Ciklodextrinek és Orvosi Alkalmazásuk (szénhidrát alapú nano-tartályok terápiás hasznosíthatósága) Szente Lajos CycloLab Kft.

Tartalom Szerkezeti és funkcionális alapok Hagyományos alkalmazások (biner zárványkomplexek korszaka) Az „üres” nanoüregek terápiás alkalmazása Egy „üres” ciklodextrin származék aktív hatóanyag (Sugammadex/Bridion® ) Egy excipiens ciklodextrin „Orphan Drug” státusa Gyógyszer célbajuttatás CD nanorészecskékkel Ciklodextrin nanopórusok a modern diganosztikában (pl. DNS szekvenálás)

Szerkezeti alapok: természetes, glukóz-alapú „nanocsövek” Ciklodextrin Prekurzor keményítő/amilóz spirálok molekulamodellje (S. Immel, Angew. Chem. 2002)

A Ciklodextrin Nanoüregek szerkezete és méretei üregmagaság: 0.76 nm üregtérfogatok: ~ 170, 260, and 470 Å3 α-, β, és γCD üregátmérők: αCD 0.57 nm, βCD 0.78 nm, γCD 0.95 nm, és δCD 1.3 nm

Ciklodextrin méretének összehasonlítása

A ciklodextrinek funkcionális sajátsága A ciklodextrinek NEM-KOVALENS zárványkomplexet képeznek reverzibilis módon a gazda (CD) és vendég molekula románca

Hidrofil molekuláris burok öleli körül a lipofil molekulákat Az üregméret számít: különféle zárvány komplex geometriák alakulnak ki (gyakori 1:1 sztöhiometria)

A ciklodextrinek terápiás potenciálja 1975 és 2000 között zárványkomplex-képző gazdamolekulák: gyógyszer stabilizálás, solubilizálás Gyógyszerkönyben hivatalos excipiensek 2011-ben több, mint 50 humán és 15 állatgyógyászati gyógyszertermék van piacon 2000-től napjainkig: Ciklodextrinek önmagukban mutatnak hatást (2 engedélyezett termék: Bridion® és HPBCD )

Klasszikus alkalmazások: a hatóanyag és CD zárványkomplexe Új szilárd formájú Piroxikám Piroxikám kristályok 1:2 mol/mol Piroxikám/BCD komplex

Az első engedélyezett termék (Chiesi Farmaceutici) Piroxikám-β-ciklodextrin zárványkomplexe

Ciklodextrinnel segített orális hatóanyag felszívódás Humán Fluoxetin vérszintek a szabad hatóanyag (Prozac®) vs. komplexált hatóanyag orális adása után (n=45)

„Komplex egyensúlyok között egyensúlyozunk” A CD-segítette hatóanyag-felszívódás mechanizmusa

Ciklodextrin alapú, páciens-barát injekciós gyógyszerformák Detergens- és oldószer nélküli CD-vel szolubilizált Paclitaxel és Docetaxel vizes injekciók (fejlesztés alatt Németországban) A piacon levő termékek Taxol®: alkohol, CremophorEL Taxotere®: alkohol, Tween

A Taxol®, a paclitaxel/DIMEB, és a paclitaxel/Su-RAMEB komplexek in vitro citotoxicitása (PC3 humán daganat sejtvonalon)

A hagyományos Paclitaxel formuláció kardiovaszkuláris mellékhatása (beagle kutyán)

A ciklodextrines Paclitaxel formuláció (detergens és alkohol mentes vizes oldat!) mellékhatása (beagle kutyán)

Gyógyszer Szolubilizálás Ciklodextrinekkel HPBCD ban: 10 mg/mL !! oldott itraconazol (min. 2500 X-os oldékonyság fokozás!)

Ciklodextrinnel-segített gyógyszer permeáció fokozás Voltaren szemcseppből in vitro kornea permeáció

Különböző ciklodextrinnel segített dózisformák Nikotin-βCD tabletta ízfedés (Pfizer) Voltaren-HPγCD szemcsepp szolubilizálás (Novartis) PGE1-α-CD intraarteriális injeckió (Ono és Schwarz Pharma) stabilizálás

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

Az üres ciklodextrinek molekuláris felismerőhelyekként alkalmazhatók Analitikai és diagnosztikai célokra: Királis felismerésre, enantiomer elválasztások (24 termék, ~ 4000 publikáció, NASA Urey Lab Mars szondája) Molekula-specifikus szenzorok fejlesztése (a jövőben) DNS szekvenálás automatizálása (éppen most zajlik) Terápiás célokra: Szelektiv, igen aktiv hatóanyag (1 engedélyezett termék) Bakteriális toxinok semlegesítésére (humán klinikai fázisban) Hatóanyag célbajuttatás (klinika fázis I.) Vírusfertőzések megelőzésére (humán kísérletek Afrikában) Lipid tárolási betegségek kezelésére (FDA, Orphan Drug engedély 2010)

1. Példa 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

A Bridion® projekt célkitűzései Egy rocuronium-specifikus, mesterséges „receptor” kifejlesztése Izomrelaxáns hatás gyors feloldása Tökéletes és extrém erős gyógyszer kötés Farmakológiailag inert Az ébredés mellékhatásainak csökkentése Posztoperativ őrzés egyszerűsítése a célállomás: ideg-izom áttevődés

A célmolekula: az izomrelaxáns Rocuronium - A hatóanyag pozitív töltésű aminoszteroid, kb. 1.6 nm x 0.9 nm méretű - gamma-CD üregátmérő ideális (0.95 nm) → OK! - 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!)

A ciklodextrin kémiai hangolása Rocuroniumra

A Rocuroniumra hangolt “das wohltemperierte” gamma-ciklodextrin: Sugammadex® Oktakisz-(6-dezoxi-6-S-(3-karboxi- etil-tio)-γ-ciklodextrin nátriumsó: SUGAMMADEX®

Szerkezet/hatás összefüggés szép példája a gyógyszerkötő nanoüreg A szupramolekula rendkivüli stabilitását a tökéletes üregbeli illeszkedés mellett az ionos kapcsolat erősiti Az eddig leírt legnagyobb kötési állandójú nem kovalens molekula-együttes: Kass =10. 000.000 1/M

Hagyományos Neostigmin módszer A Sugammadex klinikai hatékonysága (Naguib et al Anesthesiology 2008) Normális NM működés NM blokád Sugammadex Hagyományos Neostigmin módszer

A rögös út vége: 11 év után EU, USA, Japán piacon Angew. Chem. Intl. Ed. 2002, 41, No. 2.

A szolubilizáló HPBCD gyógyszer-segédanyagot 2. példa: A szolubilizáló HPBCD gyógyszer-segédanyagot Orphan Drug-ként engedélyezik

Ciklodextrin/Lipid komplexképződésen alapuló terápiás alkalmazási lehetőségek: Lizoszómális lipid (koleszterin és gangliozid) tárolási betegségek Nieman-Pick C rendelleneség, (ezt gyerekkori Alzheimernek is nevezik)

A Gyógyszerkönyv széles szubsztituciófok (DS) tartományt enged: A parenterális szolubilizáló segédanyag: 2-hidroxipropil-béta-ciklodextrin A Gyógyszerkönyv széles szubsztituciófok (DS) tartományt enged: DS= 2.8- tól 10.5-ig USA és EU gyógyszerkönyvben hivatalos, sőt már Generikus!

Miért a 2-hidroxipropil-β- ciklodextrin? Hatékony koleszterin szolubilizáló és mobilizáló USA, EU, JP engedélyezett parenterális excipiens 400-600 USD/Kg áron elérhető gigadózisokban is kiválóan tolerálható

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

Az első bíztató megfigyelés (Liu,és mtsai PNAS, 106 (7) 2377 2008.) Ezetimib, koleszterin felszivódás gátló

HPBCD kezelés hatása Nieman-Pick C beteg egerek idegsejtjeire Egészséges (A) fiz.sóval kezelt beteg (B) és HPBCD-vel kezelt beteg (C) egér agy Purkinje sejtjei (Liu et al Journal of Lipid Res. Vol. 49. 663. 2008) Az egereket 7 napos koruk óta folyamatosan kezelték. A nyilak a túlélő, ill. ép Purkinje sejtekre mutatnak

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„

Újabb független, megerősitő eredmények: NPC egerek túlélési arányai Piros:Kontrol, kezeletlen A többi krónikus HPBCD i.v. kezelési modulusok eredménye

Nieman Pick C egerek 2 hetes HPBCD kezelésének hatása (Walkley, 2009) NPC1 beteg egér agyszövet hisztokémiai képe Koleszterin (A) Gangliozid (B és C) tartalom a kezelések hatására Megválasztolatlan kérdés: Hogy jut ide a HPBCD? Hol a vér agy gát?)

A ciklodextrin monomerek vízben aggregálnak (Cyclolab nem publikált)

HPBCD aggregátumok (100 nm) belépnek a kp. Idegrendszer sejtjeibe Rhodamin-jelzett HPBCD (CycloLab) a NPC1 egér agy asztrocitában (balra) és neuronban (jobbra) 0.2 mM R-HPBCD inkubálás (widefield microscope)

és a Nieman-Pick C betegség klinikai kezelési kísérlete A hatósági engedélyek és a Nieman-Pick C betegség klinikai kezelési kísérlete

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

A ciklodextrin kezelés előtti állapot Az ikrek mozgása, izomtónusa tónusa gyenge Beszéd- és nyelés zavar Szülőket néha nem ismerik fel, súlyos hallásvesztés Kezelés: hagyományos Ezetimib, (curcumin) (Fotók Chris Hempel engedélyével)

Az első humán HPBCD kezelések Az első, magas DS-ű, endotoxin mentes HPBCD minták Gigadózisú HPBCD infúzió: 2 gram!/tskg heti 2 alkalommal (Reno, Nevada)

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

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

2010 Karácsonya otthon (Foto: Chris Hempel) Koordinált mozgás, és beszéd, normális kéztartás, hallásjavulás, a szülőket felismerik kb. 1.5 éves krónikus HPβCD kezelés után. Nem happy end, mert folyamatosan kell kezelést kapniuk!

2009 Február Lizoszómális lipid tárolási betegségek Konferenciája (Nadin Albi Univ. Toronto) Types Gene mutated Symptoms Treatments Niemann-Pick Type A* (most common) SMPD1 Enlarged liver/spleen CNS damage Mostly infants Fatal in 3 years Symptomatic Type B Nervous system unaffected BM transplant Enzyme replacement Gene therapy Zinc supplement Type C NPC1 / 2 Moderate enlargement of liver/spleen CNS damage, fatal Miglustat Cyclodextrin

20 September 2011 EMA/COMP/546608/2011 Committee for Orphan Medicinal Products Public summary of opinion on orphan designation Hydroxy-propyl-beta-cyclodextrin for the treatment of Niemann-Pick disease, type C On 30 August 2011, orphan designation (EU/3/11/895) was granted by the European Commission to Susan French, United Kingdom, for hydroxy-propyl-beta-cyclodextrin for the treatment of Niemann-Pick disease, type C.

egyes vírus fertőzések megelőzésére 3.Példa Üres Ciklodextrinek egyes vírus fertőzések megelőzésére

Ciklodextrinek és a Vírus fertőzés megelőzése 2001 óta kb. 100 cikk és 6 szabadalom Concepció: az envelop vírusok fertőzőképessége a vírus-felszín és a célsejt membrán aktuális lipid státuszától IS függ

Szomorú Statisztika a HIV vírusról: napi 15.000 új fertőzött eddig 20 millió áldozat becsült 40 millió a következő 10 évben (forrás: J. Hildreth Johns Hopkins Egyetem)

Ciklodextrinek a HIV fertőzés megelőzésére James Hildreth az új prevenciós elv megalkotója: ÜRES HPBCD-t tartalmazó mukoadheziv kenőcs a szer (2011-ben Humán tesztelés Közép-Afrikában WHO támogatással)

Fázis II. klinikai vizsgálat 2010-ben, (5% HPBCD tartalmú kenőcsben) Herpes labialis virus titer HPBCD koncentráció függvényében (Viral Shield Inc.) Fázis II. klinikai vizsgálat 2010-ben, (5% HPBCD tartalmú kenőcsben)

Újszerű terápiás elv Bakteriális Toxinok (Anthrax) ellen: 4. példa Újszerű terápiás elv Bakteriális Toxinok (Anthrax) ellen: kémiailag pontosan hangolt ÜRES ciklodextrin blokkolja a bakteriális toxin sejtbe jutását

Az Antrax Bacillus Támadás Mechanizmusa A lépfene kórokozója Kulcs komponens: a protektiv antigén (PA), ennek heptamerje ül a sejtmemebránba pórusként

Üres CD az Anthrax ellen: avagy LYUK A LYUKBAN 1. A lépfene baci egy letális faktort (LF) és edema faktort (EF) választ ki, mely egy heptamer poruson át jut a sejtbe. 2. Csak gigadózisú antibiotikumok hatnak, néha 3. Finoman hangolt beta-ciklodextrin aktivitást mutat. (Karginov et al PNAS 102.42, 15075, 2005.) Heptakis per-6-(3-aminopropylthio)-beta-CD 0.2 nM! koncentrációban Antrax pore lumenben gátolja LF transzportot

Ciklodextrin és Cirpofloxacin kombináció hatása in vivo Antrax fertőzéssel szemben (Karginov, PNAS, 2007)

Gyógyszer célbajuttatás ciklodextrinek 5. Példa Gyógyszer célbajuttatás ciklodextrinek Segítségével Ezúttal az üres ciklodextrinek pontos nanoméretű távtartó elemekként szerepelnek polimer nanorészecskék építésénél

Egy CD-polyplex sematikus szerkezet

CD-Irinotekán-polyplex nanorészecskék tumor célbajuttatási hatékonysága (M. Davis, 2002) A hagyományos kemoterápiás protokoll (felső sor) és a Polyplex nanorészecskékkel végzett kezelés (alsó sor) eredménye

6.példa Üres alfa ciklodextrin gátolja a zsírfelszívódást

Üres ciklodextrin kölcsönhatása Zsírsavakkal Egy NIH kutató és egy detroiti patológus érdekes felismerése 2005 ben: szabadalom, cikkek, majd termék a piacon

Az üres alfa-CD folyamatos fogyasztása csökkenti a zsírfelszívódást körülmények: 3 tabletta, 3 x1 gram alfaCD/nap, magas zsirtartalmú, normál táplálékfelvétel 180 nap mulva: szerum triglicerid 46%-kal, testtömeg 10%-kal csökken (Jen and Artiss, 2005)

Üres ciklodextrinek kölcsönhatása zsírsavakkal, gliceridekkel FBCx® Mirafit ® (1 g α-ciklodextrin/tabletta)

Ciklodextrin nano-üregek alkalmazása a korszerű diagnosztikában a ciklodextrin szubsztrát-specifikus, királis molekula felismerőhely

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

A „nanogyűrű az üregben” elv alapja egy heptamer fehérjeasszociátum Az alfa-Hemolizin bakteriális exotoxin 7 monomer egységből rendeződve lesz csatorna

DNA szekvenáló automatizált szenzor Amino-Cyclodextrin „béléssel” CD-alapú nanopórus senzor a nukleotidok érzékelésére (Oxford Nanopore Inc.) DNA szekvenáló automatizált szenzor Amino-Cyclodextrin „béléssel” nano-ring (CYL-2344 d= 0.7 nm) “Pore in the Hole” serving DNA sequencing for 1000 USD per run!! (Nature Vol. 456./6 Nov.2008)

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

Már kiegészíthetjük az üres CD alkalmazásokkal Epilógus Szejtli József 1980- 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

Köszönöm a figyelmet!