A ciklodextrinek sajátos életútja: nano-tartály segédanyagoktól a terápiás eszközökig Szente Lajos CycloLab Kft.

Átírás

1 A ciklodextrinek sajátos életútja: nano-tartály segédanyagoktól a terápiás eszközökig Szente Lajos CycloLab Kft Március 13. ELTE Fizikai Intézet

2 Szerkezeti alapok: természetes, glukóz-alapú nanocsövek Ciklodextrin Prekurzor keményítő/amilóz spirálok amíg a Nap süt.. (S. Immel, Angew. Chem. 2002)

3 a Ciklodextrinek valóban nano-üregek üregátmérők: αcd 0.57 nm, βcd 0.78 nm, γcd 0.95 nm, és δcd 1.3 nm üregmagaság: 0.76 nm üregtérfogatok: 170, 260, and 470 Å 3

4 A ciklodextrinek funkcionális sajátsága A CDk NEM-KVALENS zárványkomplexet ( szupramolekulát) képeznek reverzibilis módon a gazda (CD) és vendég molekula románca

5 A CD kutatás eredeti célkitűzése: hatóanyaggal töltött CD üregek A Ciklodextrinek mint molekuláris kapszulák, segédanyagok ( ) CDk mint kapszulák (molekuláris szintű kapszulázás) Kontrollált hatóanyag-leadású készítmények: vízre akitválódó formulációk Élelmiszeripari, kozmetikai, háztartásvegyipari alkalmazások 30 év alatt kb termékben EU, USA, Japán piacon Az alfa-, a béta- és a gamma-cd egyaránt GRAS listán A beta-cd E 459 néven élelmiszer alkotó az EU-ban CDk mint gyógyszeripari excipiensek (szolubilizálás, stabilizálás) Az EU, a JP és US gyógyszerkönyvben hivatalosak CDk a hatóanyag célbajuttatás eszközei 30 év alatt 44 gyógyszer termék a piacon

6 Bonyolultabb komplex összetételek: a ciklodextrin komplexek láthatók AFM és STM technikákkal már láthatók is a szupramolekuláris rotaxánok! (Shigekawa JACS 2000) Cyclolab kezdeményezni fogja e téren az együttműködést az anyagfizikai Tanszékkel!

7 A Hatóanyag és CD komplexe: molekulár-diszperz rendszerek Piroxikám kristályok Új szilárd formájú Piroxikám 1:2 mol/mol Piroxikám/BCD komplex Intensity (cps) 2000 Intensity (cps) Újabb együttműködés igénye! Theta ( )

8 Az első engedélyezett termék (Chiesi Farmaceutici) Piroxikám-β-ciklodextrin 1:2 komplexe

9 Különböző ciklodextrinnel segített dózisformák Nikotin-βCD tabletta ízfedés (Pfizer) Voltaren-HPγCD szemcsepp szolubilizálás (Novartis) PGE1-α-CD intraarteriális injeckió (no és Schwarz Pharma) stabilizálás

10 Szulfobutiléter-béta-CD (Captisol )-alapú injektábilis gyógyszerek mau 50 DAD1 A, Sig=350,20 Ref=225,20 (E:\CE_DATA\DATA\SB0913\SB D) DAD1 A, Sig=350,20 Ref=225,20 (E:\CE_DATA\DATA\SB0913\SB D) SBE-BCD CMMERCIAL SURCE Na+ SBE-BCD CYL-2569 DS: Anionos, kompozit βcd-izomerkeverék (oldékonyságfokozó) min

11 A Ciklodextrinek hasznos Biotechnológiai segédanyagok A Heptakis 2,6-di--metil-bétaciklodextrin a lipid szolubilizáló adalék a vakcina gyártása során (Teijin és Aventis Pasteur)

12 Példák nem gyógyszeripari ciklodextrin-tartalmú termékekre kozmetika háztartásvegyipar élelmiszeripar

13 A ciklodextrinek mint stabilizáló adalékok Retinol és PUFA tartalmú kozmetikumok

14 Procter and Gamble sikeres BCD és HPBCD tartalmú termékei Laundry dor Eliminating Boost Főként USA piacon, évente kb. 750 tonna BCD és 600kg HPBCD kerül igy piacra

15 Estée Lauder termékek CD-alapú permeációfokozókkal Premium hidratáló kozmetikumok Hyaluronsav HPBCD kombinációval

16 A ciklodextrin kutatás váratlan, új iránya (2000-től) üres ciklodextrinek terápiás és diagnosztikai alkalmazása

17 Az üres ciklodextrinek molekuláris felismerőhelyekként alkalmazhatók Analitikai és diagnosztikai célokra: Királis felismerésre, enantiomer elválasztások (24 termék, ~ 4000 publikáció, NASA Urey és Curiosity Lab Mars szondák, 4 működő vállalat) Molekula-specifikus szenzorok fejlesztése (a jövőben) DNS szekvenálás automatizálása (éppen most zajlik) Terápiás célokra: Szelektív, igen aktív hatóanyag (1 engedélyezett termék) Vírusfertőzések megelőzésére (humán kisérletek 2009) Lipid tárolási betegségek kezelésére (FDA, rphan Drug engedély 2010)

18 Ciklodextrin mint királis felismerőhely az egekben NASA Curiosity szondája

19 Ciklodextrin az egekben NASA Curiosity A királis CD-nanoüreg a két enantiomerrel (L- és D-) eltérő stabilitású komplexet képez, ami lehetővé teszi az izomerek kimutatását

20 NASA Mars Curiosity Analizis Laborja Chirasildex betacd alapú királis felismerő GC oszlop

21 Amikor egy üres CD származékból aktív hatóanyag lesz

22 Amikor egy üres CD származékból aktív hatóanyag lesz A Sugammadex vagy Bridion átírja az klinikai aneszteziológiai protokollt csökkenti a műtéti altatás kockázatát növeli a paciens biztonságát csökkenti a posztoperativ ápolási költségeket

23 A célmolekula: az izomrelaxáns Rocuronium CH 3 CH 3 N CH 3 H H N + H H H 2 C - A hatóanyag pozitív töltésű aminoszteroid, kb. 1.6 nm x 0.9 nm méretű - gamma-cd üregátmérő ideális (0.95 nm) K! - az üreg nem elég magas (0.78 nm) hosszabbítani kell! - kell negatív töltésű hely CD felszínen, hogy ionos kapcsolat erősítse az inklúziót (igen nagy stabilitási állandót kell elérnünk!)

24 a szintézis ( 2 éves rganon-cyclolab kooperáció) H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H PPh 3 /Br 2 or I 2 DMF Br/I H Na Br/I 3 DMF/base 4: Br Na 6: I Na Na S S H H Na H H H S S H H H 1 H H S H H S H H H H Na S Br/I Br/I S H Na Na H H H H Br/I H H H H H 7: HSCH 2 CH 2 CH or 8: HSCH 2 CH 2 CMe or 9: HSCH 2 CH 2 CEt H H Br/I H H H H Br/I Br/I rg (244 vegyületből)

25 A Rocuroniumra hangolt das wohltemperierte gamma-ciklodextrin: Sugammadex Na + - Na + - S S Na + - S H H H H - Na + H H H S a + - S Na + - H H S H H H H S H H 3 C H - Na + S - Na + ktakisz-(6-dezoxi-6-s-(3-karboxietil-tio)-γ-ciklodextrin nátriumsó: SUGAMMADEX

26 Szerkezet/hatás összefüggés szép példája a gyógyszerkötő nanoüreg A szupramolekula rendkívüli stabilitását a tökéletes üregbeli illeszkedés mellett az ionos kapcsolat erősíti Az irodalomban eddig leírt legnagyobb kötési állandójú nem kovalens molekula-együttes: K ass = /M

27 A Sugammadex klinikai hatékonysága (Naguib et al Anesthesiology 2008) Normális NM működés NM blokád CH 3 CH 3 N CH 3 H H N + H H H 2 C Na + Na S S Na + - S H H H H - Na + H H H S Na + - S H H H H H H H H 3 C H S - Na + S Hagyományos Neostigmin módszer Na + - S - Na + Sugammadex

28 A rögös út vége: 11 év után EU, USA, Japán piacon Akzo rganon(cyclolab) Schering Plough Merck 2010-ben már 1 Mrd USD forgalom!

29 A szolubilizáló HPBCD gyógyszer-segédanyagot rphan Drug-ként engedélyezik

30 Miért a 2-hidroxipropil-β- ciklodextrin? Hatékony koleszterin szolubilizáló és mobilizáló USA, EU, JP engedélyezett parenterális excipiens USD/Kg áron elérhető gigadózisokban is kiválóan tolerálható

31 A komplex stabilitási állandója /M (Szente, J.Pharm.Sci.2004.) A koleszterin-hpbcd komplex dinamikája A koleszterin ciklodextrin zárványkomplex szimulált viselkedése vizes oldatban, ahogy a molekula-dokkolással látjuk

32 A lipid tárolási betegség (Nieman-PickC) háttere Egészséges állapot Kóros állapot: (gyermekkori Alzheimer)

33 In vitro-in vivo korrelációk, az első bíztató eredmények NPC egerek túlélési arányai Piros: kezeletlen A többi krónikus HPBCD i.v. kezelés eredménye: itt is látszik hogy a HPBCDk között van különbség a DS 4.6, 5.6, és 7.2!!

34 Brown és Goldstein csoportja is bekapcsolódik a kutatásba The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1985 was awarded jointly to Michael S. Brown and Joseph L. Goldstein "for their discoveries concerning the regulation of cholesterol metabolism

35 Terápiás siker titka: a HPBCD aggregátumok belépnek a kp. Idegrendszer sejtjeibe (S. Walkley-L. Szente, 2010) Cl - N + N Cl - H 3 N + Cl - + NH 3 + H 3 N Cl - H H H H H C H 3 CH 3 H H H H H 3 C H H H H H H H H CH 3 HN NH H S Rhodamin-jelzett HPBCD (CycloLab) a NPC1 egér agy asztrocitában (balra) és neuronban (jobbra) 0.2 mm R-HPBCD inkubálás (widefield microscope)

36 Terápiás siker kulcsa: a HPBCD átjut a vér agy gáton HPBCD a vízben aggregál: monomer és aggregátum együtt újabb igény az anyagtudományi tanszékkel történő együttműködésre Size Distribution by Intensity Havancsák Károly AFM felvétele 15 Intensity (%) Size (r.nm) Record 22: HPBCD CYL Record 23: HPBCD CYL Record 24: HPBCD CYL

37 Laborból a Betegágyhoz: Gyors hatósági engedélyezés a Nieman-Pick C betegség klinikai kezelésére

38 Klinikai engedélykérelem az FDA-hoz i.v. ciklodextrin kezelésekhez

39 Az ikerpár 4 évesen az első ciklodextrin kezelésekkor Az ikrek édesanyja mozgósítja a fél világot (CNN, Wall Street Journal)

40 Az első 2 palack HPBCD ciklodextrin oldat 2009.okt. Az első, magas DS-ű, endotoxin mentes HPBCD minták (CycloLab) Gigadózisú HPBCD infúzió: 2 gram!/tskg heti 2 alkalommal (Reno, Nevada)

41 HPBCD orphan drug státus beadvány 2010 Febr. FDA engedély 2010 Szept.

42 Az első intratekális HPBCD kezelés: 40 gram i.v. helyett 200 mg i.t. dózis

43 2010 Karácsonya otthon Koordinált mozgás, és beszéd, normális kéztartás, a szülőket felismerik kb. 2 éves krónikus HPβCD kezelés után. (Foto: Chris Hempel) Nem happy end, mert folyamatosan kell kezelést kapniuk!

44 Nanoüreg a nanopórusban: Hole in the Pore DNS szekvenálás automatizálásának ígérete

45 A CD-Nanotechnológia ígéretes diagnosztikai alkalmazása CD-gyűrű egy fehérjepórusban: DNS szekvenálás automatizálásának ígérete

46

47 CD-alapú DNS analizátor xford Nanopore-CycloLab kooperáció Az xford Nanopore Ltd. DNS-array chip protipusa amino-β-ciklodextrinnel (CYL-2336) Pore in the Hole a gyors DNS szekvencia meghatározására (1000 USD/minta a cél)

48 Szilikon chip prototípus a CD-alapú DNS analizátorhoz DNS-array chip prototípusa amino-βciklodextrinnel 1 perc alatt kb 550 szekvenálás!! xford Nanopore Secures $41M for Development of GridIon Platform (Financial Times, April 26, 2011)

49 Epilógus Szejtli József as évek elejéről származó jóslata: 2000 körül a civilizált emberiség napi kapcsolatba kerül olyan termékekkel, melyek : Ciklodextrint tartalmaznak Vagy azok segítségével készültek Már kiegészíthetjük az üres CD alkalmazásokkal

50 Köszönöm a figyelmet!