Open Access

Konrad Wurm

• Die Kv7-Kaliumkanalöffner Flupirtin und Retigabin waren wertvolle Alternativen bei der Pharmakotherapie von Schmerzen und Epilepsie. Beide Wirkstoffe werden aufgrund von unerwünschten Arzneimittelwirkungen derzeit jedoch nicht mehr eingesetzt. Die Flupirtin-induzierte Hepatotoxizität und die durch Retigabin hervorgerufenen Gewebeverfärbungen scheinen dabei auf den ersten Blick nicht zusammenzuhängen. Gleichwohl lassen sich wahrscheinlich beide Nebenwirkungen auf das gemeinsame oxidationsempfindliche Triaminoaryl-Grundgerüst zurückführen, welches zur Bildung von reaktiven Chinondiimin-Metaboliten neigt. Da hingegen der Wirkungsmechanismus, d. h. die Öffnung der Kv7-Kanäle, nicht an der Toxizität beteiligt zu sein scheint, hatte diese Arbeit zum Ziel, sicherere Alternativen für Flupirtin und Retigabin zu entwickeln. In einem Liganden-basierten Ansatz wurde eine Umgestaltung des Triaminoaryl-Kerns, den beide Wirkstoffe gemeinsam haben, vorgenommen, was zu Carba-Analoga führte, die durch eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit sowie ein vernachlässigbares Risiko für die Bildung von chinoiden Metaboliten charakterisiert sind. Zusätzlich zu diesen verbesserten Sicherheitsmerkmalen offenbarten einige der neuartigen Derivate eine überlegene Kv7.2/3-Kanalöffnungsaktivität. Im Vergleich zu Flupirtin konnte die Potenz der Verbindungen um den Faktor 150 gesteigert werden, während die intrinsische Aktivität auf bis zu 176 % verbessert werden konnte, was die betreffenden Carba-Analoga zu vielversprechenden Kandidaten für eine weitergehende Entwicklung macht. Andererseits ermöglichten einige inaktive Verbindungen sowie die insgesamt deutlich abgestuften Kv7.2/3-Aktivitätsdaten die Etablierung von validen Struktur-Wirkungs-Beziehungen und Hypothesen zum Bindungsmodus, die mit Dockingergebnissen und Molekulardynamik-Simulationen korrelierten.
• The Kv7 potassium channel openers flupirtine and retigabine have been valuable options in the therapy of pain and epilepsy. However, as a result of adverse reactions, both drugs are currently no longer in therapeutic use. The flupirtine-induced liver injury and the retigabine-linked tissue discolouration do not appear related at first glance; nevertheless, both events can be attributed to the triaminoaryl scaffold, which is affected by oxidation leading to elusive reactive quinone diimine metabolites. Since the mechanism of action, i. e. Kv7 channel opening, seems not to be involved in toxicity, this study aimed to develop safer replacements for flupirtine and retigabine. In a ligand-based approach, a redesign of the triaminoaryl core was conducted, which led to carba analogues with improved oxidation resistance and negligible risk of quinoid metabolite formation. In addition to these improved safety features, some of the novel analogues exhibited significantly improved Kv7.2/3 channel opening activity, indicated by an up to 150-fold increase in potency and an efficacy of up to 176% compared to flupirtine, thus being attractive candidates for further development. On the other hand, weighted Kv7.2/3 opening activity data, including inactive compounds, allowed for the establishment of structure-activity relationships and a plausible binding mode hypothesis verified by docking and molecular dynamics simulations.