DE L’ERYTHROMYCINE AUX KETOLIDES Y. BENEDETTI Aventis Pharma L’érythromycine a été découverte en 1952 et utilisée depuis la fin des années 50. ERYTHROMYCINE KETOLIDE

Érythromycine L’érythromycine fait partie de la famille des macrolides: c’est une macrolactone comportant 14 atomes qui comprend: une fonction cétone en 9, trois fonctions alcool en 6, 11 et 12, un sucre neutre ( cladinose) en 3 et un sucre aminé (désosamine) en 5.

Instabilité En Milieu Acide L’érythromycineA n’est pas stable en milieu acide: une réaction entre les fonctions alcool (en 6 et en 12) et la fonction cétone (en 9), en présence d’ions H+, conduit à des produits inactifs. Par voie orale, il est donc nécessaire d’administrer de fortes doses d’erythromycine pour qu’une partie active suffisante soit absorbée. (2g/l).

Macrolides disponibles montée des résistances Avec la survenue d’épidémies de légionellose en 1980, l’érythromycine a connu un regain d’intérêt. Les améliorations ont essentiellement porté sur l’amélioration de la stabilité en milieu acide afin d’éviter la cyclisation. Pour cela, par exemple, les chercheurs d’Aventis ont transformé la cétone 9 en oxime. C’est ainsi qu’en 1987 est née la roxithromycine RULID*. De leur coté, les chercheurs d’Abbott ont bloqué la fonction alcool en 6 par méthylation, ce qui a donné la clarythromycine ZECLAR*. Enfin, les chercheurs de Pfizer ont procédé à une extension de cycle de Beckman au niveau de la cétone, aboutissant à un macrolide comportant maintenant 15 atomes dont l’alcool en 6 est méthylé: l’Azithromycine ZITHROMAX*. Toutes ces molécules conservent le même spectre d’action que l’érythromycine et ces différentes modifications n’ont pas totalement résolu le problème de la stabilité en milieu acide. Besoin d’une nouvelle génération de macrolides pour répondre au problème de la montée des résistances

Découvertes des Kétolides : Point de départ PEU ACTIFS 11,12 CARBAMATES (ABT-66321) ACTIF / EryR 9 ROXITHROMYCIN, DIRITHROMYCIN 8 FLURITHROMYCIN AZITHROMYCIN 6 CLARITHROMYCIN Au départ du projet KETEK, on disposait des relations structure-activité suivantes: La désosamine en 5 participe au mécanisme d’action, elle est donc indispensable. Le cladinose en 3 n’est pas indispensable, contrairement à ce qui avait été publié auparavant. En formant des carbamates au niveau des OH en 11 et 12, on obtient des molécules actives sur des souches résistantes à l’érythromycine. 4” DERIVES MODEREMENT ACTIFS INACTIFS

Reexamen de l’activité antibactérienne de la Narbomycine et ABT-66321 La narbomycine, dans laquelle le cladinose en position 3 a été supprimé reste actif. Il retrouve même une activité sur des S. aureus qu’avait perdu l’érythromycine. Une autre modification intéressante est la formation d’un carbamate cyclique entre les positions 11 et 12 par les chercheurs d’Abbott.

CIBLE : 11,12 Carbama-3 Keto Erythromycine Sur la base des deux observations précédentes, il est donc décidé de: enlever le cladinose en 3 Oxyder cette position 3 en cétone Introduire des fonctions carbamates en 11 et 12

1er Essai Le point de départ est la Roxithromycine (molécule Aventis). On réalise les opérations suivantes: 1ère étape: hydrolyse acide pour éliminer le cladinose. 2ème étape: protection par acétylation sélective du OH de la désosamine 3ème étape: oxydation de l’OH en 3 pour former une cétone. Le produit obtenu se montre impossible à isoler car l’OH en 6 réagit spontanément avec la cétone formée pour donner un hemi-acétal inactif. Une dernière étape consiste en la déprotection de l’OH de la désosamine conduisant au RU 55061

Que dit la nature ? Pour conserver l’activité, il est donc nécessaire de bloquer le OH en 6, tout en conservant le carbamate cyclique entre 11 et 12 ainsi que la cétone en 9.

Protection de l ’OH en 6 Pour introduire une protection sur l’OH 6, il est nécessaire de procéder de la manière suivante: 1/ Protection temporaire de l’oxime en 9. 2/ Protection de l’alcool et de l’amine de la desosamine par des groupes benzyloxycarbonyle; 3/ Méthylation sélective de l’OH en 6 4/ Déprotection de l’alcool et de l’amine de la désosamine ainsi que de l’oxime par hydrogénation catalytique 5/ Méthylation de l’amine de la désosamine.

1er Ketolide On poursuit la synthèse par les opérations suivantes: 6/ Protection oxime 7/ hydrolyse de la liaison avec le glavinose. 8/ Protection de l’alcool de la désosamine par acetylation 9/ Oxydation de la fonction OH 3 en cétone au moyen du réactif de Jones 10/ Déprotection de l’alcool de la désosamine Donc on obtient le premier kétolide (RU 54615) de même activité que l’erythromycine et sans cladinose.

Analogue 9-Keto L’étape suivante est de préparer un analogue du composé précédent dans lequel la fonction oxime en 9 (modification Aventis) est remplacée par une cétone (modification Abbott). La synthèse d’un analogue 3-céto, 9-céto érythromycine conduit à une molécule qui commence à être active sur les souches résistantes à l’érythromycine. Ces résultats sont prometteurs mais posent un problème de propriété industrielle car cette synthèse nécessite l’utilisation de la clarythromycine qui appartient à Abbott (brevet).

11,12 Carbamate -3 Keto… Dans une étape ultérieure, entreprise sur le composé sans cladinose, la synthèse d’un composé dans lequel les carbones 11 et 12 du macrocycle sont réunis dans un carbamate cyclique conduit à des molécules qui conservent l’activité de l’érythromycine sur les souches sensibles et de plus retrouvent une activité sur des souches résistantes. La synthèse met en jeu la formation d’une double liaison par une réaction d’élimination au niveau des sommets11-12 du macrocycle (conduisant à un accepteur de Michael). Par action du carbonyldiimidazole, on forme un carbamate intermédiaire qui est ensuite transformé en carbamate cyclique N-substitué.

Kétolide Versus Erythromycine S. aureus S. pneumoniae S. aureus EryRi S. pneumoniae EryRi S. pneumoniae EryRc S. aureus EryRc 5 10 15 20 25 30 35 40 MIC µg/ml La comparaison des MIC du nouveau composé avec celles de l’érythromycine montre un élargissement du spectre d’activité Erythromycine RU 56006

Stratégie ETUDE DE R : Longueur de la chaîne Aromatiques Hétérocycles Compte tenu des risques importants d’échec au cours du développement clinique d’une nouvelle molécule, la stratégie généralement adoptée consiste à amener plusieurs de molécules différentes jusqu’à la phase 1. Dans ce cas, il est décidé de mener en parallèle trois familles de molécules: Des composés appartenant à la série 11, 12 carbamate présentant des substituants différents au niveau du cycle additionnel. Des composés appartenant à la série 11, 12 carbazate, possédant un azote extracyclique supplémentaire La série 9-oximes qui ne nécessite pas de protéger les 0H 11 et 12

Série 9-oximes L’idée de départ pour cette série est que la roxythromycine, où la cétone 9 est remplacée par une oxime est plus stable en milieu acide que l’érythromycine. En suivant ce modèle, on a obtenu des molécules 3-céto, 9-oxime de meilleure stabilité et efficacité que celles de l’érythromycine. Mais, les études ADME (absorption, distribution, métabolisation et élimination) ont révélé de trop fortes interactions avec les Cytochromes P450, ce qui a conduit à l’abandon de cette série à cause des risques d’interactions médicamenteuses.

11,12 Carbamate Ketolide L’intermédiaire obtenu après déshydratation et traitement par le carbonylimidazole réagit avec différentes amines pour conduire aux carbamates cycliques diversement substitués. Cela permet de déterminer la longueur optimale de la chaîne carbonnée : 4 atomes. On obtient une série de molécules efficaces, stables et ne présentant pas de problèmes lors des études ADME.

11,12 « Carbazate » Ketolide L’intermédiaire obtenu après déshydratation et traitement par le carbonylimidazole est traité par l’hydrazine pour conduire à un carbamate cyclique comportant cette fois une amine extracyclique. On y introduit différents substituants par une réaction d’amination réductrice. La longueur de chaîne préférée est ici également de 4 maillons. On obtient une seconde série de molécules efficaces, stables et ne présentant pas de problèmes lors des études ADME.

Quelques Dérivés Plus Tard : ... Quelques dérivés plus tard, on est arrivé à un composé carbazate quinoléiné (HMR 3004) et un composé carbamate (télithromycine).

KETOLIDES: STRUCTURE/ACTIVITY CARBAMATE-CARBAZATE SERIES S. aureus S. pneumoniae H. influenzae S. aureus EryRi S. pneumoniae EryRi S. pneumoniae EryRc S. aureus EryRc MIC µg/ml 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 Le bilan des études réalisés pour aboutir à la télithromycine montre que 500 molécules synthétisées ont fait l’objet de tests in vitro pour leur activité.

SYNTHESE : TELITHROMYCINE ET HMR 3004 Ces deux composés sont sélectionnés pour entrer en phase clinique. Très rapidement, on constate que, si la télithromycine semble bien tolérée, le carbazate possède une toxicité hépatique (augmentation des transaminases). C’est donc la télithromycine qui a été retenue pour les études cliniques ultérieures.

Brevets Le problème était de s’affranchir de la clarithromycine qui était couverte par un brevet Abbott. Les chercheurs d’Aventis ont réussi à mettre au point une synthèse d’un composé descladinose ne nécessitant pas l’utilisation de la clarithromycine. Le point de départ est une oxime protégée par un brevet antérieur(1973) Les étapes suivantes de la synthèse ont pu faire l’objet d’un dépôt de brevet par Aventis.

Des technologies spécifiques pour améliorer la productivité Automatisation ERYTHROMYCINE INTERMEDIAIRE 1 INTERMEDIAIRE 2 INTERMEDIAIRE 3 INTERMEDIAIRE 4 TELITHROMYCINE Chimie "One pot » 17 étapes chimiques seulement 7 produits isolés Réaction "One pot" Isolement Parallèlement aux études pré-cliniques et cliniques, il est nécessaire de mettre au point des méthodes de synthèse qui permettront de réaliser la synthèse industrielle du produit. Ce travail s’appelle le développement chimique. Il passe par une simplification des méthodes de synthèses. Les processus « one-pot » permettent d’éviter les étapes de purification intermédiaire et sont favorisés. Seuls 7 produits intermédiaires sont isolés alors que la synthèse comporte un total de 17 étapes. A ce stade de développement, le produit a reçu son nom de baptême officiel : télithromycine (DCI : Dénomination Commune Internationale). Il recevra ultérieurement un nom commercial: KETEK.

Les équipements mis en œuvre 115 appareils La mise en œuvre de la production de KETEK dans l’usine Aventis de Lyon nécessite 115 appareils différents permettant de produire 250 tonnes par an.

Remerciements Ce développeemnt n ’a été possible que grâce à l ’implication forte de toute une équipe que nous remercions ici.