DE69725862T2

DE69725862T2 - Auf polymeren mit hohem molekulargewicht basierende medikamentvorstufen

Info

Publication number: DE69725862T2
Application number: DE69725862T
Authority: DE
Inventors: B. Richard GREENWALD; Annapurna Pendri; Hong Zhao
Original assignee: Enzon Inc
Current assignee: Enzon Pharmaceuticals Inc
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: PT923566E; DE69725862D1; EP0923566A1; JP2010100628A; ATE253060T1; CA2263409A1; WO1998007713A1; EP0923566B1; JP5008783B2; DK0923566T3; AU730244B2; JP2000517304A; SI0923566T1; NZ334283A; ES2210564T3; US5840900A; CA2263409C; EP0923566A4; AU4079497A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft wasserlösliche Prodrugs. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung von relativ hochmolekularen Nichtantigen-Polymeren zur Herstellung von Prodrugs.
Hintergrund der Erfindung
Über die Jahre wurden verschiedene Verfahren für eine Verabreichung biologisch wirksamer Materialien an Säugetiere vorgeschlagen. Viele Medikamente sind als wasserlösliche Salze erhältlich und können relativ einfach in pharmazeutische Formulierungen eingeschlossen werden. Probleme ergeben sich dann, wenn das gewünschte Medikament entweder in wässrigen Flüssigkeiten unlöslich ist oder in vivo schnell abgebaut wird. Alkaloide sind häufig besonders schwierig löslich zu machen.
Es wurden z. B. verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die Probleme zu überwinden, die mit der Verabreichung von Paclitaxel (auch bekannt als Taxol^®, Bristol-Myers Squibb Co. NY, NY) assoziiert sind, das in Wasser unlöslich ist. Zur Zeit wird Paclitaxel in einer physikalischen Mischung mit einem nicht-wässrigen Vehikel, Cremophor-EL, verabreicht. Diese Formulierung weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Überempfindlichkeitsreaktionen wurden mit dem Vehikel assoziiert und eine intravenöse Verabreichung des Mittels mit diesem Vehikel ist ebenfalls langsam und führt für den Patienten zu Unbehagen.
Es wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die Wasser-Löslichkeit von Paclitaxel zu verbessern. Siehe z. B. PCT WO 93/24476, US-Patent Nr. 5,362,831 und Nicolaou, et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. (1999) 33, Nr. 15/16, S. 1583–1587. Die Herstellung wasserlöslicher Prodrug-Versionen wurde ebenfalls untersucht.
Prodrugs beinhalten chemische Derivate einer biologisch aktiven Elternverbindung, die bei Verabreichung schließlich die aktive Elternverbindung in vivo freisetzen wird. Die Verwendung von Prodrugs ermöglicht dem Fachmann den Beginn und/oder die Dauer der Wirkung in vivo zu modifizieren. Zusätzlich kann die Verwendung von Prodrugs den Transport, die Verteilung oder die Löslichkeit eines Arzneimittels im Körper modifizieren. Weiterhin können Prodrugs die Toxizität reduzieren und/oder auf andere Weise Schwierigkeiten überwinden, die angetroffen werden, wenn pharmazeutische Präparationen verabreicht werden.
Ein typisches Beispiel bei der Herstellung von Prodrugs kann die Umwandlung von Alkoholen oder Thioalkoholen in entweder organische Phosphate oder Ester involvieren. Remington's Pharmaceutical Sciences, 16. Auflage, A. Osol, Herausg. (1980), dessen Offenbarung durch Inbezugnahme eingeschlossen ist.
Prodrugs sind häufig biologisch inert oder im wesentlichen inaktive Formen der Eltern- oder aktiven Verbindung. Die Freisetzungsrate des aktiven Arzneimittels wird durch verschiedene Faktoren, einschließlich der Hydrolyserate des umgewandelten Esters oder anderen Funktionalitäten beeinflusst.
Kürzlich wurden Polyethylenglykol (PEG) und verwandte Polyalkylenoxide (PAO's) als mögliche Hilfsmittel für die Herstellung von Paclitaxel-Prodrugs vorgeschlagen. Siehe z. B. PCT WO 93/24476, supra. PEG wurde auch an Proteine, Peptide und Enzyme konjugiert, um die wässrige Löslichkeit und die Zirkulationslebensdauer in vivo zu erhöhen als auch die Antigenität zu reduzieren. Siehe z. B. US-Patent Nr. 5,298,643 und 5,321,095, beide für Greenwald et al. Diese letzteren beiden Referenzen offenbaren inter alia biologisch aktive Konjugate mit im wesentlichen Hydrolyse-resistenten Bindungen (Verbindungen) zwischen einem Polyalkylenoxid und einem Zielbestandteil. Auf diese Weise werden eher langhaltende Konjugate anstelle von Prodrugs per se hergestellt. In den meisten Situationen betrug das durchschnittliche Molekulargewicht des in dem Konjugat enthaltenen Polymers vorzugsweise ungefähr 5.000 Dalton.
PCT WO 93/24476 offenbart die Verwendung einer Esterbindung zur kovalenten Bindung von Paclitaxel an wasserlösliche Polyethylenglykole und die Bereitstellung einer Prodrug. Die Anmelder haben jedoch festgestellt, dass die darin beschriebenen Esterbindungen eine T_1/2 für die Hydrolyse von mehr als vier Tagen in wässrigen Umgebungen bereitstellen. Daher ist ein Großteil des Konjugats vor der Hydrolyse in vivo eliminiert. Es wäre vorzuziehen, eine Esterbindung bereitzustellen, die eine schnellere Hydrolyse der Polymer-Arzneimittelbindung in vivo ermöglicht, damit die Arzneimittelverbindung schneller erzeugt werden kann.
Es wurde ebenfalls überraschend festgestellt, dass, wenn nur ein oder zwei Polymere mit weniger als 10.000 als Molekulargewicht an Alkaloide und/ oder organische Verbindungen konjugiert werden, die resultierenden Konjugate in vivo schnell eliminiert werden. Tatsächlich werden solche Konjugate schnell vom Körper entfernt, so schnell, dass selbst wenn eine einer Hydrolyse zugängliche Esterbindung verwendet wird, nicht ausreichende Elternmoleküle in vivo erzeugt werden, um es nützlich zu machen, dass PAO-Arzneimittelkonjugate als Prodrug herzustellen.
Ohya et al., J. Bioactive and Compatible Polymers, Ausgabe 10. Januar 1995, 51–66 offenbaren Doxorubicin-PEG-Konjugate, die durch Bindung der beiden Substituenten über verschiedene Bindungen einschließlich Estern hergestellt werden. Das Molekulargewicht des verwendeten PEGs beträgt jedoch ungefähr nur 5.000. Auf diese Weise würden die tatsächlichen in vivo-Vorteile nicht realisiert werden, da die Konjugate im wesentlichen vor einer ausreichenden Hydrolyse der Bindung zur Erzeugung der Elternmoleküle ausgeschieden werden würden.
Yamaoka et al., J. Pharmaceutical Sciences, Band 83, Nr. 4, April 1994, S. 601–606 offenbaren, dass die Halbwertszeit von nicht-modifizierten PEGs im Kreislauf von Mäusen nach der IV-Verabreichung von 18 Minuten auf einen Tag anstieg, wenn das Molekulargewicht von 6.000 auf 190.000 angehoben wurde. Yamaoka et al. haben jedoch nicht die Wirkung in Betracht gezogen, die die Bindung des Polymers an ein Arzneimittel auf das Arzneimittel haben würde. Außerdem haben Yamaoka et al. auch nicht in Betracht gezogen, dass wässrige Lösungen von hochmolekularen Polymeren sehr viskos sind und daher schwierig durch Vorrichtungen mit enger Bohrung auszugeben sind, die für die Verabreichung pharmazeutischer Präparationen verwendet werden.
Das US-Patent Nr. 4,943,579 offenbart die Verwendung von bestimmten Aminosäureestern in ihren Salzformen als wasserlösliche Prodrugs. Die Referenz offenbart jedoch nicht die Verwendung der Aminosäuren als Teil einer Bindung, die relativ hochmolekulare Polymere anbinden würde, um Prodrugs zu bilden. Wie durch die in Tabelle 2 des '579-Patents bereitgestellten Daten belegt, ist die Hydrolyse schnell. Bei physiologischem pH wird die unlösliche Base schnell nach Injektion erzeugt, bindet an Proteine und wird schnell aus dem Körper eliminiert, bevor eine therapeutische Wirkung erreicht werden kann.
Die WO 96/23794 offenbart auf Polymer basierende Prodrugs, umfassend einen hochmolekularen Polyalkylenoxidbestandteil (mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 80.000) und ein oder zwei Arzneimittelbestandteile, gekoppelt an den Polymerteil durch einen esterhaltigen Linker, der von der Aminosäure Glycin abgeleitet sein kann.
WO 95/11020 offenbart 2'- und/oder 7-substituierte Taxoide, wobei der Substituent ein Polyalkylenglykol ist, gekoppelt an das Taxoid durch einen carbonat- oder esterhaltigen Linker, der von der Aminosäure Glycin abgeleitet sein kann.
Zusammengefasst waren verschiedene Prodrugs, basierend auf Konjugaten einer Elternarzneimittelverbindung und eines wasserlöslichen Polymers aus verschiedenen Gründen, einschließlich einer zu langsamen Hydrolyse des Polymers von dem Elternarzneimittel und einer zu schnellen Clearance der Prodrugs aus dem Körper nicht erfolgreich. Zusätzlich wurden Verbesserungen bei Prodrugs, basierend auf einfachen Aminosäureestern, gesucht, um die schnelle Regeneration der Elternverbindung bei physiologischem pH zu überwinden.
Die vorliegende Erfindung richtet sich an die oben beschriebenen Nachteile.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt stellt die Erfindung eine Prodrug-Verbindung mit der Formel (I) oder (II) bereit: D-O-CO-CH(R¹)-NH-R² (I) [D-O-CO-CH(R¹)-NH-]₂R³ (II)worin
D der Rest eines Arzneimittels mit einer esterbildenden Hydroxygruppe ist,
R² und R³ Reste eines wasserlöslichen Polyalkylenoxids oder aktivierten Polyalkylenoxids mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 80.000 sind und
der Anteil -CO-CH(R¹)-NH- der Rest einer (l)-Aminosäure, einer (d)-Aminosäure oder einer Mischung einer (l)- und einer (d)-Aminosäure ist.
Wie durch die Formeln (I) und (II) belegt, werden auf Polymer basierende Mono- und Bis-Prodrugs in die Betrachtung einbezogen.
Die Prodrugs beinhalten vorzugsweise ein wasserlösliches Polyalkylenoxidpolymer als R² oder R³. Noch bevorzugter ist das Polymer ein Polyethylenglykol und weist ein Molekulargewicht von mindestens ungefähr 20.000 auf.
Bei bestimmten bevorzugten Aspekten der Erfindung ist die Arzneimittelverbindung (hier bezeichnet als D), angehaftet an das Polymer, ein Taxan, wie z. B. Paclitaxel oder Taxoter. In anderen Aspekten der Erfindung ist die Arzneimittelverbindung Camptothecin, Etoposid, cis-Platinderivate, erhaltend OH-Gruppen, Floxuridin oder Podophyllotoxin. In weiteren Ausfüh rungsformen werden andere oncolytische Mittel, nicht-oncolytische Mittel, wie antientzündliche Mittel, einschließlich Steroidverbindungen, wie auch therapeutische niedermolekulare Peptide, wie Insulin, in die Betrachtung mit einbezogen.
Einer der Hauptvorteile der Verbindungen der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Prodrugs eine geeignete Balance zwischen der Rate der Hydrolyse von Eltern-Arzneimittel-Polymerbindung und der Rate der Clearance der Prodrugs aus dem Körper erreichen. Die Bindung zwischen dem Polymer und der Elternverbindung (hier auch bezeichnet als biologisch aktives Nucleophil), hydrolysiert mit einer Rate, die es ermöglicht, dass eine ausreichende Menge des Eltern-Moleküls in vivo freigesetzt werden kann, vor der Clearance der Prodrugs aus dem Plasma oder Körper.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen, die Prodrugverbindung eine racemische Mischung des Linkerbereichs beinhaltet, der das biologisch aktive Material, gebunden an hochmolekulare Polymere, unter Verwendung von sowohl (d)- als auch (l)-Formen der Prodrugbindung verbindet, beinhaltet. Diese einzigartige Mischung ermöglicht dem Fachmann einen neuen Prodrug-Komplex zu entwerfen mit verzögerten Freisetzungseigenschaften, worin eine anfänglich relativ schnelle Freisetzung des Arzneimittels aus der Prodrug-Form, aufgrund der relativ schnellen enzymatischen Spaltung der (l)-Formen des Aminosäurelinkerbereichs, gefolgt von einer relativ langsamen Freisetzung des Arzneimittels aus dem Prodrug als Ergebnis der Hydrolyse der (d)-Form des Aminosäurelinkerbereichs erreicht wird. Alternativ können die (d)- und (l)-Formen der Aminosäure separat verwendet werden, um die einzigartigen Hydrolyseeigenschaften von jedem Isomer zu verwenden, d. h. (l) – relativ schnell, (d) – langsamere Hydrolyse. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung sind auch so aufgebaut, dass Polymere mit einem geeigneten Molekulargewicht beinhaltet sein können, um sicherzustellen, dass die Zirkulationszeit der Prodrugs ausreichend ist, damit eine notwendige Hydrolysemenge (und auf diese Weise eine Regeneration von therapeutischen Mengen des Arzneimittels in vivo) vor Elimination des Arzneimittels erreicht werden kann. Anders ausgedrückt, sind die Verbindungen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so aufgebaut, dass die Zirkulationshalbwertszeit T_1/2 größer ist als die Hydrolyse T_1/2.
Verfahren zur Herstellung und Verwendung der Verbindungen, wie hier beschrieben, werden ebenfalls bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 sind schematische Darstellungen der in Obereinstimmung mit Beispielen 1 bis 8 durchgeführten Reaktionen.
3 ist eine schematische Darstellung der Reaktion, die gemäß Beispiel 9 durchgeführt wird.
4 ist eine schematische Darstellung der Reaktion, die gemäß Beispiel 10 durchgeführt wird.
5 ist eine schematische Darstellung der Reaktionen, die gemäß Beispiel 9b und 9c durchgeführt werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
A. Die Prodrugs
In der Erfindung enthalten die Prodrug-Verbindungen der vorliegenden Erfindung hydrolysierbare Bindungen zwischen dem Polymerteil und einem biologisch aktiven Bestandteil, abgeleitet von einem biologisch aktiven Bestandteil oder Nucleophil, d. h. nativem oder nicht-modifiziertem Arzneimittel. Diese Bindungen sind Esterbindungen, so ausgebildet, dass sie mit einer Rate hydrolysieren, die ausreichende Mengen der biologisch aktiven Eltern-Verbindung in einer geeigneten Zeitspanne freisetzt, so dass therapeutische Niveaus der Eltern-therapeutischen-Bestandteile oder des Bestandteils vor Exkretion aus oder Inaktivierung durch den Körper bereitgestellt werden. Die Bezeichnung "ausreichende Mengen" im Sinne der vorliegenden Erfindung soll Mengen bedeuten, die eine therapeutische Wirkung bereitstellen, wie eine solche Wirkung vom Fachmann verstanden wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Prodrug-Verbindung der Erfindung die folgende Formel auf: D-O-CO-CH(R¹)-NH-R² (I)worin
D ein Rest eines Arzneimittels mit einer esterbildenden Hydroxygruppe ist,
R² ein Rest eines wasserlöslichen Polyalkylenoxids oder eines aktivierten Polyalkylenoxids mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 80.000 ist und
der Anteil -CO-CH(R¹)-NH- der Rest einer (l)-Aminosäure, einer (d)-Aminosäure oder einer Mischung aus einer (l)- und (d)-Aminosäure ist.
Vorzugsweise ist der Polymerteil, hier als R² bezeichnet, weiter mit einem terminalen Kappenanteil (Z) substituiert, der sich distal zu der primären Bindung, die D an das Polymer bindet, befindet. Eine nicht begrenzende Liste von geeigneten Kappengruppen beinhaltet OH, C_1-4-Alkylbestandteile und biologisch aktive und inaktive Bestandteile.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Prodrug-Verbindung der Erfindung die folgende Formel auf: [D-O-CO-CH(R¹)-NH-]₂R³ (II)worin
D ein Rest eines Arzneimittels mit einer esterbildenden Hydroxygruppe ist,
R³ ein Rest eines wasserlöslichen Polyalkylenoxids oder eines aktivierten Polyalkylenoxids mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 80.000 ist und
der Anteil -CO-CH(R¹)-NH- der Rest einer (l)-Aminosäure, einer (d)-Aminosäure oder einer Mischung aus einer (l)- und (d)-Aminosäure ist.
In bevorzugten Aspekten der Erfindung beinhaltet die Bindung, die D an das Polymer anhaftet, einen Aminosäureesterspacer, wie z. B. Alanin oder Phenylalanin.
B. Die Prodrugbindung
1. Der Aminosäureteil des Linkers
Wie oben in Sektion A erwähnt, beinhaltet ein Aspekt der Erfindung die Verwendung eines Aminosäureesterspacers, wie z. B. Alanin, in der Bindung, die das Polymer R₂ an den biologisch aktiven Bestandteil D anhaftet. Dieser Bereich der Bindung kann an den D-Teil direkt, wie dargestellt in 1, unter Verwendung von t-Boc-l (oder d oder racemischem)-Alanin oder durch Umwandlung einer PEG-Säure oder -Disäure mit dem l- oder d-Alanin-t-butylester, wie z. B. in 2 dargestellt, angehaftet werden.
2. Hydrolyse und Regeneration des Eltern-Arzneimittels
Die Prodrug-Verbindungen der vorliegenden Erfindung sind so aufgebaut, dass im Plasma die T_1/2-Halbwertszeit größer ist als die T_1/2-Hydrolyse, die wiederum größer ist als T_1/2 für die Eliminierung, d. h. T1/2-Zirkulation > T1/2-Hydrolyse > T1/2-Eliminierung
Im Stand der Technik gibt es verschiedene Nachteile, assoziiert mit dem Ansatz, auf Polymer basierende Prodrugs bereitzustellen. Zum Beispiel ist in einigen Fällen das Molekulargewicht des Polymers unzureichend, d. h. 10.000 Dalton oder weniger, unabhängig von der verwendeten Bindung, um das Eltern-Arzneimittel an das Polymer anzuhaften. In anderen Fällen wurde ein Polymer mit ausreichendem Molekulargewicht vorgeschlagen, jedoch war die Bindung nicht so aufgebaut, dass eine ausreichende in vivo-Hydrolyse und Freisetzung des Eltern-Moleküls ermöglicht wurde. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung überwinden diese Nachteile durch Einschluss von nicht nur Polymeren mit ausreichendem Gewicht, sondern auch Bindungen, die den oben diskutierten Kriterien entsprechen.
Wie in der oben diskutierten Ausführungsform bevorzugt, weisen die auf Ester basierenden Bindungen, enthalten in den Verbindungen, eine T_1/2-Hydrolyse im Plasma des zu behandelnden Säugers auf, die ausreichend lang ist, damit die Eltern-Verbindungen vor ihrer Eliminierung freigesetzt werden können. Einige bevorzugte Verbindungen der vorliegenden Erfindung weisen eine Plasma T_1/2-Hydrolyserate im Bereich von ungefähr 30 min bis ungefähr 12 h auf. Vorzugsweise weisen die Verbindungen eine Plasma T_1/2-Hydrolyse im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 8 h und noch bevorzugter ungefähr 2,5 bis ungefähr 5,5 h auf. Die Verbindungen stellen so einen deutlichen Vorteil gegenüber den schnell-hydrolysierten Prodrugs des Standes der Technik dar, wie z. B. denjenigen, die im US-Patent Nr. 9,943,579 beschrieben werden, die alle bei 45 min oder weniger liegen und von begrenztem praktischem Wert sind. Es scheint, dass die Eltern-Verbindungen schnell in vivo regeneriert werden und schnell aus der Zirkulation eliminiert werden. Während die Anmelder nicht an diese Theorie gebunden sein wollen, wird angenommen, dass bei denjenigen Aspekten der Erfindung, bei denen Prodrugs gebildet werden, die Regeneration von ausreichenden Mengen der Eltern-Verbindung während der Zeit, während der die Prodrugs in der Zirkulation verbleiben, der Schlüssel zur Bereitstellung einer effektiven Prodrug-Verbindung ist.
C. Im wesentlichen nicht-antigene Polymere
Die Prodrug-Verbindungen der vorliegenden Erfindung beinhalten ein wasserlösliches Polyalkylenoxid, wie z. B. Polyethylenglykole, die ebenfalls vorzugsweise im wesentlichen nicht-antigen sind.
Es wird verstanden werden, dass das wasserlösliche Polyalkylenoxid für die Anbindung an die alpha-Aminogruppe des Aminosäurelinkers funktionalisiert sein wird.
Insbesondere werden Polyethylenglykole (PEGs) monoaktivierte, C_1-4-Alkyl-terminierte PAOs, wie z. B. Mono-methyl-terminierte Polyethylenglykole (mPEGs), bevorzugt, wenn monosubstituierte Polymere gewünscht werden; Bisaktivierte Polyethylenoxide werden bevorzugt, wenn disubstituierte Prodrugs gewünscht sind. Um die gewünschte hydrolysierbare Verbindung bereitzustellen, werden Mono- oder Disäure-aktivierte Polymere, wie z. B. PEG-Säuren oder PEG-Disäuren verwendet. Geeignete PAO-Säuren können durch Umwandlung von PEG-OH zu einem Ethylester synthetisiert werden. Siehe auch H. Gehrhardt et al, Polymer Bulletin 18: 487 (1987) und F. M. Veronese et al., J. Controlled Release 10; 145 (1989). Alternativ kann die PAO-Säure durch Umwandlung von mPEG-OH in einen t-Butylester synthetisiert werden. Siehe z. B. die allgemein zugeordnete US-Patentanmeldung SN 08/440,732, eingereicht am 15. Mai 1995. Die Offenbarungen von allen vorstehenden Zitaten sind hier durch Inbezugnahme eingeschlossen.
Obwohl die PAOs und PEGs im wesentlichen in ihrem Molekulargewicht variieren können, werden Polymere mit Molekulargewichtsbereichen von mindestens 20.000 bevorzugt. Polymere im Bereich von ungefähr 20.000 bis ungefähr 80.000 werden für die Zwecke der vorliegenden Erfindung gewählt. Molekulargewichte von ungefähr 25.000 bis ungefähr 45.000 werden bevorzugt und 30.000 bis ungefähr 42.000 werden besonders bevorzugt. Das für den Einschluss in die Prodrugs gewählte Molekulargewicht des Polymers muss ausreichend sein, um eine ausreichende Zirkulation der Prodrugs während der Hydrolyse des Linkers bereitzustellen.
Die hier beinhalteten polymeren Substanzen sind vorzugsweise wasserlöslich bei Raumtemperatur. Eine nicht begrenzende Liste solcher Polymere beinhaltet Polyalkylenoxid-Homopolymere, wie z. B. Polyethylenglykol (PEG) oder Polypropylenglykole, polyoxyethylenierte Polyole, Copolymere davon und Blockcopolymere davon, vorausgesetzt, dass die Wasserlöslichkeit der Blockcopolymere erhalten bleibt.
Wie oben erwähnt, beinhalten die Prodrugs der vorliegenden Erfindung ein oder zwei Äquivalente des Arzneimittels pro Äquivalent Polymer. Als solche können bevorzugte Polymere funktionalisiert werden, um Bis-Prodrugs zu bilden, wenn sie mit einer ausreichenden Menge einer Eltern-Verbindung umgesetzt werden.
Obwohl die Prodrugs der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von allen im wesentlichen nicht-antigenen Polymeren, wie hier beschrieben, gebildet werden können, werden die folgenden Polyalkylenoxid-Derivate, d. h. PEG-Säuren und PEG-Disäuren, besonders zur Verwendung der Bildung der Prodrugs bevorzugt.
Es wird aus dem Vorstehenden klar, dass andere Polyalkylenoxid-Derivate der vorstehenden, wie z. B. die Polypropylenglykolsäuren, POG-Säuren, usw., wie auch andere bifunktionelle Bindungsgruppen, in die Betrachtung mit einbezogen werden.
D. Prodrug-Kandidaten
1. Taxane und Taxan-Derivate
Eine Verbindungsklasse, beinhaltet in den Prodrug-Verbindungen der vorliegenden Erfindung, sind die Taxane. Für die vorliegende Erfindung be inhaltet die Bezeichnung "Taxan" alle Verbindungen in der Taxanfamilie der Terpene. So liegen Taxol (Paclitaxel), 3'-substituierte tert-Butoxycarbonylamin-Derivate (Taxotere) und ähnliche, wie auch andere Analoge, erhältlich z. B. von Sigma Chemical, St. Louis, Missouri, im Umfang der vorliegenden Erfindung. Beispielhafte Taxane sind unten dargestellt.
Diese Verbindungen haben sich als wirksame Antikrebsmittel erwiesen. Vielzählige Studien zeigen, dass die Mittel eine Aktivität gegen mehrere maligne Formen aufweisen. Zum jetzigen Zeitpunkt war ihre Verwendung jedoch begrenzt, u. a. durch ihre kurze Zufuhr, schlechte Wasserlöslichkeit und Überempfindlichkeiten. Es wird verstanden werden, dass andere Taxane, einschließlich den in den US-Patenten Nr. 5,622,986 und 5,547,981 offenbarten 7-Arylcarbamaten und 7-Carbazaten, ebenfalls in den Prodrugs der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden können. Der Inhalt der vorstehenden US-Patente ist hier durch Inbezugnahme eingeschlossen.
Obwohl die Beispiele inter alia Paclitaxel für illustrative Zwecke beschreiben, wird verstanden, dass die hier beschriebenen Verfahren für alle Taxane und verwandte Moleküle geeignet sind. Die einzige Begrenzung für diese Vorstellung ist, dass die gewählten Taxane in der Lage sein müssen, 2'-Positionsmodifikationen, wie hier beschrieben, zu durchlaufen. Paclitaxel ist jedoch das bevorzugte Taxan.
Die Synthese der auf Taxan basierenden Prodrugs der Erfindung wird unten in Sektion E und in den Beispielen dargestellt. Im allgemeinen wird jedoch ein Taxan, dessen 2'-Position für die Substitution zur Verfügung steht, mit einem in geeigneter Weise aktivierten Polymer, wie z. B. PEG-Säure, unter ausreichenden Bedingungen umgesetzt, um die Bildung einer 2'-Esterbindung zwischen den beiden Substituenten zu bewirken. Der korrespondierende Diester kann durch Umsetzung von mindestens zwei Äquivalenten Taxan pro Polymerdisäure hergestellt werden. Selbst wenn zwei Äquivalente Taxan mit der Polymerdisäure umgesetzt werden, kann das resultierende Kon jugat geringere Mengen (d. h. bis zu 25%) pro Gewicht einer Monoesterart, enthaltend einen Acylharnstoff oder eine Carbonsäure, distal zu der Polymer-Taxanbindung im Hinblick auf das Polymer enthalten. Diese Zusammensetzungen können auch eine biologische Wirkung bereitstellen. Es wird bevorzugt, dass die Polymersäure ein Molekulargewicht von mindestens ungefähr 20.000 aufweist. Siehe 3 als illustratives Beispiel.
2. Camptothecin und verwandte Topoisomerase I-Inhibitoren
Camptothecin ist ein wasserunlösliches cytotoxisches Alkaloid, erzeugt durch Camptoteca accuminata-Bäume, die in China beheimatet sind und Nothapodytes foetida-Bäume, die in Indien beheimatet sind. Camptothecin und verwandte Verbindungen und Analoge sind auch als potentielle Antikrebs- oder Antitumormittel bekannt und es wurde gezeigt, dass sie diese Aktivitäten in vitro und in vivo ausüben. Camptothecin und verwandte Verbindungen sind ebenfalls Kandidaten für eine Umwandlung zu den Prodrugs der vorliegenden Erfindung. Siehe z. B. US-Patent Nr. 5,004,758 und Hawkins, Oncology, Dezember 1992, S. 17–23. Camptothecin und verwandte Analoge weisen die folgende Struktur auf:
Zusätzliche Camptothecinanaloge beinhalten diejenigen, über die in der Literatur berichtet wird, einschließlich 10-Hydroxycamptothecine, 11-Hydroxycamptothecine und/oder 10,11-Dihydroxycamptothecine, 7- und/oder 9-Alkyl, substituierte Alkyl, Cycloalkyl, Alkoxy, Alkenyl, Aminoalkyl, etc. Camptothecine, A-Ring-substituierte Camptothecine wie z. B. 10,11-Alkylen dioxycamptothecine, wie z. B. die im US-Patent Nr. 5,646,159 offenbarten, dessen Inhalt hier durch Inbezugnahme eingeschlossen ist, usw.
Die Bildung von Monoestercamptothecin-Prodrugs kann durch Umsetzung von ein oder mehr Äquivalenten eines in geeigneter Weise (Säure)-aktivierten Polymers mit einem Äquivalent des Camptothecin-Derivats unter ausreichenden Bedingungen bewirkt werden, um das 20-OH zu Ester-gebundenen, auf Polymer-basierenden Prodrugs umzuwandeln. Camptothecindiester werden ähnlich durch Umsetzung von mindestens ungefähr 2 und vorzugsweise mehr Äquivalenten des Camptothecins mit einer in geeigneter Weise hergestellten PAO-Disäure hergestellt. Details im Hinblick auf die Reaktionsschemata und Bedingungen werden in Sektion E unten, 1 und in den Beispielen dargestellt.
Zusätzlich zu den vorstehenden Camptothecinanalogen wurde festgestellt, dass neue 20(S)Camptothecin-Mono-PEG-ester-Verbindungen gebildet werden können, wenn ein Disäure-PEG mit bestimmten Carbodiimidkondensationsmitteln mit der geeigneten Stöchiometrie verwendet wird. Zum Beispiel wird der alpha-Terminus des Polymers zu einem Camptothecin-PEG-ester umgewandelt, und der omega-Terminus der PEG-Disäure wird von der Säure zu einem Acyldialkylharnstoff umgewandelt, abhängig von dem Dialkylcarbodiimid, das verwendet wird, um die Konjugation zu bewirken. Diese Derivate zeigen eine Antitumoraktivität in vivo und bei NMR-Überprüfung wurde eine Quervernetzung als vernachlässigbar aufgefunden. Bei den meisten bevorzugten Aspekten werden jedoch Bis-Prodrug-Camptothecinverbindungen durch Verbindung jeweils der alpha- und omega-Termini des Polymers an die 20S-Stellung des Camptothecins bevorzugt, wenn ein Carbodiimid als Kondensationsmittel verwendet wird. Bei alternativen Aspekten können höhere Mengen des Diesters durch Verwendung eines Mukaiyama-Reagenzes, d. h. 2-Chlor-1-methylpyridiniumiodid, erhalten werden.
3. Zusätzliche biologisch aktive Bestandteile
Zusätzlich zu den vorstehenden Molekülen können die Prodrug-Formulierungen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von vielen anderen Verbindungen hergestellt werden. Zum Beispiel können biologisch aktive Verbindungen, wie z. B. cis-Platinderivate, enthaltend OH-Gruppen, d. h.
Mono- und Bis-PEG-Ester, abgeleitet von Floxuridin, siehe unten:
Podophyllotoxin, siehe unten
und verwandte Verbindungen enthalten sein. Der Prodrug-Ester kann an der 2-Hydroxyposition für das "A" cis-Platinderivat, der 2-Hydroxyethylposition des "B" cis-Platinderivats, den 3'- und 5'-Hydroxypositionen von Floxuridin und an dem C-4-Hydroxy für Podophyllotoxin gebildet werden.
Die Elternverbindungen, die für die Prodrug-Formen gewählt werden, müssen nicht im wesentlichen wasserunlöslich sein, obwohl die auf Polymer basierenden Prodrugs der vorliegenden Erfindung insbesondere gut für die Zufuhr solcher wasserunlöslicher Verbindungen geeignet sind. Andere geeignete Elternverbindungen beinhalten z. B. bestimmte niedermolekulare biologisch aktive Proteine, Enzyme und Peptide, einschließlich Peptidoglycane, wie auch andere Antitumormittel, kardiovaskuläre Mittel, wie z. B. Forskolin, antineoplastische Mittel, wie z. B. Combretastatin, Vinblastin, Vincristin, Doxorubicin, AraC, Maytansin, usw. Antiinfektiva, wie z. B. Vancomycin, Erythromycin, usw., Antipilzmittel, wie z. B. Nystatin oder Amphotericin B, einer Ängstlichkeit entgegenwirkende Mittel, Gastrointestinalmittel, das Zentralnervensystem aktivierende Mittel, Analgetika, die Fertilität unterstützende oder kontraceptive Mittel, antientzündliche Mittel, Ste roidmittel, antiurämische Mittel, kardiovaskuläre Mittel, Vasodilatatoren, Vasokonstriktoren und ähnliche.
Das Vorstehende ist illustrativ für die biologisch aktiven Bestandteile, die für die Prodrugs der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Es sollte verstanden werden, dass die biologisch aktiven Materialien, die nicht spezifisch erwähnt werden, jedoch geeignete esterbildende Gruppen aufweisen, d. h. Hydroxylbestandteile, ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen sollen und liegen. Es wird auch verstanden, dass die Prodrugkonjugate der vorliegenden Erfindung Verbindungen enthalten können, die nicht nur ein Äquivalent des Arzneimittels und Polymer enthalten, sondern auch einen Bestandteil, der keine Bioaktivität in vivo bewirkt. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass die Reaktionsbedingungen in einigen Fällen, trotz der Umsetzung von Disäuren mit den Arzneimittelmolekülen, mit einem einzelnen Bindungspunkt, keine Prodrugs mit zwei Äquivalenten von Arzneimittel pro Polymer bereitstellen. Ganz im Gegenteil enthalten die Prodrugs nur ein Äquivalent Arzneimittel pro Polymer. Nebenprodukte der Reaktanten wie z. B. Acylharnstoffe können gebildet werden. Weiterhin wurde auch festgestellt, dass trotz der Reaktion mit einem bis-aktivierten Polymer, die Prodrugs erstaunlich frei von kreuzvernetzten Arten sind.
Die einzige Begrenzung für die Arten der Moleküle, die für einen Einschluss hier geeignet sind, ist diejenige, dass es mindestens eine Position gibt, an der die hydrolysierbare Bindung angehaftet werden kann, so dass die Prodrugs nach der Prodrug-Verabreichung ausreichende Mengen der Elternverbindung in vivo erzeugen können.
E. Synthese der Progdrugs
Im allgemeinen werden die Prodrugs der Erfindung hergestellt durch:

1) Bereitstellung eines aktivierten Polymers, wie z. B. einer PEG-Säure oder PEG-Disäure und einer Elternverbindung mit einer Position daran, die ermöglichen wird, dass eine hydrolysierbare Bindung gebildet wird und
2) Umsetzung der beiden Substituenten in einem inerten Lösungsmittel, wie z. B. Methylenchlorid, Chloroform, Toluol oder DMF, in Gegenwart eines Kupplungsreagenzes, wie z. B. 1,3-Diisopropylcarbodiimid (DIPC), 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimid (EDC), jedem geeigneten Dialkylcarbodiimid, Mukaiyama-Reagentien (z. B. 2-Halogen-1-alkyl-pyridiniumhalogenide) oder Propanphosphonsäure-cyclischem Anhydrid (PPACA), usw., die z. B. aus kommerziellen Quellen, wie Sigma Chemical, erhältlich sind, oder unter Verwendung bekannter Techniken synthetisiert werden können, und einer Base, wie z. B. Dimethylaminopyridin (bevorzugt), Diisopropylethylamin, Pyridin, Triethylamin, usw., bei einer Temperatur von 0°C bis 22°C (Raumtemperatur).

Gemäß einem anderen bevorzugten Aspekt dieser Ausführungsform stellt das Syntheseverfahren auf Polymer basierende Prodrugs mit einer Zirkulationshalbwertszeit bereit, die höher ist als die in vivo-Hydrolysehalbwertszeit. Das Verfahren beinhaltet:
Umsetzen eines biologisch aktiven Anteils mit einer bereitstehenden Hydroxygruppe mit einem Aminosäurespaceranteil, enthaltend eine verfügbare Carbonsäuregruppe, in Gegenwart eines ersten Kupplungsmittels zur Bildung eines biologisch aktiven Anteil-Spacer-Prodrug-Zwischenprodukts,
Umsetzen des biologisch aktiven Anteil-Spacer-Prodrug-Zwischenprodukts mit einem im wesentlichen nicht antigenen Polymer, enthaltend eine terminale Carbonsäuregruppe in Gegenwart eines zweiten Kupplungsmittels, und Rückgewinnung der Prodrug-Verbindung auf Polymerbasis.
Die ersten und zweiten Kupplungsmittel können dieselben oder unterschiedlich sein.
Beispiele für geeignete bifunktionelle Spacergruppen beinhalten l-Alanin und d-Alanin usw.
Ein illustratives Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der Konjugate unter Verwendung von Camptothecinderivaten als prototypische biologisch aktive Nucleophile beinhaltet die folgenden Schritte:
Bildung eines Camptothecinderivats, enthaltend einen einen Aminosäurespacer enthaltenden Bestandteil durch Kontaktieren des Camptothecinderivats mit einem einen Aminosäurespacer enthaltenden Bestandteil, wie z. B. tBoc-d- oder -l-Alanin in Gegenwart eines Kupplungsmittels, wie z. B. DIPC oder PPAC;
Bildung des Trihalogenessigsäurederivats des Camptothecinderivats, enthaltend den den Aminosäurespacer enthaltenden Bestandteil, wie z. B. das Trifluoressigsäuresalz und
Umsetzen des Trihalogenessigsäurederivats des Camptothecinderivats, enthaltend den den Aminosäurespacer enthaltenden Bestandteil mit einem Disäurederivat eines im wesentlichen nicht-antigenen Polymers, wie z. B. einer PEG-Disäure. Die resultierende Verbindung wird unter Verwendung bekannter Techniken wiedergewonnen.
Alternative und spezifische Synthesen werden in den Beispielen bereitgestellt. Eine bestimmte Alternative beinhaltet jedoch das Derivatisieren des biologisch aktiven Bestandteils in der gewünschten Position für die Bindung und danach Umsetzen des Derivats mit einem aktivierten Polymer.
G. Behandlungsverfahren
Bei der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Behandlungsverfahren für verschiedene medizinische Zustände bei Säugern involviert. Die Verfahren beinhalten das Verabreichen einer effektiven Menge von Prodrugs, wie z. B. Paclitaxel-2'-PEG-ester, der wie hier beschrieben hergestellt wurden, an einen Säuger, der einer solchen Behandlung bedarf. Die Verbindungen sind u. a. für die Behandlung von neoplastischen Erkrankungen, die Reduktion einer Tumorlast, die Verhinderung der Metastase von Neoplasmen und die Verhinderung des Wiederauftretens von Tumor-/neoplastischem Wachstum bei Säugern, nützlich.
Die Menge der verabreichten Prodrugs wird von dem darin enthaltenen Elternmolekül abhängen. Allgemein ist die Menge der bei den Behandlungsverfahren verwendeten Prodrugs die Menge, die effektiv das gewünschte therapeutische Ergebnis bei den Säugern erreicht. Natürlich wird die Dosierung der verschiedenen Prodrugverbindungen etwas variieren, abhängig von der Elternverbindung, der Rate der in vivo-Hydrolyse, dem Molekulargewicht des Polymers, usw. Im allgemeinen werden jedoch Prodrugtaxane in Mengen verabreicht in einem Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 500 mg/m² pro Tag, basierend auf der Menge des Taxanbestandteils. Camptothecin- und Podophyllotoxin-Prodrugs werden ebenfalls in Mengen im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 500 mg/m² pro Tag verabreicht. Der oben angegebene Bereich ist illustrativ, und der Fachmann wird die optimale Dosierung der Prodrugs, gewählt basierend auf klinischer Erfahrung und der Behandlungsindikation, bestimmen.
Die Prodrugs der vorliegenden Erfindung können in ein oder mehr geeignete pharmazeutische Zusammensetzungen für die Verabreichung an Säuger eingeschlossen werden. Die pharmazeutischen Zusammensetzungen können in Form einer Lösung, Suspension, Tablette, Kapsel oder ähnlichem, hergestellt durch die auf dem Gebiet bekannten Verfahren, vorliegen. Es wird auch mit in die Betrachtung einbezogen, dass die Verabreichung der Zusammensetzungen auf dem oralen und/oder parenteralen Weg, abhängig von dem Bedarf des Fachmanns, vorgenommen werden kann. In bevorzugten Aspekten der Erfindung werden die Prodrugs jedoch parenteral an bedürftige Säuger verabreicht.
H. Beispiele
Die folgenden Beispiele dienen dazu, die Erfindung besser ins Licht zu rücken, sollen jedoch ihren effektiven Umfang nicht begrenzen. Die in fett in den Klammern in den Beispielen dargestellten Zahlen korrespondieren zu denen in den schematischen Diagrammen in den Figuren dargestellten Verbindungen.
Beispiel 1 (Zwischenprodukte)
a) Camptothecin-20-O-(l)-Alanat-TFA-Salz (23):
Unter Bezugnahme auf 1 wurde tBoc-l-Alanin (1,8 g, 9,39 mmol) in 700 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst. Zu dieser Lösung wurde DIPC (1,5 ml, 9,39 mmol), DMAP (765 mg, 6,26 mmol) und Camptothecin (1,09 g, 3,13 mmol) bei 0°C zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur erwärmen und ließ sie für 16 h stehen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und bei reduziertem Druck unter Erhalt eines weißen Feststoffs verdampft, der aus Methanol umkristallisiert wurde, um Camptothecin-20-O-ester von t-Boc-l-Alanin zu ergeben.
21. ¹H-NMR (DMSO-D₆): δ 0,9 (t), 1,3 (d), 1,6 (s), 2,1 (m), 4 (m), 5,3 (s), 5,5 (s), 7,3 (s), 7,5–8,8 (m).
Verbindung 21 (1,19 g, 2,12 mmol) wurde in einer Mischung aus Methylenchlorid (15 ml) und Trifluoressigsäure (15 ml) gelöst und bei Raumtemperatur 1 h gerührt. Das Lösungsmittel wurde entfernt und der Feststoff wurde aus Methylenchlorid und Ether umkristallisiert, um 1 g des Produkts 23 als TFA-Salz zu ergeben.
¹H-NMR (DMSO-D₆) δ: 1,0 (t), 1,6 (d), 2,2 (m), 4,4 (m), 5,4 (s), 5,6 (s), 7,2 (s), 7,7–8,8 (m).
¹³C-NMR (DMSO-D₆) δ: 7,5, 15,77, 30,09, 47,8, 50,27, 66,44, 77,5, 94,92, 119,10, 127,82, 128,03, 128,62, 128,84, 129,75, 130,55, 131,75, 144, 27, 146, 18, 147, 90, 152, 24, 156, 45, 166, 68, 168, 69.
b) Camptothecin-20-O-(d/l)-Alanat-TFA-Salze:
Das d-Alanat und d/l-racemische Alanat wurden unter Verwendung derselben wie oben dargestellten Verfahren mit dem jeweiligen Isomer als Ersatz für das tBoc-l-Alanat, wie verwendet in Beispiel 1 a), hergestellt.
Beispiel 2
Camptothecin-20-O-ester der PEG_40kDal-Alanin – Verbindung 25:
Verfahren A:
I) PEG(40kDa)Dicarbonsäure
a) Di-t-Butylester von PEG(40.000)-dicarbonsäure
Eine Lösung aus 50 g (1,3 mmol) PEG-(OH)₂ in 750 ml Toluol wurde azeotropisch mit Entfernung von 150 ml des Destillats behandelt. Die Reaktionsmischung wurde dann auf 30°C abgekühlt, gefolgt von einer Zugabe von 4 ml (4,0 mmol) einer 1,0 molaren Lösung Kalium-t-butoxid in t-Butanol. Die resultierende Mischung wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt, gefolgt von einer Zugabe von 1,6 g (8,0 mmol) t-Butylbromacetat. Die resultierende wolkige Mischung wurde im Rückfluss erwärmt, gefolgt von einer Entfernung der Wärme und Rühren für 18 h beim Raumtemperatur. Die Reaktionsmischung wurde durch Celite gefiltert und das Lösungsmittel durch Rotationsverdampfung entfernt. Der Rest wurde aus Methylenchlorid/Ethylether zum Erhalt von 45,2 g umkristallisiert (86% Ertrag). Das benannte Produkt wurde jedoch als mehr als 99% rein aufgefunden, wobei das Ausgangsmaterial in einer Menge von weniger als 1,0% vorlag.
¹³C-NMR Zuordnungen: (CH₃)₃C, 27,7 ppm; (CH)₃ C, 80,9 ppm; C=O, 169,1 ppm.
b) PEG(40.000)dicarbonsäure
Eine Lösung aus 20,0 g (0,5 mmol) PEG(40.000)carbonsäure-t-butylester, 100 ml Trifluoressigsäure und 0,1 ml Wasser in 200 ml Methylenchlorid wurde bei Raumtemperatur 3 h gerührt. Das Lösungsmittel wurde dann durch Rotationsverdampfung entfernt, gefolgt von einer Umkristallisation des Rests aus Methylenchlorid/Ethylether zum Erhalt von 16,9 g (84% Ertrag) des Produkts. Die Reinheit des genannten Produkts wurde als bei über 99% liegend bestätigt. ¹³C-NMR-Zuordnungen: C=O, 170,9 ppm.
II. Synthese des Camptothecin-20-O-Alanat-PEG-Derivats
Unter Bezugnahme auf 1 wurde PEG_40kDa-disäure (6,5 g, 0,62 mmol) in 60 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung wurde bei 0°C DIPC (148 μl, 0,97 mmol), DMAP (296 mg, 2,43 mmol) und Verbindung 23 (627 mg, 0,97 mmol) zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur aufwärmen und man ließ sie 16 h stehen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und bei reduziertem Druck zum Erhalt von 25 als weißem Feststoff evaporiert, der aus 2-Propanol (5,5 g, 83%) umkristallisiert wurde. Die ¹³C- und ¹H-NMR-Analysen bestätigten die Struktur. ¹³C-NMR (CDCl₃) δ 6,81, 16,93, 30,80, 46,59, 49,28, 66,17, 69,77, 70,2–71 (PEG), 76,53, 94,79, 119,20, 127,18, 127,53, 127,91, 128,95, 129,72, 130,68, 144,58, 145,76, 148,05, 151,46, 156,37, 165,99, 168,87, 170,32.
Das Verfahren gemäß II wurde unter Verwendung von Propanphosphonsäurecyclischem Anhydrid (PPACA) anstelle von DIPC, um die genannte Verbindung zu bilden, wiederholt.
Die racemische Mischung wurde auf dieselbe Weise hergestellt.
III) Analyse von Camptothecin-20-O-ester von PEG_40kDa-l-Alanin (25):
Die UV-Absorption von nativem Camptothecin in Methylenchlorid wurde bei 227 nm für fünf unterschiedliche Konzentrationen von 4 bis 21 μM be stimmt. Aus dem Standardplot der Absorption gegen die Konzentration wurde der Absorptionskoeffizient für Camptothecin als bei 2,96 × 104 mol^–1 cm^–1 liegend berechnet. Die Camptothecin-Verbindung 25 wurde in Methylenchlorid mit einer ungefähren Konzentration von 4 μM gelöst und die UV-Absorption dieser Verbindung bei 227 nm wurde bestimmt. Unter Verwendung dieses Wertes und unter Anwendung des aus dem Obigen erhaltenen Absorptionskoeffizienten wurde die Konzentration von Camptothecin in der Probe bestimmt. So stellt das Teilen dieses Werts durch die Camptothecin-PEG-Esterkonzentration den prozentualen Anteil des Camptothecins in den Estern bereit.
Die Bestimmung des % Werts von Camptothecin in dem Produkt unter Verwendung des UV-Verfahrens ergab 2 Äquivalente Camptothecin pro PEG-Molekül.
Beispiel 3
Camptothecin-20-O-Ester von PEG_40kDa(d/l)-Alanin – Verbindung 25:
Verfahren B:
Unter Bezugnahme auf 4 zur Hilfe kann Verbindung 25 ebenfalls unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens wie dem unten in Beispiel 10 dargestellten hergestellt werden, um Verbindung 31 herzustellen, unter Substitution von PEG-d-Alanin 28 oder PEG-l-Alanin 29 (dargestellt in 2) anstelle von 27.
Beispiel 4
Camptothecin-20-O-Ester von PEG_40kDa(d)-Alanin – Verbindung 26:
Verfahren A:
Wie in 1 dargestellt, wird die Titelverbindung in ähnlicher Weise wie bei der Herstellung von Verbindung 25 in Beispiel 2 unter Verwendung von tBoc-d-Alanin als Ausgangsmaterial hergestellt.
Beispiel 5
Camptothecin-20-O-ester von PEG_40kDa(d)-Alanin – Verbindung 26:
Verfahren B:
Verbindung 26 wird ebenfalls unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens wie dem in Beispiel 10 zur Herstellung der Verbindung 31 beschriebenen hergestellt und Substitution von PEG-d-Alanin 29 (siehe 2) anstelle von 27. Die racemische Alaninmischung kann ebenfalls unter Verwendung von einem der vorstehenden Verfahren hergestellt werden.
Beispiel 6 (nicht gemäß der Erfindung)
PEG_40kDa-β-Alanin (27):
Wie in 2 dargestellt, wurde die PEG_40kDa-disäure (3 g, 0,075 mmol) in 30 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst. Zu dieser Lösung bei 0°C wurde DIPC (91,4 μl, 0,72 mmol), DMAP (128 mg, 1,04 mmol) und β-Alanin-t-butylester (109 mg, 0,59 mmol) zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 3 h erwärmen und man ließ sie für 16 h stehen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und bei reduziertem Druck evaporiert, um PEG_40kDaβ-Alanin-t-butylester als weißen Feststoff zu ergeben, der in einer Mischung aus Methylenchlorid (50 ml) und Trifluoressigsäure (25 ml) bei 0°C über Nacht gelöst wurde. Das Lösungsmittel wurde entfernt und der Feststoff wurde aus Methylenchlorid/Ether umkristallisiert, um 27 zu ergeben (2,3 g, 77%).
¹³C-NMR (CDCl₃) δ: 32, 99, 33, 62, 68, 10, 69, 72, 169, 08, 172, 04
Beispiel 7 (Zwischenprodukt)
PEG_40kDa-d-Alanin (28):
Wie in 2 dargestellt, wird die Titelverbindung unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens wie für die Synthese der Verbindung 27 in Beispiel 6 hergestellt, unter Substitution von (d)-Alanin-t-butylester anstelle von β-Alanin-t-butylester.
Beispiel 8 (Zwischenprodukt)
PEG_40kDa-l-Alanin (29):
Die Titelverbindung wird unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens wie dem für die Synthese der Verbindung 27 in Beispiel 6 verwendeten hergestellt, unter Substitution von (l)-Alanin-t-butylester anstelle von β-Alanin-t-butylester (siehe 2).
Beispiel 9
a) Paclitaxel-2'-O-ester von 27 – Verbindung 30a (nicht gemäß der Erfindung)
Unter Bezugnahme auf 3 wurde PEG_40kDa-β-Alanin (27, 2,3 g, 0,057 mmol) in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst. Zu dieser Lösung bei 0°C wurde DIPC (32 μl, 0,2 mmol), DMAP (25 mg, 0,2 mmol) und Paclitaxel (175,6 mg, 0,2 mmol) zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur erwärmen und man ließ sie 16 h stehen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und bei reduziertem Druck evaporiert, um 30a als weißen Feststoff zu ergeben (2 g, 87%), der aus 2-Propanol umkristallisiert wurde.
¹³C-NMR (CDCl₃) δ: 9,08, 14,22, 21,49, 21,89, 22,18, 25,9, 33,55, 34,90, 35,03, 35,21, 42,67, 46,9, 52,22, 57,51, 67,59–71,96 (PEG), 73,97, 74,60, 75,01, 80,11, 83,52, 126,32, 127,11, 127,57, 128,05, 128,17, 128,65, 129,50, 130,79, 131,96, 133,06, 136,75, 141,84, 165,97, 166,77, 167,45, 169,21, 169,70, 170,28, 170,33, 202,82.
b) Paclitaxel-2'-O-ester der 28 – Verbindung 30b (gemäß der Erfindung)
Das Verfahren gemäß Beispiel 9a wurde unter Verwendung von d-Alanin anstelle von β-Alanin zum Erhalt der Verbindung 30b wiederholt (5).
c) Paclitaxel-2'-O-ester von 29 – Verbindung 30c (gemäß der Erfindung)
Das Verfahren von Beispiel 9a wurde unter Verwendung von l-Alanin anstelle von β-Alanin zum Erhalt der Verbindung 30c wiederholt (5).
Beispiel 10 (nicht gemäß der Erfindung)
Camptothecin-20-O-ester von 27 – Verbindung 31:
Unter Bezugnahme auf 4 wurde PEG_40kDaβ-Alanin (27, 2,3 g, 0,057 mmol) in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C wurde DIPC (32 μl, 0,2 mmol), DMAP (25 mg, 0,2 mmol) und Camptothecin (130 mg, 0,25 mmol) zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur erwärmen und dann wurde sie für 16 h stehen gelassen. Die Lösung wird mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und bei reduziertem Druck evaporiert, um 31 zu ergeben.
Beispiel 11 (Zwisihenprodukte)
a) PEG_40kDaphenylalanin (51):
PEG_40kDadisäure (9,5 g, 0,23 mmol) wurde in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C wurden DIPC (141 μl, 0,92 mmol), DMAP (197 mg, 1,6 mmol) und Phenylalanin-t-butylester (176,4 mg, 0,92 mmol) bei 0°C zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 3 h erwärmen, und sie wurde für 16 h stehen gelassen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und unter reduziertem Druck verdampft, um den PEG_40kDa-Phenylalanin-t-butylester als weißen Feststoff zu ergeben, der in einer Mischung aus Methylenchlorid (50 ml) und Trifluoressigsäure (25 ml) bei 0°C über Nacht gelöst wurde. Das Lösungsmittel wurde entfernt und der Feststoff wurde aus Methylenchlorid/Ether zum Erhalt von 51 umkristallisiert (7,1 g, 75%).
¹³C-NMR (CDCl₃) δ 39,42, 69,59, 70,19, 169,39, 169,46.
b) PEG_40kDa-Leucin (52):
PEG_40kDa-disäure (9,5 g, 0,23 mmol) wurde in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C wurden DIPC (141 μl, 0,92 mmol), DMAP (197 mg, 1,6 mmol) und Leucin-t-butylester (176,4 mg, 0,92 mmol) bei 0°C zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 3 h erwärmen, und sie wurde für 16 h stehen gelassen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und unter reduziertem Druck verdampft, um den PEG_40kDaLeucin-t-butylester als weißen Feststoff zu ergeben, der in einer Mischung aus Methylenchlorid (50 ml) und Trifluoressigsäure (25 ml) bei 0°C über Nacht gelöst wurde. Das Lösungsmit tel wurde entfernt und der Feststoff wurde aus Methylenchlorid/Ether zum Erhalt von 52 umkristallisiert (7,1 g, 75%).
¹³C-NMR (CDCl₃) δ 39,42, 69,59, 70,19, 169,39, 169,46.
c) PEG_40kDaProlin (53):
PEG_40kDadisäure (9,5 g, 0,23 mmol) wurde in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C wurden DIPC (141 μl, 0,92 mmol), DMAP (197 mg, 1,6 mmol) und Prolin-t-butylester (176,4 mg, 0,92 mmol) bei 0°C zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 3 h erwärmen, und sie wurde für 16 h stehen gelassen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und unter reduziertem Druck verdampft, um den PEG_40kDaProlin-t-butylester als weißen Feststoff zu ergeben, der in einer Mischung aus Methylenchlorid (50 ml) und Trifluoressigsäure (25 ml) bei 0°C über Nacht gelöst wurde. Das Lösungsmittel wurde entfernt und der Feststoff wurde aus Methylenchlorid/Ether zum Erhalt von 53 umkristallisiert (7,1 g, 75%).
¹³C-NMR (CDCl₃) δ 39,42, 69,59, 70,19, 169,39, 169,46.
d) PEG_40kDaMethionin (54):
PEG_40kDadisäure (9,5 g, 0,23 mmol) wurde in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C wurden DIPC (141 μl, 0,92 mmol), DMAP (197 mg, 1,6 mmol) und Methionin-t-butylester (176,4 mg, 0,92 mmol) bei 0°C zugefügt. Man ließ die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 3 h erwärmen, und sie wurde für 16 h stehen gelassen. Die Lösung wurde mit 0,1 N HCl gewaschen, getrocknet und unter reduziertem Druck verdampft, um den PEG_40kDaMethionin-t-butylester als weißen Feststoff zu ergeben, der in einer Mischung aus Methylenchlorid (50 ml) und Trifluoressigsäure (25 ml) bei 0°C über Nacht gelöst wurde. Das Lösungsmittel wurde entfernt und der Feststoff wurde aus Methylenchlorid/ Ether zum Erhalt von 54 umkristallisiert (7,1 g, 75%).
¹³C-NMR (CDCl₃) δ: 39,42, 69,59, 70,19, 169,39, 169,46.
Beispiel 12
Acyclovir-PEG-Prodrug:
PEG_40kDal-Alanin-disäure (29, 11,5 g, 0,287 mmol) wird in 200 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C werden DIPC (0,175 ml, 1,15 mmol μl), DMAP (140 mg, 1,15 mmol) und Acyclovir (258 mg, 1,15 mmol) zugefügt. Man lässt die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 2 h erwärmen und sie wird 16 h stehen gelassen. Die Lösung wird auf ungefähr 100 ml konzentriert und durch Celite gefiltert und das Filtrat wird bei reduziertem Druck zum Erhalt von Acyclo vir-PEG-Prodrug als Feststoff evaporiert, der aus CH₂Cl₂/Ether umkristallisiert wird.
Beispiel 13
Amoxicillin-PEG-Prodrug:
PEG_40kDaPhenylalanin-disäure (51, 11,5 g, 0,287 mmol) wird in 200 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C werden DIPC (0,175 ml, 1,15 mmol μl), DMAP (140 mg, 1,15 mmol) und Amoxicillin (419 mg, 1,15 mmol) zugefügt. Man lässt die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 2 h erwärmen und sie wird 16 h stehen gelassen. Die Lösung wird auf ungefähr 100 ml konzentriert und durch Celite gefiltert und das Filtrat wird bei reduziertem Druck zum Erhalt von Amoxicillin-PEG-Prodrug als Feststoff evaporiert, der aus CH₂Cl₂/Ether umkristallisiert wird.
Beispiel 14
Fluconazol-PEG-Prodrug:
PEG_40kDaLeucin-disäure (52, 11,5 g, 0,287 mmol) wird in 200 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C werden DIPC (0,175 ml, 1,15 mmol μl), DMAP (140 mg, 1,15 mmol) und Fluconazol (352 mg, 1,15 mmol) zugefügt. Man lässt die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 2 h erwärmen und sie wird 16 h stehen gelassen. Die Lösung wird auf ungefähr 100 ml konzentriert und durch Celite gefiltert und das Filtrat wird bei reduziertem Druck zum Erhalt von Fluconazol-PEG-Prodrug als Feststoff evaporiert, der aus CH₂Cl₂/Ether umkristallisiert wird.
Beispiel 15
Floxuridin-PEG-Prodrug
PEG_40kDaProlin-disäure (53, 0,5 g, 0,0125 mmol) wird in 20 ml wasserfreiem Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst und zu dieser Lösung bei 0°C werden 2-Chlor-1-methylpyridiniumiodid (17 mg, 0,067 mmol), DMAP (17 mg, 0,14 mmol) und Floxuridin (13 mg, 0,049 mmol) zugefügt. Man lässt die Reaktionsmischung sich auf Raumtemperatur nach 2 h erwärmen und sie wird 16 h stehen gelassen. Die Lösung wird auf ungefähr 100 ml konzentriert und durch Celite gefiltert und das Filtrat wird bei reduziertem Druck zum Erhalt von Floxuridin-PEG-Prodrug als Feststoff evaporiert, der aus CH₂Cl₂/ Ether umkristallisiert wird.

Claims

Prodrug-Verbindung der Formel (I) oder (II) D-O-CO-CH(R¹)-NH-R² (I) [D-O-CO-CH(R¹)-NH-]₂R³ (II)worin D der Rest eines Arzneimittels mit einer esterbildenden Hydroxygruppe ist, R² und R³ der Rest eines wasserlöslichen Polyalkylenoxids oder aktivierten Polyalkylenoxids mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 80.000 sind und der Anteil -CO-CH(R¹)-NH- der Rest einer (l)-Aminosäure, einer (d)-Aminosäure oder einer Mischung einer (l)- und einer (d)-Aminosäure ist.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1, worin die Aminosäure ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (d)- und/oder (l)-Alanin und Phenylalanin.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1 oder 2, worin das Polyalkylenoxid ein Polyethylenglykol ist.
Prodrug-Verbindung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Polyalkylenoxid ein Molekulargewicht von 25.000 bis 45.000 besitzt.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 4, worin das Polyalkylenoxid ein Molekulargewicht von 30.000 bis 42.000 besitzt.
Prodrug-Verbindung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, worin R² mit einer C_1-4-Alkylgruppe verkappt ist.
Prodrug-Verbindung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Arzneimittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus biologisch aktiven Proteinen, Enzymen, Peptiden, Antitumormitteln, kardiovaskulären Mitteln, Antineoplastika, infektionsverhindernden Mitteln, Antimykotika, Anxiolytika, gastrointestinalen Mitteln, das Zentralnervensystem aktivierenden Mitteln, Analgetika, fertilitätssteigernden Mitteln, Kontrazeptiva, entzündungshemmenden Mitteln, Steroiden, antiurämischen Mitteln, Vasodilatatoren und Vasokonstriktoren.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 7, worin das Arzneimittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Paclitaxel, Taxoter, Camptothecin, Podophyllotoxin und Floxuridin.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1 mit der Formel D-O-CO-CH(CH₃)-NH-CO-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)-CO-O-D worin D ein Rest des über die 20(S)-OH-Gruppe gebundenen Arzneimittels Camptothecin ist, der Anteil -CO-CH(CH₃)-NH- ein Rest von (l)- oder (d)-Alanin ist und PEG Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 40 kDa ist.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1 mit der Formel D-O-CO-CH(CH₃)-NH-CO-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)-CO-O-D worin D der Rest des über die 2'-OH-Gruppe gebundenen Arzneimittels Paclitaxel ist, der Anteil -CO-CH(CH₃)-NH- ein Rest von (l)- oder (d)-Alanin ist und PEG Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 40 kDa ist.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1 mit der Formel D-O-CO-CH(CH₃)-NH-CO-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)-CO-O-D worin D der Rest des Arzneimittels Acyclovir ist, der Anteil -CO-CH(CH₃)-NH- ein Rest von (l)-Alanin ist und PEG Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 40 kDa ist.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1 mit der Formel D-O-CO-CH(CH₂C₆H₅)-NH-CO-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO-NH-CH(CH₂C₆H₅)-CO-O-D worin D der Rest des Arzneimittels Amoxicillin ist, der Anteil -CO-CH(CH₂C₆H₅)-NH- ein Rest von Phenylalanin ist und PEG Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 40 kDa ist.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1 mit der Formel D-O-CO-CH[CH₂CH(CH₃)₂]-NH-CO-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO-NH-CH[CH₂CH(CH₃)₂]-CO-O-D worin D ein Rest des Arzneimittels Fluconazol ist, der Anteil -CO-CH[CH₂CH(CH₃)₂]-NH- ein Rest von Leucin ist und PEG Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 40 kDa ist.
Prodrug-Verbindung gemäss Anspruch 1 mit der Formel D-O-Prolin-CO-CH₂-O-PEG-O-CH₂-CO-Prolin-O-D worin D ein Rest des Arzneimittels Floxuridin ist, der Anteil Prolin ein Rest von Prolin ist und PEG Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 40 kDa ist.
Prodrug-Verbindung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche zur Verwendung als Medikament.
Verwendung einer Prodrug-Verbindung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung eines Medikaments.
Verwendung gemäss Anspruch 16, worin die (l)- und/oder (d)-Aminosäureverknüpfung zwischen dem Arzneimittelanteil und dem Polyalkylenoxidanteil derart ausgewählt ist, dass ein gewünschtes Gleichgewicht zwischen der Verknüpfungshydrolyserate und der Prodrug-Clearancerate aus dem Körper erzielt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Prodrug-Verbindung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einer Zirkulationshalbwertszeit, die höher als ihre in vivo-Hydrolysehalbwertszeit ist, umfassend: Umsetzen eines Arzneimittelanteils mit einer esterbildenden Hydroxygruppe, mit einem Aminosäurespaceranteil, enthaltend eine verfügbare Carbonsäuregruppe, in Gegenwart eines ersten Kupplungsmittels zur Bildung eines Arzneimittelspacer-Prodrug-Zwischenprodukts, Umsetzen des Arzneimittelspacer-Prodrug-Zwischenprodukts mit einem wasserlöslichen Polyalkylenoxid oder aktivierten Polyalkylenoxid mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 80.000 und enthaltend eine terminale Carbonsäuregruppe in Gegenwart eines zweiten Kupplungsmittels, und Rückgewinnung der Prodrug-Verbindung.
Verfahren gemäss Anspruch 18, worin das Arzneimittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus biologisch aktiven Proteinen, Enzymen, Peptiden, Antitumormitteln, kardiovaskulären Mitteln, Antineoplastika, infektionsverhindernden Mitteln, Antimykotika, Anxiolytika, gastrointestinalen Mitteln, das Zentralnervensystem aktivierenden Mitteln, Analgetika, fertilitätssteigernden Mitteln, Kontrazeptiva, entzündungshemmenden Mit teln, Steroiden, antiurämischen Mitteln, Vasodilatatoren und Vasokonstriktoren.
Verfahren gemäss Anspruch 18 oder 19, worin der Aminosäurespaceranteil ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (l)-Aminosäuren, (d)-Aminosäuren und einer Mischung aus (l)- und (d)-Aminosäuren.
Verfahren gemäss Anspruch 20, worin der Aminosäurespaceranteil ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (l)- und/oder (d)-Alanin und Phenylalanin.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 18 bis 21, worin das erste und das zweite Kupplungsmittel unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus 1,3-Diisopropylcarbodiimid (DIPC), Dialkylcarbodiimiden, 2-Halogen-1-alkyl-pyridiniumhalogeniden, 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimiden (EDC), Propanphosphonsäurecycloanhydrid (PPACA) und Carbodiimid (CDI).
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 18 bis 22, worin das Polyalkylenoxid ein Polyethylenglykol ist.