Лекарственное средство против опухоли головного мозга
Изобретение относится к области фармацевтики и представляет собой лекарственное средство против опухоли головного мозга, содержащее в качестве его основного компонента комплексное соединение металл-сален формулы (I)
,
обладающее кристаллической структурой со следующими свойствами: кристаллическая система является моноклинной; периоды кристаллической решетки представляют собой а=14,34(6)Å, b=6,907(16)Å, с=14,79(4)Å, β=96,73(4) градусов и V=1455(8)Å3; и пространственная группа представляет собой Р21/n (#14), где Μ представляет собой Fe и X представляет собой атом галогена, и способ его доставки, включающий введение лекарственного средства в организм и направление посредством внешнего магнитного поля в оболочки головного мозга. Изобретение обеспечивает предотвращение побочных эффектов и проведение эффективного лечения злокачественных опухолей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к лекарственным средствам против опухоли головного мозга.
Предшествующий уровень техники
После введения лекарственного средства в живой организм оно достигает пораженного участка и оказывает свое фармакологическое действие в этом пораженном участке, таким образом, оказывая свое терапевтическое действие. С другой стороны, даже если лекарственное средство достигает ткани, отличной от пораженного участка (т.е. нормальной ткани), оно не является терапевтическим, но также вызывает побочные эффекты.
Таким образом, способ направления лекарственного средства к пораженному участку является важным при разработке терапевтических стратегий. Способ направления лекарственного средства к пораженному участку называют доставкой лекарственного средства, которую в последнее время активно изучали и разрабатывали. Эта доставка лекарственного средства имеет по меньшей мере два преимущества.
Первым преимуществом является возможность получения достаточно высокой концентрации лекарственного средства в пораженном участке ткани. Фармакологические эффекты будет невозможно наблюдать, если концентрация лекарственного средства в пораженном участке не будет постоянной величиной или более. Это происходит потому, что нельзя ожидать терапевтических эффектов, если концентрация является низкой. Вторым достоинством является то, что лекарственное средство направляется только в пораженный участок ткани и не направляется в нормальную ткань в чрезмерных количествах. В результате можно предотвращать побочные эффекты.
Такая доставка лекарственного средства наиболее эффективна при лечении злокачественных опухолей противоопухолевыми средствами. Большинство противоопухолевых средств ингибируют рост злокачественных клеток, которые активно делятся, так, что противоопухолевые средства также ингибируют рост клеток даже в нормальной ткани, в которой клетки активно делятся, такой как костный мозг, корни волос или слизистая желудочно-кишечного тракта.
Таким образом, у пациентов со злокачественными опухолями, которым вводят противоопухолевые средства, возникают побочные эффекты, такие как анемия, потеря волос и рвота. Так как такие побочные эффекты налагают большую нагрузку на пациентов, необходимо ограничивать дозировку, таким образом, вызывая проблему невозможности обеспечения фармакологического действия противоопухолевых средств в достаточном объеме.
Таким образом, ожидают предотвращения побочных эффектов и проведения эффективного лечения злокачественных опухолей посредством направления противоопухолевых средств к злокачественным клеткам посредством доставки лекарственного средства и обеспечивая интенсивное фармакологическое действие противоопухолевых средств на злокачественные клетки.
Заявитель настоящей заявки предлагает в качестве примера таких противоопухолевых средств комплекс железо-сален. Так как этот комплекс железо-сален сам по себе является магнитным, его можно направлять в пораженный участок ткани-мишени посредством внешнего магнитного поля без использования магнитного носителя. (см., например, патентную литературу 1).
Список цитирования
Патентная литература
[Патентная литература 1] выложенная (Kokai) публикация патентной заявки Японии № 2009-173631
Сущность изобретения
После тщательного изучения авторы настоящего изобретения выявили, что описанный выше комплекс железо-сален не может проходить гематоэнцефалический барьер, вызывая, таким образом, проблему недостаточной применимости для опухоли головного мозга.
Таким образом, целью настоящего изобретения является предоставление комплекса металла-салена, эффективного при опухоли головного мозга.
После тщательного изучения авторы настоящего изобретения выявили, что комплексное соединение металл-сален с функциональной группой, состоящей из анионов, связанных с атомом трехвалентного металла, обладает свойством способности проходить через гематоэнцефалический барьер при сохранении своих магнитных свойств; и комплексное соединение металл-сален можно селективно направлять из кровеносных сосудов в опухоль головного мозга, прикладывая к пораженному участку, где расположена опухоль головного мозга, внешнее магнитное поле. Примеры функциональной группы, составляющей этот тип анионов, включают атомы галогенов, гидроксильную группу, амидную группу и карбоксильную группу, а предпочтительным примером функциональной группы являются атомы галогенов, среди которых особенно желательным является атом хлора.
Например, конкретно говоря, лекарственное средство против опухоли головного мозга характеризуется тем, что оно содержит комплексное соединение металл-сален, представленное приведенной ниже химической формулой (I), его фармакологически приемлемое производное и/или фармакологически приемлемую соль.
Химическая формула (I)
В формуле (I) M представляет собой Fe (железо), Cr (хром), Mn (марганец), Co (кобальт), Ni (никель), Mo (молибден), Ru (рубидий), Rh (родий), Pd (палладий), W (вольфрам), Re (рений), Os (осмий), Ir (иридий), Pt (платину), Nd (ниобий), Sm (самарий), Eu (европий) или Gd (гадолиний); по меньшей мере один из a-j представляет собой заместитель, сохраняющий действие комплекса металл-сален, а оставшиеся из них представляют собой водород; и X представляет собой атом галогена. Такой заместитель описан, например, в WO2010/058280. Предпочтительное комплексное соединение металл-сален формирует такую структуру, что M представляет собой атом железа, X представляет собой атом хлора, и все из a-j представляют собой атомы водорода.
Полезные эффекты изобретения
По настоящему изобретению можно предоставлять комплексное соединение металл-сален с терапевтическим действием на опухоль головного мозга, как описано выше.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку (схематическое представление) структуры, где магнитный стержень приведен в контакт с прямоугольным флаконом, содержащим среду для культивирования клеток крысы L6.
Фиг. 2 представляет собой график, демонстрирующий результаты расчета количества клеток посредством получения изображения дна прямоугольного флакона от одного края до другого края через 48 часов.
Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе, демонстрирующий пример магнитного средства доставки.
Фиг. 4 представляет собой график, демонстрирующий магнитные свойства комплексного соединения металл-сален.
Фиг. 5 представляет собой молекулярную модель, демонстрирующую первую структуру комплексного соединения железо-сален.
Фиг. 6 представляет собой молекулярную модель, демонстрирующую вторую структуру комплексного соединения железо-сален.
Описание вариантов осуществления
<Синтез комплекса железо-сален (химической формулы I)>
Стадия 1
Смесь 4-нитрофенола (соединение 1) (25 г, 0,18 моль), гексаметилентетрамина (25 г, 0,18 моль) и полифосфорной кислоты (200 мл) перемешивали в течение одного часа при температуре 100ºС. Затем эту смесь помещали в 500 мл этилацетата и 1 л (литр) воды и перемешивали до ее полного растворения. Кроме того, когда к этому раствору добавляли 400 мл этилацетата, раствор разделялся на две фазы. Затем из раствора, разделившегося на две фазы, водную фазу удаляли; и оставшееся соединение дважды отмывали основным растворителем и сушили над безводным MgSO4 (сульфатом магния). В результате синтезировали 17 г соединения 2 (выход 57%).
Стадия 2
Соединение 2 (17 г, 0,10 моль), уксусный ангидрид (200 мл) и H2SO4 (минимально) перемешивали в течение одного часа при комнатной температуре. Полученный раствор перемешивали в течение 0,5 час в ледяной воде (2 л), вызывая гидролиз. Полученный раствор фильтровали и сушили на воздухе, таким образом, получая белый порошок. Порошок перекристаллизовывали с использованием растворителя, содержащего этилацетат. В результате получали 24 г соединения 3 (выход 76%) в форме кристаллов белого цвета.
Стадия 3
Смесь углерода (2,4 г) с поддержкой 10% палладия с соединением 3 (24 г, 77 моль) и метанолом (500 мл) восстанавливали в течение ночи в восстанавливающей атмосфере водорода при 1,5 атмосферах. После завершения восстановления продукт фильтровали, обеспечивая, таким образом, синтез 21 г соединения 4 в форме масла коричневого цвета.
Стадии 4 и 5
Соединение 4 (21 г, 75 ммоль) и ди(трет-бутил)дикарбонат (18 г, 82 ммоль) перемешивали в течение ночи в безводном дихлорметане (DCM) (200 мл) в атмосфере азота. Полученному раствору (соединение 5) позволяли выпариваться в вакууме, а затем растворяли в метаноле (100 мл). Затем добавляли гидроксид натрия (15 г, 374 ммоль) и воду (50 мл) и раствор доводили до кипения с обратным холодильником в течение 5 часов. Затем раствор охлаждали, фильтровали, промывали водой и позволяли сохнуть в вакууме, получая, таким образом, соединение коричневого цвета. Полученное соединение дважды подвергали флэш-хроматографии с использованием силикагеля, получая, таким образом, 10 г соединения 6 (выход 58%).
Стадия 6
Соединение 6 (10 г, 42 ммоль) помещали в 400 мл безводного этанола, смесь, нагревая, доводили до кипения с обратным холодильником и в 20 мл безводного этанола при перемешивании добавляли несколько капель этилендиамина (1,3 г, 21 ммоль) в течение 0,5 час. Смесь помещали в контейнер со льдом, где ее охлаждали и перемешивали в течение 15 минут. Затем ее промывали 200 мл этанола, фильтровали и сушили в вакууме, получая, таким образом, 8,5 г (выход 82%) соединения 7.
Стадия 7
Соединение 7 (8,2 г, 16 ммоль) и триэтиламин (22 мл, 160 ммоль) помещали в Ν,Ν-диметилформамид (сокращаемый как DMF) (50 мл), и в атмосфере азота перемешивали раствор FeCl3·4H2O (раствор хлорида железа (III)) (2,7 г, 16 ммоль), добавленный в 10 мл метанола. Ингредиенты смешивали в течение 30 минут в атмосфере азота при температуре 40ºС, получая, таким образом, соединение коричневого цвета.
Затем это соединение сушили в вакууме. Полученное соединение разбавляли 400 мл дихлорметана, дважды промывали основным раствором, сушили в Na2SO4 (сульфате натрия) и сушили в вакууме, получая, таким образом, комплекс железо-сален. Полученное соединение перекристаллизовывали в растворе диэтилового эфира и парафина, и анализ посредством высокоэффективной жидкостной хроматографии выявлял 5,7 г (выход 62%) комплекса железо-сален с чистотой 95% или более.
<Фармакологические эффекты комплекса железо-сален (химическая формула (I))>
Порошок комплексного соединения железо-сален, представленного химической формулой (I) в количестве (50 мг) до степени, обеспечивающей видимое наблюдение его магнитного притяжения, вносили в среду для культивирования, когда клетки крысы L6 находились в состоянии 30% конфлуэнтности, и через 48 часов фотографировали состояние среды для культивирования.
На фиг. 1 представлено состояние, в котором магнитный стержень находится в контакте с прямоугольным флаконом, содержащим среду для культивирования клеток крыс L6. Через 48 часов получали фотографию дна прямоугольного флакона от одного края до другого края и рассчитывали количество клеток. Этот результат представлен на фиг. 2.
На фиг. 2 проксимальное положение от магнита указано в пределах площади проекции торцевой поверхности магнита на дне прямоугольного флакона, а дистальное положение от магнита указывает площадь на противоположной стороне от торцевой поверхности магнита на дне прямоугольного флакона. На фиг. 2 показано, что концентрация комплекса железа возрастает, так как комплекс железа притягивается в проксимальное положение относительно магнита. Таким образом, вследствие ингибирующего действия комплекса железа на ДНК-рост можно видеть, что количество клеток становится намного меньшим, чем количество в дистальном положении.
Далее описан вариант осуществления, в котором к индивидууму прикладывают магнитное поле из средства доставки и комплекс железо-сален направляют в головной мозг индивидуума. В этом средстве доставки, как проиллюстрировано на фиг. 3, пара магнитов 230 и 232 напротив друг друга в направлении силы тяжести поддерживается стойкой 234 и зажимом 235, и между магнитами 230 и 232 расположена металлическая пластина 236. Размещая металлическую пластину 236, особенно железную пластину, между парами магнитов 230 и 232 можно локально создать однородное магнитное поле.
В частности, вместо магнита можно использовать электрический магнит для модификации магнитного поля, образуемого в этом средстве доставки. Создающие магнитное поле средства можно перемещать в намеченное положение индивидуума на столе, обеспечивая перемещение пары создающих магнитное поле средств в направлениях X, Y и Z.
Лекарственное средство можно концентрировать в конкретной ткани, помещая индивидуума в область магнитного поля. После внутривенной инъекции указанного выше комплекса металла (концентрация лекарственного средства: 5 мг/мл (15 ммоль)) в хвостовую вену мыши массой приблизительно 30 г, голову мыши помещали между магнитами. В качестве мишени сравнения получали другого индивидуума, которому в тех же условиях вводили комплекс железо-сален без приложения магнитного поля. В частности, индивидуум, к которому прикладывают магнитное поле, обозначают как образец, а индивидуум, к которому магнитное поле не прикладывают, обозначают как объект.
Используемые магниты представляли собой продукт № N50 (неодимовые постоянные магниты) из Shin-Etsu Kagaku Kogyo с остаточной магнитной индукцией от 1,39 до 1,44 тесла (Tл). После экспериментов головной мозг мыши удаляли и проводили его окрашивание (берлинская лазурь; железистый гексацианоферрат и соляная кислота, Sigma). В результате сравнения между образцом и объектом ткань головного мозга образца окрашивалась синим.
23% опухолей головного мозга, которые являются злокачественными опухолями головного мозга, представляет собой злокачественная опухоль, называемая менингиома, которая образуется в оболочках головного мозга (область, близко расположенная к костям черепа). Соединение химической формулы (I) можно эффективно направлять из вен в оболочки головного мозга. Так как магнитное поле прикладывают наружно, соединение химической формулы (I) эффективно конкретной менингиомы, образуемой в оболочках головного мозга, непосредственно ниже кости.
<Магнитные свойства комплекса железо-сален>
Когда измеряли кривую магнитное поле - намагниченность комплекса железо-сален (химическая формула (I)) при температуре 37ºС (310K) с использованием устройства MPMS7 из Quantum Design, Inc., наблюдали парамагнетизм, как представлено на фиг. 4. В результате комплекс металл-сален можно выборочно направлять в образующий опухоль участок головы посредством экзогенного приложения к образующему опухоль участку головы магнитного поля с интенсивностью 8000 Э (0,8 Тл). Для применения в направлении лекарственного средства в голову желательна интенсивность магнитного поля в диапазоне от 0,5 Tл до 0,8 Tл.
<Кристаллографический анализ>
Анализ одного кристалла комплекса железо-сален (химическая формула (I)) проводили с применением Super Photon Ring-8 (Spring-8). Ниже приведены подробности рентгеноструктурного анализа.
Применяемое устройство: Spring-8
Условия предварительного облучения: выбирали пять кристаллов и проводили предварительное облучение в приведенных ниже условиях.
Детектор: рентгенографическая пластина
Длина камеры: 190 мм
Длина волны: 0,0710690 нм
Колебательный угол: 2,0 градуса
Время выдержки: 30 секунд
Диапазон измерения: от 0 до 20 градусов
Температура измерения: -173°С
В результате предварительного облучения в отношении одного из пяти кристаллов составляли заключение, что его дифракционная картина являлась сравнительно чистой и можно проводить структурный анализ. Таким образом, решали, что этот кристалл будет мишенью фактического облучения.
Условия фактического облучения: фактическое облучение проводили в приведенных ниже условиях.
Детектор: рентгенографическая пластина
Длина камеры: 190 мм
Длина волны: 0,0710690 нм
Колебательный угол: 1,0 градусов
Время выдержки: 90 секунд
Диапазон измерения: от -90 до +90 градусов
Температура измерения: -173°С
В результате обработки 180 частей изображения, полученного при фактическом излучении, параметры кристалла определили, как указано ниже.
Кристаллическая система: моноклинная
Периоды кристаллической решетки:
A=14,34(6)Å
b=6,907(16)Å
c=14,79(4)Å
β=96,73(4) градусов
V=1455(8)Å3
Пространственная группа: P21/n (#14)
Величина Z: 4
Шкала измерений: -90° до 90°
В результате прямого анализа подтверждали теоретически рассчитанную структуру комплекса (фиг. 5); однако рядом с атомом Fe наблюдали наличие неизвестного пика. На основе расстояния от атома Fe и высоты пика предположили, что это должен быть атом, отличный от C, H, Fe, N или O. В результате проводимого для идентификации неизвестного пика анализа ΕΡΜΑ выявлено присутствие хлора. Кроме того, когда проверяли результат измерения EI/MS, детектировали наличие продуктов присоединения хлора. В результате сделано заключение, что неизвестный пик представляет собой атом хлора.
Уточненная конечная молекулярная структура приведена на фиг. 6. Так как ни один из конкретных параметров в результате последнего цикла способа наименьших квадратов не продемонстрировал какого-либо аномального значения, приняли решение, что последняя структура демонстрирует точную композицию. В частности, выявлено, что две молекулы в кристалле формируют агрегат (двухъядерный комплекс) посредством атомов Fe и O.
<Растворимость комплексного соединения железа (химическая формула I) в воде>
Свободную энергию растворимости химической формулы I в воде рассчитывали с использованием расчета на основе первого закона. Полный расчет на основе первого закона основан на формализме функционала плотности. Относительно взаимодействий между электронами и ионами используют полноэлектронный способ учета всех электронов.
В отношении волновой функции использовали двойную числовую базисную функцию (двойной числовой базисный набор, включающий поляризационную функцию, DNP), к которой добавляют поляризационную функцию для спин-поляризованных, линейно-комбинационных атомных орбиталей (линейная комбинация атомных орбиталей, LCAO), и порог указанной выше базисной функции устанавливали на 0,4 нм для увеличения скорости расчета без ухудшения точности расчета.
Использовали выражение обменной корреляции Becke, Lee, Yang, Parr, а используемым программным обеспечением являлось DMol3 Accelrys K.K. Энергию растворимости в воде рассчитывали способом Andreas Klamt, COSMO-RS: From Quantum Chemistry to Fluid Phase Thermodynamics and Drug Design, 2005, Elsevier. В результате свободная энергия растворимости комплекса железо-сален приведенной ниже химической формулы (II) в воде составляла -20,13 ккал/моль. С другой стороны, свободная энергия растворимости комплекса хлорид железа-сален химической формулы (I) в воде составляла -31,95 ккал/моль так, что комплекс железо-сален химической формулы (I) с добавленным хлором имел большую водорастворимость.
Химическая формула (II)
1. Лекарственное средство против опухоли головного мозга, содержащее в качестве его основного компонента комплексное соединение металл-сален формулы (I)
обладающее кристаллической структурой со следующими свойствами:
кристаллическая система является моноклинной;
периоды кристаллической решетки представляют собой
а=14,34(6)Å,
b=6,907(16)Å,
с=14,79(4)Å,
β=96,73(4) градусов,
и V=1455(8)Å3; и
пространственная группа представляет собой Р21/n (#14), где Μ представляет собой Fe и X представляет собой атом галогена.
2. Способ доставки лекарственного средства против опухоли головного мозга, содержащего в качестве его основного компонента комплексное соединение металл-сален формулы (I)
обладающее кристаллической структурой со следующими свойствами:
кристаллическая система является моноклинной;
периоды кристаллической решетки представляют собой
а=14,34(6)Å,
b=6,907(16)Å,
с=14,79(4)Å,
β=96,73(4) градусов,
и V=1455(8)Å3; и
пространственная группа представляет собой Р21/n (#14), где Μ представляет собой Fe, и X представляет собой атом галогена, где лекарственное средство против опухоли головного мозга вводят в организм, а затем направляют посредством внешнего магнитного поля в оболочки головного мозга, и оно обладает противоопухолевым действием против менингиомы головного мозга.
3. Способ по п. 2, где лекарственное средство против опухоли головного мозга можно направлять в область приложения магнитного поля, прикладывая к голове после введения лекарственного средства против опухоли головного мозга в организм внешнее магнитное поле с интенсивностью в диапазоне от 0,5 тесла (Тл) до 0,8 (Тл).
