Абстрактный
Коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19) — это высококонтагиозное заболевание, вызываемое коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2). Первоначально выявленный в Ухане (Китай) в декабре 2019 года, COVID-19 быстро распространился по всему миру, что привело к пандемии COVID-19. Носители SARS-CoV-2 могут испытывать симптомы от легких до тяжелых (или вообще не иметь симптомов). Хотя вакцинация обеспечивает дополнительный иммунитет к SARS-CoV-2, существует острая необходимость в разработке методов лечения COVID-19 для облегчения симптомов у носителей болезни. При поиске потенциального лечения дейтерированные соединения сыграли решающую роль либо в качестве терапевтических агентов, либо в качестве внутренних стандартов MS для изучения фармакологических свойств новых лекарств путем количественного определения исходных соединений и метаболитов. Мы определили > 70 примеров соединений, меченных дейтерием, связанных с лечением COVID-19. Из них мы обнаружили 9 перепрофилированных препаратов и более 20 новых препаратов, изученных на предмет потенциальной терапевтической роли, а также в общей сложности 38 соединений (лекарства, биомаркеры и липиды), изученных в качестве внутренних стандартов масс-спектрометрии. В этом обзоре подробно описаны пути синтеза и способы действия этих соединений (если они известны), а также краткий анализ каждого исследования.
Введение
Разработка и открытие лекарств от COVID-19
COVID-19 в первую очередь характеризуется как острое респираторное заболевание, вызываемое воздушно-капельным коронавирусом SARS-CoV-2, также являющимся РНК-вирусом. К августу 2022 года пандемия COVID-19 привела к почти 600 миллионам инфекций, примерно 6,4 миллиона смертей, серьезным нарушениям мировой торговли и путешествий и закрытию местных предприятий. В то время как у большинства пациентов наблюдается легкая или умеренная респираторная инфекция и лихорадка, и они могут выздороветь без необходимости специального лечения, у некоторых COVID-19 протекает более тяжело, что приводит к серьезной остановке дыхания и полиорганной недостаточности, требующей интенсивной терапии. Люди с ослабленным иммунитетом подвержены большему риску тяжелых симптомов COVID-19 или смерти, в то время как их иммунный ответ на вакцинацию не такой сильный, как у людей без ослабленного иммунитета.Хотя вакцинация является наиболее эффективным способом избежать серьезных случаев COVID-19, лечение по-прежнему необходимо для уменьшения симптомов и ускорения процесса выздоровления. Два основных подхода, которые были предприняты для открытия лекарств, которые можно было бы использовать для лечения COVID-19, включают перепрофилирование известных лекарств.
(1)и разработка новых лекарств.
(2)Оба типа препаратов предлагается действовать либо путем нарушения определенного компонента жизненного цикла коронавируса.
(3)или в качестве противовоспалительных средств,
(4)изменение реакции организма на вирус. В настоящее время несколько методов лечения одобрены FDA.
(5)в то время как проводится множество исследований (включая клинические испытания), чтобы продемонстрировать эффективность лечения против COVID-19.
(6)При поиске потенциального лечения COVID-19 дейтерированные препараты (соединения, в которых часть атомов водорода заменена на дейтерий) изучались либо в качестве терапевтических средств, либо в качестве внутренних стандартов MS для изучения фармакологических свойств новых лекарств путем количественного определения исходного соединения и возможные метаболиты с помощью жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии (ЖХ/МС). На сегодняшний день не проводилось никаких работ по обзору этих дейтерированных соединений. Таким образом, в этой статье предлагается всесторонний обзор всех дейтерированных соединений, исследованных в качестве внутренних стандартов, потенциальных методов лечения или биомаркеров во время разработки лечения COVID-19, а также путей их синтеза и способов действия (где это известно).С момента одобрения FDA первого дейтерированного препарата в 2017 г.
(7,8)наблюдается большой всплеск интереса к разработке новых методологий дейтерирования и получению новых соединений, меченных дейтерием.
(9)Было обнаружено, что включение дейтерия преодолевает ограничения лекарств, связанные с токсичностью, биодоступностью и фармакокинетикой, в основном за счет изменения метаболического профиля рассматриваемого лекарства.
(10,11)Кроме того, формирование дейтерированных соединений в качестве внутренних стандартов для аналитических целей выгодно из-за доступности и экономической ценности дейтерия по сравнению с другими изотопами, такими как
15 N или
18 O.Путем сопоставления исследований с участием дейтерированных соединений, связанных с COVID-19, этот обзор призван стать удобным справочным инструментом для практикующих специалистов в области химии изотопного обмена, а также для медицинских химиков, особенно тех, кто участвует в разработке методов лечения COVID-19 или методов исследования. эффективность таких методов лечения. Освещая подходы, используемые в синтезе и применении дейтерированных лекарств и биомаркеров, мы надеемся вдохновить на новые идеи для соединений, меченных дейтерием, помимо того, что описано в литературе.
Дейтерированные соединения
Дейтерий (D) представляет собой изотоп водорода (H), имеющий то же число протонов, но удвоенную массу из-за нейтрона в ядре. Таким образом, замена H на D приводит к небольшому увеличению энергии активации (EA), необходимой для разрыва связи (1,4 ккал/моль), а также к более низкой скорости реакции по сравнению с C–H (C–D имеет более низкую нулевую точку энергия), эффект, известный как первичный кинетический изотопный эффект дейтерия (DKIE) и выражаемый как
k H /
k D , отношение констант скорости реакции C-H к разрыву связи C-D.
(12)Хотя значение EA кажется незначительным, особенно с учетом почти постоянной температуры тела 37–39 ° C, было показано, что он изменяет метаболические профили соединений, метаболические пути которых зависят от расщепления связи C–H.
(11)Примеры включают лекарства, метаболизируемые цитохромом P450 или альдегидоксидазами, дейтерирование которых может привести к получению фармацевтических соединений с улучшенной фармакокинетикой и сниженной токсичностью.
(13)но равный по силе исходному препарату.
(11,14)Однако некоторые дейтерированные препараты не обеспечивают улучшения метаболического процесса, в то время как другие склонны к неожиданному метаболическому переключению, в результате чего дейтерированный аналог не имеет фармакокинетических преимуществ по сравнению с исходным соединением.
(15)Поскольку дейтерированные препараты пространственно идентичны и имеют то же распределение заряда, что и их недейтерированные аналоги, в большинстве случаев оба имеют сходные физико-химические свойства, например, липофильность,
(16)и, следовательно, взаимодействуют с клеточными компонентами, такими как ферменты, ионные каналы, рецепторы и переносчики.
(7,17)Однако несколько исследований показали, что мечение дейтерием может оказывать комплексное влияние на межмолекулярные взаимодействия.
(18)и связывание с ферментами,
(19)в то время как другие исследования, особенно сосредоточенные на рецепторах гистамина, поставили под сомнение тот факт, что мечение сохраняет те же взаимодействия с мишенью, что и соединение, содержащее протий.
(20)В этой статье мы рассмотрим дейтерированные препараты, которые исследовались в качестве возможных терапевтических средств для лечения COVID-19, а также те, которые использовались в качестве внутренних стандартов MS для изучения свойств новых или перепрофилированных препаратов, изучаемых в качестве вариантов лечения COVID-19. .
Дейтерированные препараты как терапевтические средства для лечения COVID-19
Некоторые препараты, которые продемонстрировали эффективность против SARS-CoV-2, требуют относительно высоких дозировок и/или вызывают у пациентов побочные эффекты. Это вызывает особую озабоченность, поскольку у пациентов, страдающих COVID-19, уже нарушена иммунная система. Для некоторых противовирусных и противовоспалительных препаратов COVID-19 токсичность приписывается исходному соединению, а в некоторых случаях замешаны реактивные метаболиты. Кроме того, COVID-19 вызывает воспаление печени, что приводит к подавлению печеночных ферментов цитохрома Р450, вызывая снижение клиренса лекарства, повышение концентрации лекарства в плазме и в некоторых случаях тяжелую токсичность, вызывая дальнейшее ухудшение состояния пациентов с COVID-19.
(21)Потенциал токсичности противовирусных препаратов COVID-19 усиливается как наличием сложного заболевания, так и тем фактом, что несколько препаратов часто используются одновременно.
(22)Например, сердечная дисфункция, связанная с COVID-19, может усугубляться некоторыми лекарствами от COVID-19.
(23)Кроме того, межлекарственные взаимодействия на уровне распределения лекарств, включая метаболизм и транспорт, могут повышать концентрацию некоторых лекарств и их метаболитов в плазме, что еще больше увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.Дейтерирование дает возможность улучшить три основные характеристики лекарств: (i) безопасность лекарства за счет «метаболического шунтирования» (образование менее токсичных метаболитов), (ii) более высокую переносимость лекарства, что означает, что лекарство можно вводить в более низкие дозы и что он остается при более постоянной концентрации в плазме крови (а не имеет ярко выраженные пики и впадины), и (iii) повышенная биодоступность лекарственного средства (
рис. 1 ).
(24)Это активизировало исследования дейтерирования известных лекарств, которые были исключены из клинических исследований или обращения из соображений безопасности, что привело к недавнему одобрению первого дейтерированного препарата для коммерческого использования Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Этот препарат представляет собой дейтетрабеназин (
1 ), дейтерированную версию тетрабеназина (
2 ) (
рис. 2 ), используемый для лечения болезни Гентингтона, расстройства непроизвольных движений.
В случае
1 замена шести метоксипротиев на дейтерий слегка изменяет метаболизм препарата, повышая его безопасность и переносимость за счет увеличения периода полувыведения и более стабильной концентрации в плазме.
(7)Поскольку прямых испытаний с тетрабеназином никогда не проводилось, до сих пор не ясно, есть ли значительное преимущество в плане безопасности. Однако рекомендуемая суточная доза тетрабеназина примерно вдвое превышает рекомендуемую начальную дозу дейтетрабеназина.
(26)Дейтерированные версии различных лекарственных соединений в настоящее время изучаются в качестве лечения; по состоянию на 2019 год в клинических испытаниях находилось более 20 дейтерированных препаратов, 6 из которых достигли фазы III, а на дейтерированные лекарственные соединения было подано 200–300 патентов.
(11)Несколько дейтерированных препаратов были изучены в качестве потенциальных терапевтических средств для лечения COVID-19. Эти соединения являются изотопологами (то есть молекулами, которые отличаются от исходной молекулы только своим изотопным составом) либо перепрофилированных лекарств, либо совершенно новых лекарств. Эти соединения рассматриваются в следующем разделе.
Перепрофилированные наркотики
Деупирфенидон (LYT-100)
Деупирфенидон или LYT-100 (
3 , CAS № 1093951-85-9) представляет собой дейтерированную форму пирфенидона (
4 ) (
рис. 2 ), первоначально использовавшуюся для лечения идиопатического легочного фиброза, тяжелого заболевания легких.
(27)LYT-100, разработанный компанией PureTech Health (базирующейся в Бостоне) и в настоящее время проходящий фазу 2 клинических испытаний ( идентификатор
ClinicalTrials.gov NCT04652518), уже рассматривался для лечения лимфедемы (воспаления легких) и фиброза легких еще до пандемии и, следовательно, идеально подходит для лечения пациентов, страдающих длительным течением COVID-19.
(27,28)Метаболизм пирфенидона осуществляется цитохромом Р450 (CYP1A2) и включает окисление метильной группы в положении С-5 пиридин-2(
1Н )-онового кольца
4 , что приводит к образованию первичного метаболита, 5-карбокси. -пирфенидон (
5 ), который неактивен по сравнению с
3 или
4 . Таким образом, замена водорода на дейтерий в метильной группе должна ингибировать метаболизм препарата и позволить менее частое дозирование, и это было продемонстрировано в ходе клинического испытания фазы 1 2021 года ( идентификатор
ClinicalTrials.gov NCT04243837).
(29)Когда
3 подвергается метаболизму, вторичные метаболиты 5-гидроксиметилпирфенидон-
d 2 (
6 ) и 4′-гидроксипирфенидон-
d 3 (
7 ) образуются в низких концентрациях.
(28)Деупирфенидон (пирфенидон-d3
) (3 )
может быть получен многими способами, в основном с использованием алкиллития при криогенных температурах.
(30,31)Однако совсем недавно было сообщено о трех маршрутах, которые используют более мягкие условия и дают более высокие урожаи. Во- первых,
3 можно получить с помощью видимого света (390 нм), катализируемого ТБАДТ/тиолом мечения дейтерием с выходом 85%, но с включением D только 54%.
(32)Во- вторых,
3 может быть получен с помощью катализируемого никелем метилирования йодметаном-
d 3 с выходом >69% в мультиграммовом масштабе (% D не указан).
(33)Наконец, Фальб и соавт. продемонстрировали, что
3 может быть получен в мультиграммовом масштабе с выходом 88% с обогащением D> 99% с использованием условий кросс-сочетания Судзуки-Мияуры.
(34)Первоначально дейтерометильная группа была установлена с помощью дорогостоящего метилтрифторбората калия (CD
3 BF
3 K). Несмотря на то, что этот путь позволил получить продукт с выходом 88%, процедура была изменена, чтобы избежать использования этого химиката, путем использования более экологичного и менее дорогого CD
3 B(OH)
2 (
схема 1 ). Реакция может быть проведена, начиная с
8 и продолжая либо через: (а) путь «метилирование-последнее» (включая сочетание метилбороновой кислоты-
d 3 с
9 с использованием Pd(OAc)
2 и лиганда RuPhos) в 84% в целом выход, или (b) маршрут «метилирование-сначала» (
8→
10 →
11 →
3 ).
К сожалению, для последнего не был приведен процентный выход для конверсии Чана–Лама
11 →
3 . Можно предположить, что он аналогичен выходу, полученному в реакции сочетания Чана–Лама недейтерированного аналога
11 с фенилбороновой кислотой (70%) .
(34)что дает общий выход для пути «метилирование сначала» 45%.
Ингибиторы РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp)
Фермент РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) является важной терапевтической мишенью при заболеваниях, вызванных РНК-вирусами, включая SARS-CoV-2. Нуклеозидные ингибиторы (обычно в форме нуклеозидтрифосфата) действуют путем связывания с белком RdRp в активном центре фермента, тем самым мешая стадии синтеза РНК.
(35,36)В этом коротком подразделе мы описываем дейтерированные ингибиторы RdRp, которые были перепрофилированы для потенциального лечения COVID-19.
Дейтерированное пероральное производное ремдесивира VV116. Ремдесивир (
12 ) (
рис. 3 ), нуклеотидный пролекарство для внутривенного введения, в настоящее время одобрен FDA для лечения COVID-19.
(5)Два других аналога [молнупиравир (
13 ) и AT-527 (
14 )], принимаемые перорально, находятся в фазе II/III клинических исследований COVID-19 [ идентификаторы
ClinicalTrials.gov NCT04405570 (молнупиравир) и NCT04709835 (AT-527)].
(37)Се и др. с тех пор разработали дейтерированный пероральный нуклеозид-кандидат против SARS-CoV-2, VV116 (
15 ), который также проходит клиническую оценку (фаза II/III) в качестве терапевтического средства против COVID-19 ( идентификатор
ClinicalTrials.gov NCT05242042).
(38)Соединение
15 , дейтерированное по С7 пирролотриазинового кольца, представляет собой модифицированную версию GS-441524 (
16 ), исходного нуклеозида ремдесивира (
12 ), который ингибирует репликацию SARS-CoV-2, но в основном нацелен на печень, в то время как COVID -19 в первую очередь болезнь легких.
Предполагается, что дейтерирование в этом положении ингибирует ферментативное расщепление кольца (либо за счет окисления двойной связи, либо за счет раскрытия кольца триазина).
(38)Кроме того, включение функционального эфира триизомасляной кислоты в
15 улучшило фармакокинетику in vivo по сравнению с фармакокинетикой исходного нуклеозида (
16 ), в то время как его форма в виде гидробромидной соли придала ему дополнительную растворимость в воде (и другие улучшенные физические свойства). По сравнению с другими подобными производными
16 ,
15 продемонстрировал наиболее благоприятные физико-химические свойства и лучшую биодоступность при пероральном приеме, эффективность против SARS-CoV-2 и безопасность на мышах, крысах и собаках в последующем доклиническом исследовании. Кроме того, недавнее исследование продемонстрировало безопасность и переносимость
15 здоровыми китайскими пациентами.
(39)VV116 (
15 ) может быть получен с общим выходом 15% в 5 стадий, начиная с коммерчески доступного субстрата
17 (CAS № 1355357-49-1) (
схема 2 ).
(38)Соединение
17 сначала йодируют с образованием промежуточного соединения
18 , а затем вводят дейтерий в соединение
18 с использованием палладиевого катализатора, образующего комплекс с TMEDA, и восстанавливают с использованием NaBD
4 с образованием соединения
19 с выходом 55% (включение D ≥98%).
Затем 19 может быть преобразован в
15 посредством следующих трех стадий: снятие защиты с ОН до
20 (монодейтерированный аналог
16 ), защита амином с образованием
21 и, наконец, однореакторное ацилирование с последующим снятием защиты с амина до
15 .
В последующем исследовании,
(40)Чжэн и др. опишите более эффективный подход к синтезу
19 , который включает восстановление
18 с помощью триэтиламина, палладия и газообразного дейтерия (D
2 ) при 60 ° C в течение 1 часа. В этом методе
19 был получен с выходом 92% с включением D 99%. Кроме того, Чжэн и его коллеги сообщили о синтезе дейтерированных аналогов GS-441524 (
20 и
20a —
d ) вместе со сравнением их эффективности против SARS-CoV-2 in vitro с недейтерированным GS-441524 (
16 ) (
табл . 1). По существу, все дейтерированные аналоги GS-441524 продемонстрировали аналогичную противовирусную активность GS-441524 против SARS-CoV-2. Дальнейшее сравнение метаболических профилей и/или значений IC
50 для
16 с
20 и
20a —
d добавило бы ценности исследованию.Таблица 1. Ингибирование репликации SARS-CoV-2 и клеточная токсичность дейтерированными аналогами ремдесивира
20 и
20a –
d In Vitro (в клетках Vero E6) по сравнению с недейтерированным нуклеозидом ремдесивира
| сложный | р 1 | р 2 | р 3 | р 4 | р 5 | EC 50 (мкМ) | CC 50 (мкМ) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 16 | ЧАС | ЧАС | ЧАС | ЧАС | ЧАС | 0,33 | >100 |
| 20 | Д | ЧАС | ЧАС | ЧАС | ЧАС | 0,24 | >100 |
| 20а | ЧАС | Д | Д | ЧАС | ЧАС | 0,25 | >100 |
| 20б | Д | Д | Д | ЧАС | ЧАС | 0,23 | >100 |
| 20с | Д | Д | Д | Д | Д | 0,23 | >100 |
| 20 дней | ЧАС | Д | Д | Д | Д | 0,31 | >100 |
а
Адаптировано с разрешения исх. (40). Copyright 2022 Эльзевир.
Аналог дейтерированного тимина. ACH-3422, CAS № 798779-31-4 (сокращенно
22 ) [(
Схема 3а ), дейтерированный аналог PSI-7851 (
23 ), также является РНК-зависимой РНК-полимеразой и рассматривается для лечения COVID-19.
(35,41)22 содержит три дейтерия: один на пиримидиновой и два на боковой цепи рибозной группы. Замена водорода на дейтерий в этих положениях была предложена для улучшения профиля безопасности исходного лекарства
23 за счет обеспечения более стабильной концентрации лекарства и снижения образования токсичных метаболитов. Действительно, в отдельном исследовании
22 хорошо переносился и не вызывал серьезных побочных эффектов как у здоровых добровольцев, так и у пациентов с гепатитом С.
(41)Важно отметить, что среди пациентов с COVID-19 увеличение дозы
22 приводило к усилению снижения вирусной нагрузки, а элиминация вируса была достигнута у 50% пациентов после приема 700 мг/сутки в течение 2 недель.
Получение
22 начинается с начального синтеза дейтерированного ацетонида
26 путем комбинированного восстановления-снятия защиты и H/D-обмена на α-C сложного эфира ацетонида
25 (
схема 3 ),
(42)сам по себе получен из коммерчески доступного 2′ —
C -метилуридина,
24 (CAS № 31448-54-1).
(43)Хотя первоначальный спектроскопический анализ
1 H ЯМР соединения
26 показал примерно 85% включения дейтерия в положение 5-урацила, это количество было увеличено до >98% за счет фильтрации, удаления EtOD и добавления большего количества D
2 O с последующим повторным нагреванием полученную смесь при 95°С.
(42)Последующее снятие защиты с
26 водным раствором HCl дает нуклеозид
27 , который затем подвергают реакции с
28 в условиях Гриньяра с образованием
22 (к сожалению, для реакционной процедуры не сообщалось о выходе).
Дейтерированный дексаметазон
Дексаметазон (
29 ), кортикостероид и противовоспалительное средство, продемонстрировал эффективность в лечении пациентов с COVID-19.
(44)Таким образом, дейтерированный аналог
(45)востребован ─ как в качестве внутреннего стандарта РС, так и для испытаний в качестве терапевтического средства с улучшенным профилем биодоступности и безопасности (по сравнению с дексаметазоном). В качестве глюкокортикоида длительное применение дексаметазона может вызвать широкий спектр нежелательных эффектов, многие из которых опосредованы глюкокортикоидным рецептором, который регулирует экспрессию широкого спектра генов. При использовании в течение относительно коротких периодов (до 2 недель) дексаметазон обычно не вызывает серьезной токсичности.
(46)хотя более высокие дозы могут вызывать неврологические эффекты, язву желудка, аутоиммунные и сердечно-сосудистые заболевания и панкреатит.
(44,47)Таким образом, снижение дозировки при сохранении необходимой биодоступности кортикостероида путем регулирования метаболизма может предложить более безопасный вариант использования дексаметазона при COVID-19, а также при лечении других состояний. Подобно другим лекарствам, которые мы обсуждали, дейтерирование может способствовать этому, препятствуя метаболизму дексаметазона.Кроме того, исследования, включающие сравнения между дексаметазоном и его дейтерированными аналогами, могут предоставить ценную информацию о роли метаболитов в возникновении неблагоприятных побочных эффектов (насколько мы можем установить, еще не изучены), что могло бы устранить любую неопределенность в отношении его роли в качестве терапевтического агента. для COVID-19. Основные пути метаболизма дексаметазона (
29 ) включают гидроксилирование в положении С-6 (ферментами CYP3A4) и замену 2-гидроксиэтан-1-она кетоновой группой в положении С-17 (посредством CYP17), что приводит к образованию метаболитов
30 и
31 соответственно (
схема 4 ).
О синтезе дейтерированной версии
29 впервые сообщили в 1997 г. Бест и др., Хотя точные положения обмена H / D не были указаны.
(45)Совсем недавно Darshana et al. сообщили о H/D обмене дексаметазона в C-6, основанном на спонтанном образовании in situ хлорида дейтерия (DCl) из пренилхлорида (
32 ) в мягких условиях (rt, 48 ч) в CD
3 OD (
схема 5а ) .
(49)Образовавшийся DCl индуцировал обмен H/D в дексаметазоне в положениях α и γ рядом с карбонильными группами
29 с помощью химии кислотного катализа, что приводило к включению 74% дейтерия в
33 с выходом 98% (
схема 5b).
Новые наркотики
Этиловый эфир дейтерированной арахидоновой кислоты
Этиловый эфир арахидоновой кислоты (
34 ) (
Схема 6 ) является основным компонентом липидных бислоев и ключевым субстратом для эйкозаноидных каскадов.
34 первоначально гидролизуется до кислой формы ферментом фосфолипазой А2 до ферментативного окисления, например, ферментами цитохрома Р450, и продукты метаболита вызывают воспалительные реакции почти во всех тканях, включая ткани легких. Продукты окисления кислой формы
34 повышены у пациентов с COVID-19.
(50)Таким образом, одной из стратегий вмешательства в метаболизм является дейтерирование в точке окисления (
схема 6а ). Молчанова и др. продемонстрировали, что дейтерирование в бисаллильных положениях в пределах
34 с образованием
35 (
схема 6b ) существенно снижает общую скорость окисления, когда отщепление водорода является инициирующим событием.
(51)Исследователи также обнаружили, что пероральное введение
35 привело к успешному включению
35 в различные ткани и значительно уменьшило побочные эффекты, вызванные липополисахаридом
E. coli (LPS) в области легких. Таким образом, эта работа предлагает новые терапевтические возможности для уменьшения повреждения легких во время инфекции COVID-19.
Этиловый эфир арахидоновой кислоты-
d 6 (
35 ) может быть синтезирован из встречающегося в природе недейтерированного этилового эфира арахидоновой кислоты (
34 ) с использованием рутениевого катализатора (1 мол. %) с количественным выходом,
(52)как показано на
схеме 6 . Сообщалось, что степень дейтерирования составляла 32% и 25% в моноаллильных и 95% в бисаллильных положениях
35 , соответственно.Дейтерирование в моноаллильных центрах может не влиять на эффективность лекарственного средства, поскольку окисление происходит преимущественно в бисаллильных центрах.
(53)Кроме того, одно исследование предполагает, что добавление полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), дейтерированных в моноаллильные участки, не защищает клетки от окисления.
(54)Тем не менее, дальнейшие исследования могут показать эффективность или токсичность включения дейтерия в моноаллильные центры. Кроме того, ПНЖК с частично дейтерированными бисаллильными позициями, по-видимому, защищены так же, как и ПНЖК с полностью дейтерированными бисаллильными позициями. Более того, из того же исследования мы можем сделать вывод, что включение только части дейтерированных ПНЖК (20–50%) в общий пул ПНЖК, по-видимому, сохраняет дыхательную функцию митохондрий и обеспечивает защиту клеток. Таким образом, количественное исследование с участием образцов дейтерированной арахидоновой кислоты в различной степени сохраняет митохондриальную функцию, может пролить свет на этот аспект.
Дейтерированные ингибиторы широкого спектра действия протеаз SARS-CoV-2 3CL
Дампалла и др.
(55)разработали дипептидильный ингибитор GC376 (
36 ) (
рис. 4 ), в котором остатки P1, P2 и P3 представляют собой лактамсодержащий суррогат глутамина, лейцин и бензилацетат соответственно. P1, P2 и P3 относятся к фрагментам ингибитора, которые нацелены на вирусные протеазы SARS-CoV-2 путем связывания с активным центром 3-химотрипсин-подобной протеазы MERS-CoV (3CL
pro ), протеазы, которая играет центральную роль в репликация SARS-CoV-2 (обычно известная как основная протеаза коронавируса, M
pro ).
(55)Потенциал для достижения улучшенных взаимодействий связывания был определен путем введения различных функциональных групп в карбаматные R-группы в ингибиторах. Они способны стыковаться с карманом S4 3CL
pro , окруженным набором преимущественно гидрофобных остатков.
Считалось, что дейтерированные варианты GC376 могут обладать некоторыми превосходными свойствами в качестве терапевтических средств по сравнению с соответствующим недейтерированным препаратом GC376, такими как улучшенная фармакокинетика, более низкая токсичность и более высокая эффективность. Таким образом, одиннадцать дейтерированных вариантов GC376 были изучены путем замены водорода на дейтерий в метаболически уязвимых участках GC376 (карбаматные R-группы, ароматическое кольцо и бензильный углерод).
(55)Структуры дейтерированных вариантов GC376 показаны на
схеме 7 (соединения
39a –
c и
40a –
h ). Они были синтезированы с использованием последовательности реакций, ранее использовавшейся для синтеза недейтерированных аналогов. Вкратце, дейтерированные бензиловые спирты
37a– c
( приобретенные) подвергали взаимодействию с метиловым эфиром изоцианата
1 -лейцина с получением производных карбамата, которые затем гидролизовали до соответствующих кислот гидроксидом лития (
схема 7 ). Последующее сочетание кислоты с метиловым эфиром заменителя глутамина
38в дипептиды с последующим восстановлением боргидридом лития и окислением периодинаном Десса–Мартина с образованием альдегидов
39a –
c . Бисульфитные аддукты
40a –
c образуются при обработке
39a –
c бисульфитом натрия. Дальнейшая обработка соединений
40a –
c ацетиловым или
н -пентилангидридом приводит к соответствующим эфирам
40d и
40e –
g соответственно. Реакцией соединения
39а с бензилизонитрилом (бензилизоцианидом) с последующим окислением Десса–Мартина получено соединение
40h.. К сожалению, авторы не представили значения %D для дейтерированных соединений, показанных на
схеме 7 , хотя они, вероятно, будут такими же, как и у промышленных спиртов (
37a —
c ).
Исследования кристаллической структуры показали, что дейтерирование не изменяет взаимодействия между дейтерированным GC376 (
40a ) и 3CL
pro . Однако дейтерированные варианты проявляли повышенную активность, что объяснялось более прочным связыванием с мишенью или улучшением физико-химических свойств препарата.
(55)Наличие альдегидной группы в
39а —
с связано с токсичностью; следовательно, включение дейтерия также предназначалось для снижения токсичности этих производных.Те же авторы подготовили и оценили еще одну серию карбаматных производных GC376, дейтерированных со стороны спирта R, начиная со спиртовых входов
37d –
l (
рис. 5 ). Синтез ингибиторов, происходящих из спиртов
37d —
l , осуществлялся с помощью отдельного процесса (не показан), включающего начальную обработку спиртов
N ,
N’ -дисукцинимидилкарбонатом с последующим связыванием полученного смешанного карбоната с заменителем аминоспирта Leu-Gln с получением образуют альдегидные (аналог
39а —
с ) и бисульфитные (аналог
40а —
с ) продукты.
(56)Соединения
37j –
l приводили к фторированным и дейтерированным производным GC376. Все аналоги были подготовлены для проверки того, может ли включение фтора или дейтерия улучшить активность, физико-химические параметры и фармакокинетику ингибиторов по сравнению с соответствующим недейтерированным ингибитором.
Кроме того, альдегид
39d (аналог
39a —
c ) и бисульфит
40i (аналог
40a —
c ) были получены в соответствии с этой последовательностью реакций из азетидинового спирта
37m (
рис. 5 и
6 ).
(57)Азетидиновый кэп вместе с серией спироциклических аналогов был исследован на предмет потенциального использования нового активного центра протеазы. Влияние дейтерирования на фармакологическую активность исследовали путем определения значений IC
50 против SARS-CoV-2 3CL
pro (0,33 мкМ для
39d и 0,34 мкМ для
40i ) и сравнения их с соответствующими недейтерированными аналогами (0,41 и 0,50 мкМ для 40i). недейтерированные для
39d и
40i соответственно). Авторы ожидают, что дейтерированные варианты подобных ингибиторов, вероятно, продемонстрируют улучшенную фармакокинетику в будущих исследованиях.
Спирты
37d –
h были приобретены, а
37i– l
получены обработкой коммерчески доступного прекурсора карбоновой кислоты карбонилдиимидазолом с последующим добавлением NaBD
4 (общий синтез показан на
схеме 8 ). Ни для одного из синтезированных спиртов не сообщалось о значениях %D, но можно было предположить, что приобретенные дейтерированные спирты имели высокое (>98%) % D-включение, которое могло быть перенесено в конечные продукты. Альтернативный синтез α,α-дидейтериоспиртов непосредственно из исходных карбоновых кислот с использованием D
2 O в качестве источника D и без использования пирофорных дейтеридов щелочных металлов, таких как NaBD
4сообщили Szostak et al.
(58)Эта реакция протекает после активации Sm(II) основанием Льюиса и приводит к превосходным уровням включения D (85-96 D
2 ) в широком диапазоне субстратов.
Как уже указывалось, ингибиторы M
pro являются многообещающими кандидатами для лечения COVID-19, поскольку M
pro играет решающую роль в начале репликации вируса. Кроме того, M
pro сохраняется среди различных вариантов, представляющих интерес. Таким образом, любое прерывание его каталитической активности может представлять собой соответствующую стратегию разработки противокоронавирусных препаратов. Однако большинство ингибиторов M
pro принадлежат к классу соединений, известных как «пептидомиметики» (синтетические молекулы, разработанные для имитации структурного домена в природном белке).
(59)); таким образом, они часто обладают плохими фармакокинетическими свойствами и биодоступностью при пероральном приеме.
(60,61)Чтобы противостоять этому, Quan et al. разработали серию перорально доступных ингибиторов M
pro с мощной противовирусной активностью in vivo против новых вариантов SARS-CoV-2.
(61)Общая структура ингибитора (
41 ) показана на
схеме 9а . Различные фрагменты (α-кетоамид, пиридин, R
1 и R
2 ) занимают четыре основных кармана M
pro . Из-за двух стереоцентров в
41 (с фиксированной
S -конфигурацией в 1-(4-фторфенил)этан-1-ильном заместителе R
3 ) молекулы представляют собой смеси эпимеров, в которых (
R )-эпимеры проявляют гораздо более высокую активность, чем соответствующие (
S )-эпимеры, в то время как наиболее активные (
R )-эпимеры быстро превращаются в менее активные эпимеры (
S) in vivo, вероятно, из-за наличия способного к обмену водорода в хиральном углеродном центре, связывающем два амида. Таким образом, чтобы предотвратить или уменьшить преобразование конфигурации, авторы включили дейтерий в это положение, образуя дейтерированные ингибиторы M
pro с общей структурой
42 (в дополнение к недейтерированным ингибиторам
41 ). Дейтерированные ингибиторы получали с использованием 4-компонентной реакции Ugi (Ugi-4CR). Это включало слияние (
S )-2-гидроксипропановой кислоты, никотинальдегид-формил-
d 1 (
43 ), амина (R
1 -NH
2 ) и изоцианида (R
2 -CN) с образованием производного диамина
44 ., который затем был преобразован в общий ингибитор (
42 ) путем окисления Десса-Мартина [
Схема 9b(ii)]. Соединение
43 может быть получено из недейтерированного никотинового альдегида повторным восстановлением NaBD
4 (до дейтерированного пиридин-3-илметанола) с последующим трехкратным окислением Десса-Мартина до альдегида, достаточного для образования соединения
43 с включением D> 98% [
Схема 9 б(и)]. Отметим, что Донг и соавт.
(62)сообщили об альтернативном одностадийном пути получения
43 с выходом 82% (включение D 94%), который является формилселективным, использует легкодоступный и безопасный D
2 O и включает комбинированный фотокатализ с переносом атома водорода и тиоловый катализ. Точно так же Генг и соавт.
(63)сообщили об альтернативном одностадийном пути к замещенным аналогам
43 с использованием легкодоступного и безопасного D
2 O в мягких условиях реакции с одинаково высокими (> 95%) уровнями включения D.
Авторы приготовили 11 дейтерированных ингибиторов, а также множество недейтерированных ингибиторов.
(61)Хотя полученные соединения показали такую же эффективность, как и недейтерированные аналоги, конверсия из (
R )- в (
S )-эпимер была существенно снижена. Из 11 полученных изотопологов Y180(
45 ) (
схема 9в ) оказался наиболее эффективным среди протестированных ингибиторов с самой низкой скоростью эпимеризации и IC50
8,1 нМ против M
pro SARS-CoV-2 (по сравнению с ∼ 13,3 мкМ для его недейтерированного аналога,
46 ).
45 защищен от SARS-CoV-2 дикого типа, B.1.1.7 (альфа), B.1.617.1 (каппа) и P.3 (тета) со значениями EC
50 11,4, 20,3, 34,4 и 23,7. нМ соответственно. Пероральное лечение с
45 продемонстрировал замечательную противовирусную активность и существенно улучшил вызванное вирусом повреждение тканей как в носу, так и в легких у трансгенных мышей, инфицированных B.1.1.7 K18-человеческим ACE2 (K18-hACE2). Кроме того, лечение инфицированных B.1.617.1 мышей (модель летальной инфекции)
45 улучшало их выживаемость с 0 до 44,4% (
P = 0,0086). Важно,
45также был высокоэффективен против варианта B.1.1.529 (Omicron) как in vitro, так и in vivo. Это хороший пример, когда дейтерий не влияет напрямую на метаболизм молекулы, а вместо этого предотвращает эпимеризацию, что позволяет получить один более эффективный эпимер. Этот подход также известен как хиральное переключение с использованием дейтерия (DECS) и является мощным инструментом для получения хирально чистых лекарств из химически взаимопревращающихся рацематов, что часто приводит к терапевтическим агентам с повышенной эффективностью, стабильностью и сниженной токсичностью.
Дейтерированные препараты как внутренние стандарты рассеянного склероза
В общем, внутренние стандарты МС полезны в приложениях, в которых количество интересующего аналита в смеси (например, в моче, крови) варьируется или уменьшается во время процесса, например, из-за адсорбции, но требует точного количественного определения. на протяжении всей процедуры. Включив в смесь меченый изотопом стандарт с известной концентрацией, можно обеспечить меру контроля на протяжении всей процедуры путем поправки на потери аналита, тем самым обеспечивая точность и воспроизводимость регистрируемых концентраций.
(65,66)Как правило, большинство количественных аналитических методов основаны на методах, связанных с масс-спектрометрией, таких как анализы ЖХ/МС. Изотопологи наиболее практичны для использования в качестве внутренних стандартов МС, поскольку они обычно совместно элюируют с исходным соединением хроматографически и ионизируются так же, как исходное соединение во время масс-спектрометрии. Однако дейтерированные соединения могут демонстрировать неожиданные результаты, такие как различное время удерживания аналита и дейтерированного внутреннего стандарта МС по сравнению с ЖХ с обращенной фазой или различное извлечение при экстракции и потеря дейтерия из-за H/D-обмена. Особенно это касается стандартов, содержащих более шести атомов дейтерия или имеющих метку, непосредственно примыкающую к основному атому азота.
(67)По этой причине соединения, меченные
13 C,
15 N или
17 O, могут быть более подходящими, чем соединения, меченные дейтерием.
(65)С другой стороны, H обычно более распространен в отдельных соединениях, а дейтерий обычно дешевле и легче включается (например, посредством дейтерирования на поздних стадиях).
(68)), поэтому большой интерес представляют дейтерированные внутренние стандарты MS.
(65,67)Для успешного разделения соединений и предотвращения перекрестных помех количество дейтерирования можно варьировать (M + 3 является стандартным требованием для углеводородов).
(67)Иногда встречающиеся в природе изотопы аналита также вносят значительный вклад в сигнал внутреннего стандарта МС. Это становится более очевидным в изотопно-богатых соединениях, таких как соединения, содержащие серу, хлор или бром, соединениях с более высокой молекулярной массой и соединениях с высоким соотношением концентраций аналита/внутреннего стандарта МС.
(69)Однако каждый случай индивидуален, и выбор изотопной метки (или альтернативного внутреннего стандарта МС) для использования требует разумной проницательности. Важным требованием при приготовлении дейтерированных внутренних стандартов МС является очень высокий уровень включения дейтерия в положениях обогащения в стандарте, чтобы он не мешал аналиту. Существует несколько коммерчески доступных пакетов программного обеспечения для прогнозирования, каждый из которых позволяет пользователю найти формулу суммы соединения для расчета необходимых добавленных единиц массы для создания подходящего стандарта МС.Было использовано и подготовлено несколько дейтерированных внутренних стандартов MS для количественной оценки новых или перепрофилированных лекарств и их метаболитов для лечения COVID-19.
Перепрофилированные наркотики
Во-первых, Хаблер и соавт. разработал и утвердил метод двумерной жидкостной хроматографии с изотопным разбавлением и тандемной масс-спектрометрии (ID-LC-MS/MS) для точного и одновременного количественного определения лекарств в сыворотке человека, в частности, для одновременного количественного определения нескольких перепрофилированных лекарств от COVID-19.
(70)Работа была выполнена с использованием стабильных меченных дейтерием аналогов хлорохин-
d 4 фосфата (
47 ), гидроксихлорохин —
d 4 сульфата (
48 ), ритонавира —
d 6 (
49 ), лопинавира —
d 8 (
50 ) и азитромицина-
13 C-
d 3 (
51 ) в качестве внутренних стандартов МС (
рис. 7 ), все из коммерческих источников. Дозировка перепрофилированных терапевтических средств против COVID -19, как правило, рассчитывается на основе полученной in vitro полумаксимальной эффективной концентрации (EC50).) значения для SARS-CoV-2 и фармакокинетических моделей, основанных на фармакологии, для других заболеваний и клинических состояний. Поскольку режимы дозирования перепрофилированных препаратов не всегда могут быть надлежащим образом переведены с их первоначального назначения на соответствующее воздействие препарата у пациентов с COVID-19 из-за патофизиологических изменений, это может привести к возможным субтерапевтическим или токсическим концентрациям без клинической пользы. Кроме того, политерапия может привести к ненадежным уровням лекарств из-за взаимодействия между различными лекарствами. Поэтому терапевтический мониторинг лекарств имеет решающее значение. Разработанный анализ был разработан, чтобы стать эффективным методом мониторинга этих потенциальных лекарств у пациентов с COVID-19 и повысить эффективность и безопасность лечения.
В аналогичном исследовании Sok et al.
(71)разработал и утвердил первый в истории метод ЖХ-МС/МС для одновременного количественного определения азитромицина, гидроксихлорохина (ГХХ) (как противомалярийных препаратов, так и потенциальных терапевтических средств против COVID-19) и двух метаболитов ГХ, дезэтил-ГХХ и бисдеэтил-ГХХ, в Плазма крови человека, обработанная ЭДТА. В исследовании использовались коммерчески доступные внутренние стандарты МС азитромицин-
d 5 (
52 ), гидроксихлорохин —
d 4 (
53 ) (нейтрализованная версия
48 ), дезэтил-гидроксихлорохин-
d 4 (
54 ) и бисдезэтилхлорохин-
d 4 (
55 ) (
Рисунок 8) и подходит для клинических исследований, требующих быстрой обработки и небольшого объема образца (для анализа требуется всего 20 мкл плазмы). Метод был разработан для поддержки клинических испытаний и оценки фармакокинетики и фармакодинамики этих перепрофилированных препаратов в этой новой роли.
Одобрение FDA противовирусного препарата ремдесивир для лечения COVID-19 у взрослых и детей в возрасте 12 лет и старше, нуждающихся в госпитализации, привело к увеличению потребности в простом, чувствительном и селективном анализе для количественного определения концентрации препарата в клинических образцах для изучения терапевтического действия. дозирование и провести фармакокинетические исследования. Таким образом, Нгуен и соавт.
(72)разработали и утвердили быстрый и чувствительный анализ ЖХ-МС/МС для количественного определения ремдесивира (соединение
12 ) в плазме человека, в котором использовался коммерчески доступный меченный дейтерием аналог ремдесивира-
d 5 (
56 ) (
рис. 8 ) в качестве внутреннего Стандарт МС. Этот метод оказался наиболее чувствительным на сегодняшний день и подходит для исследований терапевтического дозирования. Прецизионность, аккуратность и селективность соответствовали биоаналитическим рекомендациям FDA.Тиан и др.
(73а)сообщили о первом в истории исследовании, проведенном для выявления и количественного определения основных циркулирующих метаболитов BS1801 (
57 ), аналога эбселена (
58 ), обнаруженных в гепатоцитах разных видов и плазме человека (
рис. 9 ). Эбселен — один из перспективных препаратов для лечения COVID-19.
(74)Для количественного определения основного метаболита BS1801 «M2» (
59 ) был разработан точный и быстрый метод ЖХ-МС/МС, основанный на использовании дейтерированного внутреннего стандарта МС.
ВЕРНУТЬСЯ К ВОПРОСУНАЗАДОБЗОРСЛЕДУЮЩИЙ
Получайте электронные оповещения
Дейтерированные препараты и биомаркеры в условиях пандемии COVID-19
- Росс Д. Янсен-ван Вуурен*
- Лука Едловчник
- Янез Кошмрль
- Томас Э. Мэсси
- Фолькер Дердау
Процитируйте это: САУ Омега 2022 , 7 , 46 , 41840–41858
Дата публикации : 13 ноября 2022 г.
Copyright © 2022 Авторы. Опубликовано Американским химическим обществом
Просмотры статей
481
Альтметрика
5
Цитаты
—
ЭкспортРИС
ПРЕДМЕТЫ:
- COVID-19 ,
Абстрактный
Коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19) — это высококонтагиозное заболевание, вызываемое коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2). Первоначально выявленный в Ухане (Китай) в декабре 2019 года, COVID-19 быстро распространился по всему миру, что привело к пандемии COVID-19. Носители SARS-CoV-2 могут испытывать симптомы от легких до тяжелых (или вообще не иметь симптомов). Хотя вакцинация обеспечивает дополнительный иммунитет к SARS-CoV-2, существует острая необходимость в разработке методов лечения COVID-19 для облегчения симптомов у носителей болезни. При поиске потенциального лечения дейтерированные соединения сыграли решающую роль либо в качестве терапевтических агентов, либо в качестве внутренних стандартов MS для изучения фармакологических свойств новых лекарств путем количественного определения исходных соединений и метаболитов. Мы определили > 70 примеров соединений, меченных дейтерием, связанных с лечением COVID-19. Из них мы обнаружили 9 перепрофилированных препаратов и более 20 новых препаратов, изученных на предмет потенциальной терапевтической роли, а также в общей сложности 38 соединений (лекарства, биомаркеры и липиды), изученных в качестве внутренних стандартов масс-спектрометрии. В этом обзоре подробно описаны пути синтеза и способы действия этих соединений (если они известны), а также краткий анализ каждого исследования.
Введение
Разработка и открытие лекарств от COVID-19
COVID-19 в первую очередь характеризуется как острое респираторное заболевание, вызываемое воздушно-капельным коронавирусом SARS-CoV-2, также являющимся РНК-вирусом. К августу 2022 года пандемия COVID-19 привела к почти 600 миллионам инфекций, примерно 6,4 миллиона смертей, серьезным нарушениям мировой торговли и путешествий и закрытию местных предприятий. В то время как у большинства пациентов наблюдается легкая или умеренная респираторная инфекция и лихорадка, и они могут выздороветь без необходимости специального лечения, у некоторых COVID-19 протекает более тяжело, что приводит к серьезной остановке дыхания и полиорганной недостаточности, требующей интенсивной терапии. Люди с ослабленным иммунитетом подвержены большему риску тяжелых симптомов COVID-19 или смерти, в то время как их иммунный ответ на вакцинацию не такой сильный, как у людей без ослабленного иммунитета.Хотя вакцинация является наиболее эффективным способом избежать серьезных случаев COVID-19, лечение по-прежнему необходимо для уменьшения симптомов и ускорения процесса выздоровления. Два основных подхода, которые были предприняты для открытия лекарств, которые можно было бы использовать для лечения COVID-19, включают перепрофилирование известных лекарств.
(1)и разработка новых лекарств.
(2)Оба типа препаратов предлагается действовать либо путем нарушения определенного компонента жизненного цикла коронавируса.
(3)или в качестве противовоспалительных средств,
(4)изменение реакции организма на вирус. В настоящее время несколько методов лечения одобрены FDA.
(5)в то время как проводится множество исследований (включая клинические испытания), чтобы продемонстрировать эффективность лечения против COVID-19.
(6)При поиске потенциального лечения COVID-19 дейтерированные препараты (соединения, в которых часть атомов водорода заменена на дейтерий) изучались либо в качестве терапевтических средств, либо в качестве внутренних стандартов MS для изучения фармакологических свойств новых лекарств путем количественного определения исходного соединения и возможные метаболиты с помощью жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии (ЖХ/МС). На сегодняшний день не проводилось никаких работ по обзору этих дейтерированных соединений. Таким образом, в этой статье предлагается всесторонний обзор всех дейтерированных соединений, исследованных в качестве внутренних стандартов, потенциальных методов лечения или биомаркеров во время разработки лечения COVID-19, а также путей их синтеза и способов действия (где это известно).С момента одобрения FDA первого дейтерированного препарата в 2017 г.
(7,8)наблюдается большой всплеск интереса к разработке новых методологий дейтерирования и получению новых соединений, меченных дейтерием.
(9)Было обнаружено, что включение дейтерия преодолевает ограничения лекарств, связанные с токсичностью, биодоступностью и фармакокинетикой, в основном за счет изменения метаболического профиля рассматриваемого лекарства.
(10,11)Кроме того, формирование дейтерированных соединений в качестве внутренних стандартов для аналитических целей выгодно из-за доступности и экономической ценности дейтерия по сравнению с другими изотопами, такими как
15 N или
18 O.Путем сопоставления исследований с участием дейтерированных соединений, связанных с COVID-19, этот обзор призван стать удобным справочным инструментом для практикующих специалистов в области химии изотопного обмена, а также для медицинских химиков, особенно тех, кто участвует в разработке методов лечения COVID-19 или методов исследования. эффективность таких методов лечения. Освещая подходы, используемые в синтезе и применении дейтерированных лекарств и биомаркеров, мы надеемся вдохновить на новые идеи для соединений, меченных дейтерием, помимо того, что описано в литературе.
Дейтерированные соединения
Deuterium (D) is an isotope of hydrogen (H), having the same proton number but double the mass due to a neutron in the nucleus. Thus, exchanging H for D results in a slight increase in the activation energy (EA) needed for bond cleavage (1.4 kcal/mol) as well as a lower reaction rate compared with C–H (C–D has a lower zero-point energy), an effect known as the primary deuterium kinetic isotope effect (DKIE) and expressed as kH/kD, the ratio of the reaction rate constants of C–H versus C–D bond cleavage. (12) Although the EA value seems negligible, especially considering the nearly constant body temperature of 37–39 °C, it has been shown to alter the metabolic profiles of compounds whose metabolic pathways are dependent on C–H bond cleavage. (11)Примеры включают лекарства, метаболизируемые цитохромом P450 или альдегидоксидазами, дейтерирование которых может привести к получению фармацевтических соединений с улучшенной фармакокинетикой и сниженной токсичностью.
(13)но равный по силе исходному препарату.
(11,14)Однако некоторые дейтерированные препараты не обеспечивают улучшения метаболического процесса, в то время как другие склонны к неожиданному метаболическому переключению, в результате чего дейтерированный аналог не имеет фармакокинетических преимуществ по сравнению с исходным соединением.
(15)Поскольку дейтерированные препараты пространственно идентичны и имеют то же распределение заряда, что и их недейтерированные аналоги, в большинстве случаев оба имеют сходные физико-химические свойства, например, липофильность,
(16)и, следовательно, взаимодействуют с клеточными компонентами, такими как ферменты, ионные каналы, рецепторы и переносчики.
(7,17)Однако несколько исследований показали, что мечение дейтерием может оказывать комплексное влияние на межмолекулярные взаимодействия.
(18)и связывание с ферментами,
(19)в то время как другие исследования, особенно сосредоточенные на рецепторах гистамина, поставили под сомнение тот факт, что мечение сохраняет те же взаимодействия с мишенью, что и соединение, содержащее протий.
(20)В этой статье мы рассмотрим дейтерированные препараты, которые исследовались в качестве возможных терапевтических средств для лечения COVID-19, а также те, которые использовались в качестве внутренних стандартов MS для изучения свойств новых или перепрофилированных препаратов, изучаемых в качестве вариантов лечения COVID-19. .
Дейтерированные препараты как терапевтические средства для лечения COVID-19
Некоторые препараты, которые продемонстрировали эффективность против SARS-CoV-2, требуют относительно высоких дозировок и/или вызывают у пациентов побочные эффекты. Это вызывает особую озабоченность, поскольку у пациентов, страдающих COVID-19, уже нарушена иммунная система. Для некоторых противовирусных и противовоспалительных препаратов COVID-19 токсичность приписывается исходному соединению, а в некоторых случаях замешаны реактивные метаболиты. Кроме того, COVID-19 вызывает воспаление печени, что приводит к подавлению печеночных ферментов цитохрома Р450, вызывая снижение клиренса лекарства, повышение концентрации лекарства в плазме и в некоторых случаях тяжелую токсичность, вызывая дальнейшее ухудшение состояния пациентов с COVID-19.
(21)Потенциал токсичности противовирусных препаратов COVID-19 усиливается как наличием сложного заболевания, так и тем фактом, что несколько препаратов часто используются одновременно.
(22)Например, сердечная дисфункция, связанная с COVID-19, может усугубляться некоторыми лекарствами от COVID-19.
(23)Кроме того, межлекарственные взаимодействия на уровне распределения лекарств, включая метаболизм и транспорт, могут повышать концентрацию некоторых лекарств и их метаболитов в плазме, что еще больше увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.Дейтерирование дает возможность улучшить три основные характеристики лекарств: (i) безопасность лекарства за счет «метаболического шунтирования» (образование менее токсичных метаболитов), (ii) более высокую переносимость лекарства, что означает, что лекарство можно вводить в более низкие дозы и что он остается при более постоянной концентрации в плазме крови (а не имеет ярко выраженные пики и впадины), и (iii) повышенная биодоступность лекарственного средства (
рис. 1 ).
(24)Это активизировало исследования дейтерирования известных лекарств, которые были исключены из клинических исследований или обращения из соображений безопасности, что привело к недавнему одобрению первого дейтерированного препарата для коммерческого использования Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Этот препарат представляет собой дейтетрабеназин (
1 ), дейтерированную версию тетрабеназина (
2 ) (
рис. 2 ), используемый для лечения болезни Гентингтона, расстройства непроизвольных движений.
В случае
1 замена шести метоксипротиев на дейтерий слегка изменяет метаболизм препарата, повышая его безопасность и переносимость за счет увеличения периода полувыведения и более стабильной концентрации в плазме.
(7)Поскольку прямых испытаний с тетрабеназином никогда не проводилось, до сих пор не ясно, есть ли значительное преимущество в плане безопасности. Однако рекомендуемая суточная доза тетрабеназина примерно вдвое превышает рекомендуемую начальную дозу дейтетрабеназина.
(26)Дейтерированные версии различных лекарственных соединений в настоящее время изучаются в качестве лечения; по состоянию на 2019 год в клинических испытаниях находилось более 20 дейтерированных препаратов, 6 из которых достигли фазы III, а на дейтерированные лекарственные соединения было подано 200–300 патентов.
(11)Несколько дейтерированных препаратов были изучены в качестве потенциальных терапевтических средств для лечения COVID-19. Эти соединения являются изотопологами (то есть молекулами, которые отличаются от исходной молекулы только своим изотопным составом) либо перепрофилированных лекарств, либо совершенно новых лекарств. Эти соединения рассматриваются в следующем разделе.
Перепрофилированные наркотики
Деупирфенидон (LYT-100)
Деупирфенидон или LYT-100 (
3 , CAS № 1093951-85-9) представляет собой дейтерированную форму пирфенидона (
4 ) (
рис. 2 ), первоначально использовавшуюся для лечения идиопатического легочного фиброза, тяжелого заболевания легких.
(27)LYT-100, разработанный компанией PureTech Health (базирующейся в Бостоне) и в настоящее время проходящий фазу 2 клинических испытаний ( идентификатор
ClinicalTrials.gov NCT04652518), уже рассматривался для лечения лимфедемы (воспаления легких) и фиброза легких еще до пандемии и, следовательно, идеально подходит для лечения пациентов, страдающих длительным течением COVID-19.
(27,28)Метаболизм пирфенидона осуществляется цитохромом Р450 (CYP1A2) и включает окисление метильной группы в положении С-5 пиридин-2(
1Н )-онового кольца
4 , что приводит к образованию первичного метаболита, 5-карбокси. -пирфенидон (
5 ), который неактивен по сравнению с
3 или
4 . Таким образом, замена водорода на дейтерий в метильной группе должна ингибировать метаболизм препарата и позволить менее частое дозирование, и это было продемонстрировано в ходе клинического испытания фазы 1 2021 года ( идентификатор
ClinicalTrials.gov NCT04243837).
(29)Когда
3 подвергается метаболизму, вторичные метаболиты 5-гидроксиметилпирфенидон-
d 2 (
6 ) и 4′-гидроксипирфенидон-
d 3 (
7 ) образуются в низких концентрациях.
(28)Деупирфенидон (пирфенидон-d3
) (3 )
может быть получен многими способами, в основном с использованием алкиллития при криогенных температурах.
(30,31)Однако совсем недавно было сообщено о трех маршрутах, которые используют более мягкие условия и дают более высокие урожаи. Во- первых,
3 можно получить с помощью видимого света (390 нм), катализируемого ТБАДТ/тиолом мечения дейтерием с выходом 85%, но с включением D только 54%.
(32)Во- вторых,
3 может быть получен с помощью катализируемого никелем метилирования йодметаном-
d 3 с выходом >69% в мультиграммовом масштабе (% D не указан).
(33)Наконец, Фальб и соавт. продемонстрировали, что
3 может быть получен в мультиграммовом масштабе с выходом 88% с обогащением D> 99% с использованием условий кросс-сочетания Судзуки-Мияуры.
(34)Первоначально дейтерометильная группа была установлена с помощью дорогостоящего метилтрифторбората калия (CD
3 BF
3 K). Несмотря на то, что этот путь позволил получить продукт с выходом 88%, процедура была изменена, чтобы избежать использования этого химиката, путем использования более экологичного и менее дорогого CD
3 B(OH)
2 (
схема 1 ). Реакция может быть проведена, начиная с
8 и продолжая либо через: (а) путь «метилирование-последнее» (включая сочетание метилбороновой кислоты-
d 3 с
9 с использованием Pd(OAc)
2 и лиганда RuPhos) в 84% в целом выход, или (b) маршрут «метилирование-сначала» (
8→
10 →
11 →
3 ).
К сожалению, для последнего не был приведен процентный выход для конверсии Чана–Лама
11 →
3 . Можно предположить, что он аналогичен выходу, полученному в реакции сочетания Чана–Лама недейтерированного аналога
11 с фенилбороновой кислотой (70%) .
(34)что дает общий выход для пути «метилирование сначала» 45%.
Ингибиторы РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp)
Фермент РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) является важной терапевтической мишенью при заболеваниях, вызванных РНК-вирусами, включая SARS-CoV-2. Нуклеозидные ингибиторы (обычно в форме нуклеозидтрифосфата) действуют путем связывания с белком RdRp в активном центре фермента, тем самым мешая стадии синтеза РНК.
(35,36)В этом коротком подразделе мы описываем дейтерированные ингибиторы RdRp, которые были перепрофилированы для потенциального лечения COVID-19.
Дейтерированное пероральное производное ремдесивира VV116. Ремдесивир (
12 ) (
рис. 3 ), нуклеотидный пролекарство для внутривенного введения, в настоящее время одобрен FDA для лечения COVID-19.
(5)Два других аналога [молнупиравир (
13 ) и AT-527 (
14 )], принимаемые перорально, находятся в фазе II/III клинических исследований COVID-19 [ идентификаторы
ClinicalTrials.gov NCT04405570 (молнупиравир) и NCT04709835 (AT-527)].
(37)Се и др. с тех пор разработали дейтерированный пероральный нуклеозид-кандидат против SARS-CoV-2, VV116 (
15 ), который также проходит клиническую оценку (фаза II/III) в качестве терапевтического средства против COVID-19 ( идентификатор
ClinicalTrials.gov NCT05242042).
(38)Соединение
15 , дейтерированное по С7 пирролотриазинового кольца, представляет собой модифицированную версию GS-441524 (
16 ), исходного нуклеозида ремдесивира (
12 ), который ингибирует репликацию SARS-CoV-2, но в основном нацелен на печень, в то время как COVID -19 в первую очередь болезнь легких.
Предполагается, что дейтерирование в этом положении ингибирует ферментативное расщепление кольца (либо за счет окисления двойной связи, либо за счет раскрытия кольца триазина).
(38)Кроме того, включение функционального эфира триизомасляной кислоты в
15 улучшило фармакокинетику in vivo по сравнению с фармакокинетикой исходного нуклеозида (
16 ), в то время как его форма в виде гидробромидной соли придала ему дополнительную растворимость в воде (и другие улучшенные физические свойства). По сравнению с другими подобными производными
16 ,
15 продемонстрировал наиболее благоприятные физико-химические свойства и лучшую биодоступность при пероральном приеме, эффективность против SARS-CoV-2 и безопасность на мышах, крысах и собаках в последующем доклиническом исследовании. Кроме того, недавнее исследование продемонстрировало безопасность и переносимость
15 здоровыми китайскими пациентами.
(39)VV116 (
15 ) может быть получен с общим выходом 15% в 5 стадий, начиная с коммерчески доступного субстрата
17 (CAS № 1355357-49-1) (
схема 2 ).
(38)Соединение
17 сначала йодируют с образованием промежуточного соединения
18 , а затем вводят дейтерий в соединение
18 с использованием палладиевого катализатора, образующего комплекс с TMEDA, и восстанавливают с использованием NaBD
4 с образованием соединения
19 с выходом 55% (включение D ≥98%).
Затем 19 может быть преобразован в
15 посредством следующих трех стадий: снятие защиты с ОН до
20 (монодейтерированный аналог
16 ), защита амином с образованием
21 и, наконец, однореакторное ацилирование с последующим снятием защиты с амина до
15 .
В последующем исследовании,
(40)Чжэн и др. опишите более эффективный подход к синтезу
19 , который включает восстановление
18 с помощью триэтиламина, палладия и газообразного дейтерия (D
2 ) при 60 ° C в течение 1 часа. В этом методе
19 был получен с выходом 92% с включением D 99%. Кроме того, Чжэн и его коллеги сообщили о синтезе дейтерированных аналогов GS-441524 (
20 и
20a —
d ) вместе со сравнением их эффективности против SARS-CoV-2 in vitro с недейтерированным GS-441524 (
16 ) (
табл . 1). По существу, все дейтерированные аналоги GS-441524 продемонстрировали аналогичную противовирусную активность GS-441524 против SARS-CoV-2. Дальнейшее сравнение метаболических профилей и/или значений IC
50 для
16 с
20 и
20a —
d добавило бы ценности исследованию.Таблица 1. Ингибирование репликации SARS-CoV-2 и клеточная токсичность дейтерированными аналогами ремдесивира
20 и
20a –
d In Vitro (в клетках Vero E6) по сравнению с недейтерированным нуклеозидом ремдесивира
| сложный | р 1 | р 2 | р 3 | р 4 | р 5 | EC 50 (мкМ) | CC 50 (мкМ) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 16 | ЧАС | ЧАС | ЧАС | ЧАС | ЧАС | 0,33 | >100 |
| 20 | Д | ЧАС | ЧАС | ЧАС | ЧАС | 0,24 | >100 |
| 20а | ЧАС | Д | Д | ЧАС | ЧАС | 0,25 | >100 |
| 20б | Д | Д | Д | ЧАС | ЧАС | 0,23 | >100 |
| 20с | Д | Д | Д | Д | Д | 0,23 | >100 |
| 20 дней | ЧАС | Д | Д | Д | Д | 0,31 | >100 |
а
Адаптировано с разрешения исх. (40). Copyright 2022 Эльзевир.
Аналог дейтерированного тимина. ACH-3422, CAS № 798779-31-4 (сокращенно
22 ) [(
Схема 3а ), дейтерированный аналог PSI-7851 (
23 ), также является РНК-зависимой РНК-полимеразой и рассматривается для лечения COVID-19.
(35,41)22 содержит три дейтерия: один на пиримидиновой и два на боковой цепи рибозной группы. Замена водорода на дейтерий в этих положениях была предложена для улучшения профиля безопасности исходного лекарства
23 за счет обеспечения более стабильной концентрации лекарства и снижения образования токсичных метаболитов. Действительно, в отдельном исследовании
22 хорошо переносился и не вызывал серьезных побочных эффектов как у здоровых добровольцев, так и у пациентов с гепатитом С.
(41)Важно отметить, что среди пациентов с COVID-19 увеличение дозы
22 приводило к усилению снижения вирусной нагрузки, а элиминация вируса была достигнута у 50% пациентов после приема 700 мг/сутки в течение 2 недель.
Получение
22 начинается с начального синтеза дейтерированного ацетонида
26 путем комбинированного восстановления-снятия защиты и H/D-обмена на α-C сложного эфира ацетонида
25 (
схема 3 ),
(42)сам по себе получен из коммерчески доступного 2′ —
C -метилуридина,
24 (CAS № 31448-54-1).
(43)Хотя первоначальный спектроскопический анализ
1 H ЯМР соединения
26 показал примерно 85% включения дейтерия в положение 5-урацила, это количество было увеличено до >98% за счет фильтрации, удаления EtOD и добавления большего количества D
2 O с последующим повторным нагреванием полученную смесь при 95°С.
(42)Последующее снятие защиты с
26 водным раствором HCl дает нуклеозид
27 , который затем подвергают реакции с
28 в условиях Гриньяра с образованием
22 (к сожалению, для реакционной процедуры не сообщалось о выходе).
Дейтерированный дексаметазон
Дексаметазон (
29 ), кортикостероид и противовоспалительное средство, продемонстрировал эффективность в лечении пациентов с COVID-19.
(44)Таким образом, дейтерированный аналог
(45)востребован ─ как в качестве внутреннего стандарта РС, так и для испытаний в качестве терапевтического средства с улучшенным профилем биодоступности и безопасности (по сравнению с дексаметазоном). В качестве глюкокортикоида длительное применение дексаметазона может вызвать широкий спектр нежелательных эффектов, многие из которых опосредованы глюкокортикоидным рецептором, который регулирует экспрессию широкого спектра генов. При использовании в течение относительно коротких периодов (до 2 недель) дексаметазон обычно не вызывает серьезной токсичности.
(46)хотя более высокие дозы могут вызывать неврологические эффекты, язву желудка, аутоиммунные и сердечно-сосудистые заболевания и панкреатит.
(44,47)Таким образом, снижение дозировки при сохранении необходимой биодоступности кортикостероида путем регулирования метаболизма может предложить более безопасный вариант использования дексаметазона при COVID-19, а также при лечении других состояний. Подобно другим лекарствам, которые мы обсуждали, дейтерирование может способствовать этому, препятствуя метаболизму дексаметазона.Кроме того, исследования, включающие сравнения между дексаметазоном и его дейтерированными аналогами, могут предоставить ценную информацию о роли метаболитов в возникновении неблагоприятных побочных эффектов (насколько мы можем установить, еще не изучены), что могло бы устранить любую неопределенность в отношении его роли в качестве терапевтического агента. для COVID-19. Основные пути метаболизма дексаметазона (
29 ) включают гидроксилирование в положении С-6 (ферментами CYP3A4) и замену 2-гидроксиэтан-1-она кетоновой группой в положении С-17 (посредством CYP17), что приводит к образованию метаболитов
30 и
31 соответственно (
схема 4 ).
О синтезе дейтерированной версии
29 впервые сообщили в 1997 г. Бест и др., Хотя точные положения обмена H / D не были указаны.
(45)Совсем недавно Darshana et al. сообщили о H/D обмене дексаметазона в C-6, основанном на спонтанном образовании in situ хлорида дейтерия (DCl) из пренилхлорида (
32 ) в мягких условиях (rt, 48 ч) в CD
3 OD (
схема 5а ) .
(49)Образовавшийся DCl индуцировал обмен H/D в дексаметазоне в положениях α и γ рядом с карбонильными группами
29 с помощью химии кислотного катализа, что приводило к включению 74% дейтерия в
33 с выходом 98% (
схема 5b).
Новые наркотики
Этиловый эфир дейтерированной арахидоновой кислоты
Этиловый эфир арахидоновой кислоты (
34 ) (
Схема 6 ) является основным компонентом липидных бислоев и ключевым субстратом для эйкозаноидных каскадов.
34 первоначально гидролизуется до кислой формы ферментом фосфолипазой А2 до ферментативного окисления, например, ферментами цитохрома Р450, и продукты метаболита вызывают воспалительные реакции почти во всех тканях, включая ткани легких. Продукты окисления кислой формы
34 повышены у пациентов с COVID-19.
(50)Таким образом, одной из стратегий вмешательства в метаболизм является дейтерирование в точке окисления (
схема 6а ). Молчанова и др. продемонстрировали, что дейтерирование в бисаллильных положениях в пределах
34 с образованием
35 (
схема 6b ) существенно снижает общую скорость окисления, когда отщепление водорода является инициирующим событием.
(51)Исследователи также обнаружили, что пероральное введение
35 привело к успешному включению
35 в различные ткани и значительно уменьшило побочные эффекты, вызванные липополисахаридом
E. coli (LPS) в области легких. Таким образом, эта работа предлагает новые терапевтические возможности для уменьшения повреждения легких во время инфекции COVID-19.
Этиловый эфир арахидоновой кислоты-
d 6 (
35 ) может быть синтезирован из встречающегося в природе недейтерированного этилового эфира арахидоновой кислоты (
34 ) с использованием рутениевого катализатора (1 мол. %) с количественным выходом,
(52)как показано на
схеме 6 . Сообщалось, что степень дейтерирования составляла 32% и 25% в моноаллильных и 95% в бисаллильных положениях
35 , соответственно.Дейтерирование в моноаллильных центрах может не влиять на эффективность лекарственного средства, поскольку окисление происходит преимущественно в бисаллильных центрах.
(53)Кроме того, одно исследование предполагает, что добавление полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), дейтерированных в моноаллильные участки, не защищает клетки от окисления.
(54)Тем не менее, дальнейшие исследования могут показать эффективность или токсичность включения дейтерия в моноаллильные центры. Кроме того, ПНЖК с частично дейтерированными бисаллильными позициями, по-видимому, защищены так же, как и ПНЖК с полностью дейтерированными бисаллильными позициями. Более того, из того же исследования мы можем сделать вывод, что включение только части дейтерированных ПНЖК (20–50%) в общий пул ПНЖК, по-видимому, сохраняет дыхательную функцию митохондрий и обеспечивает защиту клеток. Таким образом, количественное исследование с участием образцов дейтерированной арахидоновой кислоты в различной степени сохраняет митохондриальную функцию, может пролить свет на этот аспект.
Дейтерированные ингибиторы широкого спектра действия протеаз SARS-CoV-2 3CL
Дампалла и др.
(55)разработали дипептидильный ингибитор GC376 (
36 ) (
рис. 4 ), в котором остатки P1, P2 и P3 представляют собой лактамсодержащий суррогат глутамина, лейцин и бензилацетат соответственно. P1, P2 и P3 относятся к фрагментам ингибитора, которые нацелены на вирусные протеазы SARS-CoV-2 путем связывания с активным центром 3-химотрипсин-подобной протеазы MERS-CoV (3CL
pro ), протеазы, которая играет центральную роль в репликация SARS-CoV-2 (обычно известная как основная протеаза коронавируса, M
pro ).
(55)Потенциал для достижения улучшенных взаимодействий связывания был определен путем введения различных функциональных групп в карбаматные R-группы в ингибиторах. Они способны стыковаться с карманом S4 3CL
pro , окруженным набором преимущественно гидрофобных остатков.
Считалось, что дейтерированные варианты GC376 могут обладать некоторыми превосходными свойствами в качестве терапевтических средств по сравнению с соответствующим недейтерированным препаратом GC376, такими как улучшенная фармакокинетика, более низкая токсичность и более высокая эффективность. Таким образом, одиннадцать дейтерированных вариантов GC376 были изучены путем замены водорода на дейтерий в метаболически уязвимых участках GC376 (карбаматные R-группы, ароматическое кольцо и бензильный углерод).
(55)Структуры дейтерированных вариантов GC376 показаны на
схеме 7 (соединения
39a –
c и
40a –
h ). Они были синтезированы с использованием последовательности реакций, ранее использовавшейся для синтеза недейтерированных аналогов. Вкратце, дейтерированные бензиловые спирты
37a– c
( приобретенные) подвергали взаимодействию с метиловым эфиром изоцианата
1 -лейцина с получением производных карбамата, которые затем гидролизовали до соответствующих кислот гидроксидом лития (
схема 7 ). Последующее сочетание кислоты с метиловым эфиром заменителя глутамина
38в дипептиды с последующим восстановлением боргидридом лития и окислением периодинаном Десса–Мартина с образованием альдегидов
39a –
c . Бисульфитные аддукты
40a –
c образуются при обработке
39a –
c бисульфитом натрия. Дальнейшая обработка соединений
40a –
c ацетиловым или
н -пентилангидридом приводит к соответствующим эфирам
40d и
40e –
g соответственно. Реакцией соединения
39а с бензилизонитрилом (бензилизоцианидом) с последующим окислением Десса–Мартина получено соединение
40h.. К сожалению, авторы не представили значения %D для дейтерированных соединений, показанных на
схеме 7 , хотя они, вероятно, будут такими же, как и у промышленных спиртов (
37a —
c ).
Исследования кристаллической структуры показали, что дейтерирование не изменяет взаимодействия между дейтерированным GC376 (
40a ) и 3CL
pro . Однако дейтерированные варианты проявляли повышенную активность, что объяснялось более прочным связыванием с мишенью или улучшением физико-химических свойств препарата.
(55)Наличие альдегидной группы в
39а —
с связано с токсичностью; следовательно, включение дейтерия также предназначалось для снижения токсичности этих производных.Те же авторы подготовили и оценили еще одну серию карбаматных производных GC376, дейтерированных со стороны спирта R, начиная со спиртовых входов
37d –
l (
рис. 5 ). Синтез ингибиторов, происходящих из спиртов
37d —
l , осуществлялся с помощью отдельного процесса (не показан), включающего начальную обработку спиртов
N ,
N’ -дисукцинимидилкарбонатом с последующим связыванием полученного смешанного карбоната с заменителем аминоспирта Leu-Gln с получением образуют альдегидные (аналог
39а —
с ) и бисульфитные (аналог
40а —
с ) продукты.
(56)Соединения
37j –
l приводили к фторированным и дейтерированным производным GC376. Все аналоги были подготовлены для проверки того, может ли включение фтора или дейтерия улучшить активность, физико-химические параметры и фармакокинетику ингибиторов по сравнению с соответствующим недейтерированным ингибитором.
Кроме того, альдегид
39d (аналог
39a —
c ) и бисульфит
40i (аналог
40a —
c ) были получены в соответствии с этой последовательностью реакций из азетидинового спирта
37m (
рис. 5 и
6 ).
(57)Азетидиновый кэп вместе с серией спироциклических аналогов был исследован на предмет потенциального использования нового активного центра протеазы. Влияние дейтерирования на фармакологическую активность исследовали путем определения значений IC
50 против SARS-CoV-2 3CL
pro (0,33 мкМ для
39d и 0,34 мкМ для
40i ) и сравнения их с соответствующими недейтерированными аналогами (0,41 и 0,50 мкМ для 40i). недейтерированные для
39d и
40i соответственно). Авторы ожидают, что дейтерированные варианты подобных ингибиторов, вероятно, продемонстрируют улучшенную фармакокинетику в будущих исследованиях.
Спирты
37d –
h были приобретены, а
37i– l
получены обработкой коммерчески доступного прекурсора карбоновой кислоты карбонилдиимидазолом с последующим добавлением NaBD
4 (общий синтез показан на
схеме 8 ). Ни для одного из синтезированных спиртов не сообщалось о значениях %D, но можно было предположить, что приобретенные дейтерированные спирты имели высокое (>98%) % D-включение, которое могло быть перенесено в конечные продукты. Альтернативный синтез α,α-дидейтериоспиртов непосредственно из исходных карбоновых кислот с использованием D
2 O в качестве источника D и без использования пирофорных дейтеридов щелочных металлов, таких как NaBD
4сообщили Szostak et al.
(58)Эта реакция протекает после активации Sm(II) основанием Льюиса и приводит к превосходным уровням включения D (85-96 D
2 ) в широком диапазоне субстратов.
Как уже указывалось, ингибиторы M
pro являются многообещающими кандидатами для лечения COVID-19, поскольку M
pro играет решающую роль в начале репликации вируса. Кроме того, M
pro сохраняется среди различных вариантов, представляющих интерес. Таким образом, любое прерывание его каталитической активности может представлять собой соответствующую стратегию разработки противокоронавирусных препаратов. Однако большинство ингибиторов M
pro принадлежат к классу соединений, известных как «пептидомиметики» (синтетические молекулы, разработанные для имитации структурного домена в природном белке).
(59)); таким образом, они часто обладают плохими фармакокинетическими свойствами и биодоступностью при пероральном приеме.
(60,61)Чтобы противостоять этому, Quan et al. разработали серию перорально доступных ингибиторов M
pro с мощной противовирусной активностью in vivo против новых вариантов SARS-CoV-2.
(61)Общая структура ингибитора (
41 ) показана на
схеме 9а . Различные фрагменты (α-кетоамид, пиридин, R
1 и R
2 ) занимают четыре основных кармана M
pro . Из-за двух стереоцентров в
41 (с фиксированной
S -конфигурацией в 1-(4-фторфенил)этан-1-ильном заместителе R
3 ) молекулы представляют собой смеси эпимеров, в которых (
R )-эпимеры проявляют гораздо более высокую активность, чем соответствующие (
S )-эпимеры, в то время как наиболее активные (
R )-эпимеры быстро превращаются в менее активные эпимеры (
S) in vivo, вероятно, из-за наличия способного к обмену водорода в хиральном углеродном центре, связывающем два амида. Таким образом, чтобы предотвратить или уменьшить преобразование конфигурации, авторы включили дейтерий в это положение, образуя дейтерированные ингибиторы M
pro с общей структурой
42 (в дополнение к недейтерированным ингибиторам
41 ). Дейтерированные ингибиторы получали с использованием 4-компонентной реакции Ugi (Ugi-4CR). Это включало слияние (
S )-2-гидроксипропановой кислоты, никотинальдегид-формил-
d 1 (
43 ), амина (R
1 -NH
2 ) и изоцианида (R
2 -CN) с образованием производного диамина
44 ., который затем был преобразован в общий ингибитор (
42 ) путем окисления Десса-Мартина [
Схема 9b(ii)]. Соединение
43 может быть получено из недейтерированного никотинового альдегида повторным восстановлением NaBD
4 (до дейтерированного пиридин-3-илметанола) с последующим трехкратным окислением Десса-Мартина до альдегида, достаточного для образования соединения
43 с включением D> 98% [
Схема 9 б(и)]. Отметим, что Донг и соавт.
(62)сообщили об альтернативном одностадийном пути получения
43 с выходом 82% (включение D 94%), который является формилселективным, использует легкодоступный и безопасный D
2 O и включает комбинированный фотокатализ с переносом атома водорода и тиоловый катализ. Точно так же Генг и соавт.
(63)сообщили об альтернативном одностадийном пути к замещенным аналогам
43 с использованием легкодоступного и безопасного D
2 O в мягких условиях реакции с одинаково высокими (> 95%) уровнями включения D.
Авторы приготовили 11 дейтерированных ингибиторов, а также множество недейтерированных ингибиторов.
(61)Хотя полученные соединения показали такую же эффективность, как и недейтерированные аналоги, конверсия из (
R )- в (
S )-эпимер была существенно снижена. Из 11 полученных изотопологов Y180(
45 ) (
схема 9в ) оказался наиболее эффективным среди протестированных ингибиторов с самой низкой скоростью эпимеризации и IC50
8,1 нМ против M
pro SARS-CoV-2 (по сравнению с ∼ 13,3 мкМ для его недейтерированного аналога,
46 ).
45 защищен от SARS-CoV-2 дикого типа, B.1.1.7 (альфа), B.1.617.1 (каппа) и P.3 (тета) со значениями EC
50 11,4, 20,3, 34,4 и 23,7. нМ соответственно. Пероральное лечение с
45 продемонстрировал замечательную противовирусную активность и существенно улучшил вызванное вирусом повреждение тканей как в носу, так и в легких у трансгенных мышей, инфицированных B.1.1.7 K18-человеческим ACE2 (K18-hACE2). Кроме того, лечение инфицированных B.1.617.1 мышей (модель летальной инфекции)
45 улучшало их выживаемость с 0 до 44,4% (
P = 0,0086). Важно,
45также был высокоэффективен против варианта B.1.1.529 (Omicron) как in vitro, так и in vivo. Это хороший пример, когда дейтерий не влияет напрямую на метаболизм молекулы, а вместо этого предотвращает эпимеризацию, что позволяет получить один более эффективный эпимер. Этот подход также известен как хиральное переключение с использованием дейтерия (DECS) и является мощным инструментом для получения хирально чистых лекарств из химически взаимопревращающихся рацематов, что часто приводит к терапевтическим агентам с повышенной эффективностью, стабильностью и сниженной токсичностью.
Дейтерированные препараты как внутренние стандарты рассеянного склероза
В общем, внутренние стандарты МС полезны в приложениях, в которых количество интересующего аналита в смеси (например, в моче, крови) варьируется или уменьшается во время процесса, например, из-за адсорбции, но требует точного количественного определения. на протяжении всей процедуры. Включив в смесь меченый изотопом стандарт с известной концентрацией, можно обеспечить меру контроля на протяжении всей процедуры путем поправки на потери аналита, тем самым обеспечивая точность и воспроизводимость регистрируемых концентраций.
(65,66)Как правило, большинство количественных аналитических методов основаны на методах, связанных с масс-спектрометрией, таких как анализы ЖХ/МС. Изотопологи наиболее практичны для использования в качестве внутренних стандартов МС, поскольку они обычно совместно элюируют с исходным соединением хроматографически и ионизируются так же, как исходное соединение во время масс-спектрометрии. Однако дейтерированные соединения могут демонстрировать неожиданные результаты, такие как различное время удерживания аналита и дейтерированного внутреннего стандарта МС по сравнению с ЖХ с обращенной фазой или различное извлечение при экстракции и потеря дейтерия из-за H/D-обмена. Особенно это касается стандартов, содержащих более шести атомов дейтерия или имеющих метку, непосредственно примыкающую к основному атому азота.
(67)По этой причине соединения, меченные
13 C,
15 N или
17 O, могут быть более подходящими, чем соединения, меченные дейтерием.
(65)С другой стороны, H обычно более распространен в отдельных соединениях, а дейтерий обычно дешевле и легче включается (например, посредством дейтерирования на поздних стадиях).
(68)), поэтому большой интерес представляют дейтерированные внутренние стандарты MS.
(65,67)Для успешного разделения соединений и предотвращения перекрестных помех количество дейтерирования можно варьировать (M + 3 является стандартным требованием для углеводородов).
(67)Иногда встречающиеся в природе изотопы аналита также вносят значительный вклад в сигнал внутреннего стандарта МС. Это становится более очевидным в изотопно-богатых соединениях, таких как соединения, содержащие серу, хлор или бром, соединениях с более высокой молекулярной массой и соединениях с высоким соотношением концентраций аналита/внутреннего стандарта МС.
(69)Однако каждый случай индивидуален, и выбор изотопной метки (или альтернативного внутреннего стандарта МС) для использования требует разумной проницательности. Важным требованием при приготовлении дейтерированных внутренних стандартов МС является очень высокий уровень включения дейтерия в положениях обогащения в стандарте, чтобы он не мешал аналиту. Существует несколько коммерчески доступных пакетов программного обеспечения для прогнозирования, каждый из которых позволяет пользователю найти формулу суммы соединения для расчета необходимых добавленных единиц массы для создания подходящего стандарта МС.Было использовано и подготовлено несколько дейтерированных внутренних стандартов MS для количественной оценки новых или перепрофилированных лекарств и их метаболитов для лечения COVID-19.
Перепрофилированные наркотики
Во-первых, Хаблер и соавт. разработал и утвердил метод двумерной жидкостной хроматографии с изотопным разбавлением и тандемной масс-спектрометрии (ID-LC-MS/MS) для точного и одновременного количественного определения лекарств в сыворотке человека, в частности, для одновременного количественного определения нескольких перепрофилированных лекарств от COVID-19.
(70)Работа была выполнена с использованием стабильных меченных дейтерием аналогов хлорохин-
d 4 фосфата (
47 ), гидроксихлорохин —
d 4 сульфата (
48 ), ритонавира —
d 6 (
49 ), лопинавира —
d 8 (
50 ) и азитромицина-
13 C-
d 3 (
51 ) в качестве внутренних стандартов МС (
рис. 7 ), все из коммерческих источников. Дозировка перепрофилированных терапевтических средств против COVID -19, как правило, рассчитывается на основе полученной in vitro полумаксимальной эффективной концентрации (EC50).) значения для SARS-CoV-2 и фармакокинетических моделей, основанных на фармакологии, для других заболеваний и клинических состояний. Поскольку режимы дозирования перепрофилированных препаратов не всегда могут быть надлежащим образом переведены с их первоначального назначения на соответствующее воздействие препарата у пациентов с COVID-19 из-за патофизиологических изменений, это может привести к возможным субтерапевтическим или токсическим концентрациям без клинической пользы. Кроме того, политерапия может привести к ненадежным уровням лекарств из-за взаимодействия между различными лекарствами. Поэтому терапевтический мониторинг лекарств имеет решающее значение. Разработанный анализ был разработан, чтобы стать эффективным методом мониторинга этих потенциальных лекарств у пациентов с COVID-19 и повысить эффективность и безопасность лечения.
В аналогичном исследовании Sok et al.
(71)разработал и утвердил первый в истории метод ЖХ-МС/МС для одновременного количественного определения азитромицина, гидроксихлорохина (ГХХ) (как противомалярийных препаратов, так и потенциальных терапевтических средств против COVID-19) и двух метаболитов ГХ, дезэтил-ГХХ и бисдеэтил-ГХХ, в Плазма крови человека, обработанная ЭДТА. В исследовании использовались коммерчески доступные внутренние стандарты МС азитромицин-
d 5 (
52 ), гидроксихлорохин —
d 4 (
53 ) (нейтрализованная версия
48 ), дезэтил-гидроксихлорохин-
d 4 (
54 ) и бисдезэтилхлорохин-
d 4 (
55 ) (
Рисунок 8) и подходит для клинических исследований, требующих быстрой обработки и небольшого объема образца (для анализа требуется всего 20 мкл плазмы). Метод был разработан для поддержки клинических испытаний и оценки фармакокинетики и фармакодинамики этих перепрофилированных препаратов в этой новой роли.
Одобрение FDA противовирусного препарата ремдесивир для лечения COVID-19 у взрослых и детей в возрасте 12 лет и старше, нуждающихся в госпитализации, привело к увеличению потребности в простом, чувствительном и селективном анализе для количественного определения концентрации препарата в клинических образцах для изучения терапевтического действия. дозирование и провести фармакокинетические исследования. Таким образом, Нгуен и соавт.
(72)разработали и утвердили быстрый и чувствительный анализ ЖХ-МС/МС для количественного определения ремдесивира (соединение
12 ) в плазме человека, в котором использовался коммерчески доступный меченный дейтерием аналог ремдесивира-
d 5 (
56 ) (
рис. 8 ) в качестве внутреннего Стандарт МС. Этот метод оказался наиболее чувствительным на сегодняшний день и подходит для исследований терапевтического дозирования. Прецизионность, аккуратность и селективность соответствовали биоаналитическим рекомендациям FDA.Тиан и др.
(73а)сообщили о первом в истории исследовании, проведенном для выявления и количественного определения основных циркулирующих метаболитов BS1801 (
57 ), аналога эбселена (
58 ), обнаруженных в гепатоцитах разных видов и плазме человека (
рис. 9 ). Эбселен — один из перспективных препаратов для лечения COVID-19.
(74)Для количественного определения основного метаболита BS1801 «M2» (
59 ) был разработан точный и быстрый метод ЖХ-МС/МС, основанный на использовании дейтерированного внутреннего стандарта МС.
Чтобы удовлетворить эту потребность, авторы подготовили дейтерированный внутренний стандарт MS (M2-
d 6 ) .
60 ) с использованием реактива Гриньяра для введения дейтерированной метильной группы к атомам селена соединения
59 (
схема 10 ). Предполагалось, что конечный продукт содержал >99% D, так как это было обогащение коммерчески полученного раствора метил-
d 3 -йодида магния (CD
3 MgI). Эта концепция демонстрирует полезность дейтерирования на поздней стадии. Аналитический метод был успешно использован для фармакокинетической оценки BS1801 (
57 ), демонстрируя, что этот подход может служить эталоном для фармакокинетического анализа других селенсодержащих препаратов. Высокое содержание D
60имеет важное значение для использования дейтерированных внутренних стандартов в анализе ЖХ-МС/МС. Тем не менее, более экологичная альтернатива традиционным растворителям Гриньяра может быть реализована для синтеза
60 в будущем.
Янсен-ван Вуурен и Вохра
(76)сообщили о разработке простого способа синтеза барицитиниба-
d 5 (
61 ), дейтерированного аналога барицитиниба (
62 ) (
рис. 10 ). Барицитиниб — это терапевтическое средство, используемое для лечения ревматоидного артрита, и по состоянию на 11 мая 2022 года оно одобрено FDA для лечения COVID-19 у госпитализированных взрослых, которым требуется дополнительный кислород или вентиляция легких.
(77)Предшествующая литература, описывающая пути синтеза
61 , включала использование токсичных реагентов, поэтому авторы разработали альтернативный путь синтеза, зависящий от начальной интеграции дейтерия в этансульфонильный компонент посредством синтеза этансульфонилхлорида-
d 5 (
63 ) из коммерчески доступного этантиола. —
d 5 (>98% D) (
схема 11 ).
63 немедленно превращается в стабильное промежуточное соединение
64 с выходом 94% при реакции с легко получаемой солью азетидиния.
Затем соединение 64 может быть превращено в желаемый продукт (
61 ) в два дополнительных этапа: реакция
64 с коммерчески доступным
65 с образованием стабильного и выделяемого промежуточного соединения
66 с последующим снятием защиты с триметилсилилэтоксиметила (SEM). Дейтерированный аналог барицитиниба (
61 , 98% D), полученный с общим выходом 29%, может быть использован в качестве внутреннего стандарта МС в дальнейших исследованиях.
Дейтерированные биомаркеры как внутренние стандарты МС
Чабра и др.
(78)при подготовке миметиков гепарин/гепарансульфат (HS), потенциально нацеленных на различные заболевания (включая SARS-CoV-2), разработал полностью количественный анализ LC-MS/MS для количественного определения HS, а также биомаркера для некоторых лизосомных болезней накопления, а именно, семейство мукополисахаридозных (MPS) расстройств.Заболевание вызывает накопление недеградированного ГВ, что связано с множественными патологиями в головном мозге и других органах. Опубликованный метод оказался эффективным для определения ГВ в ткани головного мозга мышей с МПС. Учитывая, что количественное определение HS в биологических образцах, например, в моче или ткани, затруднено из-за его гетерогенности и высокой молекулярной массы, кислотный метанолиз или бутанолиз, приводящий к продуктам расщепления десульфатированных дисахаридов, которые можно обнаружить с помощью анализа ЖХ-МС/МС, является подходящий альтернативный вариант. По этой причине авторы подготовили меченую дейтерием версию (
67 ) основного продукта бутанолиза дисахарида HS в качестве внутреннего стандарта МС (
схема 12 ). Синтез включает начальное омыление
68с NaOH (водн.) в растворе MeOH–хлороформ.
(79)Неочищенный карбоксилат затем этерифицируют в основных условиях с коммерчески доступным 1-иодобутаном-
d 9 (≥98 атомных % D) с получением дисахарида
69 с выходом 86%. Затем гидрогенолиз дает дейтерированный дисахарид
67 с выходом 57% (с тем же % D, что и у 1-иодобутана-
d 9 ). Метод также может оказаться полезным при изучении миметиков ГС, предназначенных для фармацевтических целей, в том числе для препаратов, нацеленных на COVID-19.
