RU2197958C2 - Pure 3r-3′r-stereoisomer of zeaxanthin for treating yellow spot degeneration in people - Google Patents

Pure 3r-3′r-stereoisomer of zeaxanthin for treating yellow spot degeneration in people Download PDF

Info

Publication number
RU2197958C2
RU2197958C2 RU98110058/14A RU98110058A RU2197958C2 RU 2197958 C2 RU2197958 C2 RU 2197958C2 RU 98110058/14 A RU98110058/14 A RU 98110058/14A RU 98110058 A RU98110058 A RU 98110058A RU 2197958 C2 RU2197958 C2 RU 2197958C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zeaxanthin
cells
stereoisomer
macular degeneration
carotenoids
Prior art date
Application number
RU98110058/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98110058A (en
Inventor
Кевин М. ГАРНЕТТ (US)
Кевин М. ГАРНЕТТ
Деннис Л. ГИРХАРТ (US)
Деннис Л. ГИРХАРТ
Луис Х. ГУЕРРА-САНТОС (US)
Луис Х. ГУЕРРА-САНТОС
Original Assignee
Зи Вижн Ллс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/551,166 external-priority patent/US5854015A/en
Priority claimed from US08/551,153 external-priority patent/US5827652A/en
Application filed by Зи Вижн Ллс filed Critical Зи Вижн Ллс
Publication of RU98110058A publication Critical patent/RU98110058A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2197958C2 publication Critical patent/RU2197958C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/185Acids; Anhydrides, halides or salts thereof, e.g. sulfur acids, imidic, hydrazonic or hydroximic acids
    • A61K31/19Carboxylic acids, e.g. valproic acid
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/4841Filling excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/4866Organic macromolecular compounds
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L33/00Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof
    • A23L33/10Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof using additives
    • A23L33/105Plant extracts, their artificial duplicates or their derivatives
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/045Hydroxy compounds, e.g. alcohols; Salts thereof, e.g. alcoholates
    • A61K31/047Hydroxy compounds, e.g. alcohols; Salts thereof, e.g. alcoholates having two or more hydroxy groups, e.g. sorbitol
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/10Dispersions; Emulsions
    • A61K9/107Emulsions ; Emulsion preconcentrates; Micelles
    • A61K9/1075Microemulsions or submicron emulsions; Preconcentrates or solids thereof; Micelles, e.g. made of phospholipids or block copolymers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/4841Filling excipients; Inactive ingredients
    • A61K9/4858Organic compounds
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P27/00Drugs for disorders of the senses
    • A61P27/02Ophthalmic agents

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Coloring Foods And Improving Nutritive Qualities (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: medicine, ophthalmology. SUBSTANCE: it is suggested new medicinal product (and composition on its basis) and new food additive for treating yellow spot degeneration in people. The product is a pure 3R-3′R-stereoisomer of zeaxanthin. This product is more reliable in comparison to beta-carotene or the mixture of lutein and zeaxanthin to provide retinal tissue against phototoxic damage. The innovation expands the quantity of preparations of mentioned indication. EFFECT: higher efficiency. 21 cl, 9 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к биохимии, в частности к определенному изомеру желтого пигмента, называемому зеаксантином (сокращенно ZX). При введении людям в качестве лекарства или витамина этот пигмент может лечить или предотвращать заболевание, называемое дегенерацией желтого пятна, которое повреждает сетчатку и может приводить к слепоте. The invention relates to biochemistry, in particular to a specific isomer of a yellow pigment called zeaxanthin (abbreviated ZX). When administered to people as a medicine or vitamin, this pigment can treat or prevent a disease called macular degeneration, which damages the retina and can lead to blindness.

Сетчатка представляет собой ткань, которая выстилает заднюю стенку глазного яблока. Она имеет сложное строение и состоит из множества различных слоев. Она описана и проиллюстрирована во многих медицинских руководствах, такихкак Gittinger, 1988 и Vaughn и Asbury, 1992 (полный перечень ссылок приведен ниже в конце описания). The retina is a tissue that lines the back of the eyeball. It has a complex structure and consists of many different layers. It is described and illustrated in many medical manuals, such as Gittinger, 1988 and Vaughn and Asbury, 1992 (a full list of links is provided below at the end of the description).

В центре сетчатки у людей находится особая округлая область, имеющая диаметр приблизительно 1-1,5 мм и называемая желтым пятном. Желтое пятно имеет две характерные особенности, отличающие его от остальной части сетчатки. Во-первых, желтое пятно содержит относительно мало палочек; большая часть его фоторецепторов имеет форму колбочек (в ямке, расположенной в самом центре желтого пятна, палочки полностью отсутствуют). Во-вторых, желтое пятно имеет четко выраженный желтый цвет, который придают ему два пигмента, называемые лютеином и зеаксантином. Оба этих. пигмента отноятся к классу молекул, называемых "каротиноидами". Химия этих каротиноидных пигментов описана ниже, после краткого изложения особенностей дегенерации желтого пятна. In the center of the retina in humans, there is a special rounded region having a diameter of approximately 1-1.5 mm and called a yellow spot. The macula has two characteristic features that distinguish it from the rest of the retina. First, the macula contains relatively few sticks; most of its photoreceptors have the shape of cones (in the fossa located in the center of the macula, the rods are completely absent). Secondly, the yellow spot has a pronounced yellow color, which gives it two pigments called lutein and zeaxanthin. Both of these. pigments belong to a class of molecules called "carotenoids." The chemistry of these carotenoid pigments is described below, after a brief summary of macular degeneration features.

Дегенерация желтого пятна
Понятие "дегенерация желтого пятна" относится к любому состоянию, которое включает прогрессирующее повреждение клеток сетчатки или фоторецепторных колбочек в области желтого пятна в центре сетчатки. Оно описано и проиллюстрировано во многих публикациях и руководствах, таких как Taylor, 1993, Gittinger, 1988 и Vaughan и Asbury, 1992.
Macular degeneration
The term "macular degeneration" refers to any condition that includes progressive damage to retinal cells or photoreceptor cones in the macular region in the center of the retina. It is described and illustrated in many publications and manuals, such as Taylor, 1993, Gittinger, 1988, and Vaughan and Asbury, 1992.

Существует несколько типов дегенерации желтого пятна. Наиболее часто встречающийся тип называется "возрастной дегенерацией желтого пятна", обычно сокращенно называемой в англоязычной литературе AMD (или в некоторых публикациях ARMD). AMD может вызывать нарушение зрения в диапазоне от слабой потери зрения до полной слепоты. There are several types of macular degeneration. The most common type is called "age-related macular degeneration", commonly abbreviated as AMD (or in some ARMD publications). AMD can cause visual impairment ranging from low vision loss to complete blindness.

Существует две формы AMD, часто называемых "влажной" и "сухой" формами. При влажной форме происходит интенсивный рост капилляров и других кровеносных сосудов в сетчатке вплоть до того, что кровеносные сосуды нарушают и разрушают соответствующее строение слоев сетчатки. Хотя иногда эта форма AMD поддается лечению с использованием лазера, позволяющего закупоривать вновь образованные кровеносные сосуды, такое лечение может лишь замедлить на некоторое время рост кровеносных сосудов и обычно не может предотвратить со временем почти полную потерю зрения; влажная AMD почти всегда в приводит к полной или почти полной слепоте. Влажная форма встречается только у приблизительно 5-10% пациентов, страдающих от AMD. There are two forms of AMD, often called “wet” and “dry” forms. With a wet form, there is an intensive growth of capillaries and other blood vessels in the retina up to the fact that blood vessels disrupt and destroy the corresponding structure of the layers of the retina. Although this form of AMD can sometimes be treated using a laser to clog newly formed blood vessels, such treatment can only slow down the growth of blood vessels for a while and usually cannot prevent almost complete loss of vision over time; wet AMD almost always results in complete or almost complete blindness. The wet form is found only in approximately 5-10% of patients suffering from AMD.

Другая форма AMD называется "сухой" формой AMD. Поскольку она встречается по крайней мере в 90% всех случаев заболевания, ее часто называют просто AMD. Хотя эта форма AMD обычно не приводит к полной слепоте, она может привести к серьезному нарушению зрения пациента и к тому, что пациент оказывается неспособным читать или распознавать хорошо известные предметы или лица людей, например лица друзей или родственников. В этом случае болезнь часто приводит к функциональной слепоте, делая людей неспособными управлять автомобилем или уверенно совершать прогулки в общественных местах и неспособными вести нормальный активный образ жизни. Another form of AMD is called the "dry" form of AMD. Since it occurs in at least 90% of all cases, it is often referred to simply as AMD. Although this form of AMD usually does not lead to complete blindness, it can lead to serious impairment of the patient’s vision and to the fact that the patient is unable to read or recognize well-known objects or faces of people, such as faces of friends or relatives. In this case, the disease often leads to functional blindness, making people unable to drive a car or walk confidently in public places and unable to lead a normal active lifestyle.

Также известно несколько заболеваний, при которых в качестве симптома проявляется дегенерация желтого пятна, включая болезнь Старгарта, болезнь Беста, болезнь Баттона, синдром Шегрена-Ларссона, дистрофию колбочек-палочек и овечий восковидный липофусциноз. Ссылки на статьи, в которых описано каждое из этих заболеваний, приведены у Dorey и др., 1993. Кроме того, другие заболевания, которые обусловлены проблемами накопления в лизосомах (например, болезнь Тэя-Сакса), или прогрессивная дегенерация нервных клеток (например, болезнь Альцгеймера), также связаны с дегенерацией желтого пятна. Several diseases are also known in which macular degeneration is manifested as a symptom, including Stargart disease, Best disease, Button disease, Sjogren-Larsson syndrome, dystrophy of cone-rods, and ovoid waxy lipofuscinosis. References to articles describing each of these diseases are given by Dorey et al., 1993. In addition, other diseases that are caused by accumulation problems in lysosomes (eg, Thay-Sachs disease), or progressive degeneration of nerve cells (eg, Alzheimer's disease) are also associated with macular degeneration.

Многие из этих заболеваний имеют генетические составляющие, что доказывается наследственностью; были выделены несколько генов, вызывающих эти заболевания, и с помощью тестов, основанных на генетическом скрининге, можно установить, имеет ли пациент дефектный ген. Каждый человек, который имеет или вероятно может иметь такой ген, что устанавливается на основе генетического тестирования или семейного анамнеза, подвержен повышенному риску дегенерации желтого пятна. Many of these diseases have genetic components, which is proved by heredity; several genes causing these diseases have been isolated, and tests based on genetic screening can be used to determine if a patient has a defective gene. Every person who has, or is likely to have, such a gene that is established on the basis of genetic testing or family history, is at increased risk of macular degeneration.

В результате постепенного ухудшения зрения AMD причиняет сильные страдания. Это стоит миллиарды долларов каждый год, что выражается - как в виде потери производительности, так и в тяжелом бремени, которое ложится на членов семьи, страховые агентства, социальные службы и других, кто должен обеспечивать или помогать оплачивать медицинский уход и другие виды помощи людям, страдающим от слепоты или серьезного нарушения зрения. As a result of the gradual impairment of vision, AMD causes great suffering. It costs billions of dollars every year, which is expressed both in the form of loss of productivity, and in the heavy burden that rests with family members, insurance agencies, social services and others who must provide or help pay for medical care and other types of help to people, suffering from blindness or severe visual impairment.

В свете проблем, вызываемых AMD, ученые и врачи в течение десятилетий искали способы лечения или предотвращения слепоты и других нарушений зрения, вызванных дегенерацией желтого пятна. Однако несмотря на все эти усилия на протяжении более чем половины столетия, в настоящее время отсутствуют эффективные средства лечения. In light of the problems caused by AMD, scientists and doctors have been looking for decades to treat or prevent blindness and other visual impairment caused by macular degeneration. However, despite all these efforts for more than half a century, effective treatments are currently lacking.

Диагноз: друзы и липофусцин
Обычно дегенерацию желтого пятна выявляют с помощью специальных фотографий сетчатки. При проведении одной из диагностических процедур пациенту инъецируют флуоресцентное лекарство, после этого в течение некоторого промежутка времени лекарству дают проникнуть в кровеносную систему пациента и делают увеличенный фотографический снимок сетчатки, называмый ангиограммой. Затем фотографический снимок анализируют для определения наличия и концентрации какого-либо одного или обоих типов клеточного дебриса.
Diagnosis: Druze and lipofuscin
Typically, macular degeneration is detected using special retinal photographs. During one of the diagnostic procedures, the patient is injected with a fluorescent medicine, after which, for some period of time, the medicine is allowed to penetrate into the patient’s circulatory system and an enlarged photograph of the retina called an angiogram is taken. The photograph is then analyzed to determine the presence and concentration of any one or both types of cell debris.

Один тип клеточного дебриса, который известен и подвергался изучению в течение нескольких десятилетий, называется друзами. Он встречается в двух различных формах. Обычно в глазах любого человека старше 40 лет присутствует небольшое количество твердых друз (малых частиц диаметром менее 63 мкм). До тех пор, пока их количество не превышает нормальный уровень, наличие твердых друз не свидетельствует о повреждении сетчатки. One type of cell debris that has been known and studied for several decades is called Druze. It occurs in two different forms. Usually in the eyes of any person over 40 there is a small amount of solid drusen (small particles with a diameter of less than 63 microns). As long as their number does not exceed the normal level, the presence of solid drusen does not indicate damage to the retina.

В отличие от этого образование значительного количества больших мягких друз (также называемых влажными друзами) свидетельствует о том, что произошло или происходит существенное повреждение сетчатки, поскольку большие образования мягких друз могут разрушать и нарушать организацию слоев сетчатки и могут препятствовать получению клетками сетчатки нужного количества питательных веществ из крови. Пациент, сетчатка которого содержит значительное количество мягких друз, обычно относится к страдающим от дегенерации желтого пятна. In contrast, the formation of a significant amount of large soft drusen (also called wet drusen) indicates that significant retinal damage has occurred or is occurring, as large soft drusen formations can destroy and disrupt the organization of the retinal layers and can prevent retinal cells from receiving the right amount of nutrients from the blood. A patient whose retina contains a significant amount of soft drusen usually refers to those suffering from macular degeneration.

Другой тип дебриса сетчатки, который обычно присутствует у пациентов, страдающих от дегенерации желтого пятна, называется липофусцином. Корелляция между липофусцином и AMD стала очевидной лишь недавно (см., например, Weiter и др., и Dorey и др., 1993). Another type of retinal debris that is commonly present in patients suffering from macular degeneration is called lipofuscin. The correlation between lipofuscin and AMD has only recently become apparent (see, for example, Weiter et al., And Dorey et al., 1993).

Химия каротиноидов
"Каротиноиды" включают большой класс молекул; в природе было выявлено более 600 каротиноидов. Эти молекулы обладают несколькими характерными особенностями, которыми являются следующие.
Carotenoid chemistry
"Carotenoids" include a large class of molecules; in nature, more than 600 carotenoids have been identified. These molecules have several characteristic features, which are the following.

1. Каротиноиды образуются путем слияния молекул изопрена, содержащих 5 атомов углерода. Поскольку "строительный блок" содержит 5 атомов углерода, большинство каротиноидов содержит много блоков, состоящих из 5 атомов углерода. 1. Carotenoids are formed by the fusion of isoprene molecules containing 5 carbon atoms. Since the “building block” contains 5 carbon atoms, most carotenoids contain many blocks of 5 carbon atoms.

2. Каротиноиды имеют много ненасыщенных связей. Это позволяет им поглощать высокоэнергетические световые волны в голубой и близкой к ультрафиолетовой частях спектра. 2. Carotenoids have many unsaturated bonds. This allows them to absorb high-energy light waves in the blue and near-ultraviolet parts of the spectrum.

3. Поскольку каротиноиды поглощают волны с длиной волны, соответствующей голубой и близкой к ультрафиолетовой частям спектра, не поглощая более длинные волны в других областях спектра, обычно каротиноиды имеют желтый, оранжевый, коричневый или красный цвет. Название "каротиноид" произошло от слова морковь ("carrot"); первыми известными каротиноидами, которые были выявлены в качестве пигментов, являются таковые, которые придают моркови оранжевый цвет. Цвет, который каротиноиды придают раствору, может зависеть от различных факторов, в том числе от концентрации и присутствия других химических соединений. 3. Since carotenoids absorb waves with a wavelength corresponding to blue and close to the ultraviolet parts of the spectrum, without absorbing longer waves in other regions of the spectrum, usually carotenoids are yellow, orange, brown or red. The name "carotenoid" comes from the word carrot ("carrot"); the first known carotenoids that were identified as pigments are those that give carrots an orange color. The color that the carotenoids give to the solution may depend on various factors, including the concentration and presence of other chemical compounds.

4. Каротиноиды имеют "конъюгированные" двойные связи. Это означает, что двойные связи чередуются с простыми связями, поэтому каждый атом углерода в цепи связан двойной связью с одним другим атомом углерода, но ни один атом углерода не связан двойной связью с двумя другими атомами углерода. Такое расположение показано на фиг.1, где представлены строения β-каротина, ZX и лютеина. 4. Carotenoids have "conjugated" double bonds. This means that double bonds alternate with simple bonds, so each carbon atom in the chain is linked by a double bond to one other carbon atom, but not a single carbon atom is linked by a double bond to two other carbon atoms. This arrangement is shown in figure 1, which presents the structure of β-carotene, ZX and lutein.

Различные каротиноиды имеют различные уровни конъюгации, а более высоко конъюгированные молекулы в целом обеспечивают лучшую защиту от "фототоксичного" повреждения высокоэнергетичным световым излучением. Например, в трех каротиноидах, представленных на фиг.1, вся часть прямой цепи конъюгирована попеременно с помощью двойных и простых связей. В β-каротине и ZX конъюгация простирается до первых связей на обоих концевых кольцах. В противоположность этому лютеин имеет меньший уровень конъюгации, поскольку двойная связь в одном из его концевых колец не расположена таким образом, чтобы обеспечить полную конъюгацию. Единственное различие между ZX и лютеином заключается в расположении двойной связи в одном (а не в обоих) из концевых колец. Different carotenoids have different levels of conjugation, and more highly conjugated molecules generally provide better protection against "phototoxic" damage by high-energy light radiation. For example, in the three carotenoids shown in FIG. 1, the entire part of the straight chain is alternately conjugated by double and single bonds. In β-carotene and ZX, conjugation extends to the first bonds on both end rings. In contrast, lutein has a lower level of conjugation, since the double bond in one of its end rings is not located in such a way as to ensure complete conjugation. The only difference between ZX and lutein is the arrangement of the double bond in one (and not both) of the end rings.

Поскольку каротиноиды создаются и подвергаются селекции (путем эволюции) таким образом, чтобы поглощать потенциально вредную энергию голубого и близкого к ультрафиолетовому света, в природных условиях они используются в качестве защитных пигментов. Их обнаруживают в больших количествах в растениях, поскольку одна из основных функций растений состоит в максимально возможном поглощении солнечного света, минимизируя при этом повреждение клеток голубым, ультрафиолетовым и близким к ультрафиолетовому излучением. Повреждение ультрафиолетовым излучением растений представляет собой важную проблему и каротиноиды помогают минимизировать такое повреждение. Since carotenoids are created and selected (by evolution) in such a way as to absorb the potentially harmful energy of blue and close to ultraviolet light, in natural conditions they are used as protective pigments. They are found in large quantities in plants, since one of the main functions of plants is to absorb sunlight as much as possible, while minimizing damage to cells by blue, ultraviolet and close to ultraviolet radiation. Damage by ultraviolet radiation to plants is an important problem and carotenoids help minimize such damage.

Поскольку каротиноиды хорошо приспособлены для защиты от фототоксичного повреждения, животные также приобрели определенные способности (в процессе эволюции) использовать каротиноиды в качестве светозащитных пигментов. Животные не могут синтезировать каротиноиды в своих организмах, поэтому они должны поглощать каротиноиды (или предшественников каротиноидов) из растительных источников. Одним из примеров является β-каротин; млекопитающие должны получать его из растений или из пищи. Попав в организм млекопитающего, β-каротин превращается в другие молекулярные формы, в том числе в витамин А (ретинол), который образуется в результате расщепления β-каротина на две половины. Since carotenoids are well adapted to protect against phototoxic damage, animals have also acquired certain abilities (during evolution) to use carotenoids as light-protective pigments. Animals cannot synthesize carotenoids in their organisms, so they must absorb carotenoids (or carotenoid precursors) from plant sources. One example is β-carotene; mammals should get it from plants or from food. Once in the body of a mammal, β-carotene is converted into other molecular forms, including vitamin A (retinol), which is formed by the splitting of β-carotene into two halves.

Каротиноиды разделяют на два основных класса: каротины и ксантофиллы. Каротины не содержат атомов кислорода и представляют собой истинные углеводороды, состоящие только из углерода и водорода. В отличие от этого ксантофиллы (такиекак ZX и лютеин) содержат также и кислород. Carotenoids are divided into two main classes: carotenes and xanthophylls. Carotenes do not contain oxygen atoms and are true hydrocarbons consisting only of carbon and hydrogen. In contrast, xanthophylls (such as ZX and lutein) also contain oxygen.

На фиг. 1 показана нумерация атомов углерода в левом и правом концевых кольцах ZX. Атомам углерода в левом концевом кольце принято присваивать номера от 1 до 6, а в правом концевом кольце им присваивают номера "со штрихом", например, 3'-атом углерода (читается "три штрих"). Поскольку ZX полностью симметричен по отношению к левому и правому концам, понятия "левый" и "правый" являются чисто условными и служат для упрощения описания. Однако следует отметить, что лютеин не является симметричным; положение двойной связи в "левом" кольце не такое жекак положение двойной связи в "правом" кольце. In FIG. 1 shows the numbering of carbon atoms in the left and right end rings ZX. It is customary to assign carbon atoms in the left end ring from 1 to 6, and in the right end ring they are assigned numbers “with a stroke”, for example, a 3'-carbon atom (read “three strokes”). Since ZX is completely symmetrical with respect to the left and right ends, the concepts of “left” and “right” are purely conditional and serve to simplify the description. However, it should be noted that lutein is not symmetrical; the position of the double bond in the "left" ring is not the same as the position of the double bond in the "right" ring.

Поскольку ZX образуется путем добавления в структуре β-каротина двух гидроксильных групп к атомам углерода в положении 3 на обоих концах, то он имеет химическое название 3,3'-дигидрокси-β-β-каротин; некоторые химики называют его каротиндиолом. Этой молекуле было дано название "зеаксантин", потому что первоначально она была идентифицирована как пигмент, который придает кукурузе ее желтый цвет, а научное название кукурузы Zea mays. Since ZX is formed by adding two hydroxyl groups to the carbon atoms in position 3 at both ends in the structure of β-carotene, it has the chemical name 3,3'-dihydroxy-β-β-carotene; some chemists call it carotindiol. This molecule was given the name zeaxanthin because it was originally identified as the pigment that gives the corn its yellow color, and the scientific name of the corn is Zea mays.

Как было отмечено выше, в природе было выявлено более 600 каротиноидов. Несколько десятков имеют важное биохимическое и коммерческое значение. Для настоящего изобретения особенно важны ZX и лютеин, поскольку они присутствуют в сетчатках млекопитающих и большинства других животных. As noted above, more than 600 carotenoids have been identified in nature. Several tens have important biochemical and commercial value. ZX and lutein are especially important for the present invention, as they are present in the retinas of mammals and most other animals.

Лютеин является коммерчески важным, поскольку его широко используют в качестве кормовой добавки (в виде растительных экстрактов, в основном на основе календулы) для цыплят, что придает их коже и яичному желтку более желтую окраску, которая привлекает продавцов и потребителей. Lutein is commercially important because it is widely used as a feed additive (in the form of plant extracts, mainly based on calendula) for chickens, which gives their skin and egg yolk a more yellow color, which attracts sellers and consumers.

ZX может оказывать такой же эффект, и он является более сильным в сравнении с лютеином, однако источники ZX слишком дороги для применения в кормах для домашней птицы. Патенты США 5308759 и 5427783 (на имя Gierhart, переуступленные Applied Food Biotechnology, Inc., той же самой компании, которая является правопреемником и заявителем по настоящей заявке) были направлены на решение проблемы, состоящей в том, что ZX является слишком дорогим для применения в кормах для животных. Эти патенты связаны с применением бактерий для производства ZX в промышленных количествах, чтобы его можно было добавлять в корм для домашней птицы и рыбы. ZX can have the same effect and is stronger than lutein, but ZX sources are too expensive to use in poultry feeds. US patents 5308759 and 5427783 (addressed to Gierhart, assigned to Applied Food Biotechnology, Inc., of the same company, which is the assignee and applicant of this application) were aimed at solving the problem that ZX is too expensive to apply in feed for animals. These patents relate to the use of bacteria for the production of ZX in industrial quantities so that it can be added to feed for poultry and fish.

Кроме растений, некоторые каротиноиды синтезируются определенными бактериями. Эволюция этих бактерий происходила в местах, подверженных прямому солнечному свету, и их каротиноиды выполняют ту же самую светозащитную функцию, что и в растениях. Публикации, в которых описаны каротиноиды из бактерий, включают McDermott и др., 1972, патент США 5429939 (Misawa и др., 1995) и другие статьи, указанные в этих ссылках. In addition to plants, some carotenoids are synthesized by certain bacteria. The evolution of these bacteria occurred in places exposed to direct sunlight, and their carotenoids perform the same light-protective function as in plants. Publications that describe carotenoids from bacteria include McDermott et al., 1972, US patent 5429939 (Misawa et al., 1995) and other articles referenced therein.

В патенте США 5429939 (Misawa и др., 1995) перечислены последовательности ДНК большого количества генов, которые кодируют ферменты, участвующие в биосинтезе различных каротиноидов, включая ZX. Также описана роль каждого из основных генов (включающих crtE, crtB, crtI, crtY и crtZ) в создании ZX. Клетки, которые содержат плазмиды, несущие эти гены, были депонированы в Американской коллекции типовых культур (такиекак Erwinia uredovora. ATCC 19321, и Erwinia herbicola. ATCC 39368) и в Fermentation Research Institute в Японии (например, E.coli FERM BP 2377). US Pat. No. 5,429,939 (Misawa et al., 1995) lists the DNA sequences of a large number of genes that encode enzymes involved in the biosynthesis of various carotenoids, including ZX. The role of each of the major genes (including crtE, crtB, crtI, crtY, and crtZ) in the creation of ZX is also described. Cells that contain plasmids carrying these genes were deposited with the American Type Culture Collection (such as Erwinia uredovora. ATCC 19321, and Erwinia herbicola. ATCC 39368) and the Fermentation Research Institute in Japan (e.g., E. coli FERM BP 2377).

Стереохимия и изомеры зеаксантина
Важными понятиями в химии каротиноидов являются "стереохимия" и "стереоизомеры". Они объясняются в любом учебнике по органической химии.
Stereochemistry and isomers of zeaxanthin
Important concepts in carotenoid chemistry are “stereochemistry” and “stereoisomers”. They are explained in any textbook on organic chemistry.

Если органическая молекула имеет атом углерода, к которому присоединены четыре различных типа атомов или молекулярных групп, то такой атом углерода называется "хиральным" атомом углерода. If an organic molecule has a carbon atom to which four different types of atoms or molecular groups are attached, then such a carbon atom is called a "chiral" carbon atom.

Если в органической молекуле присутствует хиральный атом углерода, то четыре различные группы, которые присоединены к такому хиральному атому углерода, могут быть расположены по любой из двух схем. Эти две различные схемы называются стереоизомерами. Один из этих стереоизомеров будет поворачивать плоскость поляризации света "по часовой стрелке", а другой стереоизомер будет поворачивать плоскость поляризации света "против часовой стрелки". Изомер, который вызывает вращение по часовой стрелке, называется R-стереоизомером (он также называется D-стереоизомером). Изомер, который вызывает вращение против часовой стрелке, называется S-стереоизомером (он также называется L-стереоизомером). If a chiral carbon atom is present in an organic molecule, then four different groups that are attached to such a chiral carbon atom can be arranged in either of two ways. These two different schemes are called stereoisomers. One of these stereoisomers will rotate the plane of polarization of light “clockwise”, and the other stereoisomer will rotate the plane of polarization of light “counterclockwise”. The isomer that causes clockwise rotation is called the R-stereoisomer (it is also called the D-stereoisomer). An isomer that causes counterclockwise rotation is called the S-stereoisomer (it is also called the L-stereoisomer).

Поскольку оба атома углерода в положении 3 и 3' в ZX являются хиральными, существует четыре возможных стереоизомера. В 3R-3'R-изомере оба атома углерода в положении 3 и 3' имеют R-конфигурацию. В 3S-3'S-изомере оба атома углерода в положении 3 и 3' имеют L-конфигурацию. Для удобства эти два стереоизомера в настоящем описании называются R-R-изомером и S-S-изомером. Since both carbon atoms at position 3 and 3 'in ZX are chiral, there are four possible stereoisomers. In the 3R-3'R isomer, both carbon atoms at position 3 and 3 'have an R configuration. In the 3S-3'S isomer, both carbon atoms at position 3 and 3 'have an L configuration. For convenience, these two stereoisomers are referred to herein as the R-R isomer and the S-S isomer.

Третий и четвертый изомеры представляют собой "смешанные" или "мезо-" (один R- и один S-) изомеры: 3R-3'S-изомер и 3S-3'R-изомер. Поскольку ZX полностью симметричен относительно своей середины, эти два изомера идентичны во всех отношениях; если 3R-3'S-изомер нарисовать на листе бумаги, то, поворачивая лист бумаги, его можно превратить в 3S-3'R-изомер. Фактически простой "мезо"-изомер состоит как из S-R-, так и из R-S-изомеров. The third and fourth isomers are “mixed” or “meso” (one R- and one S-) isomers: the 3R-3′S-isomer and the 3S-3′R-isomer. Since ZX is completely symmetrical about its middle, the two isomers are identical in every respect; if you draw a 3R-3'S-isomer on a piece of paper, then by turning a piece of paper, you can turn it into a 3S-3'R-isomer. In fact, the simple "meso" isomer consists of both S-R and R-S isomers.

Если для получения ZX используются стандартные методы химического синтеза, то содержание каждого из четырех возможных изомеров будет составлять приблизительно 25% от общего количества. Однако поскольку S-R- и R-S-изомеры в действительности идентичны, их "мезо"-изомер будет составлять 50% от общего количества, тогда как на долю каждого из R-R- и S-S-изомеров будет приходиться приблизительно по 25%. Смесь всех трех стереоизомеров называют "рацемической" смесью. If standard chemical synthesis methods are used to obtain ZX, the content of each of the four possible isomers will be approximately 25% of the total. However, since the S-R and R-S isomers are actually identical, their "meso" isomer will be 50% of the total, while each of the R-R and S-S isomers will account for approximately 25%. A mixture of all three stereoisomers is called a "racemic" mixture.

Однако специфичность каротиноидов по отношению к клетке и ферменту в ткани сетчатки является настолько точной, что различные изомеры или стереоизомеры не являются взаимозаменяемыми. Лютеин и ZX воспринимаются клетками сетчатки как абсолютно разные и различные молекулы несмотря на то, что по обычной химической терминологии они могут рассматриваться как изомеры друг друга (поскольку они имеют одинаковое количество атомов углерода, водорода и кислорода). However, the specificity of carotenoids with respect to the cell and the enzyme in the retinal tissue is so precise that the various isomers or stereoisomers are not interchangeable. Lutein and ZX are perceived by retinal cells as completely different and different molecules, despite the fact that, in conventional chemical terminology, they can be considered as isomers of each other (since they have the same number of carbon, hydrogen and oxygen atoms).

Вследствие наличия биологических факторов единственными изомерами, которые рассматриваются в настоящем описании, являются стереоизомеры. Любая ссылка в настоящем описании на "изомер" зеаксантина относится к конкретному стереоизомеру ZX и не включает лютеин. Лютеин и ZX рассматриваются как абсолютно различные каротиноиды. Due to the presence of biological factors, the only isomers that are contemplated herein are stereoisomers. Any reference in the present description to the "isomer" of zeaxanthin refers to a particular stereoisomer ZX and does not include lutein. Lutein and ZX are regarded as completely different carotenoids.

Стереоизомерные различия каротиноидов, которые могут показаться малыми, едва различимыми и незначительными, фактически оказываются исключительно важными, если это касается ткани сетчатки. По-видимому, единственным стереоизомером ZX, который соответствующим образом воспринимается и используется клетками сетчатки человека, является R-R-изомер (3R-3'R-стереоизомер). The stereoisomeric differences in carotenoids, which may appear small, barely distinguishable and insignificant, are actually extremely important when it comes to retinal tissue. Apparently, the only stereoisomer of ZX that is appropriately perceived and used by human retinal cells is the R-R isomer (3R-3'R stereoisomer).

В литературе имеются сообщения, что в ткани сетчатки были обнаружены следовые количества мезо-изомера (R-S-изомера) ZX. Однако эти следовые количества, по-видимому, обусловлены определенными молекулярными превращениями, которые могут происходить спонтанно в некоторых условиях, приводя к образованию мезо-зеаксантина из предшественников лютеина (Bone и др., 1993 и 1994). There are reports in the literature that trace amounts of the meso-isomer (R-S-isomer) ZX have been detected in retinal tissue. However, these trace amounts are apparently due to certain molecular transformations that can occur spontaneously under certain conditions, leading to the formation of mesozeaxanthin from lutein precursors (Bone et al., 1993 and 1994).

В лабораторных условиях стереоизомеры ZX могут быть отделены друг от друга с использованием таких методов, как хиральная хроматография на колонках (Bone и др., 1993) или анализ кругового дихроизма (Britton, 1994). Under laboratory conditions, ZX stereoisomers can be separated from each other using methods such as chiral column chromatography (Bone et al., 1993) or circular dichroism analysis (Britton, 1994).

Зеаксантин и лютеин в желтом пятне
К 1970 году роль каротиноидов в защите растений от фототоксичного повреждения была хорошо известна. Было также известно, что каротиноиды присутствуют в ткани животных и что все каротиноиды, присутствующие в организме животных, имеют происхождение из растений, поскольку животные не могут синтезировать каротиноиды. На основе этой информации в различных публикациях отмечалось сходство между каротиноидами в организме животных и в растениях и был сделан вывод о том, что каротиноиды защищают животных от фототоксичного повреждения.
Zeaxanthin and Lutein in the macula
By 1970, the role of carotenoids in protecting plants from phototoxic damage was well known. It was also known that carotenoids are present in animal tissue and that all carotenoids present in animals are from plants because animals cannot synthesize carotenoids. Based on this information, various publications noted the similarity between carotenoids in animals and plants and concluded that carotenoids protect animals from phototoxic damage.

После того, как была установлена фотозащитная роль каротиноидов у животных, началось изучение химии и роли каротиноидов в сетчатке. В одной серии экспериментов проводили тесты, в которых животным давали корм, не содержавший никаких каротиноидов и приготовленный из зерен или семян, не содержащих никаких каротиноидов (таких, как семена проса). Результаты показали, что в сетчатке лабораторных животных, лишенных каротиноидов, не образовывались области желтого пятна, а эти сетчатки имели аномально высокие уровни мягких друз, что свидетельствовало о повреждении сетчатки (Malinow и др., 1980, Kirschfeld, 1982, Наm и др., 1984 и Snodderly и др., 1984). В свете этих открытий было высказано предположение, что каротиноиды, по-видимому, имеют существенное значение для здоровой сетчатки. Было получено подтверждение на молекулярном уровне старой истины, что морковь и зеленые овощи полезны для глаз. Однако до настоящего времени не известно, должны ли желтые пигменты в сетчатке быть получены с пищей в окончательной форме, или они могут быть синтезированы в организме животных из других предшественников, таких как β-каротин или ликопен. After the photoprotective role of carotenoids in animals was established, the study of the chemistry and role of carotenoids in the retina began. In one series of experiments, tests were performed in which animals were given food that did not contain any carotenoids and prepared from grains or seeds that did not contain any carotenoids (such as millet seeds). The results showed that no macula was formed in the retina of laboratory animals lacking carotenoids, and these retinas had abnormally high levels of soft drusen, indicating retinal damage (Malinow et al., 1980, Kirschfeld, 1982, Nam et al., 1984 and Snodderly et al. 1984). In light of these findings, it has been suggested that carotenoids appear to be essential for a healthy retina. Molecular confirmation has been obtained of the old truth that carrots and green vegetables are good for the eyes. However, it is still not known whether the yellow pigments in the retina should be obtained with food in their final form, or whether they can be synthesized in animals from other precursors, such as β-carotene or lycopene.

Лютеин был идентифицирован в 1949 г. в качестве одного из желтых пигментов желтого пятна (Wald, 1949). ZX идентифицировали в качестве другого пигмента желтого пятна лишь спустя много лет (Bone и др., 1985). Публикации, в которых обобщены известные знания о пигментах желтого пятна к середине или к концу 80-х годов, включают Handelman и Dratz, 1986, Werner и др., 1987, Pease и др., 1987, Haegerstrom-Portnoy, 1988, и Handelman и др., 1988. Кроме того, согласно этим публикациям было установлено, что ZX (который является полностью конъюгированным, а следовательно, обеспечивает несколько более лучшую защиту от повреждения, вызванного световым излучением, чем лютеин) является доминирующим пигментом в ямке, малой области в самом центре желтого пятна. Количество ZX постепенно уменьшается, а количество лютеина увеличивается по мере удаления в радиальном направлении от ямки к внешним краям желтого пятна, поэтому на внешней периферии желтого пятна лютеин является доминирующим желтым пигментом. К более современным публикациям, которые посвящены различным аспектам старения и повреждения сетчатки и в которых специально обсуждается роль каротиноидов как защитных агентов в сетчатке, относятся работы Sperduto и др., 1990, Gerster, 1991, Schalch, 1992 и Seddon и др., 1994. Lutein was identified in 1949 as one of the yellow macula pigments (Wald, 1949). ZX was identified as another macular pigment only many years later (Bone et al., 1985). Publications that summarize known knowledge of yellow spot pigments by the mid or late 80s include Handelman and Dratz, 1986, Werner et al., 1987, Pease et al., 1987, Haegerstrom-Portnoy, 1988, and Handelman et al., 1988. In addition, according to these publications, it was found that ZX (which is fully conjugated, and therefore provides slightly better protection against damage caused by light radiation than lutein) is the dominant pigment in the fossa, a small area in the very center of the macula. The amount of ZX gradually decreases, and the amount of lutein increases as the radial distance from the fossa to the outer edges of the macula increases, so lutein is the dominant yellow pigment on the outer periphery of the macula. More recent publications that address various aspects of retinal aging and damage and which specifically discuss the role of carotenoids as protective agents in the retina include Sperduto et al., 1990, Gerster, 1991, Schalch, 1992 and Seddon et al., 1994.

В целом уже на протяжении более 10 лет известно, что лютеин и ZX представляют собой два пигмента, присутствующие в желтом пятне, и более десяти лет в научной среде обсуждается вопрос о том, что эти пигменты могут способствовать защите желтого пятна от фототоксичного повреждения. In general, for more than 10 years it has been known that lutein and ZX are two pigments present in the macula, and for more than ten years, the scientific community has been debating that these pigments can help protect the macula from phototoxic damage.

Однако несмотря на то, что эти открытия были сделаны, а гипотезы высказаны более 10 лет назад, до настоящего времени не разработано ни одного типа лекарства, пищевой добавки или добавки к пищевому рациону или другой формы лечения, которые оказались бы эффективными для действенного предупреждения или замедления (не говоря уже о реверсии) постепенного развития дегенерации желтого пятна. However, despite the fact that these discoveries were made and hypotheses were made more than 10 years ago, no type of medicine, food supplement or food supplement or other form of treatment has been developed to date that would be effective in effectively preventing or slowing down (not to mention reversion) the gradual development of macular degeneration.

Предыдущая фраза требует некоторого уточнения, поскольку известно, что и β-каротин, и витамин А, и витамин Е могут оказывать некоторое благоприятное воздействие, способствуя защите ткани сетчатки (см., например, патент США 5310764, Baranowitz и др., 1994 и две статьи Eye Disease Case Control Study Group, указанные ниже). В этих патентах и статьях говорится, соответственно предполагается, что и β-каротин, и витамин А, и витамин Е могут оказывать заметное действие в отношении предупреждения или уменьшения повреждения, связанного с дегенерацией желтого пятна. The preceding phrase requires some clarification, since it is known that β-carotene, and vitamin A, and vitamin E can have some beneficial effect, contributing to the protection of retinal tissue (see, for example, US patent 5310764, Baranowitz et al., 1994 and two Eye Disease Case Control Study Group articles listed below). These patents and articles state, respectively, that both β-carotene, and vitamin A, and vitamin E can have a significant effect in preventing or reducing damage associated with macular degeneration.

Такие утверждения могут быть правильными, принимая во внимание общую антиоксидантную роль каротиноидов, витамина А и витамина Е. Однако, к сожалению, также верно и то, что полезное воздействие, оказываемое β-каротином, витамином А и витамином Е на сетчатку, является очень ограниченным и не достигает уровня, соответствующего эффективному лечению. Во всех практических ситуациях дегенерацию желтого пятна нельзя предотвратить, остановить и обратить. Любые антиоксиданты широкого спектра (такие, как β-каротин, витамин А и витамин Е) являются лишь паллиативными средствами. Поскольку в распоряжении не имелось действительно эффективного лекарства, применяли эти витамины (с очень органиченным и неудовлетворительным успехом), чтобы попытаться замедлить неизбежное повреждение, вызываемое дегенерацией желтого пятна. Such statements may be correct, given the general antioxidant role of carotenoids, vitamin A, and vitamin E. However, unfortunately, it is also true that the beneficial effects of β-carotene, vitamin A, and vitamin E on the retina are very limited. and does not reach the level corresponding to effective treatment. In all practical situations, macular degeneration cannot be prevented, stopped, and reversed. Any broad-spectrum antioxidants (such as β-carotene, vitamin A and vitamin E) are only palliative agents. Since there was no truly effective medicine available, these vitamins (with very limited and unsatisfactory success) were used to try to slow down the inevitable damage caused by macular degeneration.

В соответствии с известным уровнем техники следует также отметить, что многие магазины продают каротиноидные препараты с маркировкой, указывающей, что они полезны для глаз и зрения. Такая маркировка на каротиноидных смесях может быть допустимой, поскольку (как указано выше) известно, что β-каротин и витамин А в целом полезны в качестве общих антиоксидантов. Однако ни одна из имеющихся в продаже каротиноидных смесей не содержит ZX в количествах, больших, чем исключительно малые "следовые" количества. Огромное большинство каротиноидов в каротиноидных смесях, имеющихся в продаже, являются каротиноидами не зеаксантинового типа (в основном β-каротин и витамин А). In accordance with the prior art, it should also be noted that many stores sell carotenoid preparations with labels indicating that they are useful for the eyes and eyesight. Such labeling on carotenoid mixtures may be acceptable since (as indicated above) it is known that β-carotene and vitamin A are generally useful as common antioxidants. However, none of the commercially available carotenoid mixtures contains ZX in quantities greater than the exceptionally small "trace" amounts. The vast majority of carotenoids in commercially available carotenoid mixtures are non-zeaxanthin-type carotenoids (mainly β-carotene and vitamin A).

Пристального внимания также заслуживают позиция и исследовательские цели некоторых важных правительственных агентств и исследовательских консорциумов. В Соединенных Штатах Америки Национальными институтами здоровья (National Institutes of Health) (действующими через Национальный институт глаза (National Eye Institute (NEI)) и Национальный консультативный совет по глазу (National Advisory Eye Council) недавно были опубликованы два отчета, озаглавленные "Vision Research: A National Plan 1994-1998", NIH Publication 93-3186 (1994) (см. , в частности, стр.55-65), и "Age related eye disease study", NIH Publication 93-2910 (1993). В обеих публикациях и описанных в них исследованиях внимание сконцентрировано на β-каротине (а не на ZX) в качестве соединения, которому отдается наибольшее предпочтение при лечении AMD. По сведениям, которыми располагает заявитель, после обсуждения вопроса с официальными лицами из NEI, ни NEI, ни какая-либо другая организация, связанная с Национальными институтами здоровья, не желает финансировать или не финансировала в недавнем времени какие-либо исследования зеаксантина как потенциального лекарства для AMD. Вместо этого NIH и другие государственные организации ассигнуют миллионы долларов на проведение исследований β-каротина как наиболее многообещающего потенциального агента для лечения или предупреждения AMD. Close attention also deserves the position and research goals of some important government agencies and research consortia. In the United States, the National Institutes of Health (through the National Eye Institute (NEI)) and the National Advisory Eye Council recently published two reports entitled "Vision Research: A National Plan 1994-1998 ", NIH Publication 93-3186 (1994) (see, in particular, pages 55-65), and" Age related eye disease study ", NIH Publication 93-2910 (1993). In both publications and studies described therein focus on β-carotene (rather than ZX) as the compound most preferred for AMD: According to the information available to the applicant, after discussing the matter with officials from NEI, neither NEI nor any other organization affiliated with the National Institutes of Health is willing to or has not recently financed any studies of zeaxanthin as Potential Drug for AMD: Instead, NIH and other government agencies have allocated millions of dollars to research β-carotene as the most promising potential agent for treating or preventing AMD.

Другие видные исследователи, которые заслуживают особого внимания, входят в организацию "Eye Disease Case Control Study Group". Эта группа недавно опубликовала две статьи, озаглавленные "Antioxidant status and neovascular age-related macular degeneration", Arch. Ophtalmol., 11:104-109 (1993), и "Risk factors for neovascular age-related macular degeneration", Arch. Ophtalmol., 10:1701-1708 (1992). Как и в официальных отчетах NIH, ни в одной из этих статей не обсуждается и не предлагается использование зеаксантина в качестве лекарства для лечения AMD, и этот консорциум также прекратил или отказался финансировать какие-либо исследования ZX в качестве потенциального агента для лечения или предупреждения AMD. Other prominent researchers who deserve special attention are members of the Eye Disease Case Control Study Group. This group recently published two articles entitled "Antioxidant status and neovascular age-related macular degeneration", Arch. Ophtalmol., 11: 104-109 (1993), and "Risk factors for neovascular age-related macular degeneration", Arch. Ophtalmol., 10: 1701-1708 (1992). Like the official NIH reports, none of these articles discuss or suggest the use of zeaxanthin as a medicine for AMD, and this consortium has also stopped or refused to fund any ZX studies as a potential agent for treating or preventing AMD.

Следует также отметить, что каротиноиды представляют большой интерес для лечения или предупреждения рака (начиная с работ Peto и др., 1981) и для предупреждения образования холестерина и уменьшения отложений бляшек в артериях (Jialal и др., 1991). Имеется огромное количество научной литературы, где исследуются различные виды активности каротиноидов, и существует большой интерес в разработке способов химического синтеза каротиноидов, включая лютеин и ZX. Однако несмотря на все исследования в области каротиноидов и усилия по разработке синтеза, сделанные в последние десятилетия, до сих пор не было опубликовано ни одного эффективного способа лечения или предупреждения дегенерации желтого пятна. Принимая во внимание огромные расходы и страдания, причиняемые людям и обществу заболеванием, связанным с дегенерацией желтого пятна, его следует признать огромной проблемой, которая требует своего решения. It should also be noted that carotenoids are of great interest for the treatment or prevention of cancer (starting with Peto et al., 1981) and for preventing the formation of cholesterol and reducing plaque deposits in arteries (Jialal et al., 1991). There is a huge amount of scientific literature that studies various types of carotenoid activity, and there is great interest in the development of methods for the chemical synthesis of carotenoids, including lutein and ZX. However, despite all the research in the field of carotenoids and the efforts to develop synthesis made in recent decades, not a single effective method of treating or preventing macular degeneration has been published. Given the enormous costs and suffering caused to people and society by a disease associated with macular degeneration, it should be recognized as a huge problem that needs to be addressed.

Следовательно, настоящее изобретение позволяет сделать существенный шаг вперед в создании как (1) безопасного и эффективного лекарства для лечения пациентов, у которых была диагностирована дегенерация желтого пятна, так и (2) пищевой добавки типа пилюль с витаминами, которые могут приниматься каждым человеком, желающим снизить риск дегенерации желтого пятна по достижении или при превышении среднего возраста. Therefore, the present invention allows a significant step forward in the creation of both (1) a safe and effective medication for treating patients who have been diagnosed with macular degeneration, and (2) a dietary supplement such as pills with vitamins that can be taken by every person who wants to reduce the risk of macular degeneration when reaching or exceeding middle age.

Синтез лютеина и зеаксантина: прототипы
В различных работах, относящихся к уровню техники, описаны способы получения ZX. Эти работы могут быть сгруппированы в две категории: ферментативные способы, в которых микробы играют ключевую роль в процессе производства, и неферментативные способы синтеза, в которых используются чисто химические реакции. В большинстве таких работ предполагается, что ZX должен использоваться для известных целей, например, в виде кормовых добавок для домашней птицы или рыбы с целью придать более темный цвет мясу и сделать его более привлекательным. Очевидно, что ни один из этих способов не привел к производству или продаже ZX в промышленных количествах.
Synthesis of Lutein and Zeaxanthin: Prototypes
Various works related to the prior art describe methods for producing ZX. These works can be grouped into two categories: enzymatic methods in which microbes play a key role in the production process, and non-enzymatic synthesis methods that use purely chemical reactions. In most of these works, it is assumed that ZX should be used for known purposes, for example, in the form of feed additives for poultry or fish in order to darken the meat and make it more attractive. Obviously, none of these methods led to the production or sale of ZX in industrial quantities.

Еще в октябре 1995 г. единственный способ приобретения ZX либо в очищенной форме, либо в полуконцентрированной форме, где ZX составляет более приблизительно 5 мас.%, заключался в приобретении миллиграммных количеств ZX у специализированных химических компаний, таких как Atomergic Chemicals Corporation (Farmingdale, NY) или Spectrum Chemical Manufacturing Company (Gardena, CA). В 1995 г. цены у этих специализированных производителей на очищенный ZX в виде синтезированных рацемических смесей, содержащих нежелательные S-S- и S-R-изомеры, составляли от 90$ до 125$ за миллиграмм. Это соответствует приблизительно 100000$ (в долларах США) за грамм ZX в виде рацемической смеси. Очевидно, что такие препараты потенциально не обладают реальной возможностью для их использования в качестве лекарств или пищевых добавок как вследствие их стоимости, так и вследствие того, что они содержат большие количества нежелательных и возможно опасных S-S- и мезо-изомеров. До настоящего изобретения очищенный или полуочищенный R-R-зеаксантин просто не был доступен в любом его виде. Back in October 1995, the only way to purchase ZX either in purified form or in semi-concentrated form, where ZX was more than about 5 wt%, was to purchase milligram quantities of ZX from specialized chemical companies such as Atomergic Chemicals Corporation (Farmingdale, NY ) or Spectrum Chemical Manufacturing Company (Gardena, CA). In 1995, the prices of these specialized manufacturers for purified ZX in the form of synthesized racemic mixtures containing undesirable S-S and S-R isomers ranged from $ 90 to $ 125 per milligram. This corresponds to approximately $ 100,000 (in US dollars) per gram of ZX as a racemic mixture. Obviously, such preparations potentially do not have a real possibility for their use as drugs or food additives, both because of their cost and because they contain large quantities of undesirable and possibly dangerous S-S and meso isomers. Prior to the present invention, purified or semi-purified R-R-zeaxanthin was simply not available in any form.

Среди известных публикаций, в которых описано получение ZX с использованием микробной ферментации, следует назвать следующие:
(1) Courington и Goodwin, 1955, наиболее раннюю известную работу, в которой описано получение ZX с помощью бактерий из рода Flavobacter.
Among the well-known publications that describe the preparation of ZX using microbial fermentation, the following should be mentioned:
(1) Courington and Goodwin, 1955, the earliest known work describing the production of ZX using bacteria from the genus Flavobacter.

(2) Патент США 3891504 (Schocher и Wiss, 1975, переуступлен фирме Hoffman LaRoche), в котором также описано получение ZX с помощью клеток Flavobacter. Эти клетки, содержащие ZX, добавляли в корм цыплятам, вызывая нужную окраску. (2) U.S. Patent 3,891,504 (Schocher and Wiss, 1975, assigned to Hoffman LaRoche), which also describes the preparation of ZX using Flavobacter cells. These cells containing ZX were added to the chickens food, causing the desired color.

(3) Патент США 3841967 (Dasek и др. , 1974) и патент США 3951743 (Shepherd и др., 1976). Оба патента переуступлены фирме Nestle. В них описаны способы и питательные вещества, которые могут быть использованы для увеличения количества ZX, продуцируемого бактериями. (3) U.S. Patent 3,841,967 (Dasek et al., 1974) and U.S. Patent 3,951,743 (Shepherd et al., 1976). Both patents are assigned to Nestle. They describe methods and nutrients that can be used to increase the amount of ZX produced by bacteria.

(4) Два более современных патента США (США 5308759 и 5427783, оба на имя Gierhart), переуступлены Applied Food Biotechnology, Inc., тому же правопреемнику и заявителю, что и в случае настоящей заявки. В этих патентах описан штамм бактерий (Flavobacterium multivorum), выделенный из русла реки Миссури. Было обнаружено, что эти бактерии продуцируют ZX, не продуцируя при этом значительных количеств других каротиноидов. Это было важным при создании корма для домашней птицы и рыбы, который позволял бы получить мясо и яичный желток более темного цвета, поскольку каротиноиды конкурируют друг с другом при поступлении в кровоток после попадания в организм животных. Поэтому отсутствие других каротиноидов, продуцируемых штаммом F. multivorum, что было установлено Gierhart, может сделать ZX более пригодным в качестве пигмента для ткани животных и, следовательно, увеличить его потенциальные возможности и производительность. (4) Two more recent US patents (US 5308759 and 5427783, both in the name of Gierhart) are assigned by Applied Food Biotechnology, Inc., the same assignee and applicant, as in the case of this application. These patents describe a bacterial strain (Flavobacterium multivorum) isolated from the Missouri River. It was found that these bacteria produce ZX without producing significant amounts of other carotenoids. This was important when creating food for poultry and fish, which would make it possible to obtain meat and egg yolk of a darker color, since carotenoids compete with each other when they enter the bloodstream after animals enter the body. Therefore, the absence of other carotenoids produced by the strain F. multivorum, which was established by Gierhart, can make ZX more suitable as a pigment for animal tissue and, therefore, increase its potential capabilities and productivity.

В патенте США 5308759 описаны способы получения ZX для корма домашней птицы и рыбы с использованием F. multivorum фирмы AFB. В патенте США 5427783 описаны кормовые смеси. В обоих патентах применение ZX ограничено его использованием в корме для домашней птицы или рыбы и ни в одном из них не сделано никаких предложений по использованию ZX для лечения людей. US Pat. No. 5,308,759 describes methods for producing ZX for feeding poultry and fish using F. multivorum from AFB. US 5,472,783 describes feed mixtures. In both patents, the use of ZX is limited to its use in feed for poultry or fish, and no proposal has been made in any of them to use ZX for treating humans.

Ни в одном из патентов, автором которых является Gierhart, не высказано никаких соображений по поводу специфических стереоизомеров ZX по двум причинам: (1) характеристики стереоизомеров ZX, продуцируемых F. multivorum фирмы AFB, не были известны в 1989 г., когда были поданы заявки, и (2) поскольку в патентах рассматривается исключительно продуцирование ZX для применения в корме для домашней птицы или рыбы, не имелось видимой причины для рассмотрения различных стереоизомеров. None of the patents authored by Gierhart expressed any considerations regarding specific ZX stereoisomers for two reasons: (1) the characteristics of the ZX stereoisomers produced by AFB F. multivorum were not known in 1989 when applications were filed. , and (2) since the patents exclusively discuss the production of ZX for use in feed for poultry or fish, there was no apparent reason for considering the various stereoisomers.

Штамм дикого типа F. multivorum фирмы AFB был депонирован в АТСС и ему был присвоен регистрационный номер АТСС 55238. Поскольку эти бактерии продуцируют определенный тип липидов, называемых сфинголипидами, АТСС переклассифицировала эти бактерии как Sphingobacterium multivorum и внесла эти клетки в свой каталог под этим названием. Название Sphingobacterium, которое фигурирует в каталоге АТСС, до сих пор не появилось ни в одной из цитируемых работ, которые относятся к официальным руководствам по таксономии микроорганизмов: Bergy's Manual of Systematic Bacteriology, дополненное и пересмотренное в International Journal of Systematic Bacteriology. AFB wild-type strain F. multivorum was deposited with ATCC and assigned ATCC registration number 55238. Since these bacteria produce a specific type of lipid called sphingolipids, ATCC reclassified these bacteria as Sphingobacterium multivorum and added these cells to its catalog under this name. The name Sphingobacterium, which appears in the ATCC catalog, has not yet appeared in any of the cited works that refer to the official guidelines on the taxonomy of microorganisms: Bergy's Manual of Systematic Bacteriology, supplemented and revised in the International Journal of Systematic Bacteriology.

О работах по получению ZX путем стандартного химического синтеза (без использования микроорганизмов) сообщалось в течение последних 20 лет, в том числе в патентах США 4153615 (Sausy, 1979), 4952716 (Lukas и др., 1990) и 5227507 (Lukas и др., 1993). Однако эти способы имеют серьезные недостатки. Work on the production of ZX by standard chemical synthesis (without the use of microorganisms) has been reported over the past 20 years, including in US patents 4,153,615 (Sausy, 1979), 4,952,716 (Lukas et al., 1990) and 5,227,507 (Lukas et al. , 1993). However, these methods have serious disadvantages.

Обычно они требуют многочисленных стадий реакции и на каждой стадии достигается выход менее 100%, поэтому окончательный выход ZX в конце многостадийного процесса оказывается относительно малым. Кроме того, химический синтез обычно дает нежелательные S-S- и S-R-стереоизомеры ZX, а также различные продукты превращения или разложения, такие как окисленный зеаксантин и молекулы зеаксантина, которые потеряли одну или более двойных связей в прямой цепи и/или в концевых кольцах. Usually they require numerous reaction stages and at each stage a yield of less than 100% is achieved, so the final ZX yield at the end of the multi-stage process is relatively small. In addition, chemical synthesis usually produces the undesired S-S and S-R stereoisomers of ZX, as well as various conversion or decomposition products, such as oxidized zeaxanthin and zeaxanthin molecules, which have lost one or more double bonds in the straight chain and / or in the end rings.

В целом до создания настоящего изобретения не был известен источник очищенного R-R-зеаксантина, пригодного для потребления человеком либо в качестве лекарства, либо в качестве пищевой добавки. In general, prior to the creation of the present invention, the source of purified R-R-zeaxanthin, suitable for human consumption, either as a medicine or as a dietary supplement, was not known.

Следовательно, одним из объектов настоящего изобретения является открытие того факта, что штамм F. multivorum фирмы AFB (регистрационный номер АТСС 55238) и его мутированные потомки продуцируют R-R-стереоизомер ZX в виде единственного обнаруживаемого изомера без обнаруживаемых количеств нежелательных S-S- или S-R-стереоизомеров. Therefore, one of the objects of the present invention is the discovery of the fact that the AFB strain F. multivorum (ATCC registration number 55238) and its mutated descendants produce the ZX R-R stereoisomer as the only detectable isomer without detectable amounts of undesirable S-S or S-R stereoisomers.

Другим объектом настоящего изобретения является способ приготовления лекарственного средства для лечения пациентов, у которых была диагностирована дегенерация желтого пятна, в частности возрастная, основанный на использовании клеток, происходящих из штамма F. multivorum фирмы AFB (регистрационный номер АТСС 55238). Another object of the present invention is a method for preparing a medicament for treating patients who have been diagnosed with macular degeneration, in particular age-related, based on the use of cells derived from AFB strain F. multivorum (ATCC registration number 55238).

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ изготовления пищевой добавки для людей в формах типа пилюль с витаминами или в виде добавки к продуктам питания, таким как маргарин, для уменьшения риска возникновения дегенерации желтого пятна в более позднем возрасте, основанный на использовании клеток, происходящих из штамма F. multivorum фирмы AFB (регистрационный номер АТСС 55238). Another object of the present invention is a method of manufacturing a food supplement for people in the form of pills with vitamins or as an additive to food products, such as margarine, to reduce the risk of macular degeneration at a later age, based on the use of cells derived from the strain F. multivorum company AFB (registration number ATCC 55238).

Далее, объектом настоящего изобретения являются препараты на основе зеаксантина, которые содержат R-R-стереоизомер как единственный или выраженно доминирующий изомер, в виде композиций, предназначенных для орального приема человеком либо в качестве лекарства для лечения заболеваний или дегенерации сетчатки, либо в качестве пищевой добавки для уменьшения риска потери зрения в пожилом возрасте. Further, an object of the present invention are preparations based on zeaxanthin that contain the RR stereoisomer as the only or clearly dominant isomer, in the form of compositions intended for oral administration by humans, either as a medicine for treating diseases or degeneration of the retina, or as a dietary supplement to reduce risk of vision loss in old age.

Эти и другие объекты более подробно поясняются в приведенных ниже разделах "Краткое изложение" и "Описание изобретения". These and other objects are explained in more detail in the sections "Summary" and "Description of the invention" below.

Краткое изложение сущности изобретения
Согласно настоящему изобретению предлагается способ получения зеаксантина, который содержит 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина (также называемый R-R-изомером или R-R-зеаксантином) в качестве единственного обнаруживаемого или выраженно доминирующего изомера, предназначенного для приема внутрь человеком в качестве лекарства или пищевой добавки. ZX, желтоватый пигмент, находящийся в клетках желтого пятна в сетчатке человека, поглощает голубое и близкое к ультрафиолетовому световое излучение, защищая тем самым сетчатку от фототоксичного повреждения. Препараты ZX, которые содержат только нужный R-R-изомер, продуцируются штаммом клеток Flavobacterium multivorum (регистрационный номер АТСС 55238). Эти бактерии не продуцируют никаких заметных количеств нежелательных S-S- или S-R-стереоизомеров и не синтезируют значительных количеств других каротиноидов, таких как β-каротин или лютеин, которые могут конкурировать с ZX в отношении алиментарного поглощения после орального введения. После синтеза с использованием этих бактерий ZX может быть очищен такими методами, как экстракция растворителем, и его можно принимать орально либо в качестве терапевтического лекарственного средства пациентами, страдающими от дегенерации желтого пятна, либо в качестве пищевой добавки человеком, который хочет уменьшить риск возрастной дегенерации желтого пятна, которая широко распространена среди людей в возрасте от приблизительно 50 или 60 лет. Также предлагаются предназначенные для приема внутрь композиции, такие как (1) водонепроницаемые капсулы, содержащие R-R-зеаксантин, смешанный с носителем, таким как растительное масло, (2) различные пищевые продукты (такие, как маргарин, молочные продукты, сироп, тесто для домашнего печения и мясные полуфабрикаты, которые не подвергают сильной тепловой обработке), содержащие R-R-зеаксантин в качестве добавки, и (3) гранулированные композиции, которые можно добавлять в супы, салаты, напитки или в другую пищу.
Summary of the invention
The present invention provides a process for the preparation of zeaxanthin that contains the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin (also called the RR isomer or RR-zeaxanthin) as the only detectable or clearly dominant isomer intended for human ingestion as a medicine or food supplement. ZX, a yellowish pigment found in the cells of the macula in the human retina, absorbs blue and near-ultraviolet light, thereby protecting the retina from phototoxic damage. ZX preparations that contain only the desired RR isomer are produced by the Flavobacterium multivorum cell strain (ATCC registration number 55238). These bacteria do not produce any appreciable amounts of unwanted SS- or SR-stereoisomers and do not synthesize significant amounts of other carotenoids, such as β-carotene or lutein, which can compete with ZX for alimentary absorption after oral administration. After synthesis using these bacteria, ZX can be purified by methods such as solvent extraction and can be taken orally, either as a therapeutic drug by patients suffering from macular degeneration, or as a dietary supplement by a person who wants to reduce the risk of age-related macular degeneration spots, which is widespread among people aged about 50 or 60 years. Oral compositions are also available, such as (1) waterproof capsules containing RR-zeaxanthin mixed with a carrier such as vegetable oil, (2) various foods (such as margarine, dairy products, syrup, homemade dough biscuits and semi-finished meat products that are not subjected to strong heat treatment) containing RR-zeaxanthin as an additive, and (3) granular compositions that can be added to soups, salads, drinks or other foods.

На фиг. 1 представлены строения молекул β-каротина, лютеина и зеаксантина, показаны строения всех трех каротиноидов и система нумерации для концевых колец. Эти строения известны из аналогов. In FIG. Figure 1 shows the structures of β-carotene, lutein, and zeaxanthin molecules; the structures of all three carotenoids and the numbering system for end rings are shown. These buildings are known from analogues.

На фиг.2 представлена технологическая схема, описывающая стадии ферментации и очистки ZX, продуцируемого микроорганизмами, которые синтезируют чистый 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина. Figure 2 presents a flow chart describing the stages of fermentation and purification of ZX produced by microorganisms that synthesize the pure 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin.

В данной заявке описан способ изготовления лекарственного средства или пищевой композиции, предназначенной для введения людям для предупреждения или уменьшения дегенерации желтого пятна, болезненного состояния, которое нарушает зрение и может привести к слепоте. Препараты на основе зеаксантина, предназначенные для приема внутрь людьми, должны содержать 3R-3'R-стереоизомер ZX (также называемый для удобства R-R-изомером или R-R-зеаксантином) в качестве "выраженно доминирующего" изомера. В контексте данного описания "выраженно доминирующий изомер" относится к препарату, который содержит по меньшей мере 90% или более R-R-изомера, а нежелательные S-S- или S-R-изомеры составляют менее 10% всего количества зеаксантина в препарате. Предпочтительно любые препараты, предназначенные для использования человеком, должны содержать R-R-изомер ZX как единственный обнаруживаемый изомер и не содержать заметных количеств нежелательных S-S- или S-R-изомеров. Такие препараты представлены в настоящем описании. This application describes a method of manufacturing a medicinal product or food composition intended for administration to people to prevent or reduce macular degeneration, a painful condition that impairs vision and can lead to blindness. Zeaxanthin-based formulations intended for oral administration by humans should contain the ZX 3R-3'R stereoisomer (also referred to as the R-R isomer or R-R-zeaxanthin for convenience) as the “clearly dominant” isomer. As used herein, a “clearly dominant isomer" refers to a preparation that contains at least 90% or more of the R-R isomer, and undesired S-S or S-R isomers comprise less than 10% of the total amount of zeaxanthin in the preparation. Preferably, any formulations intended for human use should contain the ZX R-R isomer as the only detectable isomer and not contain appreciable amounts of undesired S-S or S-R isomers. Such formulations are provided herein.

В настоящее время с использованием анализа на основе хиральной хроматографии на колонках (как описано у Bone и др., 1993) было подтверждено, что штамм бактерии F. multivorum (регистрационный номер АТСС 55238), выделенный фирмой Applied Food Biotechnology (AFB), продуцирует R-R-изомер в виде единственного обнаруживаемого изомера ZX при ферментации, как описано в примерах. В соответствии с примером 4 анализ, сделанный профессором Landrum, показал, что в препаратах ZX, полученных путем ферментации с использованием этих клеток из указанного штамма F. multivorum, не обнаружено заметных количеств ни S-S-изомера, ни R-S-мезоизомера. Currently, using analysis based on chiral column chromatography (as described by Bone et al., 1993), it was confirmed that the strain of the bacterium F. multivorum (ATCC registration number 55238), isolated by Applied Food Biotechnology (AFB), produces RR -isomer in the form of the only detectable ZX isomer during fermentation, as described in the examples. In accordance with Example 4, an analysis made by Professor Landrum showed that no significant amounts of either the S-S isomer or the R-S mesoisomer were found in ZX preparations obtained by fermentation using these cells from the indicated F. multivorum strain.

Различия между R-R-, R-S- или S-S-изомерами зеаксантина могут быть очень важными, если препараты на основе ZX вводят людям в качестве лекарственного средства или пищевой добавки, поскольку единственный изомер ZX, который присутствует в естественных условиях в сетчатке человека, является R-R-изомером. Вероятно, введение внутрь значительных количеств R-S- и S-S-изомеров будет очень нежелательным и вредным с медицинской точки зрения, поскольку (1) R-S- и S-S-изомеры не встречаются в естественных условиях в сетчатке глаза человека за исключением возможности их присутствия в чрезвычайно незначительных следовых количествах в качестве побочных продуктов, которые образуются при разложении лютеина внутри клеток сетчатки, и (2) R-S- и S-S-изомеры могут конкурентно замещать нужный R-R-изомер в ткани сетчатки, вероятно, приводя к серьезному повреждению клеток и медицинским осложнениям. The differences between the RR, RS, or SS isomers of zeaxanthin can be very important if ZX-based drugs are administered to humans as a medicine or food supplement, since the only ZX isomer that is found naturally in the human retina is the RR isomer . It is likely that the administration of significant amounts of RS and SS isomers will be very undesirable and harmful from a medical point of view, since (1) RS and SS isomers are not found in vivo in the human retina except for the possibility of their presence in extremely small trace amounts as by-products that result from the decomposition of lutein inside the retinal cells, and (2) the RS and SS isomers can competitively replace the desired RR isomer in the retinal tissue, possibly leading to serious cell damage and to medical complications.

Стереоизомерно чистые препараты ZX, полученные путем ферментации с использованием штамма F. multivorum в соответствии с настоящим описанием, являются исключительно ценными, поскольку разделение стереоизомеров ZX, полученного путем химического синтеза, является очень сложным и дорогостоящим. Хотя разделение стереоизомеров может быть осуществлено в небольших количествах на лабораторных установках, оно оказывается чрезмерно дорогим при производстве в промышленных объемах. Stereoisomerically pure ZX preparations obtained by fermentation using the F. multivorum strain as described herein are extremely valuable since the separation of ZX stereoisomers obtained by chemical synthesis is very complex and expensive. Although the separation of stereoisomers can be carried out in small quantities in laboratory facilities, it is prohibitively expensive in industrial production.

Применение в качестве лекарства, назначаемого пациентам, страдающим AMD
В соответствии с первым объектом настоящего изобретения препарат на основе R-R-зеаксантина, представленный в настоящем описании, может быть изготовлен и применяться в качестве лекарства, т.е. в качестве лекарственного средства, которое может быть назначено лечащими врачами для лечения пациентов, у которых было диагностирована дегенерация желтого пятна или заболевание, которое может вызвать дегенерацию желтого пятна в качестве симптома или проявления, например, такие заболевания как болезнь Старгарта, болезнь Беста, болезнь Баттона, синдром Шегрена-Ларссона, дистрофия колбочек-палочек, овечий восковидный липофусциноз, или заболевание, связанное с накоплением в лизосомах, например, болезнь Тэя-Сакса.
Use as a medication for patients with AMD
According to a first aspect of the present invention, an RR-zeaxanthin preparation as provided herein can be manufactured and used as a medicine, i.e. as a medicine that can be prescribed by attending physicians to treat patients who have been diagnosed with macular degeneration or a disease that can cause macular degeneration as a symptom or manifestation, for example, diseases such as Stgart’s disease, Best’s disease, Button’s disease , Sjogren-Larsson syndrome, dystrophy of cone-bacilli, sheep's waxy lipofuscinosis, or a disease associated with accumulation in lysosomes, for example, Thay-Sachs disease.

При использовании для такого лечения препарат на основе ZX должен включать достаточное количество R-R-изомера ZX для достижения уровня терапевтического агента в носителе или в форме (такой, как капсула), пригодной для введения людям, как описано ниже. В предпочтительном варианте ZX, предназначенный для медицинского лечения, упаковывают в виде стандартной дозируемой формы, такой как капсулы или таблетки, при этом каждая доза предпочтительно должна содержать по крайней мере приблизительно 1 миллиграмм (мг) R-R-зеаксантина и может при необходимости для достижения лучшей терапевтической эффективности содержать зеаксантин в диапазоне от приблизительно 3 мг до приблизительно 10 мг. When used for such treatment, a ZX-based preparation should include a sufficient amount of the Z-R-R isomer of ZX to achieve the level of therapeutic agent in a carrier or in a form (such as a capsule) suitable for administration to humans, as described below. In a preferred embodiment, the ZX intended for medical treatment is packaged in unit dosage form, such as capsules or tablets, with each dose preferably containing at least about 1 milligram (mg) of RR-zeaxanthin and may, if necessary, achieve the best therapeutic efficacy contains zeaxanthin in the range of from about 3 mg to about 10 mg.

В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения препарат на основе R-R-зеаксантина, представленный в настоящем описании, может быть изготовлен и применяться в качестве профилактического лекарственного средства для пациентов, у которых была диагностирована повышенная чувствительность к дегенерации желтого пятна вследствие как семейного анамнеза, так и генетической диагностики любого из перечисленных выше заболеваний. Стандартные дозы, приготовленные для введения таким пациентам, для которых характерен повышенный риск заболевания AMD, но которые еще не страдают острой формой AMD, могут содержать меньшие количества, такие как от приблизительно 0,1 мг до приблизительно 2 мг на дозу. In accordance with a second aspect of the present invention, an RR-zeaxanthin-based preparation described herein can be manufactured and used as a prophylactic drug for patients who have been diagnosed with increased sensitivity to macular degeneration due to both a family history and a genetic history. diagnosis of any of the above diseases. Unit doses prepared for administration to those patients who are at increased risk of AMD disease but who are not yet suffering from acute AMD may contain lower amounts, such as from about 0.1 mg to about 2 mg per dose.

С использованием данного описания любые из этих доз могут иметь доступную коммерческую цену. Капсулы, содержащие 25 миллиграммов (или любое меньшее количество) в масляном жидком носителе, могут быть изготовлены экономичным способом с использованием микробной ферментации в сочетании со стадией экстракции растворителем. Порошкообразные композиции, содержащие даже более высокие количества (например, 100 мг или более на дозу) также могут быть изготовлены при использовании более экстенсивной очистки, например, с помощью методов, описанных в примере 4. Using this description, any of these doses may have an affordable commercial price. Capsules containing 25 milligrams (or any smaller amount) in an oily liquid carrier can be made economically using microbial fermentation in combination with a solvent extraction step. Powdered compositions containing even higher amounts (e.g., 100 mg or more per dose) can also be made using more extensive purification, for example, using the methods described in example 4.

Применение в качестве витаминной или пищевой добавки
В соответствии с третьим объектом настоящего изобретения ZX может быть изготовлен и упакован в виде витаминной или пищевой добавки или добавки к пищевым продуктам для приема людьми, которые в настоящее время не страдают от дегенерации желтого пятна, но хотят уменьшить риск возникновения у них дегенерации желтого пятна в более старшем возрасте. При приеме внутрь для этих целей соответствующие дозы должны существенно превышать следовые количества, содержащиеся в порошках, которые в настоящее время продаются в магазинах, но они должны быть ниже, чем в том случае, когда ZX применяют в качестве терапевтического лекарства для человека, в отношении которого было установлено, что он страдает AMD. Такие дозы, рекомендованные для приема внутрь в качестве суточных доз, вероятно, должны находиться в диапазоне от приблизительно 0,05 мг до приблизительно 5 мг. Например, доза от 0,05 до 1,0 мг может оказаться приемлемой, когда R-R-зеаксантин является одним из десятка или большего числа агентов в мультивитаминной капсуле или таблетке, тогда как доза от 1 до 5 мг может быть приемлемой для целей розничной продажи людям, желающим получить более высокую дозу.
Use as a vitamin or food supplement
In accordance with a third aspect of the present invention, ZX can be made and packaged as a vitamin or food supplement or food supplement for use by people who currently do not suffer from macular degeneration but who want to reduce their risk of macular degeneration in older age. When administered for these purposes, the corresponding doses should significantly exceed the trace amounts contained in the powders that are currently sold in stores, but they should be lower than when ZX is used as a therapeutic drug for a person in respect of whom it was found that he is suffering from AMD. Such dosages recommended for oral administration as daily doses should probably be in the range of about 0.05 mg to about 5 mg. For example, a dose of 0.05 to 1.0 mg may be acceptable when RR-zeaxanthin is one of ten or more agents in a multivitamin capsule or tablet, while a dose of 1 to 5 mg may be acceptable for retail sale to people. wanting a higher dose.

Безотносительно к тому, используется ли он в качестве терапевтического лекарства или питательной добавки, препарат на основе ZX, предназначенный для использования человеком, должен содержать R-R-изомер как единственный или "выраженно доминирующий стереоизомер" ZX. В контексте данного описания понятие "выраженно доминирующий изомер" используют для описания препарата на основе ZX, в котором нужный R-R-изомер ZX составляет по меньшей мере приблизительно 90% от всего количества ZX в смеси, а нежелательные S-S- или S-R-изомеры составляют менее приблизительно 10%. Regardless of whether it is used as a therapeutic drug or as a nutritional supplement, a ZX-based preparation intended for human use should contain the R-R isomer as the sole or “clearly dominant stereoisomer” of ZX. In the context of this description, the term “pronouncedly dominant isomer” is used to describe a ZX-based preparation in which the desired RX isomer of ZX is at least about 90% of the total amount of ZX in the mixture and the undesired SS or SR isomers are less than approximately 10%.

Предпочтительно R-R-изомер должен быть единственным обнаруживаемым изомером ZX в любом препарате, предназначенном для приема внутрь человеком. При осуществлении настоящего изобретения это стало возможным в промышленных объемах и по доступной цене, поскольку линия бактерии F. multivorum, представленная в настоящем описании, продуцирует R-R-изомер в виде единственного обнаруживаемого стереоизомера ZX. Если любой из S-S-или S-R-изомеров присутствует в подвергнутых ферментации смесях после очистки, их количества оказываются слишком малыми, чтобы их можно было выявить методами, описанными в примере 4. Preferably, the R-R isomer should be the only detectable ZX isomer in any formulation intended for human ingestion. In the implementation of the present invention, this has become possible in industrial volumes and at an affordable price, since the F. multivorum bacteria line described herein produces the R-R isomer as the only detectable ZX stereoisomer. If any of the S-S or S-R isomers is present in the fermented mixtures after purification, their quantities are too small to be detected by the methods described in example 4.

Кроме того, в отличие от большинства бактериальных штаммов клетки F. multivorum, представленные в данном описании, не продуцируют смесь каротиноидов; эти клетки образуют R-R-зеаксантин в качестве единственного обнаруживаемого каротиноида. Поскольку ZX должен конкурировать с другими каротиноидами при алиментарном поглощении и накоплении в ткани, это может оказаться полезным для увеличения поглощения ZX и отложения в сетчатке после орального введения, особенно в случаях, когда ZX применяют в качестве лекарства для лечения диагностированных случаев дегенерации желтого пятна. In addition, unlike most bacterial strains, F. multivorum cells described herein do not produce a mixture of carotenoids; these cells form R-R-zeaxanthin as the only detectable carotenoid. Since ZX must compete with other carotenoids for alimentary uptake and tissue uptake, it may be useful to increase ZX uptake and retinal deposition after oral administration, especially when ZX is used as a medication to treat diagnosed macular degeneration.

Промышленное производство с помощью бактериальной ферментации
Как известно специалистам в данной области техники, способы, которые используются для бактериальной ферментации в лабораторных условиях, могут быть очень дорогостоящими и плохо поддаются контролю при их адаптации к крупномасштабному производству. Поэтому согласно изобретению были разработали улучшенные питательные среды и способы промышленного применения выявленных авторами клеток F. multivorum. Улучшенные питательные среды и способы существенно легче применять, и они существенно более дешевы в пересчете на один грамм полученного ZX по сравнению со средами и условиями, описанными ранее в патентах США 5308759 и 5427783. Предпочтительные питательные среды и условия описаны в примере 1.
Industrial production using bacterial fermentation
As is known to those skilled in the art, methods that are used for bacterial fermentation under laboratory conditions can be very costly and difficult to control when adapting to large-scale production. Therefore, according to the invention, improved nutrient media and methods for the industrial use of F. multivorum cells identified by the authors have been developed. Improved culture media and methods are substantially easier to apply, and they are substantially cheaper per gram of ZX obtained compared to the media and conditions described previously in US Pat. Nos. 5,308,759 and 5,427,783. Preferred culture media and conditions are described in Example 1.

После ферментации одно или несколько стабилизирующих соединений могут быть добавлены к клеткам с целью предотвратить разложение ZX в процессе очистки. Стабилизаторы могут быть добавлены в то время, когда клетки еще находятся в сосуде для ферментации, до начала пастеризации или других процессов. Заявителями были изучены различные потенциальные стабилизаторы. В настоящее время наилучшие результаты получены с использованием комбинации стабилизаторов, указанных в примере 2. After fermentation, one or more stabilizing compounds can be added to the cells in order to prevent the decomposition of ZX during purification. Stabilizers can be added while the cells are still in the fermentation vessel, prior to pasteurization or other processes. Applicants have studied various potential stabilizers. Currently, the best results are obtained using a combination of stabilizers specified in example 2.

После добавления стабилизаторов бактерии могут быть подвергнуты пастеризации путем нагревания до 55oС в течение 25 мин с целью убить бактерии, не повреждая ZX. Затем культуры охлаждают до комнатной температуры и механическими способами, такими как микрофильтрация с поперечным потоком, удаляют жидкость из клеточной культуры. Это может увеличить концентрацию клеток и твердых частиц от начальной величины, составляющей приблизительно 10 об.% до приблизительно 60-80 об.% в фильтрате. Этот процесс позволяет получить клеточную пасту.After adding stabilizers, the bacteria can be pasteurized by heating to 55 ° C. for 25 minutes in order to kill the bacteria without damaging the ZX. The cultures are then cooled to room temperature and, by mechanical means, such as cross-flow microfiltration, fluid is removed from the cell culture. This can increase the concentration of cells and solid particles from an initial value of approximately 10 vol.% To approximately 60-80 vol.% In the filtrate. This process allows you to get cell paste.

Вероятно, интактные и находящиеся в жизнеспособном состоянии клетки F. multivorum могут быть пригодны для непосредственного приема внутрь людьми так же, как и другие продукты питания (сыр, йогурт, пиво и т.д.), которые содержат жизнеспособные или убитые, но неповрежденные клетки микроорганизмов. Для клеток F. multivorum отсутствуют данные об их патогенности. Они были выделены из холодного водотока и, поскольку они приспособлены к жизни в холодной воде, не могут нормально выживать или размножаться при температуре человеческого тела. Кроме того, эти клетки не имеют никаких известных токсичных составляющих; они являются грамотрицательными и не обладают строением стенок клетки, характерных для грамположительных бактерий. При их непосредственном скармливании птицам или рыбам в форме клеточной пасты бактериальные клетки, вероятно, являются приемлемыми в качестве хороших носителей. ZX высвобождался при поглощении клеток животными и абсорбировался в кровоток и откладывался в соответствующих местах в различных тканях (включая сетчатку). It is likely that intact and viable F. multivorum cells may be suitable for direct ingestion by humans as well as other food products (cheese, yogurt, beer, etc.) that contain viable or killed, but undamaged cells microorganisms. For F. multivorum cells, there is no evidence of their pathogenicity. They were isolated from a cold watercourse and, since they are adapted to life in cold water, they cannot survive or reproduce normally at the temperature of the human body. In addition, these cells do not have any known toxic constituents; they are gram-negative and do not have the structure of cell walls characteristic of gram-positive bacteria. When directly fed to birds or fish in the form of a cell paste, bacterial cells are likely to be acceptable as good carriers. ZX was released upon animal uptake of cells and was absorbed into the bloodstream and deposited in appropriate places in various tissues (including the retina).

Таким образом, интактные клетки F. multivorum. содержащие R-R-зеаксантин, могут быть пригодны для непосредственного приема человеком при необходимости в виде любой из трех форм: (1) в виде интактной жизнеспособной формы, (2) в виде интактной мертвой формы после пастеризации или (3) в виде композиции, в которой бактериальные клетки были убиты и их мембраны были разрушены с целью открыть клетки и сделать ZX более доступным. Это может быть осуществлено такими способами, как облучение ультразвуком (с использованием высокочастотных звуковых волн), обработка высоким давлением или измельчение. В другом варианте эта стадия может быть опущена, если используют процесс экстракции растворителем, который разрушает клеточные мембраны. Thus, intact cells of F. multivorum. containing RR-zeaxanthin may be suitable for direct human administration, if necessary, in the form of any of three forms: (1) as an intact viable form, (2) as an intact dead form after pasteurization, or (3) as a composition in which bacterial cells were killed and their membranes were destroyed in order to open the cells and make ZX more accessible. This can be accomplished by methods such as irradiation with ultrasound (using high frequency sound waves), high pressure treatment or grinding. In another embodiment, this step may be omitted if a solvent extraction process is used that destroys cell membranes.

При необходимости способ получения ZX может включать стадию промывки клеток, во время которой после ферментации удаляют остатки питательной среды и отходы, образующиеся в результате метаболизма, путем промывки клеток раствором, содержащим любые нужные ингредиенты, такие как стабилизаторы, консерванты, корригенты и т.д. If necessary, the method of producing ZX may include a stage of washing the cells, during which, after fermentation, residues of the nutrient medium and waste resulting from metabolism are removed by washing the cells with a solution containing any desired ingredients, such as stabilizers, preservatives, flavoring agents, etc.

Очистка
При необходимости клеточная паста (состоящая либо из интактных, либо из разрушенных клеток) может быть высушена с целью дальнейшего концентрирования клеток и увеличения концентрации ZX в сухой массе. Это может быть осуществлено механическими способами, такими как сушка при распылении (с использованием нагрева) или лиофилизация (сушка путем. замораживания под вакуумом). Если применяют сушку, то образовавшийся твердый остаток обычно называют высушенной биомассой, и она обычно содержит приблизительно 1-10% мас.% ZX наряду с другими твердыми частицами клеток, остаточными твердыми частицами среды для ферментации и описанными выше стабилизаторами.
Cleaning
If necessary, the cell paste (consisting of either intact or destroyed cells) can be dried in order to further concentrate the cells and increase the concentration of ZX in the dry mass. This can be done mechanically, such as spray drying (using heat) or lyophilization (drying by freezing under vacuum). If drying is used, the resulting solid residue is usually called dried biomass, and it usually contains about 1-10% by weight of ZX along with other solid particles of the cells, residual solid particles of the fermentation medium and stabilizers described above.

Для концентрирования ZX, который в основном накапливается в клеточных мембранах, перед или после (или вместо) разрушения или сушки может быть проведена стадия экстракции. Приемлемые растворители для экстракции обычно включают полярные органические растворители. В соответствии с полученными данными наилучшим растворителем является тетрагидрофуран (ТГФ), который оказывает активное воздействие на клетки и делает излишней отдельную стадию разрушения мембран. Хотя перемешивание не является необходимым в случае использования ТГФ при осуществлении процесса в лабораторных условиях, вероятно, при промышленном производстве перемешивание во время стадии смешения с растворителем является необходимым. To concentrate ZX, which mainly accumulates in cell membranes, an extraction step may be performed before or after (or instead of) disruption or drying. Suitable solvents for extraction typically include polar organic solvents. According to the data obtained, tetrahydrofuran (THF) is the best solvent, which has an active effect on cells and makes a separate stage of membrane destruction unnecessary. Although mixing is not necessary when using THF in a laboratory process, it is likely that in industrial production mixing during the solvent mixing step is necessary.

Также были исследованы другие растворители, и они продолжают изучаться и оцениваться, но к настоящему времени не выявлен более приемлемый растворитель, чем ТГФ. Исследованные к настоящему времени органические растворители, не имеющие циклического строения (такие, как ацетон и диэтиловый эфир), обладали более низкими уровнями растворимости в них ZX, а другие растворители, такие как метанол, этанол и гексан, обладали еще более низкими уровнями растворимости в них ZX. Other solvents have also been investigated, and they continue to be studied and evaluated, but to date no more acceptable solvent has been identified than THF. The organic solvents studied so far that do not have a cyclic structure (such as acetone and diethyl ether) had lower solubility levels in them ZX, and other solvents such as methanol, ethanol and hexane had even lower solubility levels in them. ZX.

Растворитель смешивают с клеточной пастой или с высушенной биомассой в условиях, при которых растворитель способен растворить максимально возможное количество ZX. Растворенную жидкую фракцию затем отделяют от твердых частиц, используя такие способы, как центрифугирование или фильтрация. Твердые частицы могут быть отброшены или могут использоваться в качестве исходного материала для других стадий процесса (включая при необходимости повторные циклы экстракции растворителем). Жидкую фракцию обрабатывают для удаления растворителя обычно путем упаривания. После этого остается вязкое масло, содержащее R-R-зеаксантин, а также другие растворимые компоненты, проэкстрагированные из клеточной пасты растворителем. Когда для однократной экстракции клеток, содержащих 1-3 мас.% ZX, используют ТГФ и когда далее ТГФ удаляют выпариванием, образовавшаяся жидкость содержит примерно от 5 до 20 мас.% ZX. The solvent is mixed with cell paste or with dried biomass under conditions in which the solvent is capable of dissolving the maximum possible amount of ZX. The dissolved liquid fraction is then separated from the solid particles using methods such as centrifugation or filtration. Solids can be discarded or can be used as starting material for other stages of the process (including, if necessary, repeated solvent extraction cycles). The liquid fraction is treated to remove the solvent, usually by evaporation. This leaves a viscous oil containing R-R-zeaxanthin, as well as other soluble components, extracted from the cell paste with a solvent. When THF is used for a single extraction of cells containing 1-3% by weight of ZX, and when further THF is removed by evaporation, the resulting liquid contains from about 5 to 20% by weight of ZX.

Другой тип экстракции растворителем, для которого получены предварительные хорошие результаты, включает применение суперкритической жидкости (т.е. соединения, которое обычно при атмосферном давлении представляет собой газ, но при повышенном давлении превращается в жидкость, действующую как растворитель). Двуокись углерода является наиболее широко применяемым растворителем для суперкритической экстракции, а системы экстракции, основанные на применении СО2 в промышленных масштабах, являются наиболее доступными. В таких системах сжиженную двуокси углерода смешивают с клеточной пастой или с высушенной биомассой в реакционном сосуде высокого давления. Затем жидкость пропускают через серии камер, в которых давление снижается ступенчатым образом. ZX осаждается из раствора при довольно высоком давлении, поэтому он может быть собран на ранней стадии снижения давления, в то время как основная часть примесей остается растворенной в двуокиси углерода и должна уходить в другие реакционные камеры с еще более низким давлением. Эффективность экстракции суперкритическим растворителем может быть дополнительно увеличена с использованием избирательно захватывающих агентов (таких, как этанол, пропиленгликоль или этилацетат). Некоторые из этих избирательно захватывающих агентов были предварительно исследованы и было показано, что они существенно увеличивают растворимость ZX в суперкритическом растворителе - двуокиси углерода.Another type of solvent extraction, for which preliminary good results have been obtained, involves the use of a supercritical fluid (i.e., a compound that is usually a gas at atmospheric pressure but turns into a solvent acting at elevated pressure). Carbon dioxide is the most widely used solvent for supercritical extraction, and extraction systems based on the use of CO 2 on an industrial scale are the most affordable. In such systems, liquefied carbon dioxide is mixed with cell paste or with dried biomass in a pressure vessel. Then the fluid is passed through a series of chambers in which the pressure decreases in a stepwise manner. ZX precipitates from the solution at a rather high pressure, so it can be collected at an early stage of pressure reduction, while the main part of the impurities remains dissolved in carbon dioxide and must go into other reaction chambers with even lower pressure. Extraction efficiency with a supercritical solvent can be further enhanced using selectively capturing agents (such as ethanol, propylene glycol or ethyl acetate). Some of these selectively capturing agents have been previously investigated and it has been shown that they significantly increase the solubility of ZX in a supercritical solvent, carbon dioxide.

Хотя двуокись углерода широко используют для суперкритической экстракции, также применяют и другие соединения (включая различные азот- или хлорфторуглеродсодержащие соединения). В принципе можно исследовать любой растворитель, который имеет газообразное или жидкое состояние в зависимости от давления, с целью определить, является ли он пригодным для очистки ZX из бактерий в соответствии с настоящим описанием. Although carbon dioxide is widely used for supercritical extraction, other compounds are also used (including various nitrogen or chlorofluorocarbon compounds). In principle, any solvent that has a gaseous or liquid state depending on pressure can be examined to determine if it is suitable for purification of ZX from bacteria in accordance with the present description.

При необходимости маслянистая жидкость, содержащая ZX, полученная после экстракции растворителем или с помощью суперкритической экстракции, может быть смешана с носителем, таким как растительное масло, и затем включена в капсулу, предназначенную для приема внутрь человеком, что не требует никакой дополнительной очистки ZX. Такой способ является экономически выгодным способом получения полуочищенной легко усваиваемой формы R-R-зеаксантина, пригодной для приема человеком, либо в качестве лекарственного средства, предназначенного для людей, страдающих дегенерацией желтого пятна, либо в качестве пищевой добавки для людей, которые хотят снизить риск возникновения дегенерации желтого пятна в более старшем возрасте. If necessary, the oily liquid containing ZX obtained after solvent extraction or by supercritical extraction can be mixed with a carrier, such as vegetable oil, and then included in a capsule intended for human ingestion, which does not require any additional ZX purification. This method is a cost-effective way to obtain a semi-purified, easily digestible form of RR-zeaxanthin, suitable for human use, either as a medicine for people suffering from macular degeneration, or as a food supplement for people who want to reduce the risk of yellow macular degeneration spots at an older age.

В альтернативном варианте R-R-зеаксантин в полуочищенной маслянистой жидкости может быть дополнительно очищен с целью повысить концентрацию ZX и удалить любые примеси. Это может быть осуществлено такими способами, как (1) применение систем двух растворителей, в которых используют комбинацию двух различных растворителей, (2) адсорбция на субстрате (таком, как фильтрующий слой ткани), которая способствует кристаллизации ZX, или (3) хроматография в противотоке. Метод хроматографии, применяемый для очистки ZX и позволяющий получить ZX с чистотой приблизительно 98%, описан в примере 4. Alternatively, R-R-zeaxanthin in the semi-purified oily liquid may be further purified to increase the concentration of ZX and remove any impurities. This can be accomplished by methods such as (1) using two solvent systems that use a combination of two different solvents, (2) adsorbing onto a substrate (such as a filter layer of tissue) that promotes crystallization of ZX, or (3) chromatography in countercurrent. The chromatography method used for purification of ZX and allowing to obtain ZX with a purity of approximately 98% is described in example 4.

Способы очистки других каротиноидов описаны в патентах США 5382714 (Khachik, 1995) и 4851339 (Hills, 1989). Учитывая их химическое сходство, любой метод, пригодный для очистки β-каротина или лютеина, вероятно, может дать хорошие результаты при очистке ZX. Methods for purifying other carotenoids are described in US Pat. Nos. 5,382,714 (Khachik, 1995) and 4,851,339 (Hills, 1989). Given their chemical similarity, any method suitable for purification of β-carotene or lutein can probably give good results in purification of ZX.

Способы введения
Оральное введение является предпочтительным способом введения ZX людям для защиты сетчатки с использованием таких форм орального введения, как капсулы, предназначенные для ежедневного или еженедельного приема, или применение ZX в виде продуктов питания с добавлением ZX или добавок к продуктам питания, как описано ниже. Лечение не требует регулярного приема внутрь через определенные интервалы времени (как в случае пилюль, предназначенных для ежедневного или еженедельного приема), но вместо этого предполагает случайный прерывистый прием внутрь, при котором между приемами доз должен пройти определенный период времени (например, один или несколько дней, предпочтительно меньше недели), что позволяет постепенно накапливаться небольшим количествам ZX в ткани желтого пятна. Как и в случае любой витаминной добавки, также может оказаться приемлемой однократная доза, однако прием в виде однократной дозы не будет столь же эффективен, как периодический прием небольших доз при приеме в течение ряда лет. Исследования всасывания каротиноидов млекопитающими показало, что ежедневный прием внутрь предпочтителен по сравнению с еженедельным или другими случайными приемами благодаря факторам "загрузки", которые подтверждаются концентрациями в крови.
Administration Methods
Oral administration is the preferred method of administering ZX to people to protect the retina using oral forms of administration such as capsules intended for daily or weekly administration, or using ZX as food products supplemented with ZX or food additives, as described below. Treatment does not require regular ingestion at regular intervals (as in the case of pills intended for daily or weekly use), but instead involves occasional intermittent ingestion, in which a certain period of time must elapse between doses (for example, one or several days , preferably less than a week), which allows small amounts of ZX to gradually accumulate in the macula tissue. As with any vitamin supplement, a single dose may also be acceptable, but a single dose will not be as effective as taking small doses periodically for several years. Studies of carotenoid absorption in mammals have shown that daily ingestion is preferable to weekly or other random doses due to “loading” factors, which are confirmed by blood concentrations.

Поскольку усвоение каротиноидов после орального введения обычно является относительно низким для пациентов, страдающих серьезной формой дегенерации желтого пятна, может возникнуть необходимость применять другие формы введения, такие как внутримышечная или внутривенная инъекция или имплантация устройства с медленным высвобождением лекарства. Носители для композиций, предназначенных для инъекций, могут включать воду, забуферивающий агент и органическое соединение, имеющее несколько гидроксильных групп, например, такие соединения, как пропиленгликоль, декстран или циклодекстрин. Since the uptake of carotenoids after oral administration is usually relatively low for patients suffering from severe macular degeneration, it may be necessary to use other forms of administration, such as intramuscular or intravenous injection or implantation of a device with a slow release of the drug. Carriers for injection compositions may include water, a buffering agent, and an organic compound having several hydroxyl groups, for example, compounds such as propylene glycol, dextran, or cyclodextrin.

Для орального введения могут применяться различные упаковки, позволяющие длительно защищать ZX от окисления и соответствующие маслянистой природе ZX. Примерами приемлемых композиций для орального введения являются следующие. For oral administration, various packages can be used to protect the ZX from oxidation for a long time and correspond to the oily nature of ZX. Examples of suitable compositions for oral administration are as follows.

(а) Легко усваиваемая водонепроницаемая капсула с заключенной в ней жидкостью, причем капсула и жидкость имеют размер, который позволяет проглатывать их, не повреждая, они являются фармакологически приемлемыми, и жидкость содержит R-R-зеаксантин, смешанный с пригодным носителем или растворителем, таким как растительное масло. При необходимости псевдоожиженный ZX может быть микрокапсулирован или включен в мицеллы, как описано в примерах 9 или 10, с целью защиты ZX от разложения в желудке. Такие капсулы могут быть изготовлены из относительно твердого, неэластичного материала или из пластичного материала, который обычно используют для капсул, содержащих витамин Е. Если капсула изготовлена из материала, который устойчив к действию кислой среды желудка и переваривается ферментами кишечника, ZX может быть защищен от разложения в желудке, а. биологическая доступность ZX может быть увеличена. Однако известно, что по крайней мере часть ZX, который попадает в желудок в виде компонента прожеванной растительной массы, может проходить через желудок без изменения; следовательно, защита ZX от кислой среды желудка не имеет решающего значения, и выбор материала капсулы прежде всего должен быть экономически выгодным, а не научно обоснованным. (a) An easily digestible waterproof capsule with a liquid enclosed in it, the capsule and liquid having a size that allows them to be swallowed without damage, they are pharmacologically acceptable, and the liquid contains RR-zeaxanthin mixed with a suitable carrier or solvent, such as a vegetable oil. If necessary, fluidized ZX can be microencapsulated or incorporated into micelles, as described in examples 9 or 10, in order to protect ZX from degradation in the stomach. Such capsules can be made from a relatively hard, inelastic material or from a plastic material that is usually used for capsules containing vitamin E. If the capsule is made from a material that is resistant to the acidic environment of the stomach and is digested by intestinal enzymes, ZX can be protected from degradation in the stomach as well. bioavailability of ZX may be increased. However, it is known that at least part of the ZX that enters the stomach as a component of a chewed plant mass can pass through the stomach without change; therefore, protecting ZX from the acidic environment of the stomach is not critical, and the choice of capsule material should primarily be cost-effective, and not scientifically sound.

(б) Таблетка, предназначенная для орального введения человеком, причем таблетка содержит R-R-зеаксантин и способное к прессованию связующееся вещество, совместимое с зеаксантином, и позволяющее таблетке сохранять свою форму после прессования под соответствующим давлением, при этом таблетка является фармакологически приемлемой и имеет размер, позволяющий проглотить ее без повреждения. При необходимости таблетка может иметь покрытие, способствующее защите ZX от кислой среды желудка. (b) A tablet for oral administration by a person, the tablet containing RR-zeaxanthin and a compressible binding agent compatible with zeaxanthin and allowing the tablet to maintain its shape after compression under appropriate pressure, the tablet being pharmacologically acceptable and has a size, allowing you to swallow it without damage. If necessary, the tablet may be coated to protect the ZX from the acidic environment of the stomach.

(в) Композиция, содержащая пищевой продукт, который предназначен для потребления человеком и который является приемлемым для использования в качестве пищи и приятным на вкус, а также пригоден в качестве носителя зеаксантина и содержит R-R-зеаксантин в качестве добавки. ZX представляет собой желто-оранжевый пигмент с такими же общими гидрофобными характеристиками, что и растительное масло, шортенинг (комбижир для хлебопекарной промышленности) или куриный жир; он также аналогичен другим каротиноидным пищевым красителям, таким как β-каротин. (c) A composition comprising a food product that is intended for human consumption and which is acceptable for use as food and tastes good, is also suitable as a carrier of zeaxanthin and contains R-R-zeaxanthin as an additive. ZX is a yellow-orange pigment with the same general hydrophobic characteristics as vegetable oil, shortening (a blender for the baking industry) or chicken fat; it is also similar to other carotenoid food colors, such as β-carotene.

Таким образом, он может быть добавлен в качестве пищевого красителя к различным пищевым продуктам, таким как маргарин, молочные продукты, сироп, печеные изделия, тесто для домашнего печенья, обжаренное тесто, мясные полуфабрикаты, которые не подвергаются высокотемпературной тепловой обработке, и ингредиенты для супов. Другие приемлемые пищевые продукты могут включать гранулированные композиции, такие как смеси веществ для подсаливания или придания запаха пряностей, применяемые в качестве добавок к супам, салатам, печеньям и т.д. Гранулированные композиции могут при необходимости иметь защитное покрытие для снижения разложения ZX кислой средой желудка. Известны многочисленные примеры применения β-каротина и других каротиноидов в качестве пищевых красителей и пищевых добавок; они описаны у Klaui и др., 1970; Klaui и Bauernfeind, 1981; Colombo и Gerber, 1991; и в патентах США 4522743 (Horn и др., 1985), 5180747 (Matsuda и др., 1993), 5350773 (Schweikert и др. , 1994) и 5356636 (Schaneider и др., 1994). Вследствие их одинаковых химических характеристик любой метод добавления β-каротина или лютеина в пищевой продукт, предназначенный для людей, вероятно, также может непосредственно применяться и для R-R-зеаксантина. Thus, it can be added as a food coloring to various food products, such as margarine, dairy products, syrup, baked goods, homemade cookie dough, fried dough, semi-finished meat products that are not heat-treated, and ingredients for soups . Other suitable food products may include granular compositions, such as mixtures of salting or flavoring agents used as additives in soups, salads, cookies, etc. Granular compositions may optionally have a protective coating to reduce the decomposition of ZX by the acidic environment of the stomach. Numerous examples of the use of β-carotene and other carotenoids as food colors and food additives are known; they are described by Klaui et al., 1970; Klaui and Bauernfeind, 1981; Colombo and Gerber, 1991; and U.S. Patents 4,522,743 (Horn et al., 1985), 5,180,747 (Matsuda et al., 1993), 5,350,773 (Schweikert et al., 1994) and 5356636 (Schaneider et al., 1994). Owing to their identical chemical characteristics, any method of adding β-carotene or lutein to a food product intended for humans can probably also be directly applied to R-R-zeaxanthin.

(г) Композиция, содержащая пищевой продукт, предназначенный для потребления людьми, причем пищевой продукт включает клетки микроорганизма, которые безопасны для людей и которые содержат R-R-изомер зеаксантина. Пищевые продукты могут быть выбраны из сыра, йогурта, молока и пива. При необходимости клетки микроорганизма могут быть жизнеспособными, или они могут быть убиты такими методами, как пастеризация или фрагментация. (d) A composition comprising a food product intended for human consumption, the food product comprising microorganism cells that are safe for humans and which contain the R-R isomer of zeaxanthin. Food products can be selected from cheese, yogurt, milk and beer. If necessary, cells of the microorganism can be viable, or they can be killed by methods such as pasteurization or fragmentation.

Также могут использоваться другие формы упаковки, и они могут оказаться предпочтительными для различных целей. Other forms of packaging may also be used, and they may be preferred for various purposes.

Тестирование R-R-зеаксантина на животных
ZX, который синтезировали, используя клетки F. multivorum, полученные из линии АТСС 55238, тестировали в отношении способности защищать сетчатку у птиц вида Coturnix coturnix japonica, которых обычно называют японской
куропаткой. Эти виды являются удобной животной моделью для изучения дегенерации желтого пятна у людей вследствие ряда факторов, указанных ниже.
Animal RR Zeaxanthin Testing
ZX, which was synthesized using F. multivorum cells obtained from the ATCC 55238 line, was tested for its ability to protect the retina in birds of the species Coturnix coturnix japonica, commonly called Japanese
partridge. These species are a convenient animal model for studying macular degeneration in humans due to a number of factors listed below.

(1) Вся сетчатка японских куропаток похожа на желтое пятно человека по целому ряду важных параметров. Например, сетчатка куропатки содержит как ZX, так и лютеин и подобно желтому пятну человека в ней больше фоторецепторов в виде колбочек, чем в виде палочек. (1) The entire retina of partridges is similar to the human yellow spot in a number of important ways. For example, the partridge’s retina contains both ZX and lutein and, like the human macula, it has more photoreceptors in the form of cones than in the form of rods.

(2) Для сетчатки японской куропатки характерны некоторые проявления патологии, свойственные сетчатке человека, например, сетчатки японской куропатки накапливают мягкие друзы и липофусцин, что в значительной степени коррелирует с начальными проявлениями AMD у людей. (2) Some manifestations of the pathology characteristic of the human retina are characteristic of the Japanese partridge retina, for example, the Japanese partridge retina accumulate soft drusen and lipofuscin, which largely correlates with the initial manifestations of AMD in humans.

(3) Хотя сетчатки куропатки существенно меньше по размерам, чем сетчатки людей, вся сетчатка куропатки окрашена в желтый цвет вследствие присутствия ZX и лютеина. Это позволяет эффективно использовать всю сетчатку куропатки в качестве модели небольшой области желтого пятна в центре сетчатки человека, что существенно облегчает анализ и наблюдение. (3) Although the partridge's retina is substantially smaller than the human retina, the entire partridge's retina is yellow due to the presence of ZX and lutein. This allows you to effectively use the entire retina of the partridge as a model of a small area of the yellow spot in the center of the human retina, which greatly facilitates analysis and observation.

(4) Сетчатка японской куропатки не содержит сосудов и имеет строение, сходное с областью ямки сетчатки человека. (4) The retina of a partridge is vascular-free and has a structure similar to that of the fossa of the human retina.

(5) Продолжительность жизни самок японской куропатки составляет примерно 1-1,5 года, а самцов - 3-4 года. Это позволяет изучить процессы старения, что может быть очень затруднено для других видов, имеющих большую продолжительность жизни. (5) The life span of female partridge is approximately 1-1.5 years, and of males is 3-4 years. This allows us to study the aging process, which can be very difficult for other species with a long life span.

Эти факторы более подробно обсуждаются у Fite и др., 1991 и у Fite и др. , 1993. These factors are discussed in more detail in Fite et al., 1991 and Fite et al., 1993.

Эти опыты описаны в примерах 5-8. Получены прекрасные результаты, которые ясно показывают, что R-R-зеаксантин, продуцируемый клетками F. multivorum, (1) нужным образом откладывается в сетчатке после орального введения и (2) обладает высокой эффективностью в отношении защиты клеток сетчатки от фототоксичного повреждения. These experiments are described in examples 5-8. Excellent results have been obtained that clearly show that R-R-zeaxanthin produced by F. multivorum cells (1) is properly deposited in the retina after oral administration and (2) is highly effective in protecting retinal cells from phototoxic damage.

Кроме того, как это описано в примере 8, предварительные результаты показывают, что R-R-зеаксантин является существенно более сильнодействующим и эффективным по сравнению с β-каротином в отношении защиты сетчатки от фототоксичного повреждения. Когда β-каротин скармливают опытным животным в высокой дозе, незначительное защитное действие β-каротина не достигает даже уровня статистической достоверности. В отличие от этого, когда R-R-зеаксантин скармливают опытным животным в такой.же дозе, он полностью блокирует и предотвращает поддающиеся измерению проявления повреждения сетчатки. In addition, as described in Example 8, preliminary results show that R-R-zeaxanthin is significantly more potent and effective than β-carotene in protecting the retina from phototoxic damage. When β-carotene is fed to experimental animals at a high dose, the insignificant protective effect of β-carotene does not even reach the level of statistical significance. In contrast, when R-R-Zeaxanthin is fed to experienced animals at the same dose, it completely blocks and prevents measurable manifestations of retinal damage.

Микробные источники R-R-зеаксантина
Клетки Flavobacterium multivorum, представленные в настоящем описании, депонированы в АТСС (регистрационный номер АТСС 55238; как отмечалось выше, в регистрационном каталоге они соответствуют Sphingobacterium multivorum. однако их название не было изменено в Bergy's Manual). Эта линия клеток предоставляет специалистам в данной области несколько путей микробиологического синтеза изомерно чистого R-R-зеаксантина.
Microbial sources of RR-zeaxanthin
The Flavobacterium multivorum cells described herein are deposited in ATCC (ATCC registration number 55238; as noted above, they correspond to Sphingobacterium multivorum in the registry catalog. However, their name was not changed in Bergy's Manual). This cell line provides specialists in this field several ways of microbiological synthesis of isomerically pure RR-zeaxanthin.

Во-первых, непосредственные и немодифицированные потомки этих клеток могут применяться для синтеза R-R-зеаксантина без заметных количеств других нежелательных стереоизомеров. Из всего количества каротиноидов, продуцируемых этими клетками, более 90% приходится на долю нужного каротиноида ZX. First, the immediate and unmodified descendants of these cells can be used to synthesize R-R-zeaxanthin without noticeable amounts of other undesirable stereoisomers. Of the total number of carotenoids produced by these cells, more than 90% are necessary carotenoid ZX.

Во-вторых, потомство штамма АТСС 55238 может применяться после его модификации способами, которые увеличивают производство R-R-изомера ZX. Мутантные или другие измененные линии клеток могут быть созданы с помощью любого из нескольких методов, таких как (1) обработка потомства штамма дикого типа АТСС 55238 мутагенными агентами, такими как ультрафиолетовое облучение или облучение рентгеновскими лучами, или известными химическими мутагенами, такими как N-метил-N'-нитро-N-нитрозогуанидин, (2) получение половых комбинаций путем смешения клеток F. multivorum с другими типами бактерий, что активно усиливает конъюгацию и обмен ДНК между бактериальными клетками, (3) обработка клеток F. multivorum бактериальными транспозонами или вирусами, которые могут вызывать перестройку относительно больших участков ДНК. Эти методы позволяют внести случайные изменения в клетки потомства, а затем потомство анализируют с использованием методов скрининга с целью идентификации и выделения клеток потомства, которые продуцируют более высокие уровни ZX. Secondly, the offspring of strain ATCC 55238 can be used after its modification by methods that increase the production of the R-R isomer ZX. Mutant or other altered cell lines can be created using any of several methods, such as (1) treating the offspring of the wild-type strain ATCC 55238 with mutagenic agents such as ultraviolet radiation or X-ray radiation, or known chemical mutagens such as N-methyl -N'-nitro-N-nitrosoguanidine, (2) obtaining sexual combinations by mixing F. multivorum cells with other types of bacteria, which actively enhances the conjugation and DNA exchange between bacterial cells, (3) processing of F. multivorum bact serial transposons or viruses that can cause rearrangement of relatively large sections of DNA. These methods allow for random changes in progeny cells, and then progeny are analyzed using screening methods to identify and isolate progeny cells that produce higher levels of ZX.

Методы скрининга могут быть облегчены с помощью химических веществ (таких, как дифениламин, никотин или ловастатин), которые подавляют один или несколько ферментов, участвующих в процессе биосинтеза, в результате которого образуется ZX. Для неспециалиста следует объяснить, что эти яды-супрессоры создают препятствия или помехи, которые могут преодолеваться только мутантными клетками, продуцирующими аномально высокие количества ZX. Однако опыты, которые могут использоваться для выявления высокопродуктивных мутантов или вариантов, являются простыми, быстрыми и легкими в осуществлении. Посколько ZX представляет собой желтый пигмент, простое визуальное исследование культурального планшета может применяться для выявления колоний мутантов, имеющих требуемые признаки (1) хорошей скорости клеточного роста и (2) способности продуцировать аномально высокие количества желтого пигмента. В методах скрининга после обработки мутагеном при необходимости могут также использоваться автоматическое приспособление (такое, как автоматический планшет-ридер или устройства для автоматической сортировки клеток, соединенные с цитометрами потока). Screening methods can be facilitated by chemicals (such as diphenylamine, nicotine, or lovastatin) that inhibit one or more of the enzymes involved in the biosynthesis process that produces ZX. It should be explained to a layman that these suppressor poisons create obstacles or interferences that can only be overcome by mutant cells producing abnormally high amounts of ZX. However, experiments that can be used to identify highly productive mutants or variants are simple, quick, and easy to implement. Since ZX is a yellow pigment, a simple visual examination of the culture plate can be used to identify mutant colonies that have the required characteristics (1) good cell growth rate and (2) the ability to produce abnormally high amounts of yellow pigment. Screening methods after processing with a mutagen may also use an automatic device if necessary (such as an automatic tablet reader or devices for automatically sorting cells connected to flow cytometers).

Эти методики мутагенеза и скрининга являются общепринятыми и хорошо известны в данной области. Любые клетки, являющиеся прямыми потомками штамма дикого типа АТСС 55238, рассматриваются как потомство этих клеток, даже если они были модифицированы, подвергнуты мутации или половому объединению с другими линиями клеток любым из перечисленных выше способов. These mutagenesis and screening techniques are generally accepted and well known in the art. Any cells that are direct descendants of the wild-type strain of ATCC 55238 are considered to be offspring of these cells, even if they have been modified, mutated or sexually combined with other cell lines using any of the methods listed above.

В третьем альтернативном подходе могут быть созданы не являющиеся потомством микробные клетки, которые содержат гены, выделенные или происходящие из линии клеток АТСС 55238, которые экспрессируют ферменты, способствующие синтезу R-R-зеаксантина. Такие гены могут быть выделены и идентифицированы с использованием известных методов. Например, последовательности ДНК генов продуцирующего каротиноиды штамма "crt", указанные в патенте США 5429939 (Misawa и др. , 1995, описан выше), могут использоваться в качестве зондов гибридизации для поиска продуцирующих каротиноиды генов, имеющих гомологичные последовательности ДНК, в геноме клеток линии АТСС 55238. Продуцирующие каротиноиды гены, выделенные из этих клеток, затем могут встраиваться в плазмиды, космиды, фаги или другие приемлемые векторы, которые могут использоваться для генетической трансформации любого нужного типа клетки-хозяина, такой как клетки Е. coli, клетки дрожжей, клетки насекомых или клетки млекопитающих. Контролируемая генетическая инженерия такого типа может обеспечить продуцирование трансформированными клетками R-R-зеаксантина, используя гены, полученные из клеток АТСС 55238. In a third alternative approach, non-progeny microbial cells can be created that contain genes isolated or derived from an ATCC 55238 cell line that express enzymes that promote R-R-zeaxanthin synthesis. Such genes can be isolated and identified using known methods. For example, the DNA sequences of the carotenoid producing crt strain gene genes described in US Pat. ATCC 55238. Carotenoid-producing genes isolated from these cells can then be inserted into plasmids, cosmids, phages, or other acceptable vectors that can be used to genetically transform any desired type of host cell on, such as E. coli cells, yeast cells, insect cells or mammalian cells. Controlled genetic engineering of this type can ensure the production of transformed R-R-zeaxanthin cells using genes derived from ATCC 55238 cells.

Кроме того, протеинкодирующие части генов, продуцирующих ZX из клеток АТСС 55238 (т. е. части генов, которые транскрибируются в матричной РНК, а затем транслируются в ферменты, синтезирующие ZX), могут быть помещены под контроль сильных и/или индуцируемых промоторов. Такие "химерные" гены, содержащие промоторы генов, полученные из различных генов, могут применяться для различных целей, таких как (1) подавление производства ZX во время роста и репродукции клеток, а затем резкое увеличение производства ZX клетками во время ферментации и (2) встраивание (инсерция) генов в новые типы клеток-хозяев, которые могут оказаться предпочтительными для промышленного применения, такие как клетки Е. coli или клетки дрожжей, которые могут применяться для хорошо известных и в значительной степени оптимизированных методов ферментации, изготовления и очистки. In addition, protein-coding parts of genes producing ZX from ATCC 55238 cells (i.e., parts of genes that are transcribed into messenger RNA and then translated into ZX-synthesizing enzymes) can be placed under the control of strong and / or inducible promoters. Such “chimeric” genes containing gene promoters derived from various genes can be used for various purposes, such as (1) suppressing ZX production during cell growth and reproduction, and then dramatically increasing ZX production by cells during fermentation and (2) insertion of genes into new types of host cells that may be preferable for industrial use, such as E. coli cells or yeast cells, which can be used for well-known and largely optimized methods of fe mentation, manufacturing and purification.

Гены, продуцирующие ZX и выделенные из клеток линии АТСС 55238, также могут быть усилены с помощью других хорошо известных методов. Например, гены бактерий часто используют "непредпочтительные" кодоны, которые снижают и регулируют количество протеина, синтезируемого геном. С целью снижения этих ограничивающих механизмов непредпочтительные коды в гене, синтезирующем ZX, в клетках линии АТСС 55238 могут быть замещены "предпочтительными" кодонами, которые могут увеличивать экспрессию фермента, продуцирующего ZX, в выбранной клетке-хозяине. Genes producing ZX and isolated from cells of the ATCC 55238 line can also be amplified using other well-known methods. For example, bacterial genes often use "non-preferred" codons, which reduce and regulate the amount of protein synthesized by the gene. In order to reduce these limiting mechanisms, non-preferred codes in the ZX synthesizing gene in ATCC 55238 cells can be replaced by “preferred” codons, which can increase the expression of the ZX-producing enzyme in the selected host cell.

В другом примере остатки цистеина могут препятствовать активности или стабильности фермента, образуя ненужные дисульфидные мостики с другими остатками цистеина либо в этой же, либо в других молекулах протеина. Следовательно, активность или стабильность фермента может быть иногда увеличена путем замещения одного или нескольких остатков цистеина остатками других аминокислот (например, см. патент США 4737462 на имя Mark). Кроме того, экспрессия протеина часто может быть увеличена путем встраивания кодонов для общих аминокислот, таких как глицин, вместо кодонов, которые кодируют метионин и триптофан, которые являются менее распространенными и которые имеют тенденцию замедлять и снижать экспрессию протеина. После создания синтетического гена, который приводит к замещению аминокислоты такой природы, модифицированный протеин можно исследовать с целью определить, сохраняет ли он нужную ферментативную активность, экспрессируется ли он в больших количествах или в более стабильной форме. In another example, cysteine residues can interfere with enzyme activity or stability by forming unnecessary disulfide bridges with other cysteine residues in either the same or other protein molecules. Therefore, the activity or stability of the enzyme can sometimes be increased by replacing one or more cysteine residues with other amino acid residues (for example, see US Pat. No. 4,737,462 to Mark). In addition, protein expression can often be increased by embedding codons for common amino acids, such as glycine, instead of codons that encode methionine and tryptophan, which are less common and which tend to slow down and decrease protein expression. After creating a synthetic gene that leads to the replacement of an amino acid of this nature, the modified protein can be examined to determine whether it retains the desired enzymatic activity, whether it is expressed in large quantities or in a more stable form.

Выше перечислены примеры известных методов генетической инженерии, которые могут быть оценены на генах, продуцирующих ZX, выделенных из клеток линии АТСС 55238, с целью определить, будет ли любая какая-либо модификация усиливать производство ZX клетками F. multivorum или другими типами клеток-хозяев. The above are examples of known genetic engineering methods that can be evaluated on genes producing ZX isolated from ATCC 55238 cells in order to determine if any modification will enhance ZX production by F. multivorum cells or other types of host cells.

Используемое в формуле изобретения понятие "клетки, которые были подвергнуты генетической инженерии для создания по крайней мере одного гена, синтезирующего зеаксантин и содержащего последовательность ДНК, полученную из штамма Flavobacterium multivorum. которому был присвоен регистрационный АТСС 55238", включает клетки, содержащие гены, имеющие последовательности ДНК, синтезированные химическим путем с использованием последовательности ДНК или мРНК, которые были определены путем анализа клеток линии АТСС 55238 или их потомства. Устройства для автоматического синтеза ДНК хорошо известны и могут использоваться для копирования любой известной последовательности гена без необходимости осуществлять репликацию исходной клетки-хозяина. Понятие "гены, синтезирующие зеаксантин" включает любые гены, экспрессирующие фермент или другой протеин, который участвует в пути биосинтеза ZX и который может применяться для увеличения производства ZX при встраивании в пригодные клетки-хозяева независимо от того, какой конкретный фермент в пути биосинтеза ZX кодирует этот ген. Used in the claims, the concept of "cells that have been genetically engineered to create at least one gene synthesizing zeaxanthin and containing a DNA sequence obtained from a strain of Flavobacterium multivorum. Which was assigned registration ATCC 55238", includes cells containing genes having sequences Chemically synthesized DNA using a DNA or mRNA sequence that has been determined by analysis of ATCC 55238 cells or their progeny. Automatic DNA synthesis devices are well known and can be used to copy any known gene sequence without the need to replicate the original host cell. The term “zeaxanthin synthesizing genes” includes any genes expressing an enzyme or other protein that is involved in the ZX biosynthesis pathway and which can be used to increase ZX production when inserted into suitable host cells, regardless of which particular enzyme in the ZX biosynthesis pathway encodes this gene.

Примеры
Пример 1. Ферментация в промышленных масштабах
Питательная среда, которая по мнению заявителей была предпочтительной для начального маломасштабного тестирования Flavobacterium multivorum в лабораторных условиях, представляет собой питательную среду Е, описанную в примере 3 в патентах США 5308759 (Gierhart, 1994) и 5427783 (Gierhart, 1995). Эта питательная среда содержала несколько ингредиентов, которые были дорогостоящими и с которыми было трудно работать. Для снижения стоимости и для повышения удобства после даты подачи этих заявок было проведено обширное исследование с целью создать питательную среду, более пригодную для промышленных масштабов. Из питательных сред, которые в настоящее время являются предпочтительными для ферментации в промышленных масштабах, были исключены кукурузная мука и несколько других ингредиентов. Эти предпочтительные среды содержат либо кукурузный сироп с высоким содержанием мальтозы, либо свеклосахарную мелассу в диапазоне концентраций от 1 до 10% мас./об. наряду с экстрактом замоченной кукурузы в концентрации 0,5-4% мас./об.; гептагидрат сульфата аммония в концентрации 0,5% мас./об.; хлорид натрия в концентрации 0,5% мас. /об. ; гептагидрат сульфата магния в концентрации 0,1% мас./об.; ацетат натрия в концентрации 0,1% мас./об.; гептагидрат сульфата железа в концентрации 0,001% мас. /об.; дрожжевой экстракт в концентрации 0,2% мас. /об. ; тиамин-НСl в концентрации 0,01% мас./об.; от 1 до 6% мас./об. гидролизованного казеина (например, марки NZ Amine HD, поставляемой фирмой Sheffield Products, Division of Quest International, Norwich, NY); и растительное масло в концентрации 1 об. %. После смешения этих ингредиентов добавляют количество NaOH, достаточное для повышения значения рН до 6,5; в противоположность этому, когда значение рН питательной среды доводили до 7,5, как это описано для лабораторных экспериментов в патентах США 5308759 и 5427783, из экстракта замоченной кукурузы осаждалось слишком много твердых частиц.
Examples
Example 1. Fermentation on an industrial scale
The culture medium, which according to the applicants was preferred for the initial small-scale testing of Flavobacterium multivorum in the laboratory, is a culture medium E, described in example 3 in US patent 5308759 (Gierhart, 1994) and 5427783 (Gierhart, 1995). This culture medium contained several ingredients that were expensive and difficult to work with. To reduce costs and increase convenience, an extensive study was conducted after the filing date of these applications to create a breeding ground more suitable for industrial use. Among the nutrient media that are currently preferred for industrial-scale fermentation, corn flour and several other ingredients have been excluded. These preferred media contain either high maltose corn syrup or beet sugar molasses in a concentration range of 1 to 10% w / v. along with an extract of soaked corn in a concentration of 0.5-4% wt./about .; ammonium sulfate heptahydrate at a concentration of 0.5% w / v; sodium chloride at a concentration of 0.5% wt. /about. ; magnesium sulfate heptahydrate at a concentration of 0.1% w / v; sodium acetate at a concentration of 0.1% wt./about .; iron sulfate heptahydrate in a concentration of 0.001% wt. /about.; yeast extract at a concentration of 0.2% wt. /about. ; thiamine-Hcl at a concentration of 0.01% wt./about .; from 1 to 6% wt./about. hydrolyzed casein (e.g., NZ Amine HD available from Sheffield Products, Division of Quest International, Norwich, NY); and vegetable oil at a concentration of 1 vol. % After mixing these ingredients, an amount of NaOH sufficient to raise the pH to 6.5 is added; in contrast, when the pH of the growth medium was adjusted to 7.5, as described for laboratory experiments in US Pat. Nos. 5,308,759 and 5,427,783, too many particulate matter precipitated from the soaked corn extract.

Культуральную среду стерилизуют автоклавированием при 121oС в течение 30 мин, затем ее охлаждают до 27oС и инокулируют с помощью 5-10 об.% "жидкой предкультуры", содержащей штамм F. multivorum, который продуцирует R-R-зеаксантин и не продуцирует S-S- или S-R-стереоизомеры. Клетки, которые применяются для получения жидкой предкультуры, выращивают в пробирке со скошенным агаром, предназначенным для определения количества микроорганизмов. Эти культуры, полученные на скошенном агаре, инокулируют клональными колониями F. multivorum, полученными из штамма, депонированного заявителями в АТСС (регистрационный номер АТСС 55238). После инкубации в течение 48 ч при 28oС исходные культуры на скошенном агаре хранят в холодильнике при 4oС до их использования в качестве инокулята для жидкой среды. Жизнеспособные клетки также могут быть заморожены для длительного хранения с использованием обычных камер замораживания, сухого льда или жидкого азота.The culture medium is autoclaved at 121 ° C. for 30 minutes, then it is cooled to 27 ° C. and inoculated with 5-10 vol.% “Liquid preculture” containing the F. multivorum strain, which produces RR-Zeaxanthin and does not produce SS - or SR stereoisomers. Cells that are used to obtain a liquid preculture are grown in a test tube with beveled agar designed to determine the number of microorganisms. These cultures, obtained on mowed agar, were inoculated with clonal colonies of F. multivorum obtained from the strain deposited by the applicants in ATCC (ATCC registration number 55238). After incubation for 48 hours at 28 ° C., the starting cultures on mowed agar were stored in a refrigerator at 4 ° C. until they were used as an inoculum for a liquid medium. Viable cells can also be frozen for long-term storage using conventional freezing chambers, dry ice, or liquid nitrogen.

Жидкую предкультуру получают, используя клетки, взятые из скошенного агара, для инокуляции 30 мл жидкой среды, полученной по описанной выше методике и содержащейся в колбе с перегородкой объемом 300 мл. Используют следующие условия для роста: 28oС, значение рН от 7,2 до 7,6, аэрация путем перемешивания при 250 об/мин и культивирование в течение 24 ч. После начальных 24 ч инкубации клетки, содержащиеся в одной или нескольких колбах для предварительного культивирования объемом 30 мл, используют для инокуляции в десять раз большего количества питательной среды в сосуде для ферментации соответствующего размера. Затем клетки инкубируют в течение 48-72 ч при 28oС. Значение рН поддерживают на уровне 6,80-7,20, используя NaOH и/или фосфорную кислоту. Концентрацию растворенного кислорода поддерживают на уровне 30-40% от насыщающей концентрации путем барботирования профильтрованного воздуха через сосуд со скоростью 1 объем воздуха на 1 объем жидкости в минуту при встряхивании сосуда на мешалке со скоростью 400-1000 об/мин. Опыты с использованием периодического отбора образцов и жидкостной хроматографии высокого разрешения показали, что максимальные количества ZX обычно продуцируются в течение приблизительно 72 ч при ферментации клеток в указанных условиях.A liquid preculture is prepared using cells taken from mowed agar to inoculate 30 ml of the liquid medium obtained by the method described above and contained in a 300 ml septum flask. The following growth conditions are used: 28 ° C. , pH 7.2 to 7.6, aeration by stirring at 250 rpm and cultivation for 24 hours. After the initial 24 hours of incubation, cells contained in one or more flasks for preliminary cultivation with a volume of 30 ml, is used to inoculate ten times more nutrient medium in a fermentation vessel of an appropriate size. The cells are then incubated for 48-72 hours at 28 ° C. The pH is maintained at 6.80-7.20 using NaOH and / or phosphoric acid. The concentration of dissolved oxygen is maintained at a level of 30-40% of the saturating concentration by sparging filtered air through a vessel at a rate of 1 air volume per 1 volume of liquid per minute while shaking the vessel on a mixer at a speed of 400-1000 rpm. Experiments using periodic sampling and high performance liquid chromatography showed that the maximum amounts of ZX are usually produced within approximately 72 hours when the cells are fermented under the indicated conditions.

Пример 2. Добавление стабилизаторов
Образующийся в процессе ферментации в соответствии с примером 1 ZX нуждается в стабилизации для того, чтобы облегчить последующую очистку и изготовление композиции и для гарантии чистоты. Стабилизирующие соединения могут быть добавлены к клеткам F. multivorum (или к клеточному экстракту, содержащему ZX) в любой момент времени в процессе получения или очистки; обычно один или несколько первичных стабилизаторов могут быть добавлены к клеткам, когда они еще находятся в сосуде для ферментации. Заявителями были изучены различные потенциальные стабилизаторы. К настоящему времени наилучшие результаты получены с использованием комбинации стабилизаторов, которые перед добавлением к клеткам смешивают в небольшом количестве приемлемого растворителя (например, с приблизительно 2 мл этанола в сосуде для ферментации объемом 20 л). Предпочтительная смесь стабилизаторов содержит трет-бутилгидрохинон (сокращенно ТБНХ, также называемый 2-(1,1-диметилэтил)-1,4-бензолдиолом) в количестве, которое позволяет после смешения с клетками получить конечную концентрацию от приблизительно 250 мкг/л (микрограммов на литр) до приблизительно 50 мг/л; этоксихин, концентрация которого после смешения находится в диапазоне от приблизительно 250 мкг/л до приблизительно 250 мг/л; α-токоферол в концентрации от приблизительно 250 мкг/л до приблизительно 250 мг/л; и ЭДТК (этилендиаминтетрауксусная кислота) в концентрации от приблизительно 500 мкг/л до приблизительно 500 мг/л. Приемлемые концентрации могут существенно варьироваться и должны зависеть от различных факторов, таких как стадии последующей очистки и предполагаемый способ упаковки и путь введения. Предпочтительные концентрации этих стабилизаторов, применяемых при использовании однократной экстракции ТГФ с последующим смешением с растительным маслом и капсулированием в водонепроницаемую пилюлю, аналогичную таковой, применяемой для витаминов, составляют приблизительно 25-50 мг/л ТБНХ, 250-500 мкг/л этоксихина, 250-500 мкг/л α-токоферола и 500-1000 мкг/л ЭДТК.
Example 2. Adding stabilizers
Formed in the fermentation process in accordance with example 1 ZX needs to be stabilized in order to facilitate subsequent cleaning and preparation of the composition and to guarantee cleanliness. Stabilizing compounds can be added to F. multivorum cells (or to a cell extract containing ZX) at any time during the preparation or purification; usually one or more primary stabilizers can be added to the cells while they are still in the fermentation vessel. Applicants have studied various potential stabilizers. To date, the best results have been obtained using a combination of stabilizers that are mixed with a small amount of an acceptable solvent before being added to the cells (for example, with about 2 ml of ethanol in a 20 L fermentation vessel). The preferred stabilizer mixture contains tert-butylhydroquinone (abbreviated as TBNX, also called 2- (1,1-dimethylethyl) -1,4-benzenediol) in an amount that allows, after mixing with the cells, a final concentration of about 250 μg / l (micrograms per liter) up to about 50 mg / l; ethoxyquin, the concentration of which after mixing is in the range from about 250 μg / l to about 250 mg / l; α-tocopherol at a concentration of from about 250 μg / L to about 250 mg / L; and EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) at a concentration of from about 500 μg / L to about 500 mg / L. Acceptable concentrations can vary significantly and should depend on various factors, such as subsequent purification steps and the intended packaging method and route of administration. The preferred concentrations of these stabilizers used when using a single extraction of THF followed by mixing with vegetable oil and encapsulation in a waterproof pill, similar to that used for vitamins, are approximately 25-50 mg / l TBNH, 250-500 μg / l ethoxyquin, 250- 500 μg / L α-tocopherol and 500-1000 μg / L EDTA.

После добавления стабилизаторов клеточную культуру пастеризуют, нагревая до 55oС в течение 25-50 мин. Эта процедура убивает бактерии, не повреждая ZX, который они продуцировали. Затем культуру охлаждают до комнатной температуры и клетки, содержащие ZX, и другие твердые частицы, присутствующие в культуральном бульоне, отделяют от жидкой фазы с помощью системы микрофильтрации с поперечным потоком, которая повышает концентрацию клетки/твердые частицы от начального значения приблизительно 10-15 об.% до концентрации в фильтрате приблизительно 60-80 об.%. Этот процесс приводит к получению клеточной пасты, которая также содержит некоторое остаточное количество твердых частиц из питательной среды.After the addition of stabilizers, the cell culture is pasteurized by heating to 55 ° C. for 25-50 minutes. This procedure kills bacteria without damaging the ZX they produced. The culture is then cooled to room temperature and cells containing ZX and other solid particles present in the culture broth are separated from the liquid phase using a cross-flow microfiltration system that increases the cell / solid concentration from an initial value of about 10-15 vol. % to a concentration in the filtrate of approximately 60-80 vol.%. This process results in cell paste, which also contains some residual solids from the culture medium.

Для получения препаратов на основе ZX, которые скармливали японской куропатке для исследования сетчатки, как описано в примерах 5-7, клеточную пасту замораживают до -70oС, затем сушат с помощью лиофилизации при 25oС в глубоком вакууме, получая высушенную биомассу, содержащую приблизительно 1-10 мас. % ZX. В вышеуказанных опытах количество ZX в каждой порции оценивали по отдельности и порции, имеющие различные концентрации, объединяли и смешивали, чтобы в опытах на японской куропатке обеспечить использование сопоставимых концентраций.To obtain preparations based on ZX, which were fed to a Japanese partridge for researching the retina, as described in examples 5-7, the cell paste was frozen to -70 ° C, then dried by lyophilization at 25 ° C in a high vacuum, to obtain dried biomass containing about 1-10 wt. % ZX In the above experiments, the amount of ZX in each portion was evaluated individually and the portions having different concentrations were combined and mixed in order to ensure the use of comparable concentrations in experiments on a Japanese partridge.

Для получения ZX, предназначенного для приема внутрь человеком, применяют экстракцию растворителями для получения вязкой маслянистой жидкости, как описано в примере 3. To obtain ZX intended for human ingestion, solvent extraction is used to obtain a viscous oily liquid, as described in Example 3.

Пример 3. Неполная очистка маслянистой жидкости
После получения клеточной пасты аналогично примеру 2 она может быть обработана любым из многочиленных способов. Как указано выше, при необходимости клеточные мембраны могут быть разрушены с той целью, чтобы открыть клетки и сделать ZX более доступным с помощью таких способов, как облучение ультразвуком (с использованием высокочастотных звуковых волн), обработка высоким давлением или измельчение, поддерживая температуру клеток ниже приблизительно 30oС для предотвращения окисления. Однако эта стадия не является необходимой, когда на стадии экстракции растворителем применяют тетрагидрофуран (ТГФ), поскольку ТГФ очень эффективно разрушает клеточные мембраны без механического вмешательства. Перемешивание не является необходимым, когда в лабораторных опытах применяют ТГФ; однако, вероятно, при промышленном производстве перемешивание во время стадии смешения с растворителем может оказаться целесообразным.
Example 3. Incomplete purification of oily liquid
After receiving the cell paste, analogously to example 2, it can be processed by any of the multi-member methods. As indicated above, if necessary, cell membranes can be destroyed in order to open the cells and make ZX more accessible using methods such as irradiation with ultrasound (using high-frequency sound waves), high pressure treatment or grinding, keeping the cell temperature below approximately 30 o C to prevent oxidation. However, this step is not necessary when tetrahydrofuran (THF) is used in the solvent extraction step, since THF very efficiently destroys cell membranes without mechanical intervention. Stirring is not necessary when THF is used in laboratory experiments; however, it is likely that in industrial production, mixing during the solvent mixing step may be appropriate.

В проводившихся опытах экстракция ТГФ включала смешение приблизительно 8-20 объемов очищенного профильтрованного ТГФ с одним объемом клеточной пасты, содержащей 60-80% твердых частиц, при температуре ниже 25oС в течение 2-24 ч. ТГФ активно воздействует на клетки, приводя к получению жидкости, в которой суспендированы хлопьевидные твердые частицы. После центрифугирования при 20000g в течение нескольких минут большая часть ТГФ может быть удалена путем декантации. Оставшийся ТГФ может быть выпарен под вакуумом, в результате чего образуется вязкое масло. Когда клеточную пасту, содержащую 1-3% ZX, обрабатывали с помощью однократной экстракции ТГФ, образовавшееся масло обычно содержало примерно 5-20 мас.% ZX.In the experiments carried out, the extraction of THF included mixing about 8-20 volumes of purified filtered THF with one volume of cell paste containing 60-80% solid particles at a temperature below 25 o C for 2-24 hours. THF actively affects the cells, leading to obtaining a liquid in which flocculent solids are suspended. After centrifugation at 20,000 g for several minutes, most of the THF can be removed by decantation. The remaining THF can be evaporated in vacuo, resulting in a viscous oil. When a cell paste containing 1-3% ZX was treated with a single extraction of THF, the resulting oil typically contained about 5-20 wt.% ZX.

Пример 4. Получение высокоочишенного зеаксантина в сухой порошкообразной форме со 100%-ным содержанием R-R-изомера
Препарат на основе высокоочищенного ZX в сухой порошкообразной форме получали путем обработки подвергнутой экстракции ТГФ маслянистой жидкости, описанной в примере 3, с помощью жидкостной хроматографии следующим образом. Маслянистую жидкость, содержащую ZX, растворяли в гексане, затем пропускали через хроматографическую колонку, содержащую нейтральный алюминиевый порошок. С целью удаления примесей каротиноидов, таких как β-каротин и ликопен, а также липидов и других загрязнителей для промывки колонки использовали гексан в объеме, равном двум объемам колонки. Затем для выделения ZX через колонку пропускали смесь гексан:ацетон в соотношении 80:20. Полученный растворенный ZX сушили под вакуумом. Хроматографический анализ показал, что он представляет собой ZX с чистотой по меньшей мере 98%; были обнаружены только следовые количества любых примесей.
Example 4. Obtaining highly purified zeaxanthin in dry powder form with a 100% content of RR isomer
A preparation of highly purified ZX in dry powder form was obtained by treating a THF-extracted oily liquid described in Example 3 using liquid chromatography as follows. The oily liquid containing ZX was dissolved in hexane, then passed through a chromatographic column containing neutral aluminum powder. In order to remove impurities of carotenoids, such as β-carotene and lycopene, as well as lipids and other contaminants, hexane was used to wash the column in a volume equal to two column volumes. Then, to separate ZX, a hexane: acetone mixture was passed through the column in a ratio of 80:20. The resulting dissolved ZX was dried under vacuum. Chromatographic analysis showed that it is ZX with a purity of at least 98%; only trace amounts of any impurities were detected.

После хранения в течение примерно шести месяцев в относительно незащищенном состоянии (как правило, при обычном замораживании со средней частотой взятия образцов и без использования каких-либо антиоксидантов и без принятия каких-либо мер предосторожности для предотвращения контакта с атмосферным кислородом) образец этого препарата ZX отсылали для стереоизомерного анализа профессору John Landrum (одному из соавторов статей Bone, Landrum и др. ) в университет Florida International University, Майами, шт. Флорида. Выполненный им анализ с использованием хиральной хроматографии на колонках с дикарбаматной дериватизацией показал, что незащищенный препарат, хранившийся в течение шести месяцев, содержал 92% ZX. Примеси, вероятно, представляли собой в основном кетокаротиноиды, которые элюировались раньше ZX; кетокаротиноиды имеют дополнительный атом кислорода, присоединенный к каротиноиду в каком-либо из положений, и они являются обычными побочными продуктами, появляющимися при хранении каротиноидов без защиты от окисления. Хиральный анализ, проведенный профессором Landrum, показал, что нужный R-R-изомер составлял 100% от общего количества ZX в препарате. Не было обнаружено заметных количеств нежелательных S-S- или S-R-стереоизомеров. After being stored for approximately six months in a relatively unprotected state (usually during normal freezing with an average sampling frequency and without the use of any antioxidants and without taking any precautions to prevent contact with atmospheric oxygen), a sample of this ZX preparation was sent for stereoisomeric analysis to Professor John Landrum (one of the co-authors of the articles Bone, Landrum, etc.) at Florida International University, Miami. Florida. His analysis using chiral chromatography on dicarbamate derivatized columns showed that the unprotected preparation, which had been stored for six months, contained 92% ZX. The impurities were probably mainly ketocarotinoids that eluted before ZX; ketocarotenoids have an additional oxygen atom attached to the carotenoid in one of the positions, and they are the usual by-products that appear during storage of carotenoids without protection against oxidation. A chiral analysis performed by Professor Landrum showed that the desired R-R isomer was 100% of the total amount of ZX in the preparation. No appreciable amounts of unwanted S-S or S-R stereoisomers were found.

Установлено, что описанная выше хроматографическая очистка, хотя она является полностью выполнимой и высокоэффективной, не является идеально пригодной для получения высокоочищенного ZX в промышленных количествах. В качестве метода, потенциально приемлемого для промышленного производства, можно назвать альтернативный метод, разработанный для очистки лютеина и описанный в патенте США 5382714 (Khachik, 1995; также см. у Khachik и др., 1991), в котором используется смесь холодный этанол:вода в системе экстракции, состоящей из двух растворителей, с последующей лиофилизацией. It was found that the chromatographic purification described above, although it is fully feasible and highly efficient, is not ideally suited to produce highly purified ZX in industrial quantities. As a method potentially acceptable for industrial production, we can name an alternative method developed for the purification of lutein and described in US patent 5382714 (Khachik, 1995; also see Khachik et al., 1991), which uses a mixture of cold ethanol: water in an extraction system consisting of two solvents, followed by lyophilization.

Пример 5. Исследования зеаксантина с использованием в качестве модели групп японской куропатки с различным рационом питания
Все исследования с использованием японской куропатки проведены в Schepens Eye Research Institute of Harvard Medical School (Boston, Massachusetts) по контракту с Applied Food Biotechnology, Inc. (правоприемнику по настоящей заявке). Количество птиц во всех подвергавшихся обработке или в контрольных группах было таким, которое необходимо для получения статистически достоверных данных. В большинстве случаев количество птиц в контрольных группах соответствовало количеству птиц в подвергавшихся обработке группах.
Example 5. Studies of zeaxanthin using a partridge group with a different diet as a model
All studies using Japanese partridge were performed at the Schepens Eye Research Institute of Harvard Medical School (Boston, Massachusetts) under a contract with Applied Food Biotechnology, Inc. (assignee of this application). The number of birds in all treated or in control groups was such that was necessary to obtain statistically reliable data. In most cases, the number of birds in the control groups corresponded to the number of birds in the treated groups.

Корма для птиц с дефицитом каротиноидов получали от фирмы Purina Mills (St. Louis, Missouri). Такие корма для птиц продавали исключительно для экспериментального использования и получали на основе зерна (такого, как семена проса), в котором в естественных условиях отсутствуют каротиноиды. Carotenoid-deficient bird feeds were obtained from Purina Mills (St. Louis, Missouri). Such bird feeds were sold exclusively for experimental use and were obtained on the basis of grain (such as millet seeds), in which there are no carotenoids in vivo.

Все препараты на основе ZX, которыми кормили японских куропаток, представляли собой высушенную биомассу клеток F. multivorum, которую ферментировали, стабилизировали агентами в соответствии с примером 2, подвергали пастеризации с целью убить клетки и сушили с помощью лиофилизации. Эти стадии ферментации и изготовления препарата осуществлялись фирмой Applied Food Biotechnology, Inc. на ее оборудовании в O'Fallon, Missouri. All ZX-based formulations fed to partridges were dried biomass of F. multivorum cells, which were fermented, stabilized with the agents of Example 2, pasteurized to kill cells, and dried by lyophilization. These stages of fermentation and preparation were carried out by Applied Food Biotechnology, Inc. on her equipment in O'Fallon, Missouri.

Всех опытных животных выводили из яиц с дефицитом каротиноидов. Их получали путем выкармливания родительского поколения (обозначенного как птицы поколения Р1) по достижении птицами половой зрелости исключительно с использованием рациона с дефицитом каротиноидов. Их яйца разбивали и анализировали на содержание каротиноидов до тех пор, пока в яйцах не обнаруживался дефицит каротиноидов. Яйца, которые после этого откладывались птицами родительского поколения с дефицитом каротиноидов, использовали для выведения птиц всех опытных и контрольных групп. All experimental animals were hatched from carotenoid-deficient eggs. They were obtained by feeding the parental generation (designated as birds of the P1 generation) when the birds reached puberty exclusively using a diet with a carotenoid deficiency. Their eggs were broken and analyzed for carotenoid content until carotenoid deficiency was detected in the eggs. The eggs, which were then laid by birds of the parental generation with a deficiency of carotenoids, were used to breed birds of all experimental and control groups.

Опытных и контрольных птиц разделяли на четыре основные группы, которые содержали на различных рационах. Эти группы обозначали как группа С+, группа С-, группа ВС+, группа ZX(+5) и группа ZX(+50) в зависимости от того, какие каротиноиды они получали в своем рационе. Experienced and control birds were divided into four main groups, which were kept on different diets. These groups were designated as group C +, group C-, group BC +, group ZX (+5) and group ZX (+50) depending on which carotenoids they received in their diet.

Птиц группы С+ содержали на стандартном поступающем в продажу пищевом рационе, включающем несколько каротиноидов; этот пищевой рацион также содержал в качестве добавки синтетический α-токоферол (витамин Е). Birds of the C + group were kept on a standard commercial diet that included several carotenoids; this diet also contained synthetic α-tocopherol (vitamin E) as an additive.

Птиц группы С- содержали на пищевом рационе, в котором отсутствовали практически все каротиноиды, как описано выше. Однако этот пищевой рацион включал все другие необходимые питательные вещества, и он в качестве добавок включал синтетические витамины А и Е. Group C birds were kept on a diet in which almost all carotenoids were absent, as described above. However, this diet included all other essential nutrients, and it included synthetic vitamins A and E. as additives.

Птиц группы ВС+ содержали на пищевом рационе, в котором отсутствовали все каротиноиды, но в качестве добавки в него вводили β-каротин в такой же дозе, которую применяли для группы, находящейся на рационе с высоким содержанием ZX (т.е. добавляли 50 мг β-каротина на килограмм корма). Птиц группы ВС+ переводили на пищевой рацион, содержащий β-каротин, за семь (7) дней до начала процедуры повреждения сетчатки светом. Эта группа позволяет провести непосредственное сравнение между группой, находящейся на рационе с добавкой β-каротина, и одной из подгрупп птиц, находящейся на рационе с добавлением ZX, которую также переводили с пищевого рациона с дефицитом каротиноидов на рацион с добавлением ZX за семь дней до начала повреждения сетчатки светом. Как описано в примере 8, это непосредственное сравнение показало, что ZX обладает высокой эффективностью в отношении предупреждения фототоксичного повреждения, тогда как защитные действия β-каротина оказались настолько слабыми, что полученные результаты не достигли статистически достоверного уровня. Birds of the BC + group were kept on a diet in which all carotenoids were absent, but β-carotene was added to it in the same dose as was used for the group on a diet with a high ZX content (i.e., 50 mg was added β-carotene per kilogram of feed). Birds of the BC + group were transferred to a diet containing β-carotene seven (7) days before the start of the procedure for retinal damage by light. This group allows a direct comparison between the group on the diet supplemented with β-carotene and one of the subgroups of birds on the diet supplemented with ZX, which was also transferred from a carotenoid-deficient diet to the diet supplemented with ZX seven days before the start damage to the retina by light. As described in Example 8, this direct comparison showed that ZX is highly effective in preventing phototoxic damage, while the protective effects of β-carotene were so weak that the results did not reach a statistically significant level.

Птиц группы ZX+ содержали на пищевом рационе, в котором отсутствовали все другие каротиноиды, но который включал высушенную биомассу, содержавшую R-R-зеаксантин из клеток F. multivorum фирмы AFB. Пищевой рацион этих птиц включал две различные дозы ZX, что позволяет оценить зависимость действия от дозы и выявить корелляцию с различными проявлениями повреждения сетчатки. Птиц группы ZX(+5) содержали на пищевом рационе с относительно небольшим количеством ZX, в среднем добавляя 5 мг ZX на килограмм корма. Поскольку японская куропатка съедает приблизительно 25-35 г корма в день, в группе с низкой дозой ZX на птицу в день приходилось приблизительно 0,125-0,175 мг ZX. Птиц группы ZX(+50) содержали на пищевом рационе с десятикратно увеличенным количеством ZX (50 мг ZX на килограмм корма), при этом каждая из птиц поглощала приблизительно 1,25-1,75 мг ZX в день. ZX + birds were kept on a diet that lacked all other carotenoids, but which included dried biomass containing R-R-zeaxanthin from AFB F. multivorum cells. The diet of these birds included two different doses of ZX, which makes it possible to evaluate the dose-dependent action and to reveal correlation with various manifestations of retinal damage. ZX group birds (+5) were kept on a diet with a relatively small amount of ZX, on average adding 5 mg of ZX per kilogram of feed. Since Japanese grouse eats approximately 25-35 g of feed per day, in the low-dose ZX group per bird per day, approximately 0.125-0.175 mg of ZX was consumed. Birds of the ZX group (+50) were kept on a diet with a tenfold increase in the amount of ZX (50 mg ZX per kilogram of feed), with each bird absorbing approximately 1.25-1.75 mg ZX per day.

Концентрации каротиноидов в контрольном корме, в корме с дефицитом каротиноидов и в корме для группы ZX+ анализировали с помощью жидкостной хроматографии высокого разрешения (ЖХВР) с использованием методов, описанных у Stacewicz-Sapuntzakis и др., 1993. Результаты приведены в таблице 1. The concentrations of carotenoids in the control feed, in the carotenoid-deficient feed and in the feed for the ZX + group were analyzed using high-performance liquid chromatography (HPLC) using the methods described by Stacewicz-Sapuntzakis et al., 1993. The results are shown in Table 1.

Всех птиц выращивали и содержали в обычных брудерных клетках. За исключением указанных ниже случаев, их содержали при обычном освещении с широким спектром волн, продолжительность которого составляла от 10 до 14 ч в сутки. All birds were reared and kept in ordinary brood cages. Except for the cases indicated below, they were kept under normal lighting with a wide spectrum of waves, the duration of which ranged from 10 to 14 hours per day.

Пример 6. Отложение в сетчатке зеаксантина. введенного оральным путем
Химическим путем анализировали концентрации ZX (и других каротиноидов), накопленные в сетчатках птиц в каждой из групп, содержавшихся на различных пищевых рационах, описанных в примере 5.
Example 6. Retinal deposition of zeaxanthin. orally administered
Chemically analyzed the concentrations of ZX (and other carotenoids) accumulated in the retinas of birds in each of the groups contained in the different diets described in example 5.

Для осуществления этих анализов птиц, которые вылупились из яиц с дефицитом каротиноидов и которых содержали на соответствующем пищевом рационе в течение по крайней мере 6 месяцев, умерщвляли путем скручивания шеи. Ткань сетчатки выделяли путем рассечения энуклеированного глаза, и ткань отдельной сетчатки растирали до практически гомогенного состояния в 250 мкл дистиллированной деионизированной воды, используя стеклянный пестик или пестик из политетрафторэтилена (TEFLON®). Из этого гомогената отбирали 10 мкл и использовали для анализа содержания протеинов в гомогенате с целью стандартизировать результаты, полученные для различных образцов сетчатки. К оставшимся 240 мкл суспензии ткани сетчатки добавляли 250 мкл метанола, содержащего 2% мас./об. пирогаллола и 50 мкл гидроксида калия в концентрации 60% мас./об. Смесь выдерживали в водяной бане при 70oС в течение 1 ч, затем добавляли 500 мкл 50 об.%-ного этанола, а затем 2 мл гексана. Смесь интенсивно перемешивали для тщательного смешения, затем оставляли стоять для разделения при 5oС. Удаляли эпифазу (т.е. более легкую фазу, которая всплывала на поверхность оставшейся жидкости), содержащую гексан и проэкстрагированные каротиноиды, токоферолы и ретинолы. К гомогенату ткани дополнительно добавляли 2 мл гексана и смесь интенсивно перемешивали и вновь давали разделиться. Эту эпифазу удаляли и объединяли с первой. Этот процесс повторяли еще раз, используя третий цикл экстракции, с целью обеспечить полную экстракцию каротиноидов, токоферолов и ретиноидов.To carry out these analyzes, birds that hatched from carotenoid-deficient eggs and kept on an appropriate diet for at least 6 months were killed by twisting the neck. Retinal tissue was isolated by dissection enucleated eye, and tissue separate the retina was ground to near homogeneity into 250 .mu.l of distilled deionized water, using a glass pestle pestle or polytetrafluoroethylene (TEFLON ®). 10 μl was taken from this homogenate and used to analyze the protein content of the homogenate in order to standardize the results obtained for various retinal samples. To the remaining 240 μl of a retinal tissue suspension, 250 μl of methanol containing 2% w / v was added. pyrogallol and 50 μl of potassium hydroxide at a concentration of 60% w / v. The mixture was kept in a water bath at 70 ° C for 1 h, then 500 μl of 50 vol% ethanol was added, followed by 2 ml of hexane. The mixture was vigorously stirred for thorough mixing, then left to stand for separation at 5 ° C. The epiphase (i.e., the lighter phase that floated to the surface of the remaining liquid) containing hexane and extracted carotenoids, tocopherols and retinols was removed. An additional 2 ml of hexane was added to the tissue homogenate and the mixture was vigorously mixed and allowed to separate again. This epiphase was removed and combined with the first. This process was repeated again using the third extraction cycle in order to ensure complete extraction of carotenoids, tocopherols and retinoids.

Объединенные гексановые экстракты затем промывали 1 мл воды для удаления остаточных количеств гидроксида калия. К смеси гексан-вода дополнительно добавляли 1 мл гексана, затем гексановый слой (эпифазу) осторожно удаляли пипеткой. После этого гексан выпаривали в постоянном потоке газообразного азота. Полученный остаток содержал каротиноиды, токоферолы и ретинолы и другие неидентифицированные экстрагируемые гексаном соединения. Далее этот остаток растворяли в растворителе (метанол:хлороформ:триэтиламин) и анализировали с помощью ЖХВР, как описано выше. The combined hexane extracts were then washed with 1 ml of water to remove residual potassium hydroxide. An additional 1 ml of hexane was added to the hexane-water mixture, then the hexane layer (epiphase) was carefully removed with a pipette. After that, hexane was evaporated in a constant stream of nitrogen gas. The resulting residue contained carotenoids, tocopherols and retinols and other unidentified hexane extractable compounds. This residue was then dissolved in a solvent (methanol: chloroform: triethylamine) and analyzed by HPLC as described above.

Результаты представлены ниже в таблице 2, в которой также показаны уровни повреждения после светового облучения с высокой интенсивностью. The results are presented below in table 2, which also shows the levels of damage after high-intensity light exposure.

Было выявлено лютеин-подобное соединение, которое, вероятно, не является лютеином, что было определено по времени удерживания при ЖХВР и сканированием рассматриваемого пика с использованием набора фотодиодов. A lutein-like compound was detected, which is probably not lutein, which was determined by the retention time during HPLC and scanning of the peak in question using a set of photodiodes.

Следует отметить, что β-каротин не был обнаружен во всех сетчатках, взятых у птиц, находившихся на любом из описываемых пищевых рационов. It should be noted that β-carotene was not found in all retinas taken from birds on any of the described diets.

Приведенные в таблице 2 концентрации каротиноидов в сетчатке свидетельствуют о том, что при оральном введении R-R-зеаксантин, полученный при ферментации клеток, являющихся потомками Flavobacterium multivorum (регистрационный номер АТСС 55238), действительно откладывается в сетчатках опытных животных, которые получали R-R-зеаксантин в пищевом рационе в виде пищевой добавки. Это является важным открытием, поскольку ZX должен быть переварен обычным образом, должен преодолеть кишечный барьер, должен попасть в кровоток и должен быть поглощен клетками сетчатки глаз птиц в достаточных количествах, чтобы обеспечить защиту ткани сетчатки от фототоксичного повреждения. Все эти барьеры были преодолены при использовании представленных в настоящем описании препаратов R-R-зеаксантина, полученного путем бактериальной ферментации. The concentrations of carotenoids in the retina shown in Table 2 indicate that when administered orally, RR-zeaxanthin obtained by fermentation of cells that are descendants of Flavobacterium multivorum (ATCC registration number 55238) is indeed deposited in the retinas of experimental animals that received RR-zeaxanthin in food diet as a dietary supplement. This is an important discovery because ZX must be digested in the usual way, must overcome the intestinal barrier, must enter the bloodstream, and must be absorbed by the retinal cells of birds in sufficient quantities to protect the retinal tissue from phototoxic damage. All of these barriers were overcome by using the preparations of R-R-zeaxanthin provided by bacterial fermentation as provided herein.

Пример 7. Защита сетчатки R-R-зеаксантином
Часть птиц в каждой из групп, находившихся на различном пищевом рационе, подвергали высокоинтенсивному облучению светом видимой части спектра при 2000-3000 люкс в течение 28 ч, используя циклы, состоящие из одночасового светового периода с последующим двухчасовым периодом практически полной темноты. После периода циклического освещения птиц помещали в практически полную темноту на 14 ч, после чего умервщляли. Такое высокоинтенсивное световое облучение, как было установлено в предварительных опытах, вызывает достоверное серьезное повреждение у птиц группы с дефицитом каротиноидов и повреждение средней тяжести у птиц контрольной группы (которых содержали на нормальном пищевом рационе). В предварительных опытах также было установлено, что после облучения светом необходим 14-часовой период, чтобы измерить максимальное количество апоптозных ядер колбочек у незащищенных (с дефицитом каротиноидов) птиц.
Example 7. Protection of the retina by RR-zeaxanthin
A part of the birds in each group on a different diet were exposed to high-intensity light from the visible part of the spectrum at 2000-3000 lux for 28 hours using cycles consisting of a one-hour light period followed by a two-hour period of almost complete darkness. After a period of cyclic illumination, the birds were placed in almost complete darkness for 14 hours, after which they were sacrificed. Such high-intensity light exposure, as was established in preliminary experiments, causes significant serious damage in birds of the carotenoid-deficient group and moderate damage in birds of the control group (which were kept on a normal diet). In preliminary experiments, it was also found that after irradiation with light, a 14-hour period is required to measure the maximum number of apoptotic cone nuclei in unprotected (carotenoid-deficient) birds.

У птиц, которых содержали на контрольном пищевом рационе, максимальный апоптоз обнаружен приблизительно через 24 ч после облучения, в то время как у птиц, которых содержали на пищевом рационе с добавлением ZX, максимальный апоптоз обнаружен через существенно более продолжительный период времени, чем 24 ч. Увеличение промежутка времени перед тем, как повреждение может быть выявлено, является надежным показателем защитных действий ZX. In birds, which were kept on the control diet, maximum apoptosis was detected approximately 24 hours after irradiation, while in birds, which were kept on the diet with the addition of ZX, maximal apoptosis was detected after a significantly longer period of time than 24 hours. An increase in the length of time before damage can be detected is a reliable indicator of ZX's protective actions.

Сетчатки этих птиц выделяли путем микроиссечения, фиксировали в ксилоле и обезвоживали в этаноле перед включением в парапласт (Oxford, 56oС). Затем делали срезы тканей сетчатки, находящихся в парапласте, и окрашивали по методу Gallyas, 1990, или пропидийиодидом для визуализации пикнозных ядер, характерных для апоптоза. Подсчитывали количество пикнозных ядер, которое может быть обнаружено в одном поле зрения микроскопа при 400-кратном (линейном) увеличении. Для каждой опытной группы подсчитывали ядра по крайней мере в 6-8 отдельных полях зрения и полученные значения усредняли.The retinas of these birds were isolated by micro-dissection, fixed in xylene and dehydrated in ethanol before inclusion in the paraplast (Oxford, 56 o C). Then sections of retinal tissues located in the paraplast were made and stained according to the method of Gallyas, 1990, or with propidium iodide to visualize the pycnotic nuclei characteristic of apoptosis. The number of pycnosis nuclei, which can be detected in one field of view of the microscope at 400-fold (linear) magnification, was calculated. For each experimental group, cores were counted in at least 6-8 separate fields of view and the obtained values were averaged.

Результаты, приведенные в таблице 2, ясно показывают, что гибель и повреждение клеток сетчатки (1) сильно понижалось и/или замедлялось с помощью синтезированного бактериями R-R-зеаксантина даже при низкой дозе ZX(+5) по сравнению с птицами, которые содержались на нормальном контрольном пищевом рационе, и (2) оно уменьшалось в еще большей степени при использовании более высокой дозы ZX(+50). Полное отсутствие каких-либо пикнозных ядер в сетчатке группы, обработанной ZX(+50), является безусловным доказательством того, что R-R-зеаксантин из клеток линии F. multivorum (регистрационный номер АТСС 55238) представляет собой значительный шаг вперед в области защиты клеток сетчатки от фототоксичного повреждения. По сведениям, которыми располагают заявители, и по их убеждению никакой другой когда-либо изученный агент не позволял достичь этого уровня защиты или хотя бы приблизиться к нему. The results shown in Table 2 clearly show that the death and damage of the retinal cells (1) was greatly reduced and / or slowed down using the RR-zeaxanthin synthesized by bacteria even at a low dose of ZX (+5) compared to birds that were kept on normal control diet, and (2) it decreased even more when using a higher dose of ZX (+50). The complete absence of any pycnotic nuclei in the retina of the ZX-treated group (+50) is unconditional evidence that RR-zeaxanthin from F. multivorum cells (ATCC registration number 55238) represents a significant step forward in the protection of retinal cells from phototoxic damage. According to the information available to the applicants and their conviction, no other agent ever studied allowed to achieve this level of protection or even to approach it.

Пример 8. Прямое сравнение эффективности R-R-зеаксантина и β-каротина в отношении защиты ткани сетчатки
Как указано выше, птицы, которые содержались на пищевом рационе ВС+, получали дозу β-каротина (50 мг на килограмм корма), что эквивалентно дозе зеаксантина в группе ZX(+50). Это позволяет произвести прямое сравнение эффективности β-каротина и ZX в отношении защиты ткани сетчатки от фототоксичного повреждения.
Example 8. Direct comparison of the effectiveness of RR-zeaxanthin and β-carotene in protecting retinal tissue
As indicated above, the birds that were on the BC + diet received a dose of β-carotene (50 mg per kilogram of feed), which is equivalent to the dose of zeaxanthin in the ZX group (+50). This allows a direct comparison of the efficacy of β-carotene and ZX to protect retinal tissue from phototoxic damage.

Полученные результаты показали, что фототоксичное повреждение в группе ВС+ было снижено только в очень незначительной степени (в среднем приблизительно на 10% или менее). По сравнению со стандартными отклонениями в контрольной группе это снижение оказалось статистически недостоверным; вероятность того, что небольшие снижения были обусловлены исключительно случайными колебаниями, составляла 0,12-0,14. The results showed that phototoxic damage in the BC + group was reduced only to a very small extent (on average by about 10% or less). Compared with standard deviations in the control group, this decrease was statistically unreliable; the probability that small declines were due solely to random fluctuations was 0.12-0.14.

Эта неспособность β-каротина осуществлять более надежную защиту от фототоксичного повреждения ткани сетчатки в то время, как R-R-зеаксантин в такой же дозе вызывал практически 100%-ное снижение того же самого показателя повреждения и гибели клеток, ясно демонстрирует важность настоящего открытия. R-R-зеаксантин, синтезированный с помощью микробной ферментации, является существенным достижением, превосходящим любые ранее известные агенты. This inability of β-carotene to provide better protection against phototoxic damage to retinal tissue, while R-R-zeaxanthin at the same dose caused an almost 100% decrease in the same indicator of damage and cell death, clearly demonstrates the importance of this discovery. R-R-zeaxanthin synthesized by microbial fermentation is a significant achievement superior to any previously known agents.

Пример 9. Получение усилителей абсорбции
Содержащие зеаксантин "мицеллы" диаметром менее 1 мкм, которые включают только нужный R-R-изомер зеаксантина, могут быть получены либо из экстракта биомассы, полученного с помощью растворителя, либо из маслянистой жидкости, описанной в примере 3, с использованием определенных типов солей желчных кислот, как описано у Olson, 1994. Маслянистая жидкость, содержащая R-R-зеаксантин, может быть смешана с приемлемой солью желчной кислоты, такой как фосфатные соли глико- или таурохолата, которые поставляются фирмой Marcor Development Company of Hackensack, New Jersey, или с использованием экстрактов желчного пузыря, содержащих соли желчных кислот, которые поставляются фирмой Saizman Corporation of Davenport, Iowa. Этот продукт желчного пузыря может быть смешан либо с экстрактом, полученным с помощью растворителя, либо с маслянистой массой и с другими определенными солями, включающими хлорид натрия, хлорид кальция или хлорид калия. Эту смесь затем подвергают обработке в механическом гомогенизаторе, который содержит приспособления для смешения, такие как вращающиеся лопасти, скорость и продолжительность вращения которых могут быть оптимизированы с помощью стандартного эксперимента путем анализа диапазона размера мицелл, полученных с использованием различных комбинаций размеров и формы лопастей, скорости и продолжительности вращения. При необходимости образовавшиеся мицеллы сушат, освобождая от растворителя, затем разбавляют до любой нужной концентрации с использованием носителя или жидкости для разбавления, такой как растительное масло. Затем эта смесь может быть включена в капсулу или другое приспособление, которое должно способствовать проглатыванию и защите образовавшихся мицелл от разложения в кислой среде желудка.
Example 9. Obtaining absorption enhancers
Zeaxanthin-containing "micelles" with a diameter of less than 1 μm, which include only the desired RR isomer of zeaxanthin, can be obtained either from a biomass extract obtained using a solvent or from the oily liquid described in example 3 using certain types of bile salts, as described by Olson, 1994. An oily liquid containing RR-zeaxanthin can be mixed with an acceptable bile salt, such as phosphate salts of glyco or taurocholate, available from Marcor Development Company of Hackensack, New Jersey, or using Hovhan gall bladder extracts containing salts of bile acids that are available from Saizman Corporation of Davenport, Iowa. This gallbladder product can be mixed either with an extract obtained with a solvent, or with an oily mass and with other specific salts, including sodium chloride, calcium chloride or potassium chloride. This mixture is then processed in a mechanical homogenizer that contains mixing devices, such as rotating blades, the speed and duration of rotation of which can be optimized using a standard experiment by analyzing the range of micelle sizes obtained using various combinations of blade size and shape, speed and duration of rotation. If necessary, the resulting micelles are dried, free from solvent, then diluted to any desired concentration using a carrier or dilution liquid, such as vegetable oil. Then this mixture can be included in a capsule or other device, which should help swallow and protect the micelles from decomposition in the acidic environment of the stomach.

Для получения эмульсий с небольшими размерами частиц могут также быть использованы другие эмульгаторы и липиды. Могут применяться неионогенные поверхностно-активные вещества, такие, как твины и спаны, как описано у Olson, 1994, а также липидные материалы такие, как фосфолипиды и сфинголипиды, которые могут образовывать липидные пузырьки небольшого (меньше 1 мкм) размера. Other emulsifiers and lipids can also be used to obtain emulsions with small particle sizes. Nonionic surfactants, such as twins and spans, as described by Olson, 1994, as well as lipid materials such as phospholipids and sphingolipids, which can form small lipid vesicles (less than 1 μm), can be used.

Пример 10. Микрокапсулированный зеаксантин
В этом примере описано получение зеаксантина в микрокапсулированной форме. Микрокапсулы представляют собой твердые частицы размером 10-1000 мкм, состоящие из материала ядра (такого, как R-R-зеаксантин), капсулированного с помощью материала покрытия или оболочки, который может быть получен из различных соединений, таких как желатин, гуммиарабик, крахмал, зеин (протеин из кукурузы) и т. д. В процессе изготовления материала оболочки также могут добавляться другие соединения, способствующие сохранению формы, структуры, стабильности или других требуемых характеристик получаемого препарата. Такие соединения могут включать эмульгаторы, сорбит, антиоксиданты, такие как ТБНХ или 2-(1,1-диметилэтил)-1,4-бензолдиол, или гелеобразующие агенты, такие как каррагинан.
Example 10. Microencapsulated Zeaxanthin
This example describes the preparation of zeaxanthin in microencapsulated form. Microcapsules are solid particles 10-1000 μm in size, consisting of a core material (such as RR-zeaxanthin) encapsulated with a coating or shell material that can be obtained from various compounds such as gelatin, gum arabic, starch, zein ( protein from corn), etc. In the process of manufacturing the shell material, other compounds can also be added to help maintain the shape, structure, stability, or other required characteristics of the resulting preparation. Such compounds may include emulsifiers, sorbitol, antioxidants such as TBNX or 2- (1,1-dimethylethyl) -1,4-benzenediol, or gelling agents such as carrageenan.

Чистый или частично очищенный зеаксантин растворяют в соответствующем растворителе, таком как этанол, ацетон или ТГФ. В растворе при добавлении растворенного зеаксантина в воду образуются микрокристаллы диаметром менее 10 мкм. Этот процесс улучшается, если в процессе добавления воду и кристаллы зеаксантина в растворителе обрабатывают ультразвуком с высокой частотой в присутствии эмульгаторов, таких как твин 80. Pure or partially purified zeaxanthin is dissolved in an appropriate solvent, such as ethanol, acetone or THF. In a solution, when dissolved zeaxanthin is added to water, microcrystals with a diameter of less than 10 microns are formed. This process is improved if, during the addition, water and zeaxanthin crystals in the solvent are sonicated at high frequency in the presence of emulsifiers such as Tween 80.

После образования микрокристаллов к смеси воды, зеаксантина и растворителя добавляют материал оболочки. Для некоторых материалов оболочки, таких как желатин, необходимо поддерживать температуру на уровне 60oС в течение примерно 2 ч. После полного растворения материала оболочки всю смесь помещают в устройство для ультразвукового облучения (соникатор) на 5-10 мин с целью повторно эмульгировать кристаллы.After the formation of microcrystals, shell material is added to a mixture of water, zeaxanthin and a solvent. For some shell materials, such as gelatin, it is necessary to maintain the temperature at 60 ° C for about 2 hours. After complete dissolution of the shell material, the entire mixture is placed in an ultrasonic irradiation device (sonicator) for 5-10 minutes in order to re-emulsify the crystals.

Формирование микрокапсул осуществляют путем сушки смеси ядра и материала оболочки с использованием любого приемлемого методы сушки, такого как сушка при распылении, или с использованием вращающегося диска в соответствии с методом Sparks и др., описанном в патенте США 4675140. Распылительные сушилки широко используются в пищевой промышленности и при производстве кормов. Вращающийся диск представляет собой устройство, которое состоит из диска (диаметром приблизительно 4 дюйма), который может выдерживаться при определенной температуре в контролируемых условиях. Он может работать при различных скоростях в диапазоне от 1000 до 10000 об/мин. Смесь материалов ядра и оболочки добавляют в центр диска при его вращении со скоростью, например, 4000 об/мин. Микрокапсулы образуются при контактировании жидкости с нагретым вращающимся диском. Микрокапсулы отбрасываются от центра диска под действием центробежной силы и собираются на плоской поверхности, которую предварительно покрывают "собирающим" или "улавливающим" агентом, таким как гидрофобный крахмал или декстрин. Затем микрокапсулы отделяют от улавливающего агента путем просеивания через калибровочное сито. Микрокапсулы помещают в контейнер для их защиты от света и воздуха и хранят в охлажденном виде до их расфасовки в капсулы для орального введения. Microcapsules are formed by drying a mixture of core and shell material using any suitable drying method, such as spray drying, or using a spinning disc in accordance with Sparks et al. Described in US Pat. No. 4,675,140. Spray dryers are widely used in the food industry. and in the production of feed. A rotating disk is a device that consists of a disk (approximately 4 inches in diameter) that can be held at a certain temperature under controlled conditions. It can operate at various speeds ranging from 1000 to 10,000 rpm. A mixture of core and shell materials is added to the center of the disk as it rotates at a speed of, for example, 4000 rpm. Microcapsules are formed by contacting a liquid with a heated rotating disk. Microcapsules are discarded from the center of the disk by centrifugal force and collected on a flat surface that is pre-coated with a “collecting” or “trapping” agent, such as hydrophobic starch or dextrin. The microcapsules are then separated from the capture agent by sieving through a calibration sieve. Microcapsules are placed in a container to protect them from light and air and stored refrigerated until packaged in capsules for oral administration.

Таким образом, выше описаны новые способы создания лекарственных средств, которые содержат R-R-зеаксантин, предназначенных для приема внутрь человеком, а также композиций, которые содержат синтезированный микроорганизмами R-R-зеаксантин и которые предназначены для предотвращения или лечения дегенерации желтого пятна. Хотя настоящее изобретение пояснено на конкретных примерах и описано со ссылкой на определенные конкретные варианты осуществления, для специалистов в данной области техники очевидно, что возможны различные модификации, изменения и эквивалентные замены иллюстративных примеров. Предполагается, что любые такие изменения, которые вытекают непосредственно из настоящего описания и которые не отклоняются от сущности и объема изобретения, подпадают под объем изобретения. Thus, the above described new methods of creating drugs that contain R-R-zeaxanthin, intended for oral administration by humans, as well as compositions that contain synthesized by microorganisms R-R-zeaxanthin and which are intended to prevent or treat macular degeneration. Although the present invention has been explained with specific examples and described with reference to certain specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, changes, and equivalent replacements are possible for illustrative examples. It is intended that any such changes which arise directly from the present description and which do not deviate from the essence and scope of the invention fall within the scope of the invention.

Claims (21)

1. Применение 3R-3'R-стереоизомера зеаксантина в качестве лекарственного средства для лечения дегенерации желтого пятна у людей. 1. The use of the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin as a medicine for the treatment of macular degeneration in humans. 2. Применение по п. 1, где лекарственное средство представляет собой стандартную дозированную форму, пригодную для введения людям и содержащую достаточное количество зеаксантина для обеспечения благоприятного терапевтического воздействия на человека, страдающего дегенерацией желтого пятна. 2. The use of claim 1, wherein the drug is a unit dosage form suitable for administration to humans and containing a sufficient amount of zeaxanthin to provide a beneficial therapeutic effect for a person suffering from macular degeneration. 3. Применение по п. 2, где стандартная дозированная форма содержит по крайней мере приблизительно 1 мг 3R-3'R-стереоизомера зеаксантина. 3. The use of claim 2, wherein the unit dosage form contains at least about 1 mg of the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin. 4. Применение 3R-3'R-стереоизомера зеаксантина в качестве пищевой добавки, которая предназначена для введения людям с целью снижения риска возникновения дегенерации желтого пятна. 4. The use of the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin as a dietary supplement, which is intended for administration to humans in order to reduce the risk of macular degeneration. 5. Применение по п.4, где пищевая добавка предназначена для лечения пациента, страдающего болезнью Старгарта, болезнью Беста, болезнью Баттона, синдромом Шегрена-Ларссона, дистрофией колбочек-палочек, овечьим восковидным липофусцинозом, заболеванием, обусловленным проблемами накопления в лизосомах или повышенной генетической чувствительностью к дегенерации желтого пятна. 5. The use according to claim 4, where the food supplement is intended for the treatment of a patient suffering from Stargart's disease, Best’s disease, Button’s disease, Sjogren-Larsson’s syndrome, dystrophy of rod cones, sheep’s waxy lipofuscinosis, a disease caused by accumulation problems in lysosomes or increased genetic sensitivity to macular degeneration. 6. Применение по п. 4 или 5, где пищевую добавку изготавливают в виде стандартной дозированной формы, которая содержит по крайней мере приблизительно 0,1 мг 3R-3'R-стереоизомера зеаксантина. 6. The use of claim 4 or 5, wherein the nutritional supplement is formulated in a unit dosage form that contains at least about 0.1 mg of the zeaxanthin 3R-3'R stereoisomer. 7. Применение по любому из пп.1-6, где зеаксантин получают способом, который включает культивирование в жидкой среде и в стимулирующих синтез зеаксантина условиях клеток, которые синтезируют 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина в количестве, которое составляет по крайней мере 90% от общего количества молекул каротиноидов, синтезируемых клетками. 7. The use according to any one of claims 1 to 6, wherein zeaxanthin is prepared by a method that includes culturing in a liquid medium and under conditions stimulating the synthesis of zeaxanthin cells that synthesize a 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin in an amount of at least 90 % of the total number of carotenoid molecules synthesized by cells. 8. Применение по п.7, где клетки синтезируют 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина, не синтезируя какого-либо заметного количества любого другого стереоизомера зеаксантина. 8. The use according to claim 7, where the cells synthesize the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin without synthesizing any noticeable amount of any other stereoisomer of zeaxanthin. 9. Применение по п.5, где клетки представляют собой бактериальные клетки, происходящие из штамма Flavobacterium multivorum, которому был присвоен регистрационный номер АТСС 55238. 9. The use according to claim 5, where the cells are bacterial cells derived from a strain of Flavobacterium multivorum, which was assigned ATCC registration number 55238. 10. Применение по п.5, где клетки были подвергнуты обработке методами генетической инженерии таким образом, чтобы они содержали по крайней мере один ген, синтезирующий зеаксантин и включающий последовательность ДНК, полученную из клеток, являющихся потомками штамма Flavobacterium multivorum, которому был присвоен регистрационный номер АТСС 55238. 10. The use according to claim 5, where the cells were subjected to genetic engineering methods so that they contain at least one gene that synthesizes zeaxanthin and includes a DNA sequence obtained from cells that are descendants of the Flavobacterium multivorum strain, which was assigned a registration number ATCC 55238. 11. Композиция для лечения или предотвращения дегенерации желтого пятна у людей, содержащая 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина в количестве, которое является терапевтически приемлемым для людей, где 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина составляет по крайней мере приблизительно 90% от общего количества зеаксантина, a S-S- и S-R-стереоизомеры составляют менее приблизительно 10% от общего количества зеаксантина в композиции и физиологически приемлемый эксципиент, растворитель или носитель. 11. A composition for treating or preventing macular degeneration in humans, comprising a 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin in an amount that is therapeutically acceptable for humans, wherein the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin is at least about 90% of the total the amounts of zeaxanthin, and the SS and SR stereoisomers comprise less than about 10% of the total amount of zeaxanthin in the composition and a physiologically acceptable excipient, solvent or carrier. 12. Композиция для лечения или предотвращения дегенерации желтого пятна у людей, содержащая 3R-3'R- стереоизомер зеаксантина в носителе или растворителе и предназначенная для орального введения людям в терапевтически эффективном количестве. 12. A composition for treating or preventing macular degeneration in humans, comprising a 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin in a carrier or solvent and for oral administration to humans in a therapeutically effective amount. 13. Композиция по п.12, в которой 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина составляет по крайней мере приблизительно 90% от общего количества зеаксантина, a S-S- и S-R-стереоизомеры составляют менее приблизительно 10% от общего количества зеаксантина в композиции. 13. The composition of claim 12, wherein the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin comprises at least about 90% of the total amount of zeaxanthin, and the S-S and S-R stereoisomers comprise less than about 10% of the total amount of zeaxanthin in the composition. 14. Композиция по п.12, которая практически не содержит ни S-S-, ни R-S-стереизомера зеаксантина. 14. The composition according to item 12, which practically does not contain either the S-S- or R-S-stereoisomer of zeaxanthin. 15. Композиция по любому из пп.11-14 в виде стандартной дозированной формы, причем каждая стандартная дозированная форма содержит по крайней мере приблизительно 0,1 мг 3R-3'R-стереоизомера зеаксантина. 15. The composition according to any one of paragraphs.11-14 in the form of a standard dosage form, each standard dosage form containing at least about 0.1 mg of the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin. 16. Композиция по любому из пп.11-14 в виде стандартной дозированной формы, причем каждая стандартная дозированная форма содержит по крайней мере приблизительно 1 мг 3R-3'R-стереоизомера зеаксантина. 16. The composition according to any one of paragraphs.11-14 in the form of a standard dosage form, each standard dosage form containing at least about 1 mg of the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin. 17. Композиция по любому из пп.11-14, где носитель представляет собой пищевой продукт, предназначенный для приема внутрь людьми. 17. The composition according to any one of paragraphs.11-14, where the carrier is a food product intended for oral administration by humans. 18. Композиция по любому из пп.11-17, отличающаяся тем, что имеет защитное покрытие, предназначенное для снижения разложения зеаксантина в желудке. 18. The composition according to any one of paragraphs.11-17, characterized in that it has a protective coating designed to reduce the decomposition of zeaxanthin in the stomach. 19. Композиция по любому из пп.11-17, включающая непатогенные микробные клетки, которые содержат 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина в концентрации по крайней мере 2 мас.%, в виде фракции микробной клеточной массы. 19. The composition according to any one of claims 11-17, comprising non-pathogenic microbial cells that contain a 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin at a concentration of at least 2 wt.%, As a fraction of the microbial cell mass. 20. Композиция по любому из пп.11-19, где зеаксантин получают способом, который включает культивирование в жидкой среде и в стимулирующих синтез зеаксантина условиях клеток, которые синтезируют 3R-3'R-стереоизомер зеаксантина в количестве, которое составляет по крайней мере 90% от общего количества молекул каротиноидов, синтезируемых клетками. 20. The composition according to any one of paragraphs.11-19, where zeaxanthin is prepared by a method that includes culturing in a liquid medium and under conditions stimulating the synthesis of zeaxanthin cells that synthesize the 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin in an amount that is at least 90 % of the total number of carotenoid molecules synthesized by cells. 21. Композиция по п. 20, где клетки представляют собой бактериальные клетки, являющиеся потомством штамма Elavobacterium multivorum, которому был присвоен регистрационный номер АТСС 55238. 21. The composition according to p. 20, where the cells are bacterial cells that are progeny of a strain of Elavobacterium multivorum, which was assigned a registration number ATCC 55238.
RU98110058/14A 1995-10-31 1996-10-30 Pure 3r-3′r-stereoisomer of zeaxanthin for treating yellow spot degeneration in people RU2197958C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/551,166 US5854015A (en) 1995-10-31 1995-10-31 Method of making pure 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin for human ingestion
US08/551,166 1995-10-31
US08/551,153 US5827652A (en) 1995-10-31 1995-10-31 Zeaxanthin formulations for human ingestion
US08/551,153 1995-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98110058A RU98110058A (en) 2000-05-20
RU2197958C2 true RU2197958C2 (en) 2003-02-10

Family

ID=27069666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98110058/14A RU2197958C2 (en) 1995-10-31 1996-10-30 Pure 3r-3′r-stereoisomer of zeaxanthin for treating yellow spot degeneration in people

Country Status (14)

Country Link
JP (1) JPH10512594A (en)
KR (1) KR100570251B1 (en)
CN (1) CN1104235C (en)
AR (1) AR004245A1 (en)
AU (1) AU710634B2 (en)
BR (1) BR9611488A (en)
CZ (1) CZ297575B6 (en)
FI (1) FI980947A (en)
HU (1) HU223208B1 (en)
NO (1) NO981698L (en)
PL (1) PL185465B1 (en)
RU (1) RU2197958C2 (en)
WO (1) WO1997016175A1 (en)
ZA (1) ZA969139B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446792C2 (en) * 2005-01-21 2012-04-10 Промар Ас Sun-protective compositions containing carotenoids

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8088363B2 (en) 2002-10-28 2012-01-03 Zeavision Llc Protection against sunburn and skin problems with orally-ingested high-dosage zeaxanthin
US8592662B2 (en) 2005-02-11 2013-11-26 Kalamazoo Holdings, Inc. Capsicum variety exhibiting a hyper-accumulation of zeaxanthin and products derived therefrom
US20060185034A1 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 Kalamazoo Holdings, Inc. Capsicum variety exhibiting a hyper-accumulation of zeaxanthin and products derived therefrom

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US308759A (en) * 1884-12-02 Curling hat-brims and machine therefor
ES2104608T3 (en) * 1989-08-30 1997-10-16 Applied Food Biotech Inc PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF A COMPOSITION CONTAINING ZEAXANTIN USING A MICROORGANISM OF THE SPECIES FLAVOBACTERIUM MULTIVORUM.
US5310764A (en) * 1992-05-08 1994-05-10 Steven Baranowitz Treatment of age related macular degeneration with beta-carotene

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МОРОЗОВ В.И. и др. Фармакотерапия глазных болезней. - М.: Медицина, 1989, с.156-158. *
Реферат из АБД Medline: Seddon -JM et al. Dietary carotenoids, vitamins A,C, and E, and advanced age-related macular degeneration. Eye Disease Case-Control Group. JAMA 1994, Nov. 9; 272(8); 1413-20. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446792C2 (en) * 2005-01-21 2012-04-10 Промар Ас Sun-protective compositions containing carotenoids

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10512594A (en) 1998-12-02
HU223208B1 (en) 2004-03-29
NO981698L (en) 1998-06-08
HUP9802314A3 (en) 1999-05-28
HUP9802314A2 (en) 1999-04-28
NO981698D0 (en) 1998-04-16
PL185465B1 (en) 2003-05-30
WO1997016175A1 (en) 1997-05-09
KR100570251B1 (en) 2006-06-21
BR9611488A (en) 1999-01-19
PL326558A1 (en) 1998-09-28
FI980947A0 (en) 1996-10-30
FI980947A (en) 1998-04-29
CN1201388A (en) 1998-12-09
AU710634B2 (en) 1999-09-23
CZ130998A3 (en) 1998-07-15
MX9605248A (en) 1998-06-30
CZ297575B6 (en) 2007-02-07
AR004245A1 (en) 1998-11-04
KR19990067180A (en) 1999-08-16
AU7050196A (en) 1997-05-08
CN1104235C (en) 2003-04-02
ZA969139B (en) 1997-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5827652A (en) Zeaxanthin formulations for human ingestion
US5854015A (en) Method of making pure 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin for human ingestion
US5747544A (en) Method of using pure 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin to treat or prevent retinal degeneration in humans
AU725308B2 (en) Anti-stress composition
US9849178B2 (en) Combination of carotenoids and epi-lutein
JPH0249091A (en) Astaxanthin-containing composition
CN102438468A (en) Compositions rich in omega-3 fatty acids with a low content in phytanic acid
JPH10155459A (en) Astaxanthin-containing drink
JP2007084504A (en) Composition containing fermentation product of barley as active ingredient and having neovascularization inhibitory action
JPH10276721A (en) Astaxanthin-containing food or drink
JP2008297222A (en) Composition for ameliorating accommodative dysfunction of eye
RU2197958C2 (en) Pure 3r-3′r-stereoisomer of zeaxanthin for treating yellow spot degeneration in people
US7691406B2 (en) Zeaxanthin formulations for human ingestion
EP0774251B1 (en) 3R-3'R stereoisomer of zeaxanthin for treating macular degeneration in humans
WO2020251994A1 (en) Dietary supplement compositions for treating neurological disorders, and methods of treating neurological disorders using same
WO1997016175A9 (en) Pure 3r-3'r stereoisomer of zeaxanthin for treating macular degeneration in humans
KR102508306B1 (en) Method for Producing Egg Having Improved Lutein and Zeaxanthin Content, Egg Produced By Same, and Method for Preparing Egg Yolk Oil or Egg Yolk Powder
JPWO2006106986A1 (en) Vascular insufficiency improving agent
MXPA96005248A (en) Pure 3r-3'r stereoisomer of zeaxantin to treat macular degeneration in human beings
WO2007034958A1 (en) Anti-angiogenic composition comprising grain-derived component as active ingredient
JP7162542B2 (en) Food composition for promoting food factor sensing-related gene expression and food factor sensing-related gene expression promoter
WO2021187546A1 (en) Anti-psychiatric disease agent
Qadir et al. Lutein and zeaxanthin
Chandan et al. Formulation and stability enhancement using vitamin A encapsulation in ocular abnormalities: a scientific review.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20031031

NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151031