'-olido)-[3',4\: 1,2J-6-f luor-2-metyl-3-{p-metylsulf onylbenzyliden)-indan; B- (Z)-5-fluor-2-metyl-1-(3,4,5-trimetoksyben2yliden)-3-eddiksyre; C- (Z)-5-fluor-2-metyl-1 -(p-klorbenzyliden)-3-eddiksyre; D- rac-(E)-1 -(butan-1 ,,4'-olido)-[3,,4':1,2]-6-fluor-2-metyl-3-(p-metyl

sulfonylbenzyliden)-1 S-indanyl-N-acetylcytein;

E- (Z)-5-fluor-2-metyl-1-(3,4,5-trimetoksybenzyliden)-3-indenylacetamid,

N-benzyl;

F- (Z)-5-fluor-2-metyl-1-(p-metylsulfonylbenzyliden)-3-indenylacetamid,

N,N'-dicykloheksyl;

G- ribo-(E)-1-triazol-t2',3,:1 ",3"]-1-(butan-1',4'-olido)-[3\4':1,21-6-fluor-2-metyl-3-(p-metylsulfonylbenzyliden)-indan; og

H- rac-(E)-1 -(butan-1 '^'-olidoj-p'^': 1,2]-6-fluor-2-mety!-3-(p-metyl-sulf onylbenzy liden)-1 S-indanyl-glutation).

Eksempel 1 - COX-inhiberingsanalyse

Referanseforbindelser og testforbindelser ble analysert for sin COX-inhibitoriske aktivitet i overensstemmelse med protokollen for COX-analysen i avsnitt 1 .B. ovenfor. Fig. 1 viser effekten av forskjellige konsentrasjoner av enten sulindaksulfid eller eksisulind på renset cyklooksygenase (type 1) aktivitet. Cyklooksy-genaseaktiviteten ble bestemt ved anvendelse av renset cyklooksygenase fra sædblærer fra vær som beskrevet tidligere (Mitchell et al, ovenfor). ICso-verdien for sulindaksulfid ble beregnet til å være ca 1,76 uM, mens den for eksisulind var høyere enn 10.000 u,M. Disse data viser at sulindaksulfid, men ikke eksisulind, er en COX-1 inhibitor. Lignende data ble oppnådd for COX-2 isoenzymet. (Thompson, et al., Journal of the National Cancer Institute, 87:1259-1260,1995).

Fig. 2 viser effekten av testforbindelsene B og E på COX-inhibering. COX-aktiviteten ble bestemt som for forbindelsene vist i fig. 1. Disse data viser at både testforbindelsen B og E ikke vil inhibere COX-1 signifikant.

Ifølge protokollen fra avsnitt 1 .B, ovenfor, ble forbindelsene A til og med E evaluert for COX-inhibitorisk aktivitet som rapportert i tabell 1 ovenfor. Forbindelse C ble funnet å inhibere COX mer enn 25% ved 100 u,M dose, og ville derfor ikke bli utvalgt for ytterligere screening.

Eksempel 2 • PDES inhiberingsanalyse

Referanseforbindelser og testforbindelser ble analysert for sin PDE5 inhibitoriske aktivitet ifølge protokollen for analysen i avsnitt 2.A ovenfor. Fig. 3 viser effekten av forskjellige konsentrasjoner av sulindaksulfid og eksisulind på hver av PDE4 eller PDE5 aktivitet renset fra human tykktarm og HT-29 dyrkede tumorceller, som tidligere beskrevet (W.J. Thompson et al., ovenfor). ICso-verdien for sulindaksulfid for inhibering av PDE4 var 41 uM, og for inhibering av PDE5 var den 17 u.M. IC5o-verdien for eksisulind for inhibering av PDE4 var 181 u.M, og for inhibering av PDE5 var den 56 uM. Disse data viser at både sulindaksulfid og eksisulind vil inhibere fosfodiesteraseaktiviteten. Begge forbindelser har selektivitet for PDE5 isoenzymformen.. Fig. 4 viser effektene av sulindaksulfid på hver av cGMP eller cAMP produksjon som bestemt på dyrkede HT-29 celler ifølge analysen i avsnitt 2.B ovenfor. HT-29 celler ble behandlet med sulindaksulfid i 30 min, og cGMP eller cAMP ble målt ved en konvensjonell radioimmunoassaymetode. Som angitt kunne sulindaksulfid øke nivået av cGMP med mer enn 50% med en ECso-verdi på 7,3 \ iM (øverst). Nivået av cAMP var upåvirket av behandlingen, selv om en kjent PDE4 inhibitor, rolipram, økte cAMP (nederst). Disse data demonstrerer den farmakologiske signifikans av inhibering av PDE5, i forhold til PDE4. Fig. 5 viser effekten av den angitte dose av testforbindelse B på hver av PDE5 eller PDE4 isoenzymer av fosfodiesterase. Den beregnede (Cso-verdi for PDE5 var 18^M,og58u.MforPDE4. Fig. 6 viser effekten av den angitte dose av testforbindelse E på hver av PDE4 eller PDE5. Den beregnede ICso-verdi var 0,08 uM for PDE5 og høyere enn 25 uM forPDE4.

Forbindelsene ovenfor i tabell 2 ble evaluert for POE inhibitorisk aktivitet, som beskrevet i protokollen i avsnitt 2.A; ovenfor. Av de forbindelser som ikke ville inhibere COX, ble bare forbindelse E funnet å forårsake høyere enn 50% inhibering ved 10 u.M. Som bemerket i fig. 11 viste forbindelse B inhibering på høyere enn 50% ved en dose på 20 |liM. Avhengig av doseringsnivået anvendt i en enkelt dosetest, kan derfor noen forbindelser bli screenet ut som ellers kunne være aktive ved noe høyere doseringer. Den anvendte dosering er subjektiv, og kan senkes etter at aktive forbindelser er funnet ved visse nivåer for å identifisere enda mere potente forbindelser.

Eksempel 3 - apoptoseanalyse

Referanseforbindelser og testforbindelser ble analysert for sin PDE5 inhibitoriske aktivitet ifølge protokollen for analysen i avsnitt 4A. og 4B., ovenfor. Ifølge analysen i 4.A., skal fig. 7 vise effektene av sulindaksulfid og eksisulind på apoptotisk og nekrotisk celledød. HT-29 celler ble behandlet i seks dager med den angitte dose av hver av sulindaksulfid eller eksisulind. Apoptotisk og nekrotisk celle-død ble bestemt som tidligere (Duke og Cohen, i: Current Protocols in Immunology, 3.17.1 -3-17-16, New York, John Wiley and Sons, 1992). Disse data viser at både sulindaksulfid og eksisulind er i stand til å forårsake apoptotisk celledød uten å indusere nekrose. Alle data ble oppsamlet fra det samme eksperiment.

Ifølge analysen i 4B., viser fig. 8 effekten av sulindaksulfid og sulfon på tumor-vekstinhibering og apoptoseinduksjon som bestemt ved DNA-fragmentering. Den øverste figur; vekstinhibering (åpne symboler, høyre akse) og DNA-fragmentering (lukkede symboler, venstre akse) ved eksisulind. Den nedre figur; vekstinhibering (åpne symboler) og DNA-fragmentering (lukkede symboler) ved sulindaksulfid. Vekstinhibering ble bestemt ved SRB-analysen etter seks dagers behandling. DNA-fragmentering bie bestemt etter 48 timers behandling. Alte data ble oppsamlet fra det samme eksperiment. Fig. 9 viser de apoptoseinduserende egenskaper til forbindelse E. HT-29 tykktarm adenokarsinomceller ble behandlet med den angitte konsentrasjon av forbindelse E i 48 timer, og apoptose ble bestemt ved DMA-fragmenteringsanalysen. Den beregnede ECso-verdi var 0,05 u-M. Fig. 10 viser de apoptoseinduserende egenskaper til forbindelse B. HT-29 tykktarm adenokarsinomceller ble behandlet med den angitte konsentrasjon av forbindelse B i 48 timer, og apoptose ble bestemt ved DNA-fragmenteringsanalysen. Den beregnede EC5o-verdi var ca 175 uM.

Ifølge protokollen i avsnitt 4.B., ovenfor, ble forbindelsene A til og med E testet for apoptoseinduserende aktivitet, som rapportert i tabell 3 ovenfor. Forbindelsene B, C og E viste signifikant apoptoseinduserende aktivitet, større enn 2,0 ganger, ved en dosering på 100 u.M. Av disse tre forbindelser var det ved denne dosering bare B og E som ikke ville inhibere COX og inhiberte PDE5.

Den apoptoseinduserende aktivitet for en serie av fosfodiesteraseinhibitorer ble bestemt. Disse data er vist i tabell 4 nedenfor. HT-29 celler ble behandlet i 6 dager ved forskjellige inhibitorer av fosfodiesterase. Apoptose og nekrose ble bestemt morfologisk etter akridinoransj og etidiumbromidmerking ifølge analysen i avsnitt 4.A., ovenfor. Disse data viser at PDE5 er anvendelig for screening av forbindelser som induserer apoptose av HT-29 celler.

Eksempel 4 - Vekstinhiberingsanalyse

Referanseforbindelser og testforbindelser ble analysert for sin PDE5 inhibitoriske aktivitet ifølge protokollen for analysen i avsnitt 3.A., ovenfor. Fig. 11 viser den inhibitoriske effekt av forskjellige konsentrasjoner av sulindaksulfid og eksisulind på veksten av HT-29 celler. HT-29 cellene ble behandlet i seks dager med forskjellige doser av eksisulind (triangler) eller sulfid (kvadrater) som angitt. Celletallet ble målt ved en sulforhodaminanalyse som tidligere beskrevet (Piazza et al., Cancer Research, 55:3110-3116,1995). ICso-verdien for sulfidet var ca 45 uM og 200 uM for sulfonet. Disse data viser at både sulindaksulfid og eksisulind er i stand til å inhibere tumorcellevekst.

Fig. 12 viser den vekstinhibitoriske og apoptoseinduserende aktivitet av sulindaksulfid. Et tidsforløpseksperiment er vist som involverer HT-29 celler behandlet med enten bærer, 0,1% DMSO (åpne symboler) eller sulindaksulfid,

120 u.M (lukkede symboler). Vekstinhibering (øverst) ble målt ved telling av levedyktige celler etter trypan blåfarging. Apoptose (nederst) ble målt ved morfologisk bestemmelse etter farging med akridinoransj og etidiumbromid som tidligere beskrevet (Duke og Cohen, i: Current Protocols in Immunology, 3.17.1-3-17-16, New York, John Wiley and Sons, 1992). Disse data viser at sulindaksulfid er i stand til å inhibere tumorcellevekst, og at effekten blir ledsaget av en økning i apoptose. Alle data ble oppsamlet fra det samme eksperiment.

Fig. 13 viser den vekstinhibitoriske aktivitet av testforbindelse E. HT-29 tykktarm adenokarsinomceller ble behandlet med den angitte konsentrasjon av forbindelse E i seks dager, og celletallet ble bestemt ved SRB-analysen. Den beregnede ICso-verdi var 0,04 uM.

Ifølge screeningprotokoller) i avsnitt 3A. ovenfor, ble forbindelsene A til og med E testet for vekstinhibitorisk aktivitet, som rapportert i tabell 5 ovenfor. Alle testforbindelsene viste aktivitet som overskred standarden eksisulind ved en 100 jxM enkeltdosetest.

Den vekstinhibitoriske aktivitet for en serie av fosfodiesteraseinhibitorer ble bestemt. Disse data er vist i tabell 6 nedenfor. HT-29 celler ble behandlet i seks dager med forskjellige inhibitorer av fosfodiesterase. Celleveksten ble bestemt ved SRB-analysen ifølge avsnitt 3.A. ovenfor. Disse data viser at inhibitorer av PDE5 var effektive for inhibering av tumorcellevekst.

For å vise effektiviteten av denne screeningfremgangsmåte på forskjellige former av neoplasi ble forbindelsene testet på flere cellelinjer. Effekten av sulindaksulfid og av eksisulind på forskjellige cellelinjer ble bestemt. Disse data er vist i tabell 7 nedenfor. ICso-verdiene ble bestemt ved SRB-analysen. Disse data viser den brede effektivitet av disse forbindelser på et bredt område av neoplasi, med effektivitet ved sammenlignbare doseområder. Forbindelser identifisert ved denne oppfinnelse burde derfor være anvendelige for behandling av flere former av neoplasi.

Eksempel 5 - Aktivitet i brystkjertel organkulturmodell

Fig. 14 viser inhibering av premalignante lesjoner i brystkjertel organkultur ved sulindakmetabolitter. Brystkjertel organkultureksperiment ble gjennomført som tidligere beskrevet (Menta og Moon, Cancer Research, 46: 5832-5835,1986). Resultatene demonstrerer at sulindak og eksisulind effektivt vil inhibere dannelsen av premaligne lesjoner, mens sulindaksulfid var inaktivt. Disse data understøtter den hypotese at cyklooksygenaseinhibering ikke er nødvendig for de antineoplastiske egenskaper til ønskede forbindelser.

Analyse

For å identifisere forbindelser som har potensiell anvendelse for behandling av neoplasi, tilveiebringer denne oppfinnelse et rasjonale for sammenligning av eksperimentelle data av testforbindelser fra flere protokoller. Innenfor rammen for denne oppfinnelsen kan testforbindelsene rangeres ifølge sin potensielle anvendelse for behandling av neoplasi hos mennesker. Disse forbindelser som har ønskelige effekter, kan velges ut fra mer kostbare og tidskrevende dyrestudier som kreves for å få godkjenning før starten av kliniske forsøk på mennesker.

Kvalitative data for forskjellige testforbindelser og de mange protokoller er vist i tabell 8 nedenfor. Disse data viser at eksisulind, forbindelse B og forbindelse E har den hensiktsmessige aktivitet til å passere screeningen i fire analyser: Mangel på COX-inhibering, PDE-inhibering, vekstinhibering og apoptoseinduksjon. Aktiviteten av disse forbindelser i brystkjertel organkulturen vil stadfeste effektiviteten av denne oppfinnelse. De kvalitative vurderinger av screeningprotokollene rangerer forbindelse E som best, deretter forbindelse B og deretter eksisulind.

Claims (26)

1. Fremgangsmåte for identifikasjon av forbindelser med potensiale for forebyggelse og behandling av neoplasi, karakterisert ved• bestemmelse av den cyklooksygenase (COX) inhibitoriske aktivitet av forbindelsen; og - bestemmelse av PDÉ5 inhiberingsaktiviten til forbindelsen hvor COX-inhibitorisk aktivitet som er mindre enn PDE5-inhibitorisk aktivitet, er en indikasjon på at en forbindelse har potensiale for behandling av neoplasi; eller • bestemmelse av den PDE5-inhibitoriske aktivitet av forbindelsene; og - identifisering av disse forbindelser for potensiell anvendelse til forebyggelse og kronisk behandling av neoplasi hos pasienter med behov derfor, dersom forbindelsene har PDE5-inhibitorisk aktivitet; eller - bestemmelse av den COX-1 inhiberende aktivitet av forbindelsen; og - bestemmelse av den PDE5-inhiberende aktivitet av forbindelsen hvor COX-1 inhiberende aktivitet som er mindre enn PDE5-inhiberendé aktivitet, er en indikasjon på at en forbindelse har potensiale for behandling av neoplasi; eller - å utvelge en forbindelse med PDE5 inhiberende aktivitet, og - evaluere den neoplastiske cellevekst inhiberende aktivitet av forbindelsen hvori forbindelsen som har PDE5 inhiberende aktivitet og neoplastisk cellevekst inhiberende aktivitet har potensial til å inhibere neoplasi uten vesentlig å inhibere veksten av normale celler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved- bestemmelse av hvorvidt forbindelsen vil inhibere tumorcellevekst i en kultur hvori inhibering av tumorcellevekst er ytterligere en indikasjon på at forbindelsen har potensiale for behandling av neoplasi.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den COX-inhibitoriske aktivitet av forbindelsen blir bestemt ved; • å bringe forbindelsen i kontakt med renset cyklooksygenase; og • måling av forandringen, om noen, av cyklooksygenaseaktivitet hvori en COX-inhibitorisk aktivitet på mindre enn 25% ved en konsentrasjon på ca 100 uM er en indikasjon på at forbindelsen bør evalueres ytterligere for potensiale for behandling av neoplasi.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den COX-inhibitoriske aktivitet av forbindelsen blir bestemt ved; • å bringe forbindelsen i kontakt med en celle som sekreterer PGE-2; og - måling av nedsettelsen, om noen, av PGE-2 sekresjonen fra cellen hvori en nedsettelse av PGE-2 sekresjonen korrelerer med en nedsettelse i prostaglandinsyntetaseaktiviteten.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forbindelsenes selektivitet for inhibering av PDE5 isoenzym blir bestemt.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved bestemmelse av den vekstinhibitoriske aktivitet av forbindelsene; og identifikasjon av de forbindelser med fosfodiesteraseinhibitorisk aktivitet som er høyere enn dobbelt så høy som COX-inhibitorisk aktivitet ved konsentrasjoner som har større vekstinhibitorisk aktivitet enn den som utvises av eksisulind.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at den vekstinhibitoriske aktivitet blir bestemt ved reduksjonen av antallet celler i en prøve.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vekstinhibitoriske aktivitet blir bestemt ved nivået av indusering av apoptose i en prøve.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forbindelser blir ytterligere identifisert for potensiell anvendelse til behandling av neoplasi hos pasienter med behov derfor, dersom nivået av indusering av apoptose er høyere enn dobbelt så høyt som nivået av indusering av nekrose.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at PDE5-aktiviteten blir bestemt ved måling av den intracellulære sykliske GMP og sykliske AMP og bestemmelse av hvorvidt det har foregått en økning av forholdet av syklisk GMP til syklisk AMP.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, ytterligere karakterisert ved• bestemmelse av hvorvidt forbindelsen vil indusere apoptose i en tumorcelle hvori induksjon av apoptose er en ytterligere indikasjon på at forbindelsen har potensiale for behandling av neoplasi.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved- bestemmelse av hvorvidt forbindelsen vil inhibere tumorcellevekst i en prøve hvori inhibering av tumorcellevekst er en ytterligere indikasjon på at forbindelsen er anvendelig for behandling av neoplasi.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at PDE-aktiviteten blir bestemt ved; • å bringe forbindelsen i kontakt med en cellekultur; og - bestemmelse av den intracellulære sykliske GMP-konsentrasjonen hvori PDE-inhibitorisk aktivitet høyere enn 50% ved en konsentrasjon på 10 pM er en indikasjon på at en forbindelse bør evalueres ytterligere for potensiale for behandling av neoplasi.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved atPDE-aktiviteten blir bestemt ved; - bestemmelse av forholdet intracellulær syklisk GMP/syklisk AMP-konsentrasjon hvori en økning av forholdet med mer enn tre ganger ved en konsentrasjon på 10 uM er en indikasjon på at en forbindelse bør evalueres ytterligere for potensiale for behandling av neoplasi.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at apoptose blir bestemt ved; å bringe forbindelsen i kontakt med en cellekultur; og - å bestemme om forbindelsen ville øke mengden av fragmentert DNA i cytoplasma hvori økning av apoptose med mer enn to gangers stimulering ved en konsentrasjon på 100 uM er en ytterligere indikasjon på at forbindelsen bør evalueres ytterligere for potensiale for behandling av neoplasi.

16. Fremgangsmåte for utvelgelse av forbindelser som er potensielt anvendelige for behandling av neoplasi, karakterisert ved• bestemmelse av den vekstinhibitoriske aktivitet av forbindelsen; • bestemmelse av PDE5-inhiberingsaktiviteten av forbindelsen; og eventuelt - sammenligning av den vekstinhibitoriske aktivitet av forbindelsen med PDE5-inhiberingsaktiviteten av forbindelsen; og • utvelgelse av forbindelser som har vekstinhibitorisk aktivitet og PDE5-inhibitorisk aktivitet.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved identifisering av forbindelser hvor ICso-verdien for vekstinhibitorisk aktivitet er mindre enn ca 100 |iM for potensiell anvendelse til behandling av neoplasi.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16, ytterligere karakterisert ved• bestemmelse av hvorvidt forbindelsen vil indusere apoptose i en celle; og • utvelgelse av forbindelser som induserer apoptose.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved- utvelgelse av forbindelser hvor ICso-verdien for apoptoseaktivitet er mindre enn ca 100 uM.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 16, ytterligere karakterisert ved• bestemmelse av den COX-inhibitoriske aktivitet av forbindelsen; og - utvelgelse av forbindelser med COX-inhibitorisk aktivitet som er mindre enn PDE5-inhibitorisk aktivitet.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at den COX-inhibitoriske aktivitet av forbindelsen blir bestemt ved; • å bringe forbindelsen i kontakt med en cyklooksygenase; og • måling av forandringen, om noen, av cyklooksygenaseaktivitet hvori en nedsettelse av cyklooksygenaseaktivitet står i forhold til en nedsettelse av prostaglandinsyntetaseaktMet.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved atdenCOX-inhibitoriske aktivitet av forbindelsen blir bestemt ved; • å bringe forbindelsen i kontakt med en celle som utskiller PGE-2; og - å måle nedsettelsen, om noen, av PGE-2 utskilllingen fra cellen hvori en nedsettelse av PGE-2 utskillingen står i forhold til en nedsettelse av prostaglandinsyntetaseaktiviteten.

23. Fremgangsmåte for identifisering av én forbindelse med potensial for behandling av neoplasi, karakterisert ved at den omfatter: - å behandle neoplastiske celler med en forbindelse som skal vurderes, - bestemme den intracellulære mengden av cGMP i behandlede celler, - bestemme den intracellulære mengden av cAMP i behandlede celler, hvori en økning i ratioen av cGMP/cAMP i de behandlede celler sammenlignet med forholdet av cGMP/cAMP i ubehandlede neoplastiske celter indikerer at forbindelsen har et potensial for å behandle neoplasi.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved; - å behandle neoplastiske celler med en forbindelse som skal vurderes ved en konsentrasjon mellom ca 200 uM og 200 pM; • bestemmelse av den intracellulære mengde av cGMP i de behandlede celler; - bestemmelse av den intracellulære mengde av cAMP i de behandlede celler hvori en ca tre gangers eller høyere økning i forholdet av cGMP/cAMP i de behandlede celler sammenlignet med forholdet av cGMP/cAMP i ubehandlede neoplasiceller er en indikasjon, på at forbindelsen har potensiale for behandling av neoplasi.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved at en intracellulær mengde av cGMP i de behandlede celler høyere enn 500 fmol/mg protein er en indikasjon på at forbindelsen har potensiale for behandling av neoplasi.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved at en intracellulære mengde av cAMP i de behandlede celler mindre enn 4000 fmol/mg protein er en indikasjon på at forbindelsen har potensiale for behandling av neoplasi.