АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ N, N'-ЗАМЕЩЕННЫХ 3,7-ДИАЗАБИЦИКЛО[3.3.1]НОНАНОВ, ОБЛАДАЮЩИЕ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ, И ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА НА ИХ ОСНОВЕ
ALICYCLIC DERIVATIVES OF N,N'-SUBSTITUTED 3,7-DIAZABICYCLO[3,3,1]NONANES, HAVING PHARMACOLOGICAL ACTIVITY, AND MEDICINAL AGENTS ON THEIR BASIS

Данное изобретение относится к новым производным N,N'-замещенных диазабициклононанов, потенциально способных к аллостерической модуляции АМРА (2-амино-3-(3-гидрокси-5-метилизоксазол-4-ил)пропионовая кислота) рецепторов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новым алициклическим производным N,N'-замещенных 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов, обладающих фармакологической активностью, и может быть использовано для лечения болезни Альцгеймера (БА), болезни Паркинсона (БП) и других нейродегенеративных патологий. Также настоящее изобретение относится и к лекарственным средствам, содержащим указанные соединения.
Глутаматергическая система, к которой относятся и АМРА рецепторы, является основной возбуждающей нейромедиаторной системой в мозге млекопитающих и в том числе и человека и участвует в реализации целой серии физиологических и патологических процессов. Известно, что широкий круг психо-неврологических заболеваний, таких, как БП, БА и подобные им нейродегенеративные расстройства, связан с нарушением регуляции этих процессов (Doble A. Pharmacology and Therapeutics. 1999, V.81, N3, pp.163-221).
АМРА рецепторы неравномерно распределены в головном мозге. Высокая концентрация этих рецепторов была обнаружена в поверхностных слоях новой коры (неокортексе) и в гиппокампе [Monaghan, Brain Res., 1984, V.324, pp.160-164]. Исследования на животных и человеке показали, что эти структуры в основном отвечают за сенсомоторные процессы и представляют собой матрицу для высокоповеденческих реакций. Таким образом, за счет АМРА рецепторов осуществляется передача сигналов в нейросетях мозга, ответственных за совокупность когнитивных процессов.
По причинам, изложенным выше, лекарства, усиливающие функционирование АМРА рецепторов, участвуют в регуляции процессов, формирующих память, а также процессов, отвечающих за восстановление нервных клеток. В экспериментах было показано [Arai, Brain Res., 1992, V.598, pp.173-184], что усиление функции АМРА - опосредованного синаптического ответа увеличивает индукцию долговременного потенцирования (LTP). Существует много доказательств того, что LTP, отражающее увеличение прочности синаптических контактов, которое обеспечивает постоянную физиологическую активность в мозге, является физиологической основой памяти и процессов обучения. Например, вещества, которые блокируют LTP, препятствуют механизмам запоминания у животных и людей [Cerro, Neuroscience, 1992, V.46, pp.1-6]. Вещества, которые усиливают функционирование АМРА рецепторов, содействуя индукции LTP, могут положительно влиять на когнитивное функционирование [Granger, Synapse, 1993, V.15, pp.326-329; Arai, Brain Res., V.638, pp.343-346].
На данный момент известно много соединений, активирующих АМРА рецепторы. Примером может являться анирацетам [Ito, J. Physiol., 1990, V.424, рр.533-543]. Было показано, что анирацетам усиливает синаптический сигнал на нескольких сайтах гиппокампа, никак не действуя на NMDA-опосредованные сигналы [Staubli, 1990, Psychobiology, V.18, pp.377-381; Xiao, Hippocampus, 1991, V.1, pp.373-380]. К особенностям этого препарата относится то, что действие его кратковременно. При периферическом применении он превращается в анизоил-GABA (около 80% лекарства), который уже не имеет анирацетам-подобных эффектов [Guenzi, J.Chromatogr., 1990, V.530, рр.397-406]. Клинический эффект анирацетама реализуется только при использовании его в больших концентрациях (0.1 мМ).
Сравнительно недавно был открыт класс веществ, которые по своему физиологическому действию являются аллостерическими модуляторами АМРА рецепторов. Эти соединения более стабильны и более эффективны, чем известные ранее, как было показано в экспериментах [Staubli, PNAS, 1994, V.91: pp.11158-11162].
В связи с бурным развитием исследований, связанных с изучением фармакологического действия подобных соединений, недавно был установлен экспериментальный факт, что интенсивный ионный ток, который вызван действием таких аллостерических модуляторов на АМРА-рецепторы с последующей деполяризацией постсинаптической мембраны, запускает механизм экспрессии генов, отвечающих за синтез нейротропинов NGF (nerve growth factor) и BDNF (brain-derived neurotrophic factor) - факторов роста нервной ткани.[Legutko В., Neuropharmacology, 2001, V.40, pp.1019-1027; Ebadi, Neurochemistry International, 2000, V.30, pp.347-374]. Процесс экспрессии генов, отвечающих за синтез нейротропина, имеет огромное значение при лечении нейродегенеративных расстройств и других психоневрологических заболеваниях. Так, в поведенческих моделях было показано [Siuciak, Brain Research, 1994, V.633, pp.326-330], что BDNF имеет антидепрессивный эффект и уменьшает концентрацию глюкозы в крови у мышей, страдающих сахарным диабетом [Ono, J. Biochem. and Bioph. Res. Commun., 1997, Vol.238, pp.633-637].
В отличие от известных стимуляторов (кофеин, метилфенидат (Ritalin) и амфетамин), ампакины не вызывают таких долгосрочных побочных эффектов, как бессонница, и активно исследуются как потенциальное лекарство от таких болезней мозга, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, шизофрения и другие неврологические и нейродегенеративные нарушения. Например, Broberg B.V. etc. (Psychopharmacology, 2004 Apr.24) установлено улучшение когнитивного статуса при шизофрении при использовании АМРАкина СХ516, a Simmons D.D. etc. (Proc Natl Acad Sci USA, 2009 Mar 24; 106 (12): 4906-11) на животных моделях установил позитивное изменение когнитивного статуса при болезни Гантингтона.
Shimazaki Т. и другие (Eur J Pharmacol. 2007 Dec 1; 575 (1-3): 94-7) в эксперименте на взрослых крысах установили, что соединение СХ546 в концентрации 0,3-3 мг/кг улучшает социальную память именно благодаря положительной стимуляции АМРА рецепторов.
Соединение СХ516 стало одним из немногих, которое было исследовано на больных людях в качестве дополнительной терапии к антипсихотикам при шизофрении (Goff D.C. etc., Neuropsychopharmacology 2008 Feb; 33 (3): 456-72). И хотя авторами не было отмечено значимого улучшения в общем состоянии больных или их когнитивном статусе по сравнению с плацебо, они уверены в необходимости продолжения поиска новых, более селективных продуктов в этой категории.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала средств, которые могут быть использованы в качестве новых эффективных аллостерических модуляторов АМРА рецепторов.
В результате проведенных исследований, направленных на поиск таких соединений, в том числе, запускающих механизм экспрессии генов, отвечающих за синтез нейротропинов - факторов роста нервной ткани, в частности, среди соединений, обладающих подобной активностью, изобретатели обнаружили широкую группу новых производных N,N'-замещенных 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов в форме свободных оснований, что в совокупности подробно охарактеризовано ниже и составляет один из аспектов настоящего изобретения.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание новых производных N,N'-замещенных 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов, общей формулы (1), эффективных аллостерических модуляторов АМРА рецепторов.
Е представляет карбонильную группу;
1
1
6
1
10
R представляет Н, С-С алкил, C-Салкокси;
2
R представляет собой фрагмент формулы (1.1a), (1.3a) или (1.4a):
в которых:
15
L представляет собой CHR, карбонильную группу;
15
1
6
R представляет Н, C-С алкил;
15
m
М представляет -NH-, либо группу общей формулы: -NH-(CHR)-, где m=0-3;
либо М представляет валентную связь;
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
9
10
10
11
11
12
12
13
13
1
6
1
10
R, R', R, R', R, R', R, R', R, R', R, R, R, R', R, R', R, R', R и R'могут быть одинаковыми или различными и каждый независимо представляет Н, C-С алкил, C-Салкокси;
14
1
6
1
10
R представляет Н, C-С алкил, C-С алкокси, галоген,
Х представляет группу общей формулы: , где n=0-3,
либо Х представляет валентную связь;
Z представляет атом серы;
В качестве галогена могут быть фтор, хлор, бром, иод.
Предпочтительные варианты воплощения изобретения. Среди соединений формулы (1), составляющих объект настоящего изобретения, предпочтительными являются следующие три группы соединений, который могут быть представлены формулами (1.1), (1.2) и (1.3), приведенными ниже. В частности предпочтительными соединениями являются:
1.1. N,N'-замещенные 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонаны общей формулы (1.1):
1.3. N,N'-замещенные 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонаны общей формулы (1.3):
1.4. N,N'-замещенные 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонаны общей формулы (1.4):
в которых:
1
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
Е, R, R, R', R, R', X, L, М, R, R', R, R', R, R', R, R, R, R', R, R', R, R', R, R' и R имеют значения, определенные выше для формулы 1.
Наиболее предпочтительным соединением формулы 1.1 является:
1,5-диметил-3,7-бис{[2-(пирролидин-1-ил)пролин-1-у1]ацетил}-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он.
Наиболее предпочтительным соединением формулы 1.3 является:
N,N'-[(1,5-диметил-9-оксо-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-3,7-диил)бис(2-оксоэтан-2,1-диил)]бис(N-1,3-тиазол-2-илпролинамид).
Наиболее предпочтительными соединениями формулы 1.4 является:
1,5-диметил-3,7-бис(1-бензотиен-2-илкарбонил)3,7диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он,
1,5-диметил-3,7-бис(5-метокси-1-бензотиен-2-илкарбонил)-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он,
1,5-диметил-3,7-бис(6-бром-1-бензотиен-2-илкарбонил)-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он.
Ниже изобретение описывается более подробно с помощью примеров получения конкретных соединений.
Схемы синтеза конечных соединений представлены ниже:
Схема 1:
Схема 2:
Где R'' в случае схемы 1 представляет собой галоген или гидрокси-группу, а в случае схемы 2 R'' представляет собой амино-группу.
Структуры полученных соединений подтверждались данными химического, спектрального анализов и других физико-химических характеристик.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют, но не ограничивают данное изобретение.
Пример 1. 1,5-диметил-3,7-бис{[2-(пирролидин-1-ил)пролин-1-ил]ацетил)-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
3
2
3
3
3
f
3
К раствору 0.25 г (0,0015 моль) 1-(пирролидин-2-илкарбонил)пирролидина в 30 мл абсолютного CHCN и 0.6 г (0,0018 моль) CsCO прибавили 0.24 г 3,7-бис(хлорацетил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]-нонан-9-она (0,0007 моль) и перемешивали в течении 5 ч, при температуре 50°С. За полнотой прохождения реакции вели ТСХ контроль. Далее реакционную смесь отфильтровывали от неорганической соли, отгоняли растворитель. Дальнейшую очистку вели с помощью колоночной хромотографии (носитель силикагель). В качестве элюента использовали CHCl, а затем CHCl-EtOH (20:1). Отбирали фракцию с R=0.28 в системе CHCl-EtOH (20:1). Получили 0.32 г (73% от теории) белых кристаллов игольчатой формы. Тпл=68-70°С.
3
ПМР-спектр (CDCl δ, м.д.): 1.2 (с, 6 Н) 1.9 (м, 14 Н) 2.2 (м, 2 Н) 2.5 (м, 2 Н) 2.9 (м, 4 Н) 3.2 (м, 10 Н) 3.4 (м, 4 Н) 3.7 (м, 2 Н) 4.3 (м, 4 Н)
Пример 2. N,N'-[(1,5-диметил-9-оксо-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-3,7-диил)бис(2-оксоэтан-2,1-диил)]бис(N-1,3-тиазол-2-илпролинамид)
3
2
3
3
3
f
3
К раствору 0.28 г (0,0017 моль) N-1,3-тиозол-2-илпирроллидин-2-карбоксамида в 60 мл абсолютного CHCN и 1.3 г (0,0025 моль) CsCO прибавили 0.24 г 3,7-бис(хлорацетил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]-нонан-9-она (0,0007 моль) и перемешивали в течении 11 ч, при температуре 50°С. За полнотой прохождения реакции вели ТСХ контроль. Далее реакционную смесь отфильтровывали от неорганической соли, отгоняли растворитель. Дальнейшую очистку вели с помощью колоночной хромотографии (носитель силикагель). В качестве элюента использовали CHCl, а затем CHCl-EtOH (20:1). Отбирали фракцию с R=0.28 в системе CHCl-EtOH (20:1). Получили 0.32 г (85% от теории) белых кристаллов игольчатой формы. Тпл=111-113°С.
3
ПМР-спектр (CDCl δ, м.д.): 1.2 (с, 6 Н) 1.8 (м, 6 Н) 2.2 (м, 2 Н) 2.5 (м, 2 Н) 2.9 (м, 4 Н) 3.1 (м, 6 Н) 3.8 (м, 2 Н) 4.3 (м, 4 Н) 7.3 (д, J=3.9 Гц, 2 Н) 7.5 (д, J=3.9 Гц, 2 Н)
Пример 3. 3,7-,бис(5-метокси-1-бензотиен-2-илкарбонил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он (аналогично примеру 4)
3
ПМР-спектр (CDCl δ, м.д.): 1.3 (с, 6 Н), 2.9 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 3.6 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 4.3 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 4.6 (с, 3 Н), 5.3 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 7.2-7.4 (м, 4 Н), 7.8 (с, 2 Н), 7.9-8.0 (м, 4 Н)
Пример 4. 3,7-,бис(1-бензотиен-2-илкарбонил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонап-9-он
3
2
3
3
f
3
2
К раствору 0.22 г (0,0015 моль) 1-бензотиофен-2-карбоновую кислоту в 50 мл абсолютного CHCN и 1.3 г (0,0034 моль) CsCO прибавили 0.24 г 1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]-нонан-9-она (0,0007 моль) и перемешивали в течении 3 ч, при температуре 50°С. За полнотой прохождения реакции вели ТСХ контроль. Далее реакционную смесь отфильтровывали от неорганической соли, отгоняли растворитель. Остаток после отгонки растворителя наносили на хроматографическую колонку с силикагелем. В качестве элюента использовали CHCl/EtOH (50:1). Отбирали фракцию с R=0.52 в системе CHCl-EtOH (20:1). Отгоняли растворитель и получали желтоватое прозрачное масло, которое растворяли в EtO, добавили гексан и медленно отогнали 8/10 смеси растворителей. Выпали белые кристаллы.
Кристаллы могут быть игольчатый формы. Выход: 93%. Тпл=144-145°С.
3
ПМР-спектр (CDCl δ, м.д.): 1.3 (с, 6 Н), 2.9 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 3.6 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 4.3 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 5.3 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 7.2-7.4 (м, 3 Н), 7.8 (с, 2 Н),7.9-8.0 (м, 3 Н)
Пример 5. 3,7-,бис(6-бром-1-бензотиен-2-илкарбонил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он (аналогично примеру 4).
Белое кристаллическое вещество. Кристаллы могут быть пластинчатой формы. Выход: 79%.
3
ПМР-спектр (CDCl δ, м.д.): 1.3 (с, 6 Н), 2.9 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 3.6 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 4.3 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 5.3 (д, J=12.7 Гц, 2 Н), 7.2-7.4 (м, 2 Н), 7.8 (с, 2 Н), 7.9-8.0 (м, 3 Н)
Пример 6 Изучение модулирующей активности в отношении рецепторов АМРА
-11
-3
-8
Активность определяли с помощью электрофизиологического метода in vitro на первичных культурах корковых нейронов крыс, как описано Hamill (1980 г). Нейроны выделяли из можечков крыс Вистар. Для получения трансмембранных токов производили активацию АМРА с помощью каиновой кислоты. Токи регистрировали на приборе ЕРС 9 (НЕКА). Анализ проводился с помощью компьютерной программы. Концентрации исследуемых веществ от 10 до 3×10 М. При низких концентрациях до 10происходило потенцирование токов, а при более высоких напротив блокирование. При этом при действии на другие рецепторы токов не возникало. Таким образом, исследуемые соединения являются модуляторами АМРА.
Модуляторы АМРА рецепторов улучшают когнитивные функции (обучение и память), проявляют анксиолитическое и антидепрессантное действие, подавляют эффекты психостимуляторов, усиливают действие антипсихотических веществ, обладают нейропротекторными свойствами.
Пример 7. Изучение биологической активности.
Исследования проведены с использованием метода оценки выработки условного рефлекса пассивного избегания (УРПИ) на модели электрошоковой амнезии. У животных с выработанным рефлексом избегания моделировалась амнезия с помощью ЭСШ. Тестирование проводилось через 2 и 24 часа после обучения.
Отбор животных для испытания осуществлялся в специальной камере, состоящей из темного и светлого отсеков. Животное помещалось в светлый отсек камеры и, подчиняясь норковому рефлексу, оно переходило в темный отсек. Продолжительность времени от момента помещения животного в камеру до перехода его в темный отсек (секунды) составляет латентный период реакции.
В течение 120 с регистрировалось время пребывания животного отдельно в светлой и темной камерах.
Обучение отобранных животных проводили в фиксированные интервалы времени, прошедшие после введения тестового материала. Для этого животное помещали в светлый отсек камеры и после перехода его в темный отсек наносили электроболевое раздражение через решетчатый металлический пол.
Оценку обучения проводили через 2 и 24 часа после действия обучающего агента (электроболевой раздражитель) для оценки состояния кратковременной и долговременной памяти, соответственно. Для этого животное помещали в светлый отсек камеры и в течение 120 с регистрировали время пребывания животных в темном и светлом отсеках камеры, а также продолжительность латентного периода реакции и количество животных, не зашедших в темный отсек (обученные).
Оценку результатов производили путем сравнения длительности латентного периода перехода в темный отсек камеры, количества животных, не зашедших в темный отсек (обученные экземпляры), а также времени пребывания в темном и светлом отсеках камеры в опыте (введен исследуемый напиток) и контроле (введен соответствующий раствор эталонного спирта). Обученные животные не должны заходить в предпочитаемый темный отсек или находиться там короткое время, поэтому уменьшение продолжительности латентного периода перехода, увеличение длительности пребывания в темной камере, само нахождение в темном отсеке свидетельствует о нарушении памяти и, следовательно, нарушении функционирования ЦНС.
Обработка результатов проводилась по методу Стьюдента. Достоверными считались результаты при Р<0,05.
ЭСШ Амнезия у животных мыши создается нанесением непосредственно после выработки УРПИ (в течение 10 с) электросудорожный шок (ЭСШ). ЭСШ наносится через электроды, наложенные на роговицу глаз (15-20 мА, 200-500 мс).
Группы животных:
1-я группа-контроль 1 (интактные животные, подвергнутые обучению),
2-я группа контроль метода 2 (животным вводится физиологический раствор и наносится ЭСШ сразу после обучения),
3-я группа - животным за 15 минут до обучения вводится препарат по изобретению в дозе 0,025 мг/кг, после чего наносится ЭСШ,
4-я группа - животным за 15 минут до обучения вводится препарат по изобретению в дозе 0,025 мг/кг, после чего наносится ЭСШ.
Результаты исследования представлены в таблице
Регистрируемые показатели, М±m
Группы животных
Контроль 1
Контроль 2
Соединение по примеру 1, 0,025 мг/кг
Соединение по примеру 2, 0,025 мг/кг
Соединение по примеру 4, 0,025 мг/кг
Соединение по примеру 5, 0,025 мг/кг
До обучения
Латентный период, с
5.35±0,3
6,9±0,9
7,0±0,9
6,9±0,8
7,4±0,9
6,0±0,6
Время пребывания в светлой камере, с
19,85±2,8
84,5±3,0
28,0±2,8
7,5±1,7
22,5±2,4
14,0±1,6
Время пребывания в темной камере, с
101,15±1,6
35,5±3,0
92,0±2,2
110,2±1,4
97,5±2,1
104,8±1,13
Через 2 часа
Латентный период, с
117.65±2,8
33,7±4,7* (t=6.6)
61,2±12,3 (t=2.0)
69,7±10,12** (t=2.9)
70,2±3,2** (t=6.4)
40,2±10,8 (t=0.6)
Время пребывания в светлой камере, с
117,65±2,8
39,0±4,9* (t=10.1)
21,5±10,0** (t=3.7)
89,4±7,54* (t=5.5)
85,0±12,8** (t=3.2)
43,6±11,2 (t=0.2)
Время пребывания в темной камере, с
1,35±7,2
85,0 5,48* (t=9.2)
39,5±11,07** (t=3.8)
31,4±9,8** (t=4.8)
36,4±12,7** (t=3.5)
78,8±10,0 (t=0.57)
Количество обученных животных, %
90
0
40
20
38
35
Через 24 часа
Латентный период, с
98,1±2,8
58,2±13,2* (t=2,9)
51,6±12,5 (t=0.3)
30,0±12,0 (t=1.5)
80,1±12,7 (t=0.9)
38,2±12,1 (t=1.2)
Время пребывания в светлой камере, с
110,15±2,8
59,5±13,8* (t=3.6)
98,0±4,2** (t=2.7)
60,7±10,4 (t=0.1)
96,2±8,5** (t=3.2)
51,1±10,9 (t=0.5)
Время пребывания в темной камере, с
9,8±7,0
60,5±8,6*(t=4.6)
22,1±4,5** (t=3.9)
59,0±11,9 (t=0.12)
25,1±4,7** (t=3.7)
70,2±11,6 (t=0.6)
Количество обученных животных, %
50
14,2
12
13
45
31
* Р≤0,05 по сравнению с контролем 1** Р≤0,05 по сравнению с контролем
Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют, что экспериментальные соединения действуют активно в отношении улучшения памяти и обучаемости и могут быть использованы в качестве лекарственных средств для лечения нейродегенеративных патологий.