DE10018617A1 - Cyclodextrin-Dimere mit Peptid-Spacerstrukturen zur Entgiftung von pharmazeutischen Wirkstoffen hohen Nebenwirkungspotentials - Google Patents
Cyclodextrin-Dimere mit Peptid-Spacerstrukturen zur Entgiftung von pharmazeutischen Wirkstoffen hohen NebenwirkungspotentialsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Peptidstrukturen als Spacermoleküle zwischen
sekundärseitig verbrückten Cyclodextrin-Dimeren und Komplexe dieser Cyclodextrin-
Dimere mit pharmazeutischen Wirkstoffen hohen Nebenwirkungspotentials.
In der Patentschrift PCT/EP98/07229 [1] wurde eine Methode beschrieben, durch
Einschluß in Cyclodextrin[CD]-Dimere [CD-Dimere] mit der relativ starren
Spacerstruktur B eine Entgiftung von pharmazeutischen Wirkstoffen hohen
Nebenwirkungspotentials, insbesondere mitosehemmenden Tumorchemo
therapeutica, zu erreichen. Die Synthese von CD-Dimeren ist bekannt [2]. U. a. wurde
versucht, solche Komplexe aus Wirkstoff und CD-Dimer durch Kopplung des CD-
Dimers an ein Biotin[b]-Avidin[AV]-System und biotinylierte monoklonale Antikörper
[b-mAB's] an xenotransplantierte Tumoren in der Nacktmaus heranzubringen. Die
hierbei verwandten Konzentrationen waren jedoch um Zehnerpotenzen zu hoch,
obschon sich nur ein geringer, aber sichtbarer Effekt einstellte.
Die für diesen Effekt notwendige Freisetzung des Wirkstoffs aus dem CD-Dimer
kann, wie früher beschrieben, durch die Zerstörung des Cyclodextrinanteils des
Komplexes, ebensogut oder besser aber durch Zerstörung des Spacermoleküls B'
erfolgen. In beiden Fällen ändert sich die Affinität zum Wirkstoff um etwa 4
Zehnerpotenzen, und der nun mit geringerer Affinität gebundene Wirkstoff kann in
die nächstgelegene Zelle, also bei geeigneter Konditionierung (s. u.) in Krebszellen
aufgenommen werden und dort seine Wirkung entfalten. Hierzu ist gegenüber der
Patentschrift [1] lediglich die Spacerstruktur zu ändern, ohne deren Starrheit zu
verlieren.
Das wesentliche Element der Spacerstruktur ist eine Sollbruchstelle, die nicht im
Blutserum, wohl aber innerhalb der Tumorzelle aufgebrochen werden kann. Da das
Blutserum selbst eine Reihe von Enzymen enthält, sollte diese Sollbruchstelle
ausschließlich gegen intrazelluläre Enzyme empfindlich sein, aber im Blut nicht
gespalten werden.
Konstruiert man also eine solche Sollbruchstelle durch eine Peptid-Sequenz, die
durch Wasserstoffbrücken entsprechend starr ist (Methodik ist Stand der Technik), so
sollte sie keinesfalls empfindlich gegen tryptische Proteinasen des Blutserums sein,
sondern ausschließlich durch intrazelluläre Enzyme, z. B. Chymotrypsin, spaltbar
sein. Eine solche Sequenz B' ist z. B.
Die Sollbruchstellestelle ist durch ⇑ gekennzeichnet. Diese Sequenz würde eine
Spacerlänge von etwa 6.5 Å abdecken und den polyvalenten Anschluß eines aus
dem Konstrukt (I) und einem eingeschlossenen Wirkstoff gebildeten Komplexes an
ein Biotin-Avidin-System ermöglichen. 6-biotinyliertes β-Cyclodextrin ist bekannt [3].
Jede weitere Amidbindung würde den Spacer um etwa 2.7 Å verlängern, jede
zusätzliche -CH2- gruppe um 1.5 Å.
Für Gastmoleküle mit größerem Van der Waals-Abstand können daher weitere
Aminosäuren oder -CH2-Gruppen(am CD) in die Sequenz aufgenommen werden. So
bietet sich für den Abstand 8.5-9.0 Å folgende Sequenz an:
Für geringere Längenvariationen bietet sich die Verlängerung der propyl-Gruppe zur
butyl-Gruppe an [lia].
Für noch größere Gastmoleküle ergibt sich die Möglichkeit der mehrfachen
Biotinylierung im Spacer, z. B.
und damit der polyphasischen Akkumulation von Wirkstoff-CD-Dimer-Komplexen
etwa mit Paclitaxel als Gastmolekül, wie wir bereits in der Patentschrift [1] dargelegt
haben. Dabei wird die Position der Lys(biotinyl)-Reste variabel sein, und eskann N
seitig oder C-seitig oder beiderseits von der Sollbruchstelle positioniert werden.
Insofern ist die Sequenz
der Sequenz (3) wahrscheinlich gleichwertig oder sogar pysiologisch überlegen.
Als Kontrollen für in vitro-Versuche können dienen:
(II') CD-Tyr-Pro-Lys(biotinyl)-aminopropylamid-CD (nicht spaltbar) und
(II") CD-Tyr-Pro-Lys-aminopropyl-CD (nicht bindend, nicht spaltbar)
Alle beschriebenen Peptidstrukturen werden partiell nur in Proteinen mit Mr ∼ 105
Dalton gefunden (EMBL Peptid-Datenbank), sind aber als solche derart
ungewöhnlich, daß sie bei der Aufnahme in die Zelle über rezeptoraktivierte
Endocytose als das Konstrukt mAB-b/Av/b-Komplex sofort durch das Ubiquitinsystem
erkannt und den Proteasomen zur Aufspaltung überlassen werden, wobei die
chymotryptische Aktivität dieser Enzymkomplexe zur Wirkung kommt und den Di-CD-
Gast-Komplex an der Sollbruchstelle spaltet., woraus die Affinitätsminderung zum
Gastmolekül folgt.
Das Peptid wird entsprechend der literaturbekannten Fmoc-Procedur [8] synthetisiert.
Für die Sequenz (III) wird bevorzugt zunächst Fmoc-Lys(Boc)-OH an einem Wang-
Harz nach Aktivierung mit Diisopropylcarbodiimid angebracht, dann die Fmoc-
Gruppe mit Dimethylformamid(DMF)/Piperidin abgespalten und nach Waschung mit
der Sequenz DMF-Dichloromethan-Ethanol-isoPropanol die jeweils folgende
Aminosäure als Fmoc-Lys(Boc)-OH, Fmoc-Asp (OtBut)-OH (alternativ: Fmoc-Pro-
OH), Fmoc-Tyr(OtBut)-OH, Fmoc-β-Ala-OH angefügt und das gebildete N
geschützte Peptid schließlich vom Harz mit Trifluoressigsäure abgespalten. Nach
weiterer Reinigung des Peptids wird mit Biotin-hydroxysuccinimid oder Biotin
imidazolid (Überschuß !) in DMF oder verd. Ethanol biotinyliert und präparativ
dünnschichtchromatographisch (Essigsäure-Aceton-Methanol-Benzol 5 : 5 : 20 : 70 an
Kieselgel 60) isoliert. Lokalisation mit UV direkt, zusätzlich mit
Dimethylaminozimtaldehyd (DMAZA) oder Ninhydrin im Abklatsch. MALDI.
Dieses Verfahren ist, im Prinzip unmodifiziert, auf alle genannten Peptidsequenzen
anwendbar.
1 mg Peptid wird einer Serumprobe (1-5 ml) für 8 Stunden zugesetzt. Das Protein
der Probe wird durch Zusatz von Trichloressigsäure bzw. Perchlorsäure gefällt, der
Überstand nach Zentrifugation mit Ether extrahiert bzw. mit KOH präzipitiert und
eingeengt. Hieraus wird das Peptid durch HPTLC isoliert und durch die Laufstrecke
in dem Lösungsmittelsystem Butanol-Eisessig-Wasser 2 : 1 : 1 (Kieselgel 60) oder
durch MALDI identifiziert..Bevorzugt werden bis zu 20 Serumproben
unterschiedlicher Spender in die Prüfung eingeschlossen. Diese Prüfung ist
individuell für jeden späteren Patienten durchzuführen.
Das Peptid wird nach Freilegung des N-Terminus durch Piperidinolyse mit
Diisopropylcarbodiimid oder EDAC voraktiviert und mit 1,1 MolEq Überschuß an (2)-
Aminopropylamido-Cyclodextrin über Nacht und danach unter Zusatz von 1 MolEq
Ethyldiisopropylamid abreagiert. Weiter wird 1,1 MolEq (2)-Tosyl-Cyclodextrin
zugesetzt, das mit der zuvor freigesetzten terminalen NH2-Gruppe abreagiert.
Reinigung chromatograpisch. Nachweis im Abklatsch mit Ninhydrin, DMAZA. MALDI.
10 µM des Dimeren aus (3) werden mit 10 µM Paclitaxel in Dimethylsulfoxid (DMSO)
(Stammlösung: 1-10 mM) versetzt und über Nacht bei 50°C belassen. Überprüfung
der Monomerisierung von Paclitaxel mit Fluoreszenzspektrographie (Ex 277/Em 318 nm).
Prüfung des Einflusses auf die zelluläre Mitoseaktivität wie in [1]. Dies
Verfahren kann bei kürzeren Peptidspacern auch auf cytostatische Antibiotica
Anwendung finden. Das Verfahren ist analog.
Die Einschlußkomplexe aus Beispiel (4) werden je nach Wirksamkeit der
Gastmoleküle auf 10-40 nM mit einer gängigen Infusionslösung oder einem
Zellkulturmedium verdünnt (dies entspricht der Verdünnung des Begleitstoffes DMSO
um den Faktor 1 : 105- 1 : 106; Cyclodextrin wird entsprechend ebenfalls auf 10-40 nM
verdünnt: dies ist bei einer Infusion von 2 l ein Faktor der therapeutischen Breite von
1 : 1000 bis 1 : 125 der für den Menschen verträglichen täglichen Dosis [4]. Hierdurch
wird die Lösung pharmakologisch unbedenklich.
Von der Lösung nach Beispiel (5) werden dem Patienten maximal 2 l per die durch
langsame Dauerinfusion i. v verabreicht. Vorher ist eine Konditionierung des
Patienten erforderlich, die nach Stand der Technik zu erreichen ist
(a) durch Infusion eines tumorspezifischen oder Neovaskularisation-spezifischen
humanisierten biotinylierten monoklonalen Antikörpers [zum Verfahren s.[5, 6,
7] oder
(b) eines Antikörper-Chymotrypsin-Konjugats;
Im Falle (a) nach Elimination des größten Teils überschüssigen Antikörpers: Infusion
von NeutrAvidin in höchstens 1 µM Konzentration. Nach Elimination überschüssiger
Komponenten der Konditionierung folgt dann in beiden und allen weiteren möglichen
denkbaren Fällen die Infusion der Lösung nach (5).
Claims (7)
1. Cyclodextrin-Oligomeren mit funktionellen Peptiden als Spacer.
2. Peptid als Spacermolekül eines Cyclodextrin-Oligomers, das für Zwecke des
inerten Substanztransports durch die Blutbahn von Mensch und Tier eigens
zubereitet wurde.
3. Peptid nach (1) und/oder (2) mit einer Sollbruchstelle für ein nicht im Blut,
sondern nur in Gewebezellen vorhandenes menschliches Enzym.
4. Peptid nach (1),(2) und (3) mit der für Chymotrypsin benötigten Sequenz -N-Tyr-
Asp-O-.als Funktionssequenz.
5. Spacermolekül nach Anspruch (1) bis (4), das zusätzlich Lys(biotinyl) = Biocytin
für die Ankopplung an ein Avidin-Biotin-System enthält.
6. Spacermoleküle mit mehr als einem Lys(biotinyl)rest in adjacent oder spacered
Konfiguration mit der Möglichkeit, Aggregationskomplexe zu bilden.
7. Verwendung von Substanzen nach Anspruch (1) bis (6), die für die Therapie von
Tumorerkrankungen bei Mensch und Tier in pharmazeutischen Bereitungen
enthalten sind.
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