DE3840744C2

DE3840744C2 - Aktivator für Osteoblasten

Info

Publication number: DE3840744C2
Application number: DE3840744A
Authority: DE
Inventors: Hajime Orimo; Hiroshi Satoh; Kohei Miyao; Norihiro Kakimoto
Original assignee: Asai Germanium Research Institute Co Ltd
Current assignee: Asai Germanium Research Institute Co Ltd
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1988-12-02
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2008-12-03
Also published as: US5002968A; IT8822885A0; DE3840744A1; FR2624120B1; IT1227884B; CH675725A5; FR2624120A1; GB2213059A; JPH01149723A; GB2213059B; CA1322719C; GB8828208D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktivator für Osteoblasten, insbesondere einen stark wirksamen Aktivator dieser Art, der als Wirkstoff eine bestimmte Organogermaniumverbindung enthält.

Die Anzahl der Fälle von stoffwechselbedingter Osteopathie, von der angenommen wird, daß zwischen ihr und beispielsweise dem Calciumstoffwechsel ein Zusammenhang besteht, beispielsweise von Altersosteoporose, renaler Osteodystrophie und dergleichen, nimmt von Jahr zu Jahr zu. Vor einiger Zeit sind die Pathologie dieser Krankheit und die zu ihrer Diagnose erforderlichen Analyseverfahren, die vorher unbekannt waren, erarbeitet worden. Daher nimmt in der Medizin das Interesse an der stoffwechselbedingten Osteopathie ständig zu.

Man nimmt an, daß die stoffwechselbedingte Osteopathie mit dem Calciumstoffwechsel bzw. einer Abnormalität desselben in engem Zusammenhang steht. Beispielsweise wird angenommen, daß bei der Altersosteoporose ein abnormaler Calciumstoffwechsel im Zusammenwirken mit einem oder mehreren anderen Faktoren dazu führt, daß das Gleichgewicht zwischen der Knochenresorption und der Osteogenese gestört wird und die Osteogenese gegenüber der Knochenresorption abnimmt.

Die stoffwechselbedingte Osteopathie verursacht gewöhnliche Schmerzen, die durch die übliche Analgetika nicht gelindert werden können, und es kann dabei leicht zu schwer heilbaren Knochenbrüchen kommen. Daher besteht ein dringendes Bedürfnis nach einer Therapie für die stoffwechselbedingte Osteopathie.

Die Entwicklung einer Therapie und eines Medikaments zur Behandlung der stoffwechselbedingten Osteopathis ist schwierig, weil als stoffwechselbedingte Osteopathie nicht eine einzelne Krankheit bezeichnet wird, sondern eine Gruppe von spezifischen Krankheiten, und weil die Ursache jeder dieser Krankheiten unbekannt oder nur durch verschiedene Theorien erklärbar ist.

Seit einiger Zeit gibt es zwar Medikamente für die Therapie der stoffwechselbedingten Osteopathie, beispielsweise Calcitonin und aktives Vitamin D, doch sind diese Medikamente nicht stark wirksam, oder sie haben starke Nebenwirkungen oder sind nur schwierig zu verabreichen.

Die vorliegende Erfindung geht von einer Organogermaniumverbindung der Formel (I) aus,

in der R₁, R₂ und R₃ gleich oder verschieden sein können und unabhängig voneinander jeweils ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkyl-, beispielsweise eine Methyl- oder Ethylgruppe oder dergleichen, oder eine Arylgruppe sind, die mit einer eine basische Gruppe enthaltenden Verbindung in die Salzform überführt wird.

Nach gründlichem Studium der Pathologie und Ursachen der stoffwechselbedingten Osteopathie sind die Erfinder auf den Gedanken gekommen, daß durch eine geeignete Aktivierung der Osteoblasten die stoffwechselbedingte Osteopathie wirksam geheilt werden könnte, weil die Aktivierung beispielsweise bei der Altersosteoporose im Sinne der Wiederherstellung eines Gleichgewichts zwischen der Osteogenese und der Knochenresorption wirken würde. Auf dieser Grundlage wurde in umfangreichen Untersuchungen als Gegenstand der Erfindung eine Verbindung gesucht, mit der Osteoblasten aktiviert werden können.

In weiteren Untersuchungen haben die Erfinder eine Verbindung gefunden, die sich von den in älteren Anmeldungen DE 37 20 151 A1 und DE 38 36 650 A1 unter Schutz vorgeschlagenen Aktivatoren für Osteoblasten dadurch unterscheidet, daß sie besser absorbierbar ist und daher zu einem besseren Absorptionsverhältnis und zu einer höheren biologischen Verfügbarkeit führt und ein weiteres Anwendungsgebiet hat. Diese Arbeiten haben zu dem Erfindungsgegenstand geführt.

Nachstehend wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert. Dabei wird auf die Zeichnungen bezuggenommen, in denen

Fig. 1 ein IR-Spektrum eines in dem Aktivator gemäß der Erfindung verwendetes Salz darstellt,

Fig. 2 in einem Graphen einen Zustand darstellt, in dem geklonte Osteoblasten gemäß der Erfindung aktiviert werden und

Fig. 3 in einem Graphen einen Zustand darstellt, in dem der i-PTH-Wert in einem Humanserum durch den erfindungsgemäßen Aktivator vermindert wird.

Das Metall Germanium ist bisher vor allem ein Gegenstand der physikalischen und anorganischchemischen Forschung gewesen. In den letzten Jahren sind bei der Forschung auf dem Gebiet der Organogermaniumverbindungen Fortschritte erzielt und sind zahlreiche Ergebnisse der Forschung auf dem Gebiet der Organogermaniumverbindungen mitgeteilt oder veröffentlicht worden. Daher besteht auf verschiedenen technologischen Gebieten ein Interesse an Germanium, insbesondere an Organogermaniumverbindungen.

Beispielsweise ist es in der Medizin und in der Pharmakologie bekannt, daß das Carboxyethylgermaniumsesquioxid (GeCH₂CH₂COOH)₂O₃, d. h., eine Organogermaniumverbindung, in der ein Propionsäurederivat und Sauerstoff im Verhältnis von 2 : 3 miteinander verbunden sind, gute physiologische Wirkungen hat, wie eine blutdrucksenkende und amyloidosemildernde Wirksamkeit und eine antitumorielle Wirksamkeit durch Makrophagenaktivierung und Interferoneinführung, und dabei keine Toxizität und keine Nebenwirkungen zeigt. Diese Verbindung wird derzeit klinisch geprüft.

Der erfindungsgemäße Aktivator für Osteoblasten enthält als Hauptwirkstoff die eine Organogermaniumverbindung der vorstehenden Formel (I). Diese Verbindung sei zunächst erläutert. Die Verbindung der Formel (I) besitzt als Skelett eine Germylpropionsäure, in der an ein Germaniumatom ein Propionsäurederivat mit den Substituenten R₁, R₂ und R₃ angelagert ist. In der Verbindung sind das Germaniumatom des Skeletts und die Sauerstoffatome im Verhältnis von 2 : 3 enthalten.

Die Substituenten R₁, R₂ und R₃ können gleich oder verschieden sein und sind unabhängig voneinander jeweils ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe, beispielsweise eine Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylgruppe oder dergleichen, oder eine Arylgruppe, beispielsweise eine Phenylgruppe oder dergleichen. Die Substituenten R₁ und R₂ sind an dem Germaniumatom in α-Stellung angelagert und der Substituent R₃ ist in β-Stellung angelagert.

Die Organogermaniumverbindung der vorstehend angegebenen Struktur kann nach verschiedenen Verfahren erzeugt werden.

Beispielsweise kann sie durch die Hydrolyse einer Trihalogengermylpropionsäure, wie der Trichlorgermylpropionsäure, die bereits mit den Substituenten R₁ bis R₃ substituiert ist, nach der nachstehenden Reaktionsformel erzeugt werden:

Dabei wird eine basische Aminosäure als die eine basische Gruppe enthaltende Verbindung verwendet, die mit der Organogermaniumverbindung ein Salz bildet.

Zu den im Rahmen der Erfindung verwendbaren basischen Aminosäuren gehören das L-Lysin, L-Alginin, L-Histidin usw. Es wird angenommen, daß die Bindung zwischen der Organogermaniumverbindung und der basischen Aminosäure gemäß der Erfindung zwischen der Carbonylgruppe COOH der Organogermaniumverbindung und der Amino- oder Iminogruppe der basischen Aminosäure hergestellt wird.

Das in dem erfindungsgemäßen Aktivator als Wirkstoff enthaltene Salz kann leicht und mit hoher Ausbeute erzeugt werden, indem eine Organogermaniumverbindung der Formel (I) durch eine übliche Säure-Basen-Reaktion mit einer basischen Aminosäure umgesetzt wird. Beispielsweise kann eine Verbindung der Formel (I) mit einer äquivalenten Menge einer basischen Aminosäure vermischt, das Gemisch in einer minimalen Menge Wasser aufgelöst und erhitzt und der sich bildende Farbstoff abfiltriert und abgekühlt wird. Man kann auch zum Ausfällen von Kristallen das Reaktionsgemisch einengen oder das Konzentrat mit einem organischen Lösungsmittel, wie Ethanol, vermischen, und das Salz dann abfiltrieren und trocknen.

Zum Unterschied von einem Salz einer Organogermaniumverbindung der Formel (I) mit einer anorganischen Base ist das so erhaltene Salz, das in dem erfindungsgemäßen Aktivator als Wirkstoff verwendet wird, sehr kristallin und kann es leicht zu festen Präparaten, wie Tabletten, Granülen, Kapseln und dergleichen verarbeitet werden. Ferner hat das Salz zum Unterschied von der Verbindung der Formel (I) eine hohe Löslichkeit und kann es direkt zu einer Lösung verarbeitet werden, die das Salz in einer Menge enthält, die einer geeigneten Konzentration der Germaniumverbindung von beispielsweise 2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 7%, entspricht.

Eine das den Wirkstoff des erfindungsgemäßen Aktivators bildende Salz enthaltende Lösung hat einen pH-Wert von etwa 7, woraus eine starke Pufferwirkung des Salzes hervorgeht. Daher hat das Salz bei oraler Verabreichung nur eine sehr schwache Tendenz zum Freisetzen und Ausfällen einer Organogermaniumverbindung, wenn es im Magen mit dem Magensaft in Berührung kommt. Infolgedessen ist es sehr gut absorbierbar und kann erwartet werden, daß es vom menschlichen Körper in hohem Grade absorbiert wird und in großer Menge biologisch verfügbar ist.

Wenn dagegen eine wäßrige Lösung des Salzes der Organogermaniumverbindung der Formel (I) mit einer anorganischen Base oral verabreicht wird, erfolgt in Berührung mit dem Magensaft sofort eine Freisetzung der (unlöslichen) Organogermaniumverbindung, so daß ein geringerer Anteil des Salzes vom menschlichen Körper absorbiert wird und eine geringere Menge des Salzes biologisch verfügbar wird. Beim Verabreichen des Salzes der Organogermaniumverbindung mit einer anorganischen Base, beispielsweise einer Natrium- oder Kaliumbase, wird das Natrium- oder Kaliumatom in einer der Organogermaniumverbindung äquivalenten Menge verabreicht, wodurch der normale Ionenspiegel im menschlichen Körper beeinträchtigt wird.

Es wird angenommen, daß eine Abweichung der Natrium- oder Kaliumionenkonzentration im menschlichen Körper von dem normalen Wert eine direkte Ursache für einen erhöhten Blutdruck und daher für einen Hirnschlag ist. Infolgedessen werden bei der Verwendung eines Salzes der Organogermaniumverbindung mit einer anorganischen Base, die beispielsweise Natrium, Kalium oder dergleichen enthält, die dank der Organogermaniumverbindung erzielbaren Vorteile, daß im wesentlichen keine Nebenwirkungen auftreten und daß die Verbindung in großer Menge verabreichbar ist, beträchtlich vermindert.

Der erfindungsgemäße Aktivator für Osteoblasten kann je nach dem Krankheitszustand oral oder parenteral verabreicht werden. Man kann den erfindungsgemäßen Aktivator zu verschiedenen Formen verarbeiten, wie sie für die orale und parenterale Verabreichung üblich sind, beispielsweise zu einer Lösung, einem Pulver, Pillen, Granülen, Tablette, Dragees, Kapseln, Injektionslösungen, Salben, Cremes und dergleichen. Zum Herstellen dieser Präparate kann man ein Salz einer Organogermaniumverbindung der Formel (I) und einer eine basische Gruppe enthaltenden Verbindung mit üblichen Zusatzstoffen vermischen, beispielsweise mit einem Verdünnungs- oder Streckmittel, einem Füllstoff, einem Bindemittel, einem einen Zerfall bewirkenden Mittel, einem Gleitmittel, Duftstoff, färbenden Stoff, sterilisiertem Wasser und dergleichen.

Der erfindungsgemäße Aktivator wird an Erwachsene einmal oder mehrmals täglich in einer Tagesdosis verabreicht, die je nach dem Krankheitszustand 10 bis 100 mg/kg, vorzugsweise 30 bis 70 mg/kg beträgt.

Die in dem erfindungsgemäßen Aktivator enthaltene Organogermaniumverbindung ist im wesentlichen nichttoxisch. Die in dem erfindungsgemäßen Aktivator als die eine basische Gruppe enthaltende Verbindung verwendete Aminosäure ist im menschlichen Körper als natürlicher Bestandteil enthalten und wird auch als oral verabreichtes oder injiziertes Medikament verwendet, so daß ihre Gefahrlosigkeit, Wirksamkeit und Beständigkeit genügend nachgewiesen sind und die Verwendung der Aminosäure als Bestandteil eines Medikaments vollkommen unproblematisch ist.

Der erfindungsgemäße Aktivator wird zum Aktivieren von Osteoblasten verwendet, die in zylindrischer Form als Monolage auf einer Oberfläche vorhanden sind, auf der eine osteogenese stattfindet. Es wird angenommen, daß die Osteoblasten nicht nur organische Substrate, wie Kollagen, Glykoprotein und dergleichen, synthetisch erzeugen, sondern auch Substratbläschen bilden, in denen sich Knochensalze, wie Hydroxyapatit und dergleichen ablagern. Beim Auftragen des erfindungsgemäßen Aktivators auf Osteoblasten wurde eine direkte Aktivierungswirkung auf die Osteoblasten festgestellt.

Der erfindungsgemäße Aktivator hat schon bei sehr niedriger Konzentration die vorstehend erläuterte Wirksamkeit. Ferner hat die in dem erfindungsgemäßen Aktivator enthaltene Organogermaniumverbindung nur eine geringe Toxizität. Der erfindungsgemäße Aktivator kann daher gefahrlos mit starker Wirksamkeit im Sinne eines Wiederherstellens des Gleichgewichts zwischen der Osteogenese und der Knochenresorption durch die Aktivierung von Osteoblasten, d. h., zur Therapie von Knochenkrankheiten, wie der Osteoporose und dergleichen, verwendet werden.

Nachstehend wird der Erfindungsgegenstand ferner anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiel 1

14,6 g L-Lysin und 16,9 g Carboxyethylgermaniumsesquioxid wurden unter Rühren in einer kleinen Menge heißem Wasser aufgelöst. Nach dem Abfiltrieren des ungelösten Feststoffes wurde das Filtrat in kleinen Teilmengen jeweils dem 10fachen Volumen Ethanol unter Rühren zugesetzt, wobei das gebildete Salz ausgefällt wurde. Die das ausgefällte Salz enthaltende Lösung wurde zum vollständigen Ausfällen des Salzes in einem Kühlschrank stehengelassen. Dann wurden die Kristalle von der Lösung abfiltriert und in einem Vakuumtrockner getrocknet, wobei das gewünschte Produkt als farbloses feinkristallines Pulver erhalten wurde. Ausbeute 73%, Schmelzpunkt über 270°C (unter Zersetzung). Das IR-Spektrum des Produkts ist in der Fig. 1 wiedergegeben.

Beispiel 2 (Verfahren)

Als zu züchtende Osteoblasten wurden geklonte Osteoblasten MC3T3-E1 verwendet, die dem Schädeldach von neugeborenen Mäusen entnommen worden waren. 10⁵ dieser Zellen wurden in einer Schale in einen α-MEM-Nährboden eingebracht, der 10% Kalbsfötusserum enthielt. Die Zellen wurden in einer Atmosphäre von 95% Luft und 5% CO₂ gezüchtet, bis sie einen Zustand erreichten, in dem sie zusammenflossen.

Eine Züchtung in der vorstehend beschriebenen Weise wurde ferner in einem α-MEM-Nährboden durchgeführt, der 0,3% ESA und mit einer Endkonzentration von 10 μg/ml den nach Beispiel 1 erzeugten Aktivator gemäß der Erfindung enthielt. Auf diese Weise sollte die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Aktivators bestimmt werden.

Zum Messen der Aktivierung der Osteoblasten wurde Alkaliphosphatase verwendet. Dabei wurden die Alkaliphosphatasen 1, 2, 3 und 4 Tage nach dem Beginn der Züchtung bestimmt. Die Alkaliphosphatase wurde zum Messen der Aktivierung der Osteoblasten verwendet, weil bei einer höheren Aktivität der Zellen eine größere Menge Alkaliphosphatasen erzeugt wird. Dabei ist zwar der Mechanismus nicht klar, doch werden die Alkaliphosphatasen allgemein zum Messen der Aktivierung von Osteoblasten verwendet (Ergebnis).

Aus der Fig. 2 geht hervor, daß die durch die Menge der erzeugten Alkaliphosphatase ausgedrückte Aktivität von MC3T3-1 am dritten bis vierten Tag des Züchtens dank des Zusatzes des erfindungsgemäßen Aktivators zunahm. Es ist ein deutlicher Unterschied zwischen dem Versuch mit Zusatz des erfindungsgemäßen Aktivators und dem Kontrollversuch erkennbar.

Beispiel 3 (Verfahren)

15 Wochen lang wurde jeder von acht Osteoporosepatientinnen mit einem Durchschnittsalter von 72 Jahren der nach Beispiel 1 erzeugte Aktivator in einer Tagesdosis von 6 Kapseln mit je 250 mg des Aktivators verabreicht. Durch Radioimmunassay wurde die Menge des im Serum enthaltenen immunreaktiven Nebenschilddrüsenhormons (Parathormons), nachstehend als i-PTH bezeichnet, bestimmt (Ergebnis).

Aus der Fig. 3 geht hevor, daß der i-PTH-Wert in der achten Woche nach dem Beginn der Verabreichung des erfindungsgemäßen Aktivators zu sinken begann und in der 15. Woche nach dem Beginn der Verabreichung beträchtlich abnahm.

Das i-PTH kann zum Bestimmen der Aktivierung verwendet werden, weil bei der Osteoporose in vielen Fällen der Blutspiegel des Nebenschilddrüsenhormons erhöht ist und die Untersuchung der Beziehung zwischen der Knochenmenge und dem Nebenschilddrüsenhormon ergeben hat, daß die Knochenmenge und das Nebenschilddrüsenhormon zueinander invers sind.

Das Ergebnis des vorstehend beschriebenen Versuches deutet somit an, daß der erfindungsgemäße Aktivator für die Therapie der Osteoporose geeignet ist, weil er den i-PTH-Spiegel im Blut senkt.

Die vorstehend beschriebenen Versuche bestätigen, daß der erfindungsgemäße Aktivator die Aktivität von geklonten Osteoblasten erhöht. Im wesentlichen dieselben Ergebnisse wie vorstehend beschrieben wurden mit den erfindungsgemäßen Aktivatoren erzielt, wenn in dem Wirkstoff andere Verbindungen der Formel (I) verwendet wurden.

Claims

1. Aktivator für Osteoblasten, auf der Grundlage einer Organogermaniumverbindung der Formel (I) in der R₁, R₂ und R₃ gleich oder verschieden sein können und unabhängig voneinander jeweils ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkyl-, beispielsweise eine Methyl- oder Ethylgruppe oder dergleichen, oder eine Arylgruppe sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator den Wirkstoff (I) als Salz mit einer eine basische Gruppe enthaltenden Verbindung enthält.

2. Aktivator für Osteoblasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnt, daß die eine basische Gruppe enthaltende Verbindung eine basische Aminosäure, insbesondere L-Lysin, ist.