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Der
Gegenstand der Erfindung betrifft das Fachgebiet der osteogenen
Proteine und Arzneimittel davon.
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Die
idiopathische Osteoporose ist eine Erkrankung unbekannter Ätiologie,
die durch den progressiven Verlust von Knochenmasse und erhöhter Brüchigkeit
gekennzeichnet ist, was zu einem bemerkenswerten Anstieg in der
Auffälligkeit
für Frakturen
führt.
Osteoporose ist die häufigste
aller Muskel-Skelett-Störungen,
die fünfundsechzig
Prozent der Frauen über
45 Jahre beeinträchtigt.
Praemer et al. „Musculoskeletal
Conditions in the United States",
Amer. Acad. of Orthopaedic Surgeons, Park Ridge, IL (1992). Da ihre
Inzidenz mit dem Alter zunimmt und der prozentuale Anteil der älteren Menschen
in der Bevölkerung
ansteigt, wird Osteoporose mit der Zeit häufiger werden. Osteoporose
ist lokal schwer zu behandeln und es gibt gegenwärtig kein bekanntes Heilverfahren.
Schließlich,
und das ist am bedeutsamsten, steht Osteoporose mit einer beträchtlichen
Morbidität
und Mortalität
in Zusammenhang. Die schwerste Fraktur, die von Osteoporose herrührt, ist
die des proximalen Oberschenkelknochens im Bereich des Hüftgelenks.
Mit einer jährlichen
Inzidenz von über
300.000 Fällen
sind Hüftfrakturen
gegenwärtig
die häufigsten
Frakturen älterer
Menschen. Eine von sechs weißen Frauen
wird in ihrem Leben eine Hüftfraktur
erleiden (Cummings et al., Arch. Intern. Med., Bd. 149, S. 2455–2458 (1989)),
und für
diejenigen, die das Alter von 90 Jahren erreichen, wird das Zahlenverhältnis eine von
dreien betragen.
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Zusätzlich zur
Behandlung des osteoporotischen Knochens besteht ein Bedarf an Verfahren,
die mit Osteoporose in Zusammenhang stehenden Frakturen zu behandeln
oder diesen vorzubeugen, zum Beispiel durch lokale Verabreichung
von osteogenen Proteinen. Osteogene Proteine sind Proteine, die
fähig sind,
Knorpelbildung und/oder Knochenbildung auszulösen oder die Induktion derselben
zu unterstützen.
In den letzten Jahren sind viele derartiger osteogener Proteine
isoliert und beschrieben worden, und einige sind durch rekombinante Verfahren
hergestellt worden. Zudem sind verschiedene Formulierungen entwickelt
worden, die entworfen wurden, um osteogene Proteine an einer Stelle
abzugeben, wo die Induktion der Knochenbildung erwünscht ist.
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Doch
trotz der beträchtlichen
Anstrengungen auf diesem Gebiet besteht ein Bedarf für ein wirksames Verfahren
des Reparierens und/oder der Behandlung des osteoporotischen und
osteopenischen Knochens und zur Minimierung oder Verringerung des
Auftretens oder der Schwere von mit Osteoporose in Zusammenhang
stehenden Frakturen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Zusammensetzungen zur injizierbaren
Abgabe von osteogenen Proteinen, d. h. osteogene Zusammensetzungen,
gerichtet. Die Zusammensetzungen nehmen die Form eines festen Stabs,
bevorzugt eines zylindrischen festen Stabs, an. Die Zusammensetzungen
umfassen ein osteogenes Protein und ein Calciumphosphat-Material.
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In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist das osteogene Protein ein Mitglied
der Familie der knochenmorphogenetischen Proteine, stärker bevorzugt
eines von BMP-2, BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-10, BMP-12 und
BMP-13, am meisten bevorzugt BMP-2. Das osteogene Protein ist bevorzugt
in einer Menge vorhanden, die im Bereich von etwa 1 Gew.-% bis etwa
90 Gew.-% liegt, stärker bevorzugt
von etwa 15 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% des festen Stabs der Erfindung.
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In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfasst das Calciumphosphat-Material
ein Material, ausgewählt
aus einem amorphen apatitischen Calciumphosphat, schwachkristallinem
apatitischen Calciumphosphat, Hydroxyapatit, Tricalciumphosphat,
Fluorapatit und Kombinationen davon. Am meisten bevorzugt ist das
Calciumphosphat-Material ein schwachkristallines apatitisches Calciumphosphat.
Das Calciumphosphat-Material ist bevorzugt in einer Menge im Bereich
von etwa 10 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 40
Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% der stabförmigen osteogenen Zusammensetzung
vorhanden.
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auf osteogene Zusammensetzungen
gerichtet, die auch einen Knochenresorptionshemmer umfassen. Der
Knochenresorptionshemmer ist bevorzugt ein Bisphosphonat, ausgewählt aus
Alendronat, Cimadronat, Clodronat, EB 1053, Etidronaten, Ibandronat, Neridronat,
Olpadronat, Pamidronat, Risedronat, Tiludronat, YH 529, Zoledronat
und pharmazeutisch verträglichen
Salzen, Estern, Säuren
und Gemischen davon.
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auf osteogene Zusammensetzungen
gerichtet, die auch ein Additiv umfassen, ausgewählt aus pharmazeutisch verträglichen
Salzen, Polysacchariden, Peptiden, Proteinen, Aminosäuren, synthetischen
Polymeren, natürlichen
Polymeren, oberflächenaktiven
Mitteln und Kombinationen davon, stärker bevorzugt ausgewählt aus
Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose,
Polylactid, Polyethylenglykol, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenoxid,
Carboxyvinylpolymer, Polyvinylalkohol, Dextransulfat und Kombinationen
davon. Das Additiv ist bevorzugt in einer Menge im Bereich von etwa
1 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, stärker
bevorzugt von etwa 20 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% der stabförmigen osteogenen
Zusammensetzung vorhanden.
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Wenn
die osteogene Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Form
eines festen zylindrischen Stabs annimmt, liegt der Durchmesser
des zylindrischen Stabs bevorzugt zwischen etwa 0,1 mm und 3,0 mm,
stärker
bevorzugt etwa 1,0 mm, und die Länge
des zylindrischen Stabs liegt bevorzugt zwischen etwa 0,5 cm und
5,0 cm.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung
einer stabförmigen
Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe von osteogenen Proteinen
gerichtet, wobei die Zusammensetzung ein osteogenes Protein und
ein Calciumphosphat-Material umfasst, umfassend die Schritte von
(a) Mischen einer trockenen Form des osteogenen Proteins mit einer
trockenen Form des Calciumphosphat-Materials, um ein trockenes Gemisch
herzustellen; (b) Rekonstituieren des trockenen Gemischs durch Zugeben
eines wässrigen
Puffers, um eine Paste zu bilden; (c) Formen der Paste, um eine
stabförmige
Zusammensetzung zu bilden; und (d) Trocknen der stabförmigen Zusammensetzung
von Schritt (c), um eine stabförmige
Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe von osteogenen Proteinen
zu bilden. In bevorzugten Ausführungsformen
ist der wässrige
Puffer ausgewählt
aus Phophat-gepufferter Salzlösung,
Salzlösung,
Puffern auf Glycin- und Glutaminsäurebasis und Kombinationen
davon. Das Verhältnis
Volumen zu Gewicht (ml:g) von wässrigem
Puffer zu trockenem Gemisch liegt im Bereich von etwa 0,5:1 bis
etwa 2:1. Das Formen wird bevorzugt durch Formen, Extrudieren, Pressen, Bohren
oder Kombinationen davon ausgeführt.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
wird die stabförmige
Zusammensetzung vor oder nach Schritt (d) geschnitten.
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Noch
weitere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auf Verfahren zum Behandeln von Säugetieren
mit einem Knochendefekt gerichtet, umfassend die Verabreichung einer
wirksamen Menge einer hierin beanspruchten Zusammensetzung zur injizierbaren
Abgabe von osteogenen Proteinen an die Stelle des Knochendefekts.
Noch weitere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auf Verfahren zur Behandlung eines
Säugetiers
mit einem Knochendefekt gerichtet, umfassend die Schritte von (a)
Verabreichen einer wirksamen Menge einer hierin beanspruchten Zusammensetzung
zur injizierbaren Abgabe osteogener Proteine an die Stelle des Knochendefekts
und (b) Verabreichen einer wirksamen Menge eines Knochenresorptionshemmers
an die Stelle des Knochendefekts. Die Verabreichung eines Knochenresorptionshemmers
kann vor Schritt (a), nach Schritt (a) oder gleichzeitig mit Schritt
(a) erfolgen.
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1 ist
eine Graphik, welche die In-vitro-Freisetzungskinetik von rhBSM-2
aus α-BMP-Stäben unter Verwendung
von 125I-rhBMP-2 als Indikatorsubstanz zeigt.
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2 ist
eine Graphik, welche die lokale In-vivo-Retention von rhBMP-2 aus α-BSM-Stäben unter
Verwendung von 125I-rhBMP-2 als Indikatorsubstanz zeigt.
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Im
Allgemeinen beziehen sich die Verfahren und Zusammensetzungen der
vorliegenden Erfindung auf die Regeneration von Knochengewebe und
die gleichzeitige Zunahme von Knochenmasse, Knochendichte und Knochenfestigkeit.
Insbesondere umfasst die Erfindung injizierbare feste Stäbe, umfassend
ein osteogenes Protein, einen Calciumphosphatträger und gegebenenfalls Additiva
und Wirkstoffe wie einen Knochenresorptionshemmer, ebenso wie Verfahren
zur Herstellung derartiger osteogener Zusammensetzungen und Verfahren
zur Behandlung unter Verwendung derartiger osteogener Zusammensetzungen.
Die festen Calciumphosphat-Stäbe
der vorliegenden Erfindung sind zur intraossären Abgabe von osteogenen Proteinen
geeignet. Durch die Verwendung der vorliegenden erfinderischen Verfahren
und Zusammensetzungen kann die Schwere der Osteoporose oder die
Häufigkeit
von osteoporotischen Läsionen
vorteilhaft verringert werden, wobei letzten Endes die Inzidenz
von Knochenfrakturen verringert wird. Andere klinische Anwendungen
schließen die Reparatur
von Frakturen, die Knorpelreparatur, die Reparatur von nicht heilenden
Defekten und Wirbelfusion ein. Die injizierbaren festen Stäbe der vorliegenden
Erfindung können
auch verwendet werden, um das Knochenwachstum zu fördern, wie
es benötigt
wird, wenn Gelenkersatzimplantate verwendet werden, wie in der vorläufigen U.S.-Anmeldung
Nr. 60/502,526 („Promotion
of Bone Ingrowth in Joint Replacement Implants Using Osteogenic
Proteins; der Hauptgegenstand dieser vorläufigen Anmeldung ist hiermit
in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen) beschrieben.
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Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf eine stabförmige Zusammensetzung zur injizierbaren
Abgabe von osteogenen Proteinen, umfassend ein osteogenes Protein
und ein Calciumphosphat-Material, gerichtet. Eine Zusammensetzung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann gegebenenfalls andere Additiva (Bindemittel,
Exzipienten) und/oder Wirkstoffe wie einen Knochenresorptionshemmer
einschließen.
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Diese
feste stabförmige
Zusammensetzung ist zur lokalen intraossären Abgabe geeignet und kann deshalb
direkt an eine osteoporotische oder osteopenische Stelle injiziert
werden, um die Bildung und/oder Aufrechterhaltung des Knochens wirksam
auszulösen.
Ferner zeigt die injizierbare stabförmige Zusammensetzung ein verlängertes
Abgabeprofil im Hinblick auf das osteogene Protein, wenn es auf
diese Weise abgegeben wird. Die festen Stäbe der vorliegenden Erfindung
sind bevorzugt zylindrisch und weisen einen Durchmesser im Bereich
von etwa 0,1 mm bis etwa 3,0 mm auf, stärker bevorzugt von etwa 1,0
mm, um die Abgabe durch eine Injektionsnadel Nr. 16 zu ermöglichen.
Zudem weisen die festen Stäbe
bevorzugt eine Länge
im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 5,0 cm auf.
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Anders
als bestehende injizierbare Formulierungen wird die osteogene Zusammensetzung
dieser ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer festen Form verabreicht, wodurch
die Mängel,
die flüssigen
oder viskosen Formulierungen inhärent
sind, vermieden werden. Zum Beispiel kann unter Verwendung von flüssigen Formulierungen
oder Gelformulierungen das osteogene Mittel durch die Körperflüssigkeiten
vorzeitig verdünnt
werden, bevor die knochenfördernde
Wirkung erreicht werden kann. Die vorliegende Erfindung vermeidet
den Verdünnungseffekt,
indem es einen festen Träger
verwendet, der sich in vivo langsam abbaut, wodurch eine verzögerte, verlängerte Freisetzung
des Wirkstoffs (der Wirkstoffe) bereitgestellt wird. Darüber hinaus
werden die festen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung,
anders als flüssige
oder viskose Formulierungen, die von der Verabreichungsstelle fortwandern
können,
eingelagert und bleiben an der Stelle des gewünschten Knochenwachstums, um
die das Knochenwachstum fördernde
Wirksamkeit zu entfalten. Sie ermöglichen auch eine stärker präzise Einbringung
eines festen Stabs in Bereiche von geringer Knochenmasse durch Injektion.
Typischerweise sollte die Zusammensetzung für einen Zeitraum von etwa 5
Tagen bis etwa 2 Monaten an der Stelle bleiben. Wenn die Zusammensetzung
vorzeitig verteilt wird, wird die gewünschte Knochenwachstumsförderungswirkung
entweder nicht eintreten oder der gebildete Knochen wird nicht die
gewünschte
Festigkeit aufweisen. Schließlich
ist die osteogene Zusammensetzung dieser Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, auch wenn sie als Feststoff verabreicht wird, bevorzugt
als zylindrischer Stab geformt, wodurch sie entweder zur Injektion
oder Implantation in den Körper
geeignet ist. Natürlich
könnten,
falls gewünscht,
andere Stabformen verwendet werden, z. B. sechseckige, quadratische
oder halbrunde Stabformen. Zudem wird auch die bekannte Komplikation
eines chirurgischen Eingriffs, dass während eines intraossären Injektionsvorgangs
eine Embolie ausgelöst
wird, durch die Verwendung von festen Stäben (vs. flüssigen Formen oder Gelformen)
beträchtlich
abgeschwächt.
Die mögliche
Verlagerung von intraossären Knochenfragmenten,
Fett oder eine Embolie, die durch eine Druckinjektion eines großen Volumens
eines flüssigenTrägers/Gelträgers verursacht
wird, wird verringert, da das injizierte Volumen des hoch konzentrierten festen
Stabes viel geringer ist als das Volumen, das erforderlich ist,
wenn eine gleiche Dosis in flüssiger
Form oder in Gelform abgegeben wird. Die Zusammensetzung kann an
die Stelle des gewünschten
Knochenwachstums auf jede geeignete Weise abgegeben werden, einschließlich durch
Einführung
durch eine übliche
hypoderme Nadel oder Spritze.
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung
der festen stabförmigen
Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe osteogener Proteine gerichtet.
Im ersten Schritt wird eine trockene Form des osteogenen Proteins
mit einer trockenen Form des Calciumphosphat-Materials gemischt,
um ein trockenes Gemisch herzustellen. Mit anderen Worten, es werden
gepulverte oder trockene Formen sowohl des osteogenen Proteins als
auch des Calciumphosphat-Materials verwendet, um zunächst ein
trockenes Gemisch zu bilden. Wenn Additiva und/oder weitere Wirkstoffe
in die Zusammensetzung eingeschlossen werden, können diese Materialien auch
in einer trockenen oder gepulverten Form verwendet und in das trockene
Gemisch eingeschlossen werden.
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Im
zweiten Schritt wird das trockene Gemisch durch Zugeben eines wässrigen
Puffers rekonstituiert, um eine Paste zu bilden. Geeignete wässrige Puffer
schließen
ohne Einschränkung
phosphatgepufferte Salzlösung,
Salzlösung,
Puffer auf Glycinbasis und Kombinationen davon ein. Wenn BMP-2 als
osteogenes Protein verwendet wird, ist ein Puffer auf Glycinbasis
mit einem pH-Wert von etwa 4,5 zur Anwendung bevorzugt; stärker bevorzugt
wird ein Puffer auf Glycinbasis mit einer Zusammensetzung von 5
mmol L-Glutaminsäure, 2,5% Glycin,
0,5% Saccharose, 5 mmol NaCl und 0,01% Polysorbat 80 verwendet.
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Ein
Verhältnis
Volumen zu Gewicht (ml:g) eines wässrigen Puffers zu einem trockenen
Gemisch liegt im Bereich von etwa 0,5:1 bis etwa 2:1. Jedoch ist
die untere Grenze dieses Gewichtsverhältnisses nur dadurch begrenzt,
dass dem trockenen Gemisch genug Flüssigkeit zugegeben wird, ausreichend,
um die Bildung einer Paste zu ermöglichen, die durch Injektion
durch eine Spritze oder durch ein anderes Verfahren geformt werden
kann. Zudem wird die obere Grenze dieses Gewichtsverhältnisses
nur dadurch begrenzt, dass nicht so viel Flüssigkeit dem trockenen Gemisch
zugegeben wird, dass die erreichte Geometrie, d. h. die Stabform, während des
anschließenden
Trocknens zerstört
wird; mit anderen Worten, wenn zuviel Flüssigkeit verwendet wird, dann
wird die im dritten Schritt dieses Verfahrens gebildete Stabform
während
des Trocknens der osteogenen Verbindung gefährdet sein.
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Dieser
Schritt wird unter Bedingungen durchgeführt, in denen ein im Wesentlichen
einheitliches Mischen geschieht. Das Mischen vereinigt die Bestandteile
und kann verwendet werden, um das Ausmaß der Umsetzungen zwischen
den Bestandteilen zu regulieren. Während alle gewünschten
Bestandteile bevorzugt in dem trockenen Gemisch enthalten sind,
ist es auch möglich,
ein Additiv oder einen weiteren Wirkstoff unmittelbar vor Beginn
des Mischens oder vor Abschluss des Mischens zuzugeben. Ein derartiges
Additiv oder ein weiterer Wirkstoff liegt bevorzugt in einer trockenen
Form vor; jedoch kann auch eine hydratisierte Form des Additivs
oder des weiteren Wirkstoffs zur Paste zugegeben werden.
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Im
dritten Schritt des vorliegenden erfinderischen Verfahrens wird
die Paste geformt, um eine stabförmige
Zusammensetzung zu bilden. Das Formen oder Gestalten kann unter
Verwendung irgendeiner aus einer Anzahl bekannter Techniken wie
Formen, Extrudieren, Pressen, Bohren und/oder Schneiden durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung wird die Paste in eine Injektionsspritze gepackt
und durch das Auslassende extrudiert. In diesem Fall wird der Spritzenkolben
eingefügt
und eine ausreichende Menge Druck wird angelegt, um eine kontinuierliche
Länge der
Paste auf eine trockene Oberfläche zu
extrudieren. Dann werden unter Verwendung eines Schneidewerkzeugs
wie einer Rasierklinge, eines Skalpells, Messers oder dergleichen,
Abschnitte abgeschnitten, um injizierbare, stabförmige Zusammensetzungen zu
bilden. Das Schneiden kann auch nach dem nachstehend beschriebenen
Trocknungsschritt stattfinden. In einer anderen Ausführungsform
kann die Paste in eine zylindrische Form, einen Katheter, ein luft-
oder gasdurchlässiges
Röhrenmaterial
(z. B. Silastic oder Teflon®/FEP) oder ein anderes
Gerät vom
Extrusionstyp gepackt werden.
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Im
letzten Schritt wird die stabförmige
Zusammensetzung, die in den früheren
Schritten erhalten wurde, getrocknet oder gehärtet, um die stabförmige Zusammensetzung
zur injizierbaren Abgabe von osteogenen Proteinen der vorliegenden
Erfindung (erste Ausführungsform)
zu bilden. Das Trocknen kann über
Lufttrocknen oder Inkubation bei erhöhten Temperaturen, d. h. mindestens
bei 37°C,
durchgeführt
werden. Die Trocknungstemperatur ist nur durch den Abbau des osteogenen
Proteins eingeschränkt,
der typischerweise irgendwo im Bereich von 55°C und 60°C auftritt. Wenn das Trocknen
in einem Ofen von 37°C
durchgeführt
wird, dauert das Trocknen etwa mindestens eine Stunde und das Trocknen
wird bevorzugt über
Nacht durchgeführt.
Die stabförmige
Zusammensetzung weist bevorzugt eine Restfeuchte von weniger als
10% auf.
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Die
Details bezüglich
des Wirkstoffs, des Trägers,
der Additiva und der Knochenresorptionshemmer, die zur Anwendung
in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden nachstehend
gegeben.
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WIRKSTOFF
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Der
in den osteogenen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung vorhandene
Wirkstoff wird bevorzugt aus der Familie von Proteinen ausgewählt, die
als Protein-Überfamilie
der transformierenden Wachstumsfaktoren beta (TGF-β) bekannt
ist. Diese Familie schließt
die Aktivine, Inhibine und knochenmorphogenetischen Proteine (BMPs)
ein. Diese BMPs schließen
die BMP-Proteine BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6 und BMP-7 ein,
die zum Beispiel im U.S. Patent Nr. 5,108,922, 5,013,649, 5,116,738, 5,106,748,
5,187,076 und 5,141,905 offenbart sind, BMP-8, offenbart in PCT
WO 91/18098, BMP-9, offenbart in PCT WO 93/00432, BMP-10, offenbart
in PCT WO 94/26893, BMP-11, offenbart in PCT WO 94/26892, BMP-12
und BMP-13, offenbart in PCT WO 95/16035, BMP-15, offenbart in U.S.
Patent Nr. 5,635,372, und BMP-16, offenbart in U.S. Patent Nr. 6,331,612.
Andere TGF-β-Proteine, die als
Wirkstoff in der vorliegenden Erfindung nützlich sein können, schließen Vgr
2, Jones et al., Mol. Endocrinol., Bd. 6, S. 1961–1968 (1992) und
einen der Wachstums- und
Differenzierungsfaktoren (GDFs), einschließlich der in PCT WO 94/15965,
WO 94/15949, WO 95/01801, WO 95/01802, WO 94/21681, WO 94/15966,
WO 95/10539, WO 96/01845, WO 96/02559 beschriebenen, und andere
ein. In der vorliegenden Erfindung ebenfalls nützlich sein kann BIP, offenbart
in WO 94/01557, HP00269, offenbart in
JP
7 250688 , und MP52, offenbart in PCT WO 93/16099. Die Offenbarungen
all der vorstehenden Patente, Publikationen und veröffentlichten
internationalen Anmeldungen sind hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
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Bevorzugt
schließt
der Wirkstoff mindestens ein Protein ein, ausgewählt aus der Unterklasse der
Proteine, die im Allgemeinen als BMPs bekannt sind, von denen offenbart
wurde, dass sie osteogene Wirksamkeit und andere Wirksamkeiten vom
Wachstums- und Differenzierungstyp aufweisen. Eine Untergruppe von
BMPs, die gegenwärtig
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, schließt BMP-2,
BMP-4, BMP-5, BMP-6, BMP-7, BMP-10, BMP-12 und BMP-13, am meisten
bevorzugt BMP-2, ein, dessen Sequenz im U.S.-Patent Nr. 5,013,649 offenbart ist,
dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Der
Wirkstoff kann rekombinant hergestellt werden oder aus einer Proteinzusammensetzung
gereinigt werden. Der Wirkstoff kann, wenn er ein TGF-β wie BMP
oder ein anderes dimeres Protein ist, homodimer sein oder kann mit
anderen BMPs heterodimer (z. B. ein Heterodimer, zusammengesetzt
aus einem Monomer von jeweils BMP-2 und BMP-6) oder mit anderen
Mitgliedern der TGF-β-Überfamilie
wie Activinen, Inhibinen und TGF-β1
heterodimer sein (z. B. ein Heterodimer zusammengesetzt aus einem
Monomer von jeweils einem BMP und einem verwandten Mitglied der
TGF-β-Überfamilie).
Beispiele für
derartige heterodimere Proteine werden zum Beispiel in PCT WO 93/09229
beschrieben, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen
ist. Der Wirkstoff kann DNA, die BMPs codiert, und Zellen, die mit
Genen, welche BMP-Proteine codieren, transduziert oder transfiziert
wurden, umfassen.
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Der
Wirkstoff kann ferner zusätzliche
Mittel wie Hedgehog-, Frazzled-, Chordin-, Noggin-, Cerberus- und
Follistatinproteine umfassen. Diese Proteinfamilien werden im Allgemeinen
in Sasai et al., Cell, Bd. 79, S. 779–790 (1994) (Chordin); PCT
WO 94/05800 (Noggin); und Fukui et al., Dev. Biol. Bd. 159, S. 131–139 (1993) (Follistatin)
beschrieben. Hedgehogproteine werden in PCT WO 96/16668, WO 96/17924
und WO 95/18856 beschrieben. Die Frazzled-Proteinfamilie ist eine
vor relativ kurzer Zeit entdeckte Proteinfamilie mit hoher Homologie
zur extrazellulären
Bindungsdomäne
der Rezeptorproteinfamilie, die als Frizzled bekannt ist. Die Frizzledfamilie
der Gene und Proteine ist in Wang et al., J. Biol. Chem., Bd. 271,
S. 4468–4476
(1996) beschrieben. Der Wirkstoff kann auch andere lösliche Rezeptoren
einschließen,
wie die trunkierten löslichen
Rezeptoren, die in PCT WO 95/07982 offenbart sind. Aus den Lehren
von WO 95/07982 wird einem Fachmann ersichtlich, dass trunkierte
lösliche
Rezeptoren für
zahlreiche andere Rezeptorproteine hergestellt werden können. Solche
würden
auch vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst werden. Die vorstehenden
Veröffentlichungen
sind hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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Die
Menge des hierin nützlichen
Wirkstoffs ist die Menge, die wirksam ist, um eine gesteigerte osteogene
Aktivität
von vorhandenen oder infiltrierenden Progenitorzellen (Osteoblast-Vorläuferzellen)
oder anderen Zellen zu stimulieren (hierin nachstehend „wirksame
Menge"), und wird
von der Größe und der
Natur des zu behandelnden Schadens ebenso wie von der Zusammensetzung
des verwendeten Calciumphosphatträgers abhängen. Im Allgemeinen liegt
die Menge des osteogenen Proteins, das in einer festen, stabförmigen osteogenen
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung vorhanden ist, im Bereich
von etwa 1 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 15
Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% der osteogenen Zusammensetzung.
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TRÄGER
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Gemäß allen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird ein Calciumphosphat-Material als ein
Träger
verwendet. Wie hierin verwendet, bedeutet ein „Calciumphosphat-Material" jedes synthetische
Knochenersatzmaterial, umfassend Calciumphosphat als primären Bestandteil,
d. h. dass es mindestens 90 Gew.-% aufweist, die Calcium und/oder
Phosphat zuzuschreiben sind. Das Calciumphosphat-Material der vorliegenden
Erfindung kann jedes biokompatible Calciumphosphat-Material, das
auf dem Fachgebiet bekannt ist, sein. Geeignete Calciumphosphat-Materialien
können
durch eines aus einer Vielzahl von Verfahren unter Verwendung jeglicher
geeigneter Ausgangskomponenten hergestellt werden oder können im
Handel erhältlich sein.
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In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist das Calciumphosphat-Material in einer
Menge vorhanden, die im Bereich von etwa 10 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-%,
stärker
bevorzugt von etwa 40 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% der festen stabförmigen osteogenen
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung liegt. Bevorzugt wird
das Calciumphosphat-Material oder der Träger in trockener, d. h. gepulverter
Form, verwendet.
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Die
Formen von Calciumphosphat, die zur Anwendung in dieser Erfindung
geeignet sind, schließen ohne
Einschränkung
amorphes apatitisches Calciumphosphat (ACP), schwachkristallines
apatitisches Calciumphosphat (PCA), Hydroxyapatit (HA), Tricalciumphosphat
und Fluorapatit ein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Calciumphosphat-Material
ein schwachkristalliner apatitischer Calciumphosphatfeststoff mit einem
Calcium-zu-Phosphat-Verhältnis
(Ca/P), das natürlich
vorkommenden Knochenmineralien vergleichbar ist, stärker bevorzugt
einem Calcium-zu-Phosphat-Verhältnis
von weniger als etwa 1:1,5, am meisten bevorzugt etwa 1:1,4.
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Geeignete
PCA-Materialien können
durch Vereinigen von PCA-Vorläufern,
Hydratisieren mit einer begrenzten Menge an Wasser (so dass eine
Paste oder ein Kitt gebildet wird), Formen in die Form eines zylindrischen
Stabs und Härtenlassen
des geformten Materials in ein PCA-Material, identifiziert werden. Wünschenswerte
Vorläufer
sind fähig,
in einer feuchten Umgebung bei oder um Körpertemperatur in weniger als
5 Stunden und bevorzugt innerhalb von 10–30 Minuten zu härten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Calciumphosphatträger jedes Knochenersatzmaterial umfassen,
das eine der vorstehenden Formen von Calciumphosphat als seinen
primären
Bestandteil enthält, d.
h. dass es mindestens 90 Gew.-% aufweist, die Calcium und/oder Phosphat
zuzuschreiben sind. Das Knochenersatzmaterial kann nur eine der
vorstehenden Calciumphosphat-Formen umfassen, mit oder ohne zusätzliche
Bestandteile; der Knochenersatz kann eine Kombination der vorstehenden
Calciumphosphat-Formen umfassen, mit oder ohne zusätzliche
Bestandteile. Zudem kann eine oder mehrere der vorstehend aufgeführten Calciumphosphat-Formen
verwendet werden, um ein Calciumphosphat-Material herzustellen,
das zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die
Verfahren zur Herstellung derartiger Materialien sind auf dem Fachgebiet
bekannt. Jedoch ist jedes Verfahren, das zum Erhalten von einem
trockenen, d. h. gepulverten, Calciumphosphat-Material führt, geeignet.
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Wie
hierin verwendet bedeutet „amorph" ein Material mit
signifikant amorphem Charakter. Signifikant amorpher Charakter bedeutet
mehr als 75% an amorphem Gehalt, bevorzugt mehr als 90% an amorphem
Gehalt, und wird durch ein breites Röntgendiffraktionsmuster ohne
besondere Merkmale charakterisiert.
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„Schwachkristallines
apatitisches Calciumphosphat", „PCA-Calciumphosphat" und „PCA-Material" beschreiben, wie
diese Begriffe hierin verwendet werden, ein synthetisches schwachkristallines
apatitisches Calciumphosphat. Das schwachkristalline apatitische
(PCA) Material ist nicht notwendigerweise auf eine einzige Calciumphosphatphase
beschränkt,
mit der Maßgabe,
dass es das charakteristische Röntgendiffraktionsmuster
(XRD) und Fourier-Transformations-Infrarotmuster
(FTIR) aufweist. Ein PCA-Calciumphosphat weist ein im Wesentlichen
gleiches XRD-Spektrum auf wie Knochen. Das XRD-Spektrum wird im
Allgemeinen nur durch zwei breite Peaks im Bereich von 20–35 E charakterisiert,
wobei einer bei 26 E zentriert und der andere bei 32 E zentriert
ist. Das FTIR-Spektrum ist durch Peaks bei 563 cm–1,
1034 cm–1,
1638 cm–1 und
3432 cm–1 (±2 cm–1) charakterisiert;
scharfe Bandenschultern wurden bei 603 cm–1 und
875 cm–1 beobachtet,
mit einem Dublett mit Maxima bei 1422 cm–1 und
1457 cm–1.
PCA-Materialien, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
bevorzugt sind, sind in den U.S.-Patenten Nr. 5,650,176, 5,683,461
und 6,214,368 beschrieben, wobei jedes von diesen hierin durch Bezugnahme
aufgenommen ist. Geeignete Materialien werden ebenfalls in einer
Gruppe von verwandten Anmeldungen beschrieben, die „Delivery
Vehicle", „Conversion
of Amorphous Calcium Phosphate to Form a Novel Bioceramic", „Orthopedic
and Dental Ceramic Implants" und „Bioactive
Ceramic Composites" betitelt
wurden, wobei jedes von diesen am 16. Oktober 1997 eingereicht worden
war und der ETEX-Corporation (Cambridge, MA) zugeschrieben wurde,
wobei jedes hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Im Licht der
Breite der Offenbarung in jedem der vorstehend aufgeführten Patentdokumente
werden die Details der Herstellung geeigneter PCA-Materialien hier
nicht weiter im Detail ausgeführt
werden. Eine Zusammenfassung der PCA-Merkmale wird ausreichen. Das
PCA-Material ist durch seine Bioresorptionsfähigkeit und seine minimale
Kristallinität
charakterisiert. Sein kristalliner Charakter ist im Wesentlichen
der gleiche wie von natürlichem
Knochen. Das PCA-Material ist auch biokompatibel und für den Wirt
nicht nachteilig.
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Kristalliner
Hydroxyapatit (HA) wird zum Beispiel in den U.S.-Patenten Ref.-Nr.
33,221 und 33,161 beschrieben, welche beide hierin durch Bezugnahme
aufgenommen sind. Diese Patente lehren die Herstellung von Calciumphosphat-Remineralisations-Zusammensetzungen
und von einem fein kristallinen, nicht keramischen, allmählich resorbierbaren
Hydroxyapatit-Trägermaterial,
das auf derselben Calciumphosphat-Zusammensetzung basiert. Ein ähnliches
Calciumphosphatsystem, welches aus Tetracalciumphosphat (TTCP) und Monocalciumphosphat
(MCP) oder seiner Monohydrat-Form (MCPM) besteht, wird in den U.S.-Patenten
Nr. 5,035,212 und 5,129,905 beschrieben, wobei beide hierin durch
Bezugnahme aufgenommen sind. Zusätzliche kristalline
HA-Materialien (üblicherweise
als Dahllite bezeichnet) werden im U.S.-Patent Nr. 5,962,028 beschrieben,
deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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ADDITIVA
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Additiva
können
in den osteogenen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung nützlich sein. Viele
derartige Bindemittel, welche die Kohäsionskraft verbessern, und
Exzipienten, welche die Freisetzung der Wirkstoffe stabilisieren
und/oder modulieren, sind auf dem Fachgebiet des Formulierens bekannt.
Geeignete Additiva schließen
ohne Einschränkung
pharmazeutisch verträgliche
Salze, Polysaccharide, Peptide, Proteine, Aminosäuren, synthetische Polymere,
natürliche
Polymere und/oder oberflächenaktive
Mittel ein. Nützliche
Polymere schließen
zum Beispiel solche ein, die in U.S.-Patent Nr. 5,171,579 beschrieben
sind, dessen gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen
wird. Bevorzugte Additiva schließen Cellulosematerialien wie
Carboxymethylcellulose (CMC), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)
und Methylcellulose (MC), synthetische Polymere wie Polylactide
und Poylethylenglykole, z. B. Polylactid/Polyethylenglykol, Polyvinylpyrrolidon
(PVP), Polyethylenglykol (PEG), Polyoxyethylenoxid, Carboxyvinylpolymer
und Polyvinylalkohol (PVA) und Dextransulfat und Kombinationen davon
ein. Andere nützliche
Additiva schließen
ohne Einschränkung
Natriumalginat, Chitosan, Collagen, Gelatine, Hyaluronan und verschiedene
Peptide, Proteine und Aminosäuren
ein. Additiva, welche eine schäumende
Wirkung aufweisen, sind gegenwärtig
nicht zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Additiv in trockener Form oder
in Pulverform verwendet, welches mit dem Wirkstoff (den Wirkstoffen),
dem Träger
und der wässrigen Flüssigkeit
gemischt wird, um die injizierbare Zusammensetzung der vorliegenden
Erfindung herzustellen. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist das Additiv (sind die Additiva) in einer
Menge vorhanden, die im Bereich von etwa 1 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%,
stärker
bevorzugt von etwa 20 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% der festen osteogenen
Stab-Zusammensetzung liegt.
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ZUSÄTZLICHE WIRKSTOFFE
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Die
injizierbaren osteogenen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
können
auch einen zusätzlichen
Wirkstoff oder zusätzliche
Wirkstoffe einschließen.
Derartige zusätzliche
Wirkstoffe können
bevorzugt in trockener Form, obwohl hydratisierte Formen ebenso
zur Anwendung geeignet sind, mit dem Wirkstoff, dem Träger und
der wässrigen
Flüssigkeit
gemischt werden, um die injizierbaren osteogenen Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung herzustellen. In einer anderen Ausführungsform
können
derartige Wirkstoffe auch mit den osteogenen Zusammensetzungen der
vorliegenden Erfindung co-verabreicht werden, entweder auf eine
sozusagen sequenzielle Weise oder gleichzeitig (hierin nachstehend „Co-Verabreichungsschema"). Zusätzliche
Wirkstoffe können
hierin verwendet werden, um zusätzliche
erwünschte
Wirkungen zu erzielen oder sie können
verwendet werden, um potenziellen unerwünschten Wirkungen wie Infektion,
Entzündung oder
transitorischer Resorption entgegenzuwirken.
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Zum
Beispiel zeigen jüngere
Berichte, dass, obwohl viel über
das osteogene Potenzial von TGF-β-Proteinen
bekannt ist, die lokale Verabreichung bestimmter osteoinduktiver
Mittel wie BMP-2 die transitorische osteoklastische Aktivität (lokale
Bereiche der Knochenresorption) an der Stelle der Verabreichung stimuliert.
Diese Reaktion, welche BMP-induzierter neuer Knochenbildung gelegentlich
vorangeht, ist „transitorisches
Resorptionsphänomen" genannt worden.
Mittel, die dafür
bekannt sind, die Knochenresorption zu hemmen, können deshalb eine wichtige
Rolle in der Verzögerung
oder Verringerung der anfänglichen Knochenresorption,
die mit lokaler BMP-Verabreichung in Zusammenhang steht, spielen,
ohne die anschließende Knochenbildung
zu hemmen.
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Deshalb
wird in bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ein Knochenresorptionshemmer als zusätzlicher
Wirkstoff verwendet, der in der injizierbaren osteogenen Zusammensetzung
vorhanden ist oder der mit der injizierbaren osteogenen Zusammensetzung
co-verabreicht wird, um der anfänglichen Knochenresorption,
die mit der intraossären
Abgabe eines Wirkstoffs wie BMP in Zusammenhang steht, vorzubeugen
oder diese zu minimieren. Wie hierin verwendet bezieht sich der
Begriff „Hemmung
der Knochenresorption" auf
die Vorbeugung von Knochenverlust, insbesondere die Hemmung des
Entfernens von bestehendem Knochen durch direkte oder indirekte Änderung
der Osteoklastenbildung oder der Osteoklastenaktivität. Deshalb
bezieht sich der Begriff „Knochenresorptionshemmer" wie hierin verwendet
auf Mittel, welche dem Knochenverlust vorbeugen oder diesen durch
direkte oder indirekte Änderung
der Osteoklastenbildung oder Osteoklastenaktivität hemmen.
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In
bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
ist der Knochenresorptionshemmer ein Biphosphonat. Wie hierin verwendet
bezieht sich der Begriff „Bisphosphonat" auf die verwandten
Bisphosphonsäuren
und Salze und verschiedene kristalline und amorphe Formen des Bisphosphonats.
Klinisch wurde von der Bisphosphonat-Therapie gezeigt, dass sie
die Indizes des Knochenumsatzes dramatisch verringert, die Knochenmineraldichte
erhöht
und in osteopenischen Frauen das Risiko einer Hüft- und Wirbelsäulenfraktur
verringert (siehe zum Beispiel H. Fleisch, Bisphosphonates in Bone
Disease, from the Laboratory to the Patient, 3. Auflage, Parthenon
Publishing (1997), welches hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist).
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Zur
Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Biphosphonate
schließen
ohne Einschränkung
Alendronat, Cimadronat, Clodronat, EB 1053, Etidronate, Ibandronat,
Neridronat, Olpadronat, Pamidronat, Risedronat, Tiludronat, YH 529,
Zoledronat und pharmazeutisch verträgliche Salze, Ester, Säuren und
Gemische davon ein. Die Menge an Biphosphonat, und zwar die Menge
eines jeden nützlichen
Knochenresorptionshemmers, ist die Menge, die wirksam ist, dem transitorischen
Knochenverlust, der gelegentlich mit der lokalen Verabreichung eines
osteogenen Proteins wie BMP in Zusammenhang steht, durch direkte
oder indirekte Änderung
der Osteoklastenbildung oder Osteoklastenaktivität vorzubeugen oder diese zu
verhindern (hierin nachstehend „wirksame Menge"). Die genaue Dosierung,
die notwendig ist, wird von der Größe und der Natur des zu behandelnden
Knochendefekts abhängig
sein, ebenso wie die Menge des osteogenen Mittels, das abgegeben
wird. Im Allgemeinen liegt die Menge des abzugebenden Biphosphonats
bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 3000 mg, stärker bevorzugt
von etwa 10 bis etwa 1000 mg und am meisten bevorzugt von etwa 10
bis etwa 500 mg pro Kubikzentimeter des Materials.
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Wenn
das Co-Verabreichungsschema der vorliegenden Erfindung angewendet
wird, wird der Knochenresorptionshemmer typischerweise in einem
geeigneten Träger
abgegeben. Der Träger
kann jeder pharmazeutisch verträgliche
Träger
sein, von denen eine breite Vielzahl bekannt und auf dem Fachgebiet
leicht erhältlich
ist (siehe zum Beispiel Martin, E. W., Remington's Pharmaceutical Sciences (Mack Pub.
Co., aktuelle Ausgabe), das hierdurch durch Bezugnahme aufgenommen
ist). Gegenwärtig
bevorzugte Träger
werden in feste Stäbe
oder Pasten geformt, wie hierin an anderer Stelle beschrieben.
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Im
Co-Verabreichungsschema kann der Knochenresorptionshemmer sequenziell,
entweder vor oder nach, oder gleichzeitig mit den injizierbaren
festen Stab-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verabreicht
werden. Zudem kann der Knochenresorptionshemmer lokal (intraossär) verabreicht
werden, er kann jedoch an anderen parenteralen Stellen wie intramuskulär oder subkutan
oder oral aufgenommen oder intravenös injiziert zur systemischen
Abgabe angewendet werden. Bevorzugt wird der Knochenresorptionshemmer,
z. B. ein Bisphosphonat, systemisch abgegeben, d. h. oral oder intravenös, entweder
vor oder gleichzeitig mit der injizierbaren festen Stab-Zusammensetzung
der vorliegenden Erfindung. Ferner kann der Knochenresorptionshemmer
an die Stelle implantiert werden, die durch chirurgische Implantierung
behandelt werden soll. Es sollte jedoch beachtet werden, dass Bisphosphonate
trotz ihres therapeutischen Nutzens im Gastrointestinaltrakt schlecht
absorbiert werden, wenn sie oral aufgenommen werden. Um das Problem
der schlechten Bioverfügbarkeit
zu überwinden,
ist die intravenöse
Verabreichung angewendet worden; jedoch wird diese Modalität als teuer
und unbequem aufgrund der Dauer und Häufigkeit der Dosierung angesehen.
Die vorliegende Erfindung kann daher diese Nachteile überwinden,
indem die Bisphosphonate in die injizierbaren osteogenen Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung eingebaut werden und sie lokal direkt
an der Stelle der gewünschten
Wirkung abgegeben werden.
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Die
vorstehende Beschreibung, die sich auf die Verabreichung eines Knochenresorptionshemmers bezieht,
betrifft im Allgemeinen die Verabreichung jedes zusätzlichen
Wirkstoffs. Andere geeignete Wirkstoffe schließen ohne Einschränkung andere
osteogene Proteine, Antibiotika, entzündungshemmende Mittel, Wachstumsfaktoren,
Peptide, Proteine, Cytokine, Oligonucleotide, Antisense-Oligonucleotide,
DNA und Polymere ein. Diese Verbindungen können bevorzugt in trockener
Form durch Mischen derselben zugegeben werden, um die Paste in den
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung zu bilden.
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VERABREICHUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Verfahren und Zusammensetzungen zur Behandlung
von Patienten bereitgestellt, die Knochendefekte aufzeigen. Wie
hierin verwendet, schließt
ein „Knochendefekt" einen osteoporotischen
Knochen, einen osteopenischen Knochen, eine Knochenfraktur, einen
Knorpeldefekt und jeden anderen mit Knochen oder Knorpel in Zusammenhang
stehenden Zustand ein, der durch stimuliertes Knochen- oder Knorpelwachstum
verbessert oder beseitigt werden würde. Deshalb ist eine fünfte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf die Verwendung eines osteogenen Proteins
zur Herstellung einer Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe von
osteogenen Proteinen gemäß der ersten,
vorstehend beschriebenen Ausführungsform
gerichtet, wobei die Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe der
osteogenen Proteine zur Behandlung eines Säugetiers mit einem Knochendefekt
vorgesehen ist und wobei die Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe
von osteogenen Proteinen an die Stelle des Knochendefekts abgegeben werden
soll.
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Eine ähnliche
sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist auf eine Verwendung eines osteogenen
Proteins zur Herstellung einer Zusammensetzung zur injizierbaren
Abgabe von ostogenen Proteinen gemäß der ersten, vorstehend beschriebenen
Ausführungsform
gerichtet, wobei die Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe von
osteogenen Proteinen zur Behandlung eines Säugetiers mit einem Knochendefekt
vorgesehen ist und wobei die Behandlung die Schritte umfasst:
- (a) Verabreichen einer wirksamen Menge der
Zusammensetzung zur injizierbaren Abgabe von osteogenen Proteinen
an die Stelle des Knochendefekts; und
- (b) Verabreichen einer wirksamen Menge eines Knochenresorptionshemmers
an die Stelle des Knochendefekts.
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Der
Knochenresorptionshemmer kann auch an die Stelle des Knochendefekts
verabreicht werden, er kann jedoch auch über etwas andere Wege, d. h.
parenteral, durch chirurgische Implantation, oral oder intravenös verabreicht
werden. Zudem kann die Verabreichung des Knochenresorptionshemmers
vor, gleichzeitig mit oder nach der Verabreichung der injizierbaren
Stab-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geschehen.
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Am
häufigsten
werden die Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
zur Behandlung von Patienten bereitgestellt, die Zeichen von Osteoporose
oder osteopenischen Zuständen,
einschließlich
osteoporotischen Knochenläsionen,
aufzeigen. Die Identifizierung von derartigen Patienten kann durch
Verfahren durchgeführt
werden, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Derartige Verfahren
stellen dem Krankenhausarzt Informationen über die Lokalisation und Schwere
der osteoporotischen oder osteopenischen Knochenläsionen bereit.
Zusätzlich
zur Lokalisation der Läsion
(der Läsionen),
der (die) behandelt werden sollen, kann der Krankenhausarzt diese
Information verwenden, um das geeignete Verabreichungsverfahren
und die Dosis des osteoinduktiven Mittels für den Patienten auszuwählen. Nützliche
Diagnoseverfahren schließen das
Messen der Knochenmasse/-dichte ein unter Verwendung der Zwei-Spektren-Röntgen-Absorptiometrie (DEXA),
Kilgus et al., J. Bone & Joint
Surgery, Bd. 75 B, S. 279–287
(1992); Markel et al., Acta Orthop. Scand., Bd. 61, S. 487–498 (1990);
und der quantitativen Computertomographie (QCT), Laval Jeantet et
al., J. Comput. Assist. Tomogr., Bd. 17, S. 915–921 (1993); Markel, Calcif.
Tissue Int., Bd. 49, S. 427–432
(1991); der Single-Photon-Absorptiometrie, Markel et al., Calcif.
Tissue Int., Bd. 48, S. 392–399
(1991); der Ultraschalltransmissionsgeschwindigkeit (UTG); Heaney
et al., JAMA, Bd. 261, S. 2986–2990
(1989); Langton et al., Clin. Phys. Physiol. Meas. Bd. 11, S. 243–249 (1990);
und der Röntgenuntersuchung,
Gluer et al., J. Bone Min. Res., Bd. 9, S. 671–677 (1994). Andere Verfahren
zur Identifikation von Patienten mit drohender Knochenfraktur schließen die
Bewertung altersbedingter Faktoren wie die Kenntnis ebenso wie das
frühere
Auftreten von mit Osteoporose in Zusammenhang stehenden Frakturen
ein. Porter et al., BMJ, Bd. 301, S. 638–641 (1990); Hui et al., J.
Clin. Invest., Bd. 81, S. 1804–1809
(1988). Die vorstehenden Veröffentlichungen
sind hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
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Die
besonderen Dosierungsregime werden durch die angestrebte klinische
Indikation ebenso wie durch verschiedene Patientenvariablen (z.
B. Gewicht, Alter, Geschlecht) und die klinische Präsentation
(z. B. Umfang der Verletzung, Stelle der Verletzung, etc.) bestimmt.
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Die
injizierbaren osteogenen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
können
auf jede klinisch verträgliche
Weise der Injektion verabreicht werden. Eine Anzahl von im Handel
erhältlichen
Spritzen kann zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung und zur
Verabreichung der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet
sein. Derartige Spritzen schließen
ohne Einschränkung
die Calasept®-Spritze (JS
Dental Manufacturing, Ridgefield CT); die Henke-Ject® Aspirationsspritze
und die Hypo® Dental-Spritzen/-Nadeln
(Smith & Nephew
MPL, Franklin Park, IL); intraossäre Nadeln von MPL, Inc., Chicago
IL; und Luer-Lok® Spritzen (Becton Dickinson,
Franklin Lakes, NJ) ein. Jede Spritze, die fähig ist, einen injizierbaren
Stab aufzunehmen und abzugeben und/oder die Extrusion mit einem
Obturator zu ermöglicht,
ist zur Anwendung geeignet.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung werden die festen stabförmigen Zusammensetzungen unter Verwendung
einer Injektionsnadel von geeigneter Größe und Art, die perkutan oder
chirurgisch in den ausgewählten
anatomischen Ort eingebracht wurde, intraossär abgegeben. Das perkutane
Einbringen der Injektionsnadel kann unter Anwendung manueller Palpation
bekannter anatomischer Referenzpunkte mit oder ohne Anwendung von
Fluoroskopie zur visuellen Einbringung durchgeführt werden. Fluoroskopie kann
auch in Verbindung mit einer chirurgischen Implantierung vor und/oder
gleichzeitig mit dem Einbringen der Injektionsnadel angewendet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird zuerst ein Führungsdraht
(üblicherweise
als "k-Draht" bezeichnet) perkutan
in den gewünschten
anatomischen Ort eingeführt,
um als Führung
für die
Injektionsnadel zu dienen. Die Injektionsnadel wird über den
Führungsdraht
eingeführt,
der anschließend
entfernt wird, wobei nur die Injektionsnadel an der Stelle zurückgelassen
wird. Die feste stabförmige
Zusammensetzung wird dann in das Auslassende der Injektionsnadel
eingeführt.
Nach dem Beladen der Zusammensetzung wird ein zweiter Führungsdraht
in die Nadel eingeführt,
der verwendet wird, um die feste Zusammensetzung zur Spitze der
Nadel zu befördern.
Die Nadel wird dann entfernt, wobei der Führungsdraht zurückgelassen
wird, um die Zusammensetzung innerhalb des Knochens am gewünschten
Ort zu verankern. Schließlich
wird der Führungsdraht entfernt,
wobei er die feste Zusammensetzung an Ort und Stelle zurückläßt. In einer
anderen Ausführungsform wird
die feste stabförmige
Zusammensetzung der Erfindung in den Zylinder der Nadel vorher eingebracht. Nach
dem Einbringen an den gewünschten
anatomischen Ort wird der Kolben der Spritze bis zum Zylinder der Nadel
vorgeschoben, während
die Vorrichtung zurückgezogen
wird, wobei die feste stabförmige
Zusammensetzung an dem gewünschten
Ort zurückgelassen
wird.
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Die
Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ermöglichen, dass therapeutisch
wirksame Mengen von osteogenem Protein an den Ort der Verletzung
abgegeben werden, wo die Knorpel- und/oder Knochenbildung erwünscht ist.
Die Formulierungen können
als Ersatz für
ein autologes Knochentransplantat bei frischen und nicht heilenden
Frakturen, Wirbelfusionen und der Reparatur von Knochendefekten
auf orthopädischem
Gebiet, bei cranio-/maxillofacialen Rekonstruktionen, bei Osteomyelitis
zur Knochenregeneration und auf dentalem Gebiet zur Erhöhung des
Alveolarkamms und Periodontaldefekten und Zahnextraktionshöhlen verwendet
werden.
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Die
folgenden Beispiele sind für
die vorliegende Erfindung veranschaulichend und auf keine Weise einschränkend. Modifikationen,
Variationen und geringfügige
Verbesserungen werden in Betracht gezogen und liegen innerhalb des
Umfangs der vorliegenden Erfindung.
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BEISPIELE
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Alle
in diesen Beispielen verwendeten Materialien sind von pharmazeutischer
Qualität.
Das Calciumphosphat-Material war das im Handel erhältliche
Knochenersatzmaterial (nachstehend "α-BSM"), das unter dem
Handelnamen CEREDEXTM von der Etex Corporation,
38 Sydney Street, Cambridge, MA 02139, verkauft wird und in den
U.S.-Patenten Nr. 5,683,461, 6,117,456 und 6,214,368 und in PCT
WO 98/16209 im Detail beschrieben ist. Das osteogene Protein, das
als ein Wirkstoff verwendet wurde, war rekombinantes humanes knochenmorphogenetisches
Protein-2 (rhBMP-2). Die Herstellung und Beschreibung von rhBMP-2
ist gut bekannt. Wang et al., Proc. Nat'l Acad. Sci. U.S.A., Bd. 87, S. 2220–2224 (1990).
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Beispiel 1 – Formulierung
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Es
wurden verschiedene injizierbare feste Stäbe (A–E) aus α-BSM, rhBMP-2 und einem von
Carboxymethylcellulose (CMC), Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Dextransulfat
hergestellt. Trockene Pulver jedes Bestandteils wurden in einem
sterilen Mischkolben vereinigt und zu einem steifen Kitt durch die
Zugabe eines wässrigen
Puffers auf Glycinbasis mit einem pH-Wert von etwa 4,5 und umfassend 5 mmol
L-Glutaminsäure, 2,5%
Glycin, 0,5% Saccharose, 5 mmol NaCl und 0,01% Polysorbat 80 in
einem bestimmten Flüssigkeit
(ml) zu Pulver (g) Verhältnis
(L/P) rekonstituiert und für
1 Minute geknetet, um eine Paste zu bilden. Die Mengen eines jeden
Bestandteils wurden ebenso wie die besonderen L/P-Verhältnisse,
die verwendet wurden, in Tabelle 1 nachstehend dargelegt.
-
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Jede
Paste wurde in eine Spritze gegeben und extrudiert, um zylindrische
Stäbe mit
einem Durchmesser von etwa 1 mm und einer Länge von etwa 5 cm zu bilden.
Diese 5-cm-Stäbe
wurden dann für
das nachstehende Testen in die gewünschten Längen geschnitten.
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Nach
dem Formen wurden die Stäbe
unter simulierten in-vivo-Bedingungen, d. h. einem 37°C Inkubator, über Nacht
zu einer festen Masse gehärtet.
Der Härtungsprozess
könnte
um mehrere Stunden verzögert werden,
indem man die Stäbe
bei einer kühleren
Temperatur, d. h. etwa 4°C,
lagert.
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Die
theoretische rhBMP-2-Dosis von jedem der Stäbe A–E betrug 150 Mikrogramm rhBMP-2
pro Milligramm Stab. Alle Stäbe
erschienen glatt, dicht, kohäsiv
und nicht spröde
und waren durch eine Nadel Nr. 16 injizierbar.
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Beispiel 2 – In-Vitro-Beschreibung
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Es
wurde eine Korrelation zwischen Additivgehalt und Teilchenbildung
beobachtet. Unter Eintauchen für
14 Tage in den wässrigen
Puffer auf Glycinbasis, der in Beispiel 1 beschrieben wurde, dispergierten
die Stäbe,
die einen höheren
prozentualen Additivgehalt enthielten (40% CMC, 40% PVP beziehungsweise
40% Dextransulfat, d. h. die Stäbe
C–E),
schneller in kleinere Teilchen, d. h. innerhalb 1 Tages, als die
mit mittlerem (29% CMC, d. h. Stab B) und geringem (17% CMC, d.
h. Stab A) Additivgehalt. Die Stäbe,
die geringe Additivgehalte (17% CMC, d. h. Stab A) enthielten, behielten
ihre stabförmige
Struktur viel länger
bei, d. h. in der Größenordnung
von Tagen bis Wochen, als ihre Gegenspieler mit höheren CMC.
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Zudem
wurde die In-vitro-Freisetzungskinetik von rhBMP-2 aus α-BSM-Stäben, die
entweder 17% (Stab A), 29% (Stab B) oder 40% (Stab C) CMC enthielten,
unter Verwendung von 125I-rhBMP-2 als Indikatorsubstanz durchgeführt. Ähnlich den
groben Beobachtungen setzten Stäbe,
die einen höheren
prozentualen Gehalt an CMC enthielten, rhBMP-2 schneller frei als
solche mit geringerem prozentualen CMC-Gehalt, wie in 1 gezeigt.
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Beispiel 3 – Biokompatibilitäts- und
Wirksamkeitsstudie an der Ratte
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Injizierbare
stabförmige
Zusammensetzungen auf Calciumphosphatbasis (hergestellt wie in Beispiel
1 beschrieben) wurden an einem Rattenmodell auf Biokompatibilität und Wirksamkeit
hin untersucht, sowohl intraossär
als auch ektopisch.
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Defekte
des intraossären
Kerns wurden chirurgisch an den distalen Oberschenkelknochen von
sechs männlichen
CD-Ratten gebildet. Die Ratten wurden in zwei Gruppen (A und B)
von drei Tieren geteilt. Eine Extremität jeder Ratte erhielt einen
2-mm-Segment-Teststab (Calciumphosphat/rhBMP-2/Exzipient), während die
kontralaterale Extremität
einen 2-mm-Segment-Kontrollstab
(Calciumphosphat/Exzipient) erhielt. Die Ratten von Gruppe A erhielten
Stab A (68/17/15% (Gew./Gew.) ACP/CMC/rhBMP-2) aus Beispiel 1 als
Teststab, während
die Ratten von Gruppe B Stab B (56/29/15% (Gew./Gew.) ACP/CMC/rhBMP-2) vom
Beispiel 1 als Teststab erhielten. Zudem wurde ein 10-mm-Stab subkutan
lateral zur Mittellinie der ventralen Thoraxregion implantiert,
wobei eine Seite einen Teststab erhielt und die andere Seite einen
Kontrollstab erhielt. Hier erhielten die Ratten der Gruppe A wieder
Stab A (68/17/15% (Gew./Gew.) ACP/CMC/rhBMP-2) von Beispiel 1 als Teststab,
während
die Ratten der Gruppe B Stab B (56/29/15% (Gew./Gew.) ACP/CMC/rhBMP-2)
von Beispiel 1 als Teststab erhielten.
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Die
Tiere wurden nach 2 Wochen zu Erfolgsbewertungen bestehend aus Faxitron-Röntgenbildern und Histomorphometrie
geopfert. Die Röntgenbilder
und Histologie der 2-wöchigen
distalen Oberschenkelexplantate zeigten eine insgesamt erhöhte Bildung
von Knochenkallus in der mit rhBMP-2 behandelten Seite, verglichen
mit dem Placebo. Insbesondere bildeten die einen höheren CMC-Gehalt
enthaltenden Stäbe
(B) mittlere bis große
Knochenkallusse verglichen mit den einen geringeren CMC-Gehalt enthaltenden
Stäben
(A), die Kallusse von kleiner bis mittlerer Größe bildeten. Die Röntgenbilder
und Histologie der subkutanen Implantate zeigten auch Knochenbildung
in der mit rhBMP-2 behandelten Seite verglichen mit dem Placebo.
Insbesondere bildeten die einen höheren CMC-Gehalt enthaltenden
Stäbe (B)
eine robustere ektopische Knochenreaktion verglichen mit den geringere
CMC-Gehalte enthaltenden Stäben
(A). Es wurde eine gute Biokompatibilität in allen Gruppen ohne Entzündungsreaktion
auf die Implantate beobachtet.
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Beispiel 4 – Intraossäre lokale Biodistributions-Studie
am Kaninchen
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Die
Stäbe A–D aus Beispiel
1 wurden perkutan in die intraossären Räume des distalen Kaninchen-Oberschenkelknochens
(n = 4 Stellen pro Gruppe) unter Verwendung eines Katheders Nr.
14 mit einer Nadel Nr. 16 injiziert. Insbesondere wurden 10-mm-Stäbe A–D, die
etwa μCi
125I-rhBMP-2 enthielten, verwendet. Die Menge an Radioaktivität in den
synthetischen Stäben
wurde vor der Injektion unter Verwendung eines Capintec-Dosiskalibrators
gemessen. Die lokale rhBMP-2-Retention wurde über 4 Wochen unter Verwendung von
Gamma-Zintigraphie aufgezeichnet. Die lokalen in-vivo-Biodistributionsdaten
weisen auf eine anhaltende Freisetzung von rhBMP-2 aus den Stäben hin
und darauf, dass Stäbe,
die einen höheren
prozentualen Gehalt an Additiva enthalten, eine schnellere in-vivo-Freisetzung
zeigen als ihre einen geringeren prozentualen Gehalt an Additiva
enthaltenden Gegenspieler, wie in 2 gezeigt.
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Beispiel 5 – Formulierung (Referenzbeispiel)
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Es
wurden härtbare
Pasten, die entweder 1 mg rhBMP-2 pro ml Paste oder 4,5 mg rhBMP-2
pro ml Paste enthielten, durch Zugeben von 2 ml der entsprechend
konzentrierten Lösungen
von rhBMP-2 in wässrigem
Puffer auf Glycinbasis von Beispiel 1 zu 2,5 g α-BSM formuliert. Die Gemische
wurden in sterilen Kolben für
1 Minute geknetet, um härtbare
Pasten zu bilden.
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Beispiel 6 – Javaneraffen – Intraossäre Injektion
der Paste (Referenzbeispiel)
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Die
1 mg pro ml und 4,5 mg pro ml härtbaren
Pasten aus Beispiel 5 wurden aus dem sterilen Kolben unter Verwendung
einer 3-ml-Spritze, die mit einer Nadel Nr. 18 versehen worden war,
extrahiert und dann unter fluoroskopischer Kontrolle in verschiedene
intraossäre
Stellen der Javaneraffen injiziert. Die Stellen schlossen den distalen
Oberschenkelknochen, den proximalen Oberschenkelknochen, die distale
Speiche, die proximale Tibia ein. Nach einem Monat wurde signifikant
neuer Knochen an den lokalen Stellen beobachtet, wo das rhBMP-2
injiziert worden war.
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Während die
Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen und speziellen
Beispielen beschrieben wurde, wird der Fachmann durch routinemäßiges Experimentieren
erkennen, dass verschiedene Veränderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang
der Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte die Erfindung als durch
die vorstehende detaillierte Beschreibung nicht eingeschränkt verstanden
werden, jedoch als durch die anhängenden
Ansprüche
und ihre Äquivalente
definiert.