Antidiabetikumok a vércukorszint-csökkentők
Cukorbetegség: statisztikai adatok 2015
2011
2015
Előrejelzés 2040-re
Cukorbetegek száma a világon
300 millió
415 millió
642 millió
Cukorbetegek száma a Magyarországon
568 ezer
697 ezer
Anyagi terhek USD/év
378 milliárd
673 milliárd
802 milliárd
A szénhidrát anyagcsere és szabályozása A hasnyálmirigy, mint központi szerv Hormonok: inzulin, glükagon, szomatosztatin, … Szénhidrát anyagcsere zavara: cukorbetegség (diabétesz) • 1-es típusú diabétesz mellitusz teljes inzulinhiány kezelés: külső inzulin bevitel • 2-es típusú diabétesz mellitusz (90 %) elégtelen inzulintermelés és/vagy a szövetek inzulin érzékenységének csökkenése kezelés: diéta,testmozgás, orális antidiabetikumok • gesztációs diabétesz Szövődmények: • látószervi • veseműködési • idegrendszeri • szív és érrendszeri komplikációk
2015 Világon: 5 millió Mo: 9200
I. Inzulin és analógjai II. Orális antidiabetikumok Inzulinotrop vegyületek: Szulfonil-karbamidok Meglitinid-típusú vegyületek
Inkretin hatáson alapuló terápia: DPP-4 gátlók GLP-1 agonisták (sc)
Inzulin-érzékenyítők Biguanidszármazékok Tiazolidindionok
Alfa-glikozidáz-gátlók SGLT gátlók
Az inzulin töténete Frederick G. Banting és John Macleod: Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1923 "for the discovery of insulin.
The Nobel Prize in Chemistry 1958 was awarded to Frederick Sanger "for his work on the structure of proteins, especially that of insulin". Sanger 1918-ban született, egyetlen kétszeres kémiai Nobel díjas. Az inzulin volt az első protein, melynek meghatározták a szekvenciáját!
Az inzulin harmadlagos szerkezetét röntgenkrisztallográfiás módszerrel határozták meg, a módszer kidolgozója és a szerkezet megfejtője Dorothy Mary Hodgkin 1964-ben Nobel díjat kapott. Rosalyn Sussman Yalow 1977-ben: orvosi Nobel Díj a radioimmunoassay kidolgozásáért (inzulin meghatározása)
Az inzulin szerkezete 51 aminosavból felépülő polipeptid, 5808 Dalton 60
59
61 62
2 lánc: A: 21 tagú B: 30 tagú
63 64
54 53
52
gly
47
gly
ser
46 gly
phe
45 gly
44 leu
gln
glu
66
gly
67
lle
gln 41 gly 40
A-lánc
COOH
val gln
69
S
gln
NH2
70
cys thr 72
phe
73
B-lánc
asn
S
ser
leu
glu
lle cys ser leu tyr gln 82 81 80 76 77 78 79
85
leu 37
84
asp 36 glu 35
kihasadó ala rész
74 75
S
gln 4
gln 38
83
2 asn 3
val 39
asn cys 86 tyr
S
cys 71
val
5 leu 6 cys
arg 32
7
thr pro
ser 8 9
his 10
leu 11
val
glu
arg 31
lys 30
S
gly
gly
phe
phe
ala leu arg 25 tyr leu val cys gly glu 12 24 13 14 23 15 16 17 18 19 20 21 22
34
glu 33
S
his
43
val 42
arg
1
izoelektromos pontja pH = 5,3-nál van
48 pro
lys
65
68
>
glu
57 56 55
51 50 49 leu ser gly ala leu pro gln ala leu gly 58
tyr 26
thr 27
28
29
- natív inzulin dimer - a kristályos inzulinban 6 egységből álló „hexamer” található - a kristályos inzulin oldhatóságát cinkionok csökkentik.
Az inzulin hatásmechanizmusa inzulin inzulin
glükóz
Inzulinreceptor
Plazma
GLUT-4-et tartalmazó vezikulák
Az inzulin terápiás alkalmazása Nem-humán (állati eredetű) inzulin -az aminosav sorrend a legtöbb emlősben igen hasonló: A lánc
B lánc
8-as
10-as
30-as
ember
Thr
Ile
Thr
sertés
Thr
Ile
Ala
marha
Ala
Val
Ala
Hátrány: allergizál
-hatásukat a humán inzulin-receptoron is kifejtik Biotechnológia A ma leginkább alkalmazott eljárás a rekombináns DNStechnológia, amelynek során Escherichia coli-ban termeltetik a humán inzulint.
Az inzulin analitikája I.Előállítás: • Sertés-hasnyálmirigyből nyert inzulinból enzimes módosítással (megfelelő tisztítással) • Rekombináns DNS technológia II. Azonosság: • Tartalmi meghatározás során nyert kromatogramok vizsgálata: főcsúcs retenciós idő azonossága • Peptidtérkép-vizsgálat III. Tisztaságvizsgálat: • inzulinnál nagyobb molekulatömegű szennyezők (méretkizárásos kromatográfia) • a bomlástermékek (dezamido-inzulin)
IV. Tartalmi meghatározás: • RP-HPLC
Az inzulin analitikája Az aszparagin dezamidálódása pH 2-3 (4°C, 1 hónap) 1-2 % A lánc C-terminális Asn: • dezamidálódik, gyűrűzárás • vízzel reagálva Asn Asp • N-terminális Phe aminocsoportját acilezheti
pH 7 B lánc 3. Asn: • dezamidálódik, gyűrűzárás • hidrolizálódik eltérő szerkezetű peptidekké • aktív származékok
-NH3
Az inzulin-analógok Cél: A normál inzulinszint minél tökéletesebb utánzása
Reggeli
Ebéd
Vacsora
50
• bazális • posztpandriális 25
4:00
8:00
12:00 16:00 20:00
24:00
4:00
8:00
Az analógok olyan kémiailag módosított származékok, melyekben az aktív monomer-hexamer egyensúlyt a megfelelő irányba tolják el a kívánt hatás elérése céljából. hosszúhatású - középhatású - gyors - ultragyors
Kapillárisfal
Az inzulin-analógok
Az inzulin-analógok Hatásmax. Hatás tartam
Vegyület
Ultragyors -hatású
60 perc
2-5 óra
lispro aszpartát glulizin
kevésbé hajlamos hexamer-képződésre azonnal a véráramba jut
Gyorshatású
2-4 óra
6-8 óra
humán inzulin
hexamereket alkot lassítja a vérbe való felszívódást
Közepeshatású
6-10 óra
12-18 óra
izofán
inzulin+protamin+Zn (NPH-inzulin) sc. adva:1.protamin elbomlik 2.felszabadul az inzulin
lente
acetátpuffer+Zn
glargin
+ 2 Arg (az eredeti IEP (5,3) megnő ) oldékonysága savas pH (inj. közege) kiváló, pH 7,4 leromlik az oldhatóság
Hosszúhatású
6 óra (csekély)
20-24
Ultra-lente detemir
Mirisztinsav
kristályos inzulin lassan szívódik fel
albumin kötődés
Orális antidiabetikumok Inzulinotrop vegyületek Szulfonil-karbamidok
O O
O
NHR
S
O
NH
S
O
NHR O
NHR
S
O
Y
NH2
antibakteriális
X
antidiabetikus
X
diuretikus
szulfonil-karbamidok • ATP-függő K+-csatorna gátlás • Depolarizáció • Feszültség-függő Ca2+-csatorna nyílik • exocitózis
az aromás (R1) és az alifás (R2) lipofil oldalláncok felelősek • a potenciában (receptor kötődés) • a metabolizmusban • a kiürülésben • a hatástartamban mutatkozó különbségekért
első-generáció
második-generáció
szulfonil-karbamidok Sav-bázis tulajdonságok
• Szöveti pH-n anionosak:
• Májban metabolizálódnak döntően inaktív metabolitok
pKa~5-6
glimepirid
szulfonil-karbamidok Gyógyszerkönyvi vizsgálatok:
glibenklamid
gliklazid
Azonosítás
UV, OP, IR, VRK, kémiai
Tartalmi
etanol jégecet NaOH perklórsav potenciometria potenciometria
IR
glimepirid
glipizid
IR
UV IR VRK
RP-HPLC
DMF LiOMe quinaldin-vörös
amfoter: pKa1=2,9, pKa2=5,8
meglitinid-típusú gyógyszerek • Szulfonamid-típusú antidiabetikumok kutatása során O • Glibenklamid analóg Cl • Szulfonamid szerkezet elhagyása N H OCH3
COOH
meglitinid
Új orális antidiabetikum csoport nateglinid
H3C
H3 C
O
COOH
H3C
HN
repaglinid
CH3
COOH N
O N H
O
CH3
• Inzulin szekréciót fokozó szerek • Működő β-sejt szükséges • Hatásmechanizmus: zárják β-sejt membránján ATP-függő K+-csatornákat szulfonamidoktól eltérő célfehérjén • Gyorsan ható (1óra hatás maximum), rövid hatás (4 óra)
Inkretin hatáson alapuló terápia Inkretinek: • étkezés követően szabadulnak a vékonybél L sejtjeiből • GIP (glucose-dependent insulinotropic peptide) • GLP-1 (glucagon-like peptide)
GLP-1 élettani hatásai: • Stimulálja az inzulin szekréciót ÚJ, LEHETSÉGES TARGET • Gátolja a glükagon felszabadulást • Késleltetett gyomor kiürülés • Csökkentett táplálékfelvétel • Normalizálja az éhomi és táplálkozás utáni inzulin szekréciót
Inkretin hatás befolyásolása: GLP-1 receptor agonisták DPP-4 inhibitorok
DPP-4
GLP-1 agonisták Subcutan adagolás
97% homológia 24. Lys-hez glutaminsavon keresztül hosszú láncú zsírsav fehérje kötődés a plazmában t1/2= 12-14 óra (napi 1x)
szintetikus exenidin-4 53 % azonos nem bontja DPP-4 t1/2= 2-3 óra hatás: ~ GLP-1 Napi 2x étkezések előtt exenatid LAR (heti 1x)
Dipeptidil-peptidáz-4 gátlók: „gliptinek” sitagliptin CF3 F
N N
N N
NH2 O
F F
O HN
N CN
O
HO
H N
vildagliptin HO
NH2
CN saxagliptin
H
alogliptin
Inzulin-érzékenyítők Biguanidszármazékok Guanidin karbamid imidje jó vércukorszint-csökkentő toxikus
guanidin
biguanid
• fokozzák az inzulin–receptor kötődést • növelik a vázizomsejtek és a májsejtek glükózfelvételét • gátolják a májban a glükoneogenezist • gátolják a glükóz felszívódását a bélből
Fenformin
Buformin
Metformin
Biguanidszármazékok
• Metformin pKa1: 3,14 pKa2 13,85
• Igen poláris, ezért (is) alacsony biohasznosíthatósága van (50-60%) • Nincsenek metabolitjai, változatlan formában ürül • A ritka, de fatális kimenetelű tejsavas acidózis miatt a legtöbb származékot már visszavonták
Metformin HCl · HCl
Gyógyszerkönyvi vizsgálatok
• Azonosítás: OP, IR, VRK, Sakaguchi-reakció
R-
Itt: OBr- ezért esetleges brómozás is lehetséges
RR-
Metformin • F szennyező: CH3-NH-CH3 RP-HPLC:de poláris a szennyező, és nem is UV aktív H3C származékképzés: O2N
O2N
F
N
CH3
• Rokon vegyületek: ioncserés kromatográfia: Cianoguanidin (A) pKa=?
rel. ret. 0,1
NO2
NO2
mozgófázis: NH4H2PO4 oldat, pH=3 állófázis:szulfonsav csoport (SCX-HPLC)
Melamin (D) pKa=5,35
rel. ret. 0,2
Metformin pKa1=3,14
pKa2=13,85
tR=~10 perc
• Tartalmi meghatározás Hangyasavas oldást követően acetonitrilben perklórsavval titráljuk, potenciometriás végpont jelzés mellett
Tiazolidindionok • • • • •
PPARγ (peroxiszoma proliferátor aktivált gamma-receptor) szelektív agonistái az aktivált receptor a sejtmagban az inzulin termelődéséért felelős specifikus gének transzkripcióját indítja el megnövelik a célszövetek inzulin érzékenységét megnövelik a glükóz felvételét és felhasználását az izom- és zsírszövetben csökkenti az IR-t Általános képlet
Kedvezőtlen mellékhatásprofil miatt a roziglitazont kivonták a forgalomból: Kardiovaszkuláris mh: folyadék visszatartás szívelégtelenség kockázata
Hatóanyag
troglitazon O
H N
R H3C
O
CH3 OH
–
CH3
O
N
roziglitazon
R
van CH3
S
O
Forgalomban
pioglitazon
-
N CH3 N
CH3
+
Sav-bázis tulajdonság
Endogén ligand
Alfa-glikozidáz-gátlók • I. és II. típusú diabéteszben • gátolják a bélben lévő α-glikozidáz enzimek működését • szénhidrát emésztés lassul • mérséklik, késleltetik a vércukorszint emelkedést étkezés után
Komplex-szénhidrát Hasnyálmirigy amiláz
oligoszacharid Intesztinális glikozidáz
kellemetlen GIT mellékhatások monoszacharidok
-glikozidáz gátlók
lineáris pszeudo-tetraszacharid SAR feltérképezése után: • a három cukor nem feltétlenül szükséges a hatáshoz • az aminocsoportot gyűrűbe kell foglalni • pentahidroxi-piperidin szerkezet
Akarbóz Gyógyszerkönyvi vizsgálatok
• Azonosítás: IR, HPLC • Vizsgálatok: fajlagos optikai forgatóképesség rokonvegyületek: HPLC Állófázis:
aminopropil-szilika (poláris, kémiailag módosított szilikagél
Mozgófázis:
ACN+foszfátpuffer pH=7
• Tartalmi meghatározás: HPLC
SGLT gátlók
Inzulintól függetlenül fejtik ki a hatásukat
• B-sejtfunkciótól függetlenül hat • Kiegészíti az inzulinfüggő mechanizmusokat • Kis valószínűséggel okoz hipoglikémiát
dapagliflozin
empagliflozin SLGT-2 gátlók hatásmechanizmusának előnyei
Napi glükózürítés :~70 g • HBA1c érték szignifikáns csökkenése • Testtömegcsökkenés • VNY csökkenés
