As mucopolissacaridoses apresentam uma história natural progressiva, causada por defeitos no metabolismo dos glicosaminoglicanos. Frequentemente graves, as mucopolissacaridoses encurtam de forma considerável a expectativa de vida do paciente. Apesar de que em muitos casos a função intelectual é normal, morbidade neurológica considerável pode ser causada por compressão medular secundária ao acúmulo de glicosaminoglicanos nas meninges. O tratamento deste problema pode requerer a descompressão medular através de laminectomia cervical. A terapia de reposição enzimática endovenosa, para o tratamento de mucopolissacaridose, reduz o acúmulo lisossômico e alivia muitos dos sintomas da doença, porém não oferece benefício direto para o sistema nervoso central uma vez que não atravessa a barreira hemato-encefálica. Esta limitação da reposição enzimática endovenosa levou alguns pesquisadores a trabalhar com uma nova opção de via de liberação medicamentosa de alcance direto no sistema nervoso central, aproveitando o extenso contato que existe entre o líquido cefaloraquidiano e as meninges e com as granulações aracnoideas, para o tratamento de algumas doenças de depósito lisossomal. Estudos em modelos animais têm sido conduzidos e com resultados promissores. Este trabalho se propõe a estudar uma nova via de administração da enzima recombinante, diretamente no espaço liquórico que foi utilizada em dois pacientes com MPS I e em um paciente com MPS VI, com acesso a esta terapêutica através de uso compassivo individual aprovado pelo Comitê de Ética, no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Até então, apenas estudos animais haviam sido realizados abordando esta via de acesso em doenças de depósito lisossomal e estes pacientes foram os primeiros indivíduos com MPS no mundo a receber terapia de reposição intratecal para o tratamento de compressão medular sintomática por depósito de glicosaminoglicanos. Em 2005 um paciente adulto com MPS I apresentando compressão medular foi incluído em um protocolo de terapia de reposição enzimática intratecal por uso compassivo no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Em 2006 uma menina com MPS I apresentando compressão cervical medular sintomática também recebeu terapia de reposição enzimática intratecal por uso compassivo no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Em 2007 um menino com MPS VI e com compressão medular cervical também foi tratado através de reposição enzimática intratecal por uso compassivo neste mesmo hospital. / The mucopolysaccharidoses present a progressive natural course caused by defects on glycosaminoglycan degradation pathways. Usually severe, the mucopolysaccharidoses considerably shorten patient lifespan. Although in many cases the cognitive function is preserved, considerable neurological morbidity can be present due to spinal cord compression which is secondary to glycosaminoglycan storage in the meninges. Treatment for this complication usually requires surgical intervention with cervical laminectomy for thickened meninges removal. Enzyme replacement therapy used for the treatment of mucopolysaccharidoses reduces lysosomal storage and ameliorates many somatic symptoms but does not provide any direct benefit to central nervous system as the enzyme does not cross the blood-brain-barrier. Due to this limitation of intravenous enzyme replacement therapy some researchers have been working with an alternative option of enzyme delivery with direct action on central nervous system through the extensive close contact provided by cefalo-spinal fluid and meniniges and arachnoid villosities, to the treatment of some lysosomal disorders. Animal model studies have been conducted and some promising results have been achieved. This study intends to present an alternative route for the administration of a recombinant enzyme, directly in the cefalo-spinal fluid, which was used in two patients with mucopolysaccharidosis I and one patient with mucopolysaccharidois VI. These patients gained access to this therapy by individual compassionate use enrollment approved by local Ethics Board at Hospital de Clínicas de Porto Alegre. So far, only animal model trials had been conducted with the use of this administration route in lysosomal storage diseases, and these were the first three patients with mucopolysaccharidoses and cord compression to receive intrathecal enzyme replacement therapy in the world. In 2005, an adult mucopolysaccharidosis I patient presenting cervical cord compression was enrolled in a compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy, at the Hospital de Clínicas de Porto Alegre. In 2006, a girl with mucopolysaccharidosis I presenting spinal cord compression was also enrolled in a compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy, at the Hospital de Clínicas de Porto Alegre. In 2007, a boy with mucopolysaccharidosis VI and cord compression was enrolled in compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy in the same hospital.

As mucopolissacaridoses apresentam uma história natural progressiva, causada por defeitos no metabolismo dos glicosaminoglicanos. Frequentemente graves, as mucopolissacaridoses encurtam de forma considerável a expectativa de vida do paciente. Apesar de que em muitos casos a função intelectual é normal, morbidade neurológica considerável pode ser causada por compressão medular secundária ao acúmulo de glicosaminoglicanos nas meninges. O tratamento deste problema pode requerer a descompressão medular através de laminectomia cervical. A terapia de reposição enzimática endovenosa, para o tratamento de mucopolissacaridose, reduz o acúmulo lisossômico e alivia muitos dos sintomas da doença, porém não oferece benefício direto para o sistema nervoso central uma vez que não atravessa a barreira hemato-encefálica. Esta limitação da reposição enzimática endovenosa levou alguns pesquisadores a trabalhar com uma nova opção de via de liberação medicamentosa de alcance direto no sistema nervoso central, aproveitando o extenso contato que existe entre o líquido cefaloraquidiano e as meninges e com as granulações aracnoideas, para o tratamento de algumas doenças de depósito lisossomal. Estudos em modelos animais têm sido conduzidos e com resultados promissores. Este trabalho se propõe a estudar uma nova via de administração da enzima recombinante, diretamente no espaço liquórico que foi utilizada em dois pacientes com MPS I e em um paciente com MPS VI, com acesso a esta terapêutica através de uso compassivo individual aprovado pelo Comitê de Ética, no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Até então, apenas estudos animais haviam sido realizados abordando esta via de acesso em doenças de depósito lisossomal e estes pacientes foram os primeiros indivíduos com MPS no mundo a receber terapia de reposição intratecal para o tratamento de compressão medular sintomática por depósito de glicosaminoglicanos. Em 2005 um paciente adulto com MPS I apresentando compressão medular foi incluído em um protocolo de terapia de reposição enzimática intratecal por uso compassivo no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Em 2006 uma menina com MPS I apresentando compressão cervical medular sintomática também recebeu terapia de reposição enzimática intratecal por uso compassivo no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Em 2007 um menino com MPS VI e com compressão medular cervical também foi tratado através de reposição enzimática intratecal por uso compassivo neste mesmo hospital. / The mucopolysaccharidoses present a progressive natural course caused by defects on glycosaminoglycan degradation pathways. Usually severe, the mucopolysaccharidoses considerably shorten patient lifespan. Although in many cases the cognitive function is preserved, considerable neurological morbidity can be present due to spinal cord compression which is secondary to glycosaminoglycan storage in the meninges. Treatment for this complication usually requires surgical intervention with cervical laminectomy for thickened meninges removal. Enzyme replacement therapy used for the treatment of mucopolysaccharidoses reduces lysosomal storage and ameliorates many somatic symptoms but does not provide any direct benefit to central nervous system as the enzyme does not cross the blood-brain-barrier. Due to this limitation of intravenous enzyme replacement therapy some researchers have been working with an alternative option of enzyme delivery with direct action on central nervous system through the extensive close contact provided by cefalo-spinal fluid and meniniges and arachnoid villosities, to the treatment of some lysosomal disorders. Animal model studies have been conducted and some promising results have been achieved. This study intends to present an alternative route for the administration of a recombinant enzyme, directly in the cefalo-spinal fluid, which was used in two patients with mucopolysaccharidosis I and one patient with mucopolysaccharidois VI. These patients gained access to this therapy by individual compassionate use enrollment approved by local Ethics Board at Hospital de Clínicas de Porto Alegre. So far, only animal model trials had been conducted with the use of this administration route in lysosomal storage diseases, and these were the first three patients with mucopolysaccharidoses and cord compression to receive intrathecal enzyme replacement therapy in the world. In 2005, an adult mucopolysaccharidosis I patient presenting cervical cord compression was enrolled in a compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy, at the Hospital de Clínicas de Porto Alegre. In 2006, a girl with mucopolysaccharidosis I presenting spinal cord compression was also enrolled in a compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy, at the Hospital de Clínicas de Porto Alegre. In 2007, a boy with mucopolysaccharidosis VI and cord compression was enrolled in compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy in the same hospital.

As mucopolissacaridoses apresentam uma história natural progressiva, causada por defeitos no metabolismo dos glicosaminoglicanos. Frequentemente graves, as mucopolissacaridoses encurtam de forma considerável a expectativa de vida do paciente. Apesar de que em muitos casos a função intelectual é normal, morbidade neurológica considerável pode ser causada por compressão medular secundária ao acúmulo de glicosaminoglicanos nas meninges. O tratamento deste problema pode requerer a descompressão medular através de laminectomia cervical. A terapia de reposição enzimática endovenosa, para o tratamento de mucopolissacaridose, reduz o acúmulo lisossômico e alivia muitos dos sintomas da doença, porém não oferece benefício direto para o sistema nervoso central uma vez que não atravessa a barreira hemato-encefálica. Esta limitação da reposição enzimática endovenosa levou alguns pesquisadores a trabalhar com uma nova opção de via de liberação medicamentosa de alcance direto no sistema nervoso central, aproveitando o extenso contato que existe entre o líquido cefaloraquidiano e as meninges e com as granulações aracnoideas, para o tratamento de algumas doenças de depósito lisossomal. Estudos em modelos animais têm sido conduzidos e com resultados promissores. Este trabalho se propõe a estudar uma nova via de administração da enzima recombinante, diretamente no espaço liquórico que foi utilizada em dois pacientes com MPS I e em um paciente com MPS VI, com acesso a esta terapêutica através de uso compassivo individual aprovado pelo Comitê de Ética, no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Até então, apenas estudos animais haviam sido realizados abordando esta via de acesso em doenças de depósito lisossomal e estes pacientes foram os primeiros indivíduos com MPS no mundo a receber terapia de reposição intratecal para o tratamento de compressão medular sintomática por depósito de glicosaminoglicanos. Em 2005 um paciente adulto com MPS I apresentando compressão medular foi incluído em um protocolo de terapia de reposição enzimática intratecal por uso compassivo no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Em 2006 uma menina com MPS I apresentando compressão cervical medular sintomática também recebeu terapia de reposição enzimática intratecal por uso compassivo no Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Em 2007 um menino com MPS VI e com compressão medular cervical também foi tratado através de reposição enzimática intratecal por uso compassivo neste mesmo hospital. / The mucopolysaccharidoses present a progressive natural course caused by defects on glycosaminoglycan degradation pathways. Usually severe, the mucopolysaccharidoses considerably shorten patient lifespan. Although in many cases the cognitive function is preserved, considerable neurological morbidity can be present due to spinal cord compression which is secondary to glycosaminoglycan storage in the meninges. Treatment for this complication usually requires surgical intervention with cervical laminectomy for thickened meninges removal. Enzyme replacement therapy used for the treatment of mucopolysaccharidoses reduces lysosomal storage and ameliorates many somatic symptoms but does not provide any direct benefit to central nervous system as the enzyme does not cross the blood-brain-barrier. Due to this limitation of intravenous enzyme replacement therapy some researchers have been working with an alternative option of enzyme delivery with direct action on central nervous system through the extensive close contact provided by cefalo-spinal fluid and meniniges and arachnoid villosities, to the treatment of some lysosomal disorders. Animal model studies have been conducted and some promising results have been achieved. This study intends to present an alternative route for the administration of a recombinant enzyme, directly in the cefalo-spinal fluid, which was used in two patients with mucopolysaccharidosis I and one patient with mucopolysaccharidois VI. These patients gained access to this therapy by individual compassionate use enrollment approved by local Ethics Board at Hospital de Clínicas de Porto Alegre. So far, only animal model trials had been conducted with the use of this administration route in lysosomal storage diseases, and these were the first three patients with mucopolysaccharidoses and cord compression to receive intrathecal enzyme replacement therapy in the world. In 2005, an adult mucopolysaccharidosis I patient presenting cervical cord compression was enrolled in a compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy, at the Hospital de Clínicas de Porto Alegre. In 2006, a girl with mucopolysaccharidosis I presenting spinal cord compression was also enrolled in a compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy, at the Hospital de Clínicas de Porto Alegre. In 2007, a boy with mucopolysaccharidosis VI and cord compression was enrolled in compassionate use trial of intrathecal enzyme replacement therapy in the same hospital.

Ceramid, ein zentrales Signalmolekül des Sphingolipidstoffwechsels, ist neben der de novo Synthese über die enzymatische Spaltung von Sphingomyelin und Glucosylceramid zugänglich. Genetische Mutationen, die eine Fehlfaltung der verantwortlichen Enzyme saure Sphingomyelinase (aSMase) und Glucocerebrosidase (GCase) begünstigen, könnten somit zu einer Dysregulation des gesamten Sphingolipidstoffwechsels und den damit verbundenen Signaltransduktionsprozessen führen. Niedermolekulare Inhibitoren können in Zellstudien einen Einblick in diese Prozesse geben und den Defekt eines Enzyms simulieren oder eine etwaige Überaktivität derselben Enzyme verhindern. Für derartige Studien ist die Möglichkeit einer zeitaufgelösten Inhibition von Vorteil. Für diese Methode müssten photolabile Schutzgruppen in eine bereits bekannte Inhibitorstruktur integriert werden. Im Fall der aSMase würden sich hierfür myo-Inosit-bisphosphat-Derivate anbieten, die starke, kompetitive Inhibitoren des Enzyms darstellen. Auf dieser Grundlage werden in der vorliegenden Arbeit die Synthese sowie die in vitro und in cellulo Wirkung des ersten zellpermeablen, photoaktivierbaren Inhibitors für die aSMase präsentiert. Kompetitive Inhibitoren können ebenso als sogenannte pharmakologische Chaperone fungieren, welche Proteine durch Herabsetzung der freien Energie des jeweiligen Faltungszustandes stabilisieren. Dies ist besonders bei von Mutationen betroffenen lysosomalen Enzymen von Interesse, um diese vor einem proteasomalen Abbau zu bewahren und einen geregelten Transport in die Lysosomen zu gewährleisten. So wurden in der vorliegenden Arbeit verschiedene myo-Inositderivate als potenzielle pharmakologische Chaperone für die aSMase und GCase synthetisiert. Um eine Verdrängung der Verbindungen vom aktiven Zentrum des Enzyms durch das natürliche Substrat zu beschleunigen, wurde eine Orthoesterfunktion in die Seitenkette der Inhibitorstruktur integriert, die im sauren Milieu der Lysosomen gespalten werden kann. / Ceramide, a central signaling molecule in sphingolipid metabolism, is in addition to the novo synthesis accessible via the enzymatic cleavage of sphingomyelin and glucosylceramide. Genetic mutations that promote misfolding of the responsible enzymes acid sphingomyelinase (aSMase) and glucocerebrosidase (GCase) could thus lead to a dysregulation of the entire sphingolipid metabolism and the associated signal transduction processes. Small molecule inhibitors can provide insight into these processes in cell studies and simulate the defect of an enzyme or prevent eventual overactivity of the same enzyme. For such studies, the possibility of a time-resolved inhibition would be advantageous. For this method, photolabile protecting groups would have to be integrated into the structure of a known inhibitor. In the case of aSMase, myo-inositol-diphosphate derivatives, which represent strong, competitive inhibitors of the enzyme, would be suitable for this purpose. On this basis, the synthesis as well as the in vitro and in cellulo effects of the first cell-permeable photocaged inhibitor for acid sphingomyelinase are presented in this work. Competitive inhibitors can also act as so-called pharmacological chaperones, which stabilize proteins by reducing the free energy of the respective folding state. This is of particular interest in the case of lysosomal enzymes affected by mutations, in order to protect them from proteasomal degradation and to ensure regulated transport into the lysosomes. In the present work, various myo-inositol derivatives were synthesized as potential pharmacological chaperones for aSMase and GCase. To accelerate displacement of the compounds from the enzyme's active site by the natural substrate, an orthoester function was integrated into the side chain of the inhibitor structure, which can be cleaved in the acidic environment of the lysosome.