Découverte d’Omecamtiv Mecarbil le premier, sélectif, petit activateur de molécule de la myosine cardiaque

Une stratégie pour traiter l’insuffisance cardiaque systolique (HF) est d’augmenter la contractilité cardiaque. Les médicaments actuels, tels que la dobutamine, la milrinone et la digoxine, activent les voies du second messager qui augmentent les concentrations de calcium dans les myocytes cardiaques et augmentent par la suite la contractilité cardiaque. Malheureusement, ces médicaments augmentent également la fréquence cardiaque et la consommation d’oxygène myocardique et peuvent produire des arythmies cliniquement significatives et une hypotension, et leur utilisation est associée à une mortalité plus élevée1,2. Notre approche consiste à augmenter sélectivement la contractilité cardiaque en exploitant un nouveau mécanisme d’action la myosine cardiaque, agissant en aval de l’activation du second messager et de la régulation du calcium.3 L’activation directe de la myosine, moteur moléculaire responsable de la contraction musculaire, peut éviter les toxicités liées au mécanisme des inotropes actuels et offrir un nouveau traitement potentiellement utile. rapport décrit le programme de découverte et d’optimisation qui a conduit à des activateurs sélectifs du sarcomère cardiaque aboutissant à la découverte de omecamtiv mecarbil (24), un composé susceptible de traiter l’HF systolique dans une situation aiguë par administration intraveineuse et par voie systémique aiguë et chronique. administration orale.Dans le sarcomère cardiaque, force gen L’eration est directement couplée à l’hydrolyse de l’adénosine triphosphate (ATP). Les composés qui activent le sarcomère cardiaque ont été identifiés en mesurant l’augmentation de l’activité de la myosine ATPase dans un test à haut débit, entièrement soluble, sensible au calcium, reconstitué, sarcomère ou myofibrille.6 − 8 Les données ont été rapportées comme AC40, la concentration une augmentation de 40% de l’activité de l’ATPase du sarcomère cardiaque aux concentrations de calcium produisant 50% de l’activation maximale dépendante du calcium.9 Un criblage à haut débit (HTS) a identifié le composé 1 comme un activateur du sarcomère ayant une valeur AC40 la gamme micromolaire faible. Il y avait plusieurs caractéristiques biologiques intéressantes de 1 qui rendaient cette série de composés digne de poursuite. Premièrement, 1 a démontré une excellente sélectivité pour le sarcomère cardiaque par rapport au sarcomère squelettique et à la myosine du muscle lisse.10 Deuxièmement, 1 a démontré une augmentation de la contractilité chez les myocytes de rats adultes fraîchement isolés, mesurée par une augmentation du raccourcissement fractionné (FS) .11 Il est important de noter qu’aucun effet sur le transitoire de calcium des myocytes n’a été observé. Le degré de FS observé (Δ FS% = 135% à 2 μ M) était substantiel et on pensait qu’il était suffisamment puissant pour déclencher une réponse biologique chez un animal entier à des doses thérapeutiquement pertinentes. Cependant, les mauvaises propriétés physiques de 1 n’ont pas permis à cette hypothèse d’être testée in vivo. Bien que le composé 1 ait été considéré comme un potentiel prometteur basé sur ses propriétés biologiques intéressantes, 1 et divers analogues présentaient plusieurs défis formidables pour obtenir des agents iv administration et thérapie orale chronique. Ces défis comprenaient une fraction structurelle indésirable (groupe nitro), une instabilité hydrolytique du diarylamide, une faible solubilité aqueuse, une faible fraction libre, une puissance intrinsèque modeste, des activités hors cible telles que la vasodilatation directe par l’activité du canal KATP12 et l’inhibition du CYP1A2. clairance intrinsèque. Notre objectif était de relever ces défis systématiquement tout en conservant les propriétés favorables du composé 1 telles que la sélectivité pour la myosine cardiaque par rapport aux autres myosines de type II, l’absence d’effet sur les transitoires calciques ou d’autres effets cellulaires non ciblés, l’absence d’effets hors cible Pour atteindre cet objectif, nous avons conçu des voies de synthèse flexibles pour permettre la variation à chaque partie de la molécule, comme indiqué dans les Schémas 1 et 2. Nucleophilic substitution aromatique de nitroarène 15 (Schéma 1) avec le Le groupe nitro a été réduit en aniline 17 en utilisant des protocoles standards (par exemple, H2, Pd / C ou Pd / C, NH4C03 ou SnCl2). La génération in situ de l’isocyanate de R2NH2 en utilisant 0,4 équiv de triphosgène et 2,1 équivalents de diisopropyléthylamine (DIPEA), suivie d’une réaction avec une aminopyridine substituée, a donné les analogues désirés 4 + 1412. Une amination réductrice 16 de 18 avec le benzaldéhyde substitué de manière appropriée 19 (Schéma 2) a donné les benzylpipérazines 21 souhaitées (après réduction de la fraction nitro pour R ′ = NO2). En variante, 21 a été atteint par alkylation de la pipérazine 18 avec le bromure de benzyle ou le mésylate du composé nitroaromatique 20 en présence de DIPEA en tant que base suivie d’une réduction du groupe nitro comme décrit ci-dessus. La formation d’urée telle que décrite ci-dessus ou par addition directe de l’isocyanatopyridine à 21 donne les urées désirées avec un bon rendement.Schéma 1 Synthèse générale d’Aryl Ether UreasSchéma 2 Synthèse générale de benzylpipérazine UreasLe premier niveau d’optimisation a servi à éliminer le groupe nitro indésirable. de 1 (tableau 1). Un premier principe conduisant à cette relation d’activité de structure (SAR) était de maintenir un groupe électro-attracteur à cette position pour réduire le potentiel de métabolisme oxydatif du cycle aromatique pendant. Un remplacement d’atome de fluor (2) a maintenu l’activité biochimique du composé nitro parent. La substitution de l’hydrogène (3) a considérablement atténué l’activité.Tableau 1HTS Hit (1) et remplacement de la fraction nitroLe niveau d’optimisation suivant a abordé la faible stabilité hydrolytique de la fraction diarylamide et la mauvaise solubilité aqueuse. La substitution de l’amide de 2 avec une fraction d’urée plus stable sur le plan hydrolytique17 (4) a maintenu la puissance biochimique et a donné des améliorations mesurables de l’activité des cardiomyocytes (tableau 2). La substitution du fragment 4-fluoro sur le cycle phényle terminal a été tolérée comme illustré par les composés 4 et 5; cependant, les composés avaient une solubilité aqueuse médiocre. L’addition d’un atome d’azote dans le noyau phényle terminal (6) a commencé à améliorer la solubilité sans affecter la puissance biochimique ou cellulaire. L’élimination du méthoxy adjacent à l’azote pyridine de 6 pour former la pyridine plus basique 7 a entraîné des améliorations modestes supplémentaires de la solubilité sans affecter la puissance biochimique ou cellulaire.Tableau 2 La stabilité hydrolytique améliorée et les améliorations modestes de la solubilité ont été évaluées périodiquement pour # x00394; FS%) 18 chez des rats normaux en utilisant un bolus par injection intraveineuse à des doses de dépistage typiques de 5 et 10 mg / kg pour fournir une réponse oui / non pour l’activité in vivo. Une caractéristique commune à tous les composés à ce stade d’optimisation était une clairance élevée chez les rats. Lorsqu’une clairance élevée est associée à une affinité modérée pour la cible, la liaison aux protéines plasmatiques joue généralement un rôle dans la puissance in vivo.19 La relation entre la liaison aux protéines plasmatiques20 et la FS (in vivo) observée à des doses de bolus de 5 ou 10 mg / kg pour 20 composés de puissances biochimiques et cellulaires similaires est représenté sur la figure ​Composés avec Δ FS% < 120% in vivo couvrent une gamme de liaison protéique d'environ 80 à > 95% avec plusieurs composés se regroupant au-dessus de la limite de 90%. Cependant, les composés avec Δ FS% > 120% contiennent uniquement l’ensemble des molécules qui ont 90% de la drogue liée aux protéines plasmatiques.Figure 1La liaison aux protéines Plasma (HPLC liée%) vs FS augmenté (Δ FS%) in vivo (rats) de une injection intraveineuse d’un article d’essai où mesurée Δ FS% > 120% est considéré comme plus actif et Δ FS% < 120% est moins actif. Le tableau 3 présente les composés représentatifs qui ont démontré une liaison réduite aux protéines, éliminé les activités hors cible, amélioré la puissance des cardiomyocytes et amélioré la clairance intrinsèque. Saturation du “ du côté gauche ” anneau d'aryle tout en maintenant un accepteur de liaison H a maintenu de bonnes activités biochimiques et cellulaires et réduit la liaison de la protéine (8). L'inhibition du CYP 1A2 a été éliminée en bloquant stériquement le “ le côté droit ” azote pyridyle avec un groupe méthyle adjacent (par exemple, 8 contre 10) .25,26 L'activité vasodilatatrice médiée par l'ouverture du canal KATP27 était très sensible au “ côté gauche ” moitié. Par exemple, la substitution de la fraction acétyle pendante de 8 comme carbamate 11 ou de la vasodilatation directe atténuée N, N-diméthylsulfonyle 12, mesurée par le cycle aortique R50, et inverser la stéréochimie de 8 à 9 a éliminé toute vasodilatation détectable. Supplémentaire “ côté gauche ” les modifications ont entraîné l'élimination de toute vasodilatation détectable et amélioré la puissance des cardiomyocytes (8, 12 et 13) démangeaisons et prurit. Une amélioration modeste du métabolisme oxydatif, comme le montre le taux d’extraction humain (Re) dans les microsomes, a été observée en décalant la connectivité du cycle pipéridine au noyau phényl substituant, éliminant ainsi le stéréocentre (11 vs 14). Tableau 3Réduction de la liaison aux protéines , Enlèvement des activités hors-cible, Améliorations de la puissance des cardiomyocytes, et Améliorations de Clearancea IntrinsicAvec une compréhension de la façon de supprimer les responsabilités hors-cible de nos composés, l’optimisation supplémentaire axée sur la réduction du renouvellement oxydatif pour améliorer la pharmacocinétique in vivo (PK ), une solubilité améliorée pour l’administration intraveineuse et une puissance améliorée dans les cardiomyocytes qui devrait entraîner une meilleure efficacité de la dose. Comme le montre le tableau 4, la substitution de la partie pipéridine du côté gauche liée à O de 14 avec le noyau pipérazine lié au méthylène de CK-1316189 (22) réduit le taux d’extraction dans les microsomes humains, améliore considérablement la solubilité et améliore la puissance des cardiomyocytes. Contrairement au SAR initial, l’élimination du fluor de la position 5 de l’anneau central n’a pas atténué la puissance (23 contre 22). Enfin, la réinstallation du fluor dans la position 2 de l’anneau central a entraîné une amélioration de la puissance des cardiomyocytes sans aucune responsabilité mesurable hors-cible (24). L’introduction de l’azote basique de la pipérazine a amélioré les propriétés physiques de la molécule (p. Ex. Valeurs cLog P: 14 = 3,0 et 24 = 1,4), et la faible basicité de cet azote (pKa = 6,1) n’a pas introduit 4 Améliorations additionnelles du roulement oxydatif, solubilité accrue et puissance améliorée des cardiomyocytes Une contractilité cardiaque améliorée, mesurée par une augmentation de la FS chez les rats normaux Sprague et Dawley (figure 2), a confirmé l’effet désiré de activation des sarcomères cardiaques sur la fonction systolique.28 Les composés 23 et 24 ont montré une augmentation de la FS dépendante de la concentration dans ce modèle. Comme prévu à partir de son activité in vitro améliorée et de sa plus grande fraction libre, 24 ont montré une plus grande puissance in vivo comparé à 23. Dans les modèles de HF, 24 ont montré une augmentation de la contractilité cardiaque mesurée par augmentation de FS, augmentation du volume cardiaque et augmentation du débit cardiaque. .29,30,33 Figure 2 Augmentation dépendant de la concentration du raccourcissement de la fraction absolue corrigée du placebo chez le rat par CK-1317138 et omecamtiv mecarbil. N = 5 − 6 par point de données. Les points à l’intérieur des lignes pointillées étaient significativement différents du placebo (p < 0. 05). ... Comme prédit des mesures in vitro du métabolisme des médicaments, 24 paramètres pharmacocinétiques ont été démontrés chez les rats (Sprague & Dawley) et chez les chiens (Beagle) avec des clairances de 22 et 7,2 mL / min / kg, des volumes de 3,5 et 3,6 En conclusion, omecamtiv mecarbil (24) est un puissant activateur sélectif de la myosine cardiaque qui conduit à une augmentation de la fonction cardiaque dans les modèles précliniques de HF et maintenant dans les deux groupes. patients atteints d'HF en raison d'un dysfonctionnement systolique.31 Ses propriétés physiques et pharmacocinétiques rendent 24 appropriés pour une administration intraveineuse ou orale. Avec l'appui de ces résultats et d'autres données prometteuses, 24 sont actuellement en essais cliniques pour le traitement de l'HF systolique.32