@phdthesis{Hiltensperger2013,
  author    = {Hiltensperger, Georg},
  title     = {4-Chinolon-3-carboxamide: Entwicklung neuer Wirkstoffe zur Behandlung der afrikanischen Schlafkrankheit},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83416},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die humane afrikanische Trypanosomiasis (Schlafkrankheit, HAT) wird durch die Parasiten Trypanosoma brucei rhodesiense und Trypanosoma brucei gambiense ausgel{\"o}st und f{\"u}hrt unbehandelt zum Tod. Wegen begrenzter Therapiem{\"o}glichkeiten sowie vernachl{\"a}ssigter Kontrollprogramme ist HAT eine gegenw{\"a}rtige Bedrohung, was die Suche nach neuen Wirkstoffen notwendig macht. Ausgangspunkt f{\"u}r die Leitstrukturfindung war das 7-Amino-4-chinolon-3-carboxamid IV mit einem IC50-Wert (T. b. brucei) von 1.2 µM. Die 4-Chinolon-3-carboxamid-Grundstrukturen wurden unter Verwendung der Gould-Jacobs- (1-Alkyl-Derivate) bzw. der Grohe-Heitzer-Synthese (1-Aryl-Derivate) aufgebaut und anhand strukturierter Variation der Substituenten in Pos. 1, 3 und 7 die f{\"u}r die antitrypanosomale Wirksamkeit essenziellen Strukturelemente identifiziert: Pos.1: Die Alkylkettenverl{\"a}ngerung von Ethyl zu n-Butyl bewirkte eine stetige Aktivit{\"a}tssteigerung, welche auch einem Aryl-Rest in dieser Position {\"u}berlegen war. Pos.3: Benzylamide mit HBD-Funktionen f{\"u}hrten zur Aktivit{\"a}tsabnahme, w{\"a}hrend HBA-Funktionen und unsubstituierte Reste zur Steigerung der Wirksamkeit, teilweise in den nanomolaren Konzentrationsbereich, beitrugen. Pos.7: Neben cyclischen sek. Aminen wurden auch aliphatische prim. Amine via konventioneller oder Mikrowellen-unterst{\"u}tzter SNAr eingef{\"u}hrt. Dabei zeigten sich die sek. Amine mit einer antitrypanosomalen Aktivit{\"a}t im teilweise submikromolaren Bereich den acyclischen Aminen deutlich {\"u}berlegen. Vor allem der Morpholin-Rest bewirkte eine sprunghafte Wirksamkeitsverbesserung. Durch Kombination der Einzelresultate konnte schließlich die den Lipinski's „Rule of 5" entsprechende Leitstruktur 33 mit vielversprechender antitrypanosomaler Wirksamkeit (IC50 (T. b. brucei) = 47 nM, IC50 (T. b. rhodesiense) = 9 nM) und geringer Zytotoxizit{\"a}t erhalten werden (SI = 19000). Erste Untersuchungen zur Identifikation des Targets der 4-Chinolon-3-carboxamide ergaben folgende Erkenntnisse: Fluoreszenzmikroskopieuntersuchungen zeigten eine deutliche Ver{\"a}nderung der Morphologie des Mitochondriums bei behandelten BSF-T. b. brucei-Zellen. Anhand einer Zellzyklus-Analyse wurde die Beeintr{\"a}chtigung der Segregation des Kinetoplasten beobachtet, was zu einem Segregationsdefekt f{\"u}hrte. Die Topoisomerase (TbTopoIImt) wurde durch ein „Knockdown"-Experiment als Haupt-Target ausgeschlossen. Trotz der bemerkenswerten biologischen Aktivit{\"a}t war eine In-vivo-Untersuchung der Leitstruktur wegen zu geringer Wasserl{\"o}slichkeit nicht m{\"o}glich, welche auf eine hochgeordnete Schichtgitterstruktur zur{\"u}ckzuf{\"u}hren war. Da die L{\"o}slichkeit im Wesentlichen eine Funktion der Lipophilie und der intermolekularen Wechselwirkungen ist, wurden zur Verbesserung der Wasserl{\"o}slichkeit pharmazeutisch-technische Methoden angewandt sowie chemische Strukturmodifikationen vorgenommen: Es wurde eine Lipid-basierte, selbstemulgierende Formulierung entwickelt. Durch Ausbildung stabiler Emulsionen war 33 bis zu einer Konzentration von 10 mg/ml im W{\"a}ssrigen l{\"o}slich und somit f{\"u}r die In-vivo-Untersuchung zug{\"a}nglich. Nach 4-t{\"a}giger peroraler Behandlung von NMRI-M{\"a}usen mit einer w{\"a}ssrigen 1:1-Verd{\"u}nnung der Formulierung konnte keine In-vivo-Aktivit{\"a}t festgestellt werden. Die Spr{\"u}htrocknung von 33 resultierte in amorpher Modifikation, welche in Gegenwart von PVP bzw. Eudragit®L100 stabilisiert wurde. Beide Partikel erm{\"o}glichten die {\"U}bers{\"a}ttigung von 33 im W{\"a}ssrigen, was im Fall der Eudragit®L100-Partikel zu 200-facher L{\"o}slichkeitssteigerung gegen{\"u}ber der kristallinen Wirkstoffmodifikation f{\"u}hrte und somit die In-vivo-Untersuchung erm{\"o}glichte. Zusammen mit ersten Metabolismus-Untersuchungen von 33, welche die Berechnung einer Abbau-Kinetik bzw. Clearance erm{\"o}glichte, konnte mittels der Software Simcyp® ein Plasmakonzentrationsprofil der Verbindung 33 (Eudragit®L100-Partikel) erstellt werden. Basierend auf diesem Studiendesign wurde die In-vivo-Untersuchung von 33 an mit T. b. rhodesiense infizierten M{\"a}usen durchgef{\"u}hrt und zeigte nach 8-t{\"a}giger Behandlung einen deutlichen R{\"u}ckgang der Parasit{\"a}mie. Im Fokus der chemischen Strukturmodifikation stand das Einf{\"u}hren polarer und ionisierbarer Strukturelemente, um 4-Chinolon-3-carboxamid-Derivate mit erh{\"o}hter Hydrophilie (logP 1 - 3) bzw. Salz- und Co-Kristall-Strukturen zu erhalten. S{\"a}mtliche Strukturvariationen trugen zur Verbesserung der Wasserl{\"o}slichkeit und der „drug-like" Eigenschaften im Vergleich zu Verbindung 33 bei, waren allerdings von Aktivit{\"a}tsverlusten gegen{\"u}ber T. b. brucei begleitet. Anhand der „ligand efficiency"- und „lipophilic ligand efficiency"-Analyse wurden schließlich die vielversprechendsten Derivate (94 und 96) f{\"u}r die weitere Untersuchung ausgew{\"a}hlt. Mit IC50 (T. b. rhodesiense)-Werten von 4 nM (94) und 33 nM (96) und geringer Zytotoxizit{\"a}t wurden Selektivit{\"a}tsindizes bis zu 25000 gefunden, welche jene von 33 {\"u}bertrafen. Aufgrund einer L{\"o}slichkeit im millimolaren Bereich, einer moderaten Membranpermeabilit{\"a}t und einer Plasmastabilit{\"a}t von > 2 h k{\"o}nnen die Verbindungen 94 und 96 somit als erste Wirkstoffkandidaten angesehen werden. Die vollst{\"a}ndige physiko-chemische Charakterisierung wurde mittels eines Sirius-T3-Titrationssystems durchgef{\"u}hrt. Unter Verwendung dieser Parameter wurden f{\"u}r die Derivate 94 und 96 je zwei Plasmakonzentrationsprofile mit der Software Simcyp® simuliert. Basierend auf diesem Studiendesign wurde jeweils die hohe Dosis beider Derivate im Mausmodel (T. b. rhodesiense) untersucht. W{\"a}hrend nach 5-t{\"a}giger Behandlung mit 94 und 96 bei s{\"a}mtlichen Tiere keine Parasiten mehr nachweisbar waren, wurde ein leichter R{\"u}ckfall in beiden Versuchsgruppen an Tag 8 beobachtet. Gegenw{\"a}rtig wird die Behandlung mit beiden Derivaten fortgesetzt.},
  subject      = {Trypanosomiase},
  language  = {de}
}