Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ

Die Entwicklung von wirksamen und sicheren Antikoagulantien, die ergänzend und anstelle der bisherigen Standardtherapeutika zur Behandlung thromboembolischer Erkrankungen eingesetzt werden können, ist weltweit ein aktuelles Forschungsziel vieler Firmen und Gruppen. Dabei ist, neben Thrombin, auch de...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Stürzebecher, Anne
Beteiligte: Steinmetzer, Torsten (Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2005
Pharmazeutische Chemie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
language German
oai_set_str_mv ddc:610
doc-type:doctoralThesis
xMetaDissPlus
dewey-raw 610
dewey-search 610
genre Medical sciences, Medicine
genre_facet Medical sciences, Medicine
topic_facet Medizin, Gesundheit
topic Medizin, Gesundheit
Blutgerinnung
Anticoagulants
Protease inhibitor
Gerinnungsfaktor Xa
Antithrombotics
Factor Xa
Antikoagulans
Blutgerinnungshemmung
Inhibitor
spellingShingle Medizin, Gesundheit
Blutgerinnung
Anticoagulants
Protease inhibitor
Gerinnungsfaktor Xa
Antithrombotics
Factor Xa
Antikoagulans
Blutgerinnungshemmung
Inhibitor
Stürzebecher, Anne
The trypsin-like serine protease factor Xa, located at the convergence point of the intrinsic and extrinsic coagulation cascade, is responsible for thrombin generation and has emerged as an attractive target for the development of a novel type of anticoagulants. Results obtained with parenteral inhibitors indicated that factor Xa is probably a more safe and selective target than the clotting protease thrombin. Modification of the known lead structure benzylsulfonyl-D-Ser(tBu)-Gly-4-amidinobenzylamide led to inhibitors with D-homophenylalanine (D-hPhe) as P3-residue. These inhibitors have a significantly improved affinity as factor Xa inhibitors (inhibitor 802: Ki = 6.0 nM), however, they were rapidly eliminated from the circulation of rats. The present work describes the further optimization of these analogues by the replacement of D-hPhe in P3 position with other non-natural aromatic homoamino acids in combination with different P4 and P2 residues to improve their affinity and selectivity as factor Xa inhibitors. In addition, the work was focused on the improvement of the pharmacokinetic behaviour of these derivatives. The most potent and selective inhibitor 1332 contains a D-2-homopyridylalanine-N-oxide as P3-residue and inhibits factor Xa with a Ki-value of 0.32 nM. Inhibitor 1332 shows a prolonged elimination half life in rats. This compound is highly effective in the standard clotting assays (aPTT, PT) and reduces the rate of thrombin generation. A very strong efficacy of this analogue could also be demonstrated in a rat model of venous thrombosis. To improve the poor oral bioavailability found for the benzamidine-derived inhibitors, a hydroxyamidino-prodrug of compound 1332 was synthesized. However, also the prodrug 1331 (benzylsulfonyl-D-2-homopyridylalanine-N-oxide-Gly-4-hydroxyamidinobenzylamide) has only a low oral bioavailability below 5 % in rats at a dose of 5 mg/kg.
Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ
author Stürzebecher, Anne
institution Pharmazeutische Chemie
title_alt Optimization of 4-amidinobenzylamide-derived inhibitors of coagulation factor Xa
contents The trypsin-like serine protease factor Xa, located at the convergence point of the intrinsic and extrinsic coagulation cascade, is responsible for thrombin generation and has emerged as an attractive target for the development of a novel type of anticoagulants. Results obtained with parenteral inhibitors indicated that factor Xa is probably a more safe and selective target than the clotting protease thrombin. Modification of the known lead structure benzylsulfonyl-D-Ser(tBu)-Gly-4-amidinobenzylamide led to inhibitors with D-homophenylalanine (D-hPhe) as P3-residue. These inhibitors have a significantly improved affinity as factor Xa inhibitors (inhibitor 802: Ki = 6.0 nM), however, they were rapidly eliminated from the circulation of rats. The present work describes the further optimization of these analogues by the replacement of D-hPhe in P3 position with other non-natural aromatic homoamino acids in combination with different P4 and P2 residues to improve their affinity and selectivity as factor Xa inhibitors. In addition, the work was focused on the improvement of the pharmacokinetic behaviour of these derivatives. The most potent and selective inhibitor 1332 contains a D-2-homopyridylalanine-N-oxide as P3-residue and inhibits factor Xa with a Ki-value of 0.32 nM. Inhibitor 1332 shows a prolonged elimination half life in rats. This compound is highly effective in the standard clotting assays (aPTT, PT) and reduces the rate of thrombin generation. A very strong efficacy of this analogue could also be demonstrated in a rat model of venous thrombosis. To improve the poor oral bioavailability found for the benzamidine-derived inhibitors, a hydroxyamidino-prodrug of compound 1332 was synthesized. However, also the prodrug 1331 (benzylsulfonyl-D-2-homopyridylalanine-N-oxide-Gly-4-hydroxyamidinobenzylamide) has only a low oral bioavailability below 5 % in rats at a dose of 5 mg/kg.
description Die Entwicklung von wirksamen und sicheren Antikoagulantien, die ergänzend und anstelle der bisherigen Standardtherapeutika zur Behandlung thromboembolischer Erkrankungen eingesetzt werden können, ist weltweit ein aktuelles Forschungsziel vieler Firmen und Gruppen. Dabei ist, neben Thrombin, auch der Gerinnungsfaktor Xa (FXa) ein wichtiges Zielenzym, das entscheidend an der Regulierung der Blutgerinnung beteiligt ist. In den letzten Jahren sind viele synthetische niedermolekulare FXa-Inhibitoren entwickelt worden und einige oral wirksame Verbindungen befinden sich zur Zeit in der klinischen Entwicklung. Bislang ist jedoch kein oral bioverfügbarer Hemmstoff des FXa als Arzneimittel zugelassen. Im Rahmen dieser Arbeit sollten die Grundstrukturen bereits bekannter Inhibitoren optimiert werden, um eine Verbesserung der Affinität, verbunden mit einer verzögerten Eliminierung aus der Zirkulation im Tiermodell an der Ratte zu erreichen. Idealerweise sollten die Verbindungen auch oral aufgenommen werden. Durch gezielte Substitution der P3-Aminosäure ist es gelungen, mehrere wirksame und selektive Substrat-analoge FXa-Hemmstoffe mit D-Homophenylalanin und anderen aromatischen Homoaminosäuren, wie z.B. D-Homotyrosin und verschiedenen D,L-Homopyridylalaninen, in P3-Position zu entwickeln. Dagegen konnte nur in wenigen Fällen ein verzögertes Eliminationsverhalten der Inhibitoren erreicht werden. Das Modeling der Verbindung 802 im Komplex mit FXa hat gezeigt, dass im Vergleich zu den D-Phenylalanin-Derivaten der aromatische Ring des P3-D-Homophenylalanins aufgrund der zusätzlichen Methylengruppe in der Seitenkette optimal in der Aryl-Bindungstasche lokalisiert ist. Die durchgeführten Variationen an P4- und P2-Resten in Kombination mit D-Homophenylalanin, D-Homotyrosin und verschiedenen D,L-Homopyridylalaninen haben zu Inhibitoren mit sehr unterschiedlichen Hemmkonstanten geführt. Eine Substitution des P4-Rings mit Carboxymethyl- oder Nitrogruppen sowie Pyridylringen bewirkte in den meisten Fällen einen Affinitätsverlust, lediglich der Einbau einer Aminogruppe in para-Position am P4-Ring führte zu einer leichten Verstärkung der FXa-Hemmwirkung. Allerdings wurden bei Untersuchung des P4-Amino-substituierten Inhibitors 760 im Ames-Test mutagene und zytotoxische Effekte beobachtet, die möglicherweise auf die anilinische Aminofunktion zurückzuführen sind. Deshalb wurde bei der weiteren Optimierung der Inhibitoren auf den Einbau des 4-Aminobenzylsulfonylrestes in P4-Position verzichtet. Daneben zeigte sich bezüglich Affinität und Selektivität eine deutliche Präferenz des FXa für Gly als P2-Rest; der Einbau anderer Aminosäuren führte zu weniger wirksamen Inhibitoren mit geringerer Selektivität. Um die schnelle Eliminierung der Hemmstoffe im Tierversuch zu reduzieren, wurde der Stickstoff der P4- und P3-Pyridylringe zu den entsprechenden N-Oxiden oxidiert. Diese Modifizierungen bewirkten am P4-Ring in allen Fällen einen starken Affinitätsverlust. Im Gegensatz dazu führte der Einbau des D,L-2-Homopyridylalanin-N-Oxids in P3-Position zu einem Inhibitor (1215) mit starker FXa-Hemmwirkung, exzellenter Selektivität und einer deutlich verzögerten Eliminationsgeschwindigkeit an der Ratte nach i.v.-Gabe. Da aus früheren Synthesen bekannt war, dass FXa in P3-Position Aminosäuren in der D-Konfiguration bevorzugt, wurde eine Racemattrennung der D,L-Homopyridylalanine durchgeführt. Gegenüber den racemischen Inhibitoren sind deren D-Derivate - wie erwartet - inhibitorisch etwa doppelt so aktiv. Der Hemmstoff 1332 mit D-2-Homopyridylalanin-N-Oxid ist mit einem Ki-Wert von 0,32 nM der wirksamste aller bis dahin untersuchten FXa-Inhibitoren dieses Strukturtyps. Obwohl die Verbindung 1332 im Vergleich zum racemischen Inhibitor 1215 schneller eliminiert wird, zeigt sich in allen anderen Untersuchungen eine erhöhte Wirksamkeit im Vergleich zum Racemat. Neben den verbesserten Ki-Werten ist der Hemmstoff 1332 auch in vitro im Gerinnungstest (aPTT und PT) etwa doppelt so aktiv; der ED50-Wert der antithrombotischen Wirksamkeit in vivo wurde ebenfalls deutlich verbessert. Aufgrund der positiv geladenen Benzamidingruppe in P1-Position besitzen die Hemmstoffe keine orale Bioverfügbarkeit. Um die orale Aufnahme des Inhibitors 1332 zu erhöhen, wurde dessen Hydroxyamidino-Prodrug 1331 synthetisiert. Während der Resorptionsversuche mit dem Prodrug 1331 an der Ratte traten ungewöhnlich starke Schwankungen in den für Inhibitor 1332 gemessenen Blutspiegeln auf. In einigen Fällen sind die erhaltenen Plasmaspiegel nach oraler bzw. duodenaler Applikation jedoch mit denen des Thrombinhemmstoffs Ximelagatran vergleichbar, der zu etwa 20 % oral bioverfügbar ist.
publisher Philipps-Universität Marburg
building Fachbereich Pharmazie
author2 Steinmetzer, Torsten (Dr.)
author2_role ths
format Dissertation
first_indexed 2005-12-27T00:00:00Z
url http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2005/0529/pdf/das.pdf
last_indexed 2011-08-10T23:59:59Z
title Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ
title_short Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ
title_full Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ
title_fullStr Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ
title_full_unstemmed Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ
title_sort Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ
publishDate 2005
era_facet 2005
thumbnail http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2005/0529/cover.png
spelling diss/z2005/0529 urn:nbn:de:hebis:04-z2005-05294 Optimization of 4-amidinobenzylamide-derived inhibitors of coagulation factor Xa The trypsin-like serine protease factor Xa, located at the convergence point of the intrinsic and extrinsic coagulation cascade, is responsible for thrombin generation and has emerged as an attractive target for the development of a novel type of anticoagulants. Results obtained with parenteral inhibitors indicated that factor Xa is probably a more safe and selective target than the clotting protease thrombin. Modification of the known lead structure benzylsulfonyl-D-Ser(tBu)-Gly-4-amidinobenzylamide led to inhibitors with D-homophenylalanine (D-hPhe) as P3-residue. These inhibitors have a significantly improved affinity as factor Xa inhibitors (inhibitor 802: Ki = 6.0 nM), however, they were rapidly eliminated from the circulation of rats. The present work describes the further optimization of these analogues by the replacement of D-hPhe in P3 position with other non-natural aromatic homoamino acids in combination with different P4 and P2 residues to improve their affinity and selectivity as factor Xa inhibitors. In addition, the work was focused on the improvement of the pharmacokinetic behaviour of these derivatives. The most potent and selective inhibitor 1332 contains a D-2-homopyridylalanine-N-oxide as P3-residue and inhibits factor Xa with a Ki-value of 0.32 nM. Inhibitor 1332 shows a prolonged elimination half life in rats. This compound is highly effective in the standard clotting assays (aPTT, PT) and reduces the rate of thrombin generation. A very strong efficacy of this analogue could also be demonstrated in a rat model of venous thrombosis. To improve the poor oral bioavailability found for the benzamidine-derived inhibitors, a hydroxyamidino-prodrug of compound 1332 was synthesized. However, also the prodrug 1331 (benzylsulfonyl-D-2-homopyridylalanine-N-oxide-Gly-4-hydroxyamidinobenzylamide) has only a low oral bioavailability below 5 % in rats at a dose of 5 mg/kg. opus:1254 Die Entwicklung von wirksamen und sicheren Antikoagulantien, die ergänzend und anstelle der bisherigen Standardtherapeutika zur Behandlung thromboembolischer Erkrankungen eingesetzt werden können, ist weltweit ein aktuelles Forschungsziel vieler Firmen und Gruppen. Dabei ist, neben Thrombin, auch der Gerinnungsfaktor Xa (FXa) ein wichtiges Zielenzym, das entscheidend an der Regulierung der Blutgerinnung beteiligt ist. In den letzten Jahren sind viele synthetische niedermolekulare FXa-Inhibitoren entwickelt worden und einige oral wirksame Verbindungen befinden sich zur Zeit in der klinischen Entwicklung. Bislang ist jedoch kein oral bioverfügbarer Hemmstoff des FXa als Arzneimittel zugelassen. Im Rahmen dieser Arbeit sollten die Grundstrukturen bereits bekannter Inhibitoren optimiert werden, um eine Verbesserung der Affinität, verbunden mit einer verzögerten Eliminierung aus der Zirkulation im Tiermodell an der Ratte zu erreichen. Idealerweise sollten die Verbindungen auch oral aufgenommen werden. Durch gezielte Substitution der P3-Aminosäure ist es gelungen, mehrere wirksame und selektive Substrat-analoge FXa-Hemmstoffe mit D-Homophenylalanin und anderen aromatischen Homoaminosäuren, wie z.B. D-Homotyrosin und verschiedenen D,L-Homopyridylalaninen, in P3-Position zu entwickeln. Dagegen konnte nur in wenigen Fällen ein verzögertes Eliminationsverhalten der Inhibitoren erreicht werden. Das Modeling der Verbindung 802 im Komplex mit FXa hat gezeigt, dass im Vergleich zu den D-Phenylalanin-Derivaten der aromatische Ring des P3-D-Homophenylalanins aufgrund der zusätzlichen Methylengruppe in der Seitenkette optimal in der Aryl-Bindungstasche lokalisiert ist. Die durchgeführten Variationen an P4- und P2-Resten in Kombination mit D-Homophenylalanin, D-Homotyrosin und verschiedenen D,L-Homopyridylalaninen haben zu Inhibitoren mit sehr unterschiedlichen Hemmkonstanten geführt. Eine Substitution des P4-Rings mit Carboxymethyl- oder Nitrogruppen sowie Pyridylringen bewirkte in den meisten Fällen einen Affinitätsverlust, lediglich der Einbau einer Aminogruppe in para-Position am P4-Ring führte zu einer leichten Verstärkung der FXa-Hemmwirkung. Allerdings wurden bei Untersuchung des P4-Amino-substituierten Inhibitors 760 im Ames-Test mutagene und zytotoxische Effekte beobachtet, die möglicherweise auf die anilinische Aminofunktion zurückzuführen sind. Deshalb wurde bei der weiteren Optimierung der Inhibitoren auf den Einbau des 4-Aminobenzylsulfonylrestes in P4-Position verzichtet. Daneben zeigte sich bezüglich Affinität und Selektivität eine deutliche Präferenz des FXa für Gly als P2-Rest; der Einbau anderer Aminosäuren führte zu weniger wirksamen Inhibitoren mit geringerer Selektivität. Um die schnelle Eliminierung der Hemmstoffe im Tierversuch zu reduzieren, wurde der Stickstoff der P4- und P3-Pyridylringe zu den entsprechenden N-Oxiden oxidiert. Diese Modifizierungen bewirkten am P4-Ring in allen Fällen einen starken Affinitätsverlust. Im Gegensatz dazu führte der Einbau des D,L-2-Homopyridylalanin-N-Oxids in P3-Position zu einem Inhibitor (1215) mit starker FXa-Hemmwirkung, exzellenter Selektivität und einer deutlich verzögerten Eliminationsgeschwindigkeit an der Ratte nach i.v.-Gabe. Da aus früheren Synthesen bekannt war, dass FXa in P3-Position Aminosäuren in der D-Konfiguration bevorzugt, wurde eine Racemattrennung der D,L-Homopyridylalanine durchgeführt. Gegenüber den racemischen Inhibitoren sind deren D-Derivate - wie erwartet - inhibitorisch etwa doppelt so aktiv. Der Hemmstoff 1332 mit D-2-Homopyridylalanin-N-Oxid ist mit einem Ki-Wert von 0,32 nM der wirksamste aller bis dahin untersuchten FXa-Inhibitoren dieses Strukturtyps. Obwohl die Verbindung 1332 im Vergleich zum racemischen Inhibitor 1215 schneller eliminiert wird, zeigt sich in allen anderen Untersuchungen eine erhöhte Wirksamkeit im Vergleich zum Racemat. Neben den verbesserten Ki-Werten ist der Hemmstoff 1332 auch in vitro im Gerinnungstest (aPTT und PT) etwa doppelt so aktiv; der ED50-Wert der antithrombotischen Wirksamkeit in vivo wurde ebenfalls deutlich verbessert. Aufgrund der positiv geladenen Benzamidingruppe in P1-Position besitzen die Hemmstoffe keine orale Bioverfügbarkeit. Um die orale Aufnahme des Inhibitors 1332 zu erhöhen, wurde dessen Hydroxyamidino-Prodrug 1331 synthetisiert. Während der Resorptionsversuche mit dem Prodrug 1331 an der Ratte traten ungewöhnlich starke Schwankungen in den für Inhibitor 1332 gemessenen Blutspiegeln auf. In einigen Fällen sind die erhaltenen Plasmaspiegel nach oraler bzw. duodenaler Applikation jedoch mit denen des Thrombinhemmstoffs Ximelagatran vergleichbar, der zu etwa 20 % oral bioverfügbar ist. 2005-11-21 2005-12-27 2011-08-10 Optimierung synthetischer Inhibitoren des Gerinnungsfaktors Xa vom 4-Amidinobenzylamid-Typ 2005 Stürzebecher, Anne Stürzebecher Anne Philipps-Universität Marburg ths Dr. Steinmetzer Torsten Steinmetzer, Torsten (Dr.)
recordtype opus
id urn:nbn:de:hebis:04-z2005-0529
urn_str urn:nbn:de:hebis:04-z2005-05294
collection Monograph
uri_str http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2005/0529
callnumber-raw diss/z2005/0529
callnumber-search diss/z2005/0529
callnumber-sort diss/z2005/0529
callnumber-label diss z2005 0529
callnumber-first diss
callnumber-subject diss z2005
_version_ 1563293717892169728
score 9,617626