Smolinka, Kai: Biomimetische Studien an Arzneistoffen mit Benzilsäure- oder Estrogenstruktur

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Kapitel 1. Einleitung und Problemstellung

Arzneistoffe und andere Xenobiotika werden in der Regel bei Körperpassage enzymatisch umgewandelt. Die gebildeten Metabolite können aktive oder inaktive Bioreaktanden sein und somit zu verminderter oder zu erhöhter Wirksamkeit bzw. Toxizität führen. Die Kenntnis dieser Stoffwandlungsprozesse und des entstehenden Metabolitenspektrums spielen daher eine wichtige Rolle in der Bewertung von Arzneimitteln, vor allem im Rahmen der Zulassung neuer Arzneistoffe und der Suche nach den Ursachen von Nebenwirkungen und Toxizität. Pharmakodynamische und -kinetische Studien werden zunächst an geeigneten Tierspezies durchgeführt, bevor die Prüfung am Menschen erfolgt. In Ergänzung und zum Teil auch als Ersatz für Metabolismusstudien am Tier hat sich in den letzten Jahren eine Reihe biologischer und chemischer Modelle etabliert [1] . Vorteile gegenüber den Untersuchungen am Tier bieten sie mit der möglichen gezielten Beeinflussung von einzelnen Parametern, der verminderten Komplexität, welche einen detaillierten Einblick in die Mechanismen erlaubt, einer im Allgemeinen geringeren Varianz der Ergebnisse und einer leichteren Handhabbarkeit. Nicht zuletzt kann die Zahl der Tierversuche und damit die Anzahl an Versuchstieren eventuell verringert werden. Solche Ersatzmethoden erfassen jedoch immer nur modellartig Einzelaspekte der Stoffwechselvorgänge, so dass eine Überprüfung der Ergebnisse an Tier und Mensch immer notwendig sein wird.

Die Anwendung chemischer Modellsysteme zur Modellierung von Stoffwandlungswegen wird nach Breslow unter dem Begriff „Biomimetik“ zusammengefasst [2] . Besonderes Interesse besteht an der Simulation der Reaktionen des Cytochrom P450-abhängigen Monooxygenasesystems, dem bei der oxidativen Metabolisierung von Xenobiotika eine große Bedeutung zukommt. Mit Hilfe biomimetischer Modelle können Derivate gewonnen werden, die auf klassisch chemischen Wegen mitunter schwer zugänglich sind. Sie können als Vergleichssubstanzen in Metabolismusstudien oder als Testsubstanzen in pharmakologisch-toxikologischen Studien dienen. Die gebildeten Produktspektren können möglicherweise unbekannte Reak-tionswege aufzeigen und erste Hinweise auf das zu erwartende Metabolitenspektrum geben. Nicht zuletzt führten zahlreiche biomimetische Studien zur Klärung und zu einem tieferen Verständnis der zugrundeliegenden enzymatischen Reaktionen [3] [4] .

Einfache chemische Systeme wie z. B. Fentons Reagenz [5] [6] , Udenfriends Reagenz oder Gifs System [7] sind aufgrund ihres grundsätzlich verschiedenen Reaktionsablaufs nicht zur


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Modellierung enzymatischer Abläufe geeignet, werden jedoch zum Teil noch als Vergleichssysteme, insbesondere zur Klärung von Reaktionsmechanismen, genutzt. Eine weitgehende Übereinstimmung mit den enzymatischen Monooxygenierungen konnte von Systemen mit Metallporphyrinen aufgrund ihrer engen strukturellen Verwandschaft zum aktiven Zentrum des Cytochrom P450 erwartet werden. Zahlreiche systematische Untersuchungen führten zur Entwicklung effizienter Modellsysteme auf Metallporphyrinbasis [8] [9] , die erfolgreich zur Epoxidierung olefinischer Doppelbindungen [10] , zur Hydroxylierung von Alkanen und zur Oxygenierung von Aromaten [11] eingesetzt wurden. In den letzten Jahren gelang es, solche Systeme erfolgreich zur Nachahmung des Metabolismus von Arzneistoffen einzusetzen [12] .

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, basierend auf den Erkenntnissen vorliegender Studien, biomimetische Modellsysteme ergänzend zu Metabolismusstudien anzuwenden. Es sollten die systematischen Untersuchungen an Diphenylmethanderivaten hinsichtlich des Einflusses der Aromatensubstitution vertieft werden und die Anwendbarkeit eines optimierten Modellsystems auf andere, von Diphenylmethanen abweichende Strukturen getestet werden.

Für einige in unserem Arbeitskreis als potentielle Antiparkinsonmittel neu entwickelten Benzilsäurederivate sollten beispielhaft mögliche Biotransformationswege aufgezeigt und für aktuell laufende Biotransformationsstudien die Methoden zur Isolierung und Identifizierung von Derivaten erarbeitet und potentielle Metaboliten als Vergleichssubstanzen gewonnen werden. Hierfür wurden die Verbindungen N-Methyl-4-piperidinyl 3,4-dimethoxybenzilat (1), N-Methyl-3-piperidinyl 3,4-dimethoxybenzilat (2) und N-Methyl-4-piperidinyl 3,3’-dimeth-oxybenzilat (3) ausgewählt. Im Rahmen der systematischen Untersuchungen sollten die Umsetzungen in verschiedenen biomimetischen Systemen quantitativ erfasst werden.

Für Denaverin (4), einem muskulotropen Spasmolytikum aus der Reihe der basischen Ether- und Esterderivate der an den Aromaten unsubstituierten Benzilsäure, sollten mögliche Metabolisierungswege am biomimetischen und einem einfachen biologischen Modell untersucht werden, da Untersuchungen am Menschen und an der Ratte bisher wenig befriedigende Ergebnisse brachten. Die Produktspektren der biomimetischen und in vitro-Modelle und des in vivo-Metabolismus sollen vergleichend diskutiert werden.

Zur Überprüfung der Anwendbarkeit des chemischen Modells auf Stoffe ohne Diphenylmethanstruktur wurden Substrate mit Estrogenstruktur ausgewählt. Als Modellsubstrat sollte Estronmethylether (5) umgesetzt und die Untersuchungen mit den arzneilich verwendeten Ethinylestradiol (6) und Mestranol (7) ergänzt werden. Estrogene werden millionenfach vor allem zur Kontrazeption und Osteoporoseprophylaxe angewendet. Sie werden bei Körperpassage vielfältig metabolisiert. Die geringen therapeutischen Dosen, in der Regel weniger als


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100 µg, und die entsprechend geringen Mengen an Metaboliten stellen an sich hohe Anforderungen an die analytischen Methoden zu ihrer Auffindung und Strukturklärung. Hinzu kommt, dass Vergleichssubstanzen nur begrenzt zur Verfügung stehen, da die Synthese erwarteter Metabolite auf klassisch chemischem Weg aufwendig und teuer ist. Die Entwicklung eines biomimetischen Modells, mit dem ausreichende Mengen umgesetzt und Vergleichssubstanzen gewonnen werden können, wäre daher wünschenswert.

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Fri Sep 14 18:26:50 2001