НОВЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ВАНАДИЯ, ОБЛАДАЮЩИЕ ГИПОГЛИКЕМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ
NOVEL VANADIUM DERIVATIVES HAVING HYPOGLYCEMIC ACTIVITY

2+
50
Данное изобретение относится к созданию новых оригинальных химических соединений, представляющих собой полимерные производные оксованадия (ванадила, VO) с поливинилпирролидоном (PVP, ПВП), обладающие гипогликемическим эффектом, с возможностью применения данных соединений или композиций на их основе для профилактики или лечения диабета 2 типа, диабета смешанного типа или ожирения. Описан способ получения и выделения полимерного производного оксованадия (IV) с ПВП. Экспериментально доказан состав и строение полимерного производного оксованадия (IV) с ПВП, в котором содержание ванадия варьируются от 1 до 14% (VO-ПВП). Изучение острой пероральной токсичности полимерного производного ванадила с ПВП показало, что полученный комплекс относится к умеренно токсичным соединениям, ЛД которого на порядок ниже, чем у неорганических соединений ванадия. На стрептозотоциновой моделе сахарного диабета 2 типа у крыс выявлена высокая гипогликемическая активность полученных полимерных производных ванадила с ПВП, сопоставимая с таковой для других противодиабетических препаратов (метформин, эмпаглифлозин).
Предшествующий уровень техники
Сахарный диабет является одним из самых распространенных хронических заболеваний. Недавние исследования показывают, что общее количество людей с данным заболеванием составляет 415 миллионов и по прогнозам будет только увеличиваться, а к 2040 году достигнет 642 миллионов больных. Различают сахарный диабет 1 типа (инсулин-зависимый, ИЗСД) и диабет 2 типа (инсулин-независимый, ИНСД). При сахарном диабете 1 типа для поддержания нормального уровня глюкозы в крови необходимы постоянные инъекции инсулина или его аналогов, т.к. вследствие разрушения поджелудочной железы организм либо совсем не вырабатывает инсулин для метаболизма глюкозы, или его концентрация в крови слишком мала для метаболизма всей поступаемой глюкозы. Иная ситуация в случае сахарного диабета 2 типа: инсулин вырабатывается в организме, но по ряду причин он не взаимодействует со своим рецептором, обуславливая инсулинорезистентность (ИР). И в том, и в другом случае возникают состояния, при которых уровень глюкозы превышает нормальный (гипергликемия), что приводит в дальнейшем к развитию хронических состояния, характеризующегося рядом серьезных осложнений (ангиопатия, ретинопатия, нефропатия, нейропатия и др.).
Лечение гипергликемических состояний при диабете зависит от степени тяжести и продолжительности болезни и включает различные типы терапии и схемы лечения. Как правило, при лечении необходимо сочетать низкокалорийную диету, по возможности расширять физическую нагрузку, использовать средства контроля уровня глюкозы в крови для гибкой коррекции дозы сахароснижающих средств, а также строго соблюдать назначение медикаментозной терапии.
В настоящее время в лечении диабета 2 типа, 1 типа и смешанных форм используются ингибиторы α-глюкозидаз, метформин, средства, стимулирующие секрецию инсулина (производные сульфонилмочевины, производные бензойной кислоты), инсулин и его синтетические аналоги. В последнее время признаны эффективными пероральные фармацевтические препараты, относящиеся к группе глиптинов (розаглиптин, ситаглиптин, саксаглиптин и другие).
При этом, данные препараты зачастую обладают выраженными побочными действиями (например, со стороны пищеварительной системы: боль в животе, тошнота, рвота, диарея), а также способны приводить к учащению заболеваемости инфекциями верхних дыхательных путей, мочевыводящей системы и др. Зачастую, при длительной терапии пероральными препаратами может развиваться резистентность (состояние, при котором препараты уже не вызывают должного терапевтического ответа в организме, тем самым приводя к увеличению дозы для достижения желаемого терапевтического эффекта), а также возможна индивидуальная непереносимость препарата. В связи с этим необходимы принципиально новые препараты для лечения сахарного диабета.
in vivo
2+
2+
2+
+4
+5
+4
К настоящему времени проведено большое количество исследований по изучению инсулиномиметической активности соединений ванадия. Так, в  экспериментах на животных было показано, что соединения ванадия, обладая инсулиноподобным действием, участвуют, главным образом, в регуляции углеводного и липидного обмена. В частности, стимулируют транспорт глюкозы в клетки различных тканей и последующий ее метаболизм, усиливают интенсивность гликогеногенеза и липогенеза, ингибируют процессы глюконеогенеза и гликогенолиза, а также липолиза [M.W. Makinen, M. Salehitazangi; The structural basis of action of vanadyl (VO) chelates in cells // Coordination chemistry reviews. 2014, V.279, p.1-22.].   Известно, что органические комплексы ванадия менее токсичны, чем его неорганические соли, обладающие рядом побочных эффектов (в т.ч. на центральную нервную систему и почки), а также, по сравнению с последними, обладают большей биодоступностью. Что открывает перспективы для поиска противодиабетических препаратов нового класса [K.H. Thompson et al.; Vanadium treatment of type 2 diabetes: a view to the future // Journal of inorganic biochemistry. 2009, V.103, p.554-558.]. В работе [Патент РФ 2101287] были исследованы низкомолекулярные комплексы ванадила (VO) с L-яблочной кислотой, в работе [Патент  РФ 2190618] получены низкомолекулярный комплекс с гидразидом изоникотиновой кислоты, в работе [Патент РФ 2341528] получены комплексы оксованадия (IV) с глицином. В данных работах было показано, что низкомолекулярные комплексы ванадия обладают выраженным гипогликемическим эффектом и могут найти потенциальное применение в качестве противодиабетических препаратов. Из патентного документа US5300496 известны комплексные соединения ванадия, обладающие гипогликемической ативностью. Однако, данные соединения могут обладать рядом побочных действий. Патенты US 5300496, US 5527790, US 5620967, US 5866563 и US 5888993 раскрывают применение соединений ванадия для лечения сахарного диабета, гипертензии, ожирения и сходных состояний, связанных с хронически повышенным уровнем сахара в крови. US 5885980 раскрывает фармацевтическую композицию для лечения диабета, эта фармацевтическая композиция включает VO-образующий компонент и мелкодисперсный глибурид. Документ US 5885980 раскрывает лечение диабета 1 типа, с симптомом хронической гипергликемии, при помощи комбинации инсулина, ванадилсульфата и глиназы, антидиабетического лекарственного средства типа сульфонилмочевины, которое часто применяют для лечения диабета 2 типа. Тем не менее, глиназа может вызывать гипогликемию, со снижением уровня глюкозы в крови ниже 0,3 ммоль/л, что повышает риск развития инфаркта миокарда и желудочковой аритмии. Документ US 6287586 раскрывает фармацевтическую композицию конкретных комплексов бигуанида ванадия для лечения гипергликемии и связанных с ней расстройств.  Авторами одной из немногочисленны работ по полимерным производным ванадия [Journal of Pharmaceutical Sciences, Vol. 99, 3041–3047 (2010)] были опубликованы сведения о его комплексах с поли(гамма-глутаминовой кислотой). Данные соединения были эффективны в дозе 0,2 ммоль/кг при пероральном введении крысам при моделировании диабета. Однако, абсорбция и как следствие, эффективность этих комплексов, включающих ванадий, оставалась достаточно низкой, ввиду их низкой растворимости. Все выше описанное указывает на то, что неорганические соединения ванадия, а также его низкомолекулярные комплексы с органическими лигандами, не отличаются высокой химической стабильностью, зачастую, разлагаясь при воздействии воздуха и воды, являются плохорастворимыми в воде, а в некоторых случаях, водонерастворимыми, что снижает их биодоступность и терапевтическую эффективность. Из литературы известно, что в биологических средах ванадий, достаточно легко из формы ванадила (V) переходят в форму ванадата (V) [Crans D.C. et al.;  The Chemistry and Biochemistry of Vanadium and the Biological Activities Exerted by Vanadium Compounds // Chem. Rev., 2004, 104 (2), pp 849–902]. Учитывая то, что  биодоступностой формой является именно форма ванадила (V),  задача поиска новых оригинальных соединений ванадия, отличающихся высокой химической стабильностью, и как результат, большей биодоступностью, обладающих пролонгированным эффектом действия, а следовательно большей эффективностью, альтернативных уже известным для лечения сахарного диабета, остается актуальной.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает соединения, представляющие собой полимерные производные ванадия, имеющее общую формулу (I)
m
(V=O)-(R),
2+
Где V=O представляет собой ион ванадила VO
R – полимерный остаток, представляющий собой поливинилпирролидон
;
m – целое число, принимающее значение от 1 до 2.
В одном варианте реализации, полимерный остаток R представляет собой поливинилпирролидон, предпочтительно, поливинилпирролидон с молекулярной массой 10-35 кДа, еще более предпочтительно, поливинилпирролидон с молекулярной массой 20-35 кДа.
Согласно изобретению, также предложено применение описанных полимерных соединений ванадия в качестве гипогликемических агентов, для профилактики или лечения диабета 1 типа, диабета 2 типа, диабета смешанного типа, ожирения, гипергликемии. В частности, данные соединения могут быть использованы для лечения диабета 2 типа, возможно, в комбинации с инсулином или его аналогами.
Кроме того, данные соединения могут быть в виде фармацевтической композиции, содержащей указанные полимерные соединения ванадия и фармацевтически приемлемый носитель.
Данная фармацевтическая композиция может быть в форме пероральной, инъекционной, инфузионной или трансдермальной композиции.
Частные варианты реализации изобретения в виде фармацевтической композиции могут включать композиции с содержанием указанных полимерных соединений ванадия в фармацевтически эффективном количестве, например, от 0,1% до 90% вес., с дополнением до 100% вес. вспомогательными веществами. Данные композиции также могут быть использованы для контроля гипергликемии, для профилактики или лечения диабета 2 типа, диабета смешанного типа, ожирения.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фиг. 1 – УФ-спектр полимерного комплекса ванадия с ПВП.
Фиг. 2 – ИК –спектр полимерного комплекса ванадия с ПВП.
Фиг. 3 – 1Н- спектр полимерного комплекса ванадия с ПВП.
Фиг. 4 – Показатели острой токсичности при пероральном введении 2 раза в день на модели крыс.
Фиг. 5 – Гипогликемическая активность полимерного комплекса ванадия с ПВП по сравнению с метформином и эмпаглифлозином на стрептозотоциновой модели крыс с высококалорийной высокохолестериновой диетой.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает полимерные соединения ванадия.
Данные полимерные соединения включают соединения, охарактеризованные следующей общей формулой:
m
(V=O)-(R),
2+
Где V=O представляет собой ион ванадила VO
R – полимерный остаток, представляющий собой поливинилпирролидон
m – целое число, принимающее значение от 1 до 2.
Данные соединения могут иметь структуру:
n – целое число, принимающее значение от 100 до 350.
Термин «поливинилпирролидон» означает полимерный остаток структуры:
с молекулярной массой от 10 до 35 кДа (количество звеньев ПВП = 100 до 350).
При этом, как выяснили авторы настоящего изобретения, полимерные соединения ванадия с поливинилпирролидоном с молекулярной массой менее 10 кДа и более 35 кДа имеет низкую эффективность. Наиболее предпочтительными соединениями согласно изобретению являются полимерные соединения ванадия с поливипинилпирролидоном с молекулярной массой от примерно 20 до примерно 35 кДа.
Термин «применение» означает введение в организм соединений согласно изобретению в фармацевтически эффективном количестве. Фармацевтически эффективное количество подразумевает то количество соединения согласно изобретению, которое при введение позволяет добиться желаемого терапевтического эффекта, который может быть выражен в снижении массы тела, облегчении симптомов диабета 1 типа или диабета 2 типа, диабета смешанного типа, улучшении самочувствия пациента, контроле уровня гликемии или снижения приступов гипергликемии, замедлении прогрессирования диабета 1 типа или 2 типа, а также в отсрочке наступления начала заболевания, в частности, диабета 1 типа или 2 типа.
Применяемый термин «композиция» включает продукт, содержащий определенные ингредиенты в определенных количествах, также как любой продукт, который получается, прямо или косвенно, при сочетании определенных ингредиентов в определенных количествах. Такой термин, относящийся к фармацевтической композиции, включает продукт, содержащий активный(е) ингредиент(ы) и инертный ингредиент(ы), являющийся носителем, также как любой продукт, который получается, прямо или косвенно, при сочетании, образовании комплексов или агрегации любых двух или более ингредиентов, или при диссоциации одного или более ингредиентов, или при других видах реакций или взаимодействий одного или более ингредиентов. Соответственно фармацевтические композиции настоящего изобретения включают любую композицию, изготовленную путем смешения соединения настоящего изобретения и фармацевтически приемлемого носителя. Под «фармацевтически приемлемым» понимается носитель, разбавитель или наполнитель, который совместим с другими ингредиентами композиции и не наносит вреда реципиенту.
Фармацевтические композиции, содержащие активный ингредиент, можно получать в форме, подходящей для перорального применения, например таблетки, пастилки, лепешки, водные или масляные суспензии, дисперсии порошков или гранул, эмульсии, твердые или мягкие капсулы, сиропы или эликсиры. Композиции, предназначенные для перорального применения, можно приготовить согласно любому способу, известному в данной области для изготовления фармацевтических композиций, и такие композиции могут содержать один или более агентов, выбранных из группы, состоящей из подсластителей, корригентов, красителей и консервантов, чтобы обеспечить очень хорошие фармацевтические и аппетитные на вкус препараты. Таблетки содержат активный ингредиент в смеси с нетоксичными фармацевтически приемлемыми наполнителями, подходящими для изготовления таблеток. Такими наполнителями могут быть, например, инертные разбавители, такие как карбонат кальция, карбонат натрия, лактоза, фосфат кальция или фосфат натрия; гранулирующие и дезинтегрирующие агенты, например кукурузный крахмал или альгиновая кислота; связующие агенты, например крахмал, желатин или акация, и смазывающие агенты, например стеарат магния, стеариновая кислота или тальк. Таблетки могут быть без покрытия или их можно покрыть известными способами, чтобы замедлить дезинтеграцию и абсорбцию в желудочно-кишечном тракте и таким образом поддерживать их действие более длительный период. Например, для увеличения периода дезинтеграции и абсорбции можно применять такие материалы, как глицерилмоностеарат или глицерилдистеарат.
Следующие заболевания, расстройства и состояния связаны с диабетом типа 2 и, следовательно, при лечении с помощью соединений данного изобретения их можно лечить, контролировать или в некоторых случаях предупреждать: гипергликемия, низкая переносимость глюкозы, резистентность к инсулину, ожирение, расстройства липидного обмена, дислипидемия, гиперлипидемия, гипертриглицеридемия, гиперхолестеринемия, низкие уровни ЛПВП, высокие уровни ЛПНП, ретинопатия, и другие расстройства, где составляющим компонентом является резистентность к инсулину или гипергликемия.
Также возможно для лечения или профилактики диабета 1 типа или диабета 2 типа применение данных соединений с другими активными соединениями, например, с инсулинами или его аналогами: инсулином гларгином, инсулином лизпро, инсулином аспартом, инсулином деглудеком. Дозы, режимы и способы введения такой комбинационной терапии определяются лечащим врачом для каждого пациента индивидуально. Дополнительно, возможно комбинирование с другими антигликемическими пероральными агентами, например, метформином, ситаглиптином и другими активными соединениями, являющимися ингибиторами дипептилпетидазы-4.
Для лечения или предотвращения состояний, связанных с диабетом 1 типа, 2 типа или смешанного типа, подходящий уровень дозировки обычно составляет приблизительно от 0,01 до 500 мг/кг массы пациента в день, при этом препарат можно вводить в виде разовых или многократных доз. Предпочтительный уровень дозировки составляет приблизительно от 0,1 до 250 мг/кг в день; более предпочтительный - приблизительно от 0,5 до приблизительно 100 мг/кг в день. Подходящий уровень дозировки может составлять приблизительно от 0,01 до 250 мг/кг в день, приблизительно от 0,05 до 100 мг/кг в день, или приблизительно от 0,1 до 50 мг/кг в день. В пределах такого диапазона дозировка может составлять от 0,05 до 0,5, от 0,5 до 5 или от 5 до 50 мг/кг в день. Для перорального приема композиции получают предпочтительно в форме таблеток, содержащих от 1,0 до 1000 мг активного ингредиента, в частности, 1,0, 5,0, 10,0, 15,0, 20,0, 25,0, 50,0, 75,0, 100,0, 150,0, 200,0, 250,0, 300,0, 400,0, 500,0, 600,0, 750,0, 800,0, 900,0, и 1000,0 мг активного ингредиента для симптоматической коррекции дозировки для пациента, подвергаемого лечению. Соединения можно вводить в режиме от 1 до 4 раз в день, предпочтительно один раз или дважды в день. При лечении или профилактике сахарного диабета и/или гипергликемии или других заболеваний, для которых предназначены соединения настоящего изобретения, удовлетворительные результаты обычно получают, когда соединения настоящего изобретения вводят ежедневно при дозе приблизительно от 0,1 до 100 мг/кг массы животного, препарат предпочтительно дают в виде разовой суточной дозы или в виде дозы, разделенной на два-шесть приемов в день, или в форме пролонгированного высвобождения лекарственного средства. Для самых больших млекопитающих общая суточная доза составляет приблизительно от 1,0 до 1000 мг, предпочтительно приблизительно от 1 до 50 мг. Для взрослого человека массой 70 кг общая суточная доза обычно составляет приблизительно от 7 до 350 мг. Для получения оптимальной терапевтической реакции указанный режим приема можно откорректировать. Однако понятно, что для любого из конкретных пациентов определенный уровень доз и частоту приема можно варьировать, они будут зависеть от ряда факторов, включая активность конкретного применяемого соединения, метаболическую стабильность и продолжительность действия такого соединения, возраст, массу тела, общее состояние здоровья, пол, диету, режим и время введения, скорость выделения, комбинацию лекарственных средств, серьезность конкретного состояния и субъекта, подвергающегося терапии.
Далее, настоящее изобретение будет проиллюстрировано примерами, однако, данные примеры не предназначены для ограничения объема изобретения и являются только иллюстративными.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Получение соединения ванадия с поливинипирролидоном
Полимерные соединения с ванадием получали по методике, описанной в источнике Reactive & Functional Polymers 44 (2000) 55–64.
В частности, полимерные соединения ванадия с поливинилпирролидоном получали путем хелатирования сульфата ванадила в растворе PVP.
Полученные соединения были охарактеризованы методами УФ-, ИК-, 1H-ЯМР- и атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой. Данные УФ, ИК и ЯМР- спектроскопии приведены на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3, соответственно. Молекулярная масса присоединенного поливинилпирролидона составила от 20 до 35 кДа.
Пример 2
Получение фармацевтической композиции, содержащей соединение ванадия с поливинилпирролидоном
В основном, композиции согласно изобретению, получали в виде твердых композиций, предназначенных для перорального введения.
Готовили композиции со следующим составом:
1) соединения ванадия с поливинилпирролидоном (молекулярной массы 20 кДа) –  500 мг.
гипромеллоза – 280 мг.
кармеллоза натрия - 70 мг
карбомер - 90 мг
магния стеарат  - 10,70 мг
прежелатинизированный крахмал - 60,00 мг
кремния диоксид коллоидный - 10,00 мг
вспомогательные вещества - Opadry QX -  (40 – 80) мг
верхнее покрытие – 35-40 мг.
2) соединения ванадия с поливинилпирролидоном (молекулярной массы 35 кДа) –  500 мг.
гипромеллоза – 280 мг.
кармеллоза натрия - 70 мг
карбомер - 90 мг
магния стеарат  - 10,70 мг
прежелатинизированный крахмал - 60,00 мг
кремния диоксид коллоидный - 10,00 мг
вспомогательные вещества - Opadry QX -  (40 – 80) мг
верхнее покрытие – 35-40 мг.
Полученные композиции были стабильны в течение 6 мес., включая стабильность активного соединения.
Пример 3
Исследование гипогликемической активности
Полученные соединения проверяли на острую токсичность и гипогликемическую активность.
Острую токсичность изучали по методу Прозоровского на 16 белых мышах-самках массой 18-29 г. Водный раствор полимерного соединения ванадия с поливинилпирролидоном или полиэтиленгликолем вводили однократно внутрижелудочно в 4 дозах (по 4 мыши на дозу), расположенных по логарифмической шкале с интервалом 0,1. Число летальных исходов фиксировали через 2 дня. Данные представлены на Фиг. 4.
Гипогликемическую активность изучали на белых крысах-самцах. Крыс массой 189-285 г., в течение 50 дней держали на высококалорийной высокохолестериновой диете состава: 73% стандартного корма, 25% кокосового масла, 2% холестерина. Затем однократно в дозе 35 мг/кг вводили внутрибрюшинно раствор стрептозотоцина. Измеряли содержание глюкозы в крови крыс. Крыс с уровнем гликемии ≥6,5 ммоль/л через 96 ч после инъекции разделили на 4 группы (n=5, 6, 7 и 5). Им вводили внутрижелудочно 2 раза в день в течение 14 дней метформин (300 мг/кг), полимерные соединения ванадия с поливинилпирролидоном (100 мг/кг), эмпаглифлозин (1 мг/кг) и равные объемы воды очищенной соответственно. Определяли уровень гликемии натощак (ммоль/л) на 1-й, 39-й, 52-й, 55-й и 67-й дни эксперимента. Данные представлены на Фиг. 5.
Как видно, гипогликемическая активность полимерных соединений ванадия с поливинилпирролидоном является выше, чем в случае с метформином и практически аналогичной активности эмпаглифлозина.