СРЕДСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ УТРАЧЕННОЙ ПАМЯТИ В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ У ПАЦИЕНТОВ ВСЕХ ВОЗРАСТНЫХ ГРУПП НА ОСНОВЕ N, N'-ЗАМЕЩЕННЫХ 3, 7-ДИАЗАБИЦИКЛО[3.3.1]НОНАНОВ, ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ЕГО ОСНОВЕ И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
N, N '-SUBSTITUTED 3, 7-DIAZABICYCLO[3,3,1]NONANE DRUG FOR MEMORY REGENERATION IN HEALTH AND DISEASE IN PATIENTS OF ALL AGE GROUPS, BASED PHARMACEUTICAL COMPOSITION AND METHOD OF APPLICATION THEREOF

Изобретение относится к применению химических соединений в области медицины и может быть использовано при изготовлении фармакологических препаратов для восстановления памяти, утраченной в результате патологии, неблагоприятных воздействий или времени.
Формирование памяти представляет собой многостадийный процесс. Его первым этапом является процесс обучения, связанный с приобретением новой информации. Решающую роль на этом этапе играет активация АМРА рецепторов, и поэтому вещества, потенцирующие работу АМРА рецепторов, как правило, улучшают процесс запоминания (J.C.Quirk, E.S.Nisenbaum. A novel positive allosteric modulator of АМРА receptors. CNS Drug reviews. 2002, 8, 3: 255-282). Однако, после того как процесс обучения закончился, данные вещества теряют свою эффективность. При этом сама память подвергается дальнейшей консолидации, при которой она переходит из кратковременной в долговременную форму. Этот процесс поддерживается за счет иных внутриклеточных механизмов, включающих в себя экспрессию генов и синтез новых белков и не вовлекающих активность АМРА рецепторов.
Обучение может быть сильным или слабым в зависимости от интенсивности и силы обучающего события. При слабом обучении необходимы дополнительные средства, чтобы сформировалась долговременная память. При слабом обучении формируется кратковременная память, которая проявляется при тестировании через 4-6, но не через 24 часа после обучения. Эта память может быть усилена введением некоторых соединений, например агонистов оксида азота, стероидных гормонов, определенных пептидов (Rickard N.S, Ng K.T., Gibbs M.E. A nitric oxide agonist stimulates consolidation of long-term memory in the 1-day-old chick. Behav Neurosci. 1994, 108:640-4; Sandi C., Rose S.P., Mileusnic R., Lancashire C. Corticosterone facilitates long-term memory formation via enhanced glycoprotein synthesis. Neuroscience 1995, 69:1087-93; Mileusnic R., Lancashire C.L., Rose S.P. The peptide sequence Arg-Glu-Arg, present in the amyloid precursor protein, protects against memory loss caused by A beta and acts as a cognitive enhancer. Eur J Neurosci. 2004, 19:1933-8).
Формирование долговременной памяти начинается с сильного обучения и обеспечивается синтезом новых белков в мозге, который начинается сразу после обучения (Davis H.P., Squire L.R. Protein synthesis and memory: a review. Psychol. Bull. 1984, 96:518-559). Введение в мозг блокаторов синтеза белка препятствует формированию долговременной памяти, в результате чего при тестировании через 24 часа после обучения доля животных, демонстрирующих выученное поведение, снижена (Goelet P., Castelluci V.F., Schacher S., Kandel E.R. The long and short of long-term memory - a molecular framework. Nature, 1986, 322: 419-423; Gibbs M.E, Ng K.T. Psychobiology of memory: Towards a model of memory formation. Biobehav. Rev. 1977, 1:113-136; Mark R.F., Watts M.E. Drug inhibition of memory formation in chickens. II. Long-term memory. Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1971,178: 439-454).
Извлечение памяти. Забывание проявляется в невозможности или затруднении извлечения памяти. Природа забывания остается малоизученной, и рассматриваются сценарии как утраты следов памяти со временем, так и затруднений извлечения информации, продолжающей оставаться в памяти. Одним из способов извлечения памяти, в том числе и ослабленной, является напоминание. Напоминание представляет собой предъявление субъекту одного из компонентов ситуации обучения, приводящее к реактивации ранее сформированного следа памяти.
Способы и вещества, способные восстанавливать утраченную память, крайне немногочисленны и неудобны для применения с практической точки зрения. Они включают в себя сочетание напоминания с определенными воздействиями: электростимуляция ретикулярной формации мозга или голубого пятна, введение моносахаридов или стрихнина (DeVietti T.L., Hopfer T.M. Complete amnesia induced by ECS and complete recovery of memory following reinstatement treatment. Physiol. Behav. 1974, 12: 599-603; Rodriguez W.A., Home C.A., Padilla J.L. Effects of glucose and fructose on recently reactivated and recently acquired memories. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry 1999, 23: 1285-1317; Sara S.J., Deweer В., Hars В., Reticular stimulation facilitates retrieval of a "forgotten" maze habit. 1980, Neurosci. Lett. 18: 211-217; Gordon W.C. Susceptibility of a reactivated memory to the effects of strychnine: a time-dependent phenomenon. Physiol. Behav. 1977, 18: 95-99).
Очевидно, что в реальной жизни невозможно восстанавливать память людей использованием стимуляции ретикулярной формации или голубого пятна головного мозга при помощи вживленных в мозг электродов. Также практически неприменимо использование «крысиного яда» стрихнина. Съедание кусочков сахара полезно для работы мозга, но вряд ли оно может рассматриваться как существенная помощь для извлечения памяти, особенно в случае патологических нарушений этого процесса. Таким образом, в фармакопее практически отсутствуют лекарства, способные восстанавливать утраченную память.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала средств, которые могут быть использованы в качестве новых препаратов для восстановления утраченной памяти в норме и патологии, у пациентов всех возрастных групп, обладающих направленным действием и не влияющих на другие функции организма.
Поставленная задача решается применением производных N,N'-замещенных 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонанов, общей формулой (1):
в качестве средства для восстановления утраченной памяти в норме и патологии у пациентов всех возрастных групп.
В случае применения соединений формулы (1) HY здесь и далее представляет фармакологически приемлемую кислоту; Е представляет карбонильную группу, CHR;
R представляет Н, низший алкил, гидроксил, галоген, алкокси;
1
R представляет Н, низший алкил, гидроксил, фенил;
2
2
3
3
5
5
R, R', R, R', R и R' могут быть одинаковыми или различными, и каждый независимо представляет Н, низший алкил, гидроксил, алкокси;
4
R представляет Н, низший алкил, циклоалкил, гетероарил, гидроксил, нитро-группу, галоген, алкокси, ацил;
Х представляет группу общей формулы:
2
m
-(CH)-Z-,
в которой m=0-4, a Z выбран из группы, состоящей из:
ацила;
изоалкила;
ацетокси;
либо Х представляет валентную связь.
Наиболее предпочтительными в качестве средства для восстановления утраченной памяти в норме и патологии у пациентов всех возрастных групп являются следующие соединения формулы 1 (в виде фармакологически приемлемых солей и/или свободных оснований):
1,5-диметил-3,7-бис[(2,2,7-триметил-1,3-бензодиоксол-5-ил)карбонил]-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
3,7-бис[(4-хлор-2,2,7-триметил-1,3-бензодиоксол-5-ил)карбонил]-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
3,7-бис[(2-ацетил-4-хлор-1,3-бензодиоксол-5-ил)карбонил]-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
3,7-бис(1,3-бензодиоксол-5-илкарбонил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
3,7-бис[(7-бром-2-метокси-1,3-бензодиоксол-5-ил)карбонил]-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
1,5-диэтил-3,7-бис[(6-иод-2-метокси-1,3-бензодиоксол-5-ил)карбонил]-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
3,7-бис[(6-иод-2,2-диметил-1,3-бензодиоксол-5-ил)карбонил]-1,5-диметил-3,7-диазабицикло [3.3.1]нонан
3,7-бис[(2-ацетил-1,3-бензодиоксол-5-ил)карбонил]-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он
Ранее было показано, что соединения, к которым относятся соединения формулы 1, потенцируют токи АМРА рецепторов и тем самым могут быть полезны для улучшения обучения и когнитивных функций (РФ №2333211, C07D 471/08, опубликовано 10.09.2008).
Неожиданно нами было обнаружено, что соединения формулы 1, кроме того, обладают также способностью влиять и на другие звенья памяти: а именно - улучшать процессы извлечения памяти, что делает их уникальными и особо ценными среди всех известных препаратов, которые влияют на память.
Таким образом, соединения формулы 1, благодаря обнаружению у них новых неожиданных свойств, которые не вытекают из химической структуры этих соединений, могут быть использованы в качестве средства для восстановления утраченной памяти в норме и патологии у пациентов всех возрастных групп.
Как это обычно принято в медицине, соединения формулы 1 согласно настоящему изобретению рекомендуется применять в виде фармакологического средства, составляющего соответственно следующий аспект изобретения.
Согласно изобретению фармакологическое средство для восстановления утраченной памяти в норме и патологии у пациентов всех возрастных групп, содержащее активное начало и фармацевтически приемлемый носитель, в качестве активного начала содержит эффективное количество соединения формулы 1.
Понятие «фармакологическое средство» подразумевает использование любой лекарственной формы, содержащей соединение формулы 1, которые могли бы найти профилактическое или лечебное применение в медицине в качестве средства для восстановления памяти, утраченной в результате патологии, неблагоприятных воздействий или времени.
Понятие «эффективное количество», используемое в данной заявке, подразумевает использование того количества соединения формулы 1, которое в соединении с его показателями активности и токсичности, а также на основании знаний специалиста должно быть эффективным в данной лекарственной форме.
Для получения фармакологического средства соединение формулы 1 смешивается как активный ингредиент с фармацевтически приемлемым носителем, известным в медицине согласно принятым в фармацевтике способам. В зависимости от лекарственной формы препарата носитель может иметь различные формы. Фармакологическое средство согласно изобретению приготавливается с помощью общепринятых в данной области техники приемов и включает фармакологически эффективное количество активного агента, представляющего соединение формулы 1 или его фармацевтически приемлемую соль (называемые далее "активное соединение"), составляющее обычно от 1 до 20 вес.%, в сочетании с одной или более фармацевтически приемлемыми вспомогательными добавками, такими как разбавители, связующие, разрыхляющие агенты, адсорбенты, ароматизирующие вещества, вкусовые агенты. В соответствии с известными методами фармакологическое средство может быть представлено различными жидкими или твердыми формами.
Примеры твердых лекарственных форм включают, например, таблетки, пилюли, желатиновые капсулы и др.
Примеры жидких лекарственных форм для инъекций и парентерального введения включают растворы, эмульсии, суспензии и др.
Еще одним аспектом изобретения является способ восстановления утраченной памяти в норме и патологии у пациентов всех возрастных групп, заключающийся во введении пациенту фармакологического средства, содержащего эффективное количество соединения формулы 1 в дозе 0,005-1 мг/кг массы тела по крайней мере один раз в день в течение периода, необходимого для достижения терапевтического эффекта.
Соединение формулы 1 может вводиться больным в виде общепринятых оральных композиций, таких как таблетки, таблетки с покрытием, желатиновые капсулы с твердым и мягким покрытием, эмульсии или суспензии.
Назначаемая для приема доза активного компонента (соединения формулы 1) варьирует в зависимости от многих факторов, таких как возраст, пол, вес пациента, симптомы и тяжесть заболевания, конкретно назначаемое соединение, способ приема, форма препарата, в виде которой назначается активное соединение.
Обычно общая назначаемая доза составляет от 0.5 до 80 мг в день. Общая доза может быть разделена на несколько доз, например, для приема от 1 до 4 раз в день. При оральном назначении интервал общих доз активного вещества составляет от 1 до 80 мг в день. При парентеральном приеме интервал назначаемых доз составляет от 0.5 до 40 мг в день предпочтительно, а при внутривенных инъекциях - от 0.1 до 5 мг в день предпочтительно. Точная доза может быть выбрана лечащим врачом.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является восстановление утраченной памяти в норме и патологии у пациентов всех возрастных групп.
В таблице 1 приведены данные, характеризующие эффект системного введения 0.005 мг/кг соединения 1, типичным представителем которого является 3,7-бис(1,3-бензодиоксол-5-илкарбонил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он, следующей структурной формулы:
Соединение вводят за 30 мин до обучения на память, нарушенную введением анизомицина через 5 минут после обучения, где i.p. - интраперитональное (внутрибрюшинное) введение физраствора, i.c. - внутримозговое введение вещества, * - достоверное отличие от контроля (р<0.05)-(физ.раствор+Анизомицин).
В таблице 2 приведены данные, характеризующие эффект системного введения 0.005 мг/кг соединения 1 за 5 мин до напоминания на воспроизведение навыка через 24 часа после обучения.
Возможность осуществления изобретения с реализацией заявляемого назначения подтверждается, но не исчерпывается следующими сведениями.
Данные о действии новых соединений на восстановление утраченной памяти.
Авторы использовали модель обучения экспериментальных животных в модели "пассивного избегания" для оценки свойств новых соединений. Соединения тестировались двумя основными способами: (1) исследовалось возможность восстановления с их помощью памяти, нарушенной фармакологическим вмешательством; (2) исследовалась возможность фармакологического усиления слабой памяти в момент напоминания.
Метод оценки влияния новых соединений на память.
Для исследования действия соединений на память животных была использована методика однократного обучения пассивному избеганию цыплят (Gallus gallus domesticus) в возрасте 1-3 суток. Данная экспериментальная модель служит одной из базовых методик, используемых для исследования закономерностей и механизмов формирования памяти (Gibbs M.E., Ng K.T. Psychobiology of memory: Towards a model of memory formation. Biobehav. Rev. 1977, 1:113-136; Rose S.P.R. Biochemical mechanisms involved in memory formation in the chick. Behavioral and Neural Plasticity: the Use of the Domestic Chick as a Model. //Ed. Andrew. R.J. Oxford: Oxford Univ. Press, 1991, 277-304; Rose S.P.R., Stewart M.G., 1999. Cellular correlates of memory formation in the chick following passive avoidance training. Behav. Brain Res., 98: 237-243; Patterson T.A., Alvarado M.C., Warren I.T., Bennett E.L., Rosenzweig M.R. Memory stages and brain asymmetry in chick learning. Behav. Neurosci. 1986, 100:856-865; Stewart, 1991, Rose, 1991, 1995). Преимуществом модели является очень быстрое (секунды) обучение, позволяющее точно фиксировать момент приобретения новой информации в нервной системе. Разворачивающаяся вслед за этим последовательность внутриклеточных и синаптических процессов, обеспечивающих формирование долговременной памяти в модели пассивного избегания, к настоящему времени подробно изучена. Дополнительным преимуществом данной модели является то, что неокостеневший череп новорожденных цыплят позволяет вводить фармакологические препараты микрошприцем непосредственно в заданные структуры мозга, без операции и анестезии; используется также системное введение препаратов, проникновение которых в мозг облегчается незрелым гематоэнцефалическим барьером.
Животные. В экспериментах были использованы цыплята (самцы) кросса "Птичное». Животные доставлялись с птицефабрики в день вылупления и содержались парами в пеналах размером 20×25×20, с постоянным доступом к воде и корму, при температуре 28°С и световом цикле 12:12 часов. Минимальное время адаптации к обстановке перед началом эксперимента составляло два часа.
Инъекции. Для системного введения растворов использовались внутрибрюшинные инъекции в объеме 0.1 мл. Внутричерепные инъекции выполнялись билатерально, микрошприцами («Hamilton») объемом 25 мкл с помощью пластикового головодержателя и направлялись в область боковых желудочков мозга. Объем инъекций составлял 10 мкл на полушарие. После окончания эксперимента и декапитации животных проводился мониторинг поверхности черепа и мозга для контроля локализации инъекций. Стоковый раствор соединений 1 (относится к группе соединений формулы 1.2) (3,7-бис(1,3-бензодиоксол-5-илкарбонил)-1,5-диметил-3,7-диазабицикло[3.3.1]нонан-9-он) приготовляли в 95% этаноле (4 мг/мл) и далее доводили 0.9% раствором NaCl до рабочей концентрации (0.002-0.04 мг/мл). Растворы вводили внутрибрюшинно в объеме 0.1 мл.
Модели «сильного» и «слабого» обучения пассивному избеганию
2
Обучение в «сильной» модели пассивного избегания проводилось по стандартной методике (Rose S.P.R. Biochemical mechanisms involved in memory formation in the chick. Behavioral and Neural Plasticity: the Use of the Domestic Chick as a Model. //Ed. Andrew. R.J. Oxford: Oxford Univ. Press, 1991, 277-304). За 20 мин до обучения проводили предобучение, состоящее из двукратного предъявления «нейтральной» (сухой) бусинки, закрепленной на стержне. Большинство цыплят клевали бусинку по крайней мере один раз в течение первых 10 с; цыплята, которые отказывались клевать в течение двух из трех предъявлений (менее 15%), исключались из эксперимента. Для обучения цыплятам предъявляли новую («аверсивную») бусинку, смоченную жгучим веществом (метилантранилат, Sigma). Цыплята, клюнувшие бусинку, демонстрировали типичную видоспецифическую аверсивную реакцию. «Слабое» обучение пассивному избеганию проводилось по аналогичному протоколу, но для смачивания «аверсивной» бусинки использовали 10%-ный раствор метилантранилата в этаноле (Gibbs M.E., Summers R.J. Effects of glucose and 2-deoxyglucose on memory formation in chicks: interaction with beta(3)-adrenoceptor agonist. Neurosci. 2002, 114:69-79). Тестирование проводилось через 24 часа после обучения и состояло из 10-секундного предъявления такой же «аверсивной» бусинки как при обучении, но сухой, и затем - нейтральной бусинки. Избирательная реакция избегания «аверсивной» бусинки оценивалась как наличие долговременной памяти. Для оценки уровня памяти сравнивали процент животных, демонстрировавших реакцию избегания, в разных экспериментальных группах; статистическую достоверность различий оценивали с помощью непараметрического критерия χ.
Пример 1. Возможность восстановления фармакологически нарушенной памяти.
Введение цыплятам соединения 1 перед обучением пассивному избеганию, сопряженным с нарушением синтеза белка, приводит к сохранению памяти. Животных обучали в стандартной модели пассивного избегания, приводящей к формированию устойчивой памяти. Через 5 мин после обучения в боковые желудочки мозга вводили блокатор синтеза белка анизомицин (80 мкг, 10 мкл на полушарие). При тестировании через 24 часа память у животных, получавших анизомицин, была нарушена по сравнению с контролем. В то же время введение 0.005 мг/кг соединения 1 за 30 мин до обучения увеличивало уровень избегания при тестировании через 24 часа у животных, получавших анизомицин (см.таблицу 1).
Из представленных результатов видно, что введение соединения 1 перед обучением предотвращает развитие амнезии, вызванной блокадой синтеза белка в мозге. Это свойство соединения 1 открывает возможность восстановления памяти, нарушенной в результате интоксикации путем фармакологического нарушения памяти, которое приводит к нарушению или снижению интенсивности метаболических процессов в мозге, например, при ослаблении или старении организма.
Пример 2. Возможность фармакологического усиления слабой памяти в момент напоминания.
Авторы использовали экспериментальную модель слабого обучения в сочетании с процедурой напоминания для проверки способности соединения 1 усиливать процесс извлечения памяти. Реактивацию памяти напоминанием проводили через 2 часа после слабого обучения; за 5 минут до напоминания животным вводили внутрибрюшинно 0.005 мг/кг соединения 1 и тестировали память через 24 часа после обучения. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Представленные результаты показывают, что при тестировании памяти через 24 часа после слабого обучения напоминание (реактивация памяти) не приводит к увеличению уровня воспроизведения навыка. В то же время реактивация памяти на фоне системного введения соединения 1 приводит к усилению памяти более чем на 200% по сравнению с животными, получавшими только напоминание или только введение соединения 1 через 2 часа после слабого обучения.
Следовательно, соединение 1 может быть использовано для усиления ослабленной памяти о ранее приобретенном опыте (о событиях, произошедших в прошлом), что открывает совершенно новые возможности его применения в клинике.
Таким образом, заявляемая группа соединений общей формулы 1 может быть с большим эффектом применена в качестве средства для восстановления утраченной памяти в норме и патологии у пациентов всех возрастных групп.
Таблица 1
СРЕДСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ УТРАЧЕННОЙ ПАМЯТИ В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ У ПАЦИЕНТОВ ВСЕХ ВОЗРАСТНЫХ ГРУПП НА ОСНОВЕ N,N'-ЗАМЕЩЕННЫХ 3,7-ДИАЗАБИЦИКЛО[3.3.1]НОНАНОВ, ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ЕГО ОСНОВЕ И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ.
Вводимые препараты
% избегания
i. p.Физ. раствор + i.c. Физ.раствор
95% * р<0.001
i.p. Физ.раствор + i.c. Анизомицин
17%
i.p. Соединение 1 + i.c. Анизомицин
68% * р=0.003
Таблица 2
Способы воздействия на память
% избегания
Слабое обучение
35% p=0.063
Слабое обучение + Напоминание
31% p=0.069
Слабое обучение + Напоминание + соединение 1
78% p<0.001
Слабое обучение + соединение 1
37% p=0.057