DE3200016C2

DE3200016C2 -

Info

Publication number: DE3200016C2
Application number: DE3200016A
Authority: DE
Inventors: Claudio Cavazza
Original assignee: Sigma Tau Industrie Farmaceutiche Riunite SpA
Current assignee: Sigma Tau Industrie Farmaceutiche Riunite SpA
Priority date: 1981-01-06
Filing date: 1982-01-02
Publication date: 1992-12-03
Also published as: IL64632A0; CH649218A5; US4382092A; DE3200016A1; FR2497510B1; JPS57136516A; GB2091101A; AU548787B2; BE891639A; JPH0424325B2; NL8200022A; IT1198434B; SE453569B; IT8147518A0; GR75132B; AU7908781A; SE8200007L; LU83869A1; FR2497510A1; IE52404B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von γ-Butyro betain bei der Behandlung von L-Carnitinmangelsyndromen.

γ-Butyrobetain (CH₃)₃N-CH₂-CH₂-CH₂-COOH ist bisher als thera peutisches Mittel nicht verwendet worden.

γ-Butyrobetain ist der Vorläufer des L-Carnitins auf dem Bio syntheseweg der zuletzt genannten Verbindung. Forschungen, die in den letzten Jahren ausgeführt worden sind, haben ergeben, daß der Biosyntheseweg des Carnitins in den folgenden Stufen mit Gewißheit angenommen werden darf:

B. J. Zaspel et al., Biochem. Biophys. Acta, 631 (1), 1980, S. 192 bis 202 bezieht sich auf Untersuchungen an gesunden Rat ten, an denen der Carnitin-Metabolismus, insbesondere die im Dünndarm vermittelte Synthese von Carnition aus der biochemischen Vorstufe Trimethylaminobutyrat (=γ-Butyrobetain) im Tierex periment bekannt ist. Dabei sind auch die unterschiedlichen Syntheseleistungen innerer Organe, wie Niere und Leber, bekannt, insbesondere die Tatsache, daß im gesunden Organismus nur die Leber zu einer Synthese von Carnitin aus Trimethylaminobutyrat befähigt ist (vgl. dazu CA., Vol 93 (1980), Nr. 165 051 a bzw. a. a. O. B. J. Zaspel et al.). B. J. Zaspel et al. führen auf Seite 201 im Absatz 3 aus, daß im Durchschnitt 0,12 µmol Carnitin aus 1,07 µmol Trimethylaminobutyrat pro Stunde gebildet wurde und daß die Erhöhung der Trimethylaminobutyrat-Menge auf das 20fache die Bildungsrate an L-Carnitin nicht erhöht hat. Auch CA., Vol 93 (1980) Nr. 165 051 a gibt keine Regel, wie Carnitinspie gel im Serum und im Gewebe durch die Verabreichung von γ-Tri methylammoniumbuttersäurealkylester-Hydrochlorid erhöht werden können, wenn Patienten mit den schon genannten Leber- und Nieren schäden behandelt werden.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß im Stand der Technik keine Angaben oder Anregungen zu finden sind, die sich auf sol che Patienten beziehen, deren Leber und Nieren nicht die Fähig keit besitzen, γ-Butyrobetain in L-Carnitin umzuwandeln.

Die chemische Synthese von γ-Butyrobetain ist dem Chemiker gut bekannt. Beispielsweise ist ein Verfahren zur Herstellung von γ-Butyrobetain in Can. J. Chem. 54 (1976), 3310-3311 beschrie ben. Die Lehren, die in diesem Artikel offenbart sind, werden durch Referenz in die vorliegende Beschreibung mit aufgenommen.

Die Entdeckung, daß L-Carnitinmangel der zugrundeliegende Fak tor von überraschenden, ernstlichen pathologischen Zuständen ist, besonders an jungen Personen, ist erst seit kurzem bekannt. So beschreiben 1983 Engel und Angelini (Engel AG, Angelini C: Carni tinmangel am humanen Skelettmuskel zusammen mit Lipidspeicherungs- Myopathie: Ein neues Syndrom. Science 179: 899-902, 1973; Engel AG, Angelini C, Nelson AR: Feststellung des Carnitinmangels als Ursache der Human-Lipidspeicherungs-Myopathie. In Milhorat AT (Herausgeber): Forschungskonzepte: II Steuermechanismus in der Entwicklung und Funktion von Muskeln. (Amsterdam, Excerpta Medica) Bericht über einen extrem niedrigen Carnitinspiegel in den Skelettmuskeln und eine in vitro reduzierte Oxidation von Fett säuren im Muskelgewebe einer 24 Jahre alten Frau, befallen von einer unüblichen Variation der Lipidspeicherungs-Myopathie.

1975, Karpati et al. (Neurology 25: 16-24, Januar 1975) be richten über einen Fall eines 11 Jahre alten Knaben, befallen von einem körperlichen Carnitinmangel. Wegen seiner ungenügenden mus kulären Entwicklung konnte der Knabe nur langsam gehen, er war nicht in der Lage zu rennen, springen und normal zu spielen. Körpergewicht und Körpergröße waren beide deutlich unterhalb der Normalwerte. Das Muskelgewebe wurde mittels Elektronenmikrosko pie geprüft und zwei Arten von Muskelzellen wurden festgestellt, nämlich eine normale und eine abnormale Muskelzellenart. Die letztere war charakterisiert durch die Anwesenheit eines Über schusses an Lipidtröpfchen und durch abnormale überschießende mitochondriale Querschnitte. Dem Jungen wurden 2 g D,L-Carnitin täglich fünf Monate lang verabreicht. Die Carnitinspiegel im Muskelgewebe, Leber und Plasma wurden sowohl beim Patienten, als auch bei seinen Eltern bestimmt und die Ergebnisse in der folgen den Tabelle zusammengefaßt wiedergegeben:

Carnitinspiegel

Es konnte festgestellt werden, daß vor der Carnitinverabreichung das Muskelgewebe des Patienten nur Spuren von Carnitin enthielt, während im Plasma und in der Leber der Carnitingehalt auf etwa 12% des Durchschnittswertes herabgesetzt vorlag.

Innerhalb von 2 Wochen ab Therapiegewinn mit Carnitin besaß der Patient eine stetige Verbesserung der Übungstoleranz, der Muskel kraft, einen allgemein guten Zustand und Appetit. Nach 5monat licher Verabreichung von D,L-Carnitin waren die vorstehenden Parameter alle weiter verbessert und der Patient war in der Lage, die volle Zeit in der Schule sowie Spiel- und Sportaktivitäten wieder aufzunehmen. Jedoch, während die Carnitinplasmaspiegel sich in den Normalbereich eingestellt hatten, waren die Carnitinspiegel in den Muskelgeweben und in der Leber unverändert und seine Mus kelgröße hatte sich nur gering bis mäßig vergrößert.

Die Autoren stellten dann fest, daß "die normale Überführung des γ-Butyrobetains in Carnitin in vitro durch die Leber des Patien ten einen Defekt in der Endstufe der Biosynthese ausgelöst hatte. Ein Versagen in irgendeiner der ersten Stufen des Biosynthese weges könnte noch möglich sein". Die Autoren folgerten, daß "ein primärer biosynthetischer Defekt, verbunden mit einem se kundären Defekt in der Lagerungs- oder Transportfähigkeit alle unsere Befunde erklären könnte" (Plasma- und Leberkonzentra tion vor der Carnitinverabreichung deutlich herabgesetzt; Muskelgewebe- und Leberkonzentration selbst nach 5monatlicher Verabreichung von Carnitin nicht erhöht und dies trotz der Normalisierung der Plasmacarnitinspiegel).

Schließlich hat kürzlich A. G. Engel über mögliche Ursachen und Wirkungen des Carnitinmangels beim Menschen berichtet: Carnitin Biosynthese, Metabolismus und Funktion. R. A. Frankel und J. D. Mc. Gary (Herausgeber) Academic Press, N. Y. 1980, stellen die Hypothese auf: "Wenn im Menschen die Nieren hauptsächlich für die γ-Butyrobetainsynthese zuständig sind und die Hauptrolle der Leber in der Hydroxylierung dieser Verbindung zu Carnitin zufällt, dann kann eine mangelhafte zelluläre Aufnahme von γ-Butyrobetain einen körperlichen Carnitinmangel bewirken." Basierend auf der Begründung der von diesem Autor entwickelten Hypothese würde man nicht vermuten, daß γ-Butyrobetain-Verabrei chung die Aufnahme dieser Verbindung verbessern würde und die Normalisierung des Carnitinspiegels im Muskelgewebe bei Patienten bewirken könnte, wenn diese Carnitinmangelsyndrome aufweisen.

Es ist nun gefunden worden (und dies ist eine Voraussetzung der vorliegenden Erfindung), daß die L-Carnitinmangelsyndrome auf einer unzulänglichen Biosynthese in den Skelettmuskeln und im Myocard von γ-Butyrobetain (dem unmittelbaren Vorläufer von L-Carnitin bei der Biosynthese dieser letzteren Verbindung) be ruhen und nicht eine ungenügende Biosynthese von 6-N-Trimethyl lysin oder Trimethyl-3-hydroxy-lysin, Verbindungen, die sich aus Lysin in den vorhergehenden Biosynthesestufen ableiten, der Grund ist.

In überraschender Weise wurde auch gefunden, daß γ-Butyrobetain- Verabreichung an Patienten mit L-Carnitinmangel-Syndromen (deren Leber und Nieren, wie schon erläutert, nicht die Fähigkeit be sitzen, γ-Butyrobetain in L-Carnitin umzuwandeln) nach einem ge wissen Behandlungszeitabschnitt nicht nur die L-Carnitin-Plasma spiegel, sondern auch die Gewebespiegel, besonders jene der Ske lettmuskeln, in den Normalbereich zurückbringen.

Das γ-Butyrobetain kann als oral oder parenteral verabreichbare pharmazeutische Zubereitung, welche eine therapeutisch wirksame Menge an γ-Butyrobetain etwa zwischen 25 bis etwa 1000 mg γ-Butyro betain, und pharmakologisch zulässige Trägermittel und/oder Ver dünnungsmittel aufweist, Verwendung finden.

Eine therapeutisch wirksame Menge aus γ-Butyrobetain wird so hoch gewählt, daß diese ausreichend ist, um durch Biosynthese in den behandelten Patienten eine solche Menge an L-Carnitin herzustel len, um dadurch normale Plasma- und Gewebespiegel zu erreichen.

In der Praxis werden etwa 2-20 mg γ-Butyrobetain/pro kg Körper gewicht/täglich oral oder parenteral verabreicht, wobei auch kleinere oder größere Dosierungen als diese angezeigten Mengen verabreicht werden unter Verwendung gesicherter beruflicher Er fahrungen und der Berücksichtigung des Alters, Gewichtes, des allgemeinen Zustandes und des pathologischen Status des zu be handelnden Patienten.

γ-Butyrobetain wird nach einem der üblichen pharmazeutischen Ar beitsverfahren zu Darreichungsformen für die orale oder parente rale Verabreichung verarbeitet, wobei gut bekannte Verfahren der Arzneimitteltechnik Verwendung finden. Diese Formen umfassen orale Einheitsdosierungsformen, Kapseln, Lösungen, Sirupe und dgl. sowie injizierbare Formen z. B. sterile Lösungen für Ampullen und Flaschen.

Die Verwendung von γ-Butyrobetain bei der Behandlung von L-Car nitin-Mangelsyndromen bewirkt weiterhin einen bemerkenswerten wirtschaftlichen Vorteil - im Vergleich zu der Verwendung von L-Carnitin -, daß zusätzlich die L-Carnitinspiegel auch in dem Muskelgewebe normalisiert sind. Im übrigen ist die industrielle Herstellung von γ-Butyrobetain weniger kompliziert und billiger als die L-Carnitinherstellung. Die L-Carnitinherstellung erfor dert die optische Antipodenabtrennung aus dem racemischen Gemisch, welches unvermeidlich bei der chemischen Synthese des Carnitins erhalten wird, während die Enzymverfahren, soweit sie bisher vor geschlagen worden sind, noch nicht befriedigen, besonders bei Anwendung im industriellen Maßstab.

Vergleichsuntersuchungen zum Nachweis einer erfinderischen Tätig keit

Sechs Patienten mit chronischer Nierenerkrankung im Alter von 45±7 Jahren wurden für die klinischen Vergleichsuntersuchung aus gewählt. Diese Personen mußen sich ständig dreimal wöchentlich einer Dialysebehandlung unterziehen.

Diese Patienten wurden zuerst mit der Verabreichung von L-Carnitin (35 mg Carnitin/kg Körpergewicht/täglich oral) 30 Tage behandelt. Vor dem Beginn und am Ende der Behandlungszeit wurden im Serum und im Muskelgewebe die Spiegelwerte an L-Carnitin (freies und Gesamt-L-Carnitin) durch ein enzymatisches Analyseverfahren nach Pearson, Chase und Tubbs ("The assay of (-)-carnitine and its O-Acyl derivates"), Meth. Enzymol. 9, 612 (1966) bestimmt.

Die erhaltenen Daten (L-Carnitin-Konzentration ist angegeben in µmol von L-Carnitin/g von Nicht-Collagen-Proteinen) sind in der linken Spalte der Tabellen 1 und 2 wiedergegeben.

Danach folgte aus Auswaschzeit ein Zeitabschnitt von einem Monat. Dann wurde den gleichen Patienten 30 Tage 31,5 mg γ-Butyrobetain/ kg Körpergewicht/täglich oral verabreicht. (31,5 mg γ-Butyro betain ist die Menge, die 35 mg L-Carnitin unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Molekulargewichte von 145,2 bzw. 161,2 ent spricht.)

Wieder wurden vor und nach der Behandlung mit γ-Butyrobetain im Serum und im Muskelgewebe die Spiegelwerte von L-Carnitin (Freies und Gesamt-L-Carnitin) nach der schon angegebenen Analysen methode bestimmt.

Die erhaltenen Daten sind in der rechten Spalte der Tabellen 1 und 2 angegeben und in den Fig. 1, 2, 3 und 4 grafisch dargestellt.

Die statistische Signifikanz der vorstehend genannten Daten ist in den Tabellen 3 und 4 wiedergegeben.

Diskussion der Untersuchungsergebnisse

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils rechts in Verbindung mit den An gaben in der Tabelle 1, daß die Spiegelwerte für freies L-Carnitin und Gesamt-L-Carnitin durch orale Verabreichung von L-Carnitin an chronisch Nierenkranken (Dialysepatienten) im Serum gering fügig angehoben werden können, jedoch wie Fig. 3 und Fig. 4 jeweils rechts in Verbindung mit den Angaben in der Tabelle 2 verdeutlichen, werden die Spiegelwerte für freies L-Carnitin und Gesamt-L-Carnitin im Muskelgewebe nur sehr geringfügig oder auch gar nicht angehoben.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils links in Verbindung mit den Angaben in der Tabelle 1, daß die Spiegelwerte im Serum für freies L-Carnitin und Gesamt-L-Carnitin durch orale Verabreichung der entsprechenden Menge an γ-Butyrobetain in überraschender Weise ganz beträchtlich erhöht werden und in völlig unerwarteter Weise, wie dies Fig. 3 und Fig. 4 jeweils links in Verbindung mit den Angaben in der Tabelle 2 beweisen, auch die Spiegelwerte für freies L-Carnitin und Gesamt-L-Carnitin im Muskelgewebe auf völlig unerwartete hohe Werte angehoben werden.

Tabelle 1

Ergebnisse der L-Carnitin-Bestimmung in Serumproben

Tabelle 2

Ergebnisse der L-Carnitin-Bestimmung in Muskelgewebeproben

Tabelle 3

Student′s T Test

Tabelle 4

Student′s T Test

Es folgen Beispiele für oral und parenteral verabreichenbare phar mazeutische Formulierungen:

Beispiel 1
Rezeptur für Kautabletten
γ-Butyrobetain\|1 g
aromatisches Minzepulver	0,075 g
Saccharose	1,730 g
Magnesiumstearat	0,030 g
Maisstärke	0,090 g
Das vorstehende Gemisch wurde zu einer Kautablette verpreßt.

Beispiel 2
Rezeptur für ein Trinkfläschchen
γ-Butyrobetain\|1 g
Apfelsäure	34 mg
Benzoesäure	48 mg
Natriumsaccharin-Dihydrat	5 mg
Orangenaroma	0,02 mg
destilliertes Wasser zum Auffüllen auf	10 ml

Beispiel 3
Rezeptur für eine Injektions-Ampulle
γ-Butyrobetain\|1,04 g
steriles Wasser	5,20 ml
10% verdünnte Chlorwasserstoffsäure (USP*), d = 1,046)	0,01456 ml
*) USP = United States Pharmacopeia

Claims

Verwendung von γ-Butyrobetain bei der Behandlung von L-Carnitin mangelsyndromen.