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Zusammenfassung
In den Jahren zwischen 1979 und 1982 führten mehrere Vergiftungsfälle mit verunreinigtem synthetischem Heroin in der Drogenszene der USA zum Auftreten von “juvenilem Parkinsonismus“.[1,2,58] Als eigentliche Noxe wurde das Meperidin-Derivat 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP, 4) ausfindig gemacht.[1,4-6] Angeregt durch die Beobachtung, daß eine einfache chemische Substanz in der Lage ist, neurodegenerative Erkrankungen im Säugerorganismus auszulösen, wurden im Rahmen der Umwelttoxin-Hypothese weitere MPTP-ähnliche Verbindungen als potentielle Auslöser der Parkinson’schen Krankheit diskutiert.[16,17,65,66]
In unserer Arbeitsgruppe wird seit einigen Jahren das von Tryptamin (9) und Chloral (10) abgeleitete Tetrahydro-b-carbolin ‘TaClo’ (1-Trichlormethyl-1,2,3,4-tetrahydro-b-carbolin, 7) untersucht.[20,22,27,79,81,85] Mit der Bildung von 7 muß inbesondere dann gerechnet werden, wenn Menschen mit dem Schlafmittel Chloralhydrat behandelt werden oder über einen längeren Zeitraum mit der Industriechemikalie Trichlorethylen (11) konfrontiert werden, die im Organismus zu Chloral (10) verstoffwechselt werden kann.[28]
Im Rahmen eines BMBF-Projektes[79] konnte für die zu MPTP (4) strukturanaloge Verbindung 7 neurotoxische Eigenschaften auf dopaminerge Zellen in vitro[23,24] und in vivo[25,26] nachgewiesen werden. Bislang muß man davon ausgehen, daß die toxischen Wirkungen dieses Blut-Hirn-Schranken-gängigen Heterocyclus[80] auf dessen hemmende Eigenschaften gegenüber Komplex I und II der mitochondrialen Atmungskette zurückzuführen sind.[23,83] Besondere Relevanz gewinnt TaClo (7) aber dadurch, daß es tatsächlich im Blut von Patienten nach Gabe von Chloralhydrat nachgewiesen werden konnte.[29] Eine wesentliche Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es daher, nähere Informationen zum pharmakologischen Verhalten dieses endogenen Säugeralkaloids herauszuarbeiten.
Im einzelnen wurden folgende Ergebnisse erzielt:
A. Nach synthetischer Bereitstellung von radioaktiv markiertem [14C]-TaClo ([14C]-7) gelang es, die Pharmakokinetik dieses hochhalogenierten Heterocyclus im Säugerorganismus zu analysieren.
- Für die Darstellung von [14C]-TaClo ([14C]-7) wurde anhand einer leicht modifizierten Literaturvorschrift zunächst [14C]-Tryptamin ([14C]-9) in vier Stufen synthetisiert und dieses mit Chloral (10) in Toluol zu [14C]-7 umgesetzt.[188] Die Reaktionsbedingungen wurden hierbei unter “kalten Bedingungen“ so voroptimiert, daß die Synthese von [14C]-7 im 10-mg-Maßstab problemlos zu einem pulverförmigen, hochreinen Produkt führte.
- Zur Beurteilung des pharmakokinetischen Verhaltens von TaClo (7) in vivo behandelte man in Zusammenarbeit mit der AG Prof. Wesemann (Institut für Neurochemie, Universität Marburg) mehrere Ratten (n = 21) intraperitoneal mit einer Dosis von 0.60 mCi/kg [14C]-7 (spez. Aktivität: 0.28 mCi/mg) und bestimmte nach definierten Zeitpunkten (t = 0.5 h, 1 h, 2 h, 6 h, 12 h, 24 h und 48 h) die Radio-aktivitätsverteilung in den unterschiedlichen Organgeweben (Niere, Leber, Herz, Milz, Muskel, Gehirn, Fettgewebe) und Körperflüssigkeiten (Urin, Blut) mittels Szintillationsmessung.
Die injizierte Aktivität wurde sehr schnell aus dem Bauchraum resorbiert und über den ganzen Organismus verteilt. Ein ausgeprägter hepatischer ‘first-pass’-Effekt sorgt innerhalb der ersten 6 h dafür, daß ein Großteil des b-Carbolins aus dem Pfortaderblut des entero-hepatischen Kreislaufs in die Leber aufgenommen wird und nach der Metabolisierung via biliäre Exkretion in den Dünndarm gelangt. Insgesamt werden innerhalb 48 h ca. 65% der verabreichten Radioaktivität über den Darmweg und ca. 35% nach renaler Filtration mit dem Urin ausgeschieden. Durch den ‘first-pass’-Effekt beobachtet man eine geringe Bioverfügbarkeit von TaClo (7) und seinen Metaboliten im Blutkreislauf sowie im Gewebe von Gehirn, Herz, Muskel und Milz. Der Transport in diese Organe erfolgt hauptsächlich über die Erythrocyten und nicht durch das Blutplasma. Mit einzelnen individuellen Unterschieden fanden sich im Nierenfettgewebe und im Fett des unteren Bauchraumes niedrige bis mittelhohe Aktivitätswerte, die innerhalb von 24 bis 48 h wieder abnahmen. Etwas weniger als 0.1% der verabreichten Aktivität gelangten über die Blut-Hirn-Schranke in das Gehirn, aus dem sie mit einer Halbwertszeit von 15.5 h wieder eliminiert wurde.
- Die HPLC-analytische Untersuchung von Urinproben [14C]-TaClo-behandelter Ratten ergab, daß offensichtlich ein Großteil von 7 überwiegend in polare Stoffwechselprodukte umgewandelt wird.
- Die Detektion und Identifizierung von TaClo (7) und seinen Metaboliten im Urin und im Gehirn der Ratte erfolgte in Zusammenarbeit mit der AG Priv.-Doz. Dr. M. Herderich (Institut für Lebensmittelchemie unserer Universität) unter Zuhilfenahme der hochempfindlichen LC-MS/MS-Kopplungstechnik. Die jeweiligen Stoffwechsel-produkte wurden aufgrund ihrer charakteristischen Produktionenspektren und (mit Ausnahme der Glucuronide 81-84) durch Vergleich der Retentionszeiten gezielt synthetisierter Referenzsubstanzen nachgewiesen.[148]
- Während der Metabolisierungsphase im Säugerorganismus wird TaClo (7) vorzugsweise in den Positionen 5, 6, 7 und 8 des Isocylus hydroxyliert, wobei sich die Regioisomeren 5-OH-TaClo (67), 6-OH-TaClo (56), 7-OH-TaClo (57) und 8-OH-TaClo (68) im Verhältnis 1:8:35:2 bildeten. Zudem ließen sich die glucuronidierten Formen dieser Metabolite, 5-, 6-, 7- und 8-O-TaClo-Glucuronid (81-84), im Verhältnis 4:12:35:1 in den Urinproben nachweisen. Die lipophile CCl3-Gruppe unterliegt einerseits einer Hydrodehalogenierung zu 1-Dichlormethyl-THBC (89) und andererseits einer vollständigen Dechlorierung zur halogenfreien Tetrahydro-b-carbolin-1-carbonsäure (TaGly, 44) und zum volldehydrierten Heterocyclus Norharman (49).[148] Interessanterweise wird 44 in einem weiteren Metabolisierungsschritt selektiv an Position 6 zu 6-Hydroxy-TaGly (90) hydroxyliert. Zum Beweis, daß die halogenfreien Stoffwechselprodukte 44, 49 und 90 tatsächlich aus dem TaClo-Metabolismus stammen, wurde TaClo (7) in vierfach deuterierter Form (Positionen 3 und 4) an die Ratten appliziert.
B. Ein zweiter wesentlicher Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit Studien zur neurotoxischen Wirkung von TaClo (7) und anderen hochhalogenierten Tetrahydro-b-carbolinen.
- Da die Blockade der mitochondrialen Atmungskettenenzyme Komplex I und II von zentraler Bedeutung für die durch TaClo (7) induzierten cytotoxischen Wirkungen ist, wurde für tiefergehendere Struktur-Wirksamkeits-Studien an diesen Enzym-komplexen eine Reihe verschiedenartig modifizierter b-Carboline, u.a. Verbindungen mit unterschiedlichen Substituenten in Position 1 des Tetrahydropyridin-Ringes, im Isocyclus variierte Derivate sowie N-Acyl- und N-Methyl-Verbindungen zur Testung in der AG Prof. Reichmann (Neurologie, TU Dresden) synthetisch bereitgestellt.
- Die Untersuchungen belegten einen direkten Zusammenhang zwischen der Stärke der inhibitorischen Aktivitäten und der Lipophilie der getesteten Verbindungen.[163] Es konnte ferner gezeigt werden, daß mit Hilfe der RP-HPLC-Analytik, d.h. durch Bestimmung der Retentionszeiten, eine Vorhersage des log-P-Wertes und damit auch der Polaritäten der hier untersuchten Substanzen möglich ist.
- Die röntgenkristallographische Analyse einiger in racemischer Form auskristallisierter N-Acyl-Derivate bestätigte den räumlich dominanten Einfluß der axial ausgerichteten Trihalogenmethylgruppe.[163-165,175,176]
- In Kooperation mit der AG Prof. Lesch (Institut für Psychiatrie unserer Universität) gelang es erstmals in vitro eine toxische Wirkung von TaClo (7) auf serotonerge Zellen nachzuweisen, die schließlich durch Gerlach et al. [195] auch in vivo bestätigt werden konnte. Demnach führt eine nicht durch den Serotonin-Transporter vermittelte, d.h. also unspezifische Aufnahme von 7 zum Tod serotonerger Zellen. Im Vergleich zu 7 wirkt 6-OH-TaClo (56) etwa zweimal stärker, DaClo (136) etwa viermal schwächer toxisch.[188]
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