WO2004091651A1 - Prongf as a pharmaceutically active agent for treating demyelinating diseases - Google Patents
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- A61P25/28—Drugs for disorders of the nervous system for treating neurodegenerative disorders of the central nervous system, e.g. nootropic agents, cognition enhancers, drugs for treating Alzheimer's disease or other forms of dementia
Definitions
- the invention describes the use of proNGF as a pharmaceutically active agent for the treatment of demyelinating diseases.
- demyelinating diseases These are, in particular, neurodegenerative diseases whose prophylaxis and therapy use proNGF, in particular to maintain vitality and to stimulate proliferative and myelinating processes of glial cells.
- the invention relates in particular to the use of proNGF, derivatives of proNGF and functional parts of proNGF for the prophylaxis and therapy of demyelinating diseases with the aim of supporting and stimulating regeneration processes of the glial cells.
- the proNGF can also be used in gene therapy processes.
- Glial cells are cells that surround nerve cells. The functions of the glial cells include the supply of nutrients, the breakdown of dead neurons, isolation and physical support. Glial cells include astrocytes, microglia, oligodendrocytes, Schwann cells, satellite cells and Müller glial cells.
- oligodendrocytes For normal nerve function in the central nervous system (CNS), the nerves must be surrounded with myelin.
- the myelin layer is produced by oligodendrocytes (OL). OL are small and have extensions. As so-called “satellite cells" of the nerve cells, they form the medullary sheaths.
- the myelin layer which is created by oligodendrocytes, mediates normal nerve impulse transmission in the CNS, with the nerves being electrically isolated from their surroundings.
- neurodegenerative diseases such as. B. multiple sclerosis (MS)
- MS multiple sclerosis
- the myelin layer of the axons is damaged or destroyed. In many cases, the OL itself is injured. In some cases there is scar tissue in MS that permanently prevents nerve signal transmission in certain cases.
- CNS central nervous system
- PMP-22 peripheral myelin protein gene 22
- CMT 1A type 1A
- CMT 1B type 2
- CMT 3 type 3
- Dejerine Sottas disease type 4
- CMTX CMTX
- ALD adrenoleukodystrophy
- the spinal cord is particularly affected in amyotrophic lateral sclerosis (ALS or Lou Gehrig's disease).
- interferon beta which inhibits T lymphocytes and inflammation.
- interferon beta has no healing function and can therefore only slow down the course of the disease.
- Interferon beta also does not work in all MS patients (no permanent remission). 10-20% of MS patients have a relatively benign course, so that not every patient needs such a "disease-modifying therapy".
- Copaxone® Another treatment is glatiramer acetate (Copaxone®), a synthetic copolymer composed of alanine, glutamine, lysine and tyrosine. Copaxone® can alleviate the symptoms of MS, but it cannot cause permanent remission. Since cytostatics inhibit leukocyte proliferation and thus also have an immunosuppressive and anti-inflammatory activity, they are also used in MS. However, a clear improvement in the course of the disease in MS has not yet been shown. In the best case, the MS flare-ups (number and intensity) are weakened, but there is no cure for demyelination.
- Steroids are also used as an additional treatment, which slow down antibody production and inflammatory reactions, reduce myelin swelling and thus
- Symptoms alleviate. Due to the many side effects, the steroids are only suitable for short-term use, but not for continuous treatment.
- cytokines especially interleukin-12 and interleukin-10, is discussed in the literature.
- Another approach is to find active ingredients that can cause remyelination.
- These substances include growth factors in particular.
- Growth factors are proteins that, due to their specific interaction with a receptor, are able to stimulate or influence cell division, migration, differentiation and maturation processes.
- the proteins can be produced on a large scale both in genetically modified eukaryotes and in prokaryotes (EP0994188, WO00221 19).
- the importance of growth factors in myelination and demyelination has been examined in several studies (Du and Dreyfus, 2002; Webster, 1997; Woodruff and Franklin, 1997).
- Positive effects for fibroblast growth factor (FGF), glial growth factor 2 (GGF2), insulin growth factor (IGF) and neurotrophins e.g. NGF, BDNF, CNTF, GDNF, NT-3, NT-4/5, NT- 6 and NT-7).
- FGF fibroblast growth factor
- GGF2 glial growth factor 2
- IGF insulin growth factor
- neurotrophins e.g. NGF, BDNF, CNTF, GDNF
- ProNGF is the precursor protein of the NGF.
- Human NGF is synthesized in vivo as preproNGF.
- the pre-sequence has a length of 21 amino acids and is cleaved after the translocation of the protein into the endoplasmic reticulum.
- the resulting proprotein is then proteolytically processed at the N- and C-terminal, making the mature NGF accessible.
- ProNGF has a molecular weight of 49 kDa, consists of 221 amino acids and appears in its mature form as a homodimer.
- the pro sequence is located on the surface of the folded NGF, almost unstructured (Rattenholl et al., Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533) and comprises 103 amino acids at the N-terminus.
- TrkA a high-affinity receptor with tyrosine kinase activity
- P75 a low-affinity receptor to which other neurotrophins (e.g. BDNF, CNTF, GDNF, NT-3, NT-4/5, NT- 6 and NT-7).
- TrkA expression was detected on oligodendrocytes (Althaus et al., 1997; Althaus and Richter-Landsberg, 2000; Nataf et al., 1998).
- P75 in myelinating cells, such as. B. detect the oligodendrocytes (Althaus et al., 1997; Ladiwala et al., 1998; Nataf et al., 1998; Starkey et al., 2001).
- P75 is described as a receptor through which apoptotic processes are mediated (Lee et al., 2001; Starkey et al., 2001).
- TrkA processes mediated by TrkA
- proNGF induces cell death of oligodendrocytes after spinal cord injuries (Neuron 2002; 36 (3): 375-86). Apoptosis is mediated by the p75 receptor.
- ProNGF was detected in various tissues in vivo.
- the biological activity of NGF precursors and peptide sequences of the precursor protein in various in vitro and in vivo systems induction of neurite growth or redistribution of F-actin in PC12 cells, increase in the activity of cholinergic enzymes after intracerebroventricular injection in neonatal Rats) (Chen et al., Mol. Cell. Endocrinol. 1997, 127, 129-136; Clos et al., Develop. Brain Res. 1997, 99, 267-270).
- the biological significance of proNGF, which due to sequence homologies of the pro sequences within the neurotrophins and the localization in different areas weaving is not yet clear.
- the proproteins are discussed as a reservoir of the mature active protein.
- the pro sequence acts as a helper in the folding of the mature protein (Rattenholl et al., Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533) or a role in the sorting of the neurotrophins by anabolic or catabolic routes (Farhadi et al., J. Neurosci. 2000, 20, 4059-4068).
- proNGF The pharmaceutical activity of proNGF was first shown in EP 0 994 188.
- example 4f the stimulability and survival of sensory neurons from dissociated dorsal root ganglia are examined on the basis of the formation of neurites.
- the biological activity for the recombinant proNGF was half that of the recombinant mature ß-NGF. Based on these test results, it was proposed to use recombinant proNGF for the manufacture of a medicament for the treatment of neuropathies, the effect of proNGF relating to the neurons / nerves. An effect on other cell types, in particular on myelinating cells, is not described.
- WO 96/08562 describes NGF, which N-terminal is extended by a peptide fragment of up to approx. 19 amino acids, this peptide fragment being the C-terminal fragment of the precursor part of NGF.
- This precursor contains a furin-type consensus site at the C-terminus, in which an exchange in amino acid 1 and / or -2 has taken place.
- NGF variants in medicaments for the treatment of diseases of the nervous system, for example of degenerative diseases of the nervous system, such as the retinal degeneration, in the treatment of injuries or damage to the nervous system, etc., the action always taking place via the nerve cells themselves ,
- diseases of the nervous system for example of degenerative diseases of the nervous system, such as the retinal degeneration
- myelinating cells such as. B. oligodendrocytes and Schwann cells are not shown.
- myelinating cells such as. B. oligodendrocytes and Schwann cells are not shown.
- the NGF derivatives with the deleted pro portion prevent the multiplication of astroglial cells, that is to say they exert a suppressive effect on myelinating cells.
- EP 0786520 describes N-terminally elongated ⁇ -NGF which, like natural ⁇ -NGF, is said to have an effect on neurons. An effect on the indication areas proposed here is not discussed.
- proNGF progenitor growth factor
- proNGF derivatives of proNGF
- ALS amyotrophic lateral sclerosis
- proNGF its derivatives, with the exception of those in which the pro portion was completely deleted, and / or functional parts thereof, improve and promote the survival and regeneration of glial cells, for example of oligodendrocytes, in particular humans.
- the invention thus enables the use of proNGF alone or in conjunction with other pharmaceutically active ingredients to prevent or cure diseases in which glial cells are damaged or can be damaged if they are accompanied by demyelination of nerves, in particular multiple sclerosis.
- the invention also encompasses derivatives of proNGF in which one or more amino acids have been exchanged, deleted, added and / or chemically modified, always while maintaining the pharmaceutical, medical and biological activity described above.
- Amino acid substitutions can be made based on the similarity in polarity, charge, solubility, hydrophobicity, hydrophilicity, and / or the amphipathic (amphiphilic) nature of the residues involved.
- nonpolar (hydrophobic) amino acids are alanine, leucine, isoleucine, valine, proline, phenylalanine, tryptophan and methionine.
- Polar neutral amino acids include glycine, serine, threonine, cysteine, thyrosine, asparagine and glutamine.
- Positively charged (basic) amino acids include arginine, lysine and histidine.
- negatively charged (acidic) amino acids include aspartic acid and glutamic acid.
- “Insertions” or “deletions” typically range from one to five amino acids. The permitted degree of variation can be experimentally determined by systematic insertions, deletions and / or substitutions of amino acids in a polypeptide molecule using DNA recombination techniques and by looking for the resulting recombinant variants with regard to their biological activity.
- the hydropathic index of the amino acids can also be considered when making these changes.
- Each amino acid can be assigned a specific hydropathic index based on its hydrophobicity and charge properties. Examples of this can be found in WO 00/32039, in US 4,554,101 and in Kyte & Doolittle, 1982, which are referred to here with their content. It is known that certain amino acids can be substituted by other amino acids if they have a similar hydropathic index and, when they are exchanged, bring about a comparable biological activity of the whole molecule. With all derivatizations of the proNGF it is crucial that the biological, medical or pharmaceutical effectiveness is maintained.
- the derivatization of proNGF can refer to both the pro portion and the NGF portion.
- the changes in the pro portion also include amino acid additions at the N-terminus of the pro portion, which are defined by the pre portion.
- the sequence of the pre-portion, the pro-portion of NGF and of NGF itself are known, and reference is made here, for example, to: http: //www.ncbi. nlm.nih.gov: 80 / entrez / query.fcgi?
- ProNGF according to the invention, even if not listed separately, always means the derivatives of proNGF, with the exception of those derivatives in which the pro portion has been completely deleted and the functional portions of proNGF as described in the present application to be defined in more detail.
- proNGF functional part of proNGF is understood to mean those parts which have the indications and use claimed in the present application fulfill, with simultaneous deactivation, eg by deletion, those portions of proNGF that do not contribute to the function.
- the functional parts can be determined by a person skilled in the art, for example, by deletion analyzes. Systematic deletions of the pro portion, the prepro portion and / or the NGF portion and a subsequent analysis of the remaining molecule for the indications described and claimed here enable the person skilled in the art to determine the desired functional sections.
- Such functional portions are, for example, the 25 or 71 amino acids of the pro-C terminus of proNGF, in particular complete domains.
- the functional parts should remain as unchanged as possible in order to ensure the physiological function of the proNGF, for example its binding to the receptor.
- modifications as described below are also possible in the functional parts. The number and type of modifications can be determined experimentally by a person skilled in the art.
- One or more modifications in the pro, prepro and / or NGF portion can be carried out, for example deletions or substitutions of an amino acid.
- the protein modified in this way is then examined for its functionality in the context of the present invention, and it is determined whether the change made brings about an improvement or deterioration in the properties.
- the active ingredient proNGF includes those of human origin, animal origin, in particular from rodents such as rats, rabbits and mice, from cattle and pigs, and proNGF produced in a recombinant manner.
- Recombinant forms of proNGF also include proNGF fusion proteins in which proNGF has been linked to another protein or peptide.
- proNGF can be applied as DNA via expression vectors or by means of cells expressing proNGF.
- NGF in which fusions with proteases enable controlled release of the NGF from matrices, we refer to Sakiyama-Elbert et al., FASEB J. 2001, 15, 1300-1302; Park et al, J. Drug Target 1998, 6, 53-64
- the derivatives of the pro portion of NGF include in particular those pro forms in which at least 25, more preferably 71 amino acids of the pro-C terminus at the N- Terminus of the NGF are available (Dicou et al., J. Cell. Biol. 1997, 136, 389-398). Preference is furthermore given to those derivatives of proNGF which, at the amino acid level, have a homology to the pro form, to the prepro form and / or to the NGF portion of the proNGF of at least 80%, preferably 85%, 90% or 95% or about that. Homology means that the specified percentage of amino acids, based on the starting form of the proNGF used, for example rh-proNGF, is contained in identical form.
- the number and type of modifications in the derivatives is always limited by the maintenance of the physiological functions of the proNGF, in particular, of course, by the maintenance of the therapeutic and prophylactic and other functional properties of the proNGF as described in the present invention.
- no more than 10, preferably no more than 5 and more preferably less than 5, modifications are made in the proNGF.
- a maximum of 5 modifications are preferably introduced in the pro portion.
- the functional sections of the pro portion should remain functional, i.e. positions 143 - 221 and 78 - 221 of the proNGF (numbering of the positions starting at the N-terminus of the proNGF).
- the amino acid sequence of the pro portion is changed so that under physiological conditions the pro portion is not split off in the cell or only at a later point in time than under physiological conditions.
- the natural furin cleavage site can be mutated by means of site-directed mutagenesis or PCR mutagenesis, so that the NGF is not cleaved off (Hempstead et al., Science 2002, 294, 1945-1948).
- the consensus sequence for the furin convertase, Arg-X- (Arg / Lys) -Arg, is mutated, which occurs at the amino acid position 104 in human proNGF.
- proNGF can be detected over a period of time sufficient to develop therapeutic / prophylactic effectiveness.
- proNGF can be detected in cell culture over a period of up to 8 hours (Mowla et al., 1999).
- proNGF can take place at the amino acid level via direct chemical modifications of amino acids.
- modification by mutagenesis of the DNA coding for the protein is preferred. This includes, for example, site-directed mutagenesis, as is known from the prior art and is constantly being further developed (Brannigan and Wilkinson, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2002, 3, 964-970).
- proNGF and its derivatives by recombinant techniques has been described, and reference is made to this previously published literature here (Rattendoll et al, Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; Rattenholl et al., J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533).
- the production of proNGF and the modifications encompassed by the invention, including the DNA encoding the proNGF proteins and the expression vectors containing the DNA are within the skill of a biotechnologist, in particular a protein chemist.
- the production of recombinant DNA, vectors, transformed host cells, proteins and protein fragments by genetic engineering methods is known.
- the pharmaceutically active proNGF active ingredients are administered to the patient by gene therapy methods.
- gene therapy a distinction is made between two basic methods, with the help of which a gene, here proNGF, can be brought into the patient.
- the therapeutically active proNGF gene is introduced into a cell, preferably a body cell, particularly preferably a glial cell, of the patient by means of vetors, and the cells treated in this way are returned to the patient, for example by micro- or nanoparticles.
- a specific integration of the proNGF gene into the cellular genome is particularly preferred here.
- the proNGF gene is transported via gene transporters to the target cell in the body, for example with the help of viruses that can infect the cells and introduce the therapeutically effective proNGF gene, but are no longer able to reproduce or spread themselves .
- viruses that can infect the cells and introduce the therapeutically effective proNGF gene, but are no longer able to reproduce or spread themselves .
- nanoparticles or microparticles for example liposomes, which can fuse with the cell membrane, can be used as gene transporters. Somatic gene therapy is therefore also a preferred means of choice for the treatment of the diseases covered by the invention.
- the target cells to be infected are introduced with an effective amount of a proNGF DNA molecule in conjunction with regulatory sequences in a suitable vector which enables the expression of the proNGF gene and its control.
- the cell is then grown under appropriate conditions and the polypeptide is expressed.
- a virus or an antibody can be used as the gene ferry or carrier vehicle for the proNGF gene, which specifically infects the target cell or which enters into an immune reaction with an antigen of the target cell.
- retroviruses can be used as viral vehicles that have received or already have a host specificity for the glial cells through genetic manipulations and in which the 3-LTR has been inactivated. These 3 'LTRs, which do not have an enhancer, often also referred to as SIN (self-inactivating viruses), are able to infect and multiply the host cell, but after the productive infection, the 3'LTR is at the 5' end transferred and both viral LTRs are inactive with regard to their transcription activity.
- the gene to be cloned can be inserted between the two LTRs in conjunction with regulatory elements, for example promoters and enhancer elements.
- vectors based on adenoviruses and vaccinia can also be used.
- antibodies particular preference is given to monoclonal antibodies which are coupled, for example, to poly-L-lysine.
- the nucleic acids carrying the information for the expression of proNGF, and cells with this information can be transported into the target cells or the target location.
- Journal of Pharmacological and Pharmaceutical Science 3 (2): 234-258, 2000 Microencapsulation: Methods and Industrial Applications (Drugs and the Pharmaceutical Sciences, Vol 73) by Simon Benita (Editor), publisher: Marcel Dekker; (April 19, 1996), Fundamentals of Animal Cell Encapsulation and Immobilization by Mattheus F. A. Goosen; Publisher: CRC Press; (November 10, 1992) and Microparticulate Systems for the Delivery of Proteins and Vaccines by Smadar Cohen (Editor), Howard Bernstein (Editor), Publisher: Marcel Dekker; (September 1996).
- nanoparticles are micelles based on biocompatible copolymers of polyethylene oxide, copolymerized with poly L-lactic acid (PLA) and with poly (beta-benzyl-L-aspartate) PBLA.
- PEO-PBLA micelles can interact with the lysine residues of the cell proteins.
- nanoparticles are: poly (lactide-co-glycolide) - [(propylene oxide) poly (ethylene oxide), polyphosphazene derivatives, poly (ethylene glycol) coated nanospheres, azidothymidine (AZT) / dideoxycytidine (ddc) nanoparticles, poly (Isobutylcynoacrylate) nanocapsules, poly ( ⁇ -benzyl-L-glutamate) / poly (ethylene oxide), chitosan-poly (ethylene oxide) nanoparticles, methotrexate-o-carboxymethylatchitosan, solid lipid nanoparticles.
- Microcapsules and microspheres are spherical particles with a size of between 50 nm and 2 mm with a core substance. These include, for example, multiporous chitosan spheres, coated alginate microspheres, for example calcium alginate microspheres, N-aminoalkylchitosan microspheres, chitosan / calcium alginate spheres, polyadipic anhydride microspheres, gellangoglu-lid, poly (spheres) from gellangogmi-lolid) Microspheres, microspheres made from alginate-poly-L-lysine, from cross-linked chitosan compounds, from chitosan and gelatin, lipospheres from triglycerides, polyelectrolyte complexes from sodium alginate chitosan, microcapsules made of polypeptides and albumin. Other examples are known and are constantly being developed.
- the patient, the disease to be treated and the active substance to be administered, the amount of the dose, the form of preparation, etc. the person skilled in the art will select a suitable form of application, be it a gene therapy method or a "classic" pharmaceutical preparation , The person skilled in the art will determine the suitable form of preparation, the effective dose, etc. on the basis of his specialist knowledge on the basis of experimental investigations by testing.
- the dose amounts proposed here are only to be understood as examples and can be easily adapted by the person skilled in the art to the given problem.
- the active ingredients of the present invention are preferably used in the form of a pharmaceutical composition in which they are mixed with suitable carriers in such doses so that the disease is treated and / or alleviated.
- Such a composition may contain (in addition to the active ingredients and the carrier) diluents, fillers, salts, buffers, stabilizers, solubilizers, penetration enhancers and other materials which are well known in the art.
- pharmaceutically acceptable is defined as a non-toxic material that does not interfere with the effectiveness of the biological activity of the active ingredient.
- carrier and other additives depends on the route of administration. Biologically compatible carriers and additives, which can cross the blood-brain barrier if the administration is not intrathecal or intracerebral, were preferably used.
- a therapeutically effective dose also refers to an amount of the compound sufficient to achieve symptom improvement, such as treatment, healing, prevention, or amelioration of such conditions.
- Suitable routes of administration are in particular a topical application.
- the compositions can be in liquid form, for example in the form of emulsions, suspensions and solutions, in spray form, in the form of transdermal systems such as plasters, in the form of a cream, an ointment or a gel. Retard forms are also preferred.
- Other dosage forms known per se are familiar to the person skilled in the art.
- the amount of drug that is adequate to achieve the effects described above is defined as the therapeutically effective dose.
- the amount that is effective for this use depends on the severity of the patient's condition and disease. Single or multiple administrations according to a daily, weekly or monthly treatment schedule can be combined with dose strengths and patterns selected by the attending physician.
- the doses to be used are also determined by the doctor, with amounts of from 0.1 microg / kg to 500 microg / kg body weight preferably being administered by infusion and from 2 microg / kg to 2 mg / kg body weight being administered by injection.
- other doses of active substance can also be used, which also depend, for example, on the formulation of the active substance, on the presence of further active substances, on the individual patient, on the application site, on the type of disease, etc.
- proNGF protein can be implanted encapsulated, or genetically modified cells that secrete proNGF can be implanted directly or encapsulated. Or proNGF can be used for gene therapy using a suitable vector system.
- proNGF as used in the present context also includes the configurations specified in the patent claims and defined in more detail in the present description, for example also derivatives of proNGF.
- the present invention encompasses the use of proNGF to maintain the vitality of glial cells and to stimulate proliferative and myelinating processes of glial cells.
- ProNGF is suitable for the treatment of demyelinating diseases with the aim of supporting or stimulating regeneration processes of the glial cells.
- proNGF and its derivatives to improve demyelinating diseases includes in particular I.) Providing a biological compatible composition containing an effective concentration of proNGF, II.) intrathecal, intracerebral, intravenous, intramuscular or intraperitoneal application of the composition into the brain, which has a preventive or therapeutic effect on the glial cells with the aim of clinically demonstrable improvement and / or To achieve healing of the myelination by stimulating proliferative and / or migratory processes of the glial cells or to stop demyelination, or peripheral administration in peripheral demyelinating diseases.
- proNGF includes: 1.) the amino acid sequence of the NGF, which is extended at the N-terminal by the complete or partial sequence of the proprotein or preproprotein, the extension at least the amino acids from position 1 to 25 of the C-terminus of the Prosequence comprises and 2.) is glycosylated or not glycosylated or differs in the glycosylation status, 3.) is of human or non-human origin, 4.) is obtained recombinantly or non-recombinantly, 5.) as a fusion protein with another heterologous protein as a fusion partner or is not fused, 6.) is unmodified or modified by amino acid exchanges, deletions or insertions or chemically modified derivatives of proNGF. 7) genetically engineered cells, especially mammalian cells, that secrete proNGF; 8) DNA that is encoded for proNGF and used in gene therapy.
- ProNGF can be obtained using various methods: 1.) isolation from human or animal tissue, 2.) chemical synthesis z. B. solid phase peptide synthesis, 3.) production by genetically modified pro or eukaryotes.
- Biologically compatible compositions are materials of aqueous, ointment-like or gel-like consistency that contain a pharmaceutically acceptable carrier.
- the carriers can contain sterile water, various buffers, alcohols, organic solvents, emulsifying or suspending agents or diluents.
- the carriers can preferably contain further auxiliaries, for example physiologically compatible surface-active ionic or non-ionic substances.
- the carriers can contain antibacterial, antifungal components and / or preservatives (e.g. parabens, Chlorobutanol, sorbic acid, phenol, thimerosal).
- the carriers can contain buffers to maintain a pH between 5.0 and 8.0.
- the buffers can be conventional buffers, e.g. B.
- the carriers can be isotonic by adding appropriate osmotically active components (e.g. saline, phosphate buffer, sugar).
- the carriers can contain other solubilizing components such as proteinaceous carriers or solubilizers (e.g. albumin).
- the carriers can include antioxidants and stabilizers such as e.g. B. sodium bisulfite, sodium metabisulfite, sodium thiosulfate, thiourea, protein inhibitors.
- Possible wetting agents can e.g. B. Polysorbate 80, Polysorbate 20, Poloxamer 282 or Tyloxapol.
- the carriers can include viscosity increasing agents such as e.g. B.
- dextran 40 gelatin, pectin, glycerin, lanolin, cellulose derivatives (e.g. hydroxyethyl cellulose, hydroymethylpropyicellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose), vinyl polymers (e.g.
- the carriers can contain antibiotics to control infections.
- the carriers can contain agents for the slow release of the growth factor. All components of the carrier are characterized in that they are biologically compatible and non-toxic.
- Preservatives, stabilizers, humectants, emulsifiers and salts for balancing the osmotic pressure are further possible additives.
- the concentration of proNGF in the carrier is between 0.1 ⁇ g / kg, or 0.5 ⁇ g / kg body weight and 50 ⁇ g / kg or 20 ⁇ g body weight. If compatible carriers are used for injection (i.V., i.m. or i.p.) to treat demyelination in the form of solutions, the concentration of the proNGF in the carrier is between 2 ⁇ g, 5 ⁇ g and 400 ⁇ g / injection.
- proNGF can be used in the biologically compatible carrier alone or in combination with other healing-stimulating, anti-inflammatory or pain-relieving substances. II application
- the application of the proNGF-containing drug can be preventive or therapeutic after detection of a demyelinating disease in an amount sufficient to achieve clinically demonstrable stimulation of myelinization by stimulating proliferative and / or migratory processes of glial cells.
- the carrier containing proNGF is applied in an amount between 100 and 1000 ⁇ l, preferably 300 to 700 ⁇ l.
- Demyelinating diseases are understood to mean all processes and conditions that represent damage to the glial cells in the peripheral or central nervous system.
- EP0994188 and WO0022119 deal with the production of NGF (Nerve Growth Factor) from proNGF and at the same time describe the use of proNGF as a medicament.
- NGF Ne Growth Factor
- the in vitro assay (dorsal root ganglion assay) published in these patent applications describes a comparable effect of proNGF and NGF with regard to the survival of chicken embryonic neurons, which suggests a comparable interaction with the receptors TrkA and P75 relevant for NGF.
- Hempstead et al. Science 2002, 294, 1945-1948
- proNGF The preferred binding of proNGF to P75 and the associated increased activation of the P75-mediated signal cascade is described as the cause of the apoptosis processes induced by proNGF.
- the biological effect mediated by this different receptor binding of both proteins is attributed to different mechanisms of action.
- the induction of apoptosis by proNGF has been demonstrated both for cells that only express P75 and for neurons that carry both receptors and therefore does not appear to be influenced by the coexpression of the high-affinity receptor TrkA. According to these results, proNGF is regarded as a stimulator of apoptosis processes via a P75-mediated signal cascade, while NGF can cause cell survival even in the presence of P75 via its preferred TrkA binding.
- proNGF proliferative growth factor
- proNGF active ingredients used according to the invention do not induce apoptosis as previously described, but rather stimulate the proliferation and survival of the glial cells in the cells used according to the invention.
- proNGF active ingredients used according to the invention do not induce apoptosis as previously described, but rather stimulate the proliferation and survival of the glial cells in the cells used according to the invention.
- in vitro tests even demonstrated a stronger effect of proNGF on the proliferation of Müller's glial cells.
- animal experiments have shown that proNGF has a stronger effect on the remyelination of artificially placed demyelination (mouse EAE model) compared to NGF.
- proNGF does not induce apoptosis in the cell systems we use. All of these results indicate that the mechanism of action mediated by proNGF does not only result in apoptotic processes through an interaction with P75, but surprisingly can also initiate proliferative processes.
- the in vitro test systems described here are glial cells from the retina, Müller's glial cells, which were examined for their effects mediated by proNGF and NGF. According to the above results, an apoptosis induction by proNGF would have been expected due to the interaction with P75. However, a previously described stimulatory activity of proNGF on the proliferation of the glial cells in vitro was found (Example 1, Fig. 1). Surprisingly, in contrast to the previously published data on apoptosis induction by proNGF, no evidence of apoptosis could be provided in this test system. In addition, it could be shown that proNGF triggers a stronger proliferation induction (Fig. 1) compared to NGF.
- proNGF 25 ng / ml to 100 ng / ml NGF and proNGF were tested. Since proNGF has a higher molecular weight than NGF, 31 kD compared to 16 kD, proNGF is active in a lower concentration.
- proNGF supports the proliferation of Müller's glial cells. This shows that proNGF does not have an apoptotic effect on glial cells ( Figure 1).
- Müller's glial cells are isolated from the retina of guinea pigs (Moll et al. Invest Ophthalmol Vis Sei 2002; 43: 766-773.). For this, the animals are z. B. with urethane (2.0 g / kg, ip) anesthetized. Then the animals are decapitated and the eyes are isolated. The retina is removed and incubated in calcium and magnesium-free phosphate buffer with Nagarse (1 mg / ml; subtilisin, EC 3.4.21.14) for 30 minutes at 37 ° C. The cells are then washed with phosphate buffer plus DNase I (200 units / ml) and the individual cells are sown on uncoated coverslips (e.g.
- the cells are cultivated in minimal medium (MEM, from Sigma) plus 10% fetal calf serum (e.g. from Biochrom, Berlin, Germany) at 37 ° C. and 5% CO 2 .
- MEM minimal medium
- fetal calf serum e.g. from Biochrom, Berlin, Germany
- the medium is changed twice a week.
- the test substances proNGF, NGF and vehicle
- the substances are tested in serum-free cell culture medium.
- the influence on proliferation can e.g. B. measured using the BrdU test.
- a kit from Röche Cat. No. 144611) can be used.
- the detection of the BrdU incorporation in the cellular DNA is demonstrated by anti-BrdU specific antibodies (Kodal et al., Luvest Ophthalmol Vis Sei 2000; 41: 4262- 4267).
- EAE can be induced in mice (e.g. in SLJ, C57BL / 6 or NOD mouse strain) by immunization with peptides (e.g. MOG 35-55 or Ac 1-11 MBP peptide).
- MOG 3 5-55 is an encephaloitogenic peptide with the sequence MEVGWYRSPFSRWHLYRNGK.
- the peptide is immunized in an emulsion from Freund's adjuvant (eg from Sigma), supplemented with 4 mg / ml of Mycobacterium tuberculosis antigen H37RA (Difco).
- the antigen challenge occurs by IV injection into the tail vein of 350 ng pertussis toxin (Sigma) immediately and 48 hours after the first immunization.
- the mice are observed for 25 days. The disease can be observed from day 10 to 25.
- the treatment of the mice with proNGF and vehicle (PBS) takes place after the immunization and is carried out during the entire study period (until day 25).
- proNGF or Vehicle applied in a 0.5 ml solution by intraperitoneal injection in different doses.
- the active ingredient and vehicle can also be administered intrathecally.
- intrathecal application the animals are anesthetized and an intraventricular catheter is placed using a stereotaxic frame. The catheter is connected to an osmotic pump (Alzet), which is implanted subcutaneously.
- Alzet osmotic pump
- mice to which proNGF was administered at a dose of 200 micrograms kg / day show a more mild course of the disease compared to vehicles. According to the static evaluation (ANOVA and T-Test) this is with a significance of p ⁇ 0.0001 (see Figure 2).
- the rats For the intracerebral long-term administration of NGF and proNGF, the rats, e.g. B. male Sprague-Dawley, approx. 250-300 g, initially anesthetized (e.g. with Nembutal®, 50 mg / kg, i.p.). The rats are fixed in a David head stereotaxic device.
- a stainless steel cannula e.g. Alzet Brain infusion kit
- the cannula is fixed with dental cement (e.g. Dental on Plus®), a catheter connects the cannula to a mini pump (e.g. Alzet 3003, flow rate 0.5 ⁇ l / hour for 2 weeks), which is connected to the vehicle or the test substance (NGF or proNGF) is filled.
- the mini pump is implanted subcutaneously.
- the pain test is carried out on different days after the operation, e.g. B. 1 day, 7 days and 14 days after the operation.
- a pain test e.g. B. the "tail flick” test, Von Frey hair stimulation, sensitivity to cold and heat using the "hot plate” test.
- the animals are placed on a grid in a clear plastic box.
- a filament e.g. dynamic plantar esthesiometer, Ugo basile
- Irritation is exerted on the back via the filament.
- the strength of the pressure is increased until the rat vocalizes or until the maximum pressure is reached.
- the time to vocalization (in seconds) and the severity of the irritation (in grams) are measured.
- ProNGF behaves like the vehicle control, i.e. does not increase the sensation of protection with mechanical stimulation, while NGF increases the sensation of pain ( Figures 3 and 4).
- Ethyl chloride is sprayed onto the rat's back.
- the response is assessed according to different degrees: 0 for no response, 1 for localized response, 2 for transient vocalization and shaking, 3 for permanent vocalization and aversive responses.
- the reaction to a heat stimulus is measured.
- a "hot plate” apparatus Cold Plate Instruments, USA
- the heating plate has a precisely controlled temperature of 54.0 ⁇ 0.2 ° C during the test. It measures the latency the rat needs to either lick or lift the front or back paw. In the event that the rat shows no response, the latency is limited to 60 seconds.
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Abstract
Description
proNGF als pharmazeutisch wirksames Mittel zur Behandlung demyelinisierender Erkrankungen proNGF as a pharmaceutically effective agent for the treatment of demyelinating diseases
Die Erfindung beschreibt die Verwendung von proNGF als pharmazeutisch wirksames Mittel zur Behandlung demyelinisierender Erkrankungen. Hierbei handelt es sich insbesondere um neurodegenerative Erkrankungen, bei deren Prophylaxe und Therapie proNGF eingesetzt wird, insbesondere zur Aufrechterhaltung der Vitalität sowie zur Stimulation proliferativer und myelinisierender Prozesse von Gliazellen . Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von proNGF, Derivaten des proNGF und funktioneller Teile von proNGF zur Prophylaxe und Therapie demyelinisierender Erkrankungen mit dem Ziel einer Unterstützung und Stimulation von Regenerationsprozessen der Gliazellen. Erfindungsgemäß kann das proNGF auch in gentherapeutischen Verfahren eingesetzt werden.The invention describes the use of proNGF as a pharmaceutically active agent for the treatment of demyelinating diseases. These are, in particular, neurodegenerative diseases whose prophylaxis and therapy use proNGF, in particular to maintain vitality and to stimulate proliferative and myelinating processes of glial cells. The invention relates in particular to the use of proNGF, derivatives of proNGF and functional parts of proNGF for the prophylaxis and therapy of demyelinating diseases with the aim of supporting and stimulating regeneration processes of the glial cells. According to the invention, the proNGF can also be used in gene therapy processes.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art
Definition GliazellenDefinition of glial cells
Unter Gliazellen versteht man Zellen, die Nervenzellen umgeben. Zu den Funktionen der Gliazellen zählen die Versorgung mit Nährstoffen, der Abbau von toten Neuronen, Isolierung und physikalischer Halt. Zu den Gliazellen gehören Astrozyten, Microglia, Oligodendrozyten, Schwann'sche Zellen, Satellitenzellen und Müller'sche Gliazellen.Glial cells are cells that surround nerve cells. The functions of the glial cells include the supply of nutrients, the breakdown of dead neurons, isolation and physical support. Glial cells include astrocytes, microglia, oligodendrocytes, Schwann cells, satellite cells and Müller glial cells.
KrankheitenDiseases
Für die normale Nervenfunktion im zentralen Nervensystem (ZNS) müssen die Nerven mit Myelin umgeben sein. Die Myelinschicht wird von Oligodendrozyten (OL) produziert. OL sind klein und haben Fortsätze. Als sogenannte „Satellitenzellen" der Nervenzellen bilden sie die Markscheiden.. Die Myelinschicht, die von Oligodendrozyten angelegt wird, vermittelt die normale Nervenimpulsübertragung im ZNS, wobei die Nerven von ihrer Umgebung elektrisch isoliert sind. Bei neurodegenerativen Erkrankungen, wie z. B. der multiplen Sklerose (MS), ist die Myelinschicht der Axone beschädigt oder zerstört. In vielen Fällen sind auch die OL selbst verletzt. In der MS gibt es stellenweise Narbengewebe, das die Nervensignalübertragung in bestimmten Fällen permanent verhindert. Zudem wurde beobachtet, dass im zentralen Nervensystem (ZNS) praktisch keine Remyelinisierung stattfindet, was bei der MS zu zunehmender Verschlechterung des Zustandes führt. Im Gegensatz dazu hat man im peripheren Nervensystem das Phänomen der Remyelinisierung beobachten können. Z. B. beim Guil- lain-Barre- SyndiOm ist das Myelin des peripheren Nervensystems betroffen, wobei sich in 85 % der Fälle die Myelinschicht innerhalb von 4 bis 6 Monaten selbst regeneriert. Des weiteren tritt die Demyelinisierung des peripheren Nervensystems bei der Charcot-Marie- Tooth (CMT) Krankheit auf. In diesem Fall ist der Defekt genetisch vererbt und kann auf verschiedene Mutationen zurückgeführt werden. Die häufigste Form des CMT ist der Typ 1, wobei das Peripheren Myelinprotein Gen 22 (PMP-22) mutiert ist. Weitere Formen der CMT mit Demyelinisierung sind Typ 1A (CMT 1A), 1B (CMT 1B), Typ 2 (CMT 2), Typ3 (CMT 3) oder Dejerine Sottas Krankheit, Typ 4 (CMT 4) und CMTX. Eine weitere progressive Demyelisierungskrankheit ist die Adrenoleukodystrophie(ALD), die auch zur Erblindung und Tod führen kann. Bei der amyotrophischen Lateralsklerose (ALS oder Lou Gehrig's Krankheit) ist vor allem das Rückenmark betroffen.For normal nerve function in the central nervous system (CNS), the nerves must be surrounded with myelin. The myelin layer is produced by oligodendrocytes (OL). OL are small and have extensions. As so-called "satellite cells" of the nerve cells, they form the medullary sheaths. The myelin layer, which is created by oligodendrocytes, mediates normal nerve impulse transmission in the CNS, with the nerves being electrically isolated from their surroundings. In neurodegenerative diseases, such as. B. multiple sclerosis (MS), the myelin layer of the axons is damaged or destroyed. In many cases, the OL itself is injured. In some cases there is scar tissue in MS that permanently prevents nerve signal transmission in certain cases. It was also observed that practically no remyelination takes place in the central nervous system (CNS), which leads to an increasing deterioration of the condition in MS. In contrast, the phenomenon of remyelination has been observed in the peripheral nervous system. For example, in the Guillain-Barre syndrome, the myelin of the peripheral nervous system is affected, with the myelin layer regenerating itself within 4 to 6 months in 85% of the cases. Demyelination of the peripheral nervous system also occurs in Charcot-Marie-Tooth (CMT) disease. In this case, the defect is genetically inherited and can be attributed to various mutations. The most common form of CMT is type 1, where the peripheral myelin protein gene 22 (PMP-22) is mutated. Other forms of CMT with demyelination are type 1A (CMT 1A), 1B (CMT 1B), type 2 (CMT 2), type 3 (CMT 3) or Dejerine Sottas disease, type 4 (CMT 4) and CMTX. Another progressive demyelizing disease is adrenoleukodystrophy (ALD), which can also lead to blindness and death. The spinal cord is particularly affected in amyotrophic lateral sclerosis (ALS or Lou Gehrig's disease).
Jetzige BehandlungsmethodenCurrent treatment methods
Zu den derzeitigen Behandlungen von MS gehört das Interferon beta, das T-Lymphozyten und Entzündungsvorgänge hemmt. Allerdings hat Interferon beta keine heilende Funktion und kann somit den Verlauf der Krankheit nur verlangsamen. Auch wirkt Interferon beta nicht bei allen MS Patienten (keine dauerhafte Remission). 10-20 % der MS Patienten haben einen relativ gutartigen Verlauf, so dass nicht jeder Patient eine solche „krankheits- modifizierende Therapie" benötigt.Current treatments for MS include interferon beta, which inhibits T lymphocytes and inflammation. However, interferon beta has no healing function and can therefore only slow down the course of the disease. Interferon beta also does not work in all MS patients (no permanent remission). 10-20% of MS patients have a relatively benign course, so that not every patient needs such a "disease-modifying therapy".
Als weitere Behandlung gibt es Glatirameracetat (Copaxone®), ein synthetisches Copo- lymer, zusammengesetzt aus Alanin, Glutamin, Lysin und Tyrosin. Copaxone® kann die Symptome der MS lindem, aber auch keine dauerhafte Remission bewirken. Da Zytostatika die Leukozytenproliferation hemmen und somit auch eine immunsuppres- sive und entzündungshemmende Aktivität haben, werden diese auch bei der MS eingesetzt. Eine eindeutige Verbesserung des Krankheitsverlaufs bei der MS konnte jedoch noch nicht gezeigt werden. Im besten Fall wird eine Abschwächung der MS-Schübe (Zahl und Intensität) erreicht, jedoch keine Heilung der Demyelinisierung.Another treatment is glatiramer acetate (Copaxone®), a synthetic copolymer composed of alanine, glutamine, lysine and tyrosine. Copaxone® can alleviate the symptoms of MS, but it cannot cause permanent remission. Since cytostatics inhibit leukocyte proliferation and thus also have an immunosuppressive and anti-inflammatory activity, they are also used in MS. However, a clear improvement in the course of the disease in MS has not yet been shown. In the best case, the MS flare-ups (number and intensity) are weakened, but there is no cure for demyelination.
Als zusätzliche Behandlung werden auch Steroide eingesetzt, die die Antikörperproduktion und Entzündungsreaktionen verlangsamen, die Myelinanschwellung reduzieren und somitSteroids are also used as an additional treatment, which slow down antibody production and inflammatory reactions, reduce myelin swelling and thus
Symptome lindem. Die Steroide eignen sich aufgrund der vielen Nebenwirkungen nur für kurzzeitige Anwendungen, aber nicht für eine kontinuierliche Behandlung.Symptoms alleviate. Due to the many side effects, the steroids are only suitable for short-term use, but not for continuous treatment.
Des weiteren wird in der Literatur die Verwendung von Zytokinen, speziell von Interleu- kin-12 und Interleukin-10, diskutiert.Furthermore, the use of cytokines, especially interleukin-12 and interleukin-10, is discussed in the literature.
Ein anderer Ansatz ist Wirkstoffe zu finden, die eine Remyelinisierung bewirken können.Another approach is to find active ingredients that can cause remyelination.
Zu diesen Stoffen gehören insbesondere Wachstumsfaktoren.These substances include growth factors in particular.
Wachstumsfaktoren sind Proteine, die aufgrund ihrer spezifischen Wechselwirkung mit einem Rezeptor in der Lage sind, Zellteilungs-, Migrations-, Differenzierungs- und Reifungsprozesse anzuregen bzw. zu beeinflussen. Die Proteine lassen sich in großem Maßstab sowohl in genetisch modifizierten Eukaryonten als auch Prokaryonten herstellen (EP0994188, WO00221 19). Die Bedeutung von Wachstums faktoren bei der Myelinisie- rung und Demyelinisierung wurde in mehreren Studien untersucht (Du and Dreyfus, 2002; Webster, 1997; Woodruff and Franklin, 1997). Dabei konnten positive Wirkungen für Fibroblast Growth Faktor (FGF), Glial Growth Faktor 2 (GGF2), Insulin Growth Faktor (IGF) und Neurotrophine (z.B.NGF, BDNF, CNTF, GDNF, NT-3, NT-4/5, NT-6 und NT- 7) gezeigt werden. (US 6268340, US 5885584)Growth factors are proteins that, due to their specific interaction with a receptor, are able to stimulate or influence cell division, migration, differentiation and maturation processes. The proteins can be produced on a large scale both in genetically modified eukaryotes and in prokaryotes (EP0994188, WO00221 19). The importance of growth factors in myelination and demyelination has been examined in several studies (Du and Dreyfus, 2002; Webster, 1997; Woodruff and Franklin, 1997). Positive effects for fibroblast growth factor (FGF), glial growth factor 2 (GGF2), insulin growth factor (IGF) and neurotrophins (e.g. NGF, BDNF, CNTF, GDNF, NT-3, NT-4/5, NT- 6 and NT-7). (US 6268340, US 5885584)
ProNGF ist das Vorläuferprotein des NGF. Humaner NGF wird in vivo als präproNGF synthetisiert. Die prä-Sequenz umfasst eine Länge von 21 Aminosäuren und wird nach der Translokation des Proteins in das endoplasmatische Retikulum abgespalten. Das entstandene Proprotein wird anschließend N- und C-terminal proteolytisch prozessiert, wodurch der reife NGF zugänglich wird. ProNGF besitzt ein Molekulargewicht von 49 kDa, besteht aus 221 Aminosäuren und tritt in seiner reifen Form als Homodimer auf. Die pro-Sequenz ist auf der Oberfläche des gefalteten NGF lokalisiert, nahezu unstrukturiert (Rattenholl et al., Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533) und umfaßt 103 Aminosäuren am N-Terminus.ProNGF is the precursor protein of the NGF. Human NGF is synthesized in vivo as preproNGF. The pre-sequence has a length of 21 amino acids and is cleaved after the translocation of the protein into the endoplasmic reticulum. The resulting proprotein is then proteolytically processed at the N- and C-terminal, making the mature NGF accessible. ProNGF has a molecular weight of 49 kDa, consists of 221 amino acids and appears in its mature form as a homodimer. The pro sequence is located on the surface of the folded NGF, almost unstructured (Rattenholl et al., Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533) and comprises 103 amino acids at the N-terminus.
Die Wirkung von Wachstumsfaktoren wird über deren Bindung an spezifische Rezeptoren vermittelt. Für NGF sind zwei Rezeptoren beschrieben, TrkA, ein hochaffiner Rezeptor mit Tyrosinkinaseaktivität, und P75, ein niedrig affiner Rezeptor, an den neben NGF auch andere Neurotrophine (z.B. BDNF, CNTF, GDNF, NT-3, NT-4/5, NT-6 und NT-7) binden. Die Expression von TrkA wurde auf Oligodendrozyten nachgewiesen (Althaus et al., 1997; Althaus and Richter-Landsberg, 2000; Nataf et al., 1998). Neben dem hochaffinen Rezeptor konnte man auch die Expression von P75 in myelinierenden Zellen, wie z. B. den Oligodendrozyten nachweisen (Althaus et al., 1997; Ladiwala et al., 1998; Nataf et al., 1998; Starkey et al., 2001).The effect of growth factors is mediated through their binding to specific receptors. Two receptors for NGF have been described, TrkA, a high-affinity receptor with tyrosine kinase activity, and P75, a low-affinity receptor to which other neurotrophins (e.g. BDNF, CNTF, GDNF, NT-3, NT-4/5, NT- 6 and NT-7). TrkA expression was detected on oligodendrocytes (Althaus et al., 1997; Althaus and Richter-Landsberg, 2000; Nataf et al., 1998). In addition to the high affinity receptor, the expression of P75 in myelinating cells, such as. B. detect the oligodendrocytes (Althaus et al., 1997; Ladiwala et al., 1998; Nataf et al., 1998; Starkey et al., 2001).
Die Wirkung, die über die Interaktion des NGF mit den jeweiligen Rezeptoren vermittelt wird, ist bislang nicht genau geklärt. P75 wird als Rezeptor beschrieben, über den apopto- tische Prozesse vermittelt werden (Lee et al., 2001; Starkey et al., 2001). Es wurde allerdings auch gezeigt, dass die durch TrkA vermittelten Prozesse wie Proliferation und Ü- berleben sowie Differenzierung von Zellen in Gegenwart von P75 verstärkt werden können. Das Verhältnis beider Rezeptoren zueinander, der Zelltyp, aber auch der zelluläre Entwicklungsstatus, spielen demnach eine entscheidende Rolle im Hinblick auf die durch NGF vermittelte Wirkung. Aus der Literatur ist bekannt, dass proNGF den Zelltod von Oligodendrozyten nach Rückenmarksverletzungen induziert (Neuron 2002; 36(3):375-86). Die Apoptose wird hierbei durch den p75 Rezeptor vermittelt.The effect that is mediated through the interaction of the NGF with the respective receptors has not yet been clearly elucidated. P75 is described as a receptor through which apoptotic processes are mediated (Lee et al., 2001; Starkey et al., 2001). However, it was also shown that the processes mediated by TrkA such as proliferation and survival and differentiation of cells can be enhanced in the presence of P75. The relationship of the two receptors to each other, the cell type, but also the cellular development status, therefore play a decisive role with regard to the effect mediated by NGF. It is known from the literature that proNGF induces cell death of oligodendrocytes after spinal cord injuries (Neuron 2002; 36 (3): 375-86). Apoptosis is mediated by the p75 receptor.
In vivo wurde proNGF in verschiedenen Geweben nachgewiesen. Darüber hinaus wurde die biologische Aktivität von NGF- Vorstufen und Peptidsequenzen des Precursoiproteins in verschiedenen in vitro- und in vivo-Systemen (Induktion des Neuritenwachstums bzw. Umverteilung des F-Actin in PC12-Zellen, Steigerung der Aktivität cholinerger Enzyme nach intrazerebroventrikularer Injektion in neonatale Ratten) nachgewiesen (Chen et al., Mol. Cell. Endocrinol. 1997, 127, 129-136; Clos et al., Develop. Brain Res. 1997, 99, 267- 270). Die biologische Bedeutung von proNGF, von der aufgrund von Sequenzhomologien der Prosequenzen innerhalb der Neurotrophine und der Lokalisation in verschiedenen Ge- weben ausgegangen wird, ist bislang nicht geklärt. Die Proproteine werden als Reservoir des reifen aktiven Proteins diskutiert. Ausserdem wird der pro-Sequenz eine Funktion als Helfer der Faltung des reifen Proteins (Rattenholl et al., Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296- 3303; J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533) oder eine Rolle bei der Sortierung der Neurotrophine hinsichtlich anaboler oder kataboler Wege (Farhadi et al., J. Neurosci. 2000, 20, 4059-4068) zugeschrieben.ProNGF was detected in various tissues in vivo. In addition, the biological activity of NGF precursors and peptide sequences of the precursor protein in various in vitro and in vivo systems (induction of neurite growth or redistribution of F-actin in PC12 cells, increase in the activity of cholinergic enzymes after intracerebroventricular injection in neonatal Rats) (Chen et al., Mol. Cell. Endocrinol. 1997, 127, 129-136; Clos et al., Develop. Brain Res. 1997, 99, 267-270). The biological significance of proNGF, which due to sequence homologies of the pro sequences within the neurotrophins and the localization in different areas weaving is not yet clear. The proproteins are discussed as a reservoir of the mature active protein. In addition, the pro sequence acts as a helper in the folding of the mature protein (Rattenholl et al., Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533) or a role in the sorting of the neurotrophins by anabolic or catabolic routes (Farhadi et al., J. Neurosci. 2000, 20, 4059-4068).
Die pharmazeutische Aktivität von proNGF wurde zum ersten Mal in der EP 0 994 188 gezeigt. Im Beispiel 4f wird die Stimulierbarkeit und das Überleben sensorischer Neuronen aus dissoziierten Dorsalwurzelganglien anhand der Ausbildung von Neuriten untersucht. Bei diesen Versuchen ergab sich eine halb so große biologische Aktivität für das rekombi- nante proNGF im Vergleich zum rekombinanten reifen ß-NGF. Aufgrund dieser Versuchsergebnisse wurde vorgeschlagen, rekombinanten proNGF zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von Neuropathien einzusetzen, wobei die Wirkung von proNGF sich auf die Neuronen / Nerven bezieht. Eine Wirkung auf andere Zelltypen, insbesondere auf myelinisierende Zellen, wird nicht beschrieben.The pharmaceutical activity of proNGF was first shown in EP 0 994 188. In example 4f, the stimulability and survival of sensory neurons from dissociated dorsal root ganglia are examined on the basis of the formation of neurites. In these experiments, the biological activity for the recombinant proNGF was half that of the recombinant mature ß-NGF. Based on these test results, it was proposed to use recombinant proNGF for the manufacture of a medicament for the treatment of neuropathies, the effect of proNGF relating to the neurons / nerves. An effect on other cell types, in particular on myelinating cells, is not described.
Die WO 96/08562 beschreibt NGF, welcher N- Terminal um ein Peptidfragment von bis zu ca. 19 Aminosäuren verlängert ist, wobei es sich bei diesem Peptidfragment um das C- terminale Fragment des Precursor- Anteils von NGF handelt. Dieser Precursor enthält am C-Terminus eine Konsensusspaltstelle des Furintyps, in der ein Austausch in der Aminosäure- 1 und/oder -2 erfolgt ist. Es wird vorgeschlagen, derartige NGF- Varianten in Arzneimitteln zur Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems einzusetzen, beispielsweise von degenerativen Erkrankungen des Nervensystems, wie die Retinadegeneratiön, bei der Behandlung von Verletzungen oder Beschädigungen des Nervensystems usw., wobei die Wirkung stets über die Nervenzellen selbst stattfindet. Z.B. wird beschrieben, daß das Überleben dopaminerger und cholinerger Neuronen durch die genannten NGF- Derviate mit einem deletierten pro-Anteil gefördert wird. Eine Anwendung auf myelinisierende Zellen, wie z. B. Oligodendrozyten und Schwann'sche Zellen, wird nicht gezeigt. Ganz im Gegenteil wird darauf hingewiesen, daß die NGF-Derviate mit dem deletierten pro-Anteil die Vermehrung von Astrogliazellen verhindern, also auf myelinisierende Zellen eine supprimierende Wirkung ausüben. Auch in der Veröffentlichung von Beattie et al. (Neuron 2002, 36, 375-386) wird gezeigt, dass der Neurotrophinrezeptor P75, der bei verschiedenen Verletzungen des Nervensystems induziert wird, durch seine Verbindung mit proNGF den Zelltod von Oligodendrozyten fördert. Durch proNGF spezifische Antikörper konnte die apoptotische Wirkung des proNGF-P75-Rezeptorkomplexes verhindert werden. Diese Daten zeigen, dass proNGF bei der Eliminierung von geschädigten Nervenzellen durch Aktivierung der P75-vermittelten Apoptose ein entscheidende Rolle spielt. Die Aktivierung von P75 durch proNGF bewirkt damit den Zelltod von Oligodendrozyten. Das Wechselspiel zwischen dem P75- Neurotrophinrezeptor und proNGF ist damit ein zentraler Punkt bei den Apoptoseprozes- sen nach Verletzungen des Nervensystems.WO 96/08562 describes NGF, which N-terminal is extended by a peptide fragment of up to approx. 19 amino acids, this peptide fragment being the C-terminal fragment of the precursor part of NGF. This precursor contains a furin-type consensus site at the C-terminus, in which an exchange in amino acid 1 and / or -2 has taken place. It is proposed to use such NGF variants in medicaments for the treatment of diseases of the nervous system, for example of degenerative diseases of the nervous system, such as the retinal degeneration, in the treatment of injuries or damage to the nervous system, etc., the action always taking place via the nerve cells themselves , For example, it is described that the survival of dopaminergic and cholinergic neurons is promoted by the NGF derivatives mentioned with a deleted pro portion. An application to myelinating cells, such as. B. oligodendrocytes and Schwann cells are not shown. On the contrary, it is pointed out that the NGF derivatives with the deleted pro portion prevent the multiplication of astroglial cells, that is to say they exert a suppressive effect on myelinating cells. Also in the publication by Beattie et al. (Neuron 2002, 36, 375-386) it is shown that the neurotrophin receptor P75, which is induced in various nervous system injuries, promotes cell death of oligodendrocytes through its connection with proNGF. The apoptotic effect of the proNGF-P75 receptor complex was prevented by proNGF-specific antibodies. These data show that proNGF plays a crucial role in the elimination of damaged nerve cells by activating P75-mediated apoptosis. The activation of P75 by proNGF thus causes the cell death of oligodendrocytes. The interplay between the P75 neurotrophin receptor and proNGF is therefore a central point in apoptosis processes after injuries to the nervous system.
Weitere Hinweise auf P75-vermittelte Apoptoseprozesse werden in Zusammenhang mit einer erhöhten proNGF-Konzentration im Gehirn von Alzheimer Patienten diskutiert (Fahnestock et al. Mol. Cell. Neurosci. 2001, 18, 210-220).Further indications of P75-mediated apoptosis processes are discussed in connection with an increased proNGF concentration in the brain of Alzheimer's patients (Fahnestock et al. Mol. Cell. Neurosci. 2001, 18, 210-220).
Die EP 0786520 beschreibt N-terminal verlängerten ß-NGF, der, genauso wie natürlicher ß-NGF, eine Wirkung auf Neuronen zeigen soll. Eine Wirkung auf die hier vorgeschlagenen Indikationsgebiete wird nicht diskutiert.EP 0786520 describes N-terminally elongated β-NGF which, like natural β-NGF, is said to have an effect on neurons. An effect on the indication areas proposed here is not discussed.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, neue, pharmazeutisch wirksame Mittel zur Behandlung demyelinisierender Erkrankungen bereitzustellen, insbesondere solcher Erkrankungen, bei denen proliferative und myelinisierende Prozesse von Gliazellen stimuliert und die Vitalität von Gliazellen aufrechterhalten werden sollen, um z. B. die Regenerati onsprozesse der Gliazellen zu unterstützen bzw. stimulieren.It is an object of the invention to provide new, pharmaceutically active agents for the treatment of demyelinating diseases, in particular those diseases in which the proliferative and myelinating processes of glial cells are to be stimulated and the vitality of glial cells is to be maintained in order, for. B. to support or stimulate the regeneration processes of the glial cells.
Diese Aufgabe wird erfindungs gemäß gelöst durch die Verwendung von proNGF, Derivaten von proNGF, mit Ausnahme solcher, bei denen der pro-Anteil vollständig deletiert wurde, und/oder einem funktionellen Teil hiervon in einer wirksamen Menge zur Prophylaxe und/oder Therapie von demyelinisierenden Erkrankungen . Diese Stoffe bewirken eine Stimulation der Proliferation der Gliazellen, die Aufrechterhaltung der Vitalität der Gliazellen und unterstützen und stimulieren die Regeneration und die Migration von Gliazellen, um eine Myelinisierung zu erreichen und demyelinisierende Prozesse zu inhibieren. Eine bevorzugte Verwendung ist die Prophylaxe und Therapie von Multipler Sklerose, der Charcot-Marie-Tooth (CMT) Krankheit, von Adrenoleukomyeloneuropathien, beispielsweise der Adrenoleukodystrophie, und von amyotrophischer Lateralsklerose (ALS).This object is achieved according to the invention by the use of proNGF, derivatives of proNGF, with the exception of those in which the pro portion has been completely deleted and / or a functional part thereof in an effective amount for the prophylaxis and / or therapy of demyelinating diseases , These substances stimulate glial cell proliferation, maintain glial cell vitality, and support and stimulate glial cell regeneration and migration to achieve myelination and inhibit demyelinating processes. A preferred use is the prophylaxis and therapy of multiple sclerosis, Charcot-Marie-Tooth (CMT) disease, of adrenoleukomyeloneuropathies, for example adrenoleukodystrophy, and of amyotrophic lateral sclerosis (ALS).
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß proNGF, seine Derivate, mit Ausnahme solcher, bei denen der pro-Anteil vollständig deletiert wurde, und/oder funktionelle Teile hiervon das Überleben und die Regeneration von Gliazellen, beispielsweise von Oligodendrozyten, insbesondere des Menschen, verbessern und fördern. Die Erfindung ermöglicht damit den Einsatz von proNGF allein oder in Verbindung mit weiteren pharmazeutisch wirksamen Bestandteilen, um Krankheiten vorzubeugen oder zu heilen, bei denen Gliazellen geschädigt sind oder geschädigt werden können, wenn sie mit einer Demyelinisierung von Nerven einhergehen, insbesondere die Multiple Sklerose.According to the invention, it was found that proNGF, its derivatives, with the exception of those in which the pro portion was completely deleted, and / or functional parts thereof, improve and promote the survival and regeneration of glial cells, for example of oligodendrocytes, in particular humans. The invention thus enables the use of proNGF alone or in conjunction with other pharmaceutically active ingredients to prevent or cure diseases in which glial cells are damaged or can be damaged if they are accompanied by demyelination of nerves, in particular multiple sclerosis.
Von der Erfindung umfaßt werden auch Derivate des proNGF, bei denen ein oder mehrere Aminosäuren ausgetauscht, deletiert, hinzugefügt und/oder chemisch modifiziert wurden, immer unter Beibehaltung der oben beschriebenen pharmaeutischen, medizinischen und biologischen Wirksamkeit.The invention also encompasses derivatives of proNGF in which one or more amino acids have been exchanged, deleted, added and / or chemically modified, always while maintaining the pharmaceutical, medical and biological activity described above.
Aminosäuresubstitutionen können auf Grundlage der Ähnlichkeit in der Polarität, Ladung, Löslichkeit, Hydrophobie, Hydrophilie, und/oder der amphipatischen (amphiphilen) Natur der involvierten Reste vorgenommen werden. Beispiele für unpolare (hydrophobe) Aminosäuren sind Alanin, Leucin, Isoleucin, Valin, Prolin, Phenylalanin, Tryptophan und Methi- onin. Polare neutrale Aminosäuren schließen Glycin, Serin, Threonin, Cystein, Thyrosin, Asparagin und Glutamin ein. Positiv geladene (basische) Aminosäuren schließen Arginin, Lysin und Histidin ein. Und negativ geladene (saure) Aminosäuren schließen Asparagin- säure und Glutaminsäure ein.Amino acid substitutions can be made based on the similarity in polarity, charge, solubility, hydrophobicity, hydrophilicity, and / or the amphipathic (amphiphilic) nature of the residues involved. Examples of nonpolar (hydrophobic) amino acids are alanine, leucine, isoleucine, valine, proline, phenylalanine, tryptophan and methionine. Polar neutral amino acids include glycine, serine, threonine, cysteine, thyrosine, asparagine and glutamine. Positively charged (basic) amino acids include arginine, lysine and histidine. And negatively charged (acidic) amino acids include aspartic acid and glutamic acid.
"Insertionen" oder "Deletionen" bewegen sich typisch erweise im Bereich von ein bis fünf Aminosäuren. Der erlaubte Variationsgrad kann experimentell durch systematisch vorgenommene Insertionen, Deletionen und/oder Substitutionen von Aminosäuren in einem Po- lypeptidmolekül unter Verwendung von DNA-Rekombinationstechniken und durch Unter- suchen der sich ergebenden rekombinanten Varianten bezüglich ihrer biologischen Aktivität ermittelt werden."Insertions" or "deletions" typically range from one to five amino acids. The permitted degree of variation can be experimentally determined by systematic insertions, deletions and / or substitutions of amino acids in a polypeptide molecule using DNA recombination techniques and by looking for the resulting recombinant variants with regard to their biological activity.
Bei der Durchführung dieser Änderungen kann auch der hydropathische Index der Aminosäuren in Betracht gezogen werden. Jeder Aminosäure kann auf der Grundlage ihrer Hydrophobizität und ihrer Ladungseigenschaften ein bestimmter hydropathischer Index zugeschrieben werden. Beispiele hierfür finden sich in der WO 00/32039, in der US 4,554,101 sowie in Kyte & Doolittle, 1982, auf die hier mit ihrem Inhalt Bezug genommen wird. Es ist bekannt, daß bestimmte Aminosäuren durch andere Aminosäuren substituierbar sind, wenn sie einen ähnlichen hydropathischen Index besitzen und bei Ihrem Austausch eine vergleichbare biologische Aktivität des Gesamtmoleküls bewirken. Entscheidend ist bei allen Derivatisierungen des proNGF immer, daß die biologische, medizinische bzw. pharmazeutische Wirksamkeit beibehalten bleibt.The hydropathic index of the amino acids can also be considered when making these changes. Each amino acid can be assigned a specific hydropathic index based on its hydrophobicity and charge properties. Examples of this can be found in WO 00/32039, in US 4,554,101 and in Kyte & Doolittle, 1982, which are referred to here with their content. It is known that certain amino acids can be substituted by other amino acids if they have a similar hydropathic index and, when they are exchanged, bring about a comparable biological activity of the whole molecule. With all derivatizations of the proNGF it is crucial that the biological, medical or pharmaceutical effectiveness is maintained.
Die Derivatisierungen von proNGF können sich sowohl auf den pro-Anteil als auch auf den NGF-Anteil beziehen. Die Abänderungen des pro-Anteils umfassen auch Aminosäureadditionen am N-Terminus des pro-Anteils, die durch den pre-Anteil definiert sind. Die Sequenz des pre- Anteils, des pro-Anteils von NGF und von NGF selbst sind bekannt, und es wird hier beispielsweise verwiesen auf:http://www.ncbi. nlm.nih.gov: 80/entrez/query.fcgi?cmd-Retrieve&db=:nucleotide&list uids=2173196&dopt=GenBank bzw. http://www.ncbi.nlm.nih.gov: 80/entrez/query.fcgi?cmd=:Retrieve&db-nucleotide&list uid s=2171804&dopt=GenBank sowie die EP-A-0 994 188.The derivatization of proNGF can refer to both the pro portion and the NGF portion. The changes in the pro portion also include amino acid additions at the N-terminus of the pro portion, which are defined by the pre portion. The sequence of the pre-portion, the pro-portion of NGF and of NGF itself are known, and reference is made here, for example, to: http: //www.ncbi. nlm.nih.gov: 80 / entrez / query.fcgi? cmd-Retrieve & db = : nucleotide & list uids = 2173196 & dopt = GenBank or http://www.ncbi.nlm.nih.gov: 80 / entrez / query.fcgi? cmd = : Retrieve & db-nucleotide & list uid s = 2171804 & dopt = GenBank and EP-A-0 994 188.
Unter "proNGF" werden erfindungsgemäß, auch wenn nicht gesondert aufgeführt, auch immer die Derivate von proNGF verstanden, mit der Ausnahme derjenigen Derivate, bei denen der pro-Anteil vollständig deletiert wurde, und die funktionellen Anteile von proNGF, wie sie in der vorliegenden Anmeldung näher definiert werden."ProNGF" according to the invention, even if not listed separately, always means the derivatives of proNGF, with the exception of those derivatives in which the pro portion has been completely deleted and the functional portions of proNGF as described in the present application to be defined in more detail.
Unter "funktioneller Teil" von proNGF werden erfindungsgemäß solche Teile verstanden, welche die in der vorliegenden Anmeldung beanspruchten Indikationen und Verwendung erfüllen, bei gleichzeitiger Ausschaltung, z.B. durch Deletion, solcher Anteile von proNGF, die zur Funktion nicht beitragen.According to the invention, “functional part” of proNGF is understood to mean those parts which have the indications and use claimed in the present application fulfill, with simultaneous deactivation, eg by deletion, those portions of proNGF that do not contribute to the function.
Die funktioneilen Anteile können von einem Fachmann beispielsweise durch Deletionsa- nalysen ermittelt werden. Durch systematische Deletionen des pro-Anteils, des prepro- Anteils und/oder des NGF-Anteils und einer nachfolgenden Analyse des verbleibenden Moleküls auf die hier beschriebenen und beanspruchten Indikationen ist der Fachmann in der Lage, die gewünschten funktioneilen Abschnitte zu ermitteln. Beispielsweise sind derartige funktionelle Anteile die 25 bzw. 71 Aminosäuren des pro-C-Terminus von proNGF, insbesondere vollständige Domänen. Die funktionellen Anteile sollten möglichst unverändert bleiben, um die physiologische Funktion des proNGF, beispielsweise seine Bindung an den Rezeptor, zu gewährleisten. Aber auch in den funktionellen Anteilen sind Modifikationen, wie sie nachfolgend hier beschrieben werden, möglich. Die Anzahl und die Art der Modifikationen kann vom Fachmann experimentell bestimmt werden. So können ein oder mehrere Modifikationen im pro-, prepro- und/oder NGF-Anteil vorgenommen werden, beispielsweise Deletionen oder Substitutionen einer Aminosäure. Das derartig modifizierte Protein wird dann auf seine Funktionsfähigkeit im Rahmen der vorliegenden Erfindung untersucht, und es wird bestimmt, ob die vorgenommene Änderung eine Verbesserung oder Verschlechterung der Eigenschaften mit sich bringt.The functional parts can be determined by a person skilled in the art, for example, by deletion analyzes. Systematic deletions of the pro portion, the prepro portion and / or the NGF portion and a subsequent analysis of the remaining molecule for the indications described and claimed here enable the person skilled in the art to determine the desired functional sections. Such functional portions are, for example, the 25 or 71 amino acids of the pro-C terminus of proNGF, in particular complete domains. The functional parts should remain as unchanged as possible in order to ensure the physiological function of the proNGF, for example its binding to the receptor. However, modifications as described below are also possible in the functional parts. The number and type of modifications can be determined experimentally by a person skilled in the art. One or more modifications in the pro, prepro and / or NGF portion can be carried out, for example deletions or substitutions of an amino acid. The protein modified in this way is then examined for its functionality in the context of the present invention, and it is determined whether the change made brings about an improvement or deterioration in the properties.
Der Wirkstoff proNGF umfasst solchen humanen Ursprungs, tierischen Ursprungs, insbesondere von Nagern wie Ratte, Kaninchen und Maus, von Rind und Schwein, sowie re- kombinant hergestellten proNGF. Zu den rekombinanten Formen des proNGF gehören auch Fusionsproteine des proNGF, bei denen proNGF mit einem anderen Protein bzw. Peptid verknüpft wurden. Des weiteren kann proNGF als DNA über Expressionsvektoren oder mittels proNGF exprimierenden Zellen appliziert werden. Zu Beispielen für NGF, in denen Fusionierungen mit Proteasen eine kontrollierte Freisetzung des NGF aus Matrices ermöglichen, verweisen wir auf Sakiyama-Elbert et al., FASEB J. 2001, 15, 1300-1302; Park et al, J. Drug Target 1998, 6, 53-64The active ingredient proNGF includes those of human origin, animal origin, in particular from rodents such as rats, rabbits and mice, from cattle and pigs, and proNGF produced in a recombinant manner. Recombinant forms of proNGF also include proNGF fusion proteins in which proNGF has been linked to another protein or peptide. Furthermore, proNGF can be applied as DNA via expression vectors or by means of cells expressing proNGF. For examples of NGF in which fusions with proteases enable controlled release of the NGF from matrices, we refer to Sakiyama-Elbert et al., FASEB J. 2001, 15, 1300-1302; Park et al, J. Drug Target 1998, 6, 53-64
Die Derivate des pro-Anteils von NGF umfassen insbesondere solche pro-Formen, bei denen mindestens 25, weiterhin bevorzugt 71 Aminosäuren des pro-C-Terminus am N- Terminus des NGF vorhanden sind (Dicou et al., J. Cell. Biol. 1997, 136, 389-398). Weiterhin bevorzugt werden solche Derivate des proNGF, die auf Aminosäureebene eine Homologie zur pro-Form, zur prepro-Form und/oder zum NGF-Anteil des proNGF von mindestens 80% aufweisen, bevorzugt von 85 %, von 90 % oder von 95 % oder darüber. Homologie bedeutet, daß der angegebene Prozentsatz an Aminosäuren, bezogen auf die Ausgangsform des eingesetzten proNGF, zum Beispiel rh-proNGF, in identischer Form enthalten ist. Dies heißt, daß bevorzugt weniger als 15 %, insbesondere bevorzugt weniger als 10 % und noch weiter bevorzugt weniger als 5 % der Anzahl der Aminosäurereste in der Sequenz des proNGF unterschiedlich sind von den Aminosäureresten in der Sequenz der entsprechenden Domäne der Ausgangsform. Unterschiedlich heißt, daß sie beispielsweise gegen eine andere Aminosäure substituiert wurden, daß eine andere Aminosäure insertiert oder deletiert wurde oder eine Kombination hiervon. Hierunter fallen auch Veränderungen an der Aminosäure selbst, so beispielsweise Glykosylierungen, Phosphorylierungen, Ace- tylierungen, Sulphatierungen oder Lipidiemngen. Auch Verbindungen der Aminosäuren mit einer Markierung, beispielsweise einem Farbstoff wie einem Fluoreszenzfarbstoff, einem Enzym, einem Toxin usw. sind möglich. All diese Abänderungen werden unter den Begriff "Derivate" subsummiert.The derivatives of the pro portion of NGF include in particular those pro forms in which at least 25, more preferably 71 amino acids of the pro-C terminus at the N- Terminus of the NGF are available (Dicou et al., J. Cell. Biol. 1997, 136, 389-398). Preference is furthermore given to those derivatives of proNGF which, at the amino acid level, have a homology to the pro form, to the prepro form and / or to the NGF portion of the proNGF of at least 80%, preferably 85%, 90% or 95% or about that. Homology means that the specified percentage of amino acids, based on the starting form of the proNGF used, for example rh-proNGF, is contained in identical form. This means that preferably less than 15%, particularly preferably less than 10% and even more preferably less than 5% of the number of amino acid residues in the sequence of the proNGF are different from the amino acid residues in the sequence of the corresponding domain of the starting form. Different means that they have been substituted for another amino acid, for example, that another amino acid has been inserted or deleted, or a combination thereof. This also includes changes to the amino acid itself, for example glycosylations, phosphorylations, acetylations, sulphations or amounts of lipid. Connections of the amino acids with a label, for example a dye such as a fluorescent dye, an enzyme, a toxin, etc., are also possible. All these changes are subsumed under the term "derivatives".
Die Anzahl und die Art der Modifikationen in den Derivaten ist immer begrenzt von der Beibehaltung der physiologischen Funktionen des proNGF, insbesondere natürlich von der Aufrechterhaltung der therapeutischen und prophylaktischen und der anderen funktionellen Eigenschaften des proNGF, wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Im allgemeinen werden nicht mehr als 10, bevorzugt nicht mehr als 5 und weiterhin bevorzugt weniger als 5 Modifikationen im proNGF vorgenommen. Im pro-Anteil werden bevorzugt maximal 5 Modifikationen eingeführt. Insbesondere sollen die funktionellen Abschnitte des pro-Anteils funktioneil bleiben, also die Positionen 143 - 221 bzw. 78 - 221 des proNGF (Nummerierung der Positionen beginnend am N-Terminus des proNGF)..The number and type of modifications in the derivatives is always limited by the maintenance of the physiological functions of the proNGF, in particular, of course, by the maintenance of the therapeutic and prophylactic and other functional properties of the proNGF as described in the present invention. In general, no more than 10, preferably no more than 5 and more preferably less than 5, modifications are made in the proNGF. A maximum of 5 modifications are preferably introduced in the pro portion. In particular, the functional sections of the pro portion should remain functional, i.e. positions 143 - 221 and 78 - 221 of the proNGF (numbering of the positions starting at the N-terminus of the proNGF).
Voraussetzung für die erfindungsgemäße Anwendbarkeit der Derivate ist immer, daß nach der Derivatisierung die Wirksamkeit in den hier beanspruchten Einsatzgebieten erhalten bleibt. Verschiedene Testsysteme zur Bestimmung der Aktivität des proNGF und seiner Derivate sind in den nachfolgenden Beispielen angegeben. Der Fachmann kann aber auch andere beispielhafte Testsysteme aus der Literatur ermitteln oder entwickeln. (z.B. der Ratten Pheochromozytoma PC 12 Zellassay Proc. Natl. Acad. Sei. U.S.A. 1976 ;73(7): 2424-8); Auswachsen der Neuriten aus embryonalen dorsalen Spinalganglien, Neu- roscience Lett. 1999; 262: 29-32; Oligodendrozyten Assay (J. Neurochem Suppl. 2001:78:49)A prerequisite for the applicability of the derivatives according to the invention is always that after derivatization, the effectiveness in the areas of use claimed here is retained. Various test systems for determining the activity of the proNGF and its derivatives are given in the examples below. The expert can also identify or develop other exemplary test systems from the literature. (For example the rat Pheochromozytoma PC 12 cell assay Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1976; 73 (7): 2424-8); Neurite outgrowth from embryonic dorsal spinal ganglia, Neuroscience Lett. 1999; 262: 29-32; Oligodendrocyte Assay (J. Neurochem Suppl. 2001: 78: 49)
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Aminosäuresequenz des pro-Anteils so abgeändert, daß unter physiologischen Bedingungen der pro-Anteil in der Zelle nicht oder erst zu einem späteren Zeitpunkt als unter physiologischen Bedingungen abgespalten wird. Mittels der site-directed Mutagenese oder PCR Mutagenese kann die natürliche Furinspaltstelle mutiert werden, so dass das NGF nicht abgespalten wird (Hempstead et al., Science 2002, 294, 1945-1948). Dazu wird die Konsensussequenz für die Furinkonvertase, Arg-X-(Arg/Lys)-Arg, mutiert, die im humanen proNGF an der A- minosäureposition 104 vorkommt.In a preferred embodiment of the invention, the amino acid sequence of the pro portion is changed so that under physiological conditions the pro portion is not split off in the cell or only at a later point in time than under physiological conditions. The natural furin cleavage site can be mutated by means of site-directed mutagenesis or PCR mutagenesis, so that the NGF is not cleaved off (Hempstead et al., Science 2002, 294, 1945-1948). For this purpose, the consensus sequence for the furin convertase, Arg-X- (Arg / Lys) -Arg, is mutated, which occurs at the amino acid position 104 in human proNGF.
Aber auch ohne Änderungen in der Aminosäuresequenz ist proNGF über einen Zeitraum nachweisbar, der ausreicht, um eine therapeutische/prophylaktische Wirksamkeit zu entfalten. So kann beispielsweise in Zellkultur proNGF über eine Zeitspanne bis zu 8 Stunden nachgewiesen werden (Mowla et al., 1999).However, even without changes in the amino acid sequence, proNGF can be detected over a period of time sufficient to develop therapeutic / prophylactic effectiveness. For example, proNGF can be detected in cell culture over a period of up to 8 hours (Mowla et al., 1999).
Die Derivatisierungen von proNGF können sowohl auf Aminosäure-Ebene stattfinden über direkte chemische Modifikationen von Aminosäuren. Bevorzugt ist aber eine Modifikation durch Mutagenese der für das Protein kodierenden DNA. Hierzu gehört beispielsweise die site directed-Mutagenese, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und beständig weiterentwickelt wird (Brannigan und Wilkinson, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2002, 3, 964- 970).The derivatization of proNGF can take place at the amino acid level via direct chemical modifications of amino acids. However, modification by mutagenesis of the DNA coding for the protein is preferred. This includes, for example, site-directed mutagenesis, as is known from the prior art and is constantly being further developed (Brannigan and Wilkinson, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2002, 3, 964-970).
Die Herstellung von proNGF und seiner Derivate durch rekombinante Techniken ist beschrieben, und auf diese voiΥeröffentlichte Literatur wird hier Bezug genommen (Ratten- holl et al, Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; Rattenholl et al., J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533). Die Herstellung von proNGF und der von der Erfindung umfaßten Abwandlungen einschließlich der für die proNGF-Proteine kodierenden DNA und der die DNA enthaltenden Expressionsvektoren liegen im Bereich des fachmännischen Könnens eine Biotechnologen, insbesondere eines Proteinchemikers. Die Herstellung rekombinanter DNA, von Vektoren, transformierten Wirtszellen, der Proteine und Proteinfragmente durch gentechnologische Methoden ist also bekannt. Nur beispielsweise sei hier auf die nachfolgenden Publikationen hingewiesen: WO 97/10365, WO 97/27317, Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology: Theory and Nucleic Acid Preparation, P. Tijssen, ed. Eiservier, N.Y. (1993) Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd ed.) Vols 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory (1989), oder Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausübel et al., ed., Breene Publishing and Wiley-Interscience, N.Y. (1987).The production of proNGF and its derivatives by recombinant techniques has been described, and reference is made to this previously published literature here (Rattendoll et al, Eur. J. Biochem. 2001, 268, 3296-3303; Rattenholl et al., J. Mol. Biol. 2001, 305, 523-533). The production of proNGF and the modifications encompassed by the invention, including the DNA encoding the proNGF proteins and the expression vectors containing the DNA, are within the skill of a biotechnologist, in particular a protein chemist. The production of recombinant DNA, vectors, transformed host cells, proteins and protein fragments by genetic engineering methods is known. For example, the following publications are referred to here: WO 97/10365, WO 97/27317, Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology: Theory and Nucleic Acid Preparation, P. Tijssen, ed. Eiservier, NY (1993) Sambrook et al. , Molecular Cloning. A Laboratory Manual (. 2 nd ed), Vols 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory (1989), or Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausübel et al, ed, Breene Publishing and Wiley-Interscience. NY (1987).
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die pharmazeutisch wirksamen proNGF- Wirkstoffe dem Patienten durch gentherapeutische Methoden appliziert. In der Gentherapie unterscheidet man 2 grundsätzliche Methoden, mit deren Hilfe ein Gen, hier proNGF, in den Patienten gebracht werden kann.In one embodiment of the invention, the pharmaceutically active proNGF active ingredients are administered to the patient by gene therapy methods. In gene therapy, a distinction is made between two basic methods, with the help of which a gene, here proNGF, can be brought into the patient.
Bei der ex vivo Applikation wird das therapeutisch aktive proNGF-Gen mittels Vetoren in eine Zelle, bevorzugt eine Körperzelle, insbesondere bevorzugt eine Gliazelle, des Patienten eingeschleust, und die so behandelten Zellen werden dem Patienten, beispielsweise durch Mikro- oder Nanopartikel, wieder zugeführt. Insbesondere bevorzugt ist hier eine spezifische Integration des proNGF-Gens in das zelluläre Genom.In the ex vivo application, the therapeutically active proNGF gene is introduced into a cell, preferably a body cell, particularly preferably a glial cell, of the patient by means of vetors, and the cells treated in this way are returned to the patient, for example by micro- or nanoparticles. A specific integration of the proNGF gene into the cellular genome is particularly preferred here.
Bei der in vivo-Gentherapie wird das proNGF-Gen über Genfähren zur Targetzelle im Körper transportiert, beispielsweise mit Hilfe von Viren, die die Zellen zwar infizieren können und das therapeutisch wirksame proNGF-Gen dabei einschleusen, sich selber aber nicht mehr vermehren oder ausbreiten können. Auch bei dieser Methode können Nanopartikel oder Mikropartikel, beispielsweise Liposomen, die mit der Zellmembran verschmelzen können, als Genfähren eingesetzt werden. Die somatische Gentherapie ist also auch für die Behandlung der von der Erfindung umfaßten Erkrankungen ein bevorzugtes Mittel der Wahl. Beispielhafte gentherapeutische Verfahren, einschließlich der liposomalen Transfektion von Nukleinsäuren in Wirtszellen, werden beispielsweise beschrieben in den US-Patenten 5,279,833; 5,286,634; 5,399,346; 5,646,008; 5,651,964; 5,641,484 und 5,643,567, auf die hier vollinhaltlich Bezug genommen wird.In in vivo gene therapy, the proNGF gene is transported via gene transporters to the target cell in the body, for example with the help of viruses that can infect the cells and introduce the therapeutically effective proNGF gene, but are no longer able to reproduce or spread themselves , With this method, too, nanoparticles or microparticles, for example liposomes, which can fuse with the cell membrane, can be used as gene transporters. Somatic gene therapy is therefore also a preferred means of choice for the treatment of the diseases covered by the invention. Exemplary gene therapy methods, including liposomal transfection of nucleic acids in host cells, are described, for example, in US Patents 5,279,833; 5,286,634; 5,399,346; 5,646,008; 5,651,964; 5,641,484 and 5,643,567, to which full reference is made here.
Die zu infizierenden Targetzellen, insbesondere Gliazellen des peripheren und des zentralen Nervensystems, werden mit einer wirksamen Menge eines proNGF-DNA-Moleküls in Verbindung mit regulatorischen Sequenzen in einem geeigneten Vektor, der die Expression des proNGF-Gens und seine Steuerung ermöglicht, eingebracht. Die Zelle wird dann unter geeigneten Bedingungen vermehrt und das Polypeptid zur Expression gebracht.The target cells to be infected, in particular glial cells of the peripheral and central nervous system, are introduced with an effective amount of a proNGF DNA molecule in conjunction with regulatory sequences in a suitable vector which enables the expression of the proNGF gene and its control. The cell is then grown under appropriate conditions and the polypeptide is expressed.
Techniken zur Transformation und Transfektion einer Zelle sind an sich bekannt. Verwiesen wird hier auf die oben zitierte Literatur.Techniques for transforming and transfecting a cell are known per se. Reference is made here to the literature cited above.
Als Genfähre bzw. Trägervehikel für das proNGF-Gen kann beispielsweise ein Virus oder ein Antikörper eingesetzt werden, der die Zielzelle spezifisch infiziert oder mit einem An- tigen der Zielzelle eine Immunreaktion eingeht. Als virale Vehikel können beispielsweise Retroviren eingesetzt werden, die durch genetische Manipulationen eine Wirtsspezifität für die Gliazellen erhalten haben oder diese bereits aufweisen, und bei denen die 3-LTR inaktiviert wurde. Diese keinen Enhancer aufweisenden 3' LTRs, oft auch als SIN (selbst inaktivierende Viren) bezeichnete Vektoren, sind zwar in der Lage, die Wirtszelle zu infizieren und sich zu vermehren, nach der produktiven Infektion wird jedoch die 3'LTR an das 5' Ende transferiert und beide viralen LTRs sind bezüglich ihrer Transskriptionsaktivität inaktiv. Zwischen die beiden LTRs kann das zu klonierende Gen in Verbindung mit regula- torischen Elementen, beispielsweise Promotoren und Enhancer Elementen, insertiert werden. Ein Vorteil eines viralen Infektionssystems liegt darin, daß die Zielzelle mit hoher Effizienz infiziert wird.For example, a virus or an antibody can be used as the gene ferry or carrier vehicle for the proNGF gene, which specifically infects the target cell or which enters into an immune reaction with an antigen of the target cell. For example, retroviruses can be used as viral vehicles that have received or already have a host specificity for the glial cells through genetic manipulations and in which the 3-LTR has been inactivated. These 3 'LTRs, which do not have an enhancer, often also referred to as SIN (self-inactivating viruses), are able to infect and multiply the host cell, but after the productive infection, the 3'LTR is at the 5' end transferred and both viral LTRs are inactive with regard to their transcription activity. The gene to be cloned can be inserted between the two LTRs in conjunction with regulatory elements, for example promoters and enhancer elements. An advantage of a viral infection system is that the target cell is infected with high efficiency.
Neben retroviralen Vektoren sind auch auf Adenoviren und Vaccinia basierende Vektoren einsetzbar. Bei der Verwendung von Antikörpern werden insbesondere monoklonale Antikörper bevorzugt, die beispielsweise an poly-L-Lysin gekoppelt sind.In addition to retroviral vectors, vectors based on adenoviruses and vaccinia can also be used. When using antibodies, particular preference is given to monoclonal antibodies which are coupled, for example, to poly-L-lysine.
Mit Hilfe von Nano- und Mikropartikeln können die die Information zur Expression von proNGF tragenden Nukleinsäuren, und Zellen mit dieser Information, in die Zielzellen bzw. den Zielort transportiert werden. Beispielsweise wird hier hingewiesen auf Journal of Pharmacological and Pharmaceutical Science 3 (2): 234-258, 2000, Microencapsulation: Methods and Industrial Applications (Drugs and the Pharmaceutical Sciences, Vol 73) by Simon Benita (Editor),Publisher: Marcel Dekker; (April 19, 1996), Fundamentals of Ani- mal Cell Encapsulation and Immobilization von Mattheus F. A. Goosen; Publisher: CRC Press; (November 10, 1992) und Microparticulate Systems for the Delivery of Proteins and Vaccines von Smadar Cohen (Editor), Howard Bernstein (Editor) ,Publisher: Marcel Dekker; (September 1996).With the aid of nano- and microparticles, the nucleic acids carrying the information for the expression of proNGF, and cells with this information, can be transported into the target cells or the target location. For example, reference is made here to Journal of Pharmacological and Pharmaceutical Science 3 (2): 234-258, 2000, Microencapsulation: Methods and Industrial Applications (Drugs and the Pharmaceutical Sciences, Vol 73) by Simon Benita (Editor), publisher: Marcel Dekker; (April 19, 1996), Fundamentals of Animal Cell Encapsulation and Immobilization by Mattheus F. A. Goosen; Publisher: CRC Press; (November 10, 1992) and Microparticulate Systems for the Delivery of Proteins and Vaccines by Smadar Cohen (Editor), Howard Bernstein (Editor), Publisher: Marcel Dekker; (September 1996).
Beispiele für Nanopartikel sind Micellen auf Basis biokompatibler Copolymere des Poly- ethylenoxids, copolymerisiert mit Poly L-Milchsäure (PLA) und mit Poly(Beta-Benzyl-L- aspartat) PBLA. Die Aldehydgruppen auf der Oberfläche der PEO-PBLA-Micellen können mit den Lysinresten der Zellproteine in Wechselwirkung treten. Weitere Beispiele für Nanopartikel sind: Poly(Lactid-co-glycolid)-[(propylenoxid)-poly(ethylenoxid), Po- lyphosphazen-Derivate, Poly(Ethylenglycol) beschichtete Nanosphären, Azidothymidin (AZT)/ Dideoxycytidin (ddc) Nanopartikel, Poly (Isobutylcynoacrylat) Nanokapseln, Poly (γ-Benzyl-L-Glutamat)/ Poly (Ethylenoxid), Chitosan-poly(Ethylenoxid)-Nanopartikel, Methotrexat-o-Carboxymethylatchitosan, feste Lipid-Nanopartikel.Examples of nanoparticles are micelles based on biocompatible copolymers of polyethylene oxide, copolymerized with poly L-lactic acid (PLA) and with poly (beta-benzyl-L-aspartate) PBLA. The aldehyde groups on the surface of the PEO-PBLA micelles can interact with the lysine residues of the cell proteins. Further examples of nanoparticles are: poly (lactide-co-glycolide) - [(propylene oxide) poly (ethylene oxide), polyphosphazene derivatives, poly (ethylene glycol) coated nanospheres, azidothymidine (AZT) / dideoxycytidine (ddc) nanoparticles, poly (Isobutylcynoacrylate) nanocapsules, poly (γ-benzyl-L-glutamate) / poly (ethylene oxide), chitosan-poly (ethylene oxide) nanoparticles, methotrexate-o-carboxymethylatchitosan, solid lipid nanoparticles.
Bei Mikrokapseln und Mikrosphären handelt es sich um sphärische Teilchen mit einer Größe von zwischen 50 nm und 2 mm mit einer Kemsubstanz. Hierzu gehören beispielsweise multiporöse Kügelchen aus Chitosan, beschichtete Mikrosphären aus Alginat, beispielsweise Calciumalginat-Mikrokügelchen, Mikrokügelchen aus N-Aminoalkylchitosan, Chitosan/Kalziumalginat-Kügelchen, Polyadipinsäureanhydridmikro-Kügelchen, Kügelchen aus Gellangu mi, Poly(D,L-Lactid-coglycolid) -Mikrokügelchen, Mikrokügelchen aus Alginat-poly-L-Lysin, aus quervemetzten Chitosanverbindungen, aus Chitosan und Gelatine, Lipokügelchen aus Triglyceriden, Polyelektrolytkomplexe aus Natriumalginat- chitosan, Mikrokapseln aus Polypeptiden und aus Albumin. Weiter Beispiele sind bekannt und werden ständig neu entwickelt.Microcapsules and microspheres are spherical particles with a size of between 50 nm and 2 mm with a core substance. These include, for example, multiporous chitosan spheres, coated alginate microspheres, for example calcium alginate microspheres, N-aminoalkylchitosan microspheres, chitosan / calcium alginate spheres, polyadipic anhydride microspheres, gellangoglu-lid, poly (spheres) from gellangogmi-lolid) Microspheres, microspheres made from alginate-poly-L-lysine, from cross-linked chitosan compounds, from chitosan and gelatin, lipospheres from triglycerides, polyelectrolyte complexes from sodium alginate chitosan, microcapsules made of polypeptides and albumin. Other examples are known and are constantly being developed.
Der Fachmann wird in Abhängigkeit von der Applikations form, vom Patienten, der zu behandelnden Erkrankung und des zu applizierenden Wirkstoffs, der Höhe der Dosis, der Zubereitungsform usw. eine geeignete Applikationsform, sei es eine gentherapeutische Methodik oder eine "klassische" pharmazeutische Zubereitung, auswählen. Die geeignete Zubereitungsform, die wirksame Dosis usw. wird der Fachmann aufgrund seines Fachwissens anhand von experimentellen Untersuchungen durch Austesten ermitteln. Die hier vorgeschlagenen Dosismengen sind nur beispielhaft zu verstehen und können vom Fachmann der gegebenen Problemstellung problemlos angepaßt werden. Die Wirkstoffe der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise in Form einer pharmazeutischen Zusammensetzung verwendet, in der sie mit geeigneten Trägem in solchen Dosen vermischt werden, so daß die Erkrankung behandelt und/oder gelindert wird. Eine derartige Zusammensetzung kann (zusätzlich zu den Wirkstoffen und dem Träger) Verdünnungsmittel, Füllmaterialien, Salze, Puffer, Stabilisatoren, Solubilisierungsmittel, Penetrationsverstärker und andere Materialien enthalten, die in der Technik wohlbekannt sind. Der Begriff "pharmazeutisch verträglich" ist als ein nichttoxisches Material definiert, das die Wirksamkeit der biologischen Aktivität des aktiven Inhaltsstoffes bzw. Wirkstoffes nicht stört. Die Auswahl des Trägers und der weiteren Additive hängt vom Verabreichungsweg ab. Bevorzugt wurden biolgisch verträgliche Träger und Additive eingesetzt, die die Bluthirnschranke passieren können, falls die Gabe nicht intrathekal oder intracerebral erfolgt..Depending on the application form, the patient, the disease to be treated and the active substance to be administered, the amount of the dose, the form of preparation, etc., the person skilled in the art will select a suitable form of application, be it a gene therapy method or a "classic" pharmaceutical preparation , The person skilled in the art will determine the suitable form of preparation, the effective dose, etc. on the basis of his specialist knowledge on the basis of experimental investigations by testing. The dose amounts proposed here are only to be understood as examples and can be easily adapted by the person skilled in the art to the given problem. The active ingredients of the present invention are preferably used in the form of a pharmaceutical composition in which they are mixed with suitable carriers in such doses so that the disease is treated and / or alleviated. Such a composition may contain (in addition to the active ingredients and the carrier) diluents, fillers, salts, buffers, stabilizers, solubilizers, penetration enhancers and other materials which are well known in the art. The term "pharmaceutically acceptable" is defined as a non-toxic material that does not interfere with the effectiveness of the biological activity of the active ingredient. The choice of carrier and other additives depends on the route of administration. Biologically compatible carriers and additives, which can cross the blood-brain barrier if the administration is not intrathecal or intracerebral, were preferably used.
Techniken zur Formulierang bzw. Zubereitung und Verabreichung der Verbindungen der vorliegenden Anmeldung sind in "Remington's Pharmaceutical Sciences", Mack Publishing Co., Easton, PA, letzte Ausgabe, zu finden. Eine therapeutisch wirksame Dosis bezieht sich ferner auf eine Menge der Verbindung, die ausreicht, um eine Verbesserang der Symptome zu erreichen, beispielsweise eine Behandlung, Heilung, Prävention oder Verbesserung derartiger Zustände. Geeignete Verabreichungswege sind insbesondere eine topische Anwendung. Hierzu können die Zusammensetzungen in flüssiger Form vorliegen, beispielsweise in Form von Emulsionen, Suspensionen und Lösungen, in Sprayform, in Form transdermaler Systeme wie Pflaster, in Form einer Creme, einer Salbe oder eines Gels. Bevorzugt werden auch Retardformen. Weitere, an sich bekannte Darreichungsformen sind dem Fachmann geläufig.Techniques for formulating or preparing and administering the compounds of the present application can be found in "Remington's Pharmaceutical Sciences", Mack Publishing Co., Easton, PA, latest edition. A therapeutically effective dose also refers to an amount of the compound sufficient to achieve symptom improvement, such as treatment, healing, prevention, or amelioration of such conditions. Suitable routes of administration are in particular a topical application. For this purpose, the compositions can be in liquid form, for example in the form of emulsions, suspensions and solutions, in spray form, in the form of transdermal systems such as plasters, in the form of a cream, an ointment or a gel. Retard forms are also preferred. Other dosage forms known per se are familiar to the person skilled in the art.
Die Menge an Wirkstoff, die adäquat ist, um die oben beschriebenen Wirkungen zu erreichen, wird als therapeutisch wirksame Dosis definiert. Die Menge, die für diese Verwendung wirksam sind, hängen vom Schweregrad des Zustandes des Patienten und seiner Erkrankung ab. Einfache oder mehrfache Verabreichungen nach einem täglichen, wöchentlichen oder monatlichen Behandlungsplan können mit Dosisstärken und Mustern kombiniert werden, die durch den behandelnden Arzt ausgewählt werden. Die einzusetzenden Dosen werden ebenfalls durch den Arzt bestimmt, wobei bevorzugt Mengen von 0,1 mikrog/kg bis 500 mikrog/kg Körpergewicht bei Verabreichung durch Infusionen und von 2 mikrog/kg bis 2 mg/kg Körpergewicht bei Verabreichung durch Injektion eingesetzt werden. Selbstverständlich sind auch andere Wirkstoff dosen einsetzbar, die beispielsweise auch von der Formulierung des Wirkstoffs, von der Anwesenheit weiterer Wirkstoffe, vom einzelnen Patienten, vom Applikationsort, von der Art der Erkrankung usw. abhängen.The amount of drug that is adequate to achieve the effects described above is defined as the therapeutically effective dose. The amount that is effective for this use depends on the severity of the patient's condition and disease. Single or multiple administrations according to a daily, weekly or monthly treatment schedule can be combined with dose strengths and patterns selected by the attending physician. The doses to be used are also determined by the doctor, with amounts of from 0.1 microg / kg to 500 microg / kg body weight preferably being administered by infusion and from 2 microg / kg to 2 mg / kg body weight being administered by injection. Of course, other doses of active substance can also be used, which also depend, for example, on the formulation of the active substance, on the presence of further active substances, on the individual patient, on the application site, on the type of disease, etc.
Des weiteren kann proNGF Protein enkapsuliert implantiert werden, bzw. genetisch veränderte Zellen, die proNGF sezereniern, können direkt oder enkapsuliert implantiert werden. Oder proNGF kann mittels eines geeigneten Vektorsystem gentherapeutisch eingesetzt werden.Furthermore, proNGF protein can be implanted encapsulated, or genetically modified cells that secrete proNGF can be implanted directly or encapsulated. Or proNGF can be used for gene therapy using a suitable vector system.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "proNGF", wie er vorliegend eingesetzt wird, die in den Patentansprüchen angegebenen und der vorliegenden Beschreibung näher definierten Ausgestaltungen mit umfasst, also beispielsweise auch Derivate des proNGF.It is pointed out that the term "proNGF" as used in the present context also includes the configurations specified in the patent claims and defined in more detail in the present description, for example also derivatives of proNGF.
Die beiliegenden Abbildungen zeigen: Abb. 1:The attached pictures show: Fig. 1:
Vergleich des Einflusses der Wirkung von NGF und proNGF auf die Proliferation vonComparison of the influence of the effect of NGF and proNGF on the proliferation of
Müllerschen Glia-Zellen.Müller's glia cells.
Abb. 2:Fig. 2:
Vergleich des Verlaufs der EAE nach Gabe von proNGF bzw. einem Placebo.Comparison of the course of EAE after administration of proNGF or a placebo.
Abb. 3:Fig. 3:
Vergleich der Langzeitgabe von NGF und proNGF auf die Schmerzempfmdsamkeit, gemessen über die von Frey-Haar-Stimulation.Comparison of long-term administration of NGF and proNGF for pain sensitivity, measured over that of Frey-Haar stimulation.
Abb. 4.Fig. 4.
Vergleich der Langzeitgabe von NGF und proNGF auf die Schmerzempfindsamkeit, gemessen über die von Frey-Haar-Stimulation.Comparison of long-term administration of NGF and proNGF for pain sensitivity, measured over that of Frey-Haar stimulation.
Nachfolgend wird die Erfindung in weiteren Einzelheiten beschrieben, wobei der Fachmann aufgrund seines Fachwissens in der Lage ist, die Erfindung im Rahmen der Patentansprüche abzuwandeln, so daß auch Ausgestaltungen mitumfasst werden, die in der vorliegenden Beschreibung nicht gesondert aufgeführt sind.The invention is described in further detail below, the person skilled in the art being able, on the basis of his specialist knowledge, to modify the invention within the scope of the patent claims, so that embodiments which are not listed separately in the present description are also included.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die vorliegende Erfindung umfaßt die Verwendung von proNGF zur Aufrechterhaltung der Vitalität von Gliazellen und zur Stimulation proliferativer und myelinisierender Prozesse von Gliazellen. ProNGF ist geeignet zur Behandlung von demyelinisierenden Krankheiten mit dem Ziel einer Unterstützung bzw. Stimulation von Regenerationsprozes- sen der Gliazellen.The present invention encompasses the use of proNGF to maintain the vitality of glial cells and to stimulate proliferative and myelinating processes of glial cells. ProNGF is suitable for the treatment of demyelinating diseases with the aim of supporting or stimulating regeneration processes of the glial cells.
Die zugrunde liegende Verwendung von proNGF und seiner Derivate zur Verbesserung demyelinisierender Krankheiten beinhaltet insbesondere I.) Bereitstellung einer biologisch verträglichen Zusammensetzung, die eine wirksame Konzentration an proNGF enthält, II.) intrathekale, intracerebrale, intravenöse, intramuskuläre oder intraperitoneale Applikation der Zusammensetzung in das Gehirn, die präventiv oder therapeutisch die Gliazellen beein- flusst mit dem Ziel, eine klinisch nachweisbare Verbesserung und/oder Heilung der Myeli- nisierung durch Stimulation proliferativer und/oder migratorischer Prozesse der Gliazellen zu erreichen bzw. die Demyelinisierung zu stoppen, bzw. periphere Gabe bei peripheren demyelinisierenden Krankheiten.The underlying use of proNGF and its derivatives to improve demyelinating diseases includes in particular I.) Providing a biological compatible composition containing an effective concentration of proNGF, II.) intrathecal, intracerebral, intravenous, intramuscular or intraperitoneal application of the composition into the brain, which has a preventive or therapeutic effect on the glial cells with the aim of clinically demonstrable improvement and / or To achieve healing of the myelination by stimulating proliferative and / or migratory processes of the glial cells or to stop demyelination, or peripheral administration in peripheral demyelinating diseases.
I Biologisch verträgliche Zusammensetzung, die proNGF enthältI Biologically compatible composition containing proNGF
A: Die Bezeichnung proNGF schließt ein: 1.) die Aminosäuresequenz des NGF, die N- terminal um die vollständige oder partielle Sequenz des Proproteins bzw. Präproproteins erweitert ist, wobei die Erweiterung mindestens die Aminosäuren ab Position 1 bis 25 des C-Terminus der Prosequenz umfasst und 2.) glykosyliert oder nicht glykosyliert vorliegt bzw. sich im Glykosylierungsstatus unterscheidet, 3.) humanen oder nicht humanen Ursprungs ist, 4.) rekombinant oder nicht rekombinant gewonnen wird, 5.) als Fusionsprotein mit einem anderen heterologen Protein als Fusionspartner oder nichtfusioniert vorliegt, 6.) unmodifiziert oder modifiziert ist durch Aminosäureaustausche, Deletionen oder Insertionen oder chemisch modifizierte Derivate des proNGF. 7) gentechnisch manipulierte Zellen, vor allem Säugerzellen, die proNGF sezernieren; 8) DNA, die für proNGF kodiert und gentherapeutisch eingesetzt wird.A: The designation proNGF includes: 1.) the amino acid sequence of the NGF, which is extended at the N-terminal by the complete or partial sequence of the proprotein or preproprotein, the extension at least the amino acids from position 1 to 25 of the C-terminus of the Prosequence comprises and 2.) is glycosylated or not glycosylated or differs in the glycosylation status, 3.) is of human or non-human origin, 4.) is obtained recombinantly or non-recombinantly, 5.) as a fusion protein with another heterologous protein as a fusion partner or is not fused, 6.) is unmodified or modified by amino acid exchanges, deletions or insertions or chemically modified derivatives of proNGF. 7) genetically engineered cells, especially mammalian cells, that secrete proNGF; 8) DNA that is encoded for proNGF and used in gene therapy.
B: ProNGF kann mittels verschiedener Methoden gewonnen werden: 1.) Isolation aus humanem oder tierischem Gewebe, 2.) chemische Synthese z. B. Festphasenpeptidsynthese, 3.) Herstellung durch gentechnisch veränderte Pro- oder Eukaryonten.B: ProNGF can be obtained using various methods: 1.) isolation from human or animal tissue, 2.) chemical synthesis z. B. solid phase peptide synthesis, 3.) production by genetically modified pro or eukaryotes.
C: Biologisch verträgliche Zusammensetzungen sind Materialien wässriger, salbenartiger oder gelartiger Konsistenz, die einen pharmazeutisch akzeptierten Träger enthalten. Die Träger können steriles Wasser, verschiedene Puffer, Alkohole, organische Lösungsmittel, emulsierende oder suspendierende Agenzien oder Verdünnungsmittel enthalten. Die Träger können bevorzugt weitere Hilfsstoffe, z.B. physiologisch verträgliche oberflächenaktive ionische oder nicht-ionische Substanzen, enthalten. Die Träger können antibakterielle, antifungale Komponenten und/oder Kons ervierungs Stoffe (z. B. Parabene, Chlorbutanol, Sorbinsäure, Phenol, Thimerosal) enthalten. Die Träger können Puffer zur Aufrechterhaltung eines pH- Werts zwischen 5,0 und 8,0 enthalten. Die Puffer können konventionelle Puffer sein, wie z. B. Phosphat-, Borat-, Zitrat-, Bikarbonat- oder Tris-HCl- Puffer. Die Träger können durch Zugabe entsprechender osmotisch aktiver Komponenten (z. B. Kochsalzlösung, Phosphatpuffer, Zucker) isotonisch sein. Die Träger können andere solubilisierende Komponenten wie proteinöse Träger oder Solubilisatoren (z. B. Albumin) enthalten. Die Träger können Antioxidantien und Stabilisatoren wie z. B. Natriumbisulfit, Natriummetabisulfit, Natriumthiosulfat, Thioharnstoff, Proteininhibitoren enthalten. Mögliche Benetzungsagenzien können z. B. Polysorbat 80, Polysorbat 20, Poloxamer 282 oder Tyloxapol sein. Die Träger können viskositätssteigemde Agenzien wie z. B. Dextran 40, Gelatine, Pektin, Glycerin, Lanolin, Zellulosederivate (z. B. Hydroxyethylzellulose, Hydroymethylpropyizellulose, Methylzellulose, Carboxymethylzellulose), Vinylpolymere (z.B. Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon) Hyaluronsäure, Polyacrylsäure, Petrolatum, Polyoxyethylen, Polyethylenglycol, Polyoxypropylen, Chitosan, Alginat, Protaminsulfat, Kollagene, Naturgummi und/oder pflanzliche Öle zur Erleichterung der Applikation und/oder für eine bessere Tolerierbarkeit enthalten. Die Träger können Antibiotika zur Kontrolle von Infekten enthalten. Die Träger können Agenzien zur verlangsamten Freisetzung des Wachstums faktors enthalten. Alle Bestandteile des Trägers sind dadurch gekennzeichnet, dass sie biologisch verträglich und nicht toxisch sind.C: Biologically compatible compositions are materials of aqueous, ointment-like or gel-like consistency that contain a pharmaceutically acceptable carrier. The carriers can contain sterile water, various buffers, alcohols, organic solvents, emulsifying or suspending agents or diluents. The carriers can preferably contain further auxiliaries, for example physiologically compatible surface-active ionic or non-ionic substances. The carriers can contain antibacterial, antifungal components and / or preservatives (e.g. parabens, Chlorobutanol, sorbic acid, phenol, thimerosal). The carriers can contain buffers to maintain a pH between 5.0 and 8.0. The buffers can be conventional buffers, e.g. B. phosphate, borate, citrate, bicarbonate or Tris-HCl buffer. The carriers can be isotonic by adding appropriate osmotically active components (e.g. saline, phosphate buffer, sugar). The carriers can contain other solubilizing components such as proteinaceous carriers or solubilizers (e.g. albumin). The carriers can include antioxidants and stabilizers such as e.g. B. sodium bisulfite, sodium metabisulfite, sodium thiosulfate, thiourea, protein inhibitors. Possible wetting agents can e.g. B. Polysorbate 80, Polysorbate 20, Poloxamer 282 or Tyloxapol. The carriers can include viscosity increasing agents such as e.g. B. dextran 40, gelatin, pectin, glycerin, lanolin, cellulose derivatives (e.g. hydroxyethyl cellulose, hydroymethylpropyicellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose), vinyl polymers (e.g. polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone), hyaluronic acid, polyacrylic acid, petrolatum, polyoxyethylene, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene glycol, , Protamine sulfate, collagens, natural rubber and / or vegetable oils to facilitate application and / or for better tolerance. The carriers can contain antibiotics to control infections. The carriers can contain agents for the slow release of the growth factor. All components of the carrier are characterized in that they are biologically compatible and non-toxic.
Präservative, Stabilisatoren, Feuchthaltemittel, Emulgatoren und Salze für den Ausgleich des osmotischen Druckes sind weitere mögliche Zusatzstoffe.Preservatives, stabilizers, humectants, emulsifiers and salts for balancing the osmotic pressure are further possible additives.
D: Wenn als biolgisch verträgliche Lösung zur Behandlung der Demyelinisierung Infusionen (intrathekale oder intracerebrale Pumpe) verwendet werden, liegt die Konzentration des proNGF im Träger zwischen 0,1 μg/kg, bzw. 0,5 μg/kg Körpergewicht und 50 μg/kg bzw. 20 μg Körpergewicht. Wenn zur Injektion (i.V., i.m. oder i.p.) verträgliche Träger zur Behandlung der Demyelinisierung in Form von Lösungen verwendet werden, liegt die Konzentration des proNGF im Träger zwischen 2 μg, 5μg und 400 μg /Injektion.D: If infusions (intrathecal or intracerebral pump) are used as a biologically compatible solution for the treatment of demyelination, the concentration of proNGF in the carrier is between 0.1 μg / kg, or 0.5 μg / kg body weight and 50 μg / kg or 20 μg body weight. If compatible carriers are used for injection (i.V., i.m. or i.p.) to treat demyelination in the form of solutions, the concentration of the proNGF in the carrier is between 2 μg, 5 μg and 400 μg / injection.
E: proNGF kann im biologisch verträglichen Träger alleine oder in Kombination mit anderen heilungsstimulierenden, antiinflammatorischen oder schmerzlindernden Substanzen eingesetzt werden. II ApplikationE: proNGF can be used in the biologically compatible carrier alone or in combination with other healing-stimulating, anti-inflammatory or pain-relieving substances. II application
A: Die Applikation des proNGF-enthaltenden Arzneimittels kann nach Feststellung einer demyelinisierenden Krankheit präventiv oder therapeutisch erfolgen, in einer Menge, die ausreichend ist, eine klinisch nachweisbare Stimulation der Myelinisierung durch Stimulation proliferativer und/oder migratorischer Prozesse von Gliazellen zu erreichen.A: The application of the proNGF-containing drug can be preventive or therapeutic after detection of a demyelinating disease in an amount sufficient to achieve clinically demonstrable stimulation of myelinization by stimulating proliferative and / or migratory processes of glial cells.
B: Der proNGF-enthaltende Träger wird in einer Menge zwischen 100 und 1000 μl, vorzugsweise 300 bis 700 μl appliziert.B: The carrier containing proNGF is applied in an amount between 100 and 1000 μl, preferably 300 to 700 μl.
C: Kontinuierliche oder ein- oder mehrfache Applikationen sind möglich, vorzugsweise eine mehrfache (tägliche) Applikation über 4 Wochen. Die Applikation kann zu jeder Zeit nach Feststellung einer demyelinisierenden Krankheit beginnen.C: Continuous or single or multiple applications are possible, preferably multiple (daily) applications over 4 weeks. The application can start at any time after a demyelinating disease is detected.
D: Unter demyelinisierenden Erkrankungen werden alle Vorgänge und Zustände verstanden die eine Schädigung der Gliazellen im peripheren oder zentralen Nervensystem darstellen.D: Demyelinating diseases are understood to mean all processes and conditions that represent damage to the glial cells in the peripheral or central nervous system.
Die EP0994188 und WO0022119 befassen sich mit der Herstellung von NGF (Nerve Growth Factor) aus proNGF und beschreiben gleichzeitig die Verwendung von proNGF als Arzneimittel. In dem in diesen Patentanmeldungen publizierten in vitro-Assay (Dorsal Root Ganglion Assay) wird eine vergleichbare Wirkung von proNGF und NGF hinsichtlich des Überlebens von Hühnerembryoneuronen beschrieben, was eine vergleichbare Wechselwirkung mit den für NGF relevanten Rezeptoren TrkA bzw. P75 vermuten lässt. Hempstead et al. (Science 2002, 294, 1945-1948) konnten jedoch zeigen, dass an der Fu- rinspaltstelle mutagenisiertes, nicht spaltbares rh-proNGF im Vergleich zu NGF mit einer geringeren Affinität an TrkA, aber mit einer höheren Affinität an P75 bindet. Die bevorzugte Bindung des proNGF an P75 und die damit verbundene verstärkte Aktivierung der P75-vermittelten Signalkaskade wird als Ursache der durch proNGF induzierten Apoptoseprozesse beschrieben. In diesem Zusammenhang wird die durch diese unterschiedliche Rezeptorbindung beider Proteine vermittelte biologische Wirkung auf verschiedene Wirkmechanismen zurückgeführt. Die Induktion der Apoptose durch proNGF wurde sowohl für Zellen, die nur P75 expri- mieren als auch für Neuronen, die beide Rezeptoren tragen, nachgewiesen und scheint demnach durch die Koexpression des hochaffinen Rezeptors TrkA nicht beeinflusst zu werden. Nach diesen Ergebnissen wird proNGF als Stimulator von Apoptoseprozessen über eine P75 vermittelte Signalkaskade angesehen während NGF über dessen bevorzugte TrkA-Bindung das Überleben der Zellen auch in Gegenwart von P75 bewirken kann. Vor dem Hintergrund der durch Hempstead et al. publizierten Apoptoseinduktion durch proNGF scheint eine Anwendung von proNGF zur Stimulierung der Gliazellen und bei den anderen, hier beschriebenen Indikationen über die Induktion proliferativer Prozesse ungeeignet zu sein.EP0994188 and WO0022119 deal with the production of NGF (Nerve Growth Factor) from proNGF and at the same time describe the use of proNGF as a medicament. The in vitro assay (dorsal root ganglion assay) published in these patent applications describes a comparable effect of proNGF and NGF with regard to the survival of chicken embryonic neurons, which suggests a comparable interaction with the receptors TrkA and P75 relevant for NGF. Hempstead et al. (Science 2002, 294, 1945-1948), however, were able to show that mutagenized, non-cleavable rh-proNGF binds to the furin cleavage site with a lower affinity to TrkA but with a higher affinity to P75 compared to NGF. The preferred binding of proNGF to P75 and the associated increased activation of the P75-mediated signal cascade is described as the cause of the apoptosis processes induced by proNGF. In this context, the biological effect mediated by this different receptor binding of both proteins is attributed to different mechanisms of action. The induction of apoptosis by proNGF has been demonstrated both for cells that only express P75 and for neurons that carry both receptors and therefore does not appear to be influenced by the coexpression of the high-affinity receptor TrkA. According to these results, proNGF is regarded as a stimulator of apoptosis processes via a P75-mediated signal cascade, while NGF can cause cell survival even in the presence of P75 via its preferred TrkA binding. Against the background of the Hempstead et al. Published apoptosis induction by proNGF seems to be unsuitable for the use of proNGF to stimulate glial cells and for the other indications described here about the induction of proliferative processes.
Bei Untersuchungen von proNGF in in-vitro Zellsystemen wurde überraschenderweise festgestellt, dass die erfindungsgemäß eingesetzten proNGF- Wirkstoffe nicht wie bisher beschrieben die Apoptose induzieren, sondern bei den erfindungs gemäß eingesetzten Zellen die Proliferation und das Überleben der Gliazellen stimulieren. Im Vergleich zu NGF wurde in in vitro-Tests sogar eine stärkere Wirkung des proNGF auf die Proliferation von Müller'schen Gliazellen nachgewiesen. Darüber hinaus konnte im Tierversuch gezeigt werden, dass proNGF eine stärkere Wirkung auf die Remyelinisierung künstlich gesetzter Demyelinisierung (Mause EAE Modell) im Vergleich zu NGF hat.In investigations of proNGF in in-vitro cell systems it was surprisingly found that the proNGF active ingredients used according to the invention do not induce apoptosis as previously described, but rather stimulate the proliferation and survival of the glial cells in the cells used according to the invention. Compared to NGF, in vitro tests even demonstrated a stronger effect of proNGF on the proliferation of Müller's glial cells. In addition, animal experiments have shown that proNGF has a stronger effect on the remyelination of artificially placed demyelination (mouse EAE model) compared to NGF.
Demnach wird durch proNGF keine Apoptose in den von uns verwendeten Zellsystemen induziert. Alle diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass der durch proNGF vermittelte Wirkmechanismus über eine Interaktion mit P75 nicht ausschließlich apoptotische Prozesse zu Folge hat, sondern überraschenderweise auch proliferative Prozesse initiieren kann.Accordingly, proNGF does not induce apoptosis in the cell systems we use. All of these results indicate that the mechanism of action mediated by proNGF does not only result in apoptotic processes through an interaction with P75, but surprisingly can also initiate proliferative processes.
1.) Wirkung von proNGF auf Gliazellen1.) Effect of proNGF on glial cells
Bei den hier beschriebenen in vitro-Testsystemen handelt es sich um Gliazellen aus der Retina, den Müller'schen Gliazellen, die hinsichtlich der durch proNGF und NGF- vermittelten Effekte untersucht wurden. Eine Apoptoseinduktion durch proNGF wäre nach obigen Ergebnissen aufgrund der Wechselwirkung mit P75 zu erwarten gewesen. Es wurde jedoch eine bislang nicht beschriebene stimulatorische Aktivität von proNGF auf die Proliferation der Gliazellen in vitro gefunden (Beispiel 1, Abb. 1). Überraschenderweise konnte in diesem Testsystem im Gegensatz zu den bereits publizierten Daten zur A- poptoseinduktion durch proNGF kein Nachweis einer Apoptose erbracht werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass proNGF im Vergleich zu NGF eine stärkere Prolifera- tionsinduktion (Abb. 1) auslöst. Es wurden 25 ng/ml bis 100 ng/ml NGF und proNGF getestet. Da proNGF ein höheres Molekulargewicht als NGF hat, 31 kD im Vergleich zu 16 kD, ist proNGF in einer niedrigeren Konzentration aktiv.The in vitro test systems described here are glial cells from the retina, Müller's glial cells, which were examined for their effects mediated by proNGF and NGF. According to the above results, an apoptosis induction by proNGF would have been expected due to the interaction with P75. However, a previously described stimulatory activity of proNGF on the proliferation of the glial cells in vitro was found (Example 1, Fig. 1). Surprisingly, in contrast to the previously published data on apoptosis induction by proNGF, no evidence of apoptosis could be provided in this test system. In addition, it could be shown that proNGF triggers a stronger proliferation induction (Fig. 1) compared to NGF. 25 ng / ml to 100 ng / ml NGF and proNGF were tested. Since proNGF has a higher molecular weight than NGF, 31 kD compared to 16 kD, proNGF is active in a lower concentration.
2.) Wirkung von proNGF auf den Krankheitsverlauf im EAE-MS Modell2.) Effect of proNGF on the course of the disease in the EAE-MS model
Im Maus EAE Modell konnte überraschenderweise gezeigt werden, dass der Krankheitsverlauf nach künstlicher Induktion der Demyelinisierung im Gehirn durch proNGF verlangsamt verläuft und keine Anzeichen einer Apoptoseinduktion durch rh-proNGF zu beobachten sind (Beispiel 2). Bei einer Dosis von 200 μg rh-proNGF/kg Körpergewicht/Tag tritt eine fast vollständige Remyelinisierung nach 18 Tagen auf, während die Vehikelkontrolle erst am Tag 23 eine fast vollständige Remyelinisierung zeigt (vgl. Abbildung 2). Unerwarteterweise wurden bei Verwendung von proNGF auch die Nebenwirkungen reduziert. So wurden beispielsweise die bei Verabreichung von NGF häufig beobachteten Schmerzen deutlich reduziert. Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele illustriert. Alle Beispiele dienen der Illustration und sind nicht einschränkend zu verstehen.In the mouse EAE model it was surprisingly shown that the course of the disease after artificial induction of demyelination in the brain is slowed down by proNGF and no signs of apoptosis induction by rh-proNGF can be observed (example 2). At a dose of 200 μg rh-proNGF / kg body weight / day, almost complete remyelination occurs after 18 days, while the vehicle control shows almost complete remyelination only on day 23 (see Figure 2). Unexpectedly, the side effects were reduced when using proNGF. For example, the pain often observed when administering NGF was significantly reduced. The invention is illustrated by the following examples. All examples are for illustration and are not to be understood as restrictive.
BeispieleExamples
Beispiel 1: Gliazellen in vitro AssayExample 1: Glial cells in vitro assay
Im Labor sind isolierte Gliazellen eine gutes Modell, um Faktoren zu identifizieren, die die Proliferation, das Überleben und die Remyelinisierung stimulieren können. Überraschenderweise unterstützt proNGF die Proliferation von Müller'schen Gliazellen. Dies zeigt, dass proNGF auf Gliazellen nicht apoptotisch wirkt (Abbildung 1).In the laboratory, isolated glial cells are a good model for identifying factors that can stimulate proliferation, survival, and remyelination. Surprisingly, proNGF supports the proliferation of Müller's glial cells. This shows that proNGF does not have an apoptotic effect on glial cells (Figure 1).
Müller'sche Gliazellen werden aus der Retina von Meerschweinchen isoliert (Moll et al. Invest Ophthalmol Vis Sei 2002;43:766-773.). Dazu werden die Tiere z. B. mit Urethan (2.0 g/kg, i.p.) anästhesiert. Dann werden die Tiere dekapitiert und die Augen werden isoliert. Die Retina wird herausgelöst und in Kalzium- und Magnesium-freien Phosphatbuffer mit Nagarse (1 mg/ml; Subtilisin, EC 3.4.21.14) für 30 Minuten bei 37 °C inkubiert. Danach werden die Zellen mit Phosphatbuffer plus DNase I (200 units/ml) gewaschen und die Einzelzellen werden auf unbeschichtete Deckgläschen (z. B. Durchmesser 15 mm; Glaswarenfabrik Hecht, Sontheim/Rhön, Germany) ausgesät. Die Zellen werden in Minimalmedium (MEM, von Sigma) plus 10 % fötalem Kälberserum ( z. B. von Biochrom, Berlin, Germany) bei 37 °C und 5 % CO2 kultiviert. Das Medium wird zweimal pro Woche gewechselt. Bevor die Zellen konfluent sind, ca. 8 Tage nach Beginn der Kultur, werden die Testsubstanzen, proNGF, NGF und Vehikel, zur Kultur gegeben. Nach einer Inkubation von 16 Stunden werden die Zellen analysiert. Die Substanzen werden in serum-freiem Zellkulturmedium getestet. Der Einfluss auf die Proliferation kann z. B. mittels des BrdU- Tests gemessen werden. Dazu kann ein Kit von Röche (Kat. Nr. 144611) verwendet werden. Der Nachweis des BrdU-Einbaus in die zelluläre DNA wird über anti-BrdU spezifische Antikörper nachgewiesen (Kodal et al., luvest Ophthalmol Vis Sei 2000;41:4262- 4267).Müller's glial cells are isolated from the retina of guinea pigs (Moll et al. Invest Ophthalmol Vis Sei 2002; 43: 766-773.). For this, the animals are z. B. with urethane (2.0 g / kg, ip) anesthetized. Then the animals are decapitated and the eyes are isolated. The retina is removed and incubated in calcium and magnesium-free phosphate buffer with Nagarse (1 mg / ml; subtilisin, EC 3.4.21.14) for 30 minutes at 37 ° C. The cells are then washed with phosphate buffer plus DNase I (200 units / ml) and the individual cells are sown on uncoated coverslips (e.g. diameter 15 mm; Glaswarenfabrik Hecht, Sontheim / Rhön, Germany). The cells are cultivated in minimal medium (MEM, from Sigma) plus 10% fetal calf serum (e.g. from Biochrom, Berlin, Germany) at 37 ° C. and 5% CO 2 . The medium is changed twice a week. Before the cells are confluent, about 8 days after the start of the culture, the test substances, proNGF, NGF and vehicle, are added to the culture. After an incubation of 16 hours, the cells are analyzed. The substances are tested in serum-free cell culture medium. The influence on proliferation can e.g. B. measured using the BrdU test. A kit from Röche (Cat. No. 144611) can be used. The detection of the BrdU incorporation in the cellular DNA is demonstrated by anti-BrdU specific antibodies (Kodal et al., Luvest Ophthalmol Vis Sei 2000; 41: 4262- 4267).
Beispiel 2: Tier odell: Experimentelle autoimmune Encephalomyelitis (EAE)Example 2: Animal model: Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE)
Als allgemein anerkanntes Tiermodell für die Multiple Sklerose gilt die experimentelle autoimmune Encephalomyelitis. Dieses Modell wurde in Detail von (Arredondo et al., 2001; Ratts et al., 1999) beschrieben. Die EAE kann in Mäusen (z. B. in SLJ, C57BL/6 oder NOD Mäusestamm) durch eine Immunisierung mit Peptiden (z.B. MOG35-55 oder Ac 1-11 MBP Peptid) induziert werden. MOG35-55 ist ein enzephaloitogenisches Peptid mit der Sequenz MEVGWYRSPFSRWHLYRNGK. Die Immunisierung mit dem Peptid erfolgt in einer Emulsion von Freund'schen Adjuvans (z.B. von Sigma), supplementiert mit 4 mg/ml of Mycobacterium tuberculosis Antigen H37RA (Difco). Das Antigenchallenge erfolgt mittels i.V. Injektion in die Schwanzvene von 350 ng Pertussis Toxin (Sigma) sofort und 48 Stunden nach der ersten Immunisierung. Die Mäuse werden für 25 Tage beobachtet. Die Krankheit ist von Tag 10 bis 25 zu beobachten. Die Behandlung der Mäuse mit proNGF und Vehikel (PBS) erfolgt nach der Immunisierung und wird während des gesamten Untersuchungszeitraums durchgeführt (bis Tag 25). Dabei wird proNGF oder Vehikel in einer 0.5 ml Lösung mittels intraperitonealer Injektion in verschiedenen Dosen appliziert. Alternativ können Wirkstoff und Vehikel auch intrathekal appliziert werden. Für die intrathekale Applikation werden die Tiere anästhesiert, und eine intraventrikulärer Katheter wird mittels eines stereotaxischen Rahmens plaziert. Der Katheter ist mit einer os- motischen Pumpe (Alzet) verbunden, die subkutan implantiert wird. Mittels des EAE Modells kann gezeigt werden, dass Mäusen, denen proNGF bei einer Dosis von 200 Mikrogramm kg/Tag appliziert wurde, einen leichteren Krankheitsverlauf zeigen verglichen mit Vehikel. Dies ist nach statischer Auswertung (ANOVA und T-Test) mit einer Signifikanz von p < 0.0001 (vgl. Abbildung 2).Experimental autoimmune encephalomyelitis is a generally accepted animal model for multiple sclerosis. This model has been described in detail by (Arredondo et al., 2001; Ratts et al., 1999). EAE can be induced in mice (e.g. in SLJ, C57BL / 6 or NOD mouse strain) by immunization with peptides (e.g. MOG 35-55 or Ac 1-11 MBP peptide). MOG 3 5-55 is an encephaloitogenic peptide with the sequence MEVGWYRSPFSRWHLYRNGK. The peptide is immunized in an emulsion from Freund's adjuvant (eg from Sigma), supplemented with 4 mg / ml of Mycobacterium tuberculosis antigen H37RA (Difco). The antigen challenge occurs by IV injection into the tail vein of 350 ng pertussis toxin (Sigma) immediately and 48 hours after the first immunization. The mice are observed for 25 days. The disease can be observed from day 10 to 25. The treatment of the mice with proNGF and vehicle (PBS) takes place after the immunization and is carried out during the entire study period (until day 25). Here proNGF or Vehicle applied in a 0.5 ml solution by intraperitoneal injection in different doses. Alternatively, the active ingredient and vehicle can also be administered intrathecally. For intrathecal application, the animals are anesthetized and an intraventricular catheter is placed using a stereotaxic frame. The catheter is connected to an osmotic pump (Alzet), which is implanted subcutaneously. Using the EAE model, it can be shown that mice to which proNGF was administered at a dose of 200 micrograms kg / day show a more mild course of the disease compared to vehicles. According to the static evaluation (ANOVA and T-Test) this is with a significance of p <0.0001 (see Figure 2).
Beispiel 3: Vergleich der Langzeitgabe von NGF und proNGF und die Verursachung von SchmerzenExample 3: Comparison of the long-term administration of NGF and proNGF and the cause of pain
Für die intracerebrale Langzeitgabe von NGF und proNGF werden die Ratten, z. B. männliche Sprague-Dawley, ca. 250-300 g schwer, zunächst anästhesiert (z. B. mit Nembutal®, 50 mg/kg, i.p.). Die Ratten werden in einen David Kopf stereotaxischen Apparat fixiert. Eine Edelstahlkanüle (z. B. Alzet Brain infusion kit) wird mittels der stereotaxischen Koordinaten nach dem Atlas von Paxinos und Watson (4. Edition 1998, Academic Press) in den lateralen Ventrikel eingeführt (0.8 mm posterior zu Bregma, + 1.5 mm lateral zu Bregma und 5 mm dorsoventral von der Oberfläche des Schädels). Mittels Zahnzement ( z. B. Dental on Plus®) wird die Kanüle fixiert, ein Katheter verbindet die Kanüle mit einer Minipumpe (z. B. Alzet 3003, Flussrate 0.5 μl/Stunde für 2 Wochen), die mit dem Vehikel oder der Testsubstanz (NGF oder proNGF) gefüllt ist. Die Minipumpe wird subkutan implantiert.For the intracerebral long-term administration of NGF and proNGF, the rats, e.g. B. male Sprague-Dawley, approx. 250-300 g, initially anesthetized (e.g. with Nembutal®, 50 mg / kg, i.p.). The rats are fixed in a David head stereotaxic device. A stainless steel cannula (e.g. Alzet Brain infusion kit) is inserted into the lateral ventricle using the stereotaxical coordinates according to the Atlas of Paxinos and Watson (4th edition 1998, Academic Press) (0.8 mm posterior to bregma, + 1.5 mm lateral to Bregma and 5 mm dorsoventral from the surface of the skull). The cannula is fixed with dental cement (e.g. Dental on Plus®), a catheter connects the cannula to a mini pump (e.g. Alzet 3003, flow rate 0.5 μl / hour for 2 weeks), which is connected to the vehicle or the test substance (NGF or proNGF) is filled. The mini pump is implanted subcutaneously.
Der Schmerztest wird an verschiedenen Tagen nach der Operation durchgeführt, z. B. 1 Tag, 7 Tage und 14 Tage nach der Operation. Als Schmerztest können z. B. der „ tail flick" Test, die Von Frey Haar Stimulation, die Kälteempfindlichkeit und Hitzeempfindlichkeit mittels des „hot plate" Tests verwendet werden.The pain test is carried out on different days after the operation, e.g. B. 1 day, 7 days and 14 days after the operation. As a pain test, e.g. B. the "tail flick" test, Von Frey hair stimulation, sensitivity to cold and heat using the "hot plate" test.
Überraschenderweise empfinden die Tiere, die mit proNGF im Vergleich zu NGF behandelt wurden, weniger Schmerzen. a) Von Frey-Haar-StimulationSurprisingly, the animals treated with proNGF feel less pain compared to NGF. a) From Frey hair stimulation
Die Tiere werden auf ein Gitter in einem durchsichtigen Plastikkasten gebracht. Nach der Akklimatisierungsphase wird ein Filament (z. B. Dynamic plantar Aesthesiometer, Ugo basile) in den Kasten eingeführt. Über das Filament wird eine Reizung auf den Rücken ausgeübt. Die Stärke des Drucks wird erhöht, bis die Ratte vokalisiert oder bis der Maximaldruck erreicht ist. Die Zeit bis zur Vokalisierung (in Sekunden) und die Stärke der Reizung (in Gramm) werden gemessen. ProNGF verhält sich wie die Vehikel-Kontrolle, d.h. erhöht nicht das Schutzempfinden bei mechanischer Stimulation, während NGF das Schmerzempfinden erhöht (Abbildungen 3 und 4).The animals are placed on a grid in a clear plastic box. After the acclimatization phase, a filament (e.g. dynamic plantar esthesiometer, Ugo basile) is inserted into the box. Irritation is exerted on the back via the filament. The strength of the pressure is increased until the rat vocalizes or until the maximum pressure is reached. The time to vocalization (in seconds) and the severity of the irritation (in grams) are measured. ProNGF behaves like the vehicle control, i.e. does not increase the sensation of protection with mechanical stimulation, while NGF increases the sensation of pain (Figures 3 and 4).
b) Kälteempfindlichkeitb) sensitivity to cold
Ethylchlorid wird auf den Rücken der Ratte gesprüht. Die Reaktion wird nach verschiedenen Graden beurteilt: 0 für keine Reaktion, 1 für lokalisierte Reaktion, 2 für transiente Vokalisierung und Schütteln, 3 für dauerhafte Vokalisierung und aversive Reaktionen.Ethyl chloride is sprayed onto the rat's back. The response is assessed according to different degrees: 0 for no response, 1 for localized response, 2 for transient vocalization and shaking, 3 for permanent vocalization and aversive responses.
c) Hitzeempfindlichkeit: „hot plate" Testsc) Heat sensitivity: "hot plate" tests
Beim „hot plate" Test wird die Reaktion auf einen Hitzestimulus gemessen. Dazu wird ein „Hot plate" Apparat (Columbus Instruments, USA) verwendet. Die Heizplatte hat während des Versuches ein exakt kontrollierte Temperatur von 54.0 ±0.2 °C. Es wird die Latenzzeit gemessen, die die Ratte braucht, um entweder die Vorder- oder Hinterpfote zu lecken oder zu heben. Im Falle, dass die Ratte keine Reaktion zeigt, wird die Latenzzeit auf 60 Sekunden beschränkt.In the "hot plate" test, the reaction to a heat stimulus is measured. For this purpose, a "hot plate" apparatus (Columbus Instruments, USA) is used. The heating plate has a precisely controlled temperature of 54.0 ± 0.2 ° C during the test. It measures the latency the rat needs to either lick or lift the front or back paw. In the event that the rat shows no response, the latency is limited to 60 seconds.
Abschließend wird darauf hingewiesen, daß zur vollständigen Offenbarung der Inhalt der in der Anmeldung genannten Dokumente vollständig in die Anmeldung mit aufgenommen wird. LITERATURFinally, it is pointed out that for the complete disclosure, the content of the documents named in the application is included in the application. LITERATURE
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