Комплексное соединение оксованадия (iv) с диметилсульфоксидом, обладающее антидиабетическим действием, и способ его получения
Владельцы патента RU 2559894:
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации (ВолгГМУ) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) (RU)
Изобретение относится к новому средству, обладающему антидиабетическим действием. Средство представляет собой комплексное соединение оксованадия (IV) с диметилсульфоксидом (DMSO) формулы VO(DMSO)5·(ClO4)2 - пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлорат. Также предложен способ получения комплексного соединения оксованадия (IV) с диметилсульфоксидом. Изобретение может найти применение в комплексном лечении сахарного диабета второго типа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 4 пр.
Изобретение относится к новому средству, которое представляет собой комплексное соединение оксованадия (IV) с диметилсульфоксидом (DMSO) формулы VO(DMSO)5·(ClO4)2 - пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлорат, которое обладает антидиабетическим действием, а также к способу получения указанного средства и может найти применение в комплексном лечении сахарного диабета второго типа.
Сахарный диабет (СД) представляет собой серьезную проблему современной медицины вследствие его широкого распространения и тяжелых осложнений, приводящих к инвалидности и высокому уровню смертности больных. По механизму возникновения СД делится на два типа. СД I типа развивается в результате слабой секреции инсулина поджелудочной железой и корректируется инъекциями инсулина. В основе СД II-го типа лежит резистентность тканей к инсулину, возникающая из-за уменьшения количества и/или сродства специфических рецепторов либо из-за нарушения механизмов передачи гормонального сигнала на пострецепторном уровне. Для коррекции СД II типа используются средства с различными механизмами действия, которые могут применяться индивидуально и в различных сочетаниях: глиниды (меглитиниды), производные сульфонилмочевины, бигуаниды, глитазоны, глиптины и др. Однако длительное применение этих препаратов вызывает снижение функции β-клеток поджелудочной железы и усиление резистентности к инсулину, то есть несмотря на наличие широкого спектра антидиабетических средств к настоящему моменту остается нерешенной проблема создания препаратов, безопасных с точки зрения побочных эффектов.
Непрерывный поиск новых возможностей для более совершенной коррекции СД продолжается, в том числе и среди средств, направленных на регуляцию метаболизма углеводов и липидов. Перспективным в этом отношении классом веществ являются соединения ванадия, поскольку установлено, что ванадий - микроэлемент, способный выполнять многие регулирующие функции в организме, в частности имитировать метаболические эффекты инсулина, усиливать чувствительность к этому гормону и продлевать биологический ответ тканей на инсулин.
Известно, что ванадилсульфат и ванадаты нормализуют уровень глюкозы в крови у крыс с экспериментальным (стрептозотоциновым) диабетом (см., например, McNell J.Η., Delgatty Η., Batell M.L. // Diabetes, 1991, v. 40, pp. 1448-1452; Ramanadham S, Cros S.H. et al. // Can. J. Physiol. Pharmacol. 1990, v. 68, pp. 486-491). Однако использовать эти соединения в качестве активных субстанций для препаратов гипогликемического действия практически невозможно, поскольку они токсичны и плохо всасываются в желудочно-кишечном тракте.
Комплексы ванадия с органическими лигандами менее токсичны, более липофильны и лучше абсорбируются. Исследовано инсулиномиметическое действие множества комплексов ванадия в степени окисления 4+ или 5+ с различными органическими соединениями: хелатные комплексы (например, с ацетилацетонатом и производными пиколиновой и дипиколиновой кислот), комплексы с витаминами, биорастворимыми полимерами и природными антиоксидантами (куркумины и алликсинаты), пептидные комплексы и др. (К.Н.Thompson et al. // J. Inorg. Biochem. 2009, v. 103, pp. 554-558; K.H. Thompson, C. Orvig // J. Inorg. Biochem. 2006, v. 100, pp. 1925-1935; Srivastava A.K., Mehdi M.Z. // Diabetic Med., 2005, v. 22, pp. 2-13; D.C. Crans et al. // Chem. Rev., 2004, v. 104, pp.849-902; A. Levina, P.A. Lay // Dalton Trans. 2011, v. 40, pp. 1167-1168). Ряд разработок в области создания антидиабетических средств на основе соединений ванадия защищен патентами, например, RU 2190618, C07F 9/00, А61К 31/28, 20.01.2002; RU 2101287, C07F 9/00, 10.01.1998; RU 2341528, C07F 9/00, 20.12.2008; US 5300496, А61К 31/555, А61К 31/28, 05.04.1994; US 5527790, А61К 33/24, А61К 31/28, А61К 31/555, 18.06.1996; US 5545661, А61К 31/555, 13.08.1996; US 5888993, A61K 33/24, A61K 31/28, A61K 31/555, 30.03.1999; US 5866563, A61K 33/24, A61K 31/555, A61K 31/28, 02.02.1999.
Следует отметить, что многие из предлагаемых для комплексообразования с ванадием органических соединений (например, производные имидазола и бензимидазола, пирокатехина, дитиокарбаминовая кислота, гидразид изоникотиновой кислоты и др.) могут быть для больного СД тяжелым балластом, вызывающим различные побочные эффекты, ухудшающие деятельность сердечно-сосудистой системы, печени, почек и приводящие к аллергическим реакциям.
В заявляемом средстве, представляющем собой оксованадиевый комплекс VO(DMSO)5·(ClO4)2, органическим лигандом является DMSO. DMSO включен во внутреннюю координационную сферу комплекса, что, однако, не исключает возможности его высвобождения in vivo в результате замещения, диссоциации и т.д. Важно отметить, что DMSO нетоксичен, обладает анальгетическими, противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, а также способностью проникать через биологические мембраны (что обусловливает его применение в качестве основы лекарственной формы «Димексид»). DMSO увеличивает всасывание и усиливает действие различных веществ, в частности инсулина. Получены данные, что DMSO влияет на инкретиновый эффект: в присутствии 0,5-2,5% DMSO значительно (в 2-2,5 раза) усиливается функция секреции инсулина глюкагоноподобным пептидом-1 (D.M. Kempa, J.F. Habenera // Biochem. Pharmacol. 2002, v. 64, pp. 689-697).
Заявляемое средство, представляющее собой пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлорат - VO(DMSO)5·(ClO4)2, проявляет антидиабетическую активность, улучшает показатели теста толерантности к глюкозе и относится к умеренно токсичным соединениям.
Получение пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлората и некоторые физико-химические характеристики данного комплекса описаны в работе: J. Selbin, L.H. Holmes Jr., Complexes of oxovanadium. // J. Inorg. Nucl. Chem., 1962, v. 24, pp. 1111-1119. Антидиабетические свойства VO(DMSO)5·(ClO4)2 до настоящего времени не исследовались.
Исходным соединением для получения VO(DMSO)5·(ClO4)2 в известном способе является пентаоксид ванадия (V) V2O5, который растворяют при нагревании в смеси воды, этилового спирта и соляной кислоты. Упариванием раствора получают гидратированный оксодихлорид ванадия (IV) VOCl2·nH2O в виде сиропообразной жидкости. Далее полученный оксодихлорид ванадия (IV) используют в виде водного раствора для получения перхлората ванадила VO(ClO4)2: к водному раствору VOCl2 прибавляют хлорную кислоту, небольшое количество этанола и греют на кипящей водяной бане для удаления HCl. Отсутствие иона хлора в полученном водном голубом растворе перхлората ванадила VO(ClO4)2 контролируют реакцией с нитратом серебра. Водный раствор VO(ClO4)2 прибавляют к чистому DMSO, раствор при этом разогревается, впоследствии из него выпадают синие кристаллы оксованадиевого комплекса VO(DMSO)5·(ClO4)2, их промывают эфиром и сушат в вакууме. Выход ни на одной стадии синтеза не приводится.
Недостатками известного способа получения VO(DMSO)5·(ClO4)2 являются низкая чистота промежуточных соединений из-за окисления V4+ при нагревании, необходимость промежуточной стадии получения VO(ClO4)2 и высокая чувствительность процесса кристаллизации конечного целевого продукта к условиям проведения реакции.
В предлагаемом способе также сначала получают оксодихлорид ванадия (IV) VOCl2 растворением пентаоксида ванадия (V) V2O5 в концентрированной HCl в присутствии этанола. Полученный после удаления растворителей VOCl2 хранят и используют для получения комплекса VO(DMSO)5·(ClO4)2 в виде раствора в ацетонитриле. Комплекс VO(DMSO)5·(ClO4)2 получают взаимодействием ацетонитрильного раствора VOCl2 с избытком DMSO и расчетным количеством перхлората магния Mg(ClO4)2.
В предлагаемом способе получения VO(DMSO)5·(ClO4)2 отсутствует стадия получения VO(ClO4)2. В качестве исходного соединения для взаимодействия с DMSO используется стабильный в течение практически неограниченного времени раствор VOCl2 в ацетонитриле. В синтезе используется высокогигроскопичное вещество - перхлорат магния, способствующее связыванию излишков воды, содержащихся в растворе VOCl2. Кристаллизация конечного целевого продукта не вызывает затруднений - в результате достигается высокий выход комплекса и упрощается технологический процесс.
Приводим примеры, подробно раскрывающие сущность предлагаемого изобретения.
Пример 1. Получение пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлората.
4,55 г (0,025 моля) пентаоксида ванадия (V) V2O5 растворяют в 12,1 мл концентрированной (38%) HCl, добавив несколько капель этанола. Упариванием раствора на роторном испарителе получают сиропообразную темно-синюю массу оксодихлорида ванадия (IV) VOCl2, которую растворяют в 30 мл ацетонитрила. К полученному ацетонитрильному раствору, содержащему 0,05 моля VOCl2 (раствор устойчив при комнатной температуре в течение месяца и более), добавляют 20 мл чистого DMSO, затем медленно добавляют 11,15 г (0,05 моля) перхлората магния, удаляют избыток растворителя на роторном испарителе и охлаждают льдом, выпадают ярко-голубые кристаллы, их перекристаллизовывают из ацетона, промывают эфиром и сушат в вакууме, получают 26,6 г (81%) комплекса ванадила с диметилсульфоксидом формулы VO(DMSO)5·(ClO4)2, комплекс хорошо растворяется в воде и в полярных органических растворителях.
Найдено, %: ClO4 29,6.
Вычислено, % для [VO{(CH3)2 SO}5](ClO4)2: 30,3.
Количественное определение аниона перхлората проводили в соответствии с методикой, изложенной в работе авторов (Е.В. Наянова, Е.В. Елипашева, Г.М. Сергеев «Фотометрическое редокс-определение оксианонов хлора и брома в гипохлоритных дезинфицирующих растворах» // Аналитика и контроль. 2013. Т.17. №4. С. 472-476)
ИК-спектр: (ацетонитрил) 989 см-1 (VO+2), 933 и 959 см-1 (S=O координированного DMSO), 1103 и 1094 см-1 (Cl-O аниона ClO4).
Спектры ЭПР: g||=1,937; g⊥=1,987; А||=179,6; А⊥=65,77 (DMSO); g||=1,936; g⊥=1,985; А||=18179,7; A⊥=68,40 (этанол).
Пример 2. Исследование токсичности.
Токсичность пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлората исследовали на здоровых беспородных белых крысах-самцах массой 220-250 г. Изолированным от внешних раздражителей животным осуществляли однократное пероральное введение исследуемого комплекса в дозах 100, 200, 500, 625, 750, 825, 1000 мг/кг. После введения комплекса животные находились под постоянным наблюдением в течение 4-х часов, в последующие дни за ними наблюдали два раза в сутки: утром и вечером. Длительность эксперимента составляла 14 дней. По окончании срока наблюдения регистрировалась клиника отравления, количество летальных исходов и число выживших животных. У животных были выявлены признаки отравления, выраженность которых была пропорциональна увеличению вводимой дозы комплекса, в частности ограничение подвижности, заторможенность, снижение реактивности, диарея, рвотный рефлекс, развитие седации вплоть до полной обездвиженности. Среднелетальная доза ЛД50 исследуемого комплекса ванадия рассчитывалась методом Беренса, ее стандартная ошибка - по формуле Геддама (Беленький М.А. Элементы количественной оценки фармакологического эффекта. - Л.: Медицина, 1963, 116 с.) и составила 683 мг/кг.
Согласно литературным данным при однократном пероральном введении NaVO3 (метаванадат натрия) ЛД50 составляет 98 мг/кг (Liobet J.Μ., Domingo J.L. // Toxic. Lett., 1984, v. 23, pp. 227-231), при введении пентагидрата сульфата ванадила - 298 мг/кг (RU 2341528, C07F 9/00, 20.12.2008). По другим данным ванадилсульфат (в виде тригидрата) еще более токсичен: ЛД50 составляет 95 мг/кг (RU 2101287, C07F 9/00, 10.01.1998).
Таким образом, токсичность предлагаемого средства существенно ниже, чем у неорганических соединений ванадия, его следует отнести к умеренно токсичным соединениям.
Пример 3. Исследование антидиабетической активности.
Антидиабетическую активность комплекса оценивали по снижению уровня глюкозы в плазме крови у животных с сахарным диабетом. Для этих целей использовались белые крысы-самцы с экспериментальным стрептозотоцин-индуцированным сахарным диабетом (ССД). ССД вызывали стрептозотоцином (внутривенно, однократно в дозе 45 мг/кг). За развитием ССД следили по увеличению уровня глюкозы в плазме крови и появлению глюкозы в моче, а также по общему состоянию животных. В опыт отбирали крыс с выраженным диабетом (содержание глюкозы в плазме крови свыше 10 ммоль/л) на 3-4 сутки после интоксикации стрептозотоцином. Одной группе животных начинали ежедневно давать водные растворы исследуемого комплекса, а другой - препарата сравнения - сульфата ванадила кристаллогидрата [VO(H2O)4(SO4)]H2O, в одинаковых дозах в пересчете на ванадий, а именно 2,73 мг/кг ванадия. Длительность эксперимента - 14 дней. Концентрацию глюкозы в крови крыс определяли глюкозооксидазным способом натощак на 3, 7, 14-е сутки после введения стрептозотоцина. Образцы крови для определения глюкозы забирали через 2 часа после введения препаратов. Полученные данные суммированы в таблице.
Как видно из приведенных данных, уровень глюкозы в крови интактных крыс в течение двух недель наблюдений соответствовал нормальным значениям 4,41-4,99 ммоль/л. У крыс с развившимся ССД на 3-й день после введения стрептозотоцина уровень глюкозы в крови превышал норму в 2,4 раза и сохранялся на стабильно высоком уровне на протяжении всего эксперимента. Развитие ССД проявлялось наличием характерных симптомов: полиурией, высоким потреблением воды животными, потерей веса. Высокая степень декомпенсации углеводного обмена приводила к гибели животных.
Результаты проведенного исследования показали гипогликемическую эффективность пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлората - при курсовом введении данного соединения ванадия (в дозе 2,73 мг/кг ванадия в день) уровень глюкозы в крови крыс со стрептозотоцин-индуцированным СД к 7-му дню и далее снизился примерно в два раза по сравнению с крысами с сахарным диабетом, не получавшими лечения.
Валено отметить, что количество выживших животных на 7-й день эксперимента при введении сульфата ванадила составило 87,5%, а к 14-му дню не превышало 37,5%, в то время как при использовании предлагаемого средства наблюдалась 100%-ная выживаемость животных в течение всего эксперимента.
Пример 4. Исследование антидиабетического действия при проведении перорального глюкозотолерантного теста.
Пероральный глюкозотолерантный тест (ПГТТ) осуществляли на 7-е и 14-е сутки после инъекции стрептозотоцина. За 18 часов до проведения теста глюкозной нагрузки крысам ограничивали доступ к пище при свободном доступе к воде. Исследуемые препараты ванадия - пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлорат и препарат сравнения сульфат ванадила - вводили в одинаковых дозах в пересчете на ванадий, а именно 2,73 мг/кг ванадия, начиная с 3-го дня после инъекции стрептозотоцина ежедневно, в день проведения ПГТТ - за 1 час до проведения теста. Для осуществления теста всем животным - экспериментальной группе животных с сахарным диабетом, получавшей препараты ванадия, контрольной группе с сахарным диабетом, не получавшей лечения, и интактным крысам - вводили глюкозу в дозе 3 г/кг веса, перорально. Пробы крови для определения гликемии забирали перед введением глюкозы, затем через 30 минут после введения глюкозы и в течение двух часов с 30-минутным интервалом. Концентрацию глюкозы в крови определяли вышеуказанным (глюкозооксидазным) методом. Скорость утилизации глюкозы оценивали исходя из степени снижения площади под кривой содержания глюкозы (Древаль А.В. Взаимосвязь HbAlc и параметров перорального теста толерантности к глюкозе у больных сахарным диабетом 2 типа. / А.В. Древаль, Редькин Ю.А., Богомолов В.В. // Проблемы эндокринологии. - М. - 2005. - Деп. №53913). Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета программ Statistica 6.0 (StatSoft, США) и Excel 2007 (MS Office 2007, США). Проводился расчет базовых статистических показателей, характеризующих вариационные ряды (среднее арифметическое значение М, стандартная ошибка средней арифметической m), с использованием парного t-критерия Стьюдента.
При проведении ПГТТ на 7-й день после инъекции стрептозотоцина для крыс с индуцированным ССД (контроль-диабет нелеченный) регистрируется увеличение площади под кривой «концентрация глюкозы-время», превышающее контрольные значения интактной группы животных в 3,1 раза (602,5 у.е и 1862, 2 у.е. соответственно). В группе крыс, получающих изучаемые препараты ванадия, на 7-й день эксперимента выявлена их антидиабетическая активность, причем предлагаемое средство - комплекс ванадия с диметилсульфоксидом VO(DMSO)5·(ClO4)2 - проявлял несколько большую эффективность, чем препарат сравнения сульфат ванадила (1121,18 у.е и 1054,8 у.е. соответственно) (см. рис. 1).
Различие в эффективности исследуемых препаратов еще более проявляется при увеличении длительности эксперимента. На 14-й день исследования антидиабетическое действие предлагаемого средства превысило эффект от введения сульфата ванадила более чем в 3 раза - комплекс VO(DMSO)5·(ClO4)2 снижал патологический подъем сахарной кривой на 45,84%, тогда как сульфат ванадила - на 14,90% (см. рис. 2). При этом в контрольной группе крыс с индуцированным ССД сохранялась нарушенная толерантность организма к нагрузке глюкозой - площадь под кривой «концентрация глюкозы-время» для нелеченных крыс с ССД превышала контрольные значения интактных животных в 3,1 раза аналогично 7-му дню эксперимента.
Таким образом, совокупность результатов проведенных испытаний показывает, что предлагаемое средство, представляющее собой оксованадиевый комплекс с диметил-сульфоксидом формулы VO(DMSO)5·(ClO4)2, проявляет гипогликемические свойства и улучшает показатели теста толерантности к глюкозе, при этом антидиабетическое действие заявляемого средства превосходит действие препарата сравнения сульфата ванадила.
На основании имеющихся в научной и патентной литературе сведений об относительной эффективности гипогликемического действия различных соединений ванадия - среди них можно выделить комплексы ванадила с мальтолом (3-гидрокси-2-метил-4-пироном) (US 5300496, А61К 31/555, А61К 31/28, 05.04.1994) и с этилмальтолом (US 5866563, А61К 33/24, А61К 31/555, А61К 31/28, 02.02.1999), так как оба соединения прошли первые фазы клинических испытаний - и их сравнения с эталонным антидиабетическим препаратом инсулином можно сделать вывод о сопоставимости эффекта действия предлагаемого средства и известных антидиабетических препаратов.
Предлагаемое средство, являясь умеренно токсичным соединением, проявляющим антидиабетическую активность, может быть использовано в качестве активного компонента сублингвальных, интраназальных, ректальных, трансдермальных лекарственных форм.
Способ получения предлагаемого средства отличается достаточной простотой технологии и обеспечивает высокий выход кристаллического целевого продукта.
1. Средство, обладающее антидиабетическим действием, представляющее собой комплексное соединение оксованадия (IV) с диметилсульфоксидом (DMSO) формулы VO(DMSO)5·(ClO4)2 - пентакис(диметилсульфоксид) оксованадия (IV) перхлорат.
2. Способ получения комплексного соединения оксованадия (IV) с диметилсульфоксидом формулы VO(DMSO)5·(ClO4)2 по п.1, включающий растворение пентаоксида ванадия (V) V2O5 при нагревании в смеси этилового спирта и соляной кислоты с получением промежуточного соединения оксодихлорида ванадия (IV) VOCl2, удаление растворителей, получение ацетонитрильного раствора оксодихлорида ванадия (IV) VOCl2, взаимодействие полученного раствора с DMSO и перхлоратом магния.