ES2210060T3 - Farmacos que aumentan las respuestas sinapticas mediadas por receptores ampa. - Google Patents
Farmacos que aumentan las respuestas sinapticas mediadas por receptores ampa.Info
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Abstract
Uso de un fármaco que mejora el funcionamiento del receptor de AMPA en el cerebro de un humano tras la administración periférica para la fabricación de un medicamento para potenciar el funcionamiento de dicho receptor al unirse a los receptores de AMPA para aumentar la respuesta de los receptores a la actividad sináptica y por lo tanto potenciar el rendimiento intelectual o la codificación de la memoria.
Description
Fármacos que aumentan las respuestas sinápticas
mediadas por receptores AMPA.
Esta invención se llevó a cabo en colaboración
con el gobierno de los Estados Unidos bajo la subvención No. AFOSR
89-0383, concedida por la Oficina de Investigación
Científica de las Fuerzas Aéreas. El gobierno de los Estados Unidos
tiene ciertos derechos sobre la invención en los Estados Unidos.
Esta invención se refiere al uso de compuestos
que potencian el receptor que actúa en la sinapsis en aquellas
redes cerebrales responsables de las funciones superiores en la
fabricación de un medicamento para la prevención de la
insuficiencia cerebral.
Las corrientes sinápticas de excitación en muchos
(probablemente la mayoría) de los sitios del telencéfalo (corteza,
sistema límbico, estriado; aproximadamente el 90% del cerebro
humano) y en el cerebelo se producen cuando el transmisor glutamato
se libera por axones de entrada sobre los que normalmente son
denominados receptores del ácido
\alpha-amino-3-hidroxi-5-metil-isoxazol-4-propiónico
(AMPA), o AMPA/quisqualato. Los fármacos que potencian estas
corrientes del receptor facilitarán la comunicación en las redes
cerebrales responsables de la integración
perceptual-motora y las funciones superiores.
También se conoce por la literatura (véase Arai y Lynch en Brain
Research, en prensa) que tales fármacos promoverán la formación de
la potenciación a largo plazo, un efecto fisiológico ampliamente
sostenido para codificar la memoria.
Por ejemplo, Ito y col., J. Physiol. Vol. 424:
533-543 (1990), descubrieron que el aniracetam,
N-anisoil-2-pirrolidinona,
potencia las corrientes mediadas por el receptor de AMPA sin
afectar a las corrientes generadas por otra clase de receptores.
Desafortunadamente, sin embargo, el fármaco es efectivo solamente a
altas concentraciones (\sim1,0 mM) aplicadas directamente sobre el
cerebro. La baja potencia, la limitada solubilidad, y el
metabolismo periférico del aniracetam limitan su utilidad como
herramienta experimental y su valor potencial como agente
terapéutico. Por tanto, hay una necesidad de diseñar y sintetizar
nuevos fármacos que sean más potentes, más solubles y que se
metabolicen más lentamente que el aniracetam. Tales compuestos
proporcionarían nuevas herramientas para la manipulación de las
propiedades del receptor de AMPA y constituirían un paso importante
hacia la disponibilidad de un fármaco que podría potenciar la
función del receptor de AMPA en el cerebro tras la administración
periférica.
Hemos descubierto nuevos compuestos que son
varias veces más potentes que el aniracetam en la potenciación de
las respuestas sinápticas (es decir, producen mayores efectos que
el aniracetam a menores concentraciones). Los compuestos aumentan
la intensidad de la potenciación a largo plazo y aumentan las
respuestas sinápticas en el cerebro tras la administración
periférica. Estos compuestos pueden usarse, por ejemplo, para
facilitar conductas dependientes del receptor de AMPA, como agentes
terapéuticos en estados en los que los receptores o las sinapsis
que los utilizan están reducidos en número, y similares.
La figura 1 muestra que el Compuesto I
(1-(1,4-benzodioxan-5-ilcarbonil)-1,2,3,6-tetrahidropiridina;
también denominado N-(3,4-etilendioxi)
benzoil-1,2,3,6-tetrahidropiridina)
aumenta la amplitud y la duración (medida como anchura media) de
las respuestas sinápticas en la región CA1 en cortes in
vitro preparados a parir de hipocampo de rata. Se sabe que
estas respuestas están mediadas por receptores de AMPA (Muller y
col., Science Vol. 242: 1694-1697 (1988)). Nótese
que el Compuesto I a 750 \muM tiene un efecto mucho mayor del que
tiene el aniracetam a una concentración doble (1500 \muM). Nótese
también que los efectos ocurren rápidamente tras infusión (barra
horizontal) y revierten con el aclaramiento.
La figura 2 compara los efectos de tres
compuestos útiles de acuerdo con la invención, es decir, el
Compuesto I de la invención (es decir,
1-(1,4-benzodioxan-5-ilcarbonil)-1,2,3,6-tetrahidropiridina),
el Compuesto II de la invención (es decir,
1-(1,3-benzodioxol-5-ilcarbonil)-piperidina);
también denominada
(N-3,4-metilendioxibenzoil)piperidina,
y el Compuesto III de la invención (es decir,
1-(1,3-benzodioxol-5-ilcarbonil)-1,2,3,6-tetrahidropiridina;
también denominada
N-(3,4-metilendioxibenzoil)-1,2,3,6-tetrahidropiridina)
con aniracetam en un intervalo de dosis en dos medidas de magnitud
de respuesta. Los compuestos de la invención muestran ser más
potentes que el aniracetam; por ejemplo, a 750 \muM, el Compuesto
I de la invención produce un incremento nueve veces mayor en el
área de respuesta que el que produce el aniracetam.
La figura 3 muestra que el Compuesto I de la
invención aumenta la magnitud de la potenciación a largo plazo
(inducida por un paradigma de inducción fisiológica estándar)
respecto a la obtenida en ausencia del compuesto.
La figura 4 muestra que el Compuesto I de la
invención disminuye la tasa de decaimiento de las respuestas
sinápticas (una medida de la duración de la respuesta) registrada
en la región CA1 del hipocampo de ratas intactas tras la
administración periférica del compuesto. Se comparan los datos de
ocho ratas inyectadas intraperitonealmente con el Compuesto I de la
invención con los de siete ratas inyectadas con el vehículo de
transporte.
La figura 5 muestra la distribución medida por
TEP del Compuesto II de la invención marcado con ^{11}C en un
portador apropiado en una rata de 200 gramos tras inyección ip. La
captación en el cerebro se hace constante en 5-10
minutos en una distribución que es aproximadamente un cuarto de la
del hígado, dos tercios de la del corazón y aproximadamente igual a
la de la cabeza excluyendo la cavidad craneal.
La liberación de glutamato en las sinapsis de
muchos sitios del cerebro anterior de mamíferos estimula dos clases
de receptores postsinápticos normalmente denominados receptores de
AMPA/quisqualato y del ácido
N-metil-D-aspártico
(NMDA). El primero de ellos media una corriente postsináptica de
excitación rápida independiente de voltaje (la epsc rápida)
mientras que el receptor NMDA genera una corriente de excitación
lenta, dependiente de voltaje. Los estudios que se han llevado a
cabo sobre cortes de hipocampo o corteza indican que la epsc rápida
mediada por el receptor de AMPA es con diferencia el componente
dominante en la mayoría de las sinapsis glutaminérgicas en la
mayoría de las circunstancias. Los receptores de AMPA no están
homogéneamente distribuidos por el cerebro sino que están
restringidos en su mayor parte al telencéfalo y al cerebelo. Se
encuentran a altas concentraciones en las capas superficiales del
neocórtex, en cada una de las zonas sinápticas mayoritarias del
hipocampo, y en el complejo estriado (véase, por ejemplo, Monaghan
y col., en Brain Research 324: 160-164 (1984)).
Estudios en animales y en humanos indican que estas estructuras
dirigen procesos perceptuales-motores complejos y
proporcionan los sustratos para conductas de orden superior. Así,
los receptores de AMPA median la transmisión en las redes
cerebrales responsables de una multitud de actividades
cognitivas.
Por las razones expuestas anteriormente, los
fármacos que potencian el funcionamiento del receptor de AMPA
podrían tener beneficios significativos en el rendimiento
intelectual. Tales fármacos también facilitarían la codificación de
la memoria. Estudios experimentales (véase, por ejemplo, Arai y
Lynch, Brain Research, en prensa) indican que aumentando la
magnitud de la(s) respuesta(s) sináptica(s)
mediada(s) por receptores de AMPA se potencia la inducción de
la potenciación a largo plazo (LTP). La LTP es un incremento
estable en la intensidad de los contactos sinápticos que sigue a
una actividad fisiológica repetitiva como la que ocurre en el
cerebro durante el aprendizaje.
Hay un conjunto de evidencias considerable que
muestra que la LTP es la base de la memoria; por ejemplo, los
compuestos que bloquean la LTP interfieren en la formación de la
memoria en animales, y ciertos fármacos que alteran el aprendizaje
en humanos antagonizan la estabilización de la LTP (véase, por
ejemplo, del Cerro y Lynch, Neuroscience 49: 1-6
(1992)). Recientemente, Ito y col., (1990) antes citado, han
descubierto un posible prototipo de un compuesto que favorece
selectivamente el receptor de AMPA. Estos autores encontraron que
el fármaco nootrópico aniracetam
(N-anisoil-2-pirrolidinona)
incrementa las corrientes mediadas por los receptores de AMPA del
cerebro expresados en oocitos de Xenopus sin afectar las respuestas
mediadas por receptores del ácido
\gamma-aminobutírico (GABA), del ácido caínico
(KA), o del NMDA. La infusión de aniracetam en cortes de hipocampo
mostró también un incremento substancial en la magnitud de los
potenciales sinápticos rápidos sin alterar el resto de las
propiedades de la membrana. Se confirmó entonces que el aniracetam
potencia las respuestas sinápticas en varios sitios del hipocampo,
y que no tiene efectos en los potenciales mediados por el receptor
NMDA (véase, por ejemplo, Staubli y col., en Psychobiology 18:
377-381 (1990) y Xiao y col., en Hippocampus 1:
373-380 (1991)). Se ha encontrado que el aniracetam
también tiene un inicio y aclaramiento extremadamente rápido, y
puede aplicarse repetidamente sin efectos duraderos aparentes; esto
son valiosas características para fármacos relevantes en la
conducta.
Sin querer vincularse a ninguna teoría de acción
concreta, actualmente se cree que es probable que el efecto
mayoritario del aniracetam sea disminuir la tasa inusualmente
rápida a la que se desensibilizan los receptores de AMPA. El
compuesto también prolonga en gran medida las respuestas sinápticas.
Esto se esperaría si incrementara el tiempo medio de apertura de
los canales del receptor de AMPA retrasando la desensibilización.
Incluso, se ha encontrado que el aniracetam prolonga el tiempo de
apertura de las respuestas del receptor de AMPA y bloquea su
desensibilización en parches de membrana escindidos de neuronas del
hipocampo en cultivo; la magnitud del efecto corresponde
estrechamente al incremento en la duración de las respuestas
sinápticas (registradas en cultivo o en cortes) producido por el
fármaco (Tang y col., Science 254: 288-290 (1991)).
El aniracetam también puede producir otros cambios en las
propiedades del receptor; causa una pequeña pero segura disminución
en la unión de agonistas (pero no antagonistas) al receptor (Xiao y
col., 1991, antes citado) y puede también potenciar ligeramente la
conductancia del canal del receptor (Tang y col., antes citado).
El aniracetam se clasifica como fármaco
nootrópico. Se ha propuesto que los nootrópicos son "potenciadores
cognitivos" (véase Fröstl y Maitre, Pharmacopsychiatry Vol. 22:
54-100 (Suplemento) (1989)) pero su eficacia al
respecto resulta altamente controvertida. Se han ensayado varios
nootrópicos sobre cortes (véase, por ejemplo, Olpe y col., Life
Sci. Vol. 31: 1947-1953 (1982); Olpe y col., Europ.
J. Pharmacol. Vol. 80: 415-419 (1982); Xiao y col.,
1991, antes citado) y solo el aniracetam y su pariente cercano
(R)-1-p-anisoil-3-hidroxi-2-pirrolidinona
(AHP) favorecen las respuestas mediadas por el receptor de AMPA.
Por tanto, cualquiera que sean los efectos de los nootrópicos, no
están mediados por un efecto favorecedor de la epsc rápida. También
se da el caso de que la administración periférica del aniracetam
probablemente no influye en los receptores del cerebro. El fármaco
actúa sólo a altas concentraciones (\sim1,0 mM) y aproximadamente
el 80% es convertido en anisoil-GABA tras la
administración periférica en humanos (Guenzi y Zanetti, J.
Chromatogr. Vol. 530: 397-406 (1990)). El
metabolito, anisoil-GABA, no tiene efectos del tipo
de los del aniracetam.
La conversión de aniracetam en
anisoil-GABA conlleva una ruptura en el anillo
pirrolidinona entre el nitrógeno y el grupo carbonilo adyacente,
como se ilustra a continuación:
Con el fin de superar los problemas de
estabilidad del aniracetam, y haciendo esfuerzos para proporcionar
compuestos con una mejor actividad fisiológica, hemos desarrollado
una serie de compuestos que presentan esas propiedades
mejoradas.
La presente invención puede usar compuestos que
tienen la estructura:
en la
que:
-Y- se selecciona de entre:
---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---(CH_{2})_{y}---, en donde y es 3, 4, ó 5; o
---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---C_{y}R_{(2y-2)}---; cuando -J- se selecciona de entre:
---
\uelm{CH}{\uelm{\para}{}}---
\hskip1cmó
\hskip1cm---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---;
\hskip1cmó
-(CR_{2})_{x}-, en donde x es 4, 5, ó
6;
-C_{x}R_{(2x-2)}-, cuando -J-
es:
---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---
\hskip1cmó
\hskip1cm---
\uelm{CH}{\uelm{\para}{}}---;
-R es hidrógeno o un grupo alquilo de cadena
lineal o ramificada que contiene 1-6 átomos de
carbono;
cada -M- es independientemente seleccionado de
entre:
-C(H)-, o
-C(Z)-, en donde Z es seleccionado de
entre:
-R o
-OR;
en donde M puede estar unido opcionalmente a Y
por un resto de unión seleccionado de entre -C_{n}H_{2n}-,
-C_{n}H_{(2n-1)}-, -O- o -NR-, en donde n es 0
ó 1; cada -Y'- es seleccionado independientemente de entre:
-O-,
-NR- y
-N=; y
-Z'- es seleccionado de entre:
-(CR_{2})_{z}-, en donde z es 1, 2, ó
3, y
-C_{z'}R_{(2z'-1)}=, en donde
z' es 1 ó 2, cuando un -Y'- es
-N=, o
-C_{2}R_{2}- cuando ambos -Y'- son -N= o los
dos -Y'- son
-O-;
con la condición de que cuando cada M es
-C(H)-, cada Y' es -O- y Z' es -CH_{2}-, entonces Y no es
-(CH_{2})_{4,5}-; o
en
donde:
-Y-, ---
\uelm{J}{\uelm{\para}{}}--- y -M- son como se definen anteriormente, o
en
donde:
-Y-, y -M- son como se definen anteriormente,
o
En una forma de realización actualmente preferida
de la presente invención, -Y- se selecciona de entre:
-(CH_{2})_{x}-, en donde x es 4 ó
5,
-C_{x}H_{(2x-2)}-, en donde x
es 4 ó 5, o
---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---(CH_{2})_{y}---, en donde y es 3 ó 4
En otra forma de realización actualmente
preferida de la presente invención, Z' se selecciona de entre
-CR_{2}-, -CR_{2}-CH_{2}-, -CR=, o -CR=CH-, en
donde cada R es independientemente H o un grupo alquilo de cadena
lineal o ramificada que contiene 1-6 átomos de
carbono, como se define anteriormente.
En otra forma más de realización preferida de la
presente invención, ---
\uelm{J}{\uelm{\para}{}}--- es ---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---
En otra forma más de la presente invención
también preferida, cada Y' es -O-, y Z' es -CH_{2}- o
-CH_{2}-CH_{2}-. Este patrón de sustitución se
prefiere especialmente cuando -Y- es seleccionado de entre uno de
los grupos preferidos expuestos anteriormente.
Cuando el anillo aromático no está sustituido
además con un anillo heterocíclico condensado, el sustituyente
preferido -NR_{2} (es decir, donde el anillo soporta un
sustituyente en para) es =NH(CH_{3}) o
-N(CH_{3})_{2}, mientras que el sustituyente
preferido -OR (es decir, donde el anillo soporta un sustituyente en
meta) es -OCH_{3}.
Los compuestos especialmente preferidos usados en
la presente invención tienen las siguientes estructuras:
---
\uelm{J}{\uelm{\para}{}}--- es ---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---, ---
\uelm{CH}{\uelm{\para}{}}---C(O)--- ó ---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---C(O)---, Y' es O, N o NR', Y'', cuando está presente, es O, N o NR', R' es H o un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que contiene 1-4 átomos de carbono, a = 3, 4, 5 ó 6, b = un número par entre 6-12, inclusive, dependiendo del valor de ''a'', c = 1 ó 2, d = 0, 1 ó 3, o la combinación de Y' y C_{c}H_{d}-R' produce un derivado alquilamino de éste (en donde un grupo dialquilamino sustituye el anillo heterocíclico condensado al anillo aromático del núcleo).
Un ejemplo específico de un compuesto actualmente
preferido es
1-(1,4-benzodioxan-5-ilcarbonil)-1,2,3,6-tetrahidropiridina
(denominado en lo sucesivo Compuesto I de la invención), y se
muestra más abajo:
Otro ejemplo de un compuesto actualmente
preferido es la
1-(1,3-benzodioxol-5-ilcarbonil)-piperidina
(denominado en lo sucesivo Compuesto II de la invención), y se
muestra más abajo:
\vskip1.000000\baselineskip
Se espera que una variante de los Compuestos I y
II de la invención, en los que el heterociclo que contiene
nitrógeno se reemplaza con un anillo de ciclopentanona o
ciclohexanona, sea especialmente estable metabólicamente, y puede
ser sintetizada como sigue:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Al compuesto anterior se le denominará en lo
sucesivo Compuesto IV de la invención. Los datos de CE_{50} para
este y una serie de compuestos descritos en este documento se han
determinado y se muestran en los Ejemplos. Entre otros compuestos
preferidos de la invención se incluyen el Compuesto V de la
invención (es decir,
(R,S)-1-(2-metil-1,3-benzodioxol-5-ilcarbonil)-piperidina),
el Compuesto XIV de la invención (es decir,
1-(quinoxalin-6-ilcarbonil)-piperidina),
el Compuesto XV de la invención (es decir,
N-(4-dimetilamino)benzoil-1,2,3,6-tetrahidropiridina),
y similares.
Proporcionamos aquí métodos para la preparación
de los compuestos antes descritos. Uno de tales métodos
comprende:
(a) el contacto de un derivado del ácido
benzoico en condiciones que favorezcan la activación de su grupo
carboxilo para la formación de su amida. Esto se lleva a cabo, por
ejemplo, activando el ácido con carbonil diimidazol, con la
producción del correspondiente derivado de cloruro de benzoílo, y
similares. El derivado del ácido benzoico empleado para la
preparación de los compuestos descritos anteriormente tiene
normalmente la estructura:
en la que -M-, -Y'-, y Z' son como se ha definido
anteriormente;
o
en la que -M-, y R son como se ha definido
anteriormente;
o
en la que -Y-, -M-, y A' son como se ha definido
anteriormente;
y
(b) el contacto del derivado activado del ácido
benzoico producido en la etapa (a) con un compuesto heterocíclico
que contiene nitrógeno de estructura:
en la que Y es como se ha definido anteriormente,
en donde dicho contacto se lleva a cabo en las condiciones
adecuadas para producir las imidas o amidas deseadas (es decir,
compuestos tipo
aniracetam).
Las condiciones adecuadas para la activación del
grupo carboxilo del ácido benzoico (es decir, para la formación de
su amida) pueden ser determinadas fácilmente por los expertos en la
técnica. Por ejemplo, se puede poner en contacto al ácido benzoico
con carbonil diimidazol (véase, por ejemplo, Paul y Anderson en J.
Am. Chem. Soc. 82: 4596 (1960)), un agente clorante (tal como
cloruro de tionilo o cloruro de oxalilo), o similares, en las
condiciones adecuadas para producir un ácido activado, tal como el
correspondiente derivado cloruro de benzoílo. Véase, por ejemplo,
March, Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms and
Structure, McGraw-Hill, Inc. 1968.
Las condiciones adecuadas de reacción usadas para
llevar a cabo la condensación de la etapa (b) son bien conocidas
para los expertos en la técnica. El profesional también entenderá
que generalmente se tiene la precaución de llevar a cabo esas
reacciones bajo condiciones substancialmente anhidras.
Otro método para la preparación de estos
compuestos comprende:
(a) el contacto del derivado del ácido benzoico
(como se ha descrito anteriormente) con al menos dos equivalentes
de una base adecuada en un disolvente apropiado, poniendo en
contacto después el derivado de ácido benzoico ionizado resultante
con cloruro de pivaloílo o un anhídrido de ácido carboxílico
reactivo bajo condiciones adecuadas para producir un anhídrido mixto
que contiene dicho ácido benzoico; y
(b) el contacto de dicho anhídrido mixto
producido en la etapa (a) con un compuesto heterocíclico que
contiene nitrógeno (como se ha descrito anteriormente), llevándose
a cabo dicho contacto en condiciones adecuadas para producir las
imidas o amidas deseadas (es decir, compuestos tipo aniracetam).
Entre las bases adecuadas que se contemplan para
uso en esta forma de realización se incluyen bases de amina
terciaria como la trietilamina, y similares. Entre los disolventes
adecuados que se contemplan para el uso en la práctica de ésta se
incluyen disolventes inertes como CH_{2}Cl_{2}, CHCl_{3} que
carezca de alcohol, y similares. Entre los anhídridos de ácido
carboxílico reactivas contemplados para el uso en la práctica de
ésta se incluyen el anhídrido trifluoroacético, el anhídrido
tricloroacético, y similares.
Las condiciones de reacción adecuadas usadas para
llevar a cabo la reacción anteriormente descrita son bien conocidas
por aquellos expertos en la técnica. El profesional también
entenderá que generalmente se tiene la precaución de llevar a cabo
esas reacciones bajo condiciones substancialmente anhídras.
Todavía otro método adecuado para la preparación
de estos compuestos comprende:
(a) el contacto de
3,4-(alquilendihetero)-benzaldehído con amoniaco
bajo condiciones adecuadas para formar su derivado imina,
(b) el contacto de la imina producida en la
etapa (a) con:
Cl---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---O---CH_{2}---C_{6}H_{5}
bajo condiciones adecuadas para formar una
benciloxicarbonilimina
(BOC),
(c) el contacto del producto de la etapa (b) con
un dieno conjugado simple como el butadieno bajo condiciones de
reacción de cicloadición; y
(d) el contacto del producto de reacción de la
etapa (c) con un ácido de Lewis bajo condiciones adecuadas para que
se produzca una acilación de Friedel-Crafts.
Entre los 3,4-(alquilendihetero) benzaldehídos
contemplados para uso en la práctica de ésta se incluyen el
3,4-(metilendioxi) benzaldehído, el 3,4-(etilendioxi) benzaldehído,
el 3,4-(propilendioxi) benzaldehído, el 3,4-(etilideno-
dioxi) benzaldehído, el 3,4-(propilenditio) benzaldehído, el 3,4-(etilidenotioxi) benzaldehído, el 4-benzimidazol carboxialdehído, el 4-quinoxalinacarboxialdehído, y similares.
dioxi) benzaldehído, el 3,4-(propilenditio) benzaldehído, el 3,4-(etilidenotioxi) benzaldehído, el 4-benzimidazol carboxialdehído, el 4-quinoxalinacarboxialdehído, y similares.
Entre los dienos conjugados simples contemplados
para el uso en la práctica de ésta se incluyen el butadieno, el
1,3-pentadieno, el isopreno, y similares.
Los ácidos de Lewis contemplados para uso en la
práctica de ésta son bien conocidos en la técnica e incluyen
AlCl_{3}, ZnCl_{2}, y similares. Véase, por ejemplo, March,
antes citado.
Otro método adecuado para la preparación de estos
compuestos comprende:
(a) el contacto de
2,3-dihidroxinaftaleno con
1,2-dibromoetano en presencia de una base bajo
condiciones adecuadas para producir un derivado etilendioxi de
naftaleno,
(b) el contacto del derivado etilendioxi de
naftaleno producido en la etapa (a) con un agente oxidante adecuado
en las condiciones apropiadas para producir ácido
4,5-etilendioxiftaldehídico,
(c) el contacto del producto de la etapa (b) con
amoniaco anhidro bajo condiciones adecuadas para formar una imina,
que después es tratada con un agente activador de carbonilo
adecuado (por ejemplo, una carbodiimida como la
diciclohexilcarbodiimida) bajo condiciones de ciclación adecuadas
para formar una acilimina, y
(d) el contacto del producto de la etapa (c) con
un dieno conjugado simple bajo condiciones adecuadas para que se de
la cicloadición.
Entre los agentes oxidantes adecuados que se
contemplan para uso en la práctica de ésta se incluyen el
permanganato de potasio, y similares. Las condiciones oxidantes
adecuadas para producir el ácido
4,5-etilendioxiftaldehídico se describen, por
ejemplo, en Organic Synthesis, Collective Volume 2, en la página
523 (1943).
El tratamiento del ácido
4,5-etilendioxiftaldehídico con amoniaco anhidro
forma inicialmente una imina, que luego se trata con un agente
activador de carbonilo adecuado que, bajo condiciones de reacción
apropiadas, promueve la ciclación del intermedio imina para
producir una acilimina.
Las condiciones de reacción adecuadas usadas para
llevar a cabo las reacciones descritas anteriormente son bien
conocidas por los expertos en la técnica. El profesional también
comprenderá que en general se tiene la precaución de llevar a cabo
estas reacciones bajo condiciones substancialmente anhídras.
Proporcionamos métodos para potenciar las
respuestas sinápticas mediadas por receptores de AMPA. El método
comprende la administración a un individuo de una cantidad efectiva
de un compuesto que tiene la estructura:
en la
que:
-Y- se selecciona entre:
---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---(CH_{2})_{y}---, en donde y es 3, 4, ó 5; o
---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---C_{y}R_{(2_{y}-2)}---; cuando -J- se selecciona de entre:
---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---
\hskip1cmó
\hskip1cm---
\uelm{CH}{\uelm{\para}{}}---;
-(CR_{2})_{x}-, en donde x es 4, 5, ó
6;
-C_{x}R_{(2x-2)}-, cuando -J-
es:
---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---
\hskip1cmó
\hskip1cm---
\uelm{CH}{\uelm{\para}{}}---;
-R es hidrógeno o un grupo alquilo de cadena
lineal o ramificada con 1-6 átomos de carbono;
cada -M- es independientemente seleccionado de
entre:
-C(H)-, o
-C(Z)-, en donde Z es seleccionado de
entre
-R, o
-OR;
en donde M puede opcionalmente estar unido a Y
por un resto de unión seleccionado de entre
-C_{n}H_{2n}-,
-C_{n}H_{(2n-1)}-, -O- o -NR-, en donde n' es 0
ó 1; cada -Y'- es independientemente seleccionado de entre:
-O-,
-NR- o
-N=; y
-Z'- es seleccionado de entre:
-(CR_{2})_{z}-, en donde z es 1, 2, ó
3, y
-C_{z},R_{(2z'-1)}=, en donde
z' es 1 ó 2, cuando un -Y'- es -N=, o
-C_{2}R_{2}- cuando ambos -Y'- son -N= o
ambos -Y'- son -O-, o
en
donde:
-Y- y -M- son como se ha definido anteriormente,
o
en
donde:
-Y- y -M- son como se ha definido
anteriormente.
En los siguientes ejemplos se demuestra que los
compuestos útiles en la invención son substancialmente más potentes
que el aniracetam en la potenciación del funcionamiento de los
receptores de AMPA en cortes de hipocampo. Por ejemplo, el
Compuesto I de la invención muestra un efecto favorecedor en la
inducción de la potenciación a largo plazo in vitro, y
prolonga reversiblemente las respuestas sinápticas en el hipocampo
tras inyecciones periféricas (es decir, intraperitoneales) en ratas
anestesiadas.
Los compuestos descritos anteriormente pueden
incorporarse en diferentes formulaciones (por ejemplo, cápsulas,
comprimidos, jarabes, supositorios, formas inyectables, etc.) para
la administración a un sujeto. De igual manera, se pueden emplear
varias vías de administración (por ejemplo, la oral, la rectal, la
parenteral, la intraperitoneal, etc.). Los niveles de dosis
empleadas pueden variar ampliamente, y se pueden determinar
fácilmente por aquellos expertos en la técnica. Normalmente, se
emplean cantidades del orden de miligramos a gramos. Entre los
sujetos que se pueden tratar con los compuestos de la invención se
incluyen los humanos, los animales domésticos, los animales de
laboratorio, y similares.
Estos compuestos se pueden usar, por ejemplo,
como herramienta de investigación para el estudio de las propiedades
biofísicas y bioquímicas del receptor de AMPA y las consecuencias
de potenciar selectivamente la transmisión de excitación en el
funcionamiento del circuito neuronal. Ya que estos compuestos
alcanzan las sinapsis centrales, permitirán el ensayo de los
efectos conductuales de la potenciación de las corrientes de los
receptores de AMPA.
Las variantes metabólicamente estables del
aniracetam tienen muchas aplicaciones potenciales en humanos. Por
ejemplo, el aumento de la intensidad de las sinapsis de excitación
podría compensar las pérdidas de sinapsis o de receptores asociados
con el envejecimiento y enfermedades cerebrales (por ejemplo, la de
Alzheimer). La potenciación de los receptores de AMPA podría causar
un procesado más rápido por los circuitos multisinápticos
encontrados en regiones cerebrales superiores y así podría producir
un aumento en el rendimiento perceptual-motor e
intelectual. Otro ejemplo es que, ya que el aumento de las
respuestas mediadas por el receptor de AMPA favorece los cambios
sinápticos del tipo que se cree que codifican la memoria, se puede
esperar que las variantes metabólicamente estables del aniracetam
sean funcionales como potenciadores de la memoria.
Entre otras aplicaciones adicionales contempladas
para estos compuestos se incluye la mejora del rendimiento en
sujetos con problemas sensitivo-motores
dependientes de las redes cerebrales que usan receptores de AMPA; la
mejora del rendimiento en sujetos con deterioro de la capacidad de
realizar tareas cognitivas dependientes de redes cerebrales que
utilizan receptores de AMPA; la mejora del rendimiento en sujetos
con deficiencias en la memoria; y similares.
Por consiguiente, estos compuestos, en
formulaciones adecuadas, pueden emplearse para disminuir el tiempo
necesario para aprender una tarea cognitiva, motora o perceptual.
De manera alternativa, estos compuestos, en formulaciones adecuadas,
pueden emplearse para aumentar el tiempo de retención de las tareas
cognitivas, motoras y perceptuales. Como otra alternativa, estos
compuestos, en formulaciones adecuadas, pueden emplearse para
disminuir la cantidad y/o gravedad de los errores cometidos en la
evocación de una tarea cognitiva, motora o perceptual. Tal
tratamiento puede ser especialmente ventajoso para individuos que
han sufrido un daño en el sistema nervioso, o que tienen una
enfermedad resistente del sistema nervioso, especialmente un daño o
una enfermedad que afecte al número de receptores de AMPA en el
sistema nervioso. Estos compuestos se administran al individuo
afectado, y tiempo después, el individuo se somete a una tarea
cognitiva, motora o perceptual.
La invención se describe a continuación con más
detalle haciendo referencia a los siguientes ejemplos no
limitantes.
La síntesis de
2-metil-1,3-benzodioxol
se lleva a cabo por el método de Nichols y Kostuba (J. Med. Chem
22: 1264 (1979)). Una solución de 10,3 g (76 mmol) de
2-metil-1,3-benzodioxol
y 21 ml de anhídrido acético se trata con 3,5 ml de eterato de
BF_{3} a 0ºC durante 24 h y a -20ºC durante tres días. La solución
de reacción se vierte sobre 250 ml de Na_{2}CO_{3} 1M y se
extrae con éter. El éter se seca sobre Na_{2}SO_{4}, y luego se
elimina a presión reducida. La purificación y la destilación bajo
presión reducida conduce a la obtención de la cetona,
5-acetyl-2-metil-1,3-benzodioxol.
La cetona anteriormente descrita se oxida al
ácido por disolución en dioxano/NaOH acuoso y tratamiento con
Br_{2} y reactivo yodoformo (KI/I_{2} en NaOH acuoso). El
exceso de halógeno se elimina con Na_{2}SO_{3} y la solución
acuosa es extraída con CH_{2}Cl_{2} y luego con éter. La
acidificación de la solución acuosa con HCl concentrado produce
ácido
2-metil-1,3-benzo-dioxol-5-ilcarboxílico,
que puede cristalizarse en CHCl_{3}/CCl_{4}/éter de petróleo.
^{1}H RMN \delta 1,71 (d, 3, J= 5 Hz), 6,36 (q, l, J= 5 Hz),
6,81 (d, 1, J= 8,2 Hz), 7,46 (d, 1, J= 1,6 Hz), y 7,71 ppm (dd, 1,
J= 1,6, 8,2 Hz).
El ácido anteriormente descrito se une a
piperidina activando primero el ácido con un reactivo adecuado. En
concreto, se suspende el ácido en CH_{2}Cl_{2} y se agita con
un equivalente de carbonil diimidazol (CDI). Tras 30 min, se añade
un exceso de 10% de piperidina. Cuando la reacción se ha completado
(normalmente en menos de 1 h), la solución se extrae con HCl acuoso,
agua, y NaHCO_{3} acuoso. La solución orgánica se seca sobre
Na_{2}SO_{4} y el CH_{2}Cl_{2} se elimina bajo presión
reducida. La cristalización del aceite resultante por métodos
conocidos en la técnica produce
(R,S)-1-(2-metil-1,3-benzodioxol-5-ilcarbonil)-piperidina
(V) en forma de sólido blanco.^{1}H RMN \delta
1,5-1,7 (m a, 6), 1,68 (d, 3, J= 5,0 Hz), 6,29 (q,
l, J= 4,9 Hz), 6,75 (d, 1, J= 7,9 Hz), 6,84 (d, 1, J= 0,93 Hz), y
6,88 ppm (dd, 1, J= 8,0, 1,0 Hz).
Se disuelve catecol (11,0 g; 0,100 mol) en 50 ml
de éter y se añade lentamente 29 g de dibromuro de dioxano recién
preparado (Yanovskaya, Terent'ev y Belsn'kii, J. Gen. Chem. Vol.
22: 1594 (1952)) como solución en 50 ml de éter. La solución
orgánica se lava con agua (3 veces) y se seca sobre MgSO_{4}. El
disolvente se elimina bajo presión reducida para producir
4-bromocatecol en forma de aceite marrón rojizo.
^{1}H RMN \delta 5,52 (s, 1), 5,70 (s, 1), 6,74 (d, l, J= 8,74
Hz), 6,92 (dd, 1, J= 8,3, 2,3 Hz), y 7,01 ppm (d, 1, J= 2,6
Hz).
El 4-bromocatecol (18,9 g, 0,100
mol) se disuelve en 200 ml de tolueno seco e inmediatamente se añade
20 ml de acetato de vinilo, seguido de 0,20 g de óxido mercúrico y
0,4 ml de eterato de BF_{3}. Tras un tiempo de reposo de 10 h, se
extrae la solución con NaOH 0,5 M hasta que la capa acuosa se vuelve
fuertemente básica (pH > 12). La solución orgánica se seca sobre
K_{2}CO_{3} y se filtra para eliminar el agente secante. La
eliminación del tolueno bajo presión reducida y el tratamiento del
aceite resultante con gel de sílice en éter de petróleo (ebullición
baja) produce 18 g de
(R,S)-5-bromo-2-metil-1,3-benzodioxol
en forma de aceite amarillo, ^{1}H RMN \delta 1,67 (d, 1,
J=4,78 Hz), 6,27 (q, l, J= 4,72 Hz), 6,63 (d, 1, J= 8,11 Hz), y
6,88-6,93 ppm (m, 2).
La conversión del derivado bromoaromático en
ácido benzoico sustituido se lleva a cabo por la bien conocida
reacción de Grignard (u otro método adecuado conocido en la
técnica). De manera específica, el bromoderivado se disuelve en
tetrahidrofurano seco y se combina con magnesio. El reactivo de
Grignard resultante se trata con dióxido de carbono gaseoso. La
solución de reacción se apagó con HCl acuoso y el producto ácido se
extrae con éter. La solución de éter se extrae con bicarbonato
acuoso y la solución de bicarbonato se lava después con éter u otro
disolvente orgánico adecuado. La solución de bicarbonato se
neutraliza con HCl concentrado para producir ácido
2-metil-1,3-benzodioxol-5-ilcarboxílico,
que puede ser cristalizado en CHCl_{3}/CCl_{4}/éter de
petróleo, como se describe anteriormente. El ácido se une luego a
piperidina, para obtener el producto deseado.
El ácido
1,4-benzodioxan-6-carboxílico
(también conocido como ácido
3,4-etilendioxibenzoico) se sintetizó por la
oxidación del 3,4-etilendioxibenzaldehído
disponible comercialmente con permanganato de potasio, como se
describe en Org. Syn. 2: 538 (1943).
El ácido
1,4-benzodioxan-6-carboxílico
(3,0 g; 16,7 mmol) se suspendió en 40 ml de diclorometano. El ácido
se disolvió por adición de 3,7 g (2,2 equivalentes) de
trietilamina. La adición de 2,0 g de cloruro de pivaloílo fue
exotérmica, y produjo un precipitado denso. La mezcla se agitó a
temperatura ambiente durante aproximadamente 20 minutos, y luego se
añadieron lentamente 1,52 g de 1,2,3,
6-tetrahidropiridina.
El producto se purificó por dilución de la mezcla
de reacción con un volumen igual de éter dietílico, seguido de
extracciones secuenciales con 1) HCl 1M, 2) bicarbonato sódico
acuoso, y 3) carbonato sódico acuoso. La solución orgánica se secó
sobre sulfato de sodio y carbonato de potasio. La eliminación del
disolvente en un evaporador rotatorio produjo 4,07 g de un aceite
viscoso de color amarillo pálido. La espectroscopía de masas por
impacto electrónico (EMIE) mostró el ión precursor a un valor m/z
de 245, y un pico base a 163 para el ión acilio. La espectroscopía
de resonancia magnética nuclear (RMN) a 500 MHz reveló resonancias
a 6,97 (1H, d, J=1,81 Hz); 6,93 (1H, dd, J=8,23, 1,86 Hz); 6,87 (1H,
d, J=8,23 Hz); 5,5-5,9 (2H, m); 4,27 (4H, s);
3,4-4,3 (4H, m); y 2,2 ppm (2H, s a) con relación a
TMS.
La síntesis se llevó a cabo de la misma forma que
la descrita para la preparación del Compuesto VIII de la invención
sustituyendo la 1,2,3, 6-tetrahidropiridina por
3-pirrolina. EMIE m/z= 245 (precursor), 163 (base),
35, y 107. ^{1}H RMN \delta 2,2 (s a, 2),
3,4-4,3 (m, 4), 4,27 (s, 4), 5,5-5,9
(m, 2), 6,87 (d, 1, J= 8,23 Hz), 6,93 (dd, 1, J= 8,23, 1,86 Hz), y
6,97 ppm (d, 1, 1,81 Hz). ^{13}C RMN \delta 64,27 y 64,44
(-OCH_{2}CH_{2}O-) y 170,07 ppm (carbonilo).
El producto amida se elabora por el método
empleado para la preparación del Compuesto V de la invención, que
usa carbonil diimidazol con el fin de activar el ácido
piperonílico, o se puede combinar cloruro de piperoniloílo
(disponible de Aldrich) con
1,2,3,6-tetrahidropiridina bien en un disolvente
anhidro adecuado o bien sin disolvente. En cualquier caso, el
aislamiento del producto se lleva a cabo de la misma forma que se
hizo con el Compuesto V de la invención para dar el Compuesto III
de la invención en forma de sólido blanco. EMIE m/z= 231
(precursor), 149 (base), y 121.^{1}H RMN \delta 2,21 (s a, 2),
3,4-4,3 (m a, 4), 5,87 (m, 2), 6,00 (s, 2), 6,83 (d,
1, J= 7,84 Hz), y 6,92-6,96 (dd y d, 2). ^{13}C
RMN \delta 101.3 (-OCH_{2}O-) y 169,9 ppm (carbonilo).
El producto amida se elabora siguiendo el mismo
método que el empleado para la preparación del Compuesto V de la
invención, que usa carbonil diimidazol con el fin de activar ácido
piperonílico, o se puede combinar cloruro de piperoniloílo con
hexametilenimina en un disolvente anhidro adecuado o sin disolvente.
En cualquier caso, el aislamiento del producto se lleva a cabo de
la misma manera que se hizo con el Compuesto V de la invención para
producir el Compuesto VII de la invención en forma de aceite
incoloro. ^{1}H RMN \delta 1,6 (m a, 6), 1,83 (m a, 2), 3,4 (m
a, 2), 3,63 (m a, 2), 5,98 (s, 2), y 6,78-6,9 (m,
3).
El
1,4-benzodioxan-6-carboxaldehído
se oxida al correspondiente ácido por el método de Shriner y
Kleiderer en Organic Syntheses, Coll. Vol. 2: 538 (1943). La unión
del ácido con 3-pirrolina se realiza siguiendo el
mismo método que el empleado para la preparación del Compuesto V de
la invención, que usa carbonil diimidazol con el fin de activar el
ácido carboxílico, o cualquier otro método conocido en la técnica,
como por ejemplo, la activación por reacción de la sal
trietilamonio con cloruro de trimetilacetilo. El producto se
cristaliza en CCl_{4}/Et_{2}O/hexanos. EMIE m/z= 231
(precursor), 163 (base), 135, y 107.^{1}H RMN \delta
4,25-4,30 (m, 6), 4,43 (br, 2), 5,75 (m, 1), 5,85
(m, 1), 6,88 (d, 1, J= 8,42 Hz), 7,06 (dd, 1, J= 8,38, 2,03 Hz), y
7,09 (d, 1, J= 2,05 Hz).
Se suspende el ácido
3-amino-4-hidroxibenzoico
(1,0 g; 6,5 mmol) en 3 ml de acetato de dietoximetilo y se calienta
a reflujo durante 45 min. La solución enfriada se diluye con éter y
por filtración se recogen 1,02 g de ácido
1,3-benzoxazol-6-carboxílico.
EMIE m/z= 163 (precursor), 146 (base), y 118.
La unión del ácido
1,3-benzoxazol-6-carboxílico
con 1,2,3,6-tetrahidropiridina se lleva a cabo de
la misma manera que la descrita para la preparación del Compuesto V
de la invención a través de la activación con carbonil diimidazol o
por activación con otros reactivos adecuados como el cloruro de
oxalilo. El producto puede aislarse por los mismos métodos que los
descritos para el aislamiento del Compuesto V de la invención y se
purifica por cromatografía en gel de sílice. EMIE m/z= 228
(precursor), 146 (base), y 118.^{1}H RMN \delta 2,2 (br, 2),
3,4-4,3 (m a, 4), 5,7-5,95 (m a, 2),
7,52 (dd, 1, J= 8,39, 1,49 Hz), 7,64 (d, 1, J= 8,41 Hz), 7,87 (d,
1, J= 1,32 Hz), y 8,16 ppm (s, 1).
La amida se prepara por unión del ácido
1,3-benzoxazol-6-carboxílico
con piperidina por activación del ácido con carbonil diimidazol como
se describe para la preparación del Compuesto V de la invención. La
solución de reacción se diluye con más CH_{2}Cl_{2}, que hace
que el producto precipite. Se consigue la purificación por
cromatografía en gel de sílice. EMIE m/z= 230 (precursor), 229, 146
(base), y 118. ^{1}H RMN \delta 1,55 (m a, 4), 1,70 (br, 2), 3,4
(br, 2), 3,75 (br, 2), 7,48 (dd, 1, J= 8,29, 1,22 Hz), 7,62 (d, 1,
J= 8,44 Hz), 7,84 (d, 1, J= 1,00 Hz), y 8,15 ppm (s, 1).
El ácido
4-amino-3-hidroxibenzoico
se convierte en ácido
1,3-benzoxazol-5-carboxílico
por tratamiento con acetato de dietoximetilo como se describe para
la preparación del Compuesto IX de la invención. EMIE m/z= 163
(precursor), 146 (base), 118, 90, y 63. La unión del ácido con
1,2,3,6- tetrahidropiridina se lleva a cabo de la misma manera que
la descrita para la preparación del Compuesto IX isomérico de la
invención. ^{1}H RMN \delta 2,1-2,4 (br, 4),
3,4-4,3 (m a, 4), 5,5-5,95 (m a, 2),
7,45 (dd, 1, J= 8,17, 1,41 Hz), 7,70 (d, 1, J= 0,96 Hz), 7,83 (d,
1, J= 8,16 Hz), y 8,18 ppm (s, 1).
El ácido
5-benzimidazolcarboxílico se une a la
1,2,3,6-tetrahidropiridina por activación del ácido
con carbonil diimidazol en CH_{2}Cl_{2} más dimetil formamida
10% (v/v). La purificación se consigue por cromatografía en gel de
sílice. EMBAR m/z 455 (dímero precursor + 1), 228 (precursor + 1), y
145.
El ácido 3,4-diaminobenzoico (2,0
g; 13 mmol) se dispersa en 50 ml de etanol absoluto. A la pasta de
color marrón-chocolate se añade 2,2 g (15 mmol) de
glioxal (40% en agua) que se ha disuelto en 10 ml de etanol. La
mezcla se agita a temperatura ambiente durante 24 h. El ácido
6-quinoxalinocarboxílico de color
arena-marrón claro se recoge por filtración y se
lava con etanol y éter dietílico. EMIE m/z= 174 (base), 157, 147,
129, y 120.
El ácido 6-quinoxalinocarboxílico
(320 mg; 1,8 mmol) se suspende en 10 ml de cloruro de metileno.
Mientras se agita la suspensión, se añaden 2 equivalentes de
trietilamina, seguido de 0,22 ml (1,8 mmol) de cloruro de
trimetilacetilo. Tras 15 min, se añade 164 \mul (1,8 mmol) de
1,2,3,6-tetrahidropiridina y se agita la solución
durante toda la noche. Se diluye la solución con 20 ml de éter
dietílico y se lava con 10 ml de agua seguido de 10 ml de NaCO_{3}
10%. La solución orgánica se seca sobre
Na_{2}SO_{4}/K_{2}CO_{3} y se concentra hasta obtener un
aceite marrón rojizo. Por purificación por cromatografía en gel de
sílice (eluído con CCl_{4}/CHCl_{3} 1:1) se obtiene un aceite
amarillo pálido que solidifica eventualmente. El sólido se
estratificó con hexano y finalmente fue dispersado por compresión
mecánica para producir XIII amarillo pálido. EMIE m/z= 239
(precursor), 157 (base), y 129. ^{1}H RMN \delta 2,22 y 2,34
(br, 2), 3,54, 3,94, 3,97 y 4,29 (br, 4), 5,5-6,0
(br, 2), 7,85 (dd, 1, J= 8,7, 1,3 Hz), 8,15 (d, 1, J= 1,6 Hz), 8,18
(d a, 1, J= 8,5 Hz), y 8,90 ppm (s, 1).
La unión del ácido
6-quinoxalinocarboxílico con piperidina se lleva a
cabo de una manera similar a la seguida para la preparación del
Compuesto XIII de la invención, o por cualquier otro método
conocido en la técnica para la activación de ácidos carboxílicos
aromáticos, tales como, por ejemplo, la activación por carbonil
diimidazol. ^{1}H RMN \delta 1,56 y 1,73 (br, 6), 3,40 (s a, 2),
3,79 (s a, 2), 7,82 (dd, 1, J= 8,8, 1,9 Hz), 8,13 (d, 1, J= 1,6
Hz), 8,17 (d a, 1, J= 8,6 Hz), y 8,9 ppm (m, 2).
Los efectos fisiológicos de estos compuestos
pueden ensayarse in vitro en cortes de hipocampo de rata
como sigue. Las respuestas excitatorias (región de PEPSs) se miden
en cortes de hipocampo que se mantienen en una cámara de registro
continuamente perfundida con líquido cefalorraquídeo artificial
(LCRA). Durante el intervalo de 15 minutos indicado por la barra
horizontal en la Figura 1, el medio de perfusión se cambió por otro
que contiene o aniracetam 1,5 mM (panel de la izquierda) o el
Compuesto I de la invención 750 \muM (panel de la derecha). Las
respuestas recogidas inmediatamente antes (1) y al final de la
perfusión del fármaco (2) se muestran como insertos superpuestos en
la Figura 1 (barras de calibrado: horizontal 10 milisegundos,
vertical 0,5 mV). El eje Y de la gráfica principal muestra el área
de la respuesta antes, durante y tras la perfusión del fármaco,
expresado como porcentaje del valor de la referencia; y cada dato
representa una única respuesta.
Para llevar a cabo estos ensayos, el hipocampo se
extrajo de ratas anestesiadas Sprague-Dawley de 2
meses de edad y los cortes in vitro (400 micrómetros de
grosor) se prepararon y mantuvieron en una cámara interfacial a 35ºC
usando técnicas convencionales (véase, por ejemplo, Dunwiddie y
Lynch, J. Physiol. Vol. 276: 353-367 (1978)). La
cámara fue constantemente perfundida a 0,5 ml/min con LCRA que
contenía (en mM): NaCl 124, KCl 3, KH_{2}PO_{4} 1,25, MgSO_{4}
2,5, CaCl_{2} 3,4, NaHCO_{3} 26, glucosa 10 y
L-ascorbato 2. Un electrodo de estimulación bipolar
de nicromio se colocó en la capa dendrítica (estrato radiado) de la
subregión hipocámpica CA1 cercana al límite con la subregión
CA3.
Los pulsos de corriente (0,1 ms) a través del
electrodo de estimulación activaron una población de fibras
colaterales de Schaffer (SC) que provienen de neuronas en la
subdivisión CA3 y terminan en sinapsis sobre las dendritas de las
neuronas CA1. La activación de estas sinapsis hace que liberen el
transmisor glutamato. El glutamato se une a los receptores de AMPA
postsinápticos que luego abren transitoriamente una canal asociado
a iones y permite que una corriente de sodio entre en la célula
postsináptica. Esta corriente resulta en un voltaje en el espacio
extracelular (la región de potencial de excitación postsináptico o
región "PEPS") que es registrado por un electrodo de registro
de alta impedancia situado en medio del estrato radiado de CA1.
Para los experimentos resumidos en la Figura 1,
la intensidad de la corriente de estimulación se ajustó para
producir PEPSs semimáximos (normalmente sobre
1,5-2,0 mV). Cada 40 s se dieron pares de pulsos de
estimulación con un intervalo entre pulsos de 200 ms (véase más
abajo). La región PEPSs de la segunda respuesta se digitalizó y
analizó para determinar la amplitud, la anchura media, y el área de
respuesta. Si las respuestas eran estables durante
15-30 minutos (referencia), los compuestos de ensayo
se añadían a las líneas de perfusión durante un periodo de unos 15
minutos. La perfusión era entonces vuelta a cambiar al LCRA
normal.
Se usó la estimulación por pares de pulsos, ya
que la estimulación de las fibras SC, en parte, activa las
interneuronas que generan un potencial inhibitorio postsináptico
(PPSI) en las células piramidales de CA1. Esta señal de generación
del PPSI normalmente se establece después de que el PEPS alcance su
pico. Acelera la repolarización y disminuye la fase de decaimiento
del PEPS, y así podría enmascarar parcialmente los efectos de los
compuestos del ensayo. Una de las características relevantes de la
señal de generación del PPSI es que no puede ser reactivado durante
varios cientos de milisegundos tras un pulso de estimulación. Este
fenómeno se puede emplear ventajosamente para eliminar el PPSI
mediante el desarrollo de pares de pulsos separados por 200
milisegundos y usando la segunda ("convertida en primera")
respuesta para el análisis de los datos.
Se conoce que en la región del PEPS registrado en
la región CA1 tras la estimulación de los axones CA3 median los
receptores de AMPA: los receptores están presentes en las sinapsis
(Kessler y col., Brain Res. Vol. 560: 337-341
(1991)) y los fármacos que bloquean el receptor selectivamente
bloquean la región PEPS (Muller y col., Science, antes citado). El
aniracetam aumenta el tiempo medio de apertura del canal del
receptor de AMPA y, como se espera de ello, aumenta la amplitud de
la corriente sináptica y prolonga su duración (Tang y col.,
Science, antes citado). Estos efectos se reflejan en la región PEPS,
como se ha reportado en la literatura (véase, por ejemplo, Staubli
y col., Psychobiology, antes citado; Xiao y col., Hippocampus, antes
citado; Staubli y col., Hippocampus Vol. 2: 49-58
(1992)). Se puede observar lo mismo en los trazos del PEPS
superpuestos en la Figura 1 (panel de la izquierda) que se
recogieron antes (1) a inmediatamente después (2) de la infusión de
aniracetam 1,5 mM. El fármaco aceleró la amplitud de la respuesta y
prolongó la duración de la respuesta. El efecto último es
responsable en su mayoría del aumento en el área (corriente neta)
de la respuesta que se representa en la gráfica principal en
función del tiempo antes, durante y después de la infusión del
fármaco. En estos ensayos, como en la literatura publicada, el
aniracetam tiene un inicio rápido tras la infusión, y revierte
rápidamente con el aclaramiento.
El panel derecho de la Figura 1 resume un
experimento típico con el Compuesto I de la invención usado a 750
\muM (es decir, la mitad de la concentración del aniracetam). El
compuesto de la invención produjo los mismos efectos cualitativos
que el aniracetam, como se muestra para las regiones de los PEPSs
recogidos inmediatamente antes a inmediatamente después de una
infusión de 15 minutos. Al observar los datos de la Figura 1, es
evidente que la magnitud de los efectos fue mucho mayor incluso
aunque la concentración del compuesto de la invención usada fue
sólo el 50% de la de aniracetam. Se puede ver lo mismo en la
gráfica principal (Figura 1, panel de la derecha), que muestra los
efectos del Compuesto I de la invención en el área de la región de
los PEPSs en función del tiempo. El compuesto de la invención es
similar al aniracetam en que presenta un rápido inicio de acción y
es totalmente reversible con el aclaramiento. La comparación de los
dos paneles en la Figura 1 ilustra el grado en el que el Compuesto
I de la invención 750 \muM fue más potente que el aniracetam 1,5
mM.
Los Compuestos de la invención I
(1-(1,4-benzodioxan-5-ilcarbonil)-1,2,3,6-tetrahidropiridina),
II
(1-(1,3-benzodioxol-5-ilcarbonil)-piperidina),
III
(1-(1,3-benzodioxol-5-ilcarbonil)-1,2,3,6-tetrahidropiridina),
y el aniracetam se ensayaron en el sistema de ensayo fisiológico
descrito para la generación de los datos presentados en la Figura
1. El panel de la izquierda de la Figura 2 muestra el efecto de
cada compuesto del ensayo en la amplitud, mientras que el panel de
la derecha muestra el efecto de cada compuesto del ensayo en el área
de las respuestas sinápticas. Cada punto es la media de
2-10 determinaciones independientes. Las curvas de
regresión se calcularon asumiendo una función de saturación
hiperbólica estándar.
Los compuestos útiles en la invención produjeron
aumentos dependientes de la dosis en ambas medidas (es decir, en la
amplitud máxima y en el área de respuesta) y fueron efectivos a
concentraciones tan bajas como 100 \muM. El Compuesto I de la
invención a esta dosis potenció el área de la región PEPS en un 46
\pm 16% (media y D.S. de 4 experimentos). Como se puede ver
fácilmente al examinar la Figura 2, cada una de los tres compuestos
útiles en la invención fue significativamente más potente que el
aniracetam a todas las dosis ensayadas. Por ejemplo, el Compuesto I
de la invención (ensayado a dosis en el intervalo de 750 \muM a
1,5 mM) produjo un efecto en el área de respuesta
6-9 veces mayor que el aniracetam a las mismas
concentraciones.
El porcentaje de incremento en la amplitud de la
región PEPS se determinó para una serie de compuestos útiles en la
invención, y el aniracetam, como se describe anteriormente, y se
usó para construir curvas logarítmicas dosis/ respuesta con el fin
de estimar los valores de CE_{50} para cada compuesto. Los
valores de CE_{50} se presentan en la siguiente tabla. En los
casos en los que no se pudieron obtener respuestas máximas debido a
la solubilidad limitada de algunos de los compuestos, se asumió una
respuesta máxima correspondiente a un aumento del 85%. Las variables
establecidas en la tabla se refieren a la siguiente estructura
genérica:
\vskip1.000000\baselineskip
La potenciación a largo plazo (LTP; un incremento
estable en la magnitud del PEPS de respuestas únicas tras breves
periodos de estimulación de alta frecuencia) se puso de manifiesto
en la región CA1 de cortes de hipocampo en ausencia (véase Figura
3, barras punteadas, N= 6) y en presencia del Compuesto I de la
invención 1,5 mM (véase Figura 3, barras rayadas, N= 5). En el
último caso, el grado de potenciación fue determinado tras la
eliminación del compuesto del ensayo y comparando la magnitud de la
respuesta con la que había antes de la infusión del compuesto del
ensayo. Los datos representados en la Figura 3 muestran el
incremento en porcentaje en la amplitud del PEPS (media y D.S.) tras
40, 60 y 90 minutos de la inducción de la LTP.
Para llevar a cabo estos estudios, se pusieron de
manifiesto regiones PEPSs en cortes de hipocampo por pulsos de
estimulación únicos y se registraron con electrodos extracelulares
como se describe en el Ejemplo II. Tras recoger las respuestas cada
40 segundos durante 20-30 minutos para establecer la
referencia, se indujo la LTP con diez sucesiones cortas de pulsos
separados por 10 milisegundos; el intervalo entre las sucesiones
fue de 200 milisegundos. Este patrón de estimulación del axón
mimetiza el ritmo de descarga observado en el hipocampo en animales
comprometidos en el aprendizaje y se denomina "paradigma de
estimulación por sucesión de ondas theta" (véase, por ejemplo,
Larson y Lynch en Science Vol. 232: 985-988
(1986)). El ensayo con pulsos únicos (uno cada 40 segundos) se
lleva a cabo después durante otros 60-90 minutos
para determinar la magnitud de la potenciación estable en la
amplitud del PEPS. Como se muestra en la Figura 3, el periodo largo
de dos segundos para la estimulación por pulsos sucesivos (es
decir, 10 sucesiones separadas por 200 milisegundos) aumentó el
tamaño de la región de los PEPSs en los cortes de control (barras
punteadas) en aproximadamente un 25%. El aumento en la magnitud del
PEPS fue estable a lo largo de todo el registro (90 minutos en los
experimentos mostrados en la Figura 3). Experimentos equivalentes
en ratas con electrodos implantados crónicamente muestran que el
aumento en la magnitud del PEPS dura mientras que los registros
estables se puedan mantener, normalmente en el orden de semanas
(véase Staubli y Lynch, en Brain Research 435:
227-234 (1987)). Este fenómeno se denomina en la
literatura potenciación a largo plazo (LTP).
Para determinar el efecto del compuesto del
ensayo en la inducción de la LTP, se infundió el Compuesto I de la
invención 1,5 mM durante 15 minutos antes de la aplicación de una
estimulación por sucesión de ondas theta. El compuesto del ensayo
se lavó luego hasta que la anchura media del PEPS (que cambia con el
compuesto del ensayo, pero no por la LTP) volvió al nivel de antes
del tratamiento. La amplitud de la región PEPSs se comparó después
con la observada antes de la infusión del compuesto del ensayo y la
estimulación por sucesión de pulsos para determinar la magnitud de
la LTP. Las barras rayadas en la Figura 3 resumen los resultados
(media y D.S.) de cinco experimentos. Como se hace evidente al
examinar la Figura 3, el grado de potenciación a largo plazo estable
producido por la estimulación por sucesión de pulsos aplicada en
presencia del Compuesto I de la invención fue de casi dos veces la
inducida por la misma estimulación aplicada en ausencia del fármaco
(p<0,02).
Hay muchas evidencias que relacionan la
potenciación a largo plazo con la codificación de la memoria. Por
tanto, los datos resumidos en la Figura 3 proporcionan bases para
predecir que el Compuesto I de la invención será efectivo en
animales intactos como potenciador de la memoria.
Se colocaron electrodos estimulantes y de
registro en el hipocampo de ratas anestesiadas para activar y
monitorizar las mismas respuestas sinápticas que en los estudios
sobre corte descritos en el Ejemplo XV. La Figura 4 muestra la
magnitud de la constante del tiempo de decaimiento normalizado de la
respuesta (media \pm S.E.M.) antes y después de una única
inyección intraperitoneal (flecha) del Compuesto I de la invención
(círculos, n= 8) o de un vehículo ciclodextrina/salino (rombos, n=
7). La constante de tiempo de decaimiento del PEPS es una medida de
la duración de la respuesta.
En estos experimentos, ratas
Sprague-Dawley macho fueron anestesiadas con uretano
(1,7 g/kg) y la temperatura corporal se mantuvo a 37ºC usando una
lámpara térmica. Un electrodo de estimulación (dos alambres de acero
inoxidable retorcidos, de 150 \mum de diámetro, aislado con
teflón) se colocó estereotáxicamente en la trayectoria de la vía
colateral de Schaffer (SC) de CA3 a CA1 del hipocampo (coordenadas
con relación al Bregma: 3,5 mm P., 3,5 mm L., y
3,0-3,7 mm V.). Un electrodo de registro (acero
inoxidable, de 150 \mum de diámetro, aislado con teflón) se
colocó en la región ipsilateral CA1 (coordenadas con relación al
Bregma: 3,8 mm P., 2,9 mm L., y 2,2-2,8 mm V.),
100-200 \mum ventral al estrato piramidal CA1
electrofisiológicamente identificado (es decir, en el estrato
radiado).
Los potenciales de campo negativos que reflejaban
PEPSs dendríticos producidos por estimulación de las SC (pulsos de
0,1 ms, 10-100 \muA) con pares de pulsos
(intervalo entre pulsos de 200 ms; véase la metodología descrita en
el Ejemplo XV) fueron amplificados 500 veces y digitalizados por
ordenador a intervalos de 20 s a lo largo de cada experimento. Se
inyectaron el compuesto del ensayo (120-180 mg/kg
del Compuesto I de la invención en 20% p/v de
2-hidroxipropil-beta-ciclodextrina
en vehículo salino al 50%) o el vehículo (1,5-2,1
g/kg) por vía intraperitoneal. Se obtuvieron respuestas sinápticas
estables durante 10-60 minutos antes y
60-180 minutos después de la inyección en todos los
animales usados en el análisis mostrado en la Figura 4. Se
representó la evolución de la constante de tiempo de decaimiento,
puesto que la prolongación del PEPS era el efecto más prominente
del Compuesto I de la invención en los cortes de hipocampo. Las
constantes de tiempo de decaimiento se determinaron por ajustes
exponenciales únicos de la fase de decaimiento de la respuesta
sináptica y se expresaron como el porcentaje del valor obtenido
durante el periodo control previo a la inyección.
Como resulta evidente al examinar la Figura 4, el
compuesto del ensayo produjo un rápido incremento en la duración de
la respuesta sináptica, y este efecto revirtió en
60-120 minutos tras la inyección. El efecto del
Compuesto I de la invención fue algo mayor para la segunda
(convertida en primera) respuesta de la estimulación por pares. El
efecto sobre la duración de la respuesta es típico de este grupo de
compuestos (consúltese también las respuestas 1 y 2 en el panel
derecho de la Figura 1). Otras manipulaciones que se han usado en
cortes para modular las respuestas sinápticas tuvieron en general
poco efecto en la constante del tiempo de decaimiento (véase, por
ejemplo, Xiao y col. (1991) antes citado). Estos resultados indican
que cantidades suficientes de los compuestos del ensayo atraviesan
la barrera hematoencefálica para acelerar el funcionamiento del
receptor de AMPA in situ, y que el compuesto del ensayo
influye en la respuesta como mucho de la misma manera que dosis
bajas del Compuesto I de la invención directamente aplicado a
cortes de hipocampo. El electroencefalograma del hipocampo en
funcionamiento se monitorizó de forma continua en estos experimentos
y en ningún caso las inyecciones del Compuesto I de la invención
produjeron alteraciones electrográficas.
Para ser efectivos, los fármacos nootrópicos, o
sus metabolitos activos, deben atravesar la barrera hematoencefálica
o ser introducidos directamente a través de la barrera
hematoencefálica. Para ensayar la capacidad de los compuestos de la
invención para atravesar la barrera hematoencefálica, el Compuesto
II de la invención se marcó con carbono-11.
El Compuesto II de la invención marcado
radiactivamente (véase la tabla anterior) se sintetiza siguiendo el
esquema que aparece a continuación (en donde los números entre
paréntesis se refieren a la cantidad de reactivo usado en
milimoles):
en donde Ar es arilo (como metilendioxibenceno),
Im es imidazol (así, ImHCl es hidrocloruro de imidazol), y R es un
radical alquilo o alquileno (de manera que R_{2}NH es, por
ejemplo, piperidina). Por radiación ciclotrónica se produce
CO_{2} marcado con ^{11}C que seguidamente se usa en el esquema
sintético antes descrito. El tiempo para completar la síntesis es
de aproximadamente 22 minutos (2 veces la vida media del
carbono-11). Tras la purificación de
[^{11}C]II en cartuchos Sep-Pak C18, se
diluyeron 260 \muCi con 20 mg de II no radiactivo como portador en
una solución de 1 ml de propilenglicol al 23% y etanol al 10% en
medio salino tamponado fisiológicamente con el fin de simular la
dosis de 100 mg/kg que se usó en los estudios de comportamiento. La
solución final de 1 ml fue administrada a una rata de 200 g bajo
anestesia de halotano (1,4-1,7% en oxígeno) por
inyección intraperitoneal
(i.p.).
La biodistribución del indicador radiactivo en el
cuerpo de la rata se monitorizó con una cámara positrónica
(Scanditronix PC2048-15B) y las curvas de
actividad-tiempo, que se muestran en la Figura 5, se
construyeron usando una Vax 3500 (Digital Equipment Corporation).
Se seleccionaron cuatro regiones de interés: a) hígado, curva
superior (\boxempty); b) corazón, segunda curva desde arriba
(\blacklozenge); c) "liso" o tejido muscular, tercera curva
desde arriba a 30 minutos (\lozenge); d) cerebro, curva inferior
(
\sqpt).
Los resultados presentados en la Figura 5 indican
que la captación en el hígado se hace máxima aproximadamente 3
minutos tras la inyección, la captación en corazón y cerebro se
hace máxima aproximadamente a los 5 minutos de la inyección y la
captación en los tejidos blandos alcanza el máximo tras 17 minutos
de la inyección aproximadamente. Los niveles en el hígado
disminuyen marcadamente durante los 5 minutos siguientes el máximo
y luego más gradualmente. Los niveles en los otros tres tejidos
disminuyen muy gradualmente tras alcanzar el máximo.
Como era de esperar, el hígado mostró la
captación máxima, seguido del corazón. De particular importancia es
el hecho de que la captación en el cerebro fue casi tan efectiva
como la del corazón, y como mucho un cuarto de la del hígado. Esto
demuestra que el Compuesto II de la invención atraviesa libremente
la barrera hematoencefálica.
Además, la entrada del Compuesto II de la
invención en su tejido diana fue relativamente rápida y permaneció
en el cerebro durante un largo periodo de tiempo. Estas propiedades
indican que estos compuestos pueden administrarse poco antes de que
sean necesarios, y que puede no ser necesaria la readministración
frecuente.
Claims (12)
1. Uso de un fármaco que mejora el funcionamiento
del receptor de AMPA en el cerebro de un humano tras la
administración periférica para la fabricación de un medicamento para
potenciar el funcionamiento de dicho receptor al unirse a los
receptores de AMPA para aumentar la respuesta de los receptores a la
actividad sináptica y por lo tanto potenciar el rendimiento
intelectual o la codificación de la memoria.
2. Uso según la reivindicación 1 en donde el
medicamento para disminuir la cantidad de tiempo necesario para que
un individuo aprenda una tarea cognitiva, motora o perceptual.
3. Uso según la reivindicación 1 ó 2 en donde el
medicamento es para aumentar el tiempo para que el individuo
recuerde tareas cognitivas, motoras o perceptuales.
4. Uso según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en donde el medicamento es para
disminuir la cantidad y/o gravedad de los errores cometidos por un
individuo al recordar una tarea cognitiva, motora o perceptual.
5. Uso según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en las que el fármaco que potencia el
funcionamiento del receptor de AMPA es de la fórmula (A):
en
donde:
---
\uelm{J}{\uelm{\para}{}}--- se selecciona de entre:
---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---
\hskip1cmy
\hskip1cm---
\uelm{CH}{\uelm{\para}{}}---;
-Y- se selecciona de entre:
---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---(CH_{2})_{y}--- y ---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---C_{y} R_{(2y-2)} en donde y es 3, 4, ó 5; y
-(CR_{2})_{x}- y
-C_{x}R_{(2x-2)}-, en donde x es 4,
5, ó 6;
-R es hidrógeno o un grupo alquilo de cadena
lineal o ramificada que contiene 1-6 átomos de
carbono;
cada -M- es independientemente seleccionado de
entre:
-C(H)- y
-C(Z)-, en donde Z es seleccionado de
entre -R y -OR;
en donde M puede estar unido opcionalmente a Y
por un resto de unión seleccionado de entre
-C_{n}H_{2n}-,
-C_{n}H_{(2n-1)}-, -O- y -NR-, en donde n es 0 ó
1; cada -Y'- es seleccionado independientemente de entre:
-O-,
-NR- y
-N=; y
-Z'- es seleccionado de entre:
-(CR_{2})_{z}-, en donde z es 1, 2, ó
3, y
-C_{z'}R_{(2z'-1)}=, en donde
z' es 1 ó 2, cuando un -Y'- es
-N=, o
-C_{2}R_{2}- cuando ambos -Y'- son -N= o los
dos -Y'- son
-O-.
6. Uso según la reivindicación 5, en el que -Y-
es
---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}---(CH_{2})_{y}---,
e y se selecciona de entre 3 ó
4.
7. Uso según la reivindicación 5 ó 6 en las que
cada Y' es -O- y Z' es -CH_{2}-.
8. Uso según la reivindicación 5 en el que Y es
-C_{x}R_{(2x-2)}- y x es 4 ó 5.
9. Uso según la reivindicación 5 en el que Z' se
selecciona de entre -CR_{2}-,
-CR_{2}-CH_{2}-, -CR=, y -CR=CH- en donde cada R
es independientemente H o un grupo alquilo de cadena lineal o
ramificada que contiene 1-6 átomos de carbono.
10. Uso según la reivindicación 5 en el que
---
\uelm{J}{\uelm{\para}{}}---
\hskip1cmes
\hskip1cm---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---,
-Y- es
-C_{2}H_{4}-CH=CH-CH_{2}-,
cada M es -C(H)-,
cada Y' es -N=,
y Z' es -C_{2}H_{2}-.
11. Uso según la reivindicación 5 en el que
---
\uelm{J}{\uelm{\para}{}}---
\hskip1cmes
\hskip1cm---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}---,
-Y- es -C_{5}H_{10},
cada M es -C(H)-,
cada Y' es -N=,
y Z' es -C_{2}H_{2}-.
12. Un compuesto de la fórmula:
en la que Y es
-C_{2}H_{4}-CH=CH-CH_{2}- o
-C_{5}H_{10}
cada M es -C(H)-,
cada Y' es -N=,
y Z' es -C_{2}H_{2}-.
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