УСТОЙЧИВЫЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МОДИФИКАЦИИ ХЛОРИДА DOTAP
STABLE CRYSTALLINE CHLORIDE MODIFICATIONS DOTAP

Настоящее изобретение касается энантиомерно чистого хлорида DOTAP и кристаллических модификаций рацемического и энантиомерно чистого хлорида DOTAP, способа их получения, и их применения для приготовления фармацевтических композиций.
Хлорид DOTAP, который упоминается выше и ниже в этом изобретении, обозначает N,N,N-триметил-2,3-бис[[(9Z)-1-оксо-9-октадеценил]окси]-1-пропанаминия хлорид, также известный как (Z,Z)-N,N,N-триметил-2,3-бис[(1-оксо-9-октадеценил)окси]-1-пропанамипия хлорид или 1,2-диолеоилокси-3-триметиламмония пропанхлорид, и его гидраты.
42
80
4
м
CHClNO, М698,54
CAS номера: 132172-61-3 и 477274-39-8 (рацемат), 197974-73-58 (рацемат, моногидрат) 428506-51-8 (2S форма), 328250-28-8 (2R форма)
Липосомы представляют собой синтетические многослойные везикулы (пузырьки) (сферически автономные мембраны), содержащие амбифильные вещества, как правило, природные липиды, в которых гидрофильные вещества могут быть инкапсулированы в водную внутреннюю часть, и также липофильные вещества могут быть включены во внутреннюю часть липидной мембраны.
Они применяются, в частности, в косметологии и медицине, особенно в дерматологии. В них, в особенности, заключают витамины, коферменты, средства по уходу за кожей и солнцезащитные средства. Обычно липосомы применяются местно.
Однако липосомы приобретают все большее и большее значение в фармацевтической технологии, поскольку парентеральное применение липосом позволяет достичь более специфичной доставки к определенному органу, чем в случае применения активных соединений в свободно растворенной форме. Если вводятся ДНК, РНК или белки, получают липоплексы.
Добавление масел и использование гомогенизаторов высокого давления дает возможность сформировать так называемые наночастицы (наночасти), которые выталкиваются из липосом. Они представляют собой частицы приблизительно того же размера, что и липосомы, но не имеющие водной фазы, а вместо этого содержат масляную фазу во внутренней части. Они особенно подходят для инкапсулирования липофильных веществ.
Микроэмульсии представляют собой коллоидно диспергированные, однофазные системы, содержащие водные, липидоподобные и поверхностно-активные компоненты. Размер их частиц составляет 1-500 нм, а свойства подобны свойствам жидкостей.
Особенно в связи с пептидными активными соединениями, нуклеотидами, вакцинами и другими биопрепаратами, которые обычно обладают плохой растворимостью, солюбилизирующий эффект имеет очень большое значение в случае применений, описанных выше.
Кроме того, расщепление активных соединений в организме может быть снижено, и таким образом можно достичь эффекта замедленного высвобождения.
Хлорид DOTАР принадлежит к классу катионоактивных липидов. В отличие от встречающихся в природе фосфолипидов, они не имеют цвиттер-ионной природы. Липосомы, содержащие катионоактивные липиды, отдельно или в комбинации с фосфолипидами или другими липидоподобными соединениями, имеют положительно заряженную поверхность. Это обуславливает высокое сродство к клеткам, имеющим отрицательно заряженную поверхность извне, например эндотелиальным клеткам.
Однако особую важность представляет способность липосом на основании DOTAP и других катионоактивных липосом и липоплексов проникать в клетки и, таким образом, транспортировать активные соединения, включенные в них, во внутрь клетки (трансфекция).
Все эти свойства делают хлорид DOTAP очень интересным также и для противораковой терапии. Эти свойства дают начало возможности применения стандартных цитостатических агентов, включенных в катионоактивные липосомы DOTAP.
Трансфекционные свойства хлорида DOTAP и других солей DOTAP, таких как, например, ацетата, бромида, дигидрофосфата, гидросульфата, йодида, мезилата, метилсульфата, трифторацетата, сульфата или дисульфата и трифлата, в достаточной мере известны из литературы.
DOTAP дигидрофосфат и DOTAP мезилат в литературе упоминаются только в виде рацемата. Все другие указанные выше соли упоминаются как рацемат и как 2S-энантиомер, и, кроме того, хлорид и метил сульфат упоминаются в виде 2R-энантиомеров.
В некоторых исследованиях in vitro другие соли, типа, например, DOTAP метилсульфата, достигали лучших скоростей трансфекции, чем хлорид DOTAP. Однако при использовании in vivo обмен анионов на поверхности липосомы происходит в живом организме, что означает, что преимущества других солей в этой ситуации не проявляются. Поэтому особенно при медицинском использовании у людей, в частности для парентерального применения, отдают предпочтение солям DOTAP с физиологически приемлемыми анионами, такими как, например, соответствующий хлорид или ацетат.
Медицинское, в особенности парентеральное применение предъявляет самые высокие требования к качеству и чистоте используемых активных соединений и вспомогательных веществ. Поэтому существуют очень строгие правила со стороны регуляторных органов относительно производства, воспроизводимости производства и профиля побочных продуктов для этих соединений. В случае веществ, используемых парентерально, кроме того, необходимо предотвращать и строго контролировать микробиологическую контаминацию патогенными микроорганизмами и эндотоксинами.
Хлорид DOTAP и другие соли DOTAP чрезвычайно нестабильны и поэтому сами по себе представляют трудность для получения в приемлемой чистоте, чтобы они были подходящими для применения для производства лекарственной формы.
Подобно всем липидам, содержащим радикалы олеиновой кислоты, таким как, например, природные фосфолипиды DOPC и DOPE, все соли DOTAP очень чувствительны к окислению. Однако продукты окисления производных ненасыщенных жирных кислот, как правило, характеризуются высокой токсичностью.
В этом случае требуются подходящие способы получения и очистки. Ацетат DOTAP, например, представляет собой высококипящее масло, и поэтому его промышленное получение в соответствующем качестве связано с большими трудностями.
Стандартные способы преодоления проблемы нестабильности, такие как, например, добавление антиоксидантов в виде аскорбиновой кислоты или восстановленного L-глутатиона, очень ограничивают общее удобство и простоту применения хлорида DOTAP, так как нельзя исключить взаимодействия с активными соединениями, которые будут введены позже. Полное исключение доступа кислорода в течение получения, хранения и применения фактически невозможно или может только быть осуществлено с очень большими сложностями.
Хлорид DOTAP коммерчески доступен только в виде раствора в хлороформе или в виде аморфного твердого вещества.
В дополнение к его подверженности окислению аморфный хлорид DOTAP является также чрезвычайно гигроскопичным и расплывается за чрезвычайно короткое время при нормальной атмосферной влажности с образованием масляной пленки. Это значительно затрудняет манипуляции с данным соединением.
Таким образом, производитель аморфного хлорида DOTAP обычно рекомендует хранить его под защитным газом при -20°С и гарантирует срок годности, составляющий всего лишь приблизительно 6 месяцев.
В литературе указаны различные синтетические пути только для получения аморфного, рацемического хлорида DOTAP:
Eibel и Unger, DE 4013632 A1, раскрывают синтез хлорида DOTAP из бромида DOTAP путем ионного обмена в системе растворителей хлороформ/метанол/водный раствор НСl, после которого осуществляется очистка посредством хроматографии. Бромид DOTAP получают заранее in situ из 1-бромо-2,3-диолеоилоксипропана.
Leventis и Silvius, Biochim. Biophys. Acta, 1023 (1990) 124-132, сообщают о синтезе хлорида DOTAP из йодида DOTAP путем ионного обмена в двухфазной системе растворитель/раствор NaCl. Йодид DOTAP получают заранее путем метилирования соответствующего диметиламиносоединения с помощью метилйодида.
Nantz et al., Biochim. Biophys. Acta, 1299 (1996) 281-283, J. Med. Chem. 40 (1997) 4069-4078, описывают синтез хлорида DOTAP путем неводной ионообменной хроматографии. Желаемое соединение получают испарением элюата.
Feigner et al., US 5,264,618, проводят метилирование соответствующего диметиламиносоединения непосредственно до хлорида DOTAP с помощью метилхлорида. Они, очевидно, получают желтый воск кристаллизацией из ацетонитрила при -20°С. Однако хлорид DOTAP практически нерастворим в ацетонитриле при комнатной температуре. Попытки воспроизвести эту так называемую кристаллизацию позволили получить только аморфный материал при отвердевании масляного вещества, полученного из горячего раствора при охлаждении. Факт, что это не является кристаллизацией, также очевиден исходя из того, что авторы, очевидно, не достигают эффекта очистки и должны проводить очистку вещества хроматографией.
Следовательно, ни синтетические пути для получения двух энантиомерных хлоридов DOTAP, ни их характерные свойства не известны на данный момент. Хотя Chemical Abstracts присвоил номера для этих двух энантиомеров, соответствующие публикации описывают исключительно работу с рацемическим хлоридом DOTAP.
В особенности, если соединения предназначены для парентерального применения, получение, которое включает обработку ионообменной смолой, является чрезвычайно проблематичным ввиду возможной микробиологической контаминации, так как соответствующие смолы представляют собой идеальную питательную среду для бактерий, и даже после их уничтожения все еще остается риск контаминации эндотоксинами.
Поэтому предмет настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить соли и гидраты хлорида DOTAP с высокой чистотой и с приемлемой химической и физической стабильностью. Еще один предмет настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить этим солям длительные сроки хранения, что позволит использовать их для приготовления составов лекарственных форм. Остается важное требование, касающееся воспроизводимости способа приготовления устойчивых форм солей и гидратов хлорида DOTAP, которое может осуществляться в индустриальном масштабе.
Энантиомерно чистый хлорид DOTAP может быть получен из энантиомерно чистых исходных материалов аналогично процессам, описанным для рацемата, то есть
через (R или S)-1-хлор-2,3-диолеоилоксипропан,
через (R или S)-1-LG-2,3-диолеоилоксипропан и ионный обмен (LG=уходящая группа) или через (R или S)-1-диметиламино-2,3-диолеоилоксипропан. Еще один способ получения, который можно упомянуть, представляет собой разделение рацемата рацемического хлорида DOTAP.
Посредством экспериментов было обнаружено, удивительно, что и рацемический, и также энантиомерно чистый, кристаллический хлорид DOTAP может быть получен простым способом с высокой химической чистотой и превосходной стабильностью. Кристаллические продукты, полученные таким образом, имеют практически неограниченную стабильность при комнатной температуре под защитным газом. Исходя из этого, они подходят в качестве компонента или в качестве исходного материала для приготовления лекарственных форм.
Настоящее изобретение соответственно касается энантиомерно чистого хлорида DOTAP и устойчивых кристаллических модификаций рацемического и энантиомерно чистого хлорида DOTAP.
Устойчивые кристаллические модификации могут находится в кристаллическом и частично кристаллическом виде. Они имеют чистоту, равную >98%, которая никогда не достигалась до настоящего времени, вместе со стабильностью, составляющей >98% относительно исходной величины, которая никогда не достигалась до настоящего времени, после хранения в течение 12 месяцев без доступа воздуха при 25°С и 60%-ой относительной атмосферной влажности (см. относительно этих данных Таблицу 1). Кристаллические модификации хлорида DOTAP характеризуются содержанием меньше чем 1 эквивалента воды или растворителя для кристаллизации на эквивалент хлорида DOTAP.
Кристаллические модификации рацемического хлорида DOTAP существуют, например, в трех различных кристаллических модификациях (тип I, тип II и тип III) и демонстрируют умеренно острые полосы при рентгеноструктурном анализе порошков (см. относительно этих данных Фиг.1 - Фиг.3 и Таблицу 2). Выбранные значения 2 тета для различных кристаллических модификаций составляют 12.6, 19.5, 20.2, 21.5 и 25.2 (тип I); или 3.3, 4.9, 19.3, 20.0 и 23.5 (тип II); или 2.8, 5.8, 20.0, 21.2 и 25.1 (тип III).
Энантиомерно чистые хлориды DOTAP получают в кристаллической форме аналогичным образом. Выбранные значения 2 тета для обнаруженной кристаллической модификации составляют 12.8, 19.4, 19.8, 20.2 и 21.5 (тип IV, см. относительно этих данных Фиг.4).
D
Энантиомеры оптически активны. Таким образом, хлорид (2S)-DOTAP характеризуется оптическим вращением, равным -2.12°, хлорид (2R)-DOTAP характеризуется оптическим вращением, равным +2.12° ([<х] при 20°С, 1% раствор в дихлорметане).
Изобретение, кроме того, касается способа получения кристаллических модификаций хлорида DOTAP, который характеризуется тем, что хлорид DOTAP кристаллизуют из апротонной среды. Апротонная среда, используемая с этой целью, может представлять собой апротонные растворители или их смеси.
Апротонная среда может также содержать протонные растворители, такие как, например, вода, в небольших количествах. В исключительных случаях при подходящих условиях может также присутствовать 25% по весу протонных растворителей. Кристаллизация хлоридов DOTAP может осуществляться согласно изобретению непосредственно из реакционного раствора без предшествующей очистки. Аналогично кристаллический хлорид DOTAP может быть получен перекристаллизацией аморфного, частично кристаллического или кристаллического материала.
К подходящим апротонным растворителям относятся, в частности:
простые эфиры, такие как, например, тетрагидрофуран, метилтетрагидрофуран, диоксан, диэтиловый эфир, дипропиловый эфир, диизопропиловый эфир и метил-третбутиловый эфир;
кетоны, такие как, например, ацетон и 2-бутанон, метилизобутилкетон, метилизопропилкетон,
нитрилы, такие как, например, ацетонитрил, и
сложные эфиры, такие как, например, этилформиат метилацетат, этилацетат, пропилацетат, изопропилацетат, бутилацетат, изобутилацетат, диметилкарбонат, диэтилкарбонат и 1,3-диоксолидин-2-он.
Эти растворители могут в каждом случае использоваться в чистой форме или в виде смеси, то есть возможно использовать различные апротонные растворители в группе в виде смеси и также использовать типы апротонных растворителей в виде смеси друг с другом. Как уже указано выше, добавки протонных растворителей могут присутствовать в апротонном растворителе или используемой смеси растворителей.
Добавки протонных растворителей этого типа могут, как правило, состоять из следующих растворителей:
спирты, такие как, например, метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, изобутанол, 2-бутанол, трет-бутанол, 3-метил-1-бутанол и этиленгликоль, метоксиэтанол этоксиэтанол, или
вода.
Добавки протонных растворителей могут в свою очередь быть добавками чистых растворителей или смесей этих протонных растворителей.
Кристаллизация модификаций хлорида DOTAP в общем достигается определенно путем медленного охлаждения приготовленного раствора до температур ниже 30°С. Образование кристаллов происходит или спонтанно, или при добавлении соответствующей кристаллической модификации хлорида DOTAP.
Различные кристаллические модификации хлорида DOTAP могут переходить друг в друга. Перехода можно достичь термической обработкой выделенных кристаллических модификаций при повышенной температуре или путем длительного перемешивания их суспензий при условиях кристаллизации.
Применение аморфного или частично кристаллического хлорида DOTAP в качестве исходного материала для перекристаллизации дает возможность получить, посредством описанного процесса, в высокой степени кристаллические хлориды DOTAP с чистотой, которая никогда не достигалась до настоящего времени, вместе со стабильностью, которая никогда не достигалась до настоящего времени.
Изобретение также касается применения кристаллических хлоридов DOTAP для приготовления лекарственных форм, так как кристаллические хлориды DOTAP имеют превосходную стабильность в твердом виде при указанных условиях и имеют постоянное и очень хорошее качество в течение практически неограниченного времени.
Кроме того, энантиомерно чистые хлориды DOTAP обладают различными физическими свойствами по сравнению с рацематом, в особенности в комбинации с хиральными соединениями, такими как фосфолипиды или холестерин.
Новые свойства, обнаруженные для энантиомерно чистых хлоридов DOTAP, могут выгодно использоваться, отдельно или в комбинации с подходящими фосфолипидами, холестерином и их производными, обеспечивать новые классы липосом, которые, по сравнению с обычными формами, с одной стороны, представляют собой более компактные упаковки липидов и, с другой стороны, имеют более однородную структуру. Таким образом, липосомы, приготовленные из чистых энантиомеров, характеризуются на 5°С более высокой основной температурой перехода фазы по сравнению с липосомами, содержащими рацемический хлорид DOTAP. Это является мерой плотности упаковки. Поэтому липосомы, содержащие энантиомеры хлорида DOTAP, также характеризуются снижением утечки соединения, включенного в них.
Следствием этого является факт, что липосомы, заряженные фармацевтически активными соединениями, будут высвобождать активные соединения замедленным образом во взаимодействии с метаболизмом в организме животного или человека. В частности, таким образом чувствительные активные соединения могут успешно доставляться более специфично к желаемому участку или органу, где желательно действие лекарственного средства.
Энантиомеры хлорида DOTAP также обладают, в особенности в комбинации с хиральными липидами, такими как фосфолипиды, холестерин и их производные, свойствами трансфекции, которые отличаются в зависимости от клеточной линии.
Для приготовления этих новых липосом специалист, квалифицированный в данной области, может специфично выбирать форму или определенный состав смеси хлоридов DOTAP, обеспеченные таким образом, с целью приготовления липосом, обладающих определенными новыми свойствами.
Следовательно, изобретение, кроме того, также касается фармацевтических композиций, следующих из применения форм хлорида DOTAP, указанных в формуле изобретения. Фармацевтические композиции этого типа могут содержать кристаллические модификации (2R,S)-, (2S)- и (2R)-DOTAP хлорида вместе с другими фармацевтическими активными соединениями и известными вспомогательными веществами, обычно применяемыми в производстве лекарственных средств, а также один или несколько растворителей.
Эти фармацевтические композиции могут, например, быть в форме липосом, липоплексов, микроэмульсий и наночастиц и включать, например, активное соединение из группы пептидов, нуклеотидов, вакцин или цитостатических агентов.
Данное описание позволяет специалисту, квалифицированному в данной области, всесторонне применять изобретение. Кроме того, следующие примеры служат для лучшего понимания и для иллюстрации возможных вариантов осуществления изобретения. Поэтому эти примеры никоим образом не должны расцениваться как таковые, которые ограничивают изобретение.
Все температуры, упомянутые в следующих примерах, указаны в градусах Цельсия. Если не указано иначе, данные по содержанию предоставляются как % по весу.
Примеры для иллюстрации изобретения
Пример 1
Стабильности
Чтобы определить стабильность кристаллических хлоридов DOTAP, вещества хранят вместе со сравнительными образцами при 25°С и 60% относительной влажности без доступа воздуха. Остаточное содержание хлорида DOTAP измеряют в определенные интервалы и указывают в сравнении с исходным значением.
Чистоту и содержание хлорида DOTAP определяют посредством ВЭЖХ. Для типа I получены следующие значения:
Определение стабильности можно повторить в любое желаемое время, значения, указанные в Таблице 1, воспроизводимы.
Таблица 1
(R,S)-DOTAP хлорид кристаллический тип I
Время экспозиции в месяцах
0
1
2
3
6
12
Площадь - %
100%
100.0%
100.0%
100.0%
100.0%
100.0%
% по весу
98,6%
97%
97,9%
97,2%
98,2%
98,7%
Пример 2
[Диаграммы порошковой дифракции]
Для характеристики структурных свойств (кристаллических модификаций) кристаллических хлоридов DOTAP записывают диаграммы порошковой дифракции (спектры дифракции) этих веществ.
Кристаллические хлориды DOTAP дают спектры с умеренно острыми полосами, которые имеют относительно хорошее разрешение для липидов. Спектры указывают на высокое содержание кристаллических компонентов. Под поляризирующим микроскопом не наблюдаются никакие аморфные фракции.
Примеры спектров показаны на Фиг.1 (тип I), Фиг.2 (тип II), Фиг.3 (тип III) и Фиг.4 (тип IV).
Для сравнения, спектр коммерчески доступного, аморфного образца показан на Фиг.5 (аморфный).
В Таблице 2 перечислены выбранные значения 2 тета для различных кристаллических модификаций рацемических и энантиомерно чистых хлоридов DOTAP.
Таблица 2
Тип
Выбранные значения 2 тета
Тип IТип IIТип III
рацемический
12.6, 19.5, 20.2, 21.5 и 25.23.3, 4.9, 19.3, 20.0 и 23.52.8, 5.8, 20.0, 21.2 и 25.1
Тип IV
энантиомерно чистый
12.8, 19.4, 19.8, 20.2 и 21.5
Пример 3
Основные температуры перехода фазы
Измерения дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) проводят на многослойных липосомах в воде. Липосомы готовят тонкопленочным методом из расчетных количеств рацемического или энантиомерно чистого хлорида DOTAP. Концентрация липида в каждом случае составляет 0,1 г/мл. Затем подходящие количества этих дисперсий вводят в герметизируемые алюминиевые тигели и измеряют с помощью калориметра Феникс 204 (Netzsch, Selb, Германия). В каждом случае проводят три последовательных операции нагревания/охлаждения от -50°С до +20°С при 1°С/мин.
Для всех трех вариантов хлорида DOTAP найдены температуры перехода фазы ниже 0°С. Для циклов охлаждения она в каждом случае составляет от -23°С до -24°С. Различия между рацемическим и энантиомерно чистым хлоридом DOTAP в каждом случае очевидны в циклах нагревания. (2R)-DOTAP хлорид и (2S)-DOTAP оба характеризуются эндотермическим переходом фазы при -12.5°С, в то время как переход фазы для рацемата составляет -17.5°С (см. Фиг.6).
Пример 4
Свойства трансфекции на клетках COS-7
2
Рацемический и энантиомерно чистый хлорид DOTAP и рацемический DOTAP метилсульфат диспергируют по отдельности с одинаковым количеством холестерина в среде трансфекции и обрабатывают ультразвуком. Липосомы и раствор плазмиды GFP смешивают и инкубируют в течение 15 минут, количества на 6 лунок: 2 мкг плазмиды/8 мкг липида. После инкубации в течение 5 часов супернатант извлекают из клеток путем отсасывания при 37°С/5% СО, добавляют 2 мл новой среды и смесь инкубируют в течение дополнительных 20 часов. После этого анализ FACS показывает эффективную трансфекцию для всех липоплексов. Существенное различие между скоростями трансфекции для индивидуальных липидных смесей очевидно:
Комплекс холестерин/(R)-DOTAP хлорид:
32,4%
Комплекс холестерин/(S)-DOTAP хлорид:
11,0%
Комплекс холестерин/(R,S)-DOTAP хлорид:
25,9%
Комплекс холестерин/(R,S)-DOTAP метилсульфат:
20,2%
Пример 5
]
Получение рацемического хлорида (2R,S)-DOTAP [хлорида (R.S)-1,2-диолеил-3-пропилтриметиламмония
[Олеилирование (R,S)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиола и последующее метилирование метилхлоридом описано в US 5264618 (Feigner и др.]
Исходные материалы
В синтезе использовали следующие соединения:
N,N'-карбонилдиимидазол (фирма Sigma-Aldrich, лот 1252812)
Олеиновая кислота (фирма RCA, лот OA 11.G.01.2007, 99.1% по данным ЖХВР, площадь пика)
(R,S)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиол (фирма Merck EPROVA, лот MSСН-103-А), 0,11% воды, 99,4% (ГХ),
1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен (фирма Sigma-Aldrich, лот 1076841), 99,7% (ГХ), хлористый метил (фирма Linde, лот 61448),
иодид натрия (фирма Sigma-Aldrich, лот 1336385), 0,27% воды,
оксид алюминия (фирма Sigma-Aldrich, лот 1336643),
ацетонитрил (фирма ICC, лот 0000426130), 100% (ГХ), <0,015% воды,
н-гептан (фирма Brenntag Schweizerhall, лот 0000278245), 96,4% (ГХ),
2-пропанол (фирма Thommen Furler, лот 070920211487), 99,96% (ГХ), 0,03% воды,
ацетон (фирма Thommen Furler, лот 080609324212), 99,98% (ГХ), 0,16% воды.
Синтез (2R,S)-DODAP [(R,S)-1,2-диолеил-3-диметиламмонийпропана]
2,41 кг N,N'-карбонилдиимидазола растворяли при комнатной температуре в 6,33 кг сухого ацетонитрила. Полученный раствор нагревали до 25°С, а затем в раствор в течение 60 мин подавали насосом 4,0 кг олеиновой кислоты, при этом температуру раствора поддерживали на уровне не выше 35°С, варьируя скорость подачи олеиновой кислоты (контроль по выделению газообразного диоксида углерода). После завершения добавления реагента реакционную смесь перемешивали при 30°С в течение еще 90 мин (до завершения выделения диоксида углерода). Затем в смесь добавляли 11 г 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ена, с последующим добавлением раствора 0,83 кг рацемического (R,S)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиола в 0,37 кг сухого ацетонитрила и смесь перемешивали при 30°С в течение 21 ч. Полученную эмульсию охлаждали до 25°С и перемешивание прекращали, при этом наблюдалось расслаивание смеси на два слоя. Нижний слой отделяли, дегазировали при 1 мбар и 25°С в течение 200 мин и, наконец, разбавляли 11,7 кг н-гептана. В раствор добавляли 1,5 кг основного оксида алюминия и суспензию перемешивал при 0°С в течение 3 ч. Суспензию фильтровали и остаток на фильтре промывали 1,5 кг н-гептана, предварительно охлажденного до 0°С. Объединенные фильтраты гомогенизировали, при этом получали 15,9 кг раствора, содержащего 4,08 кг чистого (2-R,S)-DODAP в н-гептане (лот МВА-116, содержание по данным анализа 25,7%, выход 88,9%).
Вторую партию синтезировали аналогичным образом, при этом получали 16,6 кг раствора, содержащего 3,52 кг чистого (2-R,S)-DODAP в н-гептане (лот МВА-117, содержание по данным анализа 21,2%, выход 88,6%).
Синтез хлорида (2-R,S)-DOTAP
23,4 кг раствора, содержащего 3,52 кг чистого (2-R,S)-DODAP, в н-гептане (15,9 кг лот №МВА 116 и 7,5 кг лот №МВА 117) загружали в реактор и отгоняли н-гептан при пониженном давлении и температуре в кожухе 60°С. При достижении стабильного вакуума при 8 мбар температуру в кожухе снижали до 25°С. Затем добавляли 7,0 кг 2-пропанола и 3,1 кг иодида натрия, температуру реакционной смеси повышали до 30°С и атмосферу азота заменяли на хлористый метил при постоянном давлении 1200 мбар. Реакционную смесь перемешивали в указанных условиях в течение 137 ч до завершения реакции метилирования (2-R,S)-DODAP, при этом получали хлорид (2-R,S)-DOTAP (конверсия 96%). Потребление хлористого метила составило 1,39 кг. Реакционную смесь разбавляли 35,8 кг сухого ацетона при 25°С и медленно охлаждали до -12°С. Полученную суспензию выдерживали при -12°С в течение еще 14 ч, а затем фильтровали через предварительно охлажденный фильтр (-15°С). Неочищенный хлорид (2-R,S)-DOTAP дважды промывали 6,0 кг охлажденного сухого ацетона (-18°С), затем растворяли при 35°С в закрытом фильтре в смеси 44,1 кг сухого ацетона и 3,5 кг 2-пропанола. Полученный раствор переносили в реактор и охлаждали до 0°С. Затем раствор медленно охлаждали до -12°С со скоростью 0,004°С в минуту, т.е. в течение приблизительно 50 ч. Полученную суспензию выдерживали при -12°С в течение еще 16 ч, а затем фильтровали в охлажденном фильтре-сушилке (-15°С). Остаток на фильтре дважды промывали 0,8 кг сухого ацетона (-18°С) и высушивали в вакууме. В ходе высушивания фильтр-сушилка нагревается до комнатной температуры. Стадию высушивания завершали при стабильном вакууме 7,9 мбар. Выход: 3,46 кг рацемического хлорида (2-R,S)-DOTAP (лот №МВА-118, содержание по данным анализа 100%, выход: 37,8% в расчете на (R,S)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиол, чистота 99,9% (ЖХВР, площадь пика).
Получение энантиомерно чистого хлорида (2R)-DOTAP [хлорида (R)-l,2-диолеил-3-пропилтриметиламмония]
Исходные материалы
В синтезе использовали следующие соединения:
N,N'-карбонилдиимидазол (фирма Sigma-Aldrich, лот 1252812)
Олеиновая кислота (фирма Acme Synthetic Chemicals, лот 060528, 97,8% по данным
ЖХВР)
(R)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиол (фирма Daiso, лот RMA062151), 0,11% воды, 99,6% (ГХ),
1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен (фирма Sigma-Aldrich, лот 1076841), 99,7% (ГХ),
хлористый метил (фирма Linde, лот 61448),
иодид натрия (фирма Sigma-Aldrich, лот 1336385), 0,27% воды,
ацетонитрил (фирма Sigma-Aldrich, лот 7219К, 100% (ГХ), 0,005% воды,
н-гептан (фирма Brenntag Schweizerhall, лот 0000278245), 96,4% (ГХ),
2-пропанол (фирма Thommen Furler, лот 070629176434), 99,96% (ГХ), 0,016% воды,
ацетон (фирма Thommen Furler, лот 061201101946), 99,98% (ГХ), 0,10% воды.
Синтез (2R)-DODAP [(R)-1,2-диолеил-3-диметиламмонийпропана]
1,63 кг N,N'-карбонилдиимидазола растворяли при комнатной температуре в 4,3 кг сухого ацетонитрила и полученный раствор нагревали до 25°С. Затем в раствор в течение 60 мин подавали насосом 2,7 кг олеиновой кислоты, при этом температуру раствора поддерживали на уровне не выше 35°С, варьируя скорость подачи олеиновой кислоты (контроль по выделению газообразного диоксида углерода). После завершения добавления реагента реакционную смесь перемешивали при 30°С в течение еще 105 мин (до завершения выделения диоксида углерода). Затем в смесь добавляли 7,5 г 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ена, с последующим добавлением раствора 0,56 кг энантиомерно чистого (R)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиола в 0,26 кг сухого ацетонитрила и смесь перемешивали при 30°С в течение 19 ч. Полученную эмульсию охлаждали до 10°С и перемешивание прекращали, при этом наблюдалось расслаивание смеси на два слоя. Нижний слой отделяли, дегазировали при 1 мбар и 20°С в течение 30 мин и, наконец, разбавляли 9,7 кг н-гептана. Суспензию перемешивал при 0°С в течение 1,5 ч и фильтровали, при этом получали 12,3 кг раствора, содержащего 2,66 кг чистого (2R)-DODAP в н-гептане (лот MBR-001, содержание по данным анализа 21,6%, выход 88,2%).
Синтез хлорида (2R)-DOTAP
12,2 кг раствора, содержащего 2,66 кг чистого (2R)-DODAP в н-гептане (лот MBR-001), загружали в реактор и отгоняли н-гептан при пониженном давлении и температуре в кожухе 60°С. При достижении стабильного вакуума 1 мбар температуру в кожухе снижали до 20°С. Затем добавляли 3,26 кг 2-пропанола с последующим добавлением 1,4 кг иодида натрия, температуру реакционной смеси повышали до 30°С и атмосферу азота заменяли на хлористый метил при постоянном давлении 1250 мбар. Реакционную смесь перемешивали в указанных условиях в течение 330 ч до завершения реакции метилирования (2R)-DODAP, при этом получали хлорид (2R)-DOTAP (конверсия 97%). Потребление хлористого метила составило 0,58 кг. Реакционную смесь разбавляли 16,2 кг сухого ацетона при 25°С и медленно охлаждали до -12°С. Полученную суспензию выдерживали при -12°С в течение еще 1 ч, а затем фильтровали через предварительно охлажденный фильтр (-12°С). Неочищенный хлорид (2R)-DOTAP дважды промывали 3,2 кг охлажденного сухого ацетона (-18°С), затем растворяли при 35°С в закрытом фильтре в смеси 20,5 кг сухого ацетона и 1,63 кг 2-пропанола. Полученный раствор переносили в реактор и охлаждали до 25°С. Затем раствор медленно охлаждали до -12°С со скоростью 0,05°С в минуту, т.е. в течение приблизительно 12 1/3 ч. Полученную суспензию выдерживали при -12°С в течение еще 9 ч, а затем фильтровали через охлажденную фильтр-сушилку (-12°С). Остаток на фильтре дважды промывали 3,2 кг охлажденного сухого ацетона (-18°С) и высушивали в вакууме. В ходе высушивания фильтр-сушилка нагревается до комнатной температуры. Стадию высушивания завершали при стабильном вакууме 0,6 мбар. Выход: 1,47 кг энантиомерно чистого хлорида (2R)-DOTAP (лот №MBR-002, содержание по данным анализа 99,7%, выход: 44,7% в расчете на (R)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиол, чистота 99,9% (ЖХВР, площадь пика).
Получение энантиомерно чистого хлорида (2S)-DOTAP [хлорида (S)-l,2-диолеил-3-пропилтриметиламмония]
Хлорид (2S)-DOTAP получали, как описано выше для хлорида (2R)-DOTAP, за исключением того, что в качестве исходного материала использовали энантиомерно чистый (S)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиол (фирма Daiso, лот SMA062281), 0,14% воды, 99,8% (ГХ), все остальные реагенты и растворители были идентичными), при этом получали 1,67 кг энантиомерно чистого хлорида (2S)-DOTAP (лот №MBS-002, содержание по данным анализа 99,6%, выход: 50,4% в расчете на (S)-3-(диметиламино)-1,2-пропандиол, чистота 100% (ЖХВР, площадь пика).
Пример 6
Оценка трансфекции
6
2
Липосомы из рацемического и энантиомерно чистого хлорида DOTAP и холестерина (4:1, моль/моль) получали методом сухой пленки и гидратированием в буферном растворе HEPES, экструзией и разбавлением до концентрации 2 мг/мл. Липосомы добавляли в равный объем раствора плазмиды GFP (1,56 мкг/мкл, в буферном растворе ТЕ, 1,5 мкг/лунка). Клетки линии CHO-S инкубировали с полученной смесью в течение 24 ч (0,5×10 клеток/мл, 2 мл в лунке в 24-луночном планшете с глубокими лунками, инкубирование при 250 об/мин, 37°С, относительная влажность 90%, 5% СО). Для окрашивания с целью выявления мертвых/живых клеток в суспензию добавляли иодид пропидия. Оценку числа клеток, трансфекции и жизнеспособности проводили методом проточной цитометрии.
Уровень трансфекции (жизнеспособных трансфектированных клеток) приводится ниже (среднее значение±стандартное отклонение, n=6):
Хлорид (2R,S)-DOTAP/холестерин:
17,3%±5,5%
Хлорид (2R)-DОТАР/холестерин:
51,3%±3,1%
Хлорид (2S)-DОТАР/холестерин:
16,4%±2,2%
В этом эксперименте уровень трансфекции при использовании хлорида (2R)-DOTAP неожиданно существенно выше по сравнению с уровнем трансфекции с использованием (2S)-энантиомера или рацемата. Эти данные убедительно свидетельствуют о том, что уровень трансфекции при использовани рацемата нельзя рассматривать как сумму уровней трансфекции чистых энантиомеров, и, следовательно, он не предсказуем.