 |
Synthesis of 6-deoxy-L-talopyranoside-containing Idraparinux derivatives with potential anticoagulant activity
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
115645 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Herczeg, Mihály |
| Title in Hungarian |
Potenciálisan véralvadásgátló 6-dezoxi-L-talopiranóz tartalmú idraparinux analógok szintézise |
| Title in English |
Synthesis of 6-deoxy-L-talopyranoside-containing Idraparinux derivatives with potential anticoagulant activity |
| Keywords in Hungarian |
szulfonsav, pentaszacharid, 6-dezoxi-L-talopiranozid, véralvadásgátló, L-iduronsav |
| Keywords in English |
sulfonic acid, pentasaccharide, 6-deoxy-L-talopiranoside, anticoagulant, L-iduronic acid |
| Discipline |
| Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Pharmaceutical chemistry |
|
| Panel |
Natural Sciences Committee Chairs |
| Department or equivalent |
Department of Pharmaceutical Chemistry (University of Debrecen) |
| Starting date |
2015-09-01 |
| Closing date |
2018-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
22.828 |
| FTE (full time equivalent) |
2.40 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A heparin poliszacharid antikoaguláns tulajdonságainak köszönhetően felbecsülhetetlen gyógyszer a thromboembóliás betegségek megelőzésére és kezelésére. Alkalmazása azonban számos korlátba ütközik polianionos és heterogén természete miatt. A kutatások során mérföldkő volt egy szintetikus heparin-pentaszacharid gyógyszer (Arixtra) kifejlesztése, amellyel sikeresen minimalizálták az antikoaguláns terápia mellékhatásait. Az Arixtrának azonban van néhány klinikai hiányossága (pl. rövid felezési idő), és szintézise is bonyolult. Az egyszerűbben előállítható és aktívabb Idraparinuxnak a túl hosszú felezési ideje miatt az orvosi alkalmazása kockázatos. A hasonló aktivitású és megfelelő felezési idejű, de egyszerűbben szintetizálható heparinoidok kifejlesztése fontos feladata a szénhidrátkémikusoknak. Az L-iduronsav a heparin egyik fontos eleme, de hatékony szintézise még nem megoldott, ami jelentősen megnöveli a szintézisek időigényét és költségeit. Megoldást jelenthet kutatásunk célja: az iduronsav helyettesítése egy egyszerűbb szerkezeti elemmel vagy új és hatékony reakcióút kidolgozása L-iduronsav előállítására. Célunk az L-iduronsav helyettesítése 6-dezoxi-L-talopiranózzal, ezáltal új típusú, olcsóbban előállítható véralvadásgátlók szintézise. Ismert, hogy az L-iduronsav konformációs flexibilitása elengedhetetlen a biológiailag aktív térszerkezet kialakulásához. Feltételezzük, hogy ezt az aktív konformációt a jóval egyszerűbben és olcsóbban előállítható 6-dezoxi-L-talopiranóz is biztosíthatja. Célunk parciálisan metilezett pentaszacharid analógok előállítása is, mivel a metilezettségi fok csökkentésével optimalizálhatók a molekulák farmakokinetikai tulajdonságai.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Végrehajtható-e további lényeges szerkezeti egyszerűsítés a heparin-pentaszacharidokon az antikoaguláns hatás elvesztése nélkül?
Helyettesíthető-e az L-iduronsav egység más hasonló konformációjú, de egyszerűbben és olcsóbban előállítható szénhidrátokkal?
Gazdaságosabbá tehető-e az aktív véralvadásgátlók szintézise?
Kedvezően befolyásolja-e a tervezett molekulák biológiai aktivitását és felezési idejét a szulfát-észter szulfonsav csere?
Kedvezően befolyásolja-e a tervezett molekulák biológiai aktivitását és felezési idejét az L-idóz 6-dezoxi-L-talóz csere?
Kedvezően befolyásolja-e a tervezett molekulák biológiai aktivitását és felezési idejét a metilezettségi fok csökkentése?
Kidolgozható-e a cukorgyűrű inverzióján alapuló új és hatékony reakcióút L-idóz/L-iduronsav szintézisére?
Új L-idóz/L-iduronsav szintézisút kidolgozásával hatékonyabbá tehető-e a heparinoidok előállítása?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A heparint az 1940-es évek óta alkalmazzák a gyógyászatban, mint véralvadásgátló gyógyszert. Az Enoxaparin (Lovenox, Xaparin, Clexane), a heparin frakcionálásával készült kis molekulatömegű oligoszacharidok keverékéből álló készítmény (LMWH), évek óta világviszonylatban a tíz legtöbbet forgalmazott gyógyszer között van. A szintetikus analógok (pl.: Arixtra, Idraparinux) ugyan hatékonyabbak, mint a heparin vagy az Enoxaparin készítmények, de szintézisük bonyolultsága miatt a gyógyszerpiacon nem képesek felzárkózni a természetes alapú származékokhoz.
Kutatási projektünk olyan új, véralvadásgátló hatású Idraparinux analógok szintézisére irányul, amelyek optimális felezési idővel rendelkeznek, és az általunk tervezett változtatásoknak köszönhetően gazdaságosabban, jobb hatékonysággal szintetizálhatók, mint a jelenleg ismert származékok. A heparinok szintézisének legproblematikusabb része az L-iduronsav egység, ez a különleges cukor szabad állapotban nem fordul elő, előállítására nincs jó eljárás, több mint 10 lépést igényel és nagyon kis hatásfokú. Ezért ennek a szerkezeti elemnek az egyszerűsítésével vagy gazdaságos előállításával igazi áttörést lehetne elérni a szintetikus véralvadásgátlás területén. Ebből kiindulva egyik célunk az L-iduronsav helyettesítése 6-dezoxi-L-talopiranoziddal, amely rendelkezik az iduronsavra jellemző, és a biológiai hatáshoz nélkülözhetetlen szerkezeti flexibilitással, és szintézise egyszerű és hatékony. Másik célunk a piranóz gyűrű konformációs inverzióján alapuló, új és hatékony L-iduronsav-szintézis kidolgozása. Ezek a stratégiák könnyebbé, gazdaságosabbá és hatékonyabbá tehetik az összes heparinoid molekula szintézisét, így jelentősen felgyorsíthatják az Alzheimer-kór, az ateroszklerózis vagy a daganatok terápiájának terén jelenleg folyó heparin-alapú gyógyszerkutatást is.
Mindezek mellett a tervezett vegyülettípusok előállítása hozzájárulhat a szénhidrátkémiai szintézismódszerek (glikozilezési reakciók, védőcsoport manipulációk) fejlesztéséhez. A leghatásosabb molekulák gyógyszerkémiai fejlesztés alapját képezhetik.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A thromboembólia korunk veszedelmes járványának mondható, különösen az iparosodott országokban megdöbbentő a gyakorisága. A verőereket érintő problémák, mint a szélütés, szívizomelhalás és érszűkület közismertek, de mellettük az érrendszer „másik”, vénás oldalának a megbetegedései is gyakoriak, és következményeikben ugyanolyan félelmetesek. A vénás trombózis, illetve a tüdőembólia az Európai Unió évente mintegy félmillió polgárának a halálához vezet, és a megbetegedés gyakorisága egyre nő, amelynek több oka is van. Ezek közt megemlítendő a mozgáshiányos életmód, a hosszú repülőutak, az egyébként hatásos gyógyszerek trombózisra hajlamosító mellékhatása, illetve a fogamzásgátlók és egyéb hormonkészítmények fokozott elterjedése. Hasonlóan a nyugati országokhoz, hazánkban is komoly népegészségügyi terhet jelent a vénás thromboembóliás betegek egyre növekvő száma. Mindezen betegségek kezelésére és megelőzésére véralvadásgátló szereket alkalmaznak. A modern szemléletű alvadás-gátló megelőzés és kezelés döntő jelentőségű a mai társadalomban, kulcsfontosságú a leghatékonyabb és elegendő ideig alkalmazott terápia megválasztása. A téma jelentőségét jól mutatja, hogy jelenleg is számos kutatás foglalkozik az újabb, kedvezőbb tulajdonságokkal bíró véralvadásgátlók előállításával. A probléma jelentősége miatt célul tűztük ki olyan szénhidrátszármazékok előállítását, amelyek egyszerűbben és gazdaságosabban előállíthatók, mint az eddigi készítmények, hatékonyabbá téve így a vérrögképződés elleni védekezést. Jelentős előrelépés lehet a heparin-típusú molekulák szintézisében az általunk választott szerkezeti elem kiváltása egy egyszerűbb szerkezettel vagy előállításának optimalizálása.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The anticoagulant properties of the heparin polysaccharide made it an invaluable drug for prevention and treatment of thromboembolic diseases. However, application of heparin suffers from a number of limitations due to its polyanionic and heterogenous nature. The development of a synthetic pentasaccharide into a novel antithrombotic drug (Arixtra) was a milestone, minimizing the side-effects in anticoagulant therapy. Arixtra, however, also has some clinical shortcomings and requires a multistep, challenging synthesis. Thus, the search for additional heparinoid derivatives with specific activity and feasible synthesis is a major challenge to oligosaccharide chemists. The L-iduronic acid is an important element of heparin, but its efficient synthesis has not been solved, which significantly increases the time and cost of the preparation of heparinoids. In the frame of this project our aim is to resolve this issue both by substitution of iduronic acid with a simple structural replacement and development of a new and efficient pathway for the L-iduronic acid. Our goal is to substitute the L-iduronic acid with 6-deoxy-L-talopyranoside, in this way new types of anticoagulants can be produced at significantly lower cost. It is known that the conformational flexibility of the L-iduronic acid is essential for the formation of the bioactive structure. We assume that the 6-deoxy-L-talopyranoside, synthesis of which is much more simple and less expensive, may provide the active conformation. As the pharmacokinetic properties of the molecules can be optimized by reducing the degree of methylation, we also aim at the preparation of partially methylated pentasaccharide analogues.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Can further essential structural simplification be performed on the heparin pentasaccharide without loss of the anticoagulant activity?
Can the L-iduronic acid unit be replaced with a carbohydrate moiety possessing similar conformational properties, but available via a much simpler and cheaper synthetic pathway?
Can the synthesis of active anticoagulants be made more economical?
Does the sulfate ester sulfonic acid exchange influence the biological half-life and activity of the desired molecules in a positive way?
Does the L-idose 6-deoxy-L-talose exchange influence the biological half-life and activity of the desired molecules positively?
Can the reduction of the degree of the methylation be beneficial for the biological half-life and activity of the planned molecules?
Can a new and efficient pathway based on the conformational inversion of the carbohydrate ring be developed for the synthesis of L-idose?
Can the production of the heparinoids be made efficient by development of new synthetic route for L-idose / L-iduronic acid?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Heparin has been employed in medical practice since the 1940’s as a blood-anticoagulant. Enoxaparin (Lovenox, Xaparin, Clexane), a mixture of low molecular weight oligosaccharide fragments of heparin (LMWH) has been among the world's ten most traded drugs for years. The synthetic analogues (eg.: Arixtra, Idraparinux) are more effective than heparin or Enoxaparin preparations, however, because of their clinical shortcomings and the complexity of their synthesis, there is a constant need for the development of new synthetic anticoagulants of both a better pharmacological profile and a feasible synthesis.
The aim of our research project is to develop new Idraparinux-analogue anticoagulants possessing an optimal half-life, and due to the planned structural simplification, synthesis of which can be carried out in a more economical and efficient way than the currently known derivatives. The most problematic part of the synthesis of heparin derivatives is the L-iduronic acid unit. This unique sugar does not occur as a free monosaccharide, and is not available commercially. Its synthesis requiring more than 10 steps is very laborious and inefficient. Consequently, either by replacement of idose unit with a substantially simpler structural element or by developing an improved, cost- and time-saving method for the iduronic acid building block may be a real breakthrough in the field of anticoagulant therapy. One of our goals is the substitution of L-iduronic acid with 6-deoxy-L-talopyranoside which can ensure the adoption of the bioactive sterical structure of the pentasaccharide due to its crucial conformational flexibility. Moreover, its efficient and simple synthesis is well-documented. Another aim of our research is to develop a fundamentally new synthesis of the L-iduronic acid based on the conformational inversion of the pyranose ring. These strategies could be utilized in the synthesis of other heparin-based drug candidates. Thus, the pace of drug-development in the therapy of Alzheimer's disease, atherosclerosis or cancer metastasis could be significantly improved.
Our work may also contribute to the development of synthetic methods in the field of oligosaccharide chemistry.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The thromboembolism is a dangerous epidemic of our time. The frequency is especially startling in the industrialized countries. Problems affecting the arteries, such as stroke, myocardial infarction and atherosclerosis are well known, but venous diseases are also common, and the consequences are similarly dreadful. Venous thrombosis and pulmonary embolism lead to the death of about half a million people each year in the European Union, and the frequency of these diseases is increasing. The sedentary lifestyle, long flights, side effects predisposing to thrombosis of some drugs and the increased consumption of contraceptives and other hormones are among the reasons. Similarly to the Western countries, an increasing number of patients with venous thromboembolism is a burden on the public healthcare system of our country. For the therapy of such diseases anticoagulant agents are typically used. Modern approaches to the anti-clotting prophylaxis and treatment are crucial in today's society, and the selection of the most effective therapy is highly important. The significance of this issue is well demonstrated by the substantial research efforts directing at the synthesis of novel anticoagulants of improved properties. Because of the relevance of the problem, our aim is to develop anticoagulant agents which are easier and more economical to synthesize compared to the current drugs, thus making the fight against blood clotting more effective. Our goal is to achieve substantial progress in the synthesis of heparin-like molecules by changing their most complicated unit for a simple structural substituent or by developing an efficient method for its synthesis.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Mihály Herczeg, Fruzsina Demeter, Tímea Balogh, Viktor Kelemen and Anikó Borbás: Rapid Synthesis of L-Idosyl Glycosyl Donors from alpha-Thioglucosides for the Preparation of Heparin Disaccharides, European Journal of Organic Chemistry, 2018 | | Fruzsina Demeter, Tamás Gyöngyösi, Zsuzsanna Bereczky, Katalin E. Kövér, Mihály Herczeg & Anikó Borbás: Replacement of the L-iduronic acid unit of the anticoagulant pentasaccharide idraparinux by a 6-deoxy-L-talopyranose – Synthesis and conformational analysis, Scientific Reports, 2018 | | Tamás Gyöngyösi, István Timári, Jens Haller, Martin R. M. Koos, Burkhard Luy and Katalin E. Kövér: Boosting the NMR Assignment of Carbohydrates with Clean In-Phase Correlation Experiments, ChemPlusChem, 2018 | | Herczeg Mihály, Herczeg-Lisztes Erika, Tóth István Balázs, Mező Erika, Borbás Anikó: Heparin analóg triszacharidok szintézise és sejtnövekedés-gátló hatásuk, Gyógyszerkémiai és Gyógyszertechnológiai Szimpózium '18, 2018 | | Kurimai Viktor (témavezető: Dr. Herczeg Mihály): Glikozilezési reakcióra alkalmas védett L-idóz származék előállítása oxidációs reakcióval, Szakdolgozat, 2018 | | Mihály Herczeg, Erika Herczeg-Lisztes, István Balázs Tóth, Erika Mező, Anikó Borbás: Synthesis and cell growth inhibitory activity of six heparinanalogue trisaccharides, Chemistry towards Biology "Biomolecules as potential drugs" conference, Budapest, 2018 | | Balogh Tímea (témavezető: Dr. Herczeg Mihály): Hatékony szintézis módszer kidolgozása ortogonálisan védett L-idóz donor előállítására, Diplomamunka, 2017 | | Angyalosi Szabina (témavezetők: Dr. Herczeg Mihály, Demeter Fruzsina): Idraparinux analóg, 6-dezoxi-L-talopiranozid tartalmú pentaszacharid triszacharid részének szintézise, Diplomamunka, 2018 | | Erika Mező, Dániel Eszenyi, Eszter Varga, Mihály Herczeg, Anikó Borbás: A Modular Synthetic Approach to Isosteric Sulfonic Acid Analogues of the Anticoagulant Pentasaccharide Idraparinux, Molecules, 2016 | | Fruzsina Demeter, Tímea Balogh, Mihály Herczeg and Anikó Borbás: A new and efficient synthesis of orthogonally protected L-idose/L-iduronic acid glycosyl donors from D-glucose, 25th International Symposium: Synthesis in Organic Chemistry, Oxford, United Kingdom, July 17 – 20., 2017 | | Fruzsina Demeter, Tamás Gyöngyösi, Katalin E. Kövér, Anikó Borbás, Mihály Herczeg: Synthesis of 6-deoxy-L-talopyranoside-containing idraparinux-analogue pentasaccharide, 19th European Carbohydrate Symposium „Eurocarb”, Barcelona, Spane, July 2 – 6., 2017 | | Máté Kicsák, Miklós Bege, Ilona Bereczki, Magdolna Csávás, Mihály Herczeg, Zoltán Kupihár, Lajos Kovács, Anikó Borbás, Pál Herczegh: A three-component reagent system for rapid and mild removal of O-, N- and S-trityl protecting groups, Organic & Biomolecular Chemistry, 2016 | | Mihály Herczeg, Erika Mező, Nikolett Molnár, Sim-Kun Ng, Yuan-Chuan Lee, Margaret Dah-Tsyr Chang, Anikó Borbás: Inhibitory Effect of Multivalent Rhamnobiosides on Recombinant Horseshoe Crab Plasma Lectin Interaction with Pseudomonas aeruginosa PAO1, Chemistry an Asian Journal, 2016 | | Erika Mező, Dániel Eszenyi, Eszter Varga, Mihály Herczeg, Anikó Borbás: A Modular Synthetic Approach to Isosteric Sulfonic Acid Analogues of the Anticoagulant Pentasaccharide Idraparinux, Molecules, 2016 | | Fruzsina Demeter, Fanni Veres, Mihály Herczeg and Anikó Borbás: Short synthesis of idraparinux by applying a 2-O-methyl-4,6-O-arylmethylene thioidoside as a 1,2-trans α-selective glycosyl donor, European Journal of Organic Chemistry (közlésre beküldve), 2018 | | Máté Kicsák, Miklós Bege, Ilona Bereczki, Magdolna Csávás, Mihály Herczeg, Zoltán Kupihár, Lajos Kovács, Anikó Borbás, Pál Herczegh: A three-component reagent system for rapid and mild removal of O-, N- and S-trityl protecting groups, Organic & Biomolecular Chemistry, 2016 | | Fruzsina Demeter, Mihály Herczeg, Anikó Borbás: SYNTHESIS OF SULFONIC ACID-CONTAINING MALTOOLIGOMERS WITH POTENTIAL ANTITUMOR AND ANTIMETASTATIC ACTIVITY, DEBRECEN COLLOQUIUM ON CARBOHYDRATES András Lipták Memorial Conference Nov 6-8, 2015, 2015 | | Erika Mező, Mihály Herczeg, Tímea Balogh, Nikolett Molnár, Anikó Borbás: SYNTHESIS OF MULTIVALENT RHAMNOBIOSIDES FOR STUDYING THE GLYCAN BINDING ACTIVITY OF RECOMBINANT HORSE CRAB PLASMA LECTIN, DEBRECEN COLLOQUIUM ON CARBOHYDRATES András Lipták Memorial Conference Nov 6-8, 2015, 2015 | | Eszter Varga, Mihály Herczeg, Erika Mező, Anikó Borbás: SYNTHESIS OF AN IDRAPARINUX ANALOGUE PENTASACCHARIDE MONOSULFONIC ACID, DEBRECEN COLLOQUIUM ON CARBOHYDRATES András Lipták Memorial Conference Nov 6-8, 2015, 2015 | | Demeter Fruzsina (témavezető: Dr. Herczeg Mihály): Védett, 6-dezoxi-L-talopiranozid tartalmú idraparinux analóg pentaszacharid szintézise, Diplomamunka, 2016 | | Mihály Herczeg, Erika Mező, Eszter Varga, Katalin, E. Kövér, Anikó Borbás: Synthesis and anticoagulant activity of 6-sulfonic-acid-containing analogues of Idraparinux, Debrecen Colloquium on Carbohydrates 2015, András Lipták Memorial Conference, 2015 | | Mihály Herczeg, Erika Mező, Nikolett Molnár, Sim-Kun Ng, Yuan-Chuan Lee, Margaret Dah-Tsyr Chang, Anikó Borbás: Inhibitory Effect of Multivalent Rhamnobiosides on Recombinant Horseshoe Crab Plasma Lectin Interaction with Pseudomonas aeruginosa PAO1, Chemistry an Asian Journal, 2016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
