WO2010079420A1 - Verwendung von deuteriumoxid zur behandlung virus-basierter erkrankungen des respirationstraktes - Google Patents

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respiratory tract
deuterium oxide
infection
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Thomas Bayerl
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D2 Bioscience Group Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to the use of deuterium dioxide (D2O) for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract.
  • D2O deuterium dioxide
  • Virus-related diseases are prevalent worldwide and pose a serious medical problem, in particular because of the high variability, adaptability and mutation rate of viruses.
  • Viruses are small particles of about 15 to 400 nm in diameter that are not present in the virus Are able to replicate themselves but need a host cell for this. According to their host specificity, viruses are distinguished that infect animals (invertebrates and vertebrates), plants, bacteria or algae, fungi and protozoa.
  • Viral infections are generally characterized by a high growth rate of the virus particles in the affected host cells, which can be described with an exponential or power law.
  • the multiplication cycle of viruses is carried out by injecting their nucleic acid (viral RNA or virus DNA) into the host cell, in which the replication of the nucleic acid takes place by utilizing the replication apparatus of the host cell.
  • nucleic acid viral RNA or virus DNA
  • the lytic cycle active infection
  • replication of the virus nucleic acid takes place in the cell nucleus of the host cell, assembly of the new virus particles in the cytoplasm, following which the host cell is finally lysed (destroyed) and the viruses are released.
  • the viruses thus released infect further host cells.
  • the nucleic acid of the virus is integrated into the genome of the host cell where it initially remains without destroying the host cell.
  • RNA viruses Due to external influences (eg UV radiation, addition of mutagenic substances), this lysogenic cycle can be transformed into a lytic cycle described above.
  • RNA viruses after their infection, a transcription of the RNA into DNA is necessary for replication by the host cell. This process occurs via reverse transcriptase, an enzyme that is encoded by virus genes and must first be synthesized in the host cell to rewrite viral RNA into viral DNA, which in turn is replicated by the DNA polymerase of the host cell.
  • Viruses are able to infect a wide range of cells, organs and hosts. Each virus species specifically infects preferred cells, such as gastric, intestinal, skin and respiratory tract cells. This leads to numerous so-called virus-based diseases.
  • Virus-based diseases of the respiratory tract represent a widespread and major pathological problem in medicine, especially for humans. With a percentage of 90%, infection by viruses is the most common cause of respiratory diseases caused by pathogens, such as viruses and bacteria.
  • Viruses causing such virus-based respiratory diseases include, but are not limited to, influenza viruses, parainfluenza viruses, respiratory syncyticaviruses, coronaviruses, rhinoviruses, coxsackieviruses, echoviruses, herpesviruses, human metapneumoviruses, and adenoviruses.
  • Affected organs are generally primarily the nose, paranasal sinuses, oral cavity, tonsils, throat, trachea, bronchi, and lungs. Depending on the type of virus and the severity of the infection, the viruses can infect localized areas of the respiratory tract or spread to multiple areas. Secondarily, the ear, especially the middle ear, and the Eustachian tube may be affected by the viral infection.
  • the viruses usually initially infect epithelial cells, such as skin, mucous and mucosal cells of the upper and / or lower respiratory tract, such as epithelial cells in the mouth, nose and throat and epithelial cells of the bronchioles, aveoli and trachea of the lungs, followed by a strong increase of the Virus in the host cell and death of the infected host cell.
  • epithelial cells such as skin, mucous and mucosal cells of the upper and / or lower respiratory tract
  • epithelial cells in the mouth, nose and throat and epithelial cells of the bronchioles, aveoli and trachea of the lungs followed by a strong increase of the Virus in the host cell and death of the infected host cell.
  • the host reacts with an immune response that leads to various symptomatic conditions.
  • the spread of rhinoviruses occurs predominantly in the epithelial cells of the mouth and nose, where it causes a local infection by cold symptoms, such as
  • Virus-based diseases of the respiratory tract include, for example, acute or chronic rhinitis (acute or chronic inflammation of the nose), paryngitis, herpangina, lateral angina, tonsilitis, laryngitis, tracheitis, acute bronchiolitis, acute bronchitis, aveolitis and pneumonia.
  • rhinitis and sinusitis (called rhinusinusitis) or laryngitis, tracheitis and bronchitis (called laryngo-tracheo-bronchitis), or the sequential occurrence (sequential occurrence) of several of these diseases is common.
  • rhinusinusitis or laryngitis, tracheitis and bronchitis
  • laryngo-tracheo-bronchitis tracheo-bronchitis
  • sequential occurrence sequential occurrence of several of these diseases
  • secondary diseases of the respiratory tract include, for example, otitis media (otitis media) and / or inflammation of the Eustachian tube, the invention also represent virus-based diseases of the respiratory tract.
  • Rhinoviruses are small, envelope-less RNA viruses from the picorna virus group, which are the upper and lower regions of the respiratory tract of the host, in particular a mammal, such as human (human pathogenic rhinoviruses or human rhinoviruses, 117 serotypes known), bovine (bovine rhinovirus ), Monkeys and ferrets, infect.
  • the replication of the human rhinoviruses occurs in the epithelial cells of the upper part of the respiratory tract, especially in the epithelial cells of the throat, mouth and nose, by binding to a cell receptor, the ICAM-1 receptor or the LDL receptor, their RNA in the Inject the host cell and then multiply through the lytic cycle.
  • the locally highly specific replication of the virus is associated with its sensitivity to low pH values, such as those found in the gastrointestinal tract, and high temperatures (temperature optimum: 32 ° C - 33 0 C) together. In regions that are further in the body, z. As the lung, the virus is due to the prevailing physiological temperature of 37 ° C only rarely and retarded replicated.
  • the diseases caused by human rhinoviruses include predominantly diseases of the upper respiratory tract, in particular rhinitis and pharyngitis, as well as acute bronchitis. These diseases often lead to secondary infections, eg. As sinusitis (sinusitis) and otitis media (infection of the middle ear). More rarely, rhinovirus infections cause lower respiratory tract disorders such as acute asthma and COPD. Rhinoviruses are the cause of about 40% - 50% of all colds and about 34% of all respiratory infectious diseases.
  • Influenza viruses are membrane-coated, RNA viruses and belong to the group of Orthomyxoviridae. They infect both mammals, especially humans, dogs, horses, pigs, etc., as well as birds. Human pathogens are the strains influenza A and influenza B. Transmission is via droplets and / or direct contact.
  • the replication of the viruses takes place in the epithelial cells of the upper and lower respiratory tract, but especially in the epithelial cells of the upper and lower trachea, the bronchi and the aveoli of the lungs. Propagation occurs via the lytic cycle.
  • Influenza viruses lead to the pathological appearance of commonly referred influenza. Mild infections induce colds, such as rhinitis and pharyngitis, accompanied by cough, chills, headache, weakness, and fever. Severe influenza infections affect not only the upper and lower parts of the respiratory tract but also cause diseases such as pharyngitis, tracheobronchitis, acute bronchitis, bronchiolitis and, more rarely and in particularly severe cases, pneumonia. Infections with Inluenza A can even be fatal.
  • Parainfluenza viruses are membrane-enveloped, medium-sized RNA viruses belonging to the
  • Group of Paramyxoviridae can be transmitted via droplets and / or direct contact.
  • they infect mammals, such as humans.
  • Human pathogenic strains containing the respiratory system of humans, especially infants, children, Immunosuppressants and the elderly infect humans are the human parainfluenza virus 1, the human influenza virus 2 and the human parainfuenza virus 3. They are also called respiroviruses.
  • Parainfluenza viruses reproduce optimally at physiological pH (pH 7.4 - pH 8) and temperatures of up to 37 ° C. They infect epithelial cells of the upper and lower respiratory tract and multiply via the lytic cycle.
  • Parainfluenza virus 1, parainfluenza virus 2 and parainfluenza virus 3 cause mild infections with cold symptoms that are similar to those of rhinitis, pharyngitis and acute bronchitis, as well as serious infections, especially laryngo-tracheo-bronchitis, tracheo-bronchitis, bronchiolitis and pneumonia. They are the main cause of laryngitis subglottica.
  • Respiratory syncytial virus is a membrane-enveloped RNA virus transmitted via droplet and / or direct infection. Both human-pathogenic and animal-pathogenic strains are known.
  • Replication of RSV initially occurs in the nasopharynx, with RSV binding to glycosaminoglycans of superficial epithelial cells and injecting its RNA into the host cell.
  • the viruses can penetrate into the lower part of the respiratory tract and multiply there, especially in the epithelial cells of the bronchioles and aveoli, through the lytic cycle.
  • Infection by RSV initially causes symptoms similar to rhinitis and pharyngitis in the upper respiratory tract, accompanied by mild fever and coughing.
  • the infestation of the lower respiratory tract is common and manifests itself in pathogenic manifestations such as tracheitis, bronchitis and bronchiolotis.
  • Rarer pathogenic manifestations are pneumonia, laryngeal diphtheria and as a secondary disease otitis media.
  • Herpesviruses are widely used in vertebrates, especially mammals, and especially in humans, horses, pigs, cattle, goats, sheep, cats and dogs.
  • Human herpesviruses (HHV) are distinguished into alpha, beta and gamma herpesviruses (HHV-1 to HHV-8), the alpha and gamma viruses being viruses that can infect animals, such as horse (equine herpesvirus), bovine (bovine herpesvirus), pig (porcines herpesvirus), cat (feline herpesvirus), dog (canine herpesvirus) and chicken (chicken herpesvirus 1).
  • Alpha herpesviruses include herpes simplex virus 1 (HSV-1), herpes simplex virus 2 (HSV-2) and varicella zoster virus (VZV).
  • HSV-1 herpes simplex virus 1
  • HSV-2 herpes simplex virus 2
  • VZV varicella zoster virus
  • Human alpha herpesviruses usually replicate initially in epithelial cells in the mouth and nose area.
  • the released viruses continue to infect certain nerve cells (neurons) by attaching themselves in the mouth to receptors of the nerve endings leading to the nerve nodes of the facial nerve (trigeminal nerve).
  • the viral DNA penetrates into an axon, is transported into the cytoplasm of the Nevenzellen and finally into its nucleus. There, the incorporation of virus DNA into the genome of the nerve cell and leads to a resting state (latency) in which only a few viral genes are expressed (lysogenic cycle).
  • Various external stimuli can lead to re-activation of the virus, which ultimately results in the destruction (lysis) of the nerve cell.
  • the virus progeny resulting from an activation are first transported by the axon to the site or into the area of the original infection, where they in turn infect epithelial cells.
  • HSV-1 can cause diseases of the respiratory tract, especially in the mouth. These include, for example, herpes nasalis, aphthous herpes and gigiovastitis herpetica. Furthermore, HSV infections can lead to pneumonia. Infections by coronaviruses
  • Coronaviruses are membrane-enveloped RNA viruses that infect vertebrates, particularly mammals such as humans, dogs, cats, cattle, swine, and some rodents, as well as birds. Coronaviruses are transmitted by droplet infection.
  • the human coronavirus (HCo) 229E, HCo-OC43, HCoV-NL63 and SARS infect the epithelial cells of the human respiratory tract, especially the upper respiratory tract. Propagation occurs via the lytic cycle.
  • the diseases caused by human coronaviruses include rhinitis and pharyngitis.
  • acute bronchitis, bronchiolitis, pneumonia, severe respiratory syndrome (SARS) and cervical diphteria can be induced.
  • SARS severe respiratory syndrome
  • cervical diphteria can be induced.
  • these disorders are less common.
  • Adenoviruses are DNA viruses that infect both animals and humans. Of a total of 19 species, 6 human pathogenic adenoviruses are known (human adenoviruses A to F).
  • Adenoviruses are characterized by high pH and temperature stability. They usually enter the organism via the respiratory tract. Propagation of adenoviruses is not limited locally to one area. They can infect epithelial cells of the pharynx, gastrointestinal tract and conjunctiva. They multiply via the lytic cycle.
  • infections of the respiratory tract may be caused by enteroviruses, e.g. Coxsackievirus 1, Cosackievirus 2 and Echo Viruses occur.
  • enteroviruses are very acid-stable RNA viruses, which are mainly transmitted fecal-oral and less often via droplet infections.
  • enteroviruses usually begins with an infection of the cells of the small bowel tonsils. From there, the viruses migrate via bloodstream and lymph to the target organs, e.g. the nose. Rarely enteroviruses first infect epithelial cells of the mucous membranes of the respiratory tract and from there they enter the intestine. Propagation occurs via the lytic cycle.
  • Enteroviruses may induce nonspecific, mild respiratory tract infections as well as pharyngeal tonsilitis, bronchiolitis, pneumonia, herpangina, hemorrhagic conjunctivitis and otitis media. Furthermore, infections with enteroviruses cause a variety of other systemic diseases, such as foot-and-mouth disease.
  • Alpha-sympathomimetics are alpha-adrenergic antagonists that bind to alpha-adrenoreceptors in the mucous membranes of the respiratory tract and thus have a stimulating effect on the sympathetic nervous system. By the stimulation or
  • Active ingredients are, for example, naphazoline, tetrazoline, xylometazoline, oxymetazoline and phenylephrine.
  • Antihistamines are primarily anti-inflammatory in that they inhibit or inhibit histamine receptors in the cells of the skin and mucous membranes of the respiratory tract, thereby suppressing the release of the inflammatory mediator histamine. Since the release of histamine plays a pathological role mainly in allergic reactions, antihistamines are used in particular for the treatment of allergies. However, some antihistamines, termed H1 antihistimines of the first generation, also bind to muscarinic receptors in the aforementioned
  • Mucous membranes with, as with the sympathomimetics, a stimulation of the sympathetic as a result.
  • this secondary effect leads to the swelling of the mucous membranes and to the suppression of bronchial secrecy.
  • Antihistamines can be administered both topically and orally. Examples are diphenydramine, tripolidine and chorpheniramine.
  • Immunosuppresives are pharmaceuticals that suppress the immune response of the host and thus have an anti-inflammatory effect. These include, for example, glucocorticoids, cytostatics and (chimeric) antibodies.
  • Secretolytics are substances such as salt water, chamomile and sage which are administered topically and cause the outflow of e.g. nasal secretions in rhinitis and sinusitis.
  • Propagation of the virus or "virus replication” is also the replication, as defined above, as well as beyond all processes lead to an intact virus, such as the processing of a synthesized long viral protein into smaller protein sections and the assembly of virus particles, such as the nucleocapsids to understand.
  • the aim is to intervene in the infection, replication and / or multiplication cycle of a virus by, for example, the viral infection of a host cell, the replication of the viral nucleic acid, the expression of the viral nucleic acid encoded viral proteins, the multiplication of the virus in the Host cell and / or the release of the virus from the host cell, eg by budding, inhibited or inhibited.
  • antiviral active substances also called antivirals or antivirals
  • neuramidase inhibitors such as zanamivir (Relenza®) and oseltamivir (Tamiflu®) are known.
  • the enzyme neuramidase which is inhibited by these drugs, helps newly formed viruses to bud from the host cell. After the budding, they can then infect other host cells. Inhibition of neuramidase is intended to prevent infection of other host cells (Snell NJC, New treatments for viral respiratory tract infections - opportunities and problems, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2001, Vol. 47, 251-259; Sugrue Rl et al., Antiviral For further information, see: Control of Pandemic Influenza Virus, Ann.
  • M2 channel blockers are also known (amantadine, rimantadine). These prevent "uncoating,” ie, release of the viral nucleocapsid into the host cell cytoplasm (Snell NJC, New Treatments for Viral Respiratory Tract Infections - Opportunities and Problems, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2001, Vol. 47, 251-259; Sugrue Rl et al., Antiviral Drugs, continued Control of Pandemic Influenza Virus, Annais Academy of Medicine, 2008, Vol. 37, 518-524).
  • antivirals have been developed which inhibit or inhibit enzymes such as DNA polymerase, reverse transcriptase or proteases and thus inhibit or inhibit the replication of the virus or the processing of a synthesized long viral protein into smaller sections of protein.
  • enzymes such as DNA polymerase, reverse transcriptase or proteases
  • examples of such therapeutic approaches can be found especially in the therapy of HIV infections.
  • antivirals are known which are administered systemically or topically. Examples include the active ingredients ribavirin (Flumadin®), aciclovir, valaciclovir, foscarnet and peniclovir.
  • Ribavarin is a nucleoside analogue that integrates into the RNA of the virus, thus inhibiting RNA polymerase. It comes to chain termination and thus stop the RNA replication and virus replication.
  • herpesviruses such as HSV-1, HSV-2, VZV
  • topically administered antivirals such as acyclovir, valacilovir, foscarnet and penciclovir
  • Systemic administration by systemically administering antiviral agents, a significant reduction in the activation of viruses present in host cells can be achieved, as the agents inhibit or inhibit the proliferation of the virus nucleic acid in the nucleus or the assembly of the virus particles into complete viruses in the cytoplasm of the host cells ;
  • Topical administration by topical administration of antivirals, for example via a nasal spray (aerosol) or nose drops, in the area of the respiratory tract, e.g. As the nose, a primary infection by the virus, can be hampered in an early stage, the further way of propagation of viruses, which can lead to a faster decongestion of the mucous membranes.
  • the dose required for effective treatment is relatively high and associated with severe side effects for the treated organism, e.g. Non-specific immune responses and autoimmune reactions.
  • side effects are known from the literature. Neither long-term therapy nor recurrent therapies are therefore advisable and to expect a patient;
  • Virus-based diseases of the respiratory tract can lead to further significant side effects and, for example, in the case of M2 channel blockers resistant strains of virus, which excludes a treatment of such diseases with such drugs and possibly even other drugs for future.
  • known antivirals are very specific and effective only for one or a few virus species. Since, however, no symptomatic distinction is possible with most infections of the respiratory tract, which makes it possible to differentiate between the infecting viruses, due to this high specificity of the known antivirals for many viruses no successful therapy of a virus-based disease of the respiratory tract can be guaranteed.
  • the object of the invention is therefore to provide improved antiviral agents for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract.
  • the invention relates in its first subject to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract and in its second subject the use of deuterium oxide for the manufacture of a medicament for the prophylaxis and / or treatment of virus-based diseases of the respiratory tract ,
  • a preferred embodiment of the invention relates to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract, wherein the virus-based diseases of the respiratory tract are acute rhinitis, chronic rhinitis, sicca rhinitis, paryngitis, herpangina, angina lateralis, tonsilitis, laryngitis, tracheitis, acute bronchiolitis, chronic bronchiolitis, acute bronchitis, chronic bronchitis, aveolitis, pneumonia, acute sinusitis, chronic sinusitis, herpetic gingivastomatitis, herpetic aphthous ulcer, herpes nasalis, adenovirus pharyngoconjunctivitis, glandular fever (infectious mononucleosis), acute asthma, chronic asthma, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), laryngeal diphtheria, otitis media and / or Eustachian tube inflammation.
  • a preferred embodiment of the present invention therefore relates to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract, which is a combination of two or more virus-based diseases of the respiratory tract.
  • these two or more virus-based diseases of the respiratory tract occur simultaneously or sequentially, in particular as a consequence of the first or preceding disease (s).
  • Such a combination of two or more virus-based diseases of the respiratory tract is, in a particularly preferred embodiment, rhinusinusitis, tracheobronchitis, tracheobronchiolitis, bronchopneumonia, pharyngotonsilitis and / or
  • Laryngotracheobronchitis Such a combination according to the invention can in particular also occur in an occurring rhinitis sicca and a subsequent acute rhinitis (Rhinitis acuta). Another example is acute rhinitis, followed by chronic rhinitis.
  • virus-based diseases of the respiratory tract are understood as meaning disorders of the respiratory tract which are caused by a virus through a virus infection.
  • the present invention not only discloses the therapy, but also the prophylaxis of virus-based diseases of the respiratory tract
  • virus-based diseases of the respiratory tract are therefore also to be understood as meaning those diseases of the respiratory tract which can be assigned to a prophylactic treatment of virus-based diseases of the respiratory tract within the meaning of the invention, including, for example, a virus-based disease
  • rhinitis sicca and indications derived therefrom, such as rhinitis sicca anterior, which according to the invention are therefore expressly used as a virus-based disease g of the respiratory tract.
  • a preferred use of D2O according to the invention thus relates to the administration of D2O in the event of rhinitis sicca occurring.
  • rhinitis includes all forms of rhinitis as virus-based diseases of the respiratory tract.
  • respiratory tract also called the respiratory tract or respiratory apparatus
  • the respiratory tract includes in particular the nose, paranasal sinuses, mouth, throat, larynx, trachea, tonsils, trachea, bronchus (bronchus principalis), bronchi, bronchioles, alveoli (alveoli) as well as
  • a division of the respiratory tract may further into the upper respiratory tract or upper part of the respiratory tract, in particular comprising the nose, paranasal sinuses, mouth, throat, tonsils, and the lower respiratory tract or lower respiratory tract n part of the respiratory tract, in particular comprising larynx, trachea, trachea, Stem bronchus (bronchus principalis), bronchi, bronchioles, alveoli (pulmonary alveoli), lungs.
  • D2O deuterium oxide
  • Such external administration can be achieved, for example, by aerosol, ie by nebulization and inhalation of D2O or by nebulization and spraying of the organs or areas of the organs with D2O, or by flushing the corresponding organs or areas of the organs with D2O or by administering Liquid D2O or D2O gels or D2O hydrogels are described in detail A detailed description of the routes of D2O administration according to the invention is given below.
  • Organs or regions of such organs to be defined as "externally accessible” include nose, nasal mucosa, sinus mucosa, mouth, oral mucosa, pharynx, pharynx, larynx, laryngeal mucosa, trachea, trachea, tonsils, bronchi, bronchioles, Aveoli, lungs as well as the mucosa of the trachea, trachea, tonsils, bronchi, bronchioles, aveoli and lungs.
  • viral infection in the sense of the invention means the active or passive penetration of a virus into an organism, such as plant, animal or human, and its multiplication in that organism.
  • an organism such an organism is referred to as a "host” and comprises vertebrates. especially mammals, especially humans, horses, pigs, cattle, goats, sheep, cats and dogs.
  • the cells of such a host are referred to as "host cells.”
  • an "organism to be treated” is one which either suffers from and is therapeutically treated for a virus-based respiratory disease, or for such a disease is treated prophylactically, wherein the human is a particularly preferred host.
  • An "organ to be treated” within the meaning of the invention is an organ of such an organism as defined above.
  • virus infection infection by viruses
  • viral infection infection
  • infection infection
  • viruses which cause a virus-based disease of the respiratory tract according to the invention. Some of these viruses as well as their route of infection and pathological appearance, ie the disease caused by them, have already been described in detail in the present description. It therefore relates to a preferred embodiment of the invention, the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or treatment of virus-based diseases of the respiratory tract, wherein the virus is a virus of the family Picornaviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviriae, Coronaviridae, Adenoviridae and / or Herpesviridae is.
  • the virus is a virus of the genus Rhinovirus, Enterovirus, Influenza virus, Pneumovirus, Metapneumovirus, Coronavirus, Mastadenovirus, Simplexvirus and / or Varicellovirus. More preferably, the virus is a virus of the species Rhinivirus, Cosackievirus-1, Cosackievirus-2, Echovirus, Poliovirus, Influenza A, Influenza B, Parainfluenza, Respiratory Syncytial Virus (RSV), Human Metapneumovirus, Coronavirus, Human Adenovirus A, human adenovirus B, human adenovirus C, human adenovirus D, human adenovirus E, human adenovirus F, human herpesvirus 4 (HHV-4) (Epstein-Barr virus), herpes simplex virus 1 (HSV-1), herpes simplex virus 2 (HSV-2) and / or varicella zoster virus (VZV).
  • HHV-4 Epstein-
  • virus type and “virus type” are used interchangeably.
  • the terms "prophylaxis and / or therapy” designate any measure suitable for the treatment of a virus-based disease of the respiratory tract, which either represents a preventive treatment of such an emerging disease or its emerging symptoms or a typical preceding disease or indication (Prophylaxis) or the treatment of the outbreak of the disease and / or the prevention of a recurrence of such a disease, for example, after a completed treatment period represents (therapy).
  • Topical or topical application or topical administration in the context of the invention means that a pharmaceutical or antiviral active ingredient, according to the invention D2O, - in contrast to the systemic absorption - not included in the bloodstream of the organism to be treated is, but only locally, in particular superficially, on / in an organ to be treated Respirationstrkates, in particular on / in the epithelial cells or mucous membranes, applied, applied or introduced, preferably in the form of drops, ie in liquid form, such as rinsing , or in gaseous form as an aerosol or vapor, or in the form of a formulation, such as a hydrogel.
  • Systemic administration in the sense of the invention means that a pharmaceutical or antiviral active substance is taken up in the bloodstream of the organism to be treated .
  • the topical administration of a pharmaceutical or antiviral drug is basically less side effects than the systemic administration, since in topical administration only locally, ie in a defined and limited area of the organ to be treated organism, high drug concentrations are achieved and not the entire organism, more precisely whose bloodstream is exposed to the drug, as is the case with systemic administration.
  • Such a pharmaceutical active substance or antiviral active substance administered topically for the prophylaxis and / or therapy of a virus-based disease of the respiratory tract should have at least one, preferably several, properties as follows:
  • deuterium oxide fulfills all of the aforementioned properties.
  • D2O has over the antiviral agents known in the prior art, in particular the antivirals, significant advantages, for example, much lower or no side effects, increased bioavailability and universal applicability to all viruses that cause infections of the respiratory tract.
  • deuterium oxide is an effective antiviral agent with potential long-term effects and is suitable for short, long-term and repeat therapies of virus-based diseases of the respiratory tract.
  • Deuterium oxide hereinafter also referred to as D2O, according to the invention is a pharmaceutical or antiviral active ingredient.
  • the term "pharmaceutical active ingredient” means any inorganic or organic molecule, substance or compound which has a pharmacological action.
  • pharmaceutically active substance is used interchangeably herein with the term “drug.”
  • Pharmaceutical agents within the meaning of the invention also include antiviral agents, including D2O.
  • antiviral agent within the meaning of the invention defines an agent which is administered for the treatment of virus-based diseases, and in particular virus-based diseases of the respiratory tract.
  • an antiviral agent is capable of already inhibiting or inhibiting the viral infection of the host cell and / or the proliferation of the viral nucleic acid in the host cell and / or the multiplication of the virus.
  • viral agent if an antiviral agent inhibits or inhibits virus replication, the term “virostatic agent” is also used.
  • the terms 'Pharmaceutical agent' and 'antiviral agent' are used synonymously within the meaning of the invention.
  • Cells in the sense of the invention are vertebrate cells, in particular mammalian cells and above all human cells (human cells), namely epithelial cells of the skin, especially skin cells, mucous cells and mucous membrane cells have been infected or infected.
  • the defined cells and host cells of the invention are those of the respiratory tract.
  • D2O D2O and its use according to the invention as antiviral agent for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract are explained below:
  • Deuterium oxide (D2O) and water (H2O) are physically different by the substitution of hydrogen atoms of H2O by deuterium atoms, with D2O having about 10% higher density and about 25% higher viscosity.
  • melting and boiling temperatures of D2O are higher than for H2O.
  • a detailed comparison of the properties is presented in Handbook of Chemistry and Physics, Section 6 (Handbook of Chemsitry and Physics, David R. Lide, Editor, 79th Edition, 1998 CRC Press, Boca Raton, USA).
  • D2O has an effect on enzymatic reactions above a certain concentration in a cell, in animal cells of more than 20 - 25%. Enzymatically controlled reactions are increasingly being altered, in particular inhibited or inhibited. One cause of this is seen in the higher bond strength of the hydrogen bonds when the hydrogen atom of the bond is substituted by a deuterium atom.
  • hydration means the addition of D 2 O molecules instead of or in addition to H 2 O molecules to a given surface, specifically the organs of the respiratory tract to be treated D20 hydration.
  • the term "degree of hydration” or “degree of hydration” is understood to mean the number of D2O molecules binding to a given surface, specifically the organs of the respiratory tract, to be treated in the time average instead of or in addition to H2O molecules.
  • Degree of hydration or degree of hydration in the sense of the invention can also be referred to as D2O degree of hydration or D2O hydration level.
  • Stability of hydration is understood here to mean the activation energy for detachment of a D 2 O or H 2 O molecule bound by hydrogen bonds from a surface, specifically the organs of the respiratory tract to be treated, a higher activation energy meaning a higher degree of sustainability Sustainability of hydration within the meaning of the invention may also be referred to as sustainability of D2O hydration.
  • Respiratory tracts are examples of particularly highly hydrated membrane surfaces, where the number of H-bond binding possibilities through the presence of Glycolipids and glycoproteins compared to other membranes (eg the skin surface) is massively increased.
  • a slight increase in hydration and / or hydration sustainability in this case has particularly significant consequences which are beneficial to the use of D2O in the present invention.
  • a cell receives different amounts of H2O depending on the degree of their respective metabolic activity.
  • a cell infected by a virus a so-called host cell, in which the virus is replicated, has a much higher metabolic activity than an uninfected cell of the same cell type of the surrounding area. The reason for this is that the host cell causes not only their own replication, but also the replication of the virus. Since increased metabolic activity of cells correlates with increased water uptake, virus-infected host cells receive significantly more water (H2O) than uninfected cells. Due to the similar physical properties of H2O and D2O, D2O is picked up by cells in parallel with H2O (when D2O and H2O are available) or instead of H2O (when only D2O is available).
  • the inhibition or inhibition of the host cell's DNA polymerase also does not replicate the viral DNA, since its replication is also affected by the involvement of the host cell. DNA polymerase takes place.
  • the enzymatic inhibition or inhibition by D2O is also carried out for synthesis of reverse transcriptase, which must first be synthesized by virus genes in the host cell to rewrite the viral RNA into viral DNA, which in turn is replicated from the DNA polymerase of the host cell. Inhibition or inhibition of certain enzymatic reactions of the host cell by D2O thus also inhibits or inhibits the replication and thus also the subsequent multiplication (as defined above) of a virus after a virus infection.
  • Another important aspect of the invention based on the described enhanced binding property of D2O is that when D2O is administered in sufficient concentration, i. more than 20%, based on the total water content of a cell, cell division is inhibited or inhibited. This is most likely, in addition to the inhibition or inhibition of DNA replication described, by the inhibition or inhibition of mitosis in the cycle of division of animal cells (Laissue JA et al., Survival of tumor-bearing mice exposed to heavy water or heavy water plus methotrexate, Cancer Research, 1982, Vol. 42, (3) 1125-1129).
  • This is according to the invention of crucial importance for the latency state in virus-based diseases of the respiratory tract, in which the viruses at rest (latency) during the lysogenic cycle described in detail above. In this state, the viral genome is integrated into the host cell genome and transferred to the host cell progeny upon division of the host cell along with the host genome. Inhibition or inhibition of cell division thus prevents transmission of the virus to new cells.
  • an inhibition or inhibition of the virus multiplication by the use of D2O is carried out for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract.
  • This inhibition or inhibition of the virus multiplication by D2O as an antiviral active ingredient takes place according to the invention in particular by The inhibition or inhibition of the replication of the virus nucleic acid and thus the multiplication of the virus and / or
  • inhibitor By the term “inhibit” according to the invention is meant that the replication of virus nucleic acids (viral DNA or viral RNA), virus proliferation and / or cell division rate of host cells of the invention slows and / or preferably up to 6%, preferably up to 10%, preferably up to 15%, also preferably up to 20%, more preferably up to 25%, more preferably up to 30%, also more preferably up to 35%, also more preferably up to 40%, also more preferably up to 45%, also more preferably up to 50%, even more preferably up to about 55%, even more preferably up to about 60%, still more preferably up to 65 %, also more preferably up to 70%, also more preferably up to 75%, also more preferably up to 80%, also more preferably up to 85%, even more preferably up to 90%, most preferably still up to 94% opposite the replica rate of growth or proliferation of the virus or of the rate of division of the cells without the administration of D2O.
  • virus nucleic acids viral DNA or viral RNA
  • inhibiting means that the replication of viral nucleic acids (viral DNA or viral RNA), virus proliferation and / or the cell division rate of host cells of the invention is preferably up to 95%, even more preferably up to 98%, most preferably up to 100% (and thus completely) of the rate of replication or proliferation of the virus or the rate of division of the host cell without administration of D2O.
  • viral nucleic acids viral DNA or viral RNA
  • virus proliferation and / or the cell division rate of host cells of the invention is preferably up to 95%, even more preferably up to 98%, most preferably up to 100% (and thus completely) of the rate of replication or proliferation of the virus or the rate of division of the host cell without administration of D2O.
  • D2O has considerable advantages over known antiviral and virostatic agents for the treatment of virus-based diseases of the respiratory tract, in particular by the following properties of D2O: 1) D2O is not virus-specific and can inhibit or inhibit the replication and / or multiplication of all the viruses described according to the invention. This is of particular advantage since most virus-based diseases of the respiratory tract, as described above, can be triggered by various types of viruses (including virus types) and, moreover, no symptomatic distinction is possible. Accordingly, D2O can be administered as a so-called "broad spectrum" virostatic agent for the prophylaxis and / or therapy of all virus-based diseases of the respiratory tract.
  • D2O topical administration of D2O according to the invention, e.g.
  • a sufficiently high concentration (ie, more than 20% based on the total water content of a cell) of D2O in the epithelial cells of the respiratory tract organs to be treated can be achieved without other, not virus-infected, organs of the organism are exposed to similarly high concentrations of D2O as is the case with systemic administration.
  • the D2O is obtained by direct contact of the liquid D2O or a D2O-containing formulation or a D2O-containing aerosol from the
  • D2O aerosols have a unique advantage over all other liquid aerosolizable pharmaceutical active substances. While in all other cases auxiliaries have to be added in order to transport the active pharmaceutical ingredient stably via the aerosol into the respiratory tract, this is not necessary with D2O, since it is already optimally aerosolizable as a pure molecule without additives.
  • the efficacy in the respiratory tract affecting demixing, as they occur in other mixtures (from active ingredient and excipient (s)) in the course of aerosolization can be excluded as well as by the excipients caused side effects.
  • the term "aerosolizable” or “aerosolizability” is intended to be understood as the fundamental possibility of converting a substance into an aerosol with controllable particle size by methods known from the prior art.
  • D2O has a unique advantage over all other liquid pharmaceutical agents. It can be transported like normal water (H2O) into the epithelial cells of the respiratory tract and by the strength and direction of the osmotic gradient and a manipulation of these two sizes, the penetration depth of D2O into the epithelial cells can be adapted to the therapeutic objective.
  • H2O normal water
  • the hydrogen bond strength of deuterium atoms is, as already described, higher than in the case of hydrogen atoms, in particular in the binding of water to organic molecules.
  • Topically administered D2O binds molecularly through hydrogen bonds to the next available cell surface, displacing the H2O attached there because of its higher binding strength.
  • the exchange frequency of the D20 molecules with the H2O environment is in turn somewhat slower due to this increased bond strength (and to the higher weight of the D2O molecule) than to H2O (König, S., et al., Molecular dynamics of water in oriented multilayers studied by quasi-elastic neutron scattering and deuterium NMR relaxation, 1994. J. Chem., Phys., 100, 3307-3316).
  • D2O is the only non-radioactive molecule that is very similar in properties to H2O.
  • Cells in general, and in particular the cells according to the invention can not "differentiate" between the two molecules, so that D2O is transported into the cell by active and passive transport in the same way as H2O and reaches the cell nuclei, thereby rendering cell barriers of any type , which prevent invasion of other pharmaceutical agents, also circumvent cellular mechanisms such as internalization in lysosomes or the activation of multiple drug resistance (MDR) transporters or at the organ level by the immune system, which reduce or inhibit the activity of the pharmaceutical agent D2O could be largely eliminated.
  • MDR multiple drug resistance
  • D2O as an antiviral or virostatic agent is the fact that concentrations of less than 20% D2O (based on the total water content of the cell) do not show any significant effects in the cell and therefore normal cells, which because of their active, virus-infected cells lower water permeability and / or water absorption record comparatively little D2O, are hardly exposed to the effects of D2O.
  • D2O is non-systemically administered according to the invention.
  • a particularly preferred embodiment of the invention is the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract, wherein deuterium oxide is administered topically.
  • Such topical administration is preferably in the form of drops, i. in liquid form, such as, for example, as a rinse, or in gaseous form as an aerosol or vapor, or in the form of a formulation, such as a hydrogel.
  • a further particularly preferred embodiment of the invention is the use of deuterium oxide, wherein the deuterium oxide hydrates the respiratory tract or the organs to be treated of the respiratory tract, in particular the mucous membranes of the respiratory tract, especially the nasal mucosa.
  • a direct administration according to the invention to virus-infected or respiratory organs to be treated, in particular the mucous membranes of the respiratory tract, such as the nasal mucosa local prophylactic or therapeutically effective D20 concentrations and a locally prophylactic or therapeutically effective hydration by D2O can be achieved and at the same time a stress on the system (ie circulation) and the side effects on healthy tissue and organs of the respiratory tract that are not to be treated, and tissues of other organs (such as the liver or kidney, which are affected by a high D2O concentration of more than 20%).
  • D2O based on the total water content of the cell
  • transport of D2O into the system can be prevented or restricted by means well known in the art.
  • these agents include targeted manipulation of the osmotic gradient across the mucosa (ie, between the systemic portion and the mucosal surface) by reducing the water potential of the administered D2O by substances suitable for altering this water potential, particularly physiologically acceptable salts such as sodium chloride , water-soluble polymers and other non-pharmaceutical substances.
  • D2O can be used alone as a pharmaceutical active substance, more precisely as an antiviral or virostatic active ingredient, or in combination with one or more further pharmaceutical active substance (s) or with one or more other non-pharmaceutical active ingredient (s) (which is particularly suitable for optimizing the topical administration of D2O as pharmaceutical agent on the mucous membranes).
  • a preferred embodiment of the present invention accordingly relates to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract, wherein the D2O is used in combination with at least one further pharmaceutical active ingredient and / or at least one further non-pharmaceutical active ingredient.
  • Such a combination of D2O and at least one further pharmaceutical active substance and / or at least one further non-pharmaceutical active substance is referred to below as “combination according to the invention”.
  • All uses and administrations according to the invention disclosed in this specification, for example as a formulation, liquid, hydrogel vapor or aerosol or in a solvent, topically etc. of D 2 O are likewise applicable without restriction to a combination according to the invention, unless otherwise indicated.
  • a further preferred embodiment of the present invention relates to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract, wherein the D2O is used in combination with at least one further pharmaceutical active substance, which is selected from the group consisting of Antivirals, sympathomimetics, in particular alpha-sympathometics, proteins, peptides, nucleic acids and immunosuppressive agents.
  • Virostatic agents are agents that inhibit the multiplication of viruses. Virostatic agents inhibit the activity of enzymes, such as DNA polymerase, reverse transcriptase or proteases, and thus inhibit or inhibit the replication of the virus or the processing of a synthesized long viral protein into smaller sections of protein. Examples include: amantadine, rimantadine.
  • Sympathomimetics are distinguished into direct and indirect sympathomimetics
  • Direct sympathomimetics activate alpha and / or beta adrenergic receptors by mimicking the effects of the physiological transmitters epinephrine and norepinephrine.
  • Direct sympathomimetics are distinguished into alpha-sympathometics and beta-sympathometics, although there are also drugs that bind to both receptors.
  • Alpha-sympathomimetics are alpha-adrenergic antagonists that are selective in alpha Bind adeno-receptors are usually used locally especially in nasal sprays to cause a narrowing of the blood vessels in the mucous membranes and a swelling of the nasal mucosa, especially in rhinitis.
  • Active substances are z, B. Naphazoline, tetryzoline, xylometazoline, oxymetazoline and phenylephrine.
  • Indirect sympathomimetics increase the concentration of physiological transmitters in the synaptic cleft. Examples are ephedrine, which causes dilation of the bronchi and stimulation of the circulation, and amphetamine and its derivatives, e.g. Methylphenidate and MDMA.
  • immunosuppressive agents such as corticosteroids and / or other or immune modulators
  • the response of the epithelial or dermal tissue to the proliferation of the viruses can be improved and optimized.
  • Proteins which can be used according to the invention are proteins which intervene in a suitable manner in the infection, replication or multiplication cycle of the virus in a host cell.
  • the proteins are the adsorption of the virus to the host cell, the injection of the virus nucleic acid into the host cell, the replication of the DNA of the host cell or the nucleic acid of the virus, the processing of the virus nucleic acid or the Assembly of the virus particles to inhibit a complete virus, preferably inhibit, or otherwise interfere in the multiplication cycle of the virus.
  • Examples include protease inhibitors, uncoating inhibitors, penetration inhibitors, reverse transcription inhibitors and DNA polymerase inhibitors.
  • Peptides which can be used according to the invention are, for example, peptides which, in a suitable manner, influence, in particular increase, the membrane permeability of the host cell membrane. As a result, an improved transport of D2O and optionally the other pharmaceutical or non-pharmaceutical agents of the invention in the Host cell can be achieved.
  • An example of this is mellitin.
  • peptides which can be used according to the invention are understood as meaning all those peptides which have effects analogous to those described above for proteins.
  • gene silencing can cause the genes involved in DNA damage defense (for example p53, BRCA1, BRCA2, ATM, CHK2) to be switched off and thus prevent the D2O in the multiplication hindered viruses in the cells in the long term (after the end of the topical administration of D2O) no longer in a latent state, but are long-term hindered in the expression of viral DNA.
  • DNA damage defense for example p53, BRCA1, BRCA2, ATM, CHK2
  • the nucleic acids are DNA, preferably oligonucleotides, sense or antisense DNA, natural or synthetic, cDNA, genomic DNA, naked DNA, single or double stranded DNA, or circular DNA, or RNA, preferably antisense RNA , RNAi, siRNA, or other RNA molecules suitable for interference that are not limited in length.
  • the concentration of the present invention used as a pharmaceutical active compound in addition D2O further pharmaceutical active substances based on the total solution of a combination according to the invention is in the range of at least 10 "8 M to at least 5 • 10 -2 M, preferably of at least 10 -7 M to 10 -3 M , most preferably from at least 10 -6 M to at least 10 -21 M.
  • a particularly preferred concentration range is in the range of at least 10 -9 M to at least 10 -2 M.
  • a likewise preferred embodiment of the present invention relates to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based Diseases of the respiratory tract, wherein the D2O is used in combination with at least one other non-pharmaceutical agent, wherein it is selected from the group consisting of pharmaceutically acceptable inorganic or organic acids or bases, polymers, copolymers, block copolymers, simple sugars, multiple sugars , ionic and nonionic surfactants or lipids, and mixtures thereof, albumin, transferrin and DNA repair proteins, such as kinase inhibitors.
  • non-pharmaceutical active substance in the context of the invention means any (s) pharmacologically acceptable and therapeutically useful molecule, substance or compound which is not a pharmaceutically active substance, but preferably together with at least one pharmaceutical active substance according to the invention to an organism to be treated is formulated, for example formulated in a formulation according to the invention, in order to influence, in particular to improve, qualitative properties of the active pharmaceutical ingredient (s).
  • the non-pharmaceutical active ingredients preferably do not develop any appreciable or at least no undesired pharmacological action in view of the intended prophylaxis or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract.
  • Suitable non-pharmaceutical active ingredients are, for example, pharmacologically acceptable salts, for example sodium chloride, flavorings, vitamins, e.g. Vitamin A or Vitamin E, tocopherols or similar vitamins or provitamins occurring in the human organism, antioxidants, such as ascorbic acid, and stabilizers and / or preservatives for prolonging the use and retention of a pharmaceutical agent or formulation according to the invention and other conventional, known to those skilled non-pharmaceutical active ingredients or auxiliaries and additives.
  • pharmacologically acceptable salts for example sodium chloride
  • flavorings for example, flavorings, vitamins, e.g. Vitamin A or Vitamin E, tocopherols or similar vitamins or provitamins occurring in the human organism, antioxidants, such as ascorbic acid, and stabilizers and / or preservatives for prolonging the use and retention of a pharmaceutical agent or formulation according to the invention and other conventional, known to those skilled non-pharmaceutical active ingredients or auxiliaries and additives.
  • Water-soluble auxiliaries and additives By adding water-soluble auxiliaries and additives, such as pharmaceutically acceptable inorganic or organic acids, bases, salts and / or buffer substances for adjusting the pH, the physiological tolerability of D2O in the cells of the respiratory tract organs for non-virus-infected cells be improved.
  • water-soluble auxiliaries and additives such as pharmaceutically acceptable inorganic or organic acids, bases, salts and / or buffer substances for adjusting the pH
  • preferred inorganic acids are selected from the group consisting of hydrochloric acid, hydrobromic acid, nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, with hydrochloric acid and sulfuric acid in particular being preferred.
  • organic acids are selected from the group consisting of malic acid, tartaric acid, maleic acid, succinic acid, acetic acid, formic acid and propionic acid and particularly preferably ascorbic acid, fumaric acid and citric acid.
  • carboxylic acid e.g., benzyl sulfonate
  • acetic acid e.g., benzyl sulfonate
  • formic acid and propionic acid e.g., acetic acid, formic acid and propionic acid
  • mixtures of the abovementioned acids in particular of acids which, in addition to their acidification properties, also possess other properties, for example when used as antioxidants, for example citric acid or ascorbic acid.
  • pharmaceutically acceptable bases are alkali hydroxides, alkali metal carbonates and alkali ions, preferably sodium. Mixtures of these substances can be used in particular for the adjustment and buffering of the pH, particularly preferred are potassium hydrogen phosphate and potassium potassium hydrogen phosphate.
  • Preferred buffer substances for the purposes of the invention are also PBS, HEPES, TRIS, MOPS and other physiologically acceptable buffer substances, in particular those having a pK value in the range from 4.0 to 9.0.
  • concentration of these substances is preferably in the range from micromolar to millimolar, more preferably in the range 1-100 mM.
  • water-soluble, non-cytotoxic molecules such as certain polymers (eg, but not limited to dextran, polyethylene glycol, agarose, cellulose, acrylic, hylaronic acid), copolymers and block copolymers, an additional delay (retardation ) of the D2O transition when administered topically into the epithelial cells of the respiratory tract as well as from the epithelial cells into the system (circulatory system).
  • certain polymers eg, but not limited to dextran, polyethylene glycol, agarose, cellulose, acrylic, hylaronic acid
  • copolymers and block copolymers eg, but not limited to block copolymers
  • an additional delay (retardation ) of the D2O transition when administered topically into the epithelial cells of the respiratory tract as well as from the epithelial cells into the system (circulatory system).
  • the concentration of these substances based on the total solution, is in the range of micromolar to molar, preferably in
  • the osmotic conditions in the Range of topical D2O administration as well as the D2O transport and the D2O retention in the epithelial cells of the respiratory tract are changed or optimized.
  • the concentration of these substances, based on the total solution of a combination according to the invention is preferably in the range of millimolar to molar, more preferably in the range of 1, 0 mM to 1, 5 M.
  • D 2 O By adding substances that alter the interfacial tension of D 2 O, for example, but not limited to, ionic and nonionic surfactants or
  • Lipids especially a mixture of surfactants and lipids, can transport the
  • D2O be changed when topically administered into the epithelial cells of the respiratory tract and within these epithelial cells.
  • concentration of these substances based on the total solution of a combination according to the invention, is preferably in the range from micromolar to millimolar, particularly preferably in the range 0.05-500 mM.
  • water-soluble molecules which are known to be by metabolically particularly active cells, such as.
  • virus-infected cells are taken up to a particular extent, for example albumin or transferrin
  • an additional increase in the D2O transport rate of the surrounded by a D2O hydrate shell molecules can be achieved in the target cells of the respiratory tract.
  • the concentration or dosage of D2O and optionally of the at least one further pharmaceutical and / or non-pharmaceutical active substance is subject to various factors, for example the type of treatment, type of disease, disease state of the patient (mammal), type of active substance, etc .. Dem Those skilled in such parameters are known and the determination of the specific dosages subject to the expertise of the skilled person. Suitable levels of concentration are disclosed herein. Some exemplary information on suitable concentration ranges are already listed above, and these are only intended as a guideline.
  • the D2O usable according to the invention is preferably present as a liquid.
  • the D 2 O is preferably present in a solution, preferably with H 2 O (water) as solvent, and is also referred to herein as "a mixture of D 2 O and H 2 O” or “D 2 O / H 2 O” if H 2 O is present, or as "D 2 O".
  • Pure D 2 O preferably contains D 2 O in a concentration range from 98.0 to 100%, preferably from 98.5 to 99.9%, particularly preferably 99.7%, based on the total water content of the solution.
  • a mixture of D 2 O and H 2 O according to the invention preferably contains D 2 O in a concentration range from 1 to 99%, preferably from 5 to 95%, more preferably from 10 to 90%, also preferably from 15 to 80%, more preferably from 20 to 70%, also more preferably from 30 to 60%, most preferably from 40 to 50%, these figures referring to the total water content of the mixture of D2O and H2O.
  • the preparation of a D 2 O solution according to the invention and, analogously thereto, a combination according to the invention takes place, for example, by mixing the components, in particular D 2 O and optionally H 2 O and, if appropriate, the at least one further pharmaceutical and / or non-pharmaceutical active substance.
  • a solvent may be added by mixing as described below.
  • the admixture of H 2 O or of the at least one further pharmaceutical and / or non-pharmaceutical active substance or of the solvent to D 2 O takes place in the liquid state of matter.
  • the preparation can be achieved by any suitable method.
  • D2O is used alone (ie not in combination with H2O or at least one other pharmaceutical and / or non-pharmaceutical active substance) and at a concentration of 100% and 99.9%, respectively, based on the total volume of the solution (ie pure D2O)
  • Pure D2O represents the D2O solution according to the invention.
  • the at least one further pharmaceutical active substance or other non-pharmaceutical active substance is bound to D2O.
  • "Tied" in the sense of the present invention means that the pharmaceutical or non-pharmaceutical active ingredient is hydrated by the D2O.
  • the D2O or the combination according to the invention is contained in a suitable solvent.
  • a solvent according to the invention may be an inorganic or organic solvent. Suitable solvents of the present invention should preferably be physiologically well-tolerated by the organism (especially mammal) to which the active ingredient is to be administered by solvent, i. no side effects, e.g. toxic side effects.
  • a particularly preferred solvent is distilled water. Also preferred are ethanol-water mixtures; Here, the percentage by weight of ethanol in these mixtures is preferably in the range between 5% and 99% ethanol, also preferably in the range of 10% to 96% ethanol, more preferably between 50% and 92%, most preferably between 69% and 91 % Ethanol.
  • D 2 O or a combination according to the invention or a mixture of D 2 O and H 2 O according to the invention can be present "preformulated", for example packed in suitable means for transporting pharmaceutical active substances, so-called “drug delivery” systems, for example in nanoparticles, vectors, preferably gene transfer vectors, viral or non-viral vectors, poly or lipoplex vectors, liposomes or hollow colloids (ie, hollow spheres of colloidal dimension).
  • drug delivery systems for example in nanoparticles, vectors, preferably gene transfer vectors, viral or non-viral vectors, poly or lipoplex vectors, liposomes or hollow colloids (ie, hollow spheres of colloidal dimension).
  • naked nucleic acids in particular naked DNA.
  • Suitable vectors, liposomes, hollow colloids or nanoparticles and methods for introducing substances into such vectors, liposomes, hollow colloids or nanoparticles are generally well known in the art and, for example, in Cryan SA., Carrier-based strategies for targeting protein and peptides Drugs to the Lungs, AAPS Journal, 2005, 07 (01): E20-E41 and Sambrook et al. Molecular Cloning A Laboratory Manual, Colard Spring Harbor Laboratory (1989) NY.
  • gene transfer vectors may preferably polyethylenimine or cationic lipids, such as. B DOTAP, to be used.
  • Liposomes are preferably useful for the packaging of cytostatic agents; for example, Koshkina NV et al., Koshkina, NV, et al., Paclitacel liposomes aerosol treatment induces inhibition of pulmonary metastases in murine renal carcinoma model., Clinical Cancer Research, 2001, 7, 3258-3262.
  • Proteins as pharmaceutical actives may preferably be packaged in biocompatible poly-milk / glycolic acid polymers (PLGA) by means of supercritical fluids, emulsion techniques and spray drying.
  • PLGA poly-milk / glycolic acid polymers
  • D2O is administered according to the invention preferably topically. This is done by application, application or introduction of D2O on / in the epithelial cells or mucous membranes of the respiratory tract to be treated, preferably in the form of drops, i. in liquid form, such as, for example, as a rinse, or in gaseous form as an aerosol or vapor, or in the form of a formulation, such as a hydrogel.
  • a preferred embodiment of the invention relates to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract, wherein the D2O is administered as an aerosol.
  • the aerosol is administered topically by being inhaled or sprayed.
  • aerosol refers to solid or liquid suspended particles with a diameter of about 0.0001 ⁇ m to about 100 ⁇ m, in gases, in particular air, the composition and form of the aerosols can vary very widely Aerosols are, for example, nucleic acids, peptides or proteins, the largest particles are, for example, mist particles Frequently, aerosols consist of mixtures of particles of different particle sizes and thereby embody a polydisperse size distribution Aerosols can be produced artificially by dispersion and condensation processes well known in the art without Propellant be used or used in conjunction with a liquefied compressed gas as a propellant gas, for example in spray cans.
  • D 2 O according to the invention preferably takes place either via a "nebuliser” or a "pump spray”.
  • a nebuliser for the present invention is any suitable for medical aerosols apparatus to understand, with the aerosol particles in the size range 50 nm to 500 microns can be produced.
  • the nebulizer sprays a defined volume of D2O, usually with the use of high pressures through small nozzles, so as to produce a sprayable on the organs to be treated of the respiratory tract, in particular on the epithelial cells and mucous membranes, especially the lower respiratory tract, applicable aerosol.
  • D2O nebulizers may be used primarily, but not limited to, for the treatment of virus-based diseases of the lower respiratory tract, such as, for example. Pharyngitis, laryngitis, bronchiolitis, bronchitis aveolitis and pneumonia.
  • Suitable nebulizers for include propellant-driven inhalers or nebulizers.
  • Propellant gases may in this case be, for example, CFCs or HFCs.
  • CFCs CFCs
  • HFCs HFCs
  • nebulizers which are suitable according to the invention are compressed-air jet nebulizers (for example PARI LC plus, PARI GmbH, Starnberg, Germany), venturi nozzle nebulizers,
  • Water-jet powered jet nebulizers or ultrasonic nebulizers e.g., AeronebLab,
  • Aerogen, Inc. Stierlin Court, Canada; eFLOW, PARI GmbH, Starnberg, Germany).
  • nebulizers of a size that can be carried by the patient e.g. the Respimat®, as described in WO 97/12687. All references cited herein are fully incorporated into the present invention.
  • a pump spray is understood to mean a medical apparatus with which larger aerosol particles with a diameter of 100 nm to 1000 ⁇ m can be produced. This is achieved by pushing the D2O out of pressure Reservoir is accelerated through a nozzle with predefined holes.
  • the aerosol particles generated with a "pump spray" are larger than those of the nebuliser, they already sediment in the mouth, throat, and nose, and the pump spray can therefore be particularly, but not limited to, administering D2O locally in the upper areas of the respiratory tract, such as the mouth, pharynx, tonsils and nose, for the treatment of virus-based diseases of the lower respiratory tract, such as rhinitis, sinusitis, tonsillitis, angina lateralis, herpangina, herpes nasalis, gingivastomatitis herpetica, and aptosis herpetica.
  • virus-based diseases of the lower respiratory tract such as rhinitis, sinusitis, tonsillitis, angina lateralis, herpangina, herpes nasalis, gingivastomatitis herpetica, and aptosis herpetica.
  • the preparation of an aerosol usable according to the invention can furthermore be carried out by means of any other suitable and known standard aerosol production techniques.
  • D2O concentrations to be used as an aerosol for the use according to the invention of D2O depend on various factors, for example the
  • an aerosol usable according to the invention contains D 2 O in a concentration range from 1 to 98% by weight, preferably from 10 to 90% by weight, also preferably from 15 to 80% by weight, more preferably from 20 to 70% by weight. also more preferably from 30 to 60% by weight, most preferably from 40 to 50% by weight.
  • a preferred embodiment of the invention relates to the use of deuterium oxide for the prophylaxis and / or therapy of virus-based diseases of the respiratory tract, wherein the D2O is administered as a formulation.
  • the formulation is administered topically by being applied to the organ of the respiratory tract to be treated, in particular to its epithelial cells or mucous membrane.
  • a formulation according to the invention is preferably a liquid or a hydrogel.
  • such a "liquid” or else liquid formulation comprises formulations of pure D 2 O, of a mixture of D 2 O and H 2 O and of a combination according to the invention, provided that the latter is in the liquid state and is preferably administered in the form of drops or as a rinse
  • Formulations according to the invention, including D2O formulations are suitable for the treatment of virus-based diseases of both the upper and the lower respiratory tract. They are applied to the organ to be treated, in particular to its epithelial cells or. Mucous membranes applied topically. For this purpose, they are preferably administered as a vapor, liquid, preferably as a rinse or drop, cream, ointment, gel or hydrogel:
  • D2O is applied as a vapor by suitable methods known in the art to the organ to be treated, in particular its epithelial cells or mucous membranes. Particularly suitable is this form of administration for the
  • D2O rinses are used to rinse the nose, mouth and throat.
  • D2O can be applied topically and in high concentrations to the organ to be treated, in particular its epithelial cells or mucous membranes.
  • D2O rinses are preferably used for the prophylaxis and / or therapy (treatment) of rhinitis, sinusitis, tonsillitis, angina lateralis, herpes nasalis, gingivitis herpetica and apthosis herpetica.
  • a D2O conditioner is particularly suitable for the treatment of rhinitis sicca.
  • D2O nasal drops may be used for the direct local administration of D2O to the organ to be treated, in particular its epithelial cells or mucous membranes such as nose and nasal mucosa, preferably for the treatment of rhinitis and sinusitis.
  • D2O nasal drops are dripped into the nose and transported by strong inhalation into upper nasal areas.
  • D2O nasal drops are particularly suitable for the treatment of rhinitis sicca.
  • D2O cream, D2O ointment, D2O gel and D2O hydrogel are applied topically to the organ to be treated, in particular its epithelial cells or mucous membranes, preferably on the mucous membranes in the mouth and nose, and in particular to
  • an “ointment” is an external pharmaceutical preparation of a basic mass lubricants, such as vaseline, to the actual pharmaceutical active ingredients, such as D2O, and / or non-pharmaceutical active ingredients are added, for example by mixing.
  • a basic mass lubricants such as vaseline
  • active ingredients such as D2O
  • non-pharmaceutical active ingredients are added, for example by mixing.
  • a cream is to be understood as meaning an ointment according to the invention which may additionally comprise further constituents, such as cosmetic active ingredients, for example fragrances, dyes and / or emulsifiers, for example lecithin.
  • cosmetic active ingredients for example fragrances, dyes and / or emulsifiers, for example lecithin.
  • a cream is also to be understood as a lotion.
  • a "gel” in the sense of the present invention is the solution of a macromolecular substance, eg agarose, acrylic acid, alginic acid, polysiloxanes or acrylamide, the concentration of which is so high that the dissolved macromolecules under suitable conditions and optionally with the addition of further Combine substances (eg salts, acids, fillers, buffer substances) into a sponge-like, three-dimensional framework containing a liquid in the cavities, which gives gels a relatively firm consistency, with a viscosity between liquid and solid, which is preferably pure D2O or a mixture of D2O and H2O according to the invention.
  • a macromolecular substance eg agarose, acrylic acid, alginic acid, polysiloxanes or acrylamide
  • a “hydrogel” refers to a gel which is characterized by a particularly high absorption capacity of water, for the purposes of the invention it preferably consists of 20-99%, more preferably 70-99%, and particularly preferably 80-99%. 99%, of water, without, however, demonstrating the theological properties of a classical liquid
  • the hydrogel is transparent transparent and at the same time spreadable without its morphology and integrity being affected by the gel spreading.
  • a formulation which can be used according to the invention in particular an ointment, cream or gel, is described by way of example in the examples. If such a formulation contains further pharmaceutical and / or non-pharmaceutical active ingredients, these are preferably added by mixing the formulation. However, it can be done by any standard method known in the art. Those skilled in such methods and also to be selected concentrations of the components or substances to be used are known.
  • concentrations of D 2 O in a formulation which can be used according to the invention are preferably in the following ranges:
  • a cream or ointment preferably in the range from 0.1 to 98% by weight, preferably from 5 to 85% by weight, also preferably from 10 to 80% by weight, particularly preferably from 15 to 70% by weight %, more preferably from 20 to 60% by weight, and most preferably from 25 to 50% by weight and
  • a gel preferably 0.1 to 99.8 wt .-%, preferably from 10 to 99 wt .-%, also preferably from 15 to 80 wt .-%, particularly preferably from 20 to 70 wt .-%, stronger preferably from 30 to 70% by weight, and most preferably from 35 to 65% by weight.
  • a formulation which can be used according to the invention also contains at least one inorganic or organic solvent.
  • the solvent is selected from the group consisting of ethanol, water and glycerol and mixtures thereof.
  • FIG. 1 shows the mean normalized concentration of HRV-39 RNA in the nasal "lavage" fluid of the prophylactic group as a function of time after the HRV-39 infection (day 0) over the period of the study for D2O nasal spray (verum) and H2O nasal spray (control) according to Example 21.
  • the first administration of the nasal spray was prior to infection with the virus.
  • FIG. 2 shows the mean "total symptom score” (TSS) after HRV-39 infection (example 21) of the prophylaxis group as a function of time after HRV-39 infection (day 0) over the period of the study for D2O nasal spray ( Verum) and H2O nasal spray (control)
  • the TSS consists of 6 individual symptoms, each of which was scored on a scale of 1-5 and then summed up, in which group the first application of the nasal spray was made before infection with the virus ,
  • Figure 3 shows the mean normalized concentration of HRV-39 RNA in the nasal "lavage" fluid of the therapy group as a function of time after HRV-39 infection (day 0) over the period of study for D2O nasal spray (verum) and H2O nasal spray (control) according to example 21.
  • the first application of the nasal spray took place 2 hours after infection with the virus.
  • FIG. 4 shows the mean total symptom score (TSS) after HRV-39 infection (example 21) of the therapy group as a function of time after HRV-39 infection (day 0) over the period of the study for D2O nasal spray ( Verum) and H2O nasal spray (control)
  • the TSS consists of 6 individual symptoms, each of which was scored on a scale of 1-5 and then summed up, in which group the first application of the nasal spray took place 2 hours after infection with the Virus.
  • FIG. 5 shows the mean normalized concentration of HRSV RNA in the nasal lavage fluid of the verum and control groups as a function of time after HRSV infection (day 0) over the period of the study for D2O aerosol (verum) and H2O aerosol (control ) according to example 22.
  • FIG. 6 shows the pulmonary function diagnostics after an HRSV infection according to Example 22 over the period of the study (7 days, infection on day 0). Shown is the "Forced Vital Volume” after 1 second exhalation (FEV1), normalized to the "Forced Vital Capacity” (FVC) in percent (FEV1 / FVC x 100) as a function of study duration.
  • the verum group received 3 doses of the D20 aerosol daily, the control group received equal administrations of the H2O aerosol.
  • Figure 7 shows Table 1, which in turn represents the number of viruses in a culture of the cell line A549 (human alveolar carcinoma basal epithelial cells) prepared according to Example 4 at the time 72 hours after infection for various viruses.
  • the number of viruses was determined by electron microscopy by counting and averaging each of 20 unlysed cells of Verumen and the control group, the protocols are described in Examples 6 to 17.
  • Figure 8 shows Table 2, which in turn indicates the number of viruses in a modified culture of the cell line A549 (human alveolar carcinoma basal epithelial cells) prepared according to Example 5 at the time 72 hours after infection for various viruses.
  • the number of viruses was determined by electron microscopy by counting and averaging each of 20 unlysed cells of the verum group and the control group.
  • Figure 9 shows Table 3, which in turn represents the results of the efficacy of D20 hydrogel (verum) and H2O hydrogel (control) for the treatment of aphthous ulcer herpetic in Example 20.
  • the total symptom score (TSS) was averaged over the number of gel applications per aphth, for "maximum size of the aphthae", “time between first symptom and first gel application”, “duration to complete complete healing", “duration to freedom from pain "was averaged over the total number of aphths treated per group (verum or control) (ie including multiple incidences), the errors given are the standard deviations.
  • FIG. 10 shows Table 4, which in turn shows the results on the effectiveness of D2O nasal spray (verum) and H2O nasal spray (control) for the prevention of rhinovirus infections after infection with the rhinovirus strain HRV-39 (Example 21).
  • TSS total symptom score
  • FIG. 11 shows Table 5, which in turn gives the results of the effectiveness of D2O
  • total 5 values 5 days total duration of the study
  • the errors given are the standard deviation.
  • the first dose of nasal spray was given 2 hours after infection with the virus.
  • Figure 12 shows Table 6, which in turn reports the efficacy of D2O aerosol (verum) and H20 aerosol (control) for the treatment of acute bronchitis due to infection by human respiratory syncytial virus (HRSV) according to example 22.
  • HRSV human respiratory syncytial virus
  • the infection was done during the day 0 of the study, the values for HRSV RNA concentration and lung function diagnostics (FEV2 / FVC) were measured on days 1-7 of the study and are reported in the table as arithmetic mean and standard deviation. The time course of both measured values is shown in FIGS. 5 and 6.
  • Example 1 Preparation of an isotonic D 2 O or H 2 O solution for rinsing, aerosolization or as a nasal spray
  • Deuterium oxide (D2O) with an enrichment of 98% or purified water (H2O) was mixed with 160 mM NaCl and adjusted to a pH of 7.0 by means of 20 mM phosphate buffer (sodium dihydrogen phosphate and di-sodium hydrogen phosphate).
  • the solutions were frozen at -70 0 C and stored until use at -20 0 C.
  • the solution was filled into standard 20 ml nasal aspirate pump spray bottles and stored in the refrigerator until protected from light.
  • Example 2 Preparation of a hydrogel based on acrylic acid It was 2.0 wt% Carbopol 980 (manufacturer: Noveon, Inc., 9911 Brecksville Rd., Cleveland, OH 44141-3247, USA) in separate batches in pure D2O (98% D enrichment), or in pure Dissolved H2O by stirring and then titrated by pipetting 10 M NaOH solution to a pH of 6.8.
  • Carbopol 980 manufactured by Noveon, Inc., 9911 Brecksville Rd., Cleveland, OH 44141-3247, USA
  • a Pari LC Plus universal nebulizer (PARI GmbH, 82319 Starnberg, Germany) was used in combination with a Pari Universal compressor which produced 200 mg / min polydisperse aerosol with an average particle size (median mass diameter) of 2.5 - 4.5 ⁇ m (operating pressure 2 , 0 bar, flow rate of the compressor air 6.0 l / min.)
  • the solutions prepared according to Example 1 were used.
  • the particle size measurement was carried out by means of dynamic light scattering in a flow cell
  • the aerosol generation was carried out at a temperature of 3O 0 C by appropriate thermostating the nebulizer in a water bath thermostat.
  • Cells of the cell line A549 (human alveolar carcinoma basal epithelial cells) of (American Type Culture Collection, Rockville, MD 1 USA) were seeded in 10 mm cell culture dishes at a cell density of 5 * 10 4 cells / cm 2 .
  • the medium used was Dulbecco's Modified Eagle Medium, DMEM, (Gibco / BRL, Life Technologies Inc, Grand Island, NY, USA) with 10% Fetal Calf Serum, FCS; (Hyclone, Logan, UT, USA), 100 U / ml penicillin, and 100 ⁇ g / ml streptomycin (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA).
  • the cells were grown to confluence at 95% humidity and 5% CO 2 .
  • the cell culture medium was changed and the new medium (DMEM with 2% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin) contained the virus in a concentration that was a multiplicity of infection (MOI) of 3 corresponded.
  • MOI multiplicity of infection
  • the probability of a cell being infected with at least one virus particle was 95% at this MOI.
  • the infection and incubation were carried out at temperature and humidity analogously as indicated above.
  • Cells of the cell line A549 (human alveolar carcinoma basal epithelial cells) of (American Type Culture Collection, Rockville, MD, USA) were seeded in 10 mm cell culture dishes at a cell density of 5 * 10 4 cells / cm 2 .
  • the medium used was Dulbecco's Modified Eagle Medium, DMEM, (Gibco / BRL, Life Technologies Inc, Grand Island, NY, USA) with 10% Fetal Calf Serum, FCS; (Hyclone, Logan, UT, USA), 100 U / ml penicillin, and 100 ⁇ g / ml streptomycin (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA).
  • the cells were grown to confluency at 95% humidity and 5% CO 2 .
  • the cell culture medium was changed and the new medium (DMEM with 2% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin diluted with 30% D2O, 98% D - Enrichment (verum culture) or diluted with 30% H2O (control culture)
  • the medium was again exchanged for a medium of identical composition containing the virus in concentrations corresponding to a multiplicity of infection of 1.
  • the infection and incubation were carried out at Temperature and humidity analogous as stated above.
  • the virus count was carried out by means of
  • Example 7 Efficacy in Rhinoviruses
  • Six cell culture dishes of type 1 cell culture according to example 4 were infected with rhinoviruses (strain RV-16 from American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA). 120 minutes after infection, the cell culture medium supplemented with the virus was removed and replaced with a diluted cell culture medium as follows: In the verum group (3 cell culture dishes) by 30% D2O and 70% DMEM with 10% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin. In the control group (3 cell culture dishes), the same amount of H2O was used instead of D2O for the dilution of the cell culture medium.
  • cell culture dishes of cell culture type 1 There were 6 cell culture dishes of cell culture type 1 according to Example 4 with herpesvirus type 1, HSV-1, strain Maclntyre VR-539, American Type Culture Collection, Manassas, VA,
  • VZV Herpesviruses Type Varicella Zoster (Varicella zoster Virus (VZV))
  • Example 12 Efficacy in Influenza Virus B
  • Six cell culture dishes of type 1 cell culture according to Example 4 were infected with influenza virus B / Hong Kong / 5/72. 120 minutes after infection, the cell culture medium supplemented with the virus was removed and replaced with a diluted cell culture medium as follows: In the verum group (3 cell culture dishes) by 30% D2O and 70% DMEM with 10% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin. In the control group (3 cell culture dishes), the same amount of H2O was used instead of D2O for the dilution of the cell culture medium.
  • control group (3 cell culture dishes)
  • D2O the same amount of H2O was used instead of D2O for the dilution of the cell culture medium.
  • Example 4 Six cell culture dishes of type 1 cell culture according to Example 4 were infected with HSRV strain Long. 120 minutes after infection, the cell culture medium supplemented with the virus was removed and replaced with a diluted cell culture medium as follows: In the verum group (3 cell culture dishes) by 30% D2O and 70% DMEM with 10% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin. In the control group (3 cell culture dishes), the same amount of H2O was used instead of D2O for the dilution of the cell culture medium.
  • Example 15 Efficacy of Human Metapneumovirus A1 (HMPV)
  • Example 4 Six cell culture dishes of type 1 cell culture according to Example 4 were infected with HPMV type A1. 120 minutes after infection, the cell culture medium supplemented with the virus was removed and replaced with a diluted cell culture medium as follows: In the verum group (3 cell culture dishes) by 30% D2O and 70% DMEM with 10% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin. In the control group (3 cell culture dishes), the same amount of H2O was used instead of D2O for the dilution of the cell culture medium. The determination of the virus number according to Example 7 for Verum and control culture gave values which are shown in Table 1.
  • Example 17 Efficacy in Human Enterovirus Type EV71
  • Example 4 Six cell culture dishes of type 1 cell culture according to Example 4 were infected with human enterovirus type EV71, strain SHZH98. 120 minutes after infection, the cell culture medium supplemented with the virus was removed and replaced with a diluted cell culture medium as follows: In the verum group (3 cell culture dishes) by 30% D2O and 70% DMEM with 10% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin. In the control group (3 cell culture dishes), the same amount of H2O was used instead of D2O for the dilution of the cell culture medium. The determination of the virus number according to Example 7 for Verum and control culture gave values which are shown in Table 1.
  • Example 19 Preventive Efficacy in Herpesvirus Type 2 (Herpes Simplex Virus 2 (HSV-2))
  • Example 5 Six cell culture dishes of the modified type 1 cell culture of Example 5 were infected with herpesvirus type 2, strain 734, by American Type Culture Collection, Manassas, VA. 120 minutes after infection, the cell culture medium supplemented with the virus was removed and replaced with a diluted cell culture medium as follows: In the verum group (3 cell culture dishes) by 30% D2O and 70% DMEM with 10% FCS and 100 U / ml penicillin and 100 ⁇ g / ml streptomycin. In the control group (3 cell culture dishes), the same amount of H2O was used instead of D2O for the dilution of the cell culture medium.
  • the 28 subjects were randomized into 2 groups (verum group and control group) divided into 14 individuals each.
  • Each subject received a 20 g tube of a hydrogel prepared according to Example 2, the verum group a D2O hydrogel (made with 100% D2O), the control group an H2O hydrogel (made with 100% H2O) with the instruction, this immediately at first symptoms of aphthosis Apply Herpetica to the affected mucosal site and leave for 1 min.
  • the application should be repeated every 2 hours for a period of 3 days during the waking phases.
  • the maximum achieved size of the treated aphthae, the date and time of the first symptoms, the time of onset of therapy, the time of complete complete healing of the aphthae, the time of pain relief and the position of the aphthae should be indicated.
  • aphthae were considered, which were located in the mucosal area of the upper or lower lip, since these areas could be well observed by highlighting and measured by means of a test strip provided to the test persons in front of the mirror in their extent.
  • the selection criterion was an antibody titre of ⁇ 1: 2 with respect to the HRV strain used for the infection.
  • Another criterion for selection was non-smokers and the stated and credible readiness to refrain from smoking altogether during the experiment as well as no manifestation of diseases of the respiratory tract for at least 2 weeks prior to entry into the study. Exclusion criteria were: a) asthma and other chronic diseases of the respiratory tract, b) disorders of taste or smell perception, c) use of nasal sprays or other nasal applications within 2 weeks prior to entering the study, d) pregnancy.
  • the strain HRV 39 was used as HRV strain for infection of the test persons.
  • the strain was administered in the form of nasal drops to the subjects on day 0 of the study for inoculation with a virus concentration 200 times that of 50%.
  • Liquid phosphate-buffered saline, pH 7.0
  • HRV 39 was done per subject (100 ⁇ l per nostril and administration) 2 times within 20 minutes in a lying position as nasal drops.
  • the total duration of the study was 5 days, calculated from the time of HRV-39 infection.
  • subjects were randomized into 4 groups of 11 subjects: Verum Groups A and B and Control Groups C and D.
  • the groups differed in the primary and secondary endpoints of the study.
  • the primary measure of effectiveness was the reduction of the proportion of positive HRV-39 RNA; the smallest possible change in the average total symptom score (TSS) was the secondary measure of effectiveness.
  • TSS average total symptom score
  • the primary measure of effectiveness was a reduction of the mean TSS, which is composed of 6 Individual symptoms.
  • the secondary measure of effectiveness of the therapy groups was the reduction of the proportion of positive HRV-39 RNA.
  • the therapy group only test persons were evaluated in whom a successful infection by inoculation with HRV-39 could be detected. The criterion for this was a HRV-39-specific, serum-neutralized antibody titre increased by at least a factor of 4.
  • a nasal wash (“lavage" with 10 ml of phosphate buffered saline per nostril) was performed every 12 hours for all subjects and the effluent obtained was frozen for later RNA and virus titer analysis. Standard statistical methods were used to compare the summary symptom scores of the treatment groups on the individual test days, in particular variance and covariance analyzes.
  • the study medication was simply allied.
  • the protocol was as follows: For the prophylactic groups the administration of 200 ⁇ l per nasal opening was performed
  • Example 2 prepared nasal sprays (D20 for Verumen A and H2O for control group
  • Amounts as in prophylactic groups) of the nasal spray prepared according to Example 2 (D2O for Verum Group B and H2O for Control Group D) 2 hours after the HRV-39 infection and further every 2 hours during the awake periods as defined above until the end of the fourth
  • the total symptom score (TSS) used for the treatment and verum group consisted of 6 individual scores (runny nose, sore throat, malaise, nasal congestion, coughing, sneezing); each individual score was on a scale of 0 (very low) to 5 (very high) from the subject, based on the previously experienced maximum of the symptom in the previous evaluation.
  • the individual scores were recorded twice a day (early and evening) for each subject of the therapy groups. The 2 records received per day were then arithmetically averaged.
  • the first symptom score was recorded on day 0 immediately prior to HRV-39 infection.
  • HRV-39 RNA in the resulting nasal lavage samples was carried out according to standard methods by HRV-A TaqMan reverse-transcription PCR assay.
  • the serum neutralizing antibody titer to HRV-39 from the nasal lavage samples was determined by standard methods.
  • the selection criterion was a history of hyperactivity of the bronchial system to viral respiratory infections. Another criterion for selection was non-smoker or the stated and credible willingness to completely refrain from smoking during the experiment (duration 7 days) and no manifestation of respiratory tract illness for at least 2 weeks before entering the study. Other exclusion criteria were: a) asthma and other chronic diseases of the respiratory tract, b) disorders of taste or smell, c) pregnancy.
  • the strain Long was used as HSRV strain for infection of the test persons.
  • the strain was administered to subjects for aerosol inoculation on Day 0 of the study at a virus concentration equivalent to 200 times the 50% tissue infectious tissue culture concentration (TCID 50 ) and in 200 ⁇ l of liquid (phosphate-buffered Saline, pH 7.0) was dissolved.
  • HRSV was administered on day 0 of the study by two sprays with a hand-held nebulizer into the throat of the subjects during inhalation. The time between the two sprays was 20 min., About 90-110 ⁇ l of liquid were sprayed per shot. Only those subjects were admitted for therapy, at least 24 hours after inoculation dry cough occurred and where pneumonia could be excluded as a cause.
  • the total duration of the study was 7 days, calculated from the time of HRSV infection. Immediately prior to infection, subjects were randomized into 2 groups of 9 subjects: verum group and control group.
  • the primary endpoint of the study was defined by the prevalent specificity of HRSV for lower respiratory tract involvement, in particular the induction of acute bronchitis. This is associated with a measurable obstruction of the respiratory tract, which can be quantified by lung function diagnostics (spirometer). As baseline value, a spirometer reading was taken just prior to HRSV infection. Therefore, the primary goal of the study was the sustained reduction of spirometrically quantified airway obstruction as a result of HRSV infection.
  • a nasal wash (“lavage" with 10 ml of phosphate buffered saline per nostril) was performed every 24 hours for all subjects and the effluent obtained was frozen for later RNA and virus titer analysis.
  • the study medication was simply allied.
  • the protocol was as follows: The administration of 10 ml each of the isotonic NaCl solution prepared according to Example 2 was carried out 3 times daily for the two groups in the form of an aerosol prepared according to Example 3.
  • the verum group received consistently D2O, the control group consistently H2O aerosol.
  • the end of the medication was the evening of the 6th study day.
  • the lower airway obstruction was measured twice a day by means of a spirometer type Vitalograph 2120 according to the manufacturer (Vitalograph Ltd. D Maids Moreton, Buckingham MK18 1SW, England) in FVC mode ("Forced Vital Capacity") Spirotrac IV software of the device.
  • the measured variables were the "Forced Vital Volume” after 1 second exhalation (FEV1) and the "Forced Vital Capacity” (FVC), from these two variables the ratio FEV1 / FVC was calculated in percent and as a characteristic variable for the description of HRSV. Bronchitis caused obstruction of the airways.
  • the quantification of the HRSV RNA in the nasal lavage samples obtained on days 0-7 was carried out according to standard methods by reverse-transcription PCR assay.
  • the determination of the antibody titer to HRSV from the nasal lavage samples was carried out by using an anti-HRSV antibody by ELISA.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes.

Description

Verwendung von Deuteriumoxid zur Behandlung Virus-basierter Erkrankungen des Respirationstraktes
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Deuteriumdioxid (D2O) zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes.
Durch Viren hervorgerufene Erkrankungen (Virusinfektionen) sind weltweit verbreitet und stellen, insbesondere aufgrund der hohen Variabilität, Anpassungsfähigkeit und Mutationsrate von Viren, ein ernsthaftes Problem in der Medizin dar. Viren sind kleine Partikel von ca. 15 bis 400 nm Durchmesser, die nicht in der Lage sind, sich selbst zu replizieren, sondern hierfür eine Wirtszelle benötigen. Ihrer Wirtsspezifität entsprechend werden Viren unterschieden, die Tiere (Invertebraten und Vertebraten), Pflanzen, Bakterien oder Algen, Pilze und Protozoen infizieren. Virusinfektionen zeichnen sich allgemein durch eine hohe Vermehrungsrate der Viruspartikel in den befallenen Wirtszellen aus, welche mit einem Exponential- oder Potenzgesetz beschrieben werden kann. Der Vermehrungszyklus von Viren erfolgt über die Injektion ihrer Nukleinsäure (Virus-RNA oder Virus-DNA) in die Wirtszelle, in welcher die Replikation der Nukleinsäure durch Ausnutzung des Replikationsapparates der Wirtszelle erfolgt. Hierbei unterscheidet man den lytischen und den lysogenen Zyklus. Bei dem lytischen Zyklus (aktive Infektion), erfolgt nach der Injektion der Nukleinsäure die Replikation der Virus-Nukleinsäure im Zellkern der Wirtszelle, ein Zusammenbau der neuen Viruspartikel im Cytoplasma, worauf folgend die Wirtszelle schließlich lysiert (zerstört) wird und die Viren freigesetzt werden. Die so freigesetzten Viren infizieren weitere Wirtszellen. Bei dem lysogenen Zyklus wird die Nukleinsäure des Virus in das Genom der Wirtszelle integriert, wo sie zunächst verbleibt, ohne die Wirtszelle zu zerstören. Durch äußere Einflüsse (z.B. UV-Strahlung, Zugabe von mutagenen Substanzen) kann dieser lysogene Zyklus in einen vorangehend beschriebenen lytischen Zyklus übergehen. Im Fall von RNA-Viren ist nach deren Infektion eine Umschreibung der RNA in DNA notwendig, damit eine Replikation durch die Wirtszelle erfolgen kann. Dieser Vorgang erfolgt über die reverse Transkriptase, einem Enzym, das durch Virusgene kodiert wird und zunächst in der Wirtszelle synthetisiert werden muss, um die Virus-RNA in Virus-DNA umzuschreiben, die dann wiederum von der DNA-Polymerase der Wirtszelle repliziert wird. Viren sind in der Lage, ein breites Spektrum an Zellen, Organen und Wirten zu infizieren. Jede Virusart infiziert spezifisch bevorzugte Zellen, wie beispielsweise Zellen des Magens, Darms, der Haut und des Respirationstraktes. Dies führt zu zahlreichen sogenannten Virusbasierten Erkrankungen.
Virus-basierte Erkrankungen des Respirationstraktes stellen hierbei ein weit verbreitetes und großes pathologisches Problem in der Medizin, insbesondere für den Menschen, dar. Mit einem Prozentsatz von 90% ist die Infektion durch Viren die häufigste Ursache für respiratorische Erkrankungen, die durch Erreger, wie Viren und Bakterien, hervorgerufen werden. Viren, die solche Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes hervorrufen, umfassen insbesondere Influenzaviren, Parainfluenzaviren, Respiratorische Synzyticaviren, Coronaviren, Rhinoviren, Coxsackieviren, Echoviren, Herpesviren, Humane Metapneumoviren und Adenoviren, sie sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Befallene Organe sind im Allgemeinen primär die Nase, Nasennebenhöhlen, Mundhöhle, Mandeln, Rachen, Luftröhre, Bronchien und Lunge. Je nach Virustyp und Schwere der Infektion, können die Viren lokal begrenzte Bereiche des Respirationstraktes befallen oder aber sich auf mehrere Bereiche ausbreiten. Sekundär können auch das Ohr, insbesondere das Mittelohr, und die Eustachische Röhre von der Virusinfektion betroffen sein.
Die Viren infizieren in der Regel zunächst Epithelzellen, wie beispielsweise Haut- Schleimund Schleimhautzellen, des oberen und/oder unteren Respiratinstraktes, wie beispielsweise Epithelzellen in Mund, Nase und Rachen sowie Epithelzellen der Bronchiolen, Aveolen und Tracheen der Lunge, gefolgt von einer starken Vermehrung des Virus in der Wirtszelle und einem Absterben der infizierten Wirtszelle. Der Wirt reagiert mit einer Immunantwort, die zu verschiedenen symptomatischen Krankheitsbildern führt. Beispielsweise erfolgt die Ausbreitung von Rhinoviren vorwiegend in den Epithelzellen von Mund und Nase und ruft dort eine lokale Infektion durch Erkältungssymptomen, wie der Rhinitis (Schnupfen), hervor.
Zu Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes zählen beispielsweise akute oder chronische Rhinitis (akute oder chronische Nasenschleimhautentzündung), Paryngitis, Herpangina, Angina lateralis, Tonsilitis, Laryngitis, Tracheitis, akute Bronchiolitis, akute Bronchitis, Aveolitis und Pneumonie. Es können weitere Erkrankungen, wie beispielsweise akute oder chronische Sinusitis (akute oder chronische Nasennebenhöhlenentzündung), Gingiovastomatitis herpetica (auch Stomatitis aphthosa, Somatis herpetica) (Entzündung der Mundschleimhaut und des Zahnfleisches), Aphtosis herpetica, Herpes nasalis, akutes Asthma, COPD (engl.: chronic obstructive pulmonary disease) und Kehlkopfdiphterie ausgelöst oder verstärkt werden, die erfindungsgemäß ebenfalls zu den Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes gehören. Das gleichzeitige Auftreten, z.B. der Rhinitis und der Sinusitis (genannt Rhinusinusitis) oder der Laryngitis, der Tracheitis und der Bronchitis (genannt Laryngo-Tracheo-Bronchitis), oder das Folgeauftreten (aufeinander folgende Auftreten) von mehreren dieser vorgenannten Erkrankungen ist häufig. Als sekundäre Erkrankungen des Respirationstraktes gehören beispielsweise Mittelohrentzündung (Otitis media) und/oder Entzündung der Eustachischen Röhre, die erfindungsgemäß ebenfalls Virus-basierte Erkrankungen des Respirationstraktes darstellen.
Die Symptomatik und somit das Krankheitsbild, das durch Virusinfektionen des Respirationstraktes herbeigeführt wird, ist bei den meisten Viren sehr ähnlich. Dennoch werden einige Erkrankungen bevorzugt von einem spezifischen Virus-Typ hervorgerufen (s.u.). Die Symptomatik der Infektion hängt darüber hinaus von der Schwere der Infektion und der Immunabwehr des Wirtes ab. Nachfolgend werden einige solcher spezifischen Viren, deren Infektionsweg und pathologisches Erscheinungsbild beispielhaft näher erläutert.
Infektion durch Rhinoviren
Rhinoviren sind kleine, hüllenlose RNA-Viren aus der Gruppe der Picornaviren, die die oberen und unteren Bereiche des Respirationstraktes des Wirtes, insbesondere eines Säugetieres, wie beispielsweise Mensch (human-pathogene Rhinoviren oder humane Rhinoviren, 117 Serotypen bekannt), Rind (bovine Rhinoviren), Affen und Frettchen, infizieren.
Die Replikation der humanen Rhinoviren erfolgt in den Epithelzellen des oberen Bereiches des Respirationstraktes, insbesondere in den Epithelzellen von Rachen, Mund und Nase, indem sie an einen Zellrezeptor, den ICAM-1 -Rezeptor oder den LDL-Rezeptor, binden, ihre RNA in die Wirtszelle injizieren und sich anschließend über den lytischen Zyklus vermehren. Die örtlich stark spezifische Replikation des Virus hängt mit seiner Sensitivität gegenüber niedrigen pH-Werten, wie sie z.B. im Magen-Darm-Trakt vorkommen, und hohen Temperaturen (Temperaturoptimum: 32°C - 330C) zusammen. In Regionen, die weiter im Körperinneren liegen, z. B. der Lunge, wird das Virus auf Grund der dort vorherrschenden, physiologischen Temperatur von 37°C nur selten und retardiert repliziert. Zu den durch humanen Rhinoviren hervorgerufenen Erkrankungen gehören vorwiegend Erkrankungen des oberen Respirationstraktes, insbesondere Rhinitis und Pharyngitis, sowie akute Bronchitis. Diese Erkrankungen führen häufig zu Sekundärinfektionen, z. B. Sinusitis (Nasennebenhöhlenentzündung) und Otitis media (Infektion des Mittelohres). Seltener werden durch Rhinovirusinfektionen Erkrankungen des unteren Respirationstraktes wie z.B. akutes Asthma und COPD ausgelöst. Rhinoviren sind die Ursache von ca. 40% - 50% aller Erkältungskrankheiten und von ca. 34% aller respiratorischen Infektionskrankheiten.
Infektion durch Influenzaviren
Influenzaviren sind Membran-umhüllte, RNA-Viren und gehören zu der Gruppe der Orthomyxoviridae. Sie infizieren sowohl Säugetiere, insbesondere Mensch, Hund, Pferd, Schwein usw., als auch Vögel. Humanpathogen sind die Stämme Influenza A und Influenza B. Die Übertragung erfolgt über Tröpfchen und/oder Direktkontakt.
Die Replikation der Viren findet in den Epithelzellen des oberen und unteren Respirationstraktes statt, insbesondere aber in den Epithelzellen der oberen und unteren Tracheen, der Bronchien und der Aveolen der Lunge statt. Die Vermehrung erfolgt über den lytischen Zyklus.
Influenzaviren führen zum pathologischen Erscheinungsbild der allgemein bezeichneten Grippe. Milde Infektionen induzieren Erkältungskrankheiten, wie die Rhinitis und die Pharyngitis, begleitet von Husten, Schüttelfrost, Kopfschmerzen, Schwäche, und Fieber. Schwere Influenzainfektionen betreffen neben den oberen auch die unteren Bereiche des Respirationstraktes und lösen Erkrankungen, wie beispielsweise Pharyngitis, Tracheobronchitis, akute Bronchitis, Bronchiolitis sowie seltener und in besonders schweren Fällen Pneumonie aus. Infektionen mit Inluenza A können sogar tödlich verlaufen.
Infektion durch Parainfluenzaviren
Parainfluenzaviren sind Membran-umhüllte, RNA-Viren von mittlerer Größe, gehören zur
Gruppe der Paramyxoviridae und können über Tröpfchen und/oder Direktkontakt übertragen werden. Sie infizieren insbesondere Säugetiere, wie den Menschen. Humanpathogene Stämme, die das Respirationssystem des Menschen, insbesondere Kleinkinder, Kinder, Immunsupprimierte und ältere Menschen, befallen (infizieren), sind das Humane Parainfluenzavirus 1 , das Humane Prainfluenzavirus 2 und das Humane Parainfuenzavirus 3. Sie werden auch Respiroviren genannt.
Parainfluenzaviren vermehren sich optimal bei physiologischem pH (pH 7,4 - pH 8) und Temperaturen von bis zu 37 0C. Sie infizieren Epithelzellen des oberen und unteren Respirationstraktes und vermehren sich über den lytischen Zyklus.
Parainfluenzavirus 1 , Parainfluenzavirus 2 und Parainfluenzavirus 3 rufen beim Menschen milde Infektionen mit Erkältungssymptomen, die denen der Rhinitis, Pharyngitis und akuten Bronchitis entsprechen, sowie schwere Infektionen, insbesondere Laryngo-Tracheo- Bronchitis, Tracheo-Bronchitis, Bronchiolitis und Pneumonie, hervor. Sie sind die Hauptursache der Laryngitis-subglottica.
Infektionen durch Respiratorisches Svnzytial-Virus (RSV)
Das Respiratorische Synzytial-Virus (RSV) ist ein Membran-umhülltes RNA-Virus, das über Tröpfchen- und/oder Direktinfektion übertragen wird. Es sind sowohl humanpathogene als auch tierpathogene Stämme bekannt.
Die Replikation des RSV findet zunächst im Nasopharynx statt, wobei das RSV an Glycosaminoglycane oberflächlicher Epithelzellen bindet und seine RNA in die Wirtszelle injiziert. Bei schwereren Infektionen können die Viren in den unteren Teil des Respirationstraktes vordringen und sich dort, insbesondere in den Epithelzellen der Bronchiolen und Aveolen, über den lytischen Zyklus vermehren.
Eine Infektion durch RSV verursacht zunächst Symptome, die denen der Rhinitis und Pharyngitis im oberen Respirationstrakt entsprechen, begleitet durch leichtes Fieber und Husten. Der Befall des unteren Respirationstraktes ist häufig und äußert sich durch pathogene Erscheinungsbilder, wie beispielsweise Tracheitis, Bronchitis und Bronchiolotis. Seltenere pathogene Erscheinungsbilder sind Pneumonie, Kehlkopfdiphterie und als sekundäre Erkrankung Mittelohrentzündung. Infektionen durch Herpesviren
Herpesviren sind bei Wirbeltieren, insbesondere bei Säugetieren, und vor allem bei Mensch, Pferd, Schwein, Rind, Ziege, Schaf, Katze und Hund weit verbreitet. Humanpathogene Herpesviren (HHV) werden in Alpha-, Beta- und Gamma-Herpesviren (HHV-1 bis HHV-8) unterschieden, wobei den Alpha- und Gammaviren Viren angehören, die Tiere infizieren können, wie beispielsweise Pferd (Equines Herpesvirus), Rind (bovines Herpesvirus), Schwein (porcines Herpesvirus), Katze (felines Herpesvirus), Hund (canines Herpesvirus) und Huhn (Hühner-Herpesvirus 1).
Unter den humanpathogenen, d.h. den Menschen befallenden, Herpesviren sind insbesondere die Alpha-Herpesviren von großer Bedeutung. Zu den Alpha-Herpesviren werden das Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1), das Herpes Simplex Virus 2 (HSV-2) und das Varizella Zoster Virus (VZV) gezählt.
Humane alpha-Herpesviren replizieren sich in der Regel zunächst in Epithelzellen im Mund- und Nasenbereich. Die freigesetzten Viren infizieren weiterhin bestimmte Nervenzellen (Neuronen), indem sie sich im Mund an Rezeptoren der Nervenenden anheften, die zu den Nervenknoten des Gesichtsnervs (Trigeminus) führen. Die Virus-DNA dringt in ein Axon ein, wird in das Cytoplasma der Nevenzellen und schließlich in deren Zellkern befördert. Dort erfolgt der Einbau der Virus-DNA in das Genom der Nervenzelle und führt zu einem Ruhezustand (Latenz), in dem nur wenige virale Gene exprimiert werden (lysogener Zyklus). Verschiedene äußere Reize können zu_einer erneuten Aktivierung des Virus führen, welches letztendlich die Zerstörung (Lyse) der Nervenzelle zur Folge hat. Die im Rahmen einer Aktivierung entstehenden Virusnachkommen werden zunächst durch das Axon an die Stelle bzw. in das Gebiet der ursprünglichen Infektion transportiert und infizieren dort wiederum Epithelzellen.
HSV-1 kann Erkrankungen des Respirationstraktes, insbesondere im Bereich des Mundes hervorrufen. Zu diesen gehören beispielsweise Herpes nasalis, Aphtosis herpertica und Gigiovastitis herpetica. Weiterhin können HSV-Infektionen zu Pneumonie führen. Infektionen durch Coronaviren
Coronaviren sind Membran-umhüllte RNA-Viren, die Wirbeltiere, insbesondere Säugetiere, wie Mensch, Hund, Katze, Rind, Schwein, sowie einige Nagetiere, sowie Vögel infizieren. Coronaviren werden durch Tröpfcheninfektion übertragen.
Unter den humanpathogenen Stämmen infizieren das humane Coronavirus (HCo) 229E, HCo-OC43, HCoV-NL63 und SARS, die Epithelzellen des Respirationstraktes des Menschen, insbesondere des oberen Respirationstraktes. Die Vermehrung erfolgt über den lytischen Zyklus.
Zu den durch humane Coronaviren hervorgerufenen Erkrankungen gehören die Rhinitis und die Pharyngitis. Darüber hinaus können die akute Bronchitis, die Bronchiolitis, die Pneumonia, SARS (engl: severe respiratory Syndrome) und Kehlkophdiphterie ausgelöst werden. Diese Erkrankungen treten jedoch seltener auf.
Infektionen durch Humane Coronaviren HCo-229E und HCo-OC43 sind die Ursache von ca. ein Drittel aller Erkältungskrankheiten des Menschen.
Infektion durch Adenoviren
Adenoviren sind DNA-Viren, die sowohl Tiere als auch Menschen infizieren. Von insgesamt 19 Arten sind 6 humanpathogene Adenoviren bekannt (Humane Adenoviren A bis F).
Adenoviren zeichnen sich durch ein hohe pH- und Temperaturstabilität aus. Sie gelangen in der Regel über die Atemwege in den Organismus. Die Vermehrung der Adenoviren ist nicht lokal auf einen Bereich begrenzt. Sie können Epithelzellen des Pharynx, des Magen-Darm- Trakt sowie der Conjunctiva infizieren. Sie vermehren sich über den lytischen Zyklus.
Eine Infektion durch Adenoviren führt zu Erkältungssymptomen, die denen der Rhinitis, Paryngitis, akuten Bronchitis und/oder Bronchiolitis entsprechen. Infektion durch Enteroviren
Ebenfalls können Infektionen des Respirationstraktes durch Enteroviren, wie z.B. Coxsackievirus 1 , Cosackievirus 2 und Echo-Viren, auftreten. Enteroviren sind sehr säurestabile RNA-Viren, die vorwiegend fäkal-oral und seltener über Tröpfcheninfektionen übertragen werden.
Die Vermehrung der Enteroviren beginnt in der Regel über eine Infektion der Zellen der Dünndarmstonsillen. Von dort aus migrieren die Viren über Blutbahn und Lymphe zu den Zielorganen, z.B. der Nase. Seltener infizieren Enteroviren zuerst Epithelzellen der Schleimhäute des Respirationstraktes und gelangen von dort aus in den Darm. Die Vermehrung erfolgt über den lytischen Zyklus.
Enteroviren können nicht spezifische, milde Infektionen des Respirationstraktes sowie Pharyngo-Tonsilitis, Bronchiolitis, Pneumonia, Herpangina, Hemorrahisches Conjunctivitis und Otitis media auslösen. Weiterhin verursachen Infektionen mit Enteroviren eine Vielzahl von weiteren systemischen Erkrankungen, wie zum Beispiel der Maul- und Klauenseuche.
Die meisten Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes können gegenwärtig ausschließlich symptomatisch behandelt werden. Hier gibt es verschiedene Wirkstoffe, zum Beispiel Alphasympathomimetika, Anticholinergene, Antihistaminika, Immunsuppresiva sowie Sekretolytika. Durch die Verabreichung solcher Wirkstoffe können die Symptome, z.B. Schwellungen der Schleimhäute, gelindert werden. Die Art und Dauer der Behandlung hängt dabei von dem pathologischen Erscheinungsbild und der schwere der Erkrankung ab. Nachstehend werden einige dieser Wirkstoffe und deren Wirkungsmechanismen erläutert, wobei die Aufzählung beispielhaft und nicht abschließend verstanden werden soll:
• Alpha-Sympathomimetika sind alpha-adrenerge Antagonisten, die an alpha- Adrenorezeptoren in den Schleimhäuten des Respirationstraktes binden und somit stimulierende Wirkung auf den Sympathikus entfalten. Durch die Stimulierung bzw.
Anregung des Sympathikus werden die Gefäße der Schleimhäute verengt. Aus diesem
Grund werden alpha-Sympathomimetika zur Abschwellung der Nasenschleimhäute bei
Erkältungen allgemein und insbesondere zur Behandlung der Rhinitis und Sinusitis eingesetzt. Der Verabreichung erfolgt topisch in Form von Nasensprays oder Nasentropfen. Wirkstoffe sind beispielsweise Naphazolin, Tetrazolin, Xylometazolin, Oxymetazolin und Phenylephrin.
• Antihistaminika wirken primär anti-inflammatorisch, indem sie Histaminrezeptoren in den Zellen der Haut und Schleimhäute des Respirationstraktes inhibieren oder hemmen, wodurch die Ausschüttung des Entzündungsmediators Histamin unterdrückt wird. Da die Ausschüttung von Histamin vorwiegend bei allergischen Reaktionen eine pathologische Rolle spielt, werden Antihistaminika insbesondere zur Behandlung von Allergien eingesetzt. Einige Antihistaminika allerdings, die als H1 Antihistimanika der ersten Generation bezeichnet werden, binden auch an Muskarinrezeptoren in den genannten
Schleimhäuten, mit, ähnlich wie bei den Sympathomimetika, einer Anregung des Sympathikus als Folge. Dieser Sekundäreffekt führt unter anderem zur Abschwellung der Schleimhäute und zur Unterdrückung der Bronchialsekrektion. Antihistaminika können sowohl topisch als auch oral verabreicht werden. Beispiele sind Diphenydramin, Tripolidin und Chorpheniramin.
• Immunsuppresiva sind Pharmazeutika, welche die Immunantwort des Wirtes unterdrücken und somit entzündungshemmend wirken. Zu ihnen zählen beispielsweise Glucocorticoide, Zytostatika und (chimäre) Antikörper.
• Sekretolytika sind Substanzen, wie zum Beispiel Salzwasser, Kamille und Salbei, die topisch verabreicht werden und zum Abfluss von z.B. gestautem Nasensekret bei Rhinitis und Sinusitis führen.
Alle vorstehend erläuterten Behandlungsansätze basieren ausschließlich auf einer Therapie der Symptome und somit der Folgen einer Virusinfektion des Respirationstraktes. Keine dieser Behandlungsansätze beruht auf einer prophylaktischen oder therapeutischen Wirkung, die bereits bei der viralen Infektion oder aber den direkten Folgen einer Infektion mit einem Virus ansetzt und den Ausbruch der Erkrankung einschränkt oder hemmt, vorzugsweise verhindert, d.h., einer antiviralen Wirkung. Unter einer „antiviralen Wirkung" im Sinne dieser Erfindung, ist allgemein eine Hemmung oder Inhibierung der Infektion, der Replikation und/oder der Vermehrung eines Virus zu verstehen. Unter „Replikation" im Sinne dieser Erfindung ist die Vervielfältigung der Nukleinsäure, sowohl DNA als auch RNA, eines Virus zu verstehen. Unter „Vermehrung", „Vermehrung des Virus" oder „Virusvermehrung" ist ebenfalls die Replikation, wie vorstehend definiert, sowie darüber hinaus alle Vorgänge, die zu einem intakten Virus führen, wie die Prozessierung eines synthetisierten langen Virusproteins in kleinere Proteinabschnitte und der Zusammenbau der Viruspartikel, wie z.B. den Nucleocapsiden, zu verstehen.
Darüber hinaus werden für die geschilderten Behandlungsansätze in der Literatur erhebliche Nebenwirkungen, wie zum Beispiel die Rhinitis medicamentose bei Behandlung durch alpha- Sympatomimetika, Hautatrophien bei topischer Behandlung mit Glucocorticoiden, das Cushing-Syndrom sowie Nebennierenrinden-Atrophien bei langfristiger, systemischer Verabreichung von Glucocorticoiden und starke Müdigkeit bei Histaminbehandlung berichtet
Ein wichtiger Ansatz zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes ist daher die Entwicklung von antiviralen Wirkstoffen. Ziel ist es, in den Infektions-, Replikations- und/oder Vermehrungszyklus eines Virus einzugreifen, indem beispielsweise die virale Infektion einer Wirtszelle, die Replikation der viralen Nukleinsäure, die Expression der durch die virale Nukleinsäure kodierten viralen Proteine, die Vermehrung des Virus in der Wirtszelle und/oder die Freisetzung des Virus aus der Wirtszelle, z.B. durch Abknospung, inhibiert oder zu gehemmt wird.
Eine Behandlung von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes mit antiviralen Wirkstoffen ist gegenwärtig jedoch nur für Infektion durch einige Viren bekannt. Darüber hinaus weisen diese Wirkstoffe erhebliche Nachteile auf, indem sie unerwünschte Nebenwirkungen entfalten. Nachfolgend werden unterschiedliche Wirkungsmechanismen solcher anti-viralen Wirkstoffe, auch Virustatika o. Virostatika genannt, näher erläutert:
Zur Behandlung von Infektionen durch Influenzavirus A und Influenzavirus B sind Neuramidase-Hemmer, wie Zanamivir (Relenza®) und Oseltamivir (Tamiflu®), bekannt. Das durch diese Wirkstoffe gehemmte Enzym Neuramidase hilft neu gebildeten Viren, sich von der Wirtszelle abzuknospen. Nach der Abknospung können sie dann weitere Wirtszellen infizieren. Durch die Hemmung der Neuramidase soll eine Infektion weiterer Wirtszellen vermieden werden (Snell NJC, New treatments for viral respiratory tract infections - opportunities and problems, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2001 , Bd. 47, 251-259; Sugrue Rl et al., Antiviral Drugs fort he Control of Pandemic Influenza Virus, Annais Academy of Medicine, 2008, Bd. 37, 518-524). Zur Behandlung von Infektionen durch das Influenzavirus A sind weiterhin M2-Kanalblocker bekannt (Amantadin, Rimantadin). Diese verhindern das „Uncoating", d.h. die Freisetzung der Virus-Nucleocapside in das Cytoplasma der Wirtszelle (Snell NJC, New treatments for viral respiratory tract infections - opportunities and problems, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2001 , Bd. 47, 251-259; Sugrue Rl et al., Antiviral Drugs fort he Control of Pandemic Influenza Virus, Annais Academy of Medicine, 2008, Bd 37, 518-524).
Zur Behandlung von Infektionen durch Rhinoviren oder Enteroviren ist die Verabreichung von intranasalen Interferonen und von Immunserumglobulin bekannt (Rotbart A, Hayden FG, Picornavirus Infections A primer for the practitioner, Arch Farn Med. 2000, Bd. 9, 913-920).
Weiterhin sind Virostatika, entwickelt worden, die Enzyme, wie beispielsweise DNA- Polymerase, reverse Transkriptase oder Proteasen, hemmen oder inhibieren und somit die Replikation des Virus bzw. die Prozessierung eines synthetisierten langen Virusproteins in kleinere Proteinabschnitte hemmen oder inhibieren. Beispiele für solche therapeutischen Ansätze finden sich insbesondere in der Therapie von HIV Infektionen. Aber auch im Bereich der Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes sind Virostatika bekannt, welche systemisch oder topisch verabreicht werden. Beispiele hierfür sind die Wirkstoffe Ribavirin (Flumadin®), Aciclovir, Valaciclovir, Foscarnet und Peniclovir.
Zur Behandlung von Infektionen durch Respiratorische Synzytial-Viren (RSV) oder Enteroviren und dadurch ausgelösten schweren, bronchiopulmonalen Erkrankungen, ist die Inhalation von Ribavirin (Flumadin®) bekannt (Snell NJC, New treatments for viral respiratory tract infections - opportunities and problems, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2001 , Bd. 47, 251-259). Ribavarin ist ein Nucleosidanalogon, dass in die RNA des Virus integriert wird uns somit die RNA-Polymerase hemmt. Es kommt zum Kettenabbruch und somit zum Stopp der RNA-Replikation und der Virus-Vermehrung.
Zur Behandlung von Infektionen durch Herpesviren, wie HSV-1 , HSV-2, VZV, können oral oder topisch verabreichte Virostatika, wie Aciclovir, Valacilovir, Foscarnet und Penciclovir, eingesetzt werden.
Zur Verabreichung der beschriebenen Virostatika zur Behandlung von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes sind zwei Ansätze bekannt: • die systemische Verabreichung: durch systemische Verabreichung von Virostatika kann eine signifikante Verringerung der Aktivierung von in Wirtszellen vorhandenen Viren erreicht werden, da die Wirkstoffe die Vermehrung der Virus-Nukleinsäure im Zellkern oder den Zusammenbau der Viruspartikel zu vollständigen Viren im Cytoplasma der Wirtszellen hemmen oder inhibieren;
• die topische Verabreichung: durch topische Verabreichung von Virostatika, beispielsweise über ein Nasenspray (Aerosol) oder Nasentropfen, in dem Gebiet des Respirationstraktes, z. B. der Nase, einer Erstinfektion durch das Virus, kann in einem frühen Stadium der weitere Weg der Vermehrung der Viren, behindert werden, welches zu einem schnelleren Abschwellen der Schleimhäute führen kann.
Beide Ansätze für die Verabreichung solcher Virostatika weisen jedoch schwerwiegende Nachteile auf:
• bei einer systemischen Verabreichung ist die für eine effektive Behandlung erforderliche Dosis relativ hoch und verbunden mit starken Nebenwirkungen für den behandelten Organisums, wie z.B. unspezifische Immunantworten und Autoimmunreaktionen. Für Fall von Aciclovir sind zahlreiche solche Nebenwirkungen aus der Literatur bekannt. Weder eine Langzeit-Therapie noch Wiederholungs-Therapien sind daher ratsam und einem Patienten zuzumuten;
• bei der topischen Verabreichung ist die Menge an Wirkstoff (Virostatikum), welche pro Zeiteinheit in dem Gebiet der Virusinfektion freigesetzt und bioverfügbar werden kann, sehr gering. Diese geringe Bioverfügbarkeit des Virostatikums stellt ein wesentliches Hindernis für eine effektive topische Therapie dar. Für den Fall des nur schwer wasserlöslichen Aciclovir liegt die geringe Bioverfügbarkeit beispielsweise an dem schlechten perkutanen Transport des Wirkstoffs. Auch verschiedene chemische Modifikationen von Virostatika im Rahmen von Pro-Drug Konzepten für eine verbesserte
Wirkstoffzufuhr von Virostatika haben zu keiner Verbesserung dieses Phänomens geführt.
Weitere ernste Nachteile sind, dass die beschriebenen antiviralen Therapiemöglichkeiten der
Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes können zu weiteren erheblichen Nebenwirkungen führen können und, wie beispielsweise im Fall von M2-Kanalblockern, zu resistenten Virusstämmen führen können, die eine Behandlung derartiger Erkrankungen mit solchen Wirkstoffen und eventuell sogar weiteren Wirkstoffen für zukünftige ausschließt.
Zudem sind bekannte Virostatika sehr spezifisch und nur für eine oder einige wenige Virusspezies wirksam. Da bei den meisten Infektionen des Respirationstraktes allerdings keine symptomatische Unterscheidung möglich ist, die es erlaubt zwischen den infizierenden Viren zu unterscheiden, kann auf Grund dieser hohen Spezifität der bekannten Virostatika für viele Viren keine erfolgreiche Therapie einer Virus-basierten Erkrankung des Respirationstraktes gewährleistet werden.
Alternativen zu bekannten antiviralen Wirkstoffen zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, die die im Stand der Technik bekannten Nachteile überwinden, sind ausschließlich Impfungen gegen die entsprechenden Viren. Impfungen gegen Viren, die den Respirationstrakt infizieren, sind nach dem derzeitigen Stand der Technik allerdings nur für die Influenzaviren (Typ A und B) und RSV möglich (Snell NJC, New treatments for viral respiratory tract infections - opportunities and Problems, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2001 , Bd. 47, 251-259). Da die Viren zudem ständigen Mutationen unterworfen sind, müssen Impfstoffe stets neu entwickelt werden. Therapien viral bedingter Erkrankungen können demnach nicht durch Impfungen ersetzt werden.
Weitere Alternativen zu den im Stand der Technik offenbarten antiviralen Wirkstoffen bzw. Virostatika, zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, welche die im Stand der Technik bekannten Nachteile überwinden, gibt es nicht.
Es besteht daher Bedarf, verbesserte und verträglichere antivirale Wirkstoffe zu entwickeln, die in den Replikations- und/oder Vermehrungszyklus des Virus einzugreifen, und die vorzugsweise bereits die virale Infektion der Wirtszelle hemmen oder inhibieren.
Darüber hinaus besteht Bedarf, antivirale Wirkstoffe zu identifizieren, welche die Infektion, Replikation und/oder Vermehrung verschiedener Virusstämme oder Viursspezien gleichzeitig inhibieren. Dies ist besonders wichtig, da bei den meisten Erkrankungen des Respirationstraktes symptomatisch nicht zwischen den verschiedenen Virusstämmen oder Virusspezien, welche die Infektion ausgelöst haben, unterschieden werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es demnach, verbesserte antivirale Wirkstoffe zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Die Erfindung betrifft in ihrem ersten Gegenstand die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes sowie in ihrem zweiten Gegenstand die Verwendung von Deuteriumoxid zur Herstellung eines Arzneimittels zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei es sich bei der Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes um akute Rhinits, chronische Rhinitis, Rhinitis sicca, Paryngitis, Herpangina, Angina lateralis, Tonsilitis, Laryngitis, Tracheitis, akute Bronchiolitis, chronische Bronchiolitis, akute Bronchitis, chronische Bronchitis, Aveolitis, Pneumonie, akute Sinusitis, chronische Sinusitis, Gingivastomatitis herpetica, Aphtosis herpetica, Herpes nasalis, Adenovirus-Pharyngokonjunktivitis, Pfeiffersches Drüsenfieber (infektiöse Mononukleose), akutes Asthma, chronisches Asthma, COPD (chronic obstructive pulmonary disease), Kehlkopfdiphterie, Otitis media und/oder Entzündung der Eustachischen Röhre handelt.
Verschiedene Erkrankungen des Respirationstraktes können auch parallel oder nacheinander auftreten. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei es sich um eine Kombination von zwei oder mehreren Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes handelt. Bevorzugt treten diese zwei oder mehreren Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes gleichzeitig oder nacheinander, insbesondere als Folge der ersten oder einer der vorangehenden Erkrankung(en), auf. Bei einer solchen Kombination von zwei oder mehreren Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes handelt es sich in einer besonders bevorzugten Ausführungsform um Rhinusinusitis, Tracheobronchitis, Tracheobronchiolitis, Bronchopneumonie, Pharnygotonsilitis und/oder
Laryngotracheobronchitis. Eine solche erfindungsgemäße Kombination kann insbesondere auch in einer auftretenden Rhinitis sicca und einer nachfolgend auftretenden akuten Rhinitis (Rhinitis acuta) bestehen. Ein weiteres Beispiel ist eine auftretende akute Rhinitis, gefolgt von einer auftretenden chronischen Rhinitis.
Unter „Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes" im Sinne der Erfindung sind Erkrankungen des Respirationstraktes zu verstehen, die von einem Virus durch eine Virusinfektion, hervorgerufen werden. Die vorliegende Erfindung offenbart nicht nur die Therapie, sondern auch die Prophylaxe von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wie oben bereits definiert. Unter Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes sind daher erfindungsgemäß ebenfalls solche Erkrankungen des Respirationstraktes zu verstehen, die einer prophylaktischen Behandlung von Virusbasierten Erkrankungen des Respirationstraktes im Sinne der Erfindung zuzuordnen sind. Hierzu gehören beispielsweise auch einer Virus-basierten Erkrankung des Respirationstraktes typischerweise vorangehenden Erkrankungen. Hierzu gehört insbesondere Rhinitis sicca sowie hiervon abgeleitete Indikationen, wie z.B. Rhinitis sicca anterior, die erfindungsgemäß demnach ausdrücklich als Virus-basierte Erkrankung des Respirationstraktes bezeichnet werden. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Verwendung von D2O betrifft somit die Verabreichung von D2O bei auftretender Rhinitis sicca. Die Offenbarung in der vorliegenden Erfindung unter dem allgemein verwendeten Begriff „Rhinitis" schließt alle Formen der Rhinitis als Virus-basierte Erkrankungen des Respirationstraktes ein.
Unter „Respirationstrakt", auch Atemtrakt oder Atmungsapparat genannt, im Sinne der Erfindung ist das gesamte für die Atmung verantwortliche System mit allen Organen zu verstehen, die nachfolgend auch als „zu behandelnde Organe" oder „zu behandelnde Organe des Respirationstraktes" bezeichnet werden. Zu diesen Organen gehören sowohl die luftleitenden Organe als auch die dem Gasaustausch dienenden Organe. Zum Respirationstrakt gehören insbesondere Nase, Nasennebenhöhlen, Mund, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Tonsillen, Tracheen, Stammbronchus (Bronchus principalis), Bronchien, Bronchiolen, Alveolen (Lungenbläschen) sowie die Lunge sowie die Schleimhäute des Respirationstraktes, wie Nasenschleimhaut, Mundschleimhaut, Rachenschleimhaut. Eine Einteilung des Respirationstraktes kann weiterhin in den oberen Respirationstrakt oder oberen Teil des Respirationstraktes, insbesondere umfassend Nase, Nasennebenhöhlen, Mund, Rachen, Tonsillen, und den unteren Respirationstrakt oder unteren Teil des Respirationstraktes, insbesondere umfassend Kehlkopf, Luftröhre, Tracheen, Stammbronchus (Bronchus principalis), Bronchien, Bronchiolen, Alveolen (Lungenbläschen), Lunge, erfolgen.
Zahlreiche der vorgenannten Organe stellen von außen zugängliche Bereiche des Respirationstraktes dar. „Von außen zugänglich" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Organe, insbesondere deren Schleimhäute, durch äußere Applikation oder Verabreichung des erfindungsgemäßen Wirkstoffs Deuteriumoxid (D2O), d.h. nicht systemisch, erreichbar sind. So eine äußere Verabreichung kann beispielsweise über ein Aerosol, d.h. durch Vernebelung und Inhalation von D2O oder durch Vernebelung und Besprühen der Organe oder Bereichen der Organe mit D2O, oder durch Spülen der entsprechenden Organe oder Bereichen der Organe mit D2O oder durch Verabreichung von flüssigem D2O oder D2O-Gelen oder D2O-Hydrogelen erfolgen. Eine umfassende und detaillierte Beschreibung der erfindungsgemäßen Verabreichungswege von D2O wird untenstehend aufgeführt.
Organe oder Bereiche solcher Organe die erfindungsgemäß als „von außen zugänglich" zu definieren sind, sind z. B. Nase, Nasenschleimhaut, Nasennebenhöhlenschleimhaut, Mund, Mundschleimhaut, Rachen, Rachenschleimhaut, Kehlkopf, Kehlkopfschleimhaut, Luftröhre, Tracheen, Tonsillen, Bronchien, Bronchiolen, Aveolen, Lunge sowie die Schleimhaut der Luftröhre, Tracheen, Tonsillen, Bronchien, Bronchiolen, Aveolen und Lunge.
Unter „Virusinfektion" im Sinne der Erfindung ist das aktive oder passive Eindringen eines Virus in einen Organismus, wie Pflanze, Tier oder Mensch, und deren Vermehrung in diesem Organismus zu verstehen. Ein solcher Organismus wird erfindungsgemäß als „Wirt" bezeichnet und umfaßt Wirbeltiere, insbesondere Säugetiere, vor allem Mensch, Pferd, Schwein, Rind, Ziege, Schaf, Katze und Hund. Die Zellen eines solchen Wirtes werden als „Wirtszellen" bezeichnet. Ein „zu behandelnder Organismus" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein solcher Wirt, der an einer Virus-basierten Erkrankung der Atemwege entweder leidet und therapeutisch behandelt wird oder im Hinblick auf eine solche Erkrankung prophylaktisch behandelt wird, wobei der Mensch hierbei ein besonders bevorzugter Wirt ist. Ein „zu behandelndes Organ" im Sinne der Erfindung ist ein Organ eines solchen vorstehend definierten Organismus. Im Sinne der Erfindung, werden die Begriffe „Virusinfektion", „Infektion durch Viren", „virale Infektion" und „Infektion" synonym verwendet und bezeichnen alle eine durch einen Virus erfolgte Infektion.
Es sind zahlreiche Viren bekannt, die eine erfindungsgemäße Virus-basierte Erkrankung des Respirationstraktes hervorrufen. Einige dieser Viren sowie ihr Infektionsweg und pathologisches Erscheinungsbild, also der durch sie hervorgerufene Erkrankung, wurde in der vorliegenden Beschreibung bereits näher beschrieben. Es betrifft daher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei es sich bei dem Virus um ein Virus der Familie Picornaviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviriae, Coronaviridae, Adenoviridae und/oder Herpesviridae handelt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Virus um ein Virus der Gattung Rhinovirus, Enterovirus, Influenzavirus, Pneumovirus, Metapneumovirus, Coronavirus, Mastadenovirus, Simplexvirus und/oder Varizellovirus. Insbesondere bevorzugt handelt es sich bei dem Virus um ein Virus der Art Rhinivirus, Cosackievirus-1 , Cosackievirus-2, Echovirus, Poliovirus, Influenzavirus A, Influenzavirus B, Parainfluenzavirus, Respiratorisches Synzitialvirus (RSV), Humanes Metapneumovirus, Coronavirus, humanes Adenovirus A, humanes Adenovirus B, humanes Adenovirus C, humanes Adenovirus D, humanes Adenovirus E, humanes Adenovirus F, humanes Herpesvirus 4 (HHV-4) (Epstein-Barr-Virus), Herpes simplex Virus 1 (HSV-1), Herpes simplex Virus 2 (HSV-2) und/oder Varizella zoster Virus (VZV).
Erfindungsgemäß werden die Begriffe „Virustyp" und „Virusart" synonym verwendet.
Die Begriffe „Prophylaxe und/oder Therapie" bezeichnen erfindungsgemäß jede für die Behandlung einer Virus-basierten Erkrankung des Respirationstraktes geeignete Maßnahme, die entweder eine vorbeugende Behandlung einer solchen sich abzeichnenden Erkrankung bzw. deren sich abzeichnende Symptome bzw. einer typischen vorangehenden Erkrankung oder Indikation darstellt (Prophylaxe) oder die Behandlung der ausgebrochenen Erkrankung und/oder die Vermeidung eines Wiederausbrechens einer solchen Erkrankung, beispielsweise nach einem abgeschlossenen Behandlungszeitraum darstellt (Therapie).
Im Allgemeinen erfolgt eine wirksame Prophylaxe und/oder Therapie einer Virus-basierten Erkrankung des Respirationstraktes insbesondere durch topische oder systemische Verabreichung eines pharmazeutischen Wirkstoffes bzw. eines antiviralen Wirkstoffes. Unter „topisch" bzw. „topischer Applikation" oder „topischer Verabreichung" im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass ein pharmazeutischer bzw. antiviraler Wirkstoff, erfindungsgemäß D2O, - im Gegensatz zur systemischen Aufnahme - nicht in den Blutkreislauf des zu behandelnden Organismus aufgenommen wird, sondern nur lokal, insbesondere oberflächlich, auf/in ein zu behandelndes Organ des Respirationstrkates, insbesondere auf/in dessen Epithelzellen oder Schleimhäute, aufgetragen, aufgebracht oder eingebracht wird, vorzugsweise in Form von Tropfen, d.h. in flüssiger Form, wie beispielsweise als Spülung, oder in gasförmiger Form als Aerosol oder Dampf, oder in Form einer Formulierung, wie einem Hydrogel. Unter „System ischer" Verabreichung im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass ein pharmazeutischer bzw. antiviraler Wirkstoff in den Blutkreislauf des zu behandelnden Organismus aufgenommen wird. Die topische Verabreichung eines pharmazeutischen bzw. antiviralen Wirkstoffs ist grundsätzlich nebenwirkungsärmer als die systemische Verabreichung, da bei der topischen Verabreichung nur lokal, d.h. in einem definierten und begrenzten Bereich des zu behandelnden Organs eines Organismus, hohe Wirkstoffkonzentrationen erreicht werden und nicht der gesamte Organismus, genauer dessen Blutkreislauf, dem Wirkstoff ausgesetzt ist, wie es bei der systemischen Verabreichung der Fall ist.
Ein solcher zur Prophylaxe und/oder Therapie einer Virus-basierten Erkrankung des Respirationstraktes topisch verabreichter pharmazeutischer Wirkstoff bzw. antiviraler Wirkstoff sollte mindestens eine, vorzugsweise mehrere, der nachstehenden Eigenschaften aufweisen:
a) lokal spezifische Anwendbarkeit durch topische Verabreichung über einen beliebig langen Zeitraum und mit hoher permucosidaler Transportkinetik des Wirkstoffs. Diese wird erreicht durch den gezielten Transport des Wirkstoffes in definierte Bereiche des zu behandelnden Organs, insbesondere in die Zellen, vor allem Epithel- und Schleimzellen, durch die Wahl einer geeigneten Formulierung des Wirkstoffs (beispielsweise als Spülung oder als Aerosol), b) Retardierung des transepithelialen Transports des Wirkstoffs in den Blutkreislauf, d.h. in die Blutgefäße, c) weitgehend homogene Wirkstoffverteilung im Bereich des Wirkortes (zu behandelndes Organ) sowie die Vermeidung von lokalen Überkonzentrationen; d) virostatische Wirkung, d.h. eine die Vermehrung von Viren hemmende oder inhibierende Wirkung, auf die Zellen im behandelten Bereich des Organs, (d.h. die Virusvermehrung durch den wirtszelleigenen Replikationsapparat wird gehemmt oder inhibiert). e) weitgehende Toleranz des antiviralen Wirkstoffs durch die gesunden (vom Virus nicht infizierten) Zellen im Hautgewebe sowie den Blutkreislauf zur Vermeidung von Nebenwirkungen, insbesondere auch im Hinblick auf Immunreaktionen.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass Deuteriumoxid (D2O) alle der vorgenannten Eigenschaften erfüllt. Darüber hinaus weist D2O gegenüber den im Stand der Technik bekannten antiviralen Wirkstoffen, insbesondere den Virostatika, deutliche Vorteile auf, beispielsweise weitaus geringere bzw. keine Nebenwirkungen, erhöhte Bioverfügbarkeit und universale Anwendbarkeit auf alle Viren, die Infektionen des Respirationstraktes verursachen.
Erfindungsgemäß wurde weiterhin festgestellt, dass Deuteriumoxid ein effektiver antiviraler Wirkstoff mit potentieller Langzeitwirkung ist und sowohl für Kurz-, Langzeit- und Wiederholungs-Therapien von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes geeignet ist. Erfindungsgemäß ist Deuteriumoxid, nachfolgend auch als D2O bezeichnet, ein pharmazeutischer bzw. antiviraler Wirkstoff.
Unter dem Begriff „pharmazeutischer Wirkstoff wird erfindungsgemäß jede(s) beliebige anorganische oder organische Molekül, Substanz oder Verbindung verstanden, das (die) eine pharmakologische Wirkung aufweist. Der Begriff „pharmazeutischer Wirkstoff' wird hierin mit dem Begriff „Arzneimittel" synonym verwendet. Zu den pharmazeutischen Wirkstoffen im Sinne der Erfindung gehören auch antivirale Wirkstoffe, einschließlich D2O.
Der Begriff „antiviraler Wirkstoff' im Sinne der Erfindung definiert einen Wirkstoff, der zur Behandlung von Virus-basierten Erkrankungen, und insbesondere Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, verabreicht wird. Vorzugsweise ist ein solcher antiviraler Wirkstoff geeignet, bereits die virale Infektion der Wirtszelle und/oder die Vermehrung der viralen Nukleinsäure in der Wirtszelle und/oder die Vermehrung des Virus zu inhibieren oder zu hemmen. Sofern ein antiviraler Wirkstoff die Virusvermehrung hemmt oder inhibiert, wird auch der Begriff „virostatischer Wirkstoff' verwendet. Die Begriffe „pharmazeutischer Wirkstoff' und „antiviraler Wirkstoff' werden im Sinne der Erfindung synonym verwendet.
„Zellen" im Sinne der Erfindung sind Wirbeltierzellen, insbesondere Säugetierzellen und vor allem humane Zellen (Zellen des Menschen), und zwar Epithelzellen der Haut, vor allem Hautzellen, Schleimzellen und Schleimhautzellen. Bei „Wirtszellen" handelt es sich erfindungsgemäß um Zellen, die von einem Virus infiziert wurden oder infiziert werden können. Bei den definierten Zellen und Wirtszellen der Erfindung handelt es sich um solche des Respirationstraktes.
Die Eigenschaften von D2O sowie dessen erfindungsgemäße Verwendung als antiviraler Wirkstoff zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes werden nachfolgend erläutert:
Deuteriumoxid (D2O), häufig auch als „schweres Wasser" bezeichnet, ist eine dem „natürlichen Wasser" H2O in seinen physikalischen Eigenschaften äußerst ähnliche Substanz. Deuteriumoxid (D2O) und Wasser (H2O) unterscheiden sich physikalisch durch die Substitution der Wasserstoffatome von H2O durch Deuteriumatome, wobei D2O eine ca. 10% höhere Dichte und eine ca. 25% höhere Viskosität aufweist. Darüber hinaus sind Schmelz- und Siedetemperaturen von D2O höher als für H2O. Ein detaillierter Vergleich der Eigenschaften wird im Handbook of Chemistry and Physics, Sektion 6, gegeben (Handbook of Chemsitry and Physics, David R. Lide, Editor, 79. Auflage, 1998 CRC Press, Boca Raton, USA) dargestellt.
Neben den physikalisch ähnlichen Eigenschaften von H2O und D2O bestehen bedeutsame physiologische Unterschiede (siehe u.a. Kushner DJ et al., Pharmacological uses and perspectives of heavy water and denatured Compounds., Can J Physiol Pharmacol. 1999 Feb; 77(2): 79-88.). D2O weist ab einer bestimmten Konzentration in einer Zelle, bei tierischen Zellen von mehr als 20 - 25 %, eine Wirkung auf enzymatische Reaktionen auf. Enzymatisch gesteuerte Reaktionen werden zunehmend verändert, insbesondere gehemmt oder inhibiert. Eine Ursache hierfür wird in der höheren Bindungsstärke der Wasserstoffbrückenbindungen, wenn das Wasserstoffatom der Bindung durch ein Deuteriumatom substituiert ist, gesehen. Sowohl in wässrigen Lösungen von H2O und D2O, als auch bei der Bindung von Wasser an organische Moleküle, tritt diese erhöhte Bindungsstärke auf (Cuma M, Scheiner S, Influence of Isotopic Substitution on Strength of Hydrogen Bonds of Common Organic Groups, Journal of Physical Organic Chemistry, 1997 Band 10, 383-395). Diese erhöhte Bindungsstärke von Wasserstoff-Brückenbindungen (H- Brücken) in dem Fall, dass das Wasserstoffatom der Bindung durch ein Deuteriumatom substituiert wird sowie die verringerte Austauschgeschwindigkeit von D2O gegenüber H2O (König, S., et al. Molecular dynamics of water in oriented multilayers studied by quasi-elastic neutron scattering and deuterium-NMR relaxation. 1994. J.Chem. Phys. 100, 3307-3316) hat für die Bindung von D2O an für H-Brücken geeignete Bindungsstellen zwei unmittelbare Konsequenzen: a) Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von D2O an Oberflächen mit Bindungsmöglichkeiten für H-Brücken wird gegenüber der von H2O deutlich erhöht, b) Die Hydratation der unter a) genannten Oberflächen erhöht sich und die Ablösung von D2O (z.B. durch Verdunstung) ist energetisch erschwert, was wiederum die Nachhaltigkeit der Hydratation erhöht.
Unter „Hydratation" (auch Hydration) ist erfindungsgemäß die Anlagerung von D2O- Molekülen anstelle von oder zusätzlich zu H2O-Molekülen an eine gegebene Oberfläche, und zwar die zu behandelnden Organe des Respirationstraktes, zu verstehen. Eine Hydratation im Sinne der Erfindung kann auch als D20-Hydratation bezeichnet werden.
Unter „Hydratationsgrad" oder „Hydratationsmaß" ist erfindungsgemäß die Anzahl der an eine gegebene Oberfläche, und zwar die zu behandelnden Organe des Respirationstraktes, maximal über H-Brücken im Zeitmittel bindenden D2O-Molekülen anstelle von oder zusätzlich zu H2O-Molekülen zu verstehen. Hydratationsgrad oder Hydratationsmaß im Sinne der Erfindung kann auch als D2O-Hydratationsgrad oder D2O-Hydratationsmaß bezeichnet werden.
Unter „Nachhaltigkeit der Hydratation" soll hierbei die Aktivierungsenergie zur Ablösung eines durch H-Brücken gebundenen D2O- bzw H2O-Moleküls von einer Oberfläche, und zwar der zu behandelnden Organe des Respirationstraktes, verstanden werden, wobei eine höhere Aktivierungsenergie eine höhere Nachhaltigkeit bedeutet. Die Nachhaltigkeit der Hydratation im Sinne der Erfindung kann auch als Nachhaltigkeit der D2O-Hydratation bezeichnet werden.
Die Schleimhäute als erfindungsgemäß definierte (zu behandelnde) Organe des
Respirationstrakts sind Beispiele für besonders stark hydratisierte Membranoberflächen, bei denen die Zahl der H-Brücken Bindungsmöglichkeiten durch die Anwesenheit von Glykolipiden und Glykoproteinen gegenüber anderen Membranen (z.B. der Hautoberfläche) massiv erhöht ist. Eine leichte Erhöhung von Hydratation und/oder der Nachhaltigkeit der Hydratation hat in diesem Fall besonders signifikante Folgen, die sich vorteilhaft auf die erfindungsgemäße Verwendung von D2O auswirkt.
Es ist allgemeines Fachwissen, dass eine Zelle abhängig von dem Grad ihrer jeweiligen metabolischen Aktivität unterschiedliche Mengen H2O aufnimmt. Eine Zelle, die von einem Virus infiziert wird, eine sog. Wirtszelle, und in der eine Vermehrung des Virus stattfindet, weist eine weitaus höhere metabolische Aktivität auf als eine nicht infizierte Zelle desselben Zelltyps des umliegenden Gebiets. Der Grund hierfür ist, dass die Wirtszelle nicht nur ihre eigene Replikation, sondern auch die Replikation des Virus bewirkt. Da eine erhöhte metabolische Aktivität von Zellen mit einer erhöhten Wasseraufnahme korreliert, nehmen Virus-infizierte Wirtszellen deutlich mehr Wasser (H2O) auf als nicht infizierte Zellen. Aufgrund der ähnlichen physikalischen Eigenschaften von H2O und D2O, wird D2O von Zellen parallel zu H2O (wenn D2O und H2O verfügbar sind) oder anstelle von H2O (wenn nur D2O verfügbar ist) aufgenommen.
Wirkung von D2O auf die Replikation und Vermehrung eines Virus
Wie vorstehend ausgeführt ist bekannt, dass enzymatische Reaktionen in einer Zelle durch D2O in ausreichender Konzentration verändert werden können. Wie vorstehend erläutert, nehmen Zellen, und Virus-infizierte Zellen in erhöhtem Ausmaß, D2O parallel oder anstelle von H2O auf. Wird demnach an eine Virus-infizierte Zelle D2O in einer erfindungsgemäß „ausreichenden Konzentration", d.h. mehr als 20% bezogen auf den Gesamtwassergehalt einer Zelle, verabreicht, hat dies eine Hemmung bzw. Inhibierung enzymatischer Reaktionen in der Wirtszelle zur Folge. Hierzu gehört insbesondere die Hemmung oder Inhibierung der DNA-Polymerase (Takeda H et al. Mechanisms of cytotoxic effects of heavy water (deuterium oxide: D2O) on Cancer cells, Anticancer Drugs. 1998 Sep;9(8):715-25). Als Folge hiervon wird die DNA-Replikation in einer Zelle gehemmt bzw. inhibiert. Nicht infizierte, gesunde Zellen in dem die Virus-infizierten Zellen umgebenden Bereich (Gebiet), nehmen D2O bzw. H2O aufgrund ihrer - im Vergleich zur infizierten Zelle - geringeren metabolischen Aktivität in normalem Maß auf, so dass in diesen keine oder eine nur sehr geringe, vernachlässigbare Hemmung oder Inhibierung enzymatischer Reaktionen erfolgt. Erfindungsgemäß ist nunmehr festgestellt worden, dass, wenn eine Zelle mit einem Virus infiziert wird (Wirtszelle), durch die Hemmung bzw. Inhibierung der wirtszelleigenen DNA- Polymerase auch die Virus-DNA nicht repliziert wird, da deren Replikation ebenfalls durch die Beteiligung der Wirtszell-DNA-Polymerase erfolgt. Im Fall von RNA-Viren erfolgt die enzymatische Hemmung bzw. Inhibierung durch D2O auch für Synthese der reversen Transkriptase, die zunächst, durch Virusgene kodiert, in der Wirtszelle synthetisiert werden muss, um die Virus-RNA in Virus-DNA umzuschreiben, die dann wiederum von der DNA- Polymerase der Wirtszelle repliziert wird. Eine Hemmung bzw. Inhibierung bestimmter enzymatischer Reaktionen der Wirtszelle durch D2O hemmt bzw. inhibiert somit auch die Replikation und somit auch die nachfolgende Vermehrung (wie oben definiert) eines Virus nach einer Virusinfektion.
Wirkung von D2O auf die Zellteilung Virus-infizierter Zellen
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung, der auf der beschriebenen erhöhten Bindungseigenschaft von D2O basiert, ist, dass bei Verabreichung von D2O in ausreichender Konzentration, d.h. mehr als 20%, bezogen auf den Gesamtwassergehalt einer Zelle, die Zellteilung gehemmt oder inhibiert wird. Dies geschieht höchstwahrscheinlich, zusätzlich zu der erläuterten Hemmung bzw. Inhibierung der DNA-Replikation, durch die Hemmung bzw. Inhibierung der Mitose im Zyklus der Teilung tierischer Zellen (Laissue JA et al. Survival of tumor-bearing mice exposed to heavy water or heavy water plus methotrexate, Cancer Research, 1982, Bd. 42, (3) 1125-1129). Dies ist erfindungsgemäß von entscheidender Bedeutung für den Latenzzustand bei Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, bei dem die Viren im Ruhezustand (Latenz) während des oben näher beschriebenen lysogenen Zyklus voliegen. In diesem Zustand wird das Virusgenom in das Wirtszellgenom integriert und bei Teilung der Wirtszelle zusammen mit dem Wirtsgenom auf die Wirtszellnachkommen übertragen. Bei einer Hemmung bzw. Inhibierung der Zellteilung wird so eine Übertragung des Virus auf neue Zellen verhindert.
Erfindungsgemäß erfolgt demnach eine Hemmung oder Inhibierung der Virusvermehrung durch die Verwendung von D2O zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes. Diese Hemmung oder Inhibierung der Virusvermehrung durch D2O als antiviraler Wirkstoff erfolgt erfindungsgemäß insbesondere durch • die Hemmung oder Inhibierung der Replikation der Virus-Nukleinsäure und somit der Vermehrung des Virus und/oder
• die Hemmung oder Inhibierung der Wirtszellteilung und somit der Vermehrung des Virus im lysogenen Zyklus.
Unter dem Begriff „hemmen" bzw. „Hemmung" gemäß der Erfindung ist zu verstehen, dass die Replikation von Virus-Nukleinsäuren (Virus-DNA oder Virus-RNA), die Virusvermehrung und/oder die Zellteilungsrate von Wirtszellen der Erfindung verlangsamt und/oder herabgesetzt wird, bevorzugt bis zu 6%, vorzugsweise bis zu 10%, vorzugsweise bis zu 15%, ebenfalls bevorzugt bis zu 20%, stärker bevorzugt bis zu 25%, stärker bevorzugt bis zu 30%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 35%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 40%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 45%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 50%, noch stärkster bevorzugt bis zu ca. 55%, noch stärkster bevorzugt bis zu ca. 60%, weiterhin stärker bevorzugt bis zu 65%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 70%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 75%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 80%, ebenfalls stärker bevorzugt bis zu 85%, noch stärker bevorzugt bis zu 90%, am stärksten bevorzugt bevorzugt bis zu 94% gegenüber der Replikations- oder Vermehrungsrate des Virus bzw. der Wirtzszellteilungsrate ohne Verabreichung von D2O.
Der Begriff „inhibieren" bzw. „Inhibierung" gemäß der Erfindung bedeutet, dass die Replikation von Virusnukleinsäuren (Virus-DNA oder Virus-RNA), die Virusvermehrung und/oder die Zellteilungsrate von Wirtszellen der Erfindung verhindert wird, bevorzugt bis zu 95%, noch stärker bevorzugt bis zu 98%, am stärksten bevorzugt um bis zu 100% (und damit vollständig) gegenüber der Replikations- oder Vermehrungsrate des Virus bzw. der Wirtzszellteilungsrate ohne Verabreichung von D2O.
Eine solche, auf der Hemmung oder Inhibierung der Replikation von Virusnukleinsäuren (viraler Nukleinsäuren) und/oder der Virusvermehrung basierende antivirale und virostatische Wirkung von D2O, ist bislang im Stand der Technik nicht beschrieben.
D2O weist darüber hinaus gegenüber bekannten aniviralen und virostatischen Wirkstoffen zur Behandlung von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes erhebliche Vorteile auf, und zwar vor allem durch folgende Eigenschaften von D2O: 1) D2O ist nicht Virus-spezifisch und kann die Replikation und/oder Vermehrung aller erfindungsgemäß beschriebenen Viren hemmen oder inhibieren. Dies ist von besonderem Vorteil, da die meisten Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wie oben beschrieben, von verschiedenen Virusarten (auch Virustypen) ausgelöst werden können und zudem keine symptomatische Unterscheidung möglich ist. D2O kann demnach als sog. „Breitband"-Virostatikum zur Prophylaxe und/oder Therapie von allen Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes verabreicht werden.
2) Durch die erfindungsgemäße topische Verabreichung von D2O, z.B. durch Inhalation eines Aerosols oder durch Spülung mit einer D2O-Lösung, kann eine zur therapeutischen Wirksamkeit ausreichend hohe Konzentration (d.h. mehr als 20% bezogen auf den Gesamtwassergehalt einer Zelle) von D2O in den Epithelzellen der zu behandelnden Organe des Respirationstraktes erreicht werden, ohne dass andere, nicht Virus-infizierte, Organe des Organismus ähnlich hohen Konzentrationen von D2O ausgesetzt werden, wie es bei der systemischen Verabreichung erfolgt. Damit ist ein entscheidendes, im Stand der Technik diskutiertes Problem zur Erreichung von therapeutisch wirksamen D2O-Konzentrationen am Wirkungsort (d.h., mehr als 20% D2O bezogen auf den Gesamtwassergehalt der Zelle) ohne starke Nebenwirkungen für andere, gesunde Organe oder gesundes umliegendes Gewebe gelöst.
3) Der Aggregatzustand von D2O ist erfindungsgemäß bei einer topischen Verabreichung flüssig, gasförmig oder liegt in einer fest Formulierung, wie einer Salbe, Creme, einem Gel oder Hydrogel vor. Das D2O wird durch direkten Kontakt des flüssigen D2O bzw. einer D2O-enthaltenden Formulierung oder eines D2O-haltigen Aerosols von den
Epithelzellen des Respirationstraktes aufgenommen.
4) Insbesondere für den Fall, dass D2O als Aerosol verabreicht wird, ist auszuführen, dass D2O-Aerosole gegenüber allen anderen flüssigen aerosolisierbaren pharmazeutischen Wirkstoffen einen einzigartigen Vorteil haben. Während in allen anderen Fällen Hilfsstoffe zugesetzt werden müssen, um den pharmazeutischen Wirkstoff stabil über das Aerosol in die Atemwege zu transportieren, ist dies bei D2O nicht notwendig, da es als reines Molekül ohne Zusätze bereits optimal aerosolisierbar ist. Die Wirksamkeit im Respirationstrakt beeinträchtigende Entmischungen, wie sie bei sonstigen Stoffgemischen (aus Wirkstoff und Hilfsstoff(en)) im Verlauf der Aerosolisierung auftreten können sowie durch die Hilfsstoffe verursachte Nebenwirkungen sind damit ausgeschlossen. Unter „aerolisierbar" bzw. „Aerosolisierbarkeit" soll die grundsätzliche Möglichkeit verstanden werden, einen Stoff mittels Methoden, die Stand der Technik bekannt sind, in ein Aerosol mit kontrollierbarer Partikelgöße zu überführen.
5) Für den Fall, dass reines flüssiges D2O allein verabreicht wird (reines D2O), ist auszuführen, dass D2O gegenüber allen anderen flüssigen pharmazeutischen Wirkstoffen einen einzigartigen Vorteil hat. Es kann wie normales Wasser (H2O) in die Epithelzellen des Respirationstraktes transportiert werden und durch die Stärke und Richtung des osmotischen Gradienten und einer Manipulation dieser beiden Größen kann darüber hinaus die Eindringtiefe von D2O in die Epithelzellen an die therapeutische Zielsetzung angepasst werden.
6) Die Wasserstoffbrückenbindungsstärke von Deuteriumatomen ist, wie bereits beschrieben, höher als bei Wasserstoffatomen, insbesondere bei der Bindung von Wasser an organische Moleküle. Topisch verabreichtes D2O bindet molekular durch Wasserstoffbrückenbindungen an die nächste verfügbare Zelloberfläche und verdrängt dabei das dort angelagerte H2O aufgrund seiner höheren Bindungsstärke. Die Austausch-Frequenz der D20-Moleküle mit der H2O-Umgebung ist wiederum durch diese erhöhte Bindungsstärke (und durch das höhere Gewicht des D2O-Moleküls) etwas langsamer als für H2O (König, S., et al. Molecular dynamics of water in oriented multilayers studied by quasi-elastic neutron scattering and deuterium-NMR relaxation. 1994. J.Chem. Phys. 100, 3307-3316). Damit ergibt sich eine erhöhte Aufenthaltswahrscheinlichkeit der D20-Moleküle unmittelbar auf der Zelloberfläche, verbunden mit einer verstärkten Internalisierung von D2O in der Zelle, wodurch es seine Wirkung entfalten kann - die Hemmung oder Inhibierung der oben beschriebenen enzymatischen Reaktionen einer Virus-infizierten Wirtszelle sowie deren Teilung. Da Virus-infizierte Zellen eine höhere Aufnahmefähigkeit für Wasser bzw. D2O aufweisen als normale Zellen, ist darüber hinaus gesichert, dass D2O überproportional in diesen Zellen im Vergleich zu gesunden Zellen angereichert wird, d.h. in einer ausreichenden D2O- Konzentration von mehr als 20% bezogen auf den Gesamtwassergehalt der Zelle. Aufgrund dieser Eigenschaften ist die topische Verabreichung von D2O außerordentlich wertvoll. 7) D2O ist das einzige nicht-radioaktive Molekül, welches dem H2O in seinen Eigenschaften sehr ähnlich ist. Zellen allgemein, und insbesondere die erfindungsgemäßen Zellen, können zwischen den beiden Molekülen nicht „unterscheiden", so dass D2O durch aktiven und passiven Transport auf die gleiche Weise wie H2O in die Zelle transportiert wird und bis in die Zellkerne gelangt. Hierdurch werden Zellbarrieren beliebiger Art, die ein Eindringen anderer pharmazeutischer Wirkstoffe verhindern, umgangen und ebenfalls Abwehrmechanismen auf zellulärer Ebene, wie die Internalisierung in Lysosomen oder die Aktivierung von MDR (multiple drug resistance) Transportern oder auf Organebene durch das Immunsystem, welche die Wirksamkeit des pharmazeutischen Wirkstoffs D2O reduzieren oder inhibieren könnten, sind weitgehend ausgeschaltet.
8) Ein weiterer Vorteil von D2O als antiviraler bzw. virostatischer Wirkstoff ist die Tatsache, dass Konzentrationen von weniger als 20% D2O (bezogen auf den Gesamtwassergehalt der Zelle) in der Zelle keine signifikanten Wirkungen entfalten und damit normale Zellen, die wegen ihrer gegenüber den aktiven, Virus-infizierten Zellen geringeren Wasserpermeabilität und/oder Wasseraufnahme vergleichsweise wenig D2O aufnehmen, kaum den Wirkungen des D2O ausgesetzt sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird D2O erfindungsgemäß nicht-systemisch verabreicht.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei Deuteriumoxid topisch verabreicht wird. Eine solche topische Verabreichung erfolgt vorzugsweise in Form von Tropfen, d.h. in flüssiger Form, wie beispielsweise als Spülung, oder in gasförmiger Form als Aerosol oder Dampf, oder in Form einer Formulierung, wie einem Hydrogel. Hierdurch werden vor allem Nebenwirkungen, die durch eine systemische Verabreichung von antiviralen bzw. virostatischen Wirkstoffen verursacht werden, verhindert.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung von Deuteriumoxid, wobei das Deuteriumoxid den Respirationstrakt bzw. die zu behandelnden Organe des Respirationstraktes, insbesondere die Schleimhäute des Respirationstraktes, vor allem die Nasenschleimhaut, hydratisiert. Durch eine erfindungsgemäße direkte Verabreichung auf Virus-infizierte bzw. zu behandelnde Organe des Respirationstraktes, insbesondere die Schleimhäute des Respirationstraktes, wie die Nasenschleimhaut, können lokal prophylaktisch bzw. therapeutisch wirksame D20-Konzentrationen und eine lokal prophylaktisch bzw. therapeutisch wirksame Hydratation durch D2O erreicht werden und gleichzeitig eine Belastungen des Systems (d.h. des Blutkreislaufs) und die Nebenwirkungen auf nicht zu behandelndes, gesundes Gewebe und Organe des Respirationstraktes sowie Gewebe von anderen Organen (wie beispielsweise der Leber oder Niere, die durch eine hohe Konzentration von D2O von mehr als 20% D2O, bezogen auf den Gesamtwassergehalt der Zelle, verursacht werden könnten), vermindert bzw vollständig vermieden werden. Ein Transport von D2O in das System kann darüber hinaus mit Mitteln, die im Stand der Technik gut bekannt sind, verhindert oder eingeschränkt werden kann. Beispiele für diese Mittel sind u.a. die gezielte Manipulation des osmotischen Gradienten über die Schleimhaut (d.h. zwischen systemischen Teil und der Schleimhautoberfläche) durch Verringerung des Wasserpotentials des verabreichten D2O mittels Substanzen, die geeignet sind, dieses Wasserpotential zu verändern, insbesondere physiologisch verträgliche Salze, wie Natriumchlorid, wasserlösliche Polymere und andere nicht-pharmazeutische Stoffe.
D2O kann erfindungsgemäß allein als pharmazeutischer Wirkstoff, genauer als antiviraler oder virostatischer Wirkstoff, oder in Kombination mit einem oder mehreren weiteren pharmazeutischen Wirkstoff(en) oder mit einem oder mehreren weiteren nichtpharmazeutischen Wirkstoff(en) (welche insbesondere zur Optimierung der topischen Verabreichung von D2O als pharmazeutischen Wirkstoff auf den Schleimhäuten dienen) verabreicht werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft demnach die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei das D2O in Kombination mit mindestens einem weiteren pharmazeutischen Wirkstoff und/oder mindestens einem weiteren nichtpharmazeutischen Wirkstoff verwendet wird.
Eine solche Kombination aus D2O und mindestens einem weiteren pharmazeutischen Wirkstoff und/oder mindestens einem weiteren nicht-pharmazeutischen Wirkstoff wird nachfolgend als „erfindungsgemäße Kombination" bezeichnet. Sämtliche in dieser Beschreibung offenbarten erfindungsgemäßen Verwendungen und Verabreichungen, beispielsweise als Formulierung, Flüssigkeit, Hydrogel Dampf oder Aerosol oder in einem Lösungsmittel, topisch etc., von D2O sind ebenfalls auf eine erfindungsgemäße Kombination uneingeschränkt anwendbar, sofern nichts Gegenteiliges angezeigt ist. Gleiches gilt für die Verwendung und Verabreichung von D2O in Kombination mit H2O, auch nachfolgend als „Mischung aus D2O und H2O" bezeichnet.
Eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei das D2O in Kombination mit mindestens einem weiteren pharmazeutischen Wirkstoff verwendet wird, wobei dieser ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Virostatika, Sympathomimetika, insbesondere alpha- Sympathometika, Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren und immunosuppressiven Wirkstoffen.
Nachfolgend werden erfindungsgemäß bevorzugte weitere pharmazeutische Wirkstoffe einer erfindungsgemäßen Kombination und deren Wirkung aufgeführt, wobei diese Aufzählung nur beispielhaft ist und die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist:
Virostatika
Als Virostatika werden Wirkstoffe bezeichnet, die die Vermehrung von Viren hemmen. Virostatika hemmen die Aktivität von Enzymen, beispielsweise DNA-Polymerase, reverse Transkriptase oder Proteasen, und hemmen oder inhibieren somit die Replikation des Virus oder die Prozessierung eines synthetisierten langen Virusproteins in kleinere Proteinabschnitte. Beispiele hierfür sind: Amantadin, Rimantadine.
Sympathomimetika
Sympathomimetika werden in direkte und indirekte Sympathomimetika unterschieden Direkte Sympathomimetika aktivieren alpha- und/oder beta-Adrenozeptoren durch Nachahmung der Wirkung der physiologischen Transmitter Adrenalin und Noradrenalin. Direkte Sympathomimetika werden in alpha-Sympathometika und beta-Sympathometika unterschieden, wobei es allerdings auch Wirkstoffe gibt, die an beide Rezeptoren binden. Alpha-Sympathomimetika, sind alpha-adrenerge Antagonisten, die selektiv an alpha- Adenorezeptoren binden, werden in der Regel vor allem in Nasensprays lokal eingesetzt, um eine Verengung der Blutgefäße in den Schleimhäuten und eine Abschwellung der Nasenschleimhaut, insbesondere bei Rhinitis, zu bewirken.
Wirkstoffe sind z,B. Naphazolin, Tetryzolin, Xylometazolin, Oxymetazolin und Phenylephrin. Indirekte Sympathomimetika erhöhen die Konzentration der physiologischen Transmitter im synaptischen Spalt. Beispiele sind Ephedrin, das eine Erweiterung der Bronchien und Stimulation des Kreislaufes bewirkt, und Amphetamin sowie seine Derivate, z.B. Methylphenidat und MDMA.
Immunsuppressive Wirkstoffe
Durch Zugabe von immunsuppressiven Wirkstoffen, beispielsweise Kortikoiden und/oder anderen oder Immunmodulatoren kann die Reaktion des Epithel- oder Hautgewebes auf die Vermehrung der Viren, insbesondere bei bereits vorhandenen Entzündungen, verbessert und optimiert werden.
Proteine
Als erfindungsgemäß einsetzbare Proteine sind Proteine zu verstehen, die auf geeignete Weise in den Infektions-, Replikations- oder Vermehrungszyklus des Virus in einer Wirtszelle eingreifen. Auf geeignete Weise bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Proteine die Adsorption des Virus an die Wirtszelle, die Injektion der Virus-Nukleinsäure in die Wirtszelle, die Replikation der DNA der Wirtszelle bzw. der Nukleinsäure des Virus, das Prozessieren der Virus-Nukleinsäure oder den Zusammenbau der Viruspartikel zu einem vollständigen Virus hemmen, bevorzugt inhibieren, oder anderweitig in den Vermehrungszyklus des Virus angreifen. Beispiele hierfür sind Protease-Hemmer, Uncoating-Hemmer, Penetrations- Hemmer, reverse Transkriptions-Hemmer und DNA-Polymerase-Hemmer.
Peptide
Als erfindungsgemäß einsetzbare Peptide sind beispielsweise Peptide zu verstehen, die auf geeignete Weise die Membranpermeabilität der Wirtszellenmembran beeinflussen, insbesondere erhöhen. Hierdurch kann ein verbesserter Transport von D2O und ggf. der weiteren pharmazeutischen oder der nicht-pharmazeutischen Wirkstoffe der Erfindung in die Wirtszelle erreicht werden. Ein Beispiel hierfür ist Mellitin. Darüber hinaus sollen als erfindungsgemäß einsetzbare Peptide all jene Peptide verstanden werden, welche Wirkungen analog der oben für Proteine beschriebenen aufweisen.
Nukleinsäuren
Durch Zugabe von Nukleinsäuren kann parallel zur antiviralen oder virostatischen Wirkung von D2O eine Veränderung der Erbinformation der Zellen im Bereich des Wirkortes oder ein gezieltes Ausschalten („Gene Silencing") bestimmter Gene, beispielsweise der DNA- Polymerase, von Zellen im Bereich des Wirkortes, d.h. des zu behandelnden Organ des Respirationstraktes, und dadurch eine Modifikation des Proteoms erreicht werden. Das „Gene Silencing" kann beispielsweise dazu führen, dass die in die DNA-Schadenabwehr involvierten Gene (zum Beispiel p53, BRCA1 , BRCA2, ATM, CHK2) abgeschaltet werden und damit die durch D2O an der Vermehrung gehinderten Viren in den Zellen auch langfristig (nach Ende der topischen D2O- Verabreichung) nicht mehr in ein latentes Stadium zurückkehren, sondern langfristig an der Expression viraler DNA gehindert werden. Methoden zum Durchführen eines „Gen Silencing" sind dem Fachmann gut bekannt und beispielsweise in MeIIo C C , Conte D „Revealing the world of RNA interference", in Nature 431 , 338-342 (16. September 2004) beschrieben. Bevorzugt handelt es sich bei den Nukleinsäuren um DNA, vorzugsweise Oligonukleotide, Sense- oder Antisense-DNA, natürliche oder synthetische, cDNA, genomische DNA, nackte DNA, einzel- oder doppelsträngige DNA, oder zirkuläre DNA, oder um RNA, vorzugsweise Antisense-RNA, RNAi, siRNA, oder andere zur Interferenz geeignete RNA-Moleküle, die in ihrer Länge nicht beschränkt sind.
Die Konzentration von erfindungsgemäß neben D2O als pharmazeutischen Wirkstoff verwendeten weiteren pharmazeutischen Wirkstoffen bezogen auf die Gesamtlösung einer erfindungsgemäßen Kombination, liegt im Bereich von mindestens 10"8 M bis mindestens 5 • 10'2 M, bevorzugt von mindestens 10~7 M bis 10 3 M, am stärksten bevorzugt von mindestens 10~6 M bis mindestens 10"2 M. Ein insbesondere bevorzugter Konzentrationsbereich liegt im Bereich von mindestens 10"9 M bis mindestens 10'2 M.
Eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei das D2O in Kombination mit mindestens einem weiteren nicht-pharmazeutischen Wirkstoff verwendet wird, wobei dieser ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus pharmazeutisch verträglichen anorganischen oder organischen Säuren oder Basen, Polymeren, Copolymeren, Block-Copolymeren, Einfachzucker, Mehrfachzucker, ionischen und nicht-ionischen Tensiden oder Lipiden sowie Mischungen hiervon, Albumin, Transferrin und DNA-Reparatur-Proteinen, wie Kinase- Inhibitoren.
Der Begriff „nicht-pharmazeutischer Wirkstoff' bezeichnet im Sinne der Erfindung jede(s) pharmakologisch verträgliche und therapeutisch sinnvolle Molekül, Substanz oder Verbindung, das/die kein pharmazeutischer Wirkstoff ist, jedoch vorzugsweise zusammen mit mindestens einem erfindungsgemäßen pharmazeutischen Wirkstoff an einen zu behandelnden Organismus verabreicht wird, beispielsweise in einer erfindungsgemäßen Formulierung formuliert, um qualitative Eigenschaften des/der pharmazeutischen Wirkstoffs/Wirkstoffe zu beeinflussen, insbesondere zu verbessern. Bevorzugt entfalten die nicht-pharmazeutischen Wirkstoffe keine oder im Hinblick auf die beabsichtigte Prophylaxe oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes keine nennenswerte oder zumindest keine unerwünschte pharmakologische Wirkung. Geeignete nicht-pharmazeutische Wirkstoffe sind beispielsweise pharmakologisch unbedenkliche Salze, beispielsweise Natriumchlorid, Geschmackstoffe, Vitamine, z.B. Vitamin A oder Vitamin E, Tocopherole oder ähnliche im menschlichen Organismus vorkommende Vitamine oder Provitamine, Antioxidantien, wie beispielsweise Ascorbinsäure, sowie Stabilisatoren und/oder Konservierungsstoffe zum Verlängern der Verwendungs- und Aufbewahrungsdauer eines pharmazeutischen Wirkstoffes oder einer erfindungsgemäßen Formulierung und sonstige dem Fachmann bekannte, übliche nicht-pharmazeutische Wirkstoffe bzw. Hilfs- und Zusatzstoffe.
Nachfolgend werden erfindungsgemäß bevorzugte weitere nicht-pharmazeutische Wirkstoffe einer erfindungsgemäßen Kombination und deren Wirkung sowie geeignete Konzentrationen aufgeführt, wobei diese Aufzählung nur beispielhaft ist und die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist:
Wasserlösliche Hilfs- und Zusatzstoffe Durch Zugabe von wasserlöslichen Hilfs- und Zusatzstoffen, wie z.B. pharmazeutisch verträglichen anorganischen oder organischen Säuren, Basen, Salzen und/oder Puffersubstanzen zur Einstellung des pH Wertes, kann die physiologische Verträglichkeit von D2O in den Zellen der Organe des Respirationstraktes für nicht Virus-infizierte Zellen verbessert werden. Beispiele für bevorzugte anorganische Säuren sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure, wobei insbesondere Salzsäure und Schwefelsäure bevorzugt sind. Beispiele für besonders geeignete organische Säuren sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Äpfelsäure, Weinsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Essigsäure, Ameisensäure und Propionsäure und insbesondere bevorzugt Ascorbinsäure, Fumarsäure und Zitronensäure. Gegebenenfalls können auch Mischungen der genannten Säuren eingesetzt werden, insbesondere von Säuren, die neben ihren Säuerungseigenschaften auch andere Eigenschaften, z.B. in Verwendung als Antioxidantien, besitzen, wie beispielsweise Zitronensäure oder Ascorbinsäure. Beispiele für pharmazeutisch verträgliche Basen sind Alkalihydroxide, Alkalicarbonate und Alkali-Ionen, bevorzugt Natrium. Mischungen dieser Substanzen können insbesondere zur Einstellung und Pufferung des pH Wertes benutzt werden, besonders bevorzugt sind hierbei Kaliumhydrogenphosphat und Di- Kaliumhydrogenphosphat. Natriumhydrogenphosphat und Di-Natriumhydrogenphosphat sowie Zitronensäure und Natriumeitrat. Bevorzugte Puffersubstanzen im Sinne der Erfindung sind weiterhin PBS, HEPES, TRIS, MOPS sowie weitere physiologisch verträgliche Puffersubstanzen, insbesondere jene mit einem pK Wert im Bereich 4,0 bis 9,0. Die Konzentration dieser Substanzen, bezogen auf die Gesamtlösung einer erfindungsgemäßen Kombination, liegt vorzugsweise im Bereich von Mikromolar bis Millimolar, besonders bevorzugt im Bereich 1- 100 mM.
Wasserlösliche, polymere Moleküle
Durch Zugabe von wasserlöslichen, nicht-zytotoxischen Molekülen, wie z.B. bestimmten Polymeren (z.B., aber nicht hierauf beschränkt, Dextran, Polyethylenglykol, Agarose, Zellulose, Acrylsäre, Hylaronsäure), Copolymeren und Block-Copolymeren kann durch deren hohe Wasserbindungskapazität eine zusätzliche Verzögerung (Retardierung) des Übergangs des D2O bei topischer Verabreichung in die Epithelzellen des Respirationstraktes wie auch von den Epithelzellen ins System (Blutkreislauf), erreicht werden. Durch die Fähigkeit der Polymere, das chemische Potential (Wasserpotential) von D2O zu erniedrigen, kann darüber hinaus die Stärke und Richtung des osmotischen Gradienten über die Haut verändert bzw. verbessert und optimiert werden. Die Konzentration dieser Substanzen, bezogen auf die Gesamtlösung, liegt im Bereich von Mikromolar bis Molar, bevorzugt im Bereich 1- 500 mM.
Wasserlösliche, nicht-polvmere Moleküle
Durch Zusatz von wasserlöslichen, nicht-polymeren Molekülen, welche die Dichte und/oder Viskosität von D2O verändern, beispielsweise, aber nicht hierauf beschränkt, Einfachzucker und Mehrfachzucker, insbesondere Glucose, Sacharose, Dextrose, Maltose, Stärke und Cellulose, können die osmotischen Verhältnisse im Bereich der topischen D2O Verabreichung sowie der D2O-Transport und die D2O-Retention in die Epithelzellen des Respirationstraktes verändert bzw. optimiert werden. Die Konzentration dieser Substanzen, bezogen auf die Gesamtlösung einer erfindungsgemäßen Kombination, liegt vorzugsweise im Bereich von Millimolar bis Molar, besonders bevorzugt im Bereich 1 ,0 mM bis 1 ,5 M.
D2O-Grenzflächenspannungs-verändemde Moleküle
Durch Zugabe von Substanzen, welche die Grenzflächenspannung von D2O verändern, beispielsweise, aber nicht hierauf beschränkt, ionische und nicht-ionische Tensiden oder
Lipide, insbesondere einer Mischung aus Tensiden und Lipiden, kann der Transport des
D2O bei topischer Verabreichung in die Epithelzellen des Respirationstraktes sowie innerhalb dieser Epithelzellen verändert werden. Die Konzentration dieser Substanzen, bezogen auf die Gesamtlösung einer erfindungsgemäßen Kombination, liegt vorzugsweise im Bereich von Mikomolar bis Millimolar, besonders bevorzugt im Bereich 0,05 - 500 mM.
Wasserlösliche nicht-cvtotoxische Moleküle
Durch Zugabe von wasserlöslichen Molekülen, welche dafür bekannt sind, dass sie durch metabolisch besonders aktive Zellen, wie z. B. Virus-infizierte Zellen, in besonderem Maße aufgenommen werden, beispielsweise Albumin oder Transferrin, kann eine zusätzliche Erhöhung der D2O-Transportrate der von einer D2O-Hydrathülle umgebenen Molekülen in die Targetzellen des Respirationstraktes erreicht werden. Die Konzentration bzw. Dosierung von D2O und ggf. des mindestens einen weiteren pharmazeutischen und/oder nicht-pharmazeutischen Wirkstoffs unterliegt verschiedenen Faktoren, beispielsweise der Art der Behandlung, Art der Erkrankung, Erkrankungszustand des Patienten (Säugetier), Art des Wirkstoffs usw.. Dem Fachmann sind solche Parameter bekannt und die Bestimmung der speziellen Dosierungen unterliegt dem Fachwissen des Fachmanns. Geeignete Konzentrationsangaben werden hierin offenbart. Einige beispielhafte Angaben zu geeigneten Konzentrationsbereichen sind bereits oben aufgeführt, wobei diese lediglich Richtwerte darstellen sollen.
Das erfindungsgemäß verwendbare D2O liegt bevorzugt als Flüssigkeit vor. Vorzugsweise liegt das D2O in einer Lösung, bevorzugt mit H2O (Wasser) als Lösungsmittel, vor und wird hierin auch als „Mischung aus D2O und H2O" oder „D2O/H2O", wenn H2O enthalten ist, bezeichnet, bzw. als „D2O-Lösung" oder „reines D2O", wenn kein H2O enthalten ist, bezeichnet. Reines D2O enthält D2O vorzugsweise in einem Konzentrationsbereich von 98,0 bis 100%, bevorzugt von 98,5 bis 99,9%, besonders bevorzugt von 99,7% bezogen auf den Gesamtwassergehalt der Lösung. Eine erfindungsgemäße Mischung aus D2O und H2O enthält D2O vorzugsweise in einem Konzentrationsbereich von 1 bis 99%, bevorzugt von 5 bis 95%, weiterhin bevorzugt von 10 bis 90%, ebenfalls bevorzugt von 15 bis 80%, stärker bevorzugt von 20 bis 70%, ebenfalls stärker bevorzugt von 30 bis 60%, am stärksten bevorzugt von 40 bis 50%, wobei sich diese Angaben auf den Gesamtwassergehalt der Mischung aus D2O und H2O beziehen. Die Herstellung einer erfindungsgemäßen D2O- Lösung und analog hierzu einer erfindungsgemäßen Kombination erfolgt beispielsweise durch Mischen der Komponenten, insbesondere von D2O und ggf. H2O sowie ggf. des mindestens einen weiteren pharmazeutischen und/oder nicht-pharmazeutischen Wirkstoffs. Weiterhin kann ggf. ein Lösungsmittel, wie nachfolgend beschrieben, durch Mischen hinzugefügt werden. Vorzugsweise erfolgt die Beimischung von H2O bzw. des mindestens einen weiteren pharmazeutischen und/oder nicht-pharmazeutischen Wirkstoffs bzw. des Lösungsmittels zu D2O im flüssigen Aggregatzustand. Die Herstellung kann jedoch durch jedes beliebige geeignete Verfahren erreicht werden. Im Fall, dass D2O allein (d.h. nicht in Kombination mit H2O oder mindestens einem weiteren pharmazeutischen und/oder nichtpharmazeutischen Wirkstoff) und bei einer Konzentration von 100% bzw. ca. 99.9% bezogen auf das Gesamtvolumen der Lösung (d.h. reines D2O) verwendet wird, stellt reines D2O die erfindungsgemäße D2O-Lösung dar. Sämtliche in dieser Beschreibung offenbarten erfindungsgemäßen Verwendungen und Verabreichungen, beispielsweise als Formulierung, Flüssigkeit, Hydrogel Dampf oder Aerosol oder in einem Lösungsmittel, topisch etc., von D2O sind ebenfalls auf eine erfindungsgemäße Mischung aus D2O und H2O uneingeschränkt anwendbar, sofern nichts Gegenteiliges angezeigt ist. Ebenfalls finden Verwendungen und Verabreichungen einer erfindungsgemäßen Kombination auf eine erfindungsgemäße Mischung aus D2O und H2O uneingeschränkt Anwendung und umgekehrt sofern nichts Gegenteiliges angezeigt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine weitere pharmazeutische Wirkstoff bzw. weitere nicht-pharmazeutische Wirkstoff an D2O gebunden. „Gebunden" im Sinn der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass der pharmazeutische bzw. nichtpharmazeutische Wirkstoff von dem D2O hydratisiert wird.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist das D2O bzw. die erfindungsgemäße Kombination in einem geeigneten Lösungsmittel enthalten. Ein erfindungsgemäßes Lösungsmittel kann ein anorganisches oder organisches Lösungsmittel sein. Geeignete Lösungsmittel der vorliegenden Erfindung sollten vorzugsweise von dem Organismus (insbesondere Säugetier), dem der Wirkstoff mit Lösungsmittel verabreicht wird, physiologisch gut verträglich sein, d.h. keine Nebenwirkungen, z.B. toxische Nebenwirkungen, auslösen. Ein insbesondere bevorzugtes Lösungsmittel ist destilliert es Wasser. Ebenfalls bevorzugt sind Ethanol-Wasser-Mischungen; hierbei liegt der prozentuale Massenanteil von Ethanol in diesen Mischungen bevorzugt im Bereich zwischen 5 % und 99 % Ethanol, ebenfalls bevorzugt im Bereich von 10 % bis 96 % Ethanol, stärker bevorzugt zwischen 50 % und 92 %, am stärksten bevorzugt zwischen 69 % und 91 % Ethanol.
D2O oder eine erfindungsgemäße Kombination oder eine erfindungsgemäße Mischung aus D2O und H2O können „vorformuliert" vorliegen, beispielsweise verpackt in geeigneten Mitteln zum Transport von pharmazeutischen Wirkstoffen, sog. „drug delivery"-Systemen, beispielsweise in Nanopartikeln, Vektoren, bevorzugt Gentransfer- Vektoren, viralen oder nicht viralen Vektoren, PoIy- oder Lipoplex-Vektoren, Liposomen oder Hohlkolloide (d.h. Hohlkugeln kolloider Dimension). Weiterhin zum Transport geeignet sind nackte Nukleinsäuren, insbesondere nackte DNA. Geeigneten Vektoren, Liposomen, Hohlkolloide oder Nanopartikel sowie Verfahren zum Einbringen von Substanzen, in solche Vektoren, Liposomen, Hohlkolloide oder Nanopartikel sind allgemein im Stand der Technik gut bekannt und beispielsweise in Cryan S-A., Carrier-based strategies for Targeting Protein and Peptide Drugs to the Lungs, AAPS Journal, 2005, 07(01 ):E20-E41 und Sambrook et al. Molecular Cloning A Laboratory Manual, CoId Spring Harbor Laboratory (1989) NY beschrieben. Als Gentransfer-Vektoren können vorzugsweise polyethylenimine oder kationische Lipide, wie z. B DOTAP, verwendet werden. Liposomen sind bevorzugt für die Verpackung von Cytostatika verwendbar; eine detaillierte Beschreibung erfolgt beispielsweise in Koshkina NV et al., Koshkina, N. V., et al., Paclitacel liposome aerosol treatment induces inhibition of pulmonary metastases in murine renal Carcinoma model., Clinical Cancer Research, 2001, 7, 3258-3262. Proteine als pharmazeutische Wirkstoffe können vorzugsweise mittels superkritischer Flüssigkeiten, Emulsionsverfahren und Sprühtrocknung in biokompatible Poly-Milch/Glykolsäure-Polymere (PLGA) verpackt werden.
D2O wird erfindungsgemäß bevorzugt topisch verabreicht. Dies erfolgt durch Auftragung, Aufbringung bzw. Einbringung von D2O auf/in die Epithelzellen bzw. Schleimhäute des zu behandelnden Organs des Respirationstraktes vorzugsweise in Form von Tropfen, d.h. in flüssiger Form, wie beispielsweise als Spülung, oder in gasförmiger Form als Aerosol oder Dampf, oder in Form einer Formulierung, wie einem Hydrogel. Die Art und Dauer der topischen Verabreichung von D2O zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes sowie die Konzentration des D2O sowie ggf. weiterer pharmazeutischer und/oder nicht pharmazeutischer Wirkstoffe ist neben der Schwere der Erkrankung und des Zustandes des Patients von der Lokalisation und Zugänglichkeit des zu behandelnden Organs des Respirationstraktes abhängig.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei das D2O als Aerosol verabreicht wird. Das Aerosol wird topisch verabreicht, indem es inhaliert oder versprüht wird.
Unter einem „Aerosol" versteht man feste oder flüssige schwebende Partikel mit einem Durchmesser von ca. 0,0001 μm bis ca. 100 μm, in Gasen insbesondere Luft, wobei Zusammensetzung und Form der Aerosole sehr stark variieren kann. Die kleinsten pharmazeutisch wirksamen Partikel in Aerosolen sind beispielsweise Nukleinsäuren, Peptide oder Proteine, die größten Partikel beispielsweise Nebelpartikel. Häufig bestehen Aerosole aus Gemischen von Partikeln unterschiedlicher Partikelgrößen und verkörpern dadurch eine polydisperse Größenverteilung. Aerosole lassen sich künstlich durch im Stand der Technik gut bekannte Dispersions- und Kondensationsverfahren herstellen. Sie können ohne Treibgas verwendet werden oder in Verbindung mit einem verflüssigten Druckgas als Treibgas, beispielsweise in Sprühdosen, verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Verwendung von D2O als Aerosol erfolgt je nach Lokalisation des zu behandelnden Organs des Respirationstraktes und damit dem Ort der Virusinfektion bevorzugt entweder über einen „Vernebler" oder ein „Pumpspray".
Als Vernebler für die vorliegende Erfindung ist jeder beliebige für medizinische Aerosole geeignete Apparat zu verstehen, mit dem Aerosolpartikel im Größenbereich 50 nm bis 500 μm produziert werden können. Der Vernebler versprüht ein definiertes Volumen des D2O, meist unter Anwendung hoher Drücke durch kleine Düsen, um so ein auf die zu behandelnden Organe des Respirationstraktes, insbesondere auf deren Epithelzellen und Schleimhäute, insbesondere des unteren Respirationstraktes, applizierbares Aerosol zu erzeugen. D2O-Vernebler können vor allem, aber nicht hierauf beschränkt, zur Behandlung Virus-basierter Erkrankungen des unteren Respirationstraktes wie z.B. Pharyngitis, Laryngitis, Bronchiolitis, Bronchitis Aveolitis und Pneumonie, eingesetzt werden.
Geeignete Vernebler für umfassen auch Treibgas-getriebene Inhalationsgeräte bzw. Vernebler. Treibgase können hierbei beispielsweise FCKW oder HFKW sein. Diesbezüglich wird auf „Theorie und Praxis der Inhalationstherapie", Seiten 31 bis 70Arcis Verlag (2000) verwiesen, wo eine ausführliche Beschreibung verwendbarer Vernebler sowie Verfahren zu deren Anwendung offenbart ist/sind.
Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Vernebler sind pressluftgetriebene Düsenvernebler (z.B. PARI LC plus, PARI GmbH, Starnberg, Deutschland), Venturi-Düsenvernebler,
Wasserdampfgetriebene Düsenvernebler oder Ultraschallvernebler (z.B. AeronebLab,
Aerogen, Inc., Stierlin Court, Canada; eFLOW, PARI GmbH, Starnberg, Deutschland).
Ebenfalls geeignet sind Vernebler mit einer Größe, die von dem Patienten (Mensch) mitgeführt werden können, z.B. der Respimat@, wie in WO 97/12687, beschrieben. Sämtliche hierin zitierten Referenzen sind vollumfänglich in die vorliegende Erfindung einbezogen.
Als Pumpspray wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein medizinischer Apparat verstanden, mit dem größere Aerosolpartikel mit einem Durchmesser von 100 nm bis 1000 μm erzeugt werden können. Dies wird erreicht, indem das D2O auf Druck aus einem Reservoir durch eine Düse mit vordefinierten Löchern beschleunigt wird. Da die Aerosolpartikel, die mit einem „Pumpspray" erzeugt werden, größer sind als die des Verneblers, sedimentieren diese bereits in Mund, Rachen und Nase. Das Pumpspray kann daher insbesondere, aber nicht hierauf beschränkt, zur lokalen Verabreichung von D2O in den oberen Bereichen des Respirationstraktes wie Mund, Rachen, Tonsillen und Nase zur Behandlung Virus-basierter Erkrankungen des unteren Respirationstraktes, wie Rhinitis, Sinusitis, Tonsilitis, Angina Lateralis, Herpangina, Herpes nasalis, Gingivastomatitis herpetica, und Apthosis herpetica eingesetzt werden.
Die Herstellung eines erfindungsgemäß verwendbaren Aerosols kann darüber hinaus anhand jeder beliebigen weiteren und geeigneten bekannten Standardtechniken zur Aerosolherstellung erfolgen.
Die für die erfindungsgemäße Verwendung von D2O als Aerosol zu verwendenden D2O- Konzentrationen ist von verschiedenen Faktoren abhängig, beispielsweise dem
Verwendungszweck, der Schwere der Erkrankung sowie des Zustandes des Patientens und unterliegen dem Fachwissen des Fachmanns. Vorzugsweise enthält ein erfindungsgemäß verwendbares Aerosol D2O in einem Konzentrationsbereich von 1 bis 98 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 90 Gew.-%, ebenfalls bevorzugt von 15 bis 80 Gew.-%, stärker bevorzugt von 20 bis 70 Gew.-%, ebenfalls stärker bevorzugt von 30 bis 60 Gew.-%, am stärksten bevorzugt von 40 bis 50 Gew.-%.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes, wobei das D2O als Formulierung verabreicht wird. Die Formulierung wird topisch verabreicht, indem es auf das zu behandelnde Organ des Respirationstraktes, insbesondere auf dessen Epitelzellen oder Schleimhaut aufgetragen wird. Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Formulierung eine Flüssigkeit oder ein Hydrogel.
Eine solche „Flüssigkeit" oder auch flüssige Formulierung im Sinne der Erfindung umfaßt Formulierungen aus reinem D2O, aus einer Mischung aus D2O und H2O und aus einer erfindungsgemäßen Kombination, soweit diese in flüssigem Zustand vorliegt. Sie wird vorzugsweise in Form von Tropfen oder als Spülung verabreicht. Erfindungsgemäße Formulierungen, auch D2O-Formulierungen sind zur Behandlung von Virus-basierten Erkrankungen sowohl des oberen als auch des unteren Respirationstraktes geeignet. Sie werden auf das zu behandelnde Organ, insbesondere auf dessen Epithelzellen oder. Schleimhäute topisch aufgetragen. Sie werden hierzu vorzugsweise als Dampf, Flüssigkeit, bevorzugt als Spülung oder Tropfen, Creme, Salbe, Gel oder Hydrogel verabreicht:
• D2O wird als Dampf durch geeignete, aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, auf das zu behandelnde Organ, insbesondere dessen Epithelzellen oder Schleimhäute, aufgebracht werden. Besonders geeignet ist diese Verabreichungsform für die
Behandlung von Virus-basierten Erkrankungen des unteren Respirationstraktes.
• D2O-Spülungen werden zum Spülen von Nase, Mund und Rachen eingesetzt. Auf diese Weise kann D2O topisch und in hohen Konzentrationen auf das zu behandelnde Organ, insbesondere dessen Epithelzellen oder Schleimhäute, auf- und eingebracht werden.
D2O-Spülungen werden vorzugsweise zur Prophylaxe und/oder Therapie (Behandlung) von Rhinitis, Sinusitis, Tonsilitis, Angina Lateralis, Herpes nasalis, Gingiovastitis herpetica und Apthosis herpetica eingesetzt. Eine D2O-Spülung ist beispielsweise besonders geeignet für die Behandlung von Rhinitis sicca.
• D2O-Nasentropfen können zur direkten lokalen Verabreichung des D2O auf das zu behandelnde Organ, insbesondere dessen Epithelzellen oder Schleimhäute, wie Nase und Nasenschleimhaut, bevorzugt zur Behandlung von Rhinitis und Sinusitis eingesetzt werden. D2O-Nasentropfen werden hierzu in die Nase getropft und durch starkes Einatmen in obere Nasenbereiche transportiert. D2O-Nasentropfen sind beispielsweise besonders geeignet für die Behandlung von Rhinitis sicca.
• D2O-Creme, D2O-Salbe, D2O-Gel und D2O-Hydrogel werden topisch auf das zu behandelnde Organ, insbesondere dessen Epithelzellen oder Schleimhäute, bevorzugt auf die Schleimhäute in Mund und Nase, auf- und eingebracht und insbesondere zur
Behandlung von Gingiovastiitis herpetica, Aphtosis und Herpes nasalis verwendet.
Unter einer „Salbe" gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine äußerlich zu verwendende Arzneimittelzubereitung aus einer Grundmasse schmierfähiger Stoffe, wie Vaseline, zu der die eigentlichen pharmazeutischen Wirkstoffe, wie D2O, und/oder nicht pharmazeutische Wirkstoffe zugegeben werden, beispielsweise durch Mischen.
Unter einer „Creme" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Salbe zu verstehen, die zusätzlich weitere Bestandteile enthalten kann, wie kosmetische Wirkstoffe, z.B. Duftstoffe, Farbstoffe und/oder Emulgatoren, z.B. Lecithin. Von einer Creme wird im allgemeinen eine Lotion unterschieden, wobei diese Unterscheidung meistens abhängig von dem Grad der Viskosität gemacht wird. Erfindungsgemäß ist unter einer Creme auch eine Lotion zu verstehen.
Ein „Gel" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Lösung einer makromolekularen Substanz, z. B. Agarose, Acrylsäure, Alginsäure, Polysiloxane oder Acrylamid, deren Konzentration so hoch ist, dass sich die gelösten Makromoleküle unter geeigneten Bedingungen und ggf. unter Zugabe weiterer Substanzen (z.B. Salze, Säuren, Füllstoffe, Puffersubstanzen) zu einem schwammartigen, dreidimensionalen Gerüst verbinden, in dessen Hohlräumen sich eine Flüssigkeit befindet. Dadurch haben Gele eine relativ feste Konsistenz. Die Viskosität liegt zwischen flüssig und fest. Eine solche Flüssigkeit ist bevorzugt reines D2O oder eine erfindungsgemäße Mischung aus D2O und H2O.
Als „Hydrogel" im Sinne der Erfindung wird ein Gel bezeichnet, welches durch besonders hohe Aufnahmekapazität von Wasser gekennzeichnet ist, im Sinne der Erfindung besteht es bevorzugt zu 20-99%, stärker bevorzugt zu 70-99%, und besonders bevorzugt zu 80-99%, aus Wasser, ohne jedoch die Theologischen Eigenschaften einer klassischen Flüssigkeit zu zeigen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Hydrogel transparent- durchsichtig und gleichzeitig streichfähig, ohne das seine Morphologie und Integrität durch das verstreichen des Gels beeinträchtigt wird.
Die Herstellung einer erfindungsgemäß verwendbaren Formulierung, insbesondere einer Salbe, Creme oder einem Gel, ist exemplarisch in den Beispielen beschrieben. Sofern eine solche Formulierung weitere pharmazeutische und/oder nicht-pharmazeutische Wirkstoffe enthalten, werden diese vorzugsweise durch Mischen der Formulierung hinzugefügt. Sie kann jedoch nach jedem beliebigen im Stand der Technik bekannten Standardverfahren erfolgen. Dem Fachmann sind solche Verfahren und ebenfalls die zu wählenden Konzentrationen der zu verwendenden Komponenten bzw. Substanzen bekannt. Die Konzentrationen von D2O in einer erfindungsgemäß verwendbaren Formulierung liegen vorzugsweise in folgenden Bereichen:
• für eine Creme oder Salbe bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 98 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 85 Gew.-%, ebenfalls bevorzugt von 10 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt von 15 bis 70 Gew.-%, stärker bevorzugt von 20 bis 60 Gew.-% und am stärksten bevorzugt von 25 bis 50 Gew.-% und
• für ein Gel bevorzugt 0,1 bis 99,8 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 99 Gew.-%, ebenfalls bevorzugt von 15 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt von 20 bis 70 Gew.-%, stärker bevorzugt von 30 bis 70 Gew.-% und am stärksten bevorzugt von 35 bis 65 Gew.-%.
Der Fachmann wird insbesondere abhängig von der vorliegenden Indikation, dem Zustand des zu behandelnden Organismus (Patienten), der Schwere der Erkrankung usw. die geeignete Konzentration wählen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält eine erfindungsgemäß verwendbare Formulierung weiterhin mindestens ein anorganisches oder organisches Lösungsmittel. Bevorzugt ist das Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ethanol, Wasser und Glycerol sowie Mischungen davon.
Sämtliche in dieser Beschreibung offenbarten erfindungsgemäßen Verwendungen sind ebenfalls auf eine erfindungsgemäße Formulierung uneingeschränkt anwendbar, sofern nichts Gegenteiliges angezeigt ist. Ebenfalls finden Verwendungen und Verabreichungen einer erfindungsgemäßen Kombination oder einer erfindungsgemäßen Mischung aus D2O und H2O auf eine erfindungsgemäße Formulierung uneingeschränkt Anwendung und umgekehrt sofern nichts Gegenteiliges angezeigt ist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Figuren und nachfolgenden Beispielen weiter erläutert, wobei diese nur der Illustration dienen und die Gegenstände der Erfindung nicht beschränken.
Figuren Figur 1 zeigt die mittlere normierte Konzentration von HRV-39 RNA in der nasalen "Lavage"- Flüssigkeit der Prophylaxe-Gruppe als Funktion der Zeit nach der HRV-39 Infektion (Tag 0) über den Zeitraum der Studie für D2O-Nasenspray (Verum) und H2O-Nasenspray (Kontrolle) nach Beispiel 21. In dieser Gruppe erfolgte die erste Gabe des Nasensprays vor der Infektion mit dem Virus.
Figur 2 zeigt den mittleren „Total Symptom Score" (TSS) nach HRV-39 Infektion (Beispiel 21) der Prophylaxe-Gruppe als Funktion der Zeit nach der HRV-39 Infektion (Tag 0) über den Zeitraum der Studie für D2O-Nasenspray (Verum) und H2O-Nasenspray (Kontrolle). Der TSS setzt sich aus 6 Einzelsymptomen zusammen, die jeweils auf einer Skala von 1-5 bewertet und anschl. aufsummierte wurden. In dieser Gruppe erfolgte die erste Applikation des Nasensprays vor der Infektion mit dem Virus.
Figur 3 zeigt die mittlere normierte Konzentration von HRV-39 RNA in der nasalen "Lavage" Flüssigkeit der Therapie-Gruppe als Funktion der Zeit nach der HRV-39 Infektion (Tag 0) über den Zeitraum der Studie für D2O-Nasenspray (Verum) und H2O-Nasenspray (Kontrolle) nach Beispiel 21. In dieser Gruppe erfolgte die erste Applikation des Nasensprays 2 Stunden nach der Infektion mit dem Virus.
Figur 4 zeigt den mittleren „Total Symptom Score" (TSS) nach HRV-39 Infektion (Beispiel 21) der Therapie-Gruppe als Funktion der Zeit nach der HRV-39 Infektion (Tag 0) über den Zeitraum der Studie für D2O-Nasenspray (Verum) und H2O-Nasenspray (Kontrolle). Der TSS setzt sich aus 6 Einzelsymptomen zusammen, die jeweils auf einer Skala von 1-5 bewertet und anschliessend aufsummiert wurden. In dieser Gruppe erfolgte die erste Applikation des Nasensprays 2 Stunden nach der Infektion mit dem Virus.
Figur 5 zeigt die mittlere normierte Konzentration von HRSV RNA in der nasalen "Lavage" Flüssigkeit von Verum- und Kontrollgruppe als Funktion der Zeit nach der HRSV Infektion (Tag 0) über den Zeitraum der Studie für D2O Aerosol (Verum) und H2O Aerosol (Kontrolle) nach Beispiel 22.
Figur 6 zeigt die Lungenfunktionsdiagnostik nach einer HRSV Infektion nach Beispiel 22 über den Zeitraum der Studie (7 Tage, Infektion am Tag 0). Dargestellt ist das das "Forced Vital Volume" nach 1 Sekunde Ausatmen (FEV1), normiert auf die "Forced Vital Capacity" (FVC) in Prozent (FEV1/FVC x 100) als Funktion der Studiendauer. Die Verumgruppe erhielt täglich 3 Gaben des D20-Aerosols, die Kontrollgruppe erhielt gleiche Verabreichungen des H2O-Aerosols.
Figur 7 zeigt Tabelle 1, die wiederum die Anzahl der Viren in einer Kultur der Zelllinie A549 (Humane Alveolarkarzinom Basalepithelzellen), hergestellt nach Beispiel 4, zum Zeitpunkt 72 Stunden nach der Infektion für verschiedene Viren darstellt. Die Bestimmung der Virenanzahl erfolgte mittels Elektronenmikroskopie durch Zählung und Mittelwertbildung aus jeweils 20 nicht lysierten Zellen der Verumgruppe und der Kontrollgruppe, die Protokolle sind in der Beispielen 6 bis 17 beschrieben.
Figur 8 zeigt Tabelle 2, die wiederum die Anzahl der Viren in einer modifizierten Kultur der Zelllinie A549 (Humane Alveolarkarzinom Basalepithelzellen), hergestellt nach Beispiel 5, zum Zeitpunkt 72 Stunden nach der Infektion für verschiedene Viren. Die Bestimmung der Virenanzahl erfolgte mittels Elektronenmikroskopie durch Zählung und Mittelwertbildung aus jeweils 20 nicht lysierten Zellen der Verumgruppe und der Kontrollgruppe.
Figur 9 zeigt Tabelle 3, die wiederum die Ergebnisse der Wirksamkeit von D20-Hydrogel (Verum) und H2O-Hydrogel (Kontrolle) zur Therapie von Aphtosis Herpetica am Menschen nach Beipiel 20 darstellt. Die Mittelwertbildung des "Total Symptom Score" (TSS) erfolgte über die Zahl der Gelapplikationen pro Aphte, bei "maximale Größe der Aphte" , "Zeit zw. ersten Symptom und erster Gelapplikation", "Dauer bis zum äußerlich vollständigen Abheilen", "Dauer bis zur Schmerzfreiheit" wurde über die Gesamtzahl der pro Gruppe (Verum bzw. Kontrolle) behandelten Aphten gemittelt (d.h. einschl. der Mehrfachinzidenzen), die angegebenen Fehler sind die Standardabweichungen.
Figur 10 zeigt Tabelle 4, die wiederum die Ergebnisse zur Wirksamkeit von D2O- Nasenspray (Verum) und H2O-Nasenspray (Kontrolle) zur Prophylaxe von Rhinovirusinfektionen nach Infektion mit dem Rhinovirus Stamm HRV-39 (Beispiel 21). Die angegebenen mittleren „Total Symptom Score" (TSS) und viralen RNA-Konzentrationen in der nasalen "Lavage" Flüssigkeit wurden aus den pro Studientag erhaltenen Werten (insgesamt 5 Werte = 5 Tage Gesamtdauer der Studie) arithmetisch gemittelt, die angegebenen Fehler sind die Standardabweichung. Für die Untersuchung der Wirksamkeit zur Prophylaxe erfolgte die erste Gabe des Nasensprays 6 Stunden vor der Infektion mit dem Virus, bis zum Zeitpunkt der Infektion erfolgen zwei weitere Verabreichungen. Figur 11 zeigt Tabelle 5, die wiederum die Ergebnisse zur Wirksamkeit von D2O-
Nasenspray (Verum) und H20-Nasenspray (Kontrolle) zur Therapie von Rhinovirus-
Infektionen nach Infektion mit dem Rhinovirus Stamm HRV-39 (Beispiel 21). Die angegebenen mittleren „Total Symptom Score" (TSS) und viralen RNA-Konzentrationen in der nasalen "Lavage" Flüssigkeit wurden aus den pro Studientag erhaltenen Werten
(insgesamt 5 Werte = 5 Tage Gesamtdauer der Studie) arithmetisch gemittelt, die angegebenen Fehler sind die Standardabweichung. Für die Untersuchung der Wirksamkeit zur Therapie erfolgte die erste Gabe des Nasensprays 2 Stunden nach der Infektion mit dem Virus.
Figur 12 zeigt Tabelle 6, die wiederum die Ergebnisse zur Wirksamkeit von D2O-Aerosol (Verum) und H20-Aerosol (Kontrolle) zur Therapie von akuter Bronchitis infolge einer Infektion durch Humanes Respiratorisches Synzytialvirus (HRSV) nach Beispiel 22. Die Infektion erfolgte am Tag 0 der Studie, die Werte für die HRSV-RNA-Konzentration und Lungenfunktionsdiagnostik (FEV2/FVC) wurden an den Tagen 1-7 der Studie gemessen und sind in der Tabelle als arithmetische Mittelwerte und deren Standardabweichung angegeben. Der zeitliche Verlauf beider Messwerte wird in den Figuren 5 und 6 gezeigt.
Beispiele
Beispiel 1: Herstellung einer isotonen D2O bzw H2O Lösung zur Spülung, Aerosolisierung oder als Nasenspray
Deuteriumoxid (D2O) mit einer Anreicherung von 98% oder gereinigtes Wasser (H2O) wurde mit 160 mM NaCI gemischt und mittels 20 mM Phosphatpuffer (Natrium-dihydrogenphosphat und Di-natrium-hydrogenphosphat) auf einen pH Wert von 7.0 eingestellt. Die Lösungen wurden bei -700C eingefroren und bis zur Benutzung bei -200C gelagert. Zur Verwendung als Nasenspray wurde die Lösung in Standard 20 ml Pumpsprayflaschen für Nasenspays gefüllt und bis zur Verwendung im Kühlschrank lichtgeschützt gelagert.
Beispiel 2: Herstellung eines Hydrogels auf Basis von Acrylsäure Es wurde 2,0 Gew.-% Carbopol 980 (Hersteller: Noveon, Inc., 9911 Brecksville Rd., Cleveland, OH 44141-3247, USA) in getrennten Ansätzen in reinem D2O (98% D- Anreicherung), oder in reinem H2O durch Rühren gelöst und anschließend durch Pipettieren von 10 M NaOH Lösung auf einen pH Wert von 6,8 titriert. Anschließend wurden die durch die NaOH Zugabe infolge Quervernetzung der Polyacrylsäure über ihre Carboxylgruppen mit den alkalischen Hydroxyl-Gruppen entstandenen farblosen, transparenten und optisch klaren Acrylsäuregele (Carbopolgele) (D2O-Carbopolgel, H2O-Carbopollgel) bei Raumtemperatur bis zur weiteren Verwendung, aber für mindestens 24 Stunden, gelagert.
Beispiel 3: Herstellung eines Aerosols
Verwendet wurde ein Pari LC Plus Universal Vernebler (PARI GmbH, 82319 Starnberg, Deutschland) in Kombination mit einem Pari Universal Kompressor der 200 mg/min polydisperses Aerosol mit einer mittleren Partikelgröße (medianer Massendurchmesser) von 2.5 - 4,5 μm erzeugte (Betriebsdruck 2,0 bar, Durchflussmenge der Kompressorluft 6,0 l/min.) Zur Aerosolerzeugung wurden die nach Beispiel 1 hergestellten Lösungen benutzt. Die Partikelgrößenmessung erfolgte mittels dynamischer Lichtstreuung in einer Durchfluß- Küvette Die Aerosolerzeugung erfolgte bei einer Temperatur von 3O0C durch entsprechende Thermostatierung des Verneblers in einem Wasserbadthermostaten.
Beispiel 4: Zellkultur Typ 1
Zellen der Zelllinie A549 (Humane Alveolarkarzinom Basalepithelzellen) von (American Type Culture Collection, Rockville, MD1 USA) wurden in 10 mm Zellkulturschalen bei einer Zelldichte von of 5 * 104 Zellen/cm2 gesät. Das hierzu verwendete Medium war Dulbecco's Modified Eagle Medium, DMEM, (Gibco/BRL, Life Technologies Inc., Grand Island, NY, USA) mit 10% Fetalem Kälberserum, FCS; (Hyclone, Logan, UT, USA), 100 U/ml Penicillin, and 100 μg/ml Streptomycin (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA). Bei einer Temperatur von 370C wurden die Zellen bei 95% Luftfeuchtigkeit und 5% CO2 bis zur Konfluenz gezüchtet. Am Tag der Infektion der Zellkultur mit Viren wurde das Zellkulturmedium gewechselt und das neue Medium (DMEM mit 2% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin ) enthielt die Viren in einer Konzentration, die einer Infektionsmultiplizität (MOI) von 3 entsprach. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zelle mit mindestens einem Viruspartikel infiziert wird, lag bei dieser MOI bei 95%. Die Infektion und Inkubation erfolgte bei Temperatur und Luftfeuchtigkeit analog wie oben angegeben. Beispiel 5: Modifizierte Zellkultur Typ 1
Zellen der Zelllinie A549 (Humane Alveolarkarzinom Basalepithelzellen) von (American Type Culture Collection, Rockville, MD, USA) wurden in 10 mm Zellkulturschalen bei einer Zelldichte von of 5 * 104 Zellen/cm2 gesät. Das hierzu verwendete Medium war Dulbecco's Modified Eagle Medium, DMEM, (Gibco/BRL, Life Technologies Inc., Grand Island, NY, USA) mit 10% Fetalen Kälberserum, FCS; (Hyclone, Logan, UT, USA), 100 U/ml Penicillin, and 100 μg/ml Streptomycin (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA). Bei einer Temperatur von 37°C wurden die Zellen bei 95% Luftfeuchtigkeit und 5% CO2 bis zur Konfluenz gezüchtet. Nach Erreichen der Konfluenz und 24 Stunden vor der Infektion der Zellkultur mit Viren wurde das Zellkultumedium gewechselt und das neue Medium (DMEM mit 2% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin, verdünnt mit 30% D2O, 98% D- Anreicherung (Verumkultur) oder verdünnt mit 30% H2O (Kontrollkultur). Zum Zeitpunkt der Infektion wurde das Medium nochmals gegen ein Medium identischer Zusammensetzung ausgetauscht , welches die Viren in Konzentrationen enthielt, die einer Infektionsmultiplizität von 1 entsprach. Die Infektion und Inkubation erfolgte bei Temperatur und Luftfeuchtigkeit analog wie oben angegeben.
Beispiel 6: Bestimmung der Virusanzahl nach Inkubation
Nach einer Inkubationszeit von 3 Tagen wurden Verumkultur und Kontrollkultur bezüglich der mittleren Anzahl von Viren pro Zelle untersucht. Die Viruszählung erfolgte mittels
Transmissions-Elektronenmikroskopie nach Standard Fixier- und Färbeverfahren
(Glutaraldehyd und Osmiumtetroxid). Vor der Fixation wurde das Zellkulturmedium entfernt und der Überstand (nach Zentrifugation bei 20.000 x g für 30 Minuten) für weitere Analysen aufbewahrt. Mittels Elektronenmikroskopie wurden jeweils 20 willkürlich ausgewählte, nicht lysierte Zellen aus Verum- und Kontrollkultur bezüglich der in ihnen enthaltenen Viruspartikel ausgewertet.
Beispiel 7: Wirksamkeit bei Rhinoviren Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Rhinoviren (Stamm RV-16 von American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA) infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 8: Wirksamkeit bei Herpesviren Typ 1 (Herpes simplex Virus 1 (HSV-1))
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Herpesviren vom Typ 1 , HSV-1 , Stamm Maclntyre VR-539, American Type Culture Collection, Manassas, VA,
USA) infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte
Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und
100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 9: Wirksamkeit bei Herpesviren Typ Varicella Zoster (Varicella zoster Virus (VZV))
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Herpesviren vom Typ Zoster , Varicella Zoster, Stamm Ellen , VR-586 von American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA) infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D20 die gleiche Menge H20 verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 10: Wirksamkeit bei Coronaviren Typ Humanes Coronavirus HCoV 229E
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Humanen Coronaviren 229E infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte
Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und
100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3
Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 11: Wirksamkeit bei Influenzavirus A
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Influenzavirus A, Typ H1 N1 infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 12: Wirksamkeit bei Influenzavirus B Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Influenzavirus B/Hongkong/5/72 infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 13: Wirksamkeit bei Humanes Parainfluenzavirus 1
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Humanen Parainfluenzaviren 1, Stamm Washington 1957 (HPIV-1) infiziert. 120 Minuten nach der
Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30%
D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin.
Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 14: Wirksamkeit bei Humanes Respiratorisches Synzytialvirus (HRSV)
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit HSRV, Stamm Long, infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind. Beispiel 15: Wirksamkeit bei Humanes Metapneumovirus A1 (HMPV)
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit HPMV Typ A1 , infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet. Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 16: Wirksamkeit bei Humanen Adenoviren Typ 3
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Humanen Adenoviren Typ 3, Stamm GZ1 , infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 17: Wirksamkeit bei Humanen Enteroviren Typ EV71
Es wurden 6 Zellkulturschalen der Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 4 mit Humanen Enteroviren Typ EV71 , Stamm SHZH98, infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet. Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
Beispiel 18: Präventive Wirksamkeit bei Rhinoviren
Es wurden 6 Zellkulturschalen der modifizierten Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 5 mit Rhinoviren (Stamm RV-16 von American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA), infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 2 dargestellt sind.
Beispiel 19: Präventive Wirksamkeit bei Herpesviren Typ 2 (Herpes simplex Virus 2 (HSV-2))
Es wurden 6 Zellkulturschalen der modifizierten Zellkultur Typ 1 nach Beispiel 5 mit Herpesviren Typ 2, Stamm 734, von American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA, infiziert. 120 Minuten nach der Infektion wurde das mit den Viren versetzte Zellkulturmedium entfernt und wie folgt durch ein verdünntes Zellkulturmedium ersetzt: Bei der Verumgruppe (3 Zellkulturschalen) durch 30% D2O und 70% DMEM mit 10% FCS und 100 U/ml Penicillin sowie 100 μg/ml Streptomycin. Bei der Kontrollgruppe (3 Zellkulturschalen) wurde für die Verdünnung des Zellkulturmediums anstelle des D2O die gleiche Menge H2O verwendet.
Die Bestimmung der Virusanzahl nach Beispiel 7 für Verum- und Kontrollkultur ergab Werte, die in Tabelle 2 dargestellt sind.
Beispiel 20: Wirksamkeit zur Therapie von Aphthosis Hepetica im klinischen Versuch
Es wurden 28 gesunde Freiwillige im Alter von 20-45 Jahren (14 weiblich, 14 männlich) für diese Studie ausgewählt. Alle ausgewählten Testpersonen hatten eine Historie »nn Aphthosis Herpetica im Bereich der Mundschleimhaut, insbesondere im Bereich der Lippenschleimhaut, mit mindestens 6 Ereignissen pro Jahr.
Keine der Testpersonen benutzte eine Woche vor oder während des auf 3 Monate begrenzten Tests antivirale Therapeutika oder immunmodulierende Therapeutika.
Die 28 Testpersonen wurden randomisiert in 2 Gruppen (Verumgruppe und Kontrollgruppe) zu je 14 Personen aufgeteilt. Jede Testperson erhielt eine 20 g Tube eines nach Beispiel 2 hergestellten Hydrogels, die Verumgruppe ein D2O Hydrogel (hergestellt mit 100% D2O), die Kontollgruppe ein H2O Hydrogel (hergestellt mit 100% H2O) mit der Anweisung, dieses sofort bei ersten Symptomen einer Aphthosis Herpetica auf der betroffenen Schleimhautstelle aufzutragen und für 1 Min einwirken zu lassen. Das Auftragen sollte alle 2 Stunden für die Dauer von 3 Tagen während der Wachphasen wiederholt werden. Die Testpersonen hatten die Anweisung, ein Protokoll der Verabreichung zu führen (Patienten- Tagebuch) und darin jedes Auftragen zu vermerken und weiterhin zu jedem Auftrag folgende Symptomatik-Details (Symptom Score), bezogen auf den vorangegangenen Auftrag des Gels, auf einer Skala von 1 (sehr wenig/klein) bis 5 (sehr stark/groß) einzutragen: a) Größe der Aphte b) Schmerzen, c) Tiefe. Diese 3 Größen wurden bei der Datenauswertung summiert und der arithmetische Mittelwert über die Gesamtzahl der Einzelscores (=Anzahl der Gelapplikationen) gebildet. Weiterhin sollte die maximal erreichte Größe der behandelten Aphte, Datum und Uhrzeit des Bemerkens der ersten Symptome, Zeitpunkt des Therapiebeginns, Zeitpunkt des äußerlich vollständigen Abheilens der Aphte, Zeitpunkt der Schmerzfreiheit sowie die Lage der Aphte angegeben werden. Für die Datenauswertung wurden nur Aphten berücksichtigt, die sich im Schleimhautbereich von Ober- oder Unterlippe befanden, da diese Bereiche durch Hervorziehen gut beobachtet und mittels eines den Testpersonen zur Verfügung gestellten Meßstreifens vor dem Spiegel in ihrer Ausdehnung vermessen werden konnten. In diesen Bereichen erfolgte die Aufbringung des Gels durch 1) Hervorziehen der Ober- bzw. Unterlippe , 2) Aufbringung von Gel auf die betroffene Stelle und 3) Halten der hervorgezogenen Lippe für 60 Sekunden um die Permeation des D2O (H2O) in die Schleimhaut zu ermöglichen. Weiterhin wurden alle Aphten-Inzidenzen aus der Auswertung herausgenommen, welche mit ersten Symptomen nach 14.00 Uhr eines jeweiligen Tages festgestellt wurden, da in diesem Fall infolge des Schlafzyklus keine ausreichende Versorgung der Aphte mit Hydrogel nach dem gegebenen Medikationsplan sichergestellt war. Der Zeitraum der Studie erstreckte sich über 3 Monate. Insgesamt wurden auf diese Weise verwertbare Daten von 10 Personen der Kontrollgruppe und 8 Personen der Verumgruppe erhalten, davon traten bei 6 Personen der Kontrollgruppe und bei 5 Personen der Verumgruppe mindestens 2 Inzidenzen während des Studienzeitraumes auf, bei den restlichen Testpersonen nur eine Inzidenz. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Beispiel 21 : Wirksamkeit zur Prophylaxe und Therapie von humanen Rhinovirus (HRV) Infektionen im klinischen Versuch
Als Testpersonen wurden insgesamt 44 Personen (25 männl., 19 weibl.) im Alter zwischen 20-51 Jahren auf freiwilliger Basis rekrutiert Auswahlkriterium war ein Antikörper Titer von ≤ 1:2 in Bezug zu dem HRV Stamm, welcher zur Infektion verwendet wurde. Ein weiteres Auswahlkriterium war Nichtraucher(-in) bzw. die erklärte und glaubhafte Bereitschaft, während des Versuchs das Rauchen vollständig zu unterlassen sowie keine Manifestation von Krankheiten des Atemtraktes für mindestens 2 Wochen vor Eintritt in die Studie. Ausschlußkriterien waren: a) Asthma und andere chronische Erkrankungen des Atemtraktes, b) Störungen der Geschmacks- oder Geruchswahrnehmung, c) Verwendung von Nasensprays oder anderen nasalen Anwendungen innerhalb von 2 Wochen vor Eintritt in die Studie, d) Schwangerschaft.
Als HRV Stamm zur Infektion der Testpersonen wurde der Stamm HRV 39 verwendet. Der Stamm wurde in zum Zwecke der Inokulation in Form von Nasentropfen den Testpersonen am Tag 0 der Studie mit einer Viruskonzentration verabreicht, die dem 200-fachen des 50%
Wertes der infektiösen Gewebekulturkonzentration (TCID50) entsprach und in 200 μl
Flüssigkeit (Phosphat-gepufferte Saline, pH 7,0) gelöst war. Die Gabe des Infektionsvirus
HRV 39 erfolgte pro Testperson (100μl pro Nasenöffnung und Verabreichung) 2 mal innerhalb von 20 Minuten in liegender Position als Nasentropfen.
Die Gesamtdauer der Studie betrug 5 Tage, gerechnet ab dem Zeitpunkt der HRV-39 Infektion. Unmittelbar vor der Infektion wurden die Testpersonen randomisiert in 4 Gruppen zu je 11 Personen aufgeteilt: die Verumgruppen A und B und die Kontrollgruppen C und D. Die Gruppen unterschieden sich in den primären und sekundären Endpunkten der Studie. Für die Verumgruppe A und die Kontrollgruppe C (Prohylaxe-Gruppen) war das primäre Wirksamkeitsmaß die Reduktion des Anteils an positiver HRV-39 RNA, die möglichst geringe Veränderung des gemittelten "Total Symptom Score" (TSS) war das sekundäre Wirksamkeitsmaß. Für die Verumgruppe B und die Kontrollgruppe D (Therapie-Gruppen) war das primäre Wirksamkeitsmaß eine Reduktion des gemittelten TSS, welche sich aus 6 Einzelsymptomen zusammensetzte. Sekundäres Wirksamkeitsmaß der Therapiegruppen war die Reduktion des Anteils an positiver HRV-39 RNA. In der Therapiegruppe wurden nur Testpersonen ausgewertet, bei denen eine erfolgreiche Infektion durch Inokulation mit HRV- 39 nachgewiesen werden konnte. Kriterium hierfür war ein um mindestens den Faktor 4 erhöhter HRV-39 spezifischer, serumneutralisierter Antikörpertiter.
Während der 5 Tage der Studie wurde bei allen Testpersonen alle 12 Stunden eine Nasenspülung ("Lavage" mit 10 ml phosphatgepufferter Saline pro Nasenöffnung) durchgeführt und der erhaltene Ausfluss wurde zur späteren RNA- und Virustiteranalyse eingefroren. Standard-statistische Methoden wurden zum Vergleich der summarischen Symptom Scores der Therapiegruppen an den einzelnen Versuchstagen eingesetzt, insbesondere Varianz- und Covarianz Analysen.
Die Studienmedikamentierung erfolgte einfach verbündet. Das Protokoll war wie folgt: Für die Prophylaxe Gruppen erfolgte die Gabe von jeweils 200 μl pro Nasenöffnung des nach
Beispiel 2 hergestellten Nasensprays (D20 für Verumgruppe A und H2O für Kontrollgruppe
C) alle 2 Stunden während der Wachzeiten (mindest. 16 h pro Tag). Die Gabe erfolgte durch
2 Sprühstöße des Pumpsprayers für jede Nasenöffnung. Pro Sprühstoß wurden 80-110 μl
Flüssigkeit freigesetzt. Beginn der Medikamentierung war 4 Stunden vor der Infektion mit HRV-39, d.h, unmittelbar (ca. 5 Min.) vor der HRV-39 Infektion erhielten die
Prophylaxegruppen ihre dritte Gabe des Nasensprays. Ende der Medikamentierung war das
Ende des Tages 3 der Studie. Für die Therapiegruppen erfolgte die erste Gabe (gleiche
Mengen wie bei Prophylaxe-Gruppen) des nach Beispiel 2 hergestellten Nasensprays (D2O für Verumgruppe B und H2O für Kontrollgruppe D) 2 Stunden nach der HRV-39 Infektion und weiter alle 2 Stunden während der Wachzeiten wie oben definiert bis zum Ende des vierten
Tages der Studie.
Der für die Therapie - und Verumgruppe verwendete "Total Symptom Score" (TSS) setzte sich aus 6 Einzelscores (laufende Nase, Halsschmerz, Krankheitsgefühl, Beeinträchtigung der Atmung durch die Nase, Husten, Niesen) zusammen, jeder Einzelscore konnte auf einer Skala von 0 (sehr gering) bis 5 (sehr hoch) von der Testperson, bezogen auf das bisher erfahrene bzw. erfühlte Maximum des Symptoms in der vorangegangenen Bewertung, bewertet werden. Die Einzelscores wurden bei jeder Testperson der Therapiegruppen 2 mal täglich (früh und abends) erhoben. Die pro Tag erhaltenen 2 Datensätze wurden anschließend arithmetisch gemittelt. Der erste Symptom-Score wurde am Tag 0 unmittelbar vor der HRV-39 Infektion erhoben.
Die Quantifizierung der HRV-39 RNA in den erhaltenen nasalen Lavage-Proben erfolgte nach Standardmethoden mittels HRV-A TaqMan reverse-transcription PCR Assay. Die Bestimmung des serumneutralisierenden Antikörpertiters zu HRV-39 aus den nasalen Lavage-Proben erfolgte mit Standardmethoden.
Die Ergebnisse für die Prophlaxe-Gruppen sind in den Figuren 1 und 2 sowie in Tabelle 4 dargestellt, die Ergebnisse für die Therapiegruppen sind in den Figuren 3 und 4 sowie in Tabelle 5 dargestellt.
Beispiel 22: Wirksamkeit zur Therapie von Infektionen durch Humanes Respiratorisches Synzytialvirus (HRSV) im klinischen Versuch
Als Testpersonen wurden insgesamt 18 Personen (8 männl., 10 weibl.) im Alter zwischen 20- 44 Jahren auf freiwilliger Basis rekrutiert. Auswahlkriterium war eine Historie von Hyperaktivität des Bronchialsystems auf virale Infektionen der Atemwege. Ein weiteres Auswahlkriterium war Nichtraucher(-in) bzw. die erklärte und glaubhafte Bereitschaft, während des Versuchs (Dauer 7 Tage) das Rauchen vollständig zu unterlassen sowie keine Manifestation von Krankheiten des Atemtraktes für mindestens 2 Wochen vor Eintritt in die Studie. Weitere Ausschlußkriterien waren: a) Asthma und andere chronische Erkrankungen des Atemtraktes, b) Störungen der Geschmacks- oder Geruchswahrnehmung, c) Schwangerschaft.
Als HSRV Stamm zur Infektion der Testpersonen wurde der Stamm Long verwendet. Der Stamm wurde zum Zwecke der Inokulation in Form von Aerosol den Testpersonen am Tag 0 der Studie mit einer Viruskonzentration verabreicht, die dem 200-fachen des 50%-Wertes der infektiösen Gewebekulturkonzentration (TCID50) entsprach und in 200 μl Flüssigkeit (Phosphat-gepufferte Saline, pH 7,0) gelöst war. Die Verabreichung des HRSV erfolgte am Tag 0 der Studie durch zwei Sprühstöße mit einem Handzerstäuber in den Rachenraum der Testpersonen während des Einatmens. Die Zeit zwischen den beiden Sprühstößen betrug 20 min., pro Sprüßstoß wurden ca.90-110 μl Flüssigkeit zerstäubt. Es wurden nur jene Testpersonen zur Therapie zugelassen, bei den spätestens 24 Stunden nach Inokulation ein trockener Husten auftrat und bei denen Pneumonie als Ursache ausgeschlossen werden konnte.
Die Gesamtdauer der Studie betrug 7 Tage, gerechnet vom Zeitpunkt der HRSV Infektion. Unmittelbar vor der Infektion wurden die Testpersonen randomisiert in 2 Gruppen zu je 9 Personen aufgeteilt: Verumgruppe und Kontrollgruppe. Der primäre Endpunkt der Studie definierte sich aus der vorherrschenden Spezifität von HRSV zum Befall der unteren Atemwege und dabei insbesondere die Auslösung von akuter Bronchitis. Damit verbunden ist eine messbare Obstruktion der Atemwege, welche durch Lungenfunktionsdiagnostik (Spirometer) quantifiziert werden kann. Als Baseline-Wert wurde eine Spirometer-Messung unmittelbar vor der HRSV Infektion durchgeführt. Primäres Ziel der Studie war demnach die nachhaltige Reduktion der spirometrisch quantifizierten Atemwegobstruktion als Folge der HRSV Infektion.
Sekundäres Wirksamkeitsmaß war die Reduktion des Anteils an HRSV RNA in der Flüssigkeit einer nasalen "Lavage", welche erstmals unmittelbar vor der Infektion und dann täglich für die Dauer der Studie durchgeführt wurde. Zur Auswertung gelangten nur jene Testpersonen, bei denen a) eine Atemwegobstruktion von mindestens 10% (bezogen auf den Baseline-Wert) gemessen werden konnte und b) eine erfolgreiche Infektion durch Inokulation mit HRSV nachgewiesen werden konnte. Kriterium für letzteres war ein um mindestens den Faktor 4 erhöhter HRSV spezifischer Antikörpertiter, bestimmt nach Standardmethoden mittels ELISA.
Während der 7 Tage der Studie wurde bei allen Testpersonen alle 24 Stunden eine Nasenspülung ("Lavage" mit 10 ml phosphatgepufferter Saline pro Nasenöffnung) durchgeführt und der erhaltene Ausfluss wurde zur späteren RNA- und Virustiteranalyse eingefroren.
Die Studienmedikamentierung erfolgte einfach verbündet. Das Protokoll war wie folgt: Für die beide Gruppen erfolgte 3 mal täglich die Verabreichung von jeweils 10 ml der nach Beispiel 2 hergestellten isotonen NaCI-Lösung in Form eines nach Beispiel 3 hergestellten Aerosols.
Das Verabreichung einer Einzeldosis des Aerosols dauerte jeweils 7 min. , d.h. 3 mal täglich
7 min. Aerosol pro Testperson. Die erste Verabreichung erfolgte 1 Stunde nach der HRSV
Inokulation. Die Verumgruppe erhielt durchweg D2O, die Kontrollgruppe durchweg H2O Aerosol. Ende der Medikamentierung war der Abend des 6. Studientages. Die Messung der Obstruktion der unteren Atemwege erfolgte 2 mal täglich mittels eines Spirometers Typ Vitalograph 2120 nach Angaben des Herstellers (Vitalograph Ltd. D Maids Moreton, Buckingham MK18 1SW, England) im Modus FVC ("Forced Vital Capacity"), die Auswertung erfolgte über Spirotrac IV Software des Gerätes. Die Meßgrößen waren das "Forced Vital Volume" nach 1 Sekunde Ausatmen (FEV1) sowie die "Forced Vital Capacity" (FVC), aus diesen beiden Größen wurde das Verhältnis FEV1/FVC in Prozent berechnet und als charakteristische Größe zur Beschreibung der durch HRSV -Bronchitis verursachten Obstruktion der Atemwege verwendet.
Die Quantifizierung der HRSV RNA in den an des Tagen 0-7 erhaltenen nasalen Lavage- Proben erfolgte nach Standardmethoden mittels reverse-transcription PCR Assay. Die Bestimmung des Antikörpertiters zu HRSV aus den nasalen Lavage-Proben erfolgte durch Verwendung eines anti-HRSV Antikörpers mittels ELISA.
Die Ergebnisse sind in den Figuren 5 und 6 sowie in Tabelle 6 dargestellt.
Beispiel 23: Herstellung einer D2O-haltigen Creme
Zu 50 Gramm Asche Basiscreme (Hersteller: Asche Chiesi GmbH, Hamburg, Deutschland) wurde bei 40 CC unter ständigen Rühren langsam D2O hinzugegeben, bis ein Gewichtsanteil vom 38% D2O (bezogen auf das Ausgangsgewicht der Creme) in der homogenen Mischung erreicht war. Die Creme wurde anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt und luftdicht verschlossen gelagert.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung von Deuteriumoxid zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virusbasierten Erkrankungen des Respirationstraktes.
2. Verwendung von Deuteriumoxid zur Herstellung eines Arzneimittels zur Prophylaxe und/oder Therapie von Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes.
3. Verwendung von Deuteriumoxid nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Virusbasierten Erkrankungen des Respirationstraktes um akute Rhinits, chronische Rhinitis, Rhinitis sicca, Paryngitis, Herpangina, Angina lateralis, Tonsilitis, Laryngitis, Tracheitis, akute Bronchiolitis, chronische Bronchiolitis, akute Bronchitis, chronische
Bronchitis, Aveolitis, Pneumonie, akute Sinusitis, chronische Sinusitis, Gingivastomatitis herpetica, Aphtosis herpetica, Herpes nasalis, Adenovirus- Pharyngokonjunktivitis, infektiöse Mononukleose, akutes Asthma, chronisches Asthma, COPD (chronic obstructive pulmonary disease), Kehlkopfdiphterie, Otitis media und/oder Entzündung der Eustachischen Röhre handelt.
4. Verwendung von Deuteriumoxid nach Anspruch 3, wobei es sich um eine Kombination von zwei oder mehreren Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes handelt.
5. Verwendung von Deuteriumoxid nach Anspruch 4, wobei die zwei oder mehreren Virus-basierten Erkrankungen des Respirationstraktes gleichzeitig oder nacheinander auftreten.
6. Verwendung von Deuteriumoxid nach Anspruch 5, wobei es sich um Rhinusinusitis,
Tracheobronchitis, Tracheobronchiolitis, Bronchopneumonie, Phamygotonsilitis und/oder Laryngotracheobronchitis handelt.
7. Verwendung von Deuteriumoxid nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Virus um ein Virus der Familie Picornaviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviriae, Coronaviridae, Adenoviridae und/oder Herpesviridae handelt.
8. Verwendung von Deuteriumoxid nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Virus um ein Virus der Gattung Rhinovirus, Enterovirus, Influenzavirus, Pneumovirus, Metapneumovirus, Coronavirus, Mastadenovirus, Simplexvirus und/oder Varizellovirus handelt.
9. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem
Virus um ein Virus der Art Rhinivirus, Cosackievirus-1 , Cosackievirus-2, Echovirus, Poliovirus, Influenzavirus A, Influenzavirus B, Parainfluenzavirus, Respiratorisches Synzitialvirus (RSV), Humanes Metapneumovirus, Coronavirus, humanes Adenovirus A, humanes Adenovirus B, humanes Adenovirus C, humanes Adenovirus D, humanes Adenovirus E, humanes Adenovirus F, humanes Herpesvirus 4 (HHV-4),
Herpes simplex Virus 1 (HSV-1), Herpes simplex Virus 2 (HSV-2) und/oder Varizella zoster Virus (VZV) handelt
10. Verwendung von Deuteriumoxid nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Deuteriumoxid topisch verabreicht wird.
11. Verwendung von Deuteriumoxid nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Deuteriumoxid den Respirationstrakt, insbesondere die Schleimhäute des Respirationstraktes, vor allem die Nasenschleimhaut, hydratisiert.
12. Verwendung von Deuteriumoxid nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das D2O in Kombination mit mindestens einem weiteren pharmazeutischen Wirkstoff und/oder mindestens einem weiteren nicht-pharmazeutischen Wirkstoff verwendet wird.
13. Verwendung von Deuteriumoxid nach Anspruch 11, wobei der mindestens eine weitere pharmazeutische Wirkstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Virostatika, Sympathomimetika, Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren und immunosuppressiven Wirkstoffen.
14. Verwendung von Deuteriumoxid nach Anspruch 11 , wobei der mindestens eine weitere nicht-pharmazeutische Wirkstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus pharmazeutisch verträglichen anorganischen oder organischen Säuren oder Basen, Polymeren, Copolymeren, Block-Copolymeren, Einfachzucker,
Mehrfachzucker, ionischen und nicht-ionischen Tensiden oder Lipiden sowie Mischungen hiervon, Albumin, Transferrin und DNA-Reparatur-Proteinen, wie Kinase-Inhibitoren.
15. Verwendung von Deuteriumoxid nach einem beliebigen der vorangehenden
Ansprüche, wobei das D2O als Aerosol verabreicht wird.
16. Verwendung von Deuteriumoxid nach einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, wobei D2O als Formulierung verabreicht wird.
17. Verwendung von Deuteriumoxid nach Anspruch 15, wobei die Formulierung Dampf, eine Flüssigkeit, Creme, Salbe, Gel oder ein Hydrogel ist.
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