DE69627320T2

DE69627320T2 - Verfahren zur herstellung von mikropartikeln auf industrieller basis

Info

Publication number: DE69627320T2
Application number: DE69627320T
Authority: DE
Inventors: F. Paul HERBERT; S. Michael HEALY
Original assignee: Alkermes Inc; Alkermes Controlled Therapeutics Inc
Current assignee: Alkermes Inc; Alkermes Controlled Therapeutics Inc
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: PL184484B1; DK0827396T3; HUP9802489A2; JPH11505250A; US6358443B1; US6153129A; DE69627320D1; ATE236618T1; PT827396E; CA2221496A1; BR9608370A; ES2197239T3; MX9708777A; KR100475476B1; US7037450B2; NO975269D0; JP4226649B2; EP0827396A1; HUP9802489A3; WO1996036317A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele Krankheiten und Zustände erfordern einen konstanten Spiegel von Medikamenten oder Mitteln in vivo, um die wirksamsten prophylaktischen, therapeutischen oder diagnostischen Ergebnisse zur Verfügung zu stellen. In der Vergangenheit wurden Medikamente in Dosen in Zeitabständen gegeben, welche zu einem Schwanken der Medikationsspiegel führten.
Versuche zur Steuerung und Medikation in stetigen Abständen, umfassten neuerdings die Verwendung vieler bioabbaubarer Substanzen, wie z. B. das Medikament enthaltende Polymer- und Proteinmikrokugeln. Die Verwendung dieser Mikrokugeln führte zu einer Verbesserung der gesteuerten Freisetzung von Medikamenten durch Nutzung der innewohnenden Bioabbaubarkeit des Polymeren, um die Freisetzung des Medikaments zu verbessern und einen gleichmäßigeren, gesteuerten Spiegel der Medikation bereitzustellen.
Jedoch führen viele dieser Verfahren zu geringen Ausbeuten an Mikrokugeln infolge einer Kombination der Verfahren und der angewandten Vorrichtung. Ferner können manche Verfahren nicht vom experimentellen Niveau auf ein kommerzielles Produktionsniveau maßstabsgerecht vergrößert werden.
WO90/13780 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln, bei dem eine Lösung eines Polymeren und eines biologisch aktiven Mittels unter Bildung von Tröpfchen in ein Gefäß atomisiert wird, das ein Nichtlösungsmittel und ein kaltes verflüssigtes Gas enthält, welches die Tröpfchen gefriert. Das kalte verflüssigte Gas liegt über dem Nichtlösungsmittel, welches selbst gefrieren kann. Im Gebrauch wirkt das Nichtlösungsmittel, das Lösungsmittel aus den gefrorenen Tröpfchen zu extrahieren, wenn die Tröpfchen und das Nichtlösungsmittel erwärmt und aufgetaut werden. In dieser Offenbarung sind die Gefrierzone und die Extraktionszone nicht in unterteilten oder voneinander getrennten Abschnitten oder Gefäßen.
Es besteht ein Bedürfnis für ein Verfahren zum Bilden von Mikrokugeln mit geringeren Verlusten an dem biologisch wirksamen Mittel, hohen Produktausbeuten und einer Durchführbarkeit im kommerziellen Maßstab.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vorliegende Erfindung betriff ein Verfahren zur Bildung von Mikroteilchen eines Materials aus Mikrotröpfchen einer Lösung, bei dem die Lösung das in einem Lösungsmittel gelöste Material umfasst. Das Verfahren umfasst die Stufen des Überführens der Mikrotröpfchen in eine Gefrierzone, wobei die Gefrierzone durch ein verflüssigtes Gas umgeben ist und in der die Mikrotröpfchen gefrieren. Die gefrorenen Mikrotröpfchen werden sodann mit einem flüssigen Nichtlösungsmittel vermischt, wobei das Lösungsmittel in das Nichtlösungsmittel extrahiert wird, wodurch sich die Mikroteilchen bilden.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung von Mikroteilchen eines Materials aus Mikrotröpfchen einer Lösung des Materials und eines Lösungsmittels bereitgestellt, welches folgende Stufen umfasst:

a) Überführen der Mikrotröpfchen in einen Gefrierabschnitt oder -kessel mit einem Gehalt an einem verflüssigten Gas, wobei die Mikrotröpfchen gefrieren; und
b) In-Berührung-Bringen der gefrorenen Mikrotröpfchen in einem Extraktionsabschnitt oder -kessel mit einem flüssigen Nichtlösungsmittel zur Extraktion des Lösungsmittels in das Nichtlösungsmittel, wodurch die Mikroteilchen gebildet werden; wobei der Gefrierabschnitt und der Extraktionsabschnitt durch eine Innenwand getrennt sind, oder der Gefrierkessel und der Extraktionskessel voneinander getrennt sind. Die Temperatur in der Stufe (a) kann niederer als in der Stufe (b) sein. Vorzugsweise wird das verflüssigte Gas in den Gefrierabschnitt oder -kessel gesprüht.

Vorzugsweise werden die Mikrotröpfchen durch Atomisieren der Lösung des Materials in den Gefrierabschnitt oder -kessel) gebildet.
Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile; beispielsweise stellt das Verfahren hohe Ausbeuten und ein kommerzielles Produktionsniveau von Mikroteilchen mit gesteuerter Freigabe zur Verfügung, und es kann in einem geschlossenen System für eine aseptische Verfahrensführung, Steuerung der Größe der Mikroteilchen und Reproduzierbarkeit der Verfahrenssteuerung durchgeführt werden.
Ferner erlaubt das Verfahren eine größere maßgeschneiderte Anpassung der Temperaturprofile während der Durchführung des Verfahrens.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine seitliche Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung, die für die Bildung von Mikroteilchen eines Materials gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Gefrieren von Mikrotröpfchen einer Lösung des Materials in einem Lösungsmittel innerhalb einer durch eine Ringströmung aus verflüssigtem Gas gekühlten Gefrierzone und anschließendes Extrahieren des Lösungsmittels aus den gefrorenen Mikrotröpfchen durch Aussetzen einem flüssigen Nichtlösungsmittel geeignet ist.
2 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform, einer zur Bildung von Mikroteilchen eines Materials gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Vorrichtung, bei der Mikrotröpfchen einer Lösung des Materials in einem Lösungsmittel innerhalb einer durch eine Ringströmung eines verflüssigten Gases gekühlten Gefrierzone gefroren werden, und das Lösungsmittel sodann aus den gefrorenen Mikrotröpfchen durch Aussetzen einem flüssigen Nichtlösungsmittel extrahiert wird.
3 ist eine seitliche Schnittdarstellung nach einer anderen Ausführungsform einer zur Bildung von Mikroteilchen eines Materials nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Vorrichtung, bei der Mikrotröpfchen einer Lösung des Materials in einem Lösungsmittel innerhalb einer durch eine Ringströmung eines verflüssigten Gases gekühlten Gefrierzone gefroren werden, und das Lösungsmittel sodann aus den gefrorenen Mikrotröpfchen durch Aussetzen einem flüssigen Nichtlösungsmittel extrahiert wird.
4 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer für die Bildung von Mikroteilchen eines Materials gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Vorrichtung, bei der Mikrotröpfchen einer Lösung des Materials in einem Lösungsmittel innerhalb einer durch eine Ringströmung gekühlten Gefrierzone eines verflüssigten Gases gefroren werden, und das Lösungsmittel sodann aus den gefrorenen Mikrotröpfchen durch Aussetzen einem flüssigen Nichtlösungsmittel extrahiert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Merkmale und andere Einzelheiten der beim erfindungsgemäßen Verfahren benutzten Vorrichtung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in größeren Einzelheiten beschrieben.
Vorliegende Endung betrifft ein Verfahren zur Bildung von Mikroteilchen eines Materials aus einer Lösung des Materials. Ein Mikroteilchen, wie es im Vorliegenden definiert ist, umfasst ein Teilchen eines Materials mit einem Durchmesser von weniger als etwa 1 mm. Ein Mikroteilchen kann eine kugelförmige, nicht-kugelförmige oder unregelmäßige Gestalt aufweisen. Es wird bevorzugt, dass ein Mikroteilchen eine Mikrokugel ist.
Zur Bildung von Mikroteilchen vorliegender Erfindung geeignete Materialien umfassen z. B. Polymere, Peptide, Polypeptide, Proteine, Arzneimittel und Vorstufen von Arzneimitteln mit kleinen Molekülen.
Ein Mikroteilchen kann auch ein oder mehrere zusätzliche Substanzen enthalten, die in den Mikroteilchen dispergiert sind. Wenn das Material ein Polymer umfasst, enthält die Polymerlösung mindestens ein biologisch wirksames Mittel. Ein biologisch wirksames Mittel ist, wie im Vorliegenden definiert, ein Mittel oder ein Metabolit eines Mittels, das bzw. der therapeutische, prophylaktische oder diagnostische Eigenschaften in vivo in Form dieses Mittels beim Verabreichen oder nach dem Stoffwechsel (z. B. eine Arzneimittelvorstufe wie Hydrocortisonsuccinat) besitzt.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, ist in 1 veranschaulicht. Diese Vorrichtung umfasst einen Kessel 10, typischerweise in zylindrischer Form, mit der Seitenwand 12, der Kesseloberseite 14, dem Kesselboden 16 und der Innenwand 18. Die Seitenwand 12 und der Kesselboden 16 sind üblicherweise unter Anwendung herkömmlicher Isolationsverfahren isoliert, um die Wärmeabgabe aus der äußeren Umgebung in den Kessel 10 zu minimieren, wodurch eine verbesserte Temperatursteuerung innerhalb des Kessels 10 bereitgestellt wird. Herkömmliche Isolierverfahren umfassen z. B. das Aufbringen mindestens einer Schicht des Isoliermaterials 17, um die äußeren Flächen der Seitenwand 12 und den Kesselboden 16 zu bedecken. Ein anderes Isoliermittel umfasst z. B. das Anbringen eines Vakuummantels an der Seitenwand 12 und dem Kesselboden 16 mit Strahlungsabschirmung. Geeignete Isoliermaterialien umfassen herkömmliche Isoliermaterialien, wie z. B. Mineralfaser, Polystyrol-, Polyurethan-, Kautschukschäume, Balsaholz oder Plattenkork.
Bei dieser Ausführungsform ist die Kesseloberseite 14 typischerweise nicht isoliert, wodurch ermöglicht wird, dass Komponenten der Vorrichtung, welche bei oder in Nähe der Kesseloberseite 14 angeordnet sind, durch Wärmeabgabe in den Kessel 10 erwärmt werden. Die Kesseloberseite 14 kann aber auch mit einem geeigneten Isoliermaterial isoliert sein.
Der Kessel 10 wird aus einem Material hergestellt, das den Bedingungen während der Dampfsterilisation der Innenseite des Kessels 10 widerstehen kann und das auch den Temperaturen und Gasdrucken, die im Kessel 10 während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung der Mikroteilchen 11 auftreten, auch widerstehen kann. Geeignete Materialien für den Kessel 10 umfassen z. B. rostfreier Stahl, Polypropylen und Glas. In dieser Ausführungsform ist der Kessel 10 ein einziger einheitlicher Kessel, der in den Gefrierabschnitt 20 und den Extraktionsabschnitt 22 unterteilt ist. Der Gefrierabschnitt 20 ist innerhalb der Seitenwand 12, der Kesseloberseite 14 und der Innenwand 18 angeordnet und wird von diesen im Wesentlichen umschlossen. Der Extraktionsabschnitt 22 ist innerhalb der Seitenwand 12, des Kesselbodens 16 und der Innenwand 18 angeordnet und wird von diesen im Wesentlichen umschlossen.
Bei einer alternativen Ausführungsform umfassen der Gefrierabschnitt 20 und der Extraktionsabschnitt 22 getrennte Kessel, wobei der Gefrierabschnittkessel in der Regel oberhalb des Extraktionsabschnittkessels angeordnet ist, und wobei der Boden des Gefrierabschnittkessels mit der Oberseite oder einer Seite des Extraktionsabschnittkessels verbunden ist.
Der Kessel 10 umfasst auch eine Vorrichtung zur Überführung von Flüssiggas in den Gefrierabschnitt 20 unter Bildung der Flüssiggasströmung 24. Die Flüssiggasströmung 24 besteht aus einem Spray von Flüssiggas und/oder mindestens einem Flüssiggasstrom. Der Flüssiggasstrom 24 beginnt im Gefrierabschnitt 20 bei oder in Nähe der Kesseloberseite 14 und läuft im Allgemeinen in Abwärtsrichtung zur Innenwand 18. Innerhalb des Gefrierabschnitts 20 läuft mindestens ein Teil des Flüssiggasstroms 24 im Wesentlichen parallel zur Seitenwand 12. Der Flüssiggasstrom 24 ist typischerweise bei oder nahe bei der Seitenwand 12 eingerichtet. Es wird bevorzugt, dass die Seitenwand 12 im Allgemeinen durch den Flüssiggasstrom 24 befeuchtet wird. Ferner umgibt der Flüssiggasstrom 24 im Wesentlichen die Gefrierzone 26, welche annähernd um die radiale Mittelpunktslinie des Gefrierabschnitts 20 angeordnet ist. Das Ausmaß, bis zu dem der Flüssiggasstrom 24 in der Kreisströmung um die Gefrierzone 26 aufweist, ist von der Art und Anzahl der benutzten Flüssiggas-Überführungsvorrichtungen abhängig.
Mindestens eine geeignete Flüssiggas-Überführungsvorrichtung ist an der Kesseloberseite 14 oder in Nähe derselben an einer Stelle angeordnet, welche radial vom Mittelpunkt der Kesseloberseite 14 verschoben ist. Die radiale Verschiebung der Vorrichtung für die Flüssiggas-Überführung ist ausreichend, wenn die Flüssiggas-Überführungsvorrichtung die Bildung von Mikrotröpfchen 28, wie z. B. durch Gefrieren eines Teils einer Lösung, aus der Mikrotröpfchen 28 bei der Mikrotröpfchen-Bildungsvorrichtung 30 nicht wesentlich stört, wodurch mindestens ein teilweises Verstopfen der die Mikrotröpfchen bildenden Vorrichtung 30 [vermieden wird]. Eine Flüssiggas-Überführungsvorrichtung kann auch stören, wenn ein wesentlicher Teil von Mikrotröpfchen 28 die Flüssiggas-Überführungsvorrichtung verstopft.
Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform umfassen geeignete Flüssiggas-Überführungsvorrichtungen mindestens zwei Sprühdüsen 32 mit einer Leitungsaustragung oder vorzugsweise einer Gebläseaustragung (wie z. B. eine Flutstrahlatomisierungsvorrichtung Modell 1/8-K-SS-1 der Firma Spray Systems Co., Wheaton, IL, USA), die mit einem Flüssiggasdruck von etwa 1,38 bar (20 psig) betrieben wird, welche in der Lage sind, ein Flüssiggas zu sprühen, um mindestens einen Teil des Flüssiggasstroms 24 zu bilden. Die Sprühdüsen 32 sind im Gefrierabschnitt 20 an der Kesseloberseite 14 angebracht und liegen etwa im gleichen Abstand an Stellen voneinander, die annähernd auf einem Kreis, der um den Mittelpunkt der Kesseloberseite 14 zentriert ist oder um die Mikrotröpfchen bildende Vorrichtung 30 zentriert ist, wenn sie vom Mittelpunkt der Kesseloberseite radial verschoben ist. Die benutzte Anzahl von Sprühdüsen 32 hängt vom Bogen der Düsenaustragung und dem Abstand von der Düse 32 zum Auftreffpunkt des Flüssiggasstroms 24 auf die Seitenwand 12 ab. Mit zwei im gleichen Abstand vom Mittelpunkt der Oberseite des Gefrierabschnitts 20 angebrachten Sprühdüsen hat der Flüssiggas-Kreisstrom 24 typischerwieise zwei etwa um 180° auseinanderliegende Zwischenräume infolge der üblichen Unfähigkeit der Sprühdüse 30, in einem Bogen von mehr als 180° zu sprühen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens drei Sprühdüsen im Gefrierabschnitt 20 angebracht, um eine Flüssiggaströmung 23 zu bilden, welche die Gefrierzone 24 umgibt, typischerweise ohne wesentliche Zwischenräume in dem Kreisstrom.
Typischerweise stellen drei Sprühdüsen 32, welche sich in gleichem Abstand voneinander befinden, einen Flüssiggasstrom 24 von 360° bereit. Bei einer bevorzugteren Ausführungsform sind um den Mittelpunkt des Gefrierabschnitts 20 sechs Sprühdüsen im gleichen Abstand voneinander angeordnet.
Eine Flüssiggas-Überführungsvorrichtung nimmt Flüssiggas von mindestens einem Flüssiggaseinlass 34 auf. Der Flüssiggaseinlass 34 stellt eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Flüssiggasquelle 36 und der Flüssiggas-Überführungsvorrichtung bereit. Es liegt auf der Hand, dass andere geeignete Flüssiggas-Einleitungsvorrichtungen, welche der Überführung von Flüssiggasströmung in die Flüssiggas-Überführungsvorrichtung fähig sind, anstelle des Flüssiggaseiniasses 34 oder in Kombination mit diesem verwendet werden können.
2 veranschaulicht eine andere geeignete Flüssiggas-Überführungsvorrichtung einer zur Durchführung dieser Erfindung brauchbaren Vorrichtung. Die Vorrichtung der 2 hat viele der gleichen Elemente der 1, und gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. In dieser Vorrichtung umfassen geeignete Flüssiggas-Überführungsvorrichtungen das Überlaufwehr 102 und den Flüssiggasraum 104. Das Überlaufwehr 102 ist innerhalb des Gefrierabschnitts 20 zwischen der Seitenwand 12 und der Gefrierzone 26 angeordnet. Das Überlaufwehr 102 erstreckt sich von der Innenwand 18, oder aber von der Seitenwand 12, und nach oben in Richtung der Kesseloberseite 14. Bei einer Ausführungsform berührt der obere Teil des Überlaufwehrs 102 nicht die Kesseloberseite 14 und erlaubt somit eine Flüssiggasströmung über die Oberseite des Überlaufwehrs 102 und weiter in den Gefrierteil 20. Alternativ ist, wobei das Überlaufwehr 102 die Kesseloberseite 14 berührt, das Überlaufwehr 102 porös oder an der Oberseite des Überlaufwehrs 102 geschlitzt (nicht gezeigt, um zu ermöglichen, dass Flüssiggas durch den oberen Abschnitt des Überlaufwehrs 102 und weiter in den Gefrierabschnitt 2 fließt.
Der Flüssiggasraum 104 ist innerhalb des Gefrierabschnitts 20 zwischen dem Überlaufwehr 102 und der Seitenwand 12 angeordnet. Der Flüssiggasraum 102 nimmt Flüssiggas von mindestens einem Flüssiggaseinlass 34 auf. Das Flüssiggas wird sodann über oder durch das Überlaufwehr 102 weiter in Richtung des Mittelpunkts des Gefrierabschnitts 20 überführt.
Um auf die 1 zurückzukommen: Der Kessel 10 umfasst auch die Vorrichtung 30 zur Bildung von Mikrotröpfchen, die im Gefrierabschnitt 20 an der Kesseloberseite 14 angebracht ist, um Mikrotröpfchen 28 aus einer geeigneten Lösung zu bilden. Ein Mikrotröpfchen ist im Vorliegenden als ein Tröpfchen einer Lösung definiert, das nach dem Gefrieren und der nachfolgenden Extraktion des Lösungsmittels der Lösung ein Mikroteilchen bildet. Beispiele für eine geeignete Vorrichtung 30 zur Bildung von Mikrotröpfchen umfassen Atomisiervorrichtungen, Düsen und verschiedene Eichnadeln (gauge needles). Geeignete Atomisiervorrichtungen umfassen z. B. Außenluft- (oder Gas-) Atomisiervorrichtungen (wie z. B. Modell SUE15A, Spray Systems Co., Wheaton, IL, USA) Innenluftatomsierungsvorrichtungen wie (z. B. SU12; Spray Systems Co.), Rotationsatomisierungsvorrichtungen (wie z. B. Scheiben, Schalen, Becher und Räder; Niro, Inc., Columbia, MD, USA) und Ultraschall-Atomisiervorrichtungen (wie z. B. Atomizing Probe 630-0434; Sonics & Materials Inc., Danbury, CT USA). Geeignete Düsen umfassen Druckatomisierungsdüsen (wie z. B. Whirl Jet Spray Drying Nozzles; vom Typ SSTC der Firma Spray Systems Co., Wheaton, IL, USA). Typische Feinheiten der zur Bildung von Mikrotröpfchen 28 benutzten Nadeln umfassen Nadeln mit Feinheiten zwischen etwa 16 und etwa 30.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mikrotröpfchen bildende Vorrichtung 30 eine Luftatomisiervorrichtung, welche Miktroteilchen 11 bilden kann, die einen Bereich der Durchmesser zwischen etwa 1 Mikrometer oder weniger und etwa 300 Mikrometer besitzen. Die mittlere Miktroteilchengröße kann verändert werden, indem man den Druck des atomisierenden Gases einstellt, das einer Luftatomisiervorrichtung zugeführt wird (wie z. B. Stickstoffgas). Ein erhöhter Gasdruck führt zu geringereren mittleren Mikroteilchendurchmessern.
Die Vorrichtung 30 zur Bildung von Mikrotröpfchen wird aus einem Material oder einer Kombination von Materialien hergestellt, weiche einer Dampfsterilisierung und auch den kalten Temperaturen, welche im Gefrierabschnitt 20 angetroffen werden, widerstehen können.
Die Vorrichtung 30 zur Bildung von Mikrotröpfchen nimmt die Lösung aus mindestens einem Lösungseinlass 38 auf. Der Lösungseinlass 38 stellt eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Lösungsquelle 40 und dem Gefrierabschnitt 20 bereit. Es liegt auf der Hand, dass andere geeignete Vorrichtungen zur Lösungseinführung, wie z. B. eine Lanze oder eine andere Vorrichtung, die des Einspritzens einer Lösung in eine kalte Umgebung fähig ist, anstelle eines Lösungseinlasses 38 oder in Kombination mit einem solchen, verwendet werden können.
Der Kessel 10 umfasst auch mindestens eine Dreiphasenöffnung 42, welche an der Innenwand 18 angebracht ist und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Gefrierabschnitt 20 und dem Extraktionsabschnitt 22 bereitstellt. Die Dreiphasenöffnung 42 ist so bemessen, dass sie den Fluss einer Kombination von gefrorenen Mikrotröpfchen 44, Flüssiggas und verflüchtigtem Gas aus dem Gefrierabschnitt 20 in den Extraktionsabschnitt 22 ermöglicht.
Der Extraktionsabschnitt 22 umfasst eine Vorrichtung zum Trennen eines Flüssiggases von den gefrorenen Mikrotröpfchen 44. Bei einer Ausführungsform umfasst eine geeignete Trennvorrichtung eine Vorrichtung zum Erwärmen des Extraktionsabschnitts 22, der sodann das Flüssiggas verflüchtigt und somit es von den gefrorenen Mikrotröpfchen 44, die üblicherweise innerhalb des unteren Teils des Extraktionsabschnitts 22 enthalten sind, trennt. Diese Erwärmungsvorrichtung kann auch zum Erwärmen des gefrorenen Lösungsmittels innerhalb der gefrorenen Mikrotröpfchen 44 verwendet werden. Geeignete Vorrichtungen zum Erwärmen können einen Wärmeaustritt aus der Außenumgebung durch die Seitenwand 12 und den Kesselboden 16 umfassen. Gegebenenfalls können die Erwärmungsvorrichtung eine elektrische Vorrichtung, wie z. B. Heizschlangen, oder Wärmeaustauscher-Umlaufrohre 46 umfassen, durch die eine Flüssigkeit zur Temperatursteuerung innerhalb des Extraktionsabschnitts 22 im Umlauf geführt werden kann, um zuerst das Flüssiggas zu verflüchtigen und sodann das Lösungsmittel in den gefrorenen Mikrotröpfchen 44 erwärmt, um die Lösungsmittel-Extraktionsrate zu steuern.
Eine alternative Trennvorrichtung umfasst einen Bodenhahn 48 mit Filter, der sich vom unteren Teil des Extraktionsabschnitts 22 erstreckt. Der Bodenhahn 48 mit Filter 50 mit einer Porengröße von weniger als dem Durchmesser der Mikroteilchen 11, typischerweise ≤ 1 Mikrometer, ist zur Entfernung von Flüssigkeiten, wie Flüssiggas, aus dem Extraktionsabschnitt 22 geeignet, während gefrorene Mikrotröpfchen 44 und möglicherweise Mikroteilchen 11 innerhalb des Extraktionsabschnitts 22 zurückgehalten werden.
Der Gasauslass 52, der im Extraktionsabschnitt 22 an der Innenwand 18 angebracht ist, ist zur Überführung von Gas, das durch verflüchtigendes Flüssiggas gebildet wird, aus dem Kessel 10 heraus geeignet. Der Gasauslass 52 kann gegebenenfalls eine Vorrichtung zur Druckverminderung innerhalb des Kessels 10 umfassen, beispielsweise ein Vakuumgebläse (wie z. B. ein Niedertemperaturgebläse CP-21 der Fa. Barber Nichols, Arvada, CO, USA) oder eine Vakuumpumpe (wie z. B. die Vakuumpumpe E2M18 der Firma Edwards High Vacuum International, Crawley, West Sussex, England), die zum Antrieb von Gasen geeignet ist. Ferner umfasst der Gasauslass 52 typischerweise einen Filter 53 (z. B. einen sterilen Filter mit 0,2 Mikrometer) in der Gasströmungsbahn, um ein aseptisches Verfahren und zu gewährleisten, dass gebildete Mikroteilchen 11 die Sterilitätserfordernisse erfüllen.
Der Kessel 10 kann gegebenenfalls Gasauslässe 52, welche im Extraktionsabschnitt 22 und/oder dem Gefrierabschnitt 20 angeordnet sind (nicht gezeigt) umfassen. Es wird bevorzugt, dass keine Gasauslässe in dem Gefrierabschnitt 20 angeordnet werden, da aus dem Gefrierabschnitt 20 austretendes Gas zu Gasumlaufströmen führen kann, die die Ausbeute an hergestellten Mikroteilchen 11 verringern können.
Ferner kann der Kessel 10 gegebenenfalls mindestens eine (nicht gezeigte) Überdruck-Schutzvorrichtung umfassen, um die Unversehrtheit des Materials des Kessels 10 vor einem, durch die Verflüchtigung des verflüssigten Gases bewirkten Überdruck zu schützen. Typische Überdruck-Schutzvorrichtungen umfassen z. B. Berstscheiben oder Überdruckventile.
Der Extraktionsabschnitt 22 umfasst auch mindestens ein Nichtlösungsmitteleinlass 54, der an der Innenwand 18 und/oder in der Seitenwand 12 angebracht ist. Der Extraktionsabschnitt 22 nimmt ein flüssiges Nichtlösungsmittel aus dem Einlass 54 für das Nichtlösungsmittel in einem Strom oder Spray auf. Vorzugsweise bildet das Nichtlösungsmittel im Extraktionsabschnitt 22 ein Extraktionsbad 56, welches in mindestens dem unteren Teil des Extraktionsabschnitts 22 angeordnet ist. Der Einlass für das Nichtlösungsmittel 54 stellt eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Quelle 58 für das kalte Nichtlösungsmittel und dem Extraktionsbad 56 bereit. Es liegt auf der Hand, dass andere geeignete Vorrichtungen zur Einführung einer Flüssigkeit in einen Kessel unter Kältebedingungen, wie z. B. eine Lanze oder eine andere Vorrichtung, die der Einführung einer Flüssigkeit unter Kältebedingungen fähig ist, anstelle dessen benutzt werden kann, oder in Kombination mit dem Einlass 54 für das Nichtlösungsmittel.
Eine geeignete Mischvorrichtung 60 zum Vermischen gefrorener Mikrotröpfchen 44 mit dem Nichtlösungsmittel ist im Extraktionsbad 56 angebracht. Die Mischvorrichtung 60 wird bereitgestellt, um das Potenzial für die Bildung von Extraktionsgradienten innerhalb des Extraktionsbades 56 zu verringern, wie sie auftreten können, wenn gefrorene Mikrotröpfchen 44 am Boden des Extraktionsabschnitts 22 sich zusammenballen. Beispiele für geeignete Mischvorrichtungen 60 umfassen Mischvorrichtungen mit geringer Scherkraft, wie z. B. eine Turbine (beispielsweise des Typs Lightning Sealmaster P6X05E mit einem bei etwa 0-175 UpM betriebenen Rührflügel A310), ein Schiffsflügelrad, ein Paddelmixer oder eine Außenumlaufschleife mit einer Pumpe geringer Scherkraft.
Der Kessel 10 umfasst ferner ein Bodenauslaufventil 62, welches sich vom unteren Teil des Extraktionsabschnitts 22 erstreckt. Das Bodenauslaufventil 62 ist zur Entfernung von Mikroteilchen 11 und Flüssigkeiten wie das Nichtlösungsmittel aus dem Kessel 10 geeignet. Alternativ können zur Entfernung von Mikroteilchen 11 und Flüssigkeiten aus dem Kessel 10 Tauchrohre (nicht gezeigt) verwendet werden.
Falls für Arzneimittellieferung erforderlich, werden einschlägige Innenteile der Vorrichtung zwischen jeder Verwendung gereinigt und sterilisiert, um die Sterilität des Endprodukts zu gewährleisten.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Mikroteilchen eines Materials aus einer Lösung des Materials in einem geeigneten Lösungsmittel gebildet. Zur Verwendung bei diesem Verfahren geeignete Materialien können beliebige lösliche Materialien umfassen, vorausgesetzt, dass ein Nichtlösungsmittel zur Verfügung steht, das einen Schmelzpunkt besitzt, der niederer als derjenige des Lösungsmittels ist und der eine ausreichende Mischbarkeit mit dem Lösungsmittel zur Extraktion des Feststoffs und/oder des aufgetauten flüssigen Lösungsmittels aus einem gefrorenen Mikroteilchen zu extrahieren. Vorzugsweise umfassen bei vorliegendem Verfahren benutzte Materialien Peptide, Polypeptide, Proteine, Polymere, Arzneimittel mit kleinem Molekül und Arzneimittel-Vorstufen.
Zur Bildung eines Mikroteilchens kann eine beliebige Art eines geeigneten Polymeren benutzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das bei diesem Verfahren verwendete Polymer bioverträglich. Ein Polymer ist bioverträglich, wenn das Polymer und seine Abbauprodukte, wie z. B. Stoffwechselprodukte, für Menschen oder Tiere nicht toxisch sind, denen das Polymer verabreicht wird, und auch keine signifikanten nachteiligen oder ungünstigen Wirkungen auf den Körper des Patienten bieten, wie z. B. eine immunologische Reaktion an einer Injektionsstelle. Bioverträgliche Polymere können bioabbaubare Polymere, nicht-bioabbaubare Polymere, ein Blend derselben oder Copolymere derselben sein.
Geeignete bioverträgliche, nicht-bioverträgliche Polymere umfassen z. B. Polyacrylate, Polymere von Ethylenvinylacetaten und anderen azylsubstituierten Celluloseacetate, nicht-abbaubare Polyurethane, Polystyrole, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Poly(vinylimidazol), Chlorsulfonat-Polyolefine, Polyethylenoxid, Gemische und Copolymere deselben.
Geeignete bioverrägliche, bioabbaubare Polymere umfassen z. B. Poly(lactid)e, Poly(glycolid)e, Poly(lactid-co-glycolid)e, Poly(milchsäure)n, Poly(glycolsäure)n, Polycarbonate, Polyesteramide, Polyanhydride, Poly(aminosäure)n, Polyorthoester, Polyacetale, Polycyanacrylate, Polyetherester, Polycaprolacton, Poly(dioxanon)e, Poly(alkylenalkylat)e, Polyurethane sowie Blends und Copolymere derselben. Polymere umfassend Poly(lactid)e, Copolymere von Lactiden und Glycoliden, deren Blends oder Gemische werden mehr bevorzugt. Diese Polymeren können aus Monomeren eines einzigen Isomerentyps oder ein Gemisch von Isomeren sein.
Ein bei vorliegendem Verfahren benutztes Polymer kann blockiert, unblockiert oder ein Gemisch von blockierten und unblockierten Polymeren sein. Ein unblockiertes Polymer ist, wie klassisch definiert, und hat im Speziellen freie Carboxylendgruppen. Ein blockiertes Polymer ist auch, wie klassisch definiert, insbesondere mit blockierten Carboxylendgruppen. In der Regel leitet sich die blockierende Gruppe von dem Initiator der Polymerisation ab und ist typischerweise ein Alkylrest.
Brauchbare Molekulargewichte für die bei vorliegender Erfindung verwendeten Polymeren können vom Durchschnittsfachmann bestimmt werden, unter Berücksichtigung von Faktoren wie der Verwendung der Mikroteilchen, der erwünschten Polymerabbaurate, physikalischen Eigenschaften wie mechanischen Festigkeit, und Auflösungsrate des Polymeren im Lösungsmittel. Typischerweise liegt ein annehmbarer Bereich der Molekulargewichte für polymere Mikroteilchen mit therapeutischen Anwendungen zwischen etwa 2.000 Daltons bis etwa 2.000.000 Daltons.
Ein bevorzugtereres Polymer ist ein Poly(lactid-co-glycolid) mit einem Verhältnis von Lactid zu Glycolid von etwa 1 : 1 und einem Molekulargewicht von etwa 5.000 Daltons bis etwa 70.000 Daltons. Vorzugsweise hat das bei vorliegender Erfindung verwendete Poly(lactid-co-glycolid) ein Molekulargewicht von etwa 5.000 Daltons bis etwa 42.000 Daltons.
Typischerweise enthält eine geeignete Polymerlösung zwischen 1% (Gewicht/Gewicht) und 30% (Gewicht/Gewicht) eines geeigneten bioverträglichen Polymeren, wobei das bioverträgliche Polymer typischerweise in einem geeigneten Polymerlösungsmittel gelöst ist. Vorzugsweise enthält eine Polymerlösung 5% (Gewicht/Gewicht) bis 20% (Gewicht/Gewicht) Polymer.
Mikroteilchen können entweder durch ein kontinuierliches Gefrier- und Extraktionsverfahren oder durch ein absatzweise durchgeführtes Verfahren gebildet werden, wobei in einer ersten Stufe ein Ansatz aus gefrorenen Mikrotröpfchen in einer ersten Stufe gebildet wird, und sodann in einer getrennten zweiten Stufe die gefrorenen Mikrotröpfchen im Ansatz unter Bildung von Mikroteilchen extrahiert werden.
Bei diesem Verfahren umfasst die Gefrierzone 26 den Teil des Gefrierabschnitts 20, der im Wesentlichen von dem Flüssiggasstrom 24 umgeben wird. Die Gefrierzone 26 ist innerhalb des Gefrierabschnitts 20 des Kessels 10 durch Überführen eines Stroms 24 eines geeigneten verflüssigten Gases aus mindestens zwei Sprühdüsen 32 in einer im Wesentlichen in Abwärtsrichtung auf die Seitenwand 12 gebildet. Typischerweise wird das aus den Sprühdüsen 32 ausgetragene verflüssigte Gas so abgewinkelt, dass es auf die Seitenwand 12 unter Bildung einer Flüssiggasströmung 24 entlang der Innenfläche der Seitenwand 12 auftrifft und somit die Seitenwand 12 befeuchtet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Flüssiggas von jeder der 6 Sprühdüsen 32 gegen die Seitenwand 12 in einem Winkel zur Seitenwand 12 von weniger als etwa 30° gerichtet, um das Spritzen oder die Ablenkung des Flüssiggases von der Seitenwand 12 weg zu verringern.
Alternativ wird der Flüssiggasstrom 24 im Wesentlichen parallel zur Innenfläche der Seitenwand 12, jedoch von dieser verschoben, ausgerichtet, um wirksam eine unabhängige Wand von Flüssiggas zu bilden, die sich von den Sprühdüsen 32 zur Innenwand 18 erstreckt. Das Flüssiggas wird den Sprühdüsen 32 aus der Flüssiggasquelle 36 durch den Flüssiggaseinlass 34 zur Verfügung gestellt.
Verflüssigte Gase, die zur Verwendung bei diesem Verfahren geeignet sind, umfassen flüssiges Argon (–185,6°C), flüssiger Stickstoff (–195,8°C), flüssiges Helium oder ein beliebiges anderes Flüssiggas mit einer Temperatur, die ausreichend nieder ist, um die Mikrotröpfchen 28 einer Lösung zu gefrieren, während die Mikrotröpfchen 28 in der Gefrierzone 26 oder einem Flüssiggasstrom 24 enthalten sind. Flüssiger Stickstoff wird bevorzugt.
Wie in 2 veranschaulicht, wird die Gefrierzone 24 innerhalb des Gefrierabschnitts 20 gebildet, indem man Flüssiggas von der Flüssiggasquelle 36 durch den Flüssiggaseinlass 34 in den Flüssiggasraum 104 überführt, wobei das Flüssiggas dann über das Überlaufwehr 102 oder durch die (nicht gezeigten) Schlitze in dem Überlaufwehr 102 unter Bildung einer Flüssiggasströmung 24 strömt. Die Flüssiggasströmung 24 fließt sodann im Wesentlichen längs der Innenfläche des Wehrs 102 abwärts.
Um auf 1 zurückzukommen: Die Mikrotröpfchen 28 einer Lösung, vorzugsweise einer Lösung eines Polymeren, werden sodann durch die Gefrierzone 26 im Wesentlichen in Abwärtsrichtung geführt, wobei die Mikrotröpfchen 28 unter Bildung gefrorener Mikrotröpfchen 44 gefrieren. Ein Teil der Mikrotröpfchen 28 kann durch Berührung von Flüssiggas im Flüssiggasstrom 24 gefrieren. Die Mikrotröpfchen 28 wurden zuvor durch Führen der Lösung aus der Lösungsquelle 40 durch den Lösungseinlass 38 in eine geeignete, Mikrotröpfchen bildende Vorrichtung 30 gebildet. Typischerweise verflüchtigt sich innerhalb des Gefrierabschnitts 20 mindestens ein Teil des Flüssiggases infolge der Erwärmung beim Austritt und/oder des Wärmeübergangs von den Mikrotröpfchen 28 zum Flüssiggas. Eine Dreiphasen-Strömung aus verflüchtigtem Gas, Flüssiggas und gefrorenen Mikrotröpfchen 44 fließt sodann vom Boden des Gefrierabschnitts 20 und in den Extraktionsabschnitt 22 durch die Dreiphasen-Öffnung 42.
Zumindest ein Teil von gefrorenen Mikrotröpfchen 44 wird im Flüssiggasstrom 24 mitgeschleppt, der sodann gefrorene Mikrotröpfchen 44 in den Extraktionsabschnitt 22 trägt. Das Mitschleppen von gefrorenen Mikrotröpfchen 44 im Flüssiggasstrom 24 kann die Endausbeute aus erfindungsgemäß hergestellten Mikroteilchen 11 durch Transport gefrorener Mikrotröpfchen 44 in den Extraktionsabschnitt 22 verbessern, welche sonst innerhalb des Gefrierabschnitts 20 verbleiben könnten, beispielsweise durch Haften an der Seitenwand 12 und/oder der Innenwand 18, und/oder durch Verringerung des Verlusts an in der Luft vorhandenen gefrorenen Mikrotröpfchen 44 aus dem Kessel 10 durch den Gasauslass 52.
Das Flüssiggas wird sodann von gefrorenen Mikrotröpfchen 24 durch eine geeignete Trennvorrichtung abgetrennt, wobei im unteren Teil des Extraktionsabschnitts 22 verteilte gefrorene Mikrotröpfchen 44 übrig bleiben.
In einem Verfahren wird das Flüssiggas auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der gefrorenen Mikrotröpfchen 44, jedoch auf den Siedepunkt des Flüssiggases oder eine Temperatur über demselben erwärmt, wodurch das Flüssiggas verdampft und von den gefrorenen Mikrotröpfchen 44 getrennt wird.
Das Flüssiggas kann aber auch abgetrennt werden, indem man durch den Gasauslass 52 ein partielles Vakuum an den Extraktionsabschnitt 22 anlegt und das Flüssiggas auf eine Temperatur unterhalb seines Siedepunkts erwärmt, die jedoch hoch genug ist, um den Dampfdruck des Flüssiggases zu erhöhen, wodurch das Flüssiggas verdampft.
Nach dem Erwärmen wird das Flüssiggas verflüchtigt, wodurch das Flüssiggas von gefrorenen Mikrotröpfchen 44 getrennt wird. Das Flüssiggas kann durch Wärmezufuhr aus der äußeren Umgebung durch die Seitenwand 12 und den Kesselboden 16 erwärmt werden (heat in-leakage). Vorzugsweise wird der Abschnitt 22 durch eine elektrische Wärmequelle oder durch Umlauf eines wärmeren Fluids, wie z. B. Stickstoffgas oder eines Gemischs von Stickstoffgas und flüssigem Stickstoff, durch die Wärmeaustauscherrohre 46 erwärmt. Ferner kann ein Fluid durch die Wärmeaustauscherrohre 46 zur Temperatursteuerung innerhalb des Extraktionsabschnitts 22 im Kreislauf geführt werden, um zuerst das Flüssiggas auf regulierte Art und Weise zu verflüchtigen und sodann langsam das Lösungsmittel in den gefrorenen Mikrotröpfchen 44 zu erwärmen, um eine Lösungsmittelextraktion in das flüssige Nichtlösungsmittel zu erlauben.
Alternativ wird das Flüssiggas von den gefrorenen Mikrotröpfchen 44 getrennt, indem man das Flüssiggas durch den Filter 50 und sodann aus dem Extraktionsabschnitt 22 heraus durch das Bodenauslaufventil 48 mit Filter führt. Die Führung des Flüssiggases durch den Filter 50 entfernt das Flüssiggas aus dem Extraktionsabschnitt 22, während gefrorene Mikrotröpfchen 44 innerhalb des Bodenteils des Extraktionsabschnitts 22 zurückgehalten werden. Wenn das Flüssiggas durch Erwärmen abgetrennt wird, um das Flüssiggas zu verflüchtigen, wird dann das erhaltene verflüchtigte Gas aus dem Extraktionsabschnitt 22 durch mindestens einen Gasauslass 52 geführt. Der Druck innerhalb des Kessels 10 ist in erster Linie von der Menge Flüssiggas abhängig, welche innerhalb des Extraktionsabschnitts 22 verflüchtigt wird, und von der Austragungsrate von Gas durch den Gasauslass 52. Der Kessel 10 kann bei einem Druck betrieben werden, der oberhalb oder unterhalb Atmosphärendruck liegt oder diesem gleich ist. Die obere Druckgrenze zur Durchführung dieses Verfahrens hängt von der Druckbewertung des Kessels 10 ab.
Es wird bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren während Bildung gefrorener Mikrotröpfchen 44 unter einem partiellen Vakuum durchgeführt wird. Das Erreichen eines partiellen Vakuums innerhalb des Extraktionsabschnitts 22, und somit durch den Kessel 10 hindurch, wird durch Mittel erreicht, welche dem Fachmann bekannt sind, wie z. B. unter Verwendung einer Pumpe oder eines Gebläses, um durch den Gasauslass 52 am Extraktionsabschnitt 22 eine Saugwirkung zu erhalten.
Nach Abtrennung der gefrorenen Mikrotröpfchen 44 vom Flüssiggas werden die gefrorenen Mikrotröpfchen sodann mit einem geeigneten kalten, flüssigen Nichtlösungsmittel in Berührung gebracht, das bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der gefrorenen Mikrotröpfchen 44 ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Nichtlösungsmittel unterhalb des Schmelzpunkts der gefrorenen Mikrotröpfchen 44 gehalten, und das Lösungsmittel wird aus dem festen Zustand in das flüssige Nichtlösungsmittel unter Bildung poröser Mikroteilchen 11 innerhalb eines Zeitraums von etwa 1 bis etwa 24 Stunden extrahiert. Die Extraktion des Lösungsmittels im festen Zustand verlangsamt das Extraktionsverfahren, wobei jedoch eine größere Regulierung der Extraktion und der Bildung von Mikroteilchen 11 bereitgestellt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform wird das Nichtlösungsmittel auf eine Temperatur bei dem Schmelzpunkt oder oberhalb des Schmelzpunkts der gefrorenen Mikrotröpfchen 44 erwärmt. Das Lösungsmittel in den gefrorenen Mikrotröpfchen 44 taut hierbei und wird danach in das Nichtlösungsmittel extrahiert. Das Lösungsmittel wird hierbei als Feststoff und/oder eine Flüssigkeit extrahiert, je nach den verschiedenen Faktoren, wie nach dem Volumen des Lösungsmittels in den gefrorenen Mikrotröpfchen 44, dem Volumen des Nichtlösungsmittels, dem die gefrorenen Mikrotröpfchen 44 ausgesetzt werden, und der Erwärmungsgeschwindigkeit der gefrorenen Mikrotröpfchen 44. In Abhängigkeit von der Erwärmungsgeschwindigkeit können die hergestellten Mikroteilchen auch porös sein; niederere Erwärmungsraten führen zu wesentlich geringer porösen Mikroteilchen 11 infolge einer partiellen Teilchenkondensation im Anschluss an eine schnelle Lösungsmittelextraktion.
Das Nichtlösungsmittel kann in Form eines Sprays oder eines Stroms und/oder eines Extraktionsbades 56 vorliegen. Vorzugsweise werden gefrorene Mikrotröpfchen 44 in das Nichtlösungsmittel eines Extraktionsbades 56 eingetaucht.
Geeignete Nichtlösungsmittel werden als Nichtlösungsmittel für das Material in Lösung definiert, welche ausreichend mit dem Lösungsmittel der Lösung mischbar sind, um das Lösungsmittel aus den gefrorenen Mikrotröpfchen 44, wenn sich das Lösungsmittel erwärmt, zu extrahieren, wobei sich die Mikroteilchen 11 bilden. Ferner hat das Nichtlösungsmittel einen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunkts der gefrorenen Mikrotröpfchen 44.
In einem anderen Weg der Durchführung der Erfindung werden zweite Nichtlösungsmittel, wie z. B. Hexan, zum ersten Nichtlösungsmittel, wie z. B.
Ethanol, zugegeben, um die Rate der Lösungsmittelextraktion aus bestimmten Polymeren, wie z. B. Poly(lactid-co-glycolid) zu erhöhen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Teil der gefrorenen Mikrotröpfchen 44 mit dem Nichtlösungsmittel mitgeschleppt, was die Endausbeute der erfindungsgemäß hergestellten Mikroteilchen 11 durch Transport gefrorener Mikrotröpfchen 44 in das Extraktionsbad 56 verbessern kann. Die gefrorenen Mikrotröpfchen können sonst im Verfahren verloren gehen infolge Anhaftens an der Seitenwand und/oder infolge Verlusts von in der Luft vorhandenen gefrorenen Mikrotröpfchen 44 aus dem Kessel 10 durch den Gasauslass 52.
Gefrorene Mikrotröpfchen 44 können durch eine Mischvorrichtung 60 innerhalb des Extraktionsbades 56 gerührt werden, um den Konzentrationsgradienten des Lösungsmittels innerhalb des Nichtlösungsmittels, das jedes gefrorene Mikrotröpfchen 44 oder Mikroteilchen 11 umgibt, zu verringern, wobei die Wirksamkeit des Extraktionsverfahrens verbessert wird.
Bei Durchführung der Erfindung kann das Extraktionsverfahren die aufeinander folgende Zugabe getrennter gleicher Anteile Nichtlösungsmittel zum Extraktionsabschnitt 22 und das Abziehen getrennter gleicher Anteile Nichtlösungsmittel aus dem Extraktionsabschnitt 22 umfassen, um in jeden getrennten gleichen Anteil Lösungsmittel zu extrahieren. Die Extraktion wird hierbei stufenweise durchgeführt. Die Auftaurate hängt von der Wahl der Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel und der Temperatur des Nichtlösungsmittels im Extraktionsabschnitt 22 ab. Tabelle 1 stellt beispielhafte Polymer/Lösungsmittel/Nichtlösungsmittel-Systeme zur Verfügung, welche bei diesem Verfahren benutzt werden können, zusammen, mit ihren Schmelzpunkten.
Tabelle 1
Für Proteine wird bevorzugt, dass gefrorene Mikrotröpfchen 44 langsam aufgetaut werden, während das Polymerlösungsmittel extrahiert wird, um ein Mikroteilchen herzustellen.
Ein weiter Größenbereich der Mikrokugeln kann durch Veränderung der Tropfengröße hergestellt werden, beispielsweise durch Veränderung des Düsendurchmessers oder der Luftströmung in eine Luftzerstäubungsvorrichtung. Wenn sehr große Durchmesser von Mikroteilchen 11 erwünscht sind, können sie durch eine Spritze direkt in die Gefrierzone 24 extrudiert werden. Eine Erhöhung der innewohnenden Viskosität der Polymerlösung kann auch zu einer Erhöhung der Mikroteilchengröße führen. Die Größe der Mikroteilchen 11, welche nach diesem Verfahren hergestellt werden, kann im Bereich von mehr als etwa 1.000 abwärts bis etwa 1 Mikrometer oder weniger im Durchmesser liegen. Üblicherweise hat ein Mikroteilchen eine Größe, die zum Einspritzen in einen Menschen oder ein anderes Lebewesen geeignet ist. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser eines Mikroteilchens 11 weniger als etwa 180 Mikrometer.
Nach der Extraktion werden die Mikroteilchen 11 abfiltriert und getrocknet, um Nichtlösungsmittel zu entfernen, und zwar mit den dem Fachmann bekannten Vorrichtungen. Bei polymeren Mikroteilchen wird das Mikroteilchen vorzugsweise nicht über seine Glasübergangstemperatur erwärmt, um das Anhaften zwischen Mikroteilchen zu minimieren, wenn nicht Additive, wie z. B. Mannit, anwesend sind, um die Haftung zwischen den Mikroteilchen zu verringern.
Gemäß der Erfindung kann eine Lösung eines Materials auch eine oder mehrere zusätzliche Substanzen enthalten, welche in der Lösung dispergiert sind. Diese zusätzliche Substanz wird dispergiert, indem sie in der Lösung mitgelöst, als feste Teilchen, wie z. B. als gefriergetrocknete Teilchen, in der Lösung suspendiert oder in einem zweiten Lösungsmittel gelöst wird, das mit der Lösung nicht mischbar ist und sie wird mit der Lösung unter Bildung einer Emulsion vermischt. Feststoffteilchen, suspendiert in der Lösung, können große Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 300 Mikrometer oder aber mikronisierte Teilchen mit einem kleinen Durchmesser von etwa 1 Mikrometer sein. Typischerweise sollte die zusätzliche Substanz in dem Nichtlösungsmittel nicht löslich sein.
Wenn das Material ein Polymer umfasst, enthält die Polymerlösung mindestens ein biologisch wirksames Mittel. Beispiele für geeignete therapeutische und/oder prophylaktische biologisch wirksame Mittel umfassen Proteine, wie z. B. Immunoglobulin-ähnliche Proteine; Antikörper; Cytokine (wie z. Lymphokine, Monokine und Chemokine); Interleukine; Interferone; Erythopoietin; Hormone (wie z. B. Wachstumshormon und Adrenocorticotrope Hormone); Wachstumsfaktoren; Nukleasen; einen Tumornekrose Faktor; Colonie-stimulierende Faktoren (colony-stimulating factors); Insulin; Enzyme; Antigene (wie z. B. bakterielle und virale Antigene); und Tumorunterdrückungsgene. Andere Beispiele für geeignete therapeutische und/oder prophylaktische, biologisch wirksame Mittel umfassen Nukleinsäuren, wie z. B. Antisensmoleküle; und kleine Moleküle, wie z. B. Antibiotika, Steroide; Decongestionsmittel, neuroaktive Mittel, Anästhetika, Sedativa; kardiovaskuläre Mittel, Antitumor-Mittel, Antitumor-Plastika, Antihistamine, Hormone (wie z. B. Thyroxin) und Vitamine.
Beispiele für geeignete diagnostische und/oder therapeutische biologisch wirksame Mittel umfassen radioaktive Isotope und radio-opaque Mittel.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Mikrokugeln können entweder homogene oder heterogene Gemische des Polymeren und des Wirkstoffs sein. Homogene Gemische werden hergestellt, wenn der Wirkstoff und das Polymer beide im Lösungsmittel löslich sind, wie im Fall bestimmter hydrophober Arzneimittel wie Steroide. Heterogene Zweiphasensysteme mit diskreten Zonen des Polymeren und Wirkstoff werden hergestellt, wenn der Wirkstoff im Polymeren/Lösungsmittel unlöslich ist und als eine Suspension oder Emulsion in die Polymer/Lösungsmittel-Lösung eingeführt wird, wie bei hydrophilen Materialien wie Proteinen in Methylenchlorid.
Die Menge des biologisch wirksamen Mittels, welche in einem speziellen Ansatz von Mikroteilchen enthalten ist, ist eine therapeutisch, prophylaktisch oder diagnostisch wirksame Menge, welche durch den Fachmann bestimmt werden kann, unter Berücksichtigung von Faktoren wie Körpergewicht, zu behandelnder Zustand, Art des benutzten Polymeren und Freigaberate aus den Mikroteilchen.
Bei einer Ausführungsform enthält ein polymeres Mikroteilchen mit besteuerter Abgabe etwa 0,01% (Gewicht/Gewicht) bis etwa 50% (Gewicht/Gewicht) biologisch Wirksames Mittel. Die benutzte Menge des Mittels schwankt je nach der gewünschten Wirkung des Mittels, den geplanten Spiegeln der Freisetzung und der Zeitspanne, über die das Mittel freigesetzt wird. Ein Vorzugsbereich der Beladung für biologisch wirksame Mittel liegt zwischen etwa 0,1 (Gewicht/Gewicht) bis etwa 30% (Gewicht/Gewicht).
Gewünschtenfalls können in die Mikroteilchen mit den biologisch wirksamen Mitteln andere Materialien eingearbeitet werden. Beispiele für diese Materialien sind Salze, Metalle, Zucker, oberflächenaktive Mittel. Additive wie oberflächenaktive Mittel können auch zum Nichtlösungsmittel während der Extraktion des Lösungsmittels zur Verringerung der Möglichkeit einer Aggregation der Mikroteilchen zugegeben werden.
Das biologisch wirksame Mittel kann auch mit anderen Exzipienzien, wie z. B. Stabilisatoren, Löslichkeitsmitteln und voluminösen Mitteln vermischt werden. Stabilisatoren werden zugegeben, um die Wirksamkeit des Mittels über die Dauer der Freigabe des Mittels aufrechtzuerhalten. Geeignete Stabilisatoren umfassen z. B. Kohlehydrate, Aminosäuren, Fettsäuren und oberflächenaktive Mittel und sind dem Fachmann bekannt. Der Menge des benutzten Stabilisators liegt das Verhältnis zum Mittel auf Basis des Gewichts zugrunde. Für Aminosäuren, Fettsäuren und Kohlehydrate, wie z. B. Saccharose, Lactose, Mannit, Dextran und Heparin beträgt das Molverhältnis von Kohlehydrat zum Mittel typischerweise 1 : 10 bis 20 : 1. Für oberflächenaktive Mittel, wie z. B. das Tensid Tween^® und Pluronic^® liegt das Molverhältnis von oberflächenaktivem Mittel zum Mittel typischerweise von 1 : 1.000 und 1 : 20.
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein biologisch wirksames Mittel mit einer Metallkation-Komponente gefriergetrocknet werden, um das Mittel zu stabilisieren und die Freisetzungsrate des biologisch wirksamen Mittels aus einem Mikroteilchen zu steuern.
Löslichkeitsmittel werden zugegeben, um die Löslichkeit des Mittels zu modifzieren. Geeignete Löslichkeitsmittel umfassen Komplexbildungsmittel, wie Albumin und Protamin, welche verwendet werden können, um die Freisetzungsrate des Mittels aus einer polymeren Matrix oder Proteinmatrix zu steuern. Das Gewichtsverhältnis des Löslichkeitsmittels zum biologisch wirksamen Mittel liegt in der Regel zwischen etwa 1 : 99 und etwa 20 : 1.
Voluminöse Mittel (bulking agents) umfassen typischerweise inerte Materialien. Geeignete voluminöse Mittel sind dem Fachmann bekannt.
Ferner kann eine polymere Matrix eine dispergierte Metallkation-Komponente enthalten, um die Freisetzung eines biologisch wirksamen Mittels aus der Polymermatrix zu regulieren; diese Komponente ist in der zusammenhängenden Internationalen Anmeldung Serial No. PCTIUS95/05511, eingereicht am 3.5.1995, (WO95/29664) beschrieben.
Mindestens ein porenbildendes Mittel, wie z. B. ein wasserlösliches Salz, Zucker oder eine Aminosäure können in das Mikroteilchen eingearbeitet werden, um die Mikrostruktur des Mikroteilchens zu modifizieren. Der Anteil des porenbildenden Mittels, das zur Polymerlösung zugegeben wird, ist 1% (Gewicht/Gewicht) bis 30% (Gewicht/Gewicht). Es wird bevorzugt, dass mindestens ein porenbildendes Mittel in eine nicht-bioabbaubare Polymermatrix eingearbeitet wird.
3 veranschaulicht noch eine andere Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Vorrichtung der 3 hat viele der gleichen Elemente von 1, und gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. In dieser Vorrichtung ist der Gefrierabschnitt 20 innerhalb des Gefrierkessels 202 angeordnet und ist im Wesentlichen durch die Seitenwand 12, die Kesseloberseite 14 und den Gefrierkesselboden 204 eingeschlossen. Der Extraktionsabschnitt 22 ist ebenfalls innerhalb des Extraktionskessels 206 angeordnet und wird im Wesentlichen von der Seitenwand 12 (a), der Oberseite des Extraktionskessels 208 und den Kesselboden 16 eingeschlossen. Der Gefrierkessel 202 ist in der Regel oberhalb des Extraktionskessels 206 angebracht. Die Leitung 210 ist zwischen dem Gefrierkessel 202 und dem Extraktionskessel 206 angeordnet. Die Leitung 210 umfasst den Leitungseinlass 212, der an oder nahe bei dem Gefrierkesselboden 204 angeordnet ist und den Leitungsauslass 214, der an der Extraktionskesseloberseite 206 oder in Nähe derselben angebracht ist. Die Leitung 210 stellt eine Dreiphasenverbindung bereit, im Besonderen von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, zwischen dem Gefrierabschnitt 20 und dem Extraktionsabschnitt 22. Wie aus 3 ersichtlich ist, sind der Gefrierkessel und der Extraktionskessel voneinander getrennt, obgleich sie mittels der Leitung 210 miteinander verbunden sind.
Gegebenenfalls umfasst die Leitung 210 eine Dreiphasenmischvorrichtung 216 zum Vermischen der drei Phasen in der Dreiphasenströmung, wodurch mindestens ein Teil der gefrorenen Mikrotröpfchen 44, die in der Gasphase enthalten sind, in der flüssigen Phase abgefangen werden, wobei die Produktausbeute durch Verringerung des Verlustes an gefrorenen Mikrotröpfchen 44 aus den, durch den Gasauslass 52 entweichenden Gasen verringert wird. Geeignete Dreiphasenmischvorichtungen 216 umfassen ein Kaskadenablenkblech oder vorzugsweise ein oder mehrere Elemente eines statischen Mischers (wie z. B. des Modells # KMR-SAN; Chemineer, Inc.). Eine bevorzugte Dreiphasenmischvorrichtung 216 stellt eine Kurvenströmung bereit. Bevorzugter umfasst die Dreiphasenmischvorrichtung 216 eine Anzahl von statischen Mischelementen in Reihe, um eine turbulente Strömung zu erzeugen, typischerweise vier Elemente.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lösungsquelle 40 den Mischbehälter 218 mit einer zweiten Mischvorrichtung (nicht gezeigt) und einer Zersplitterungsschleife 222. Irgend eine Vorrichtung zum Vermischen einer Lösung, Suspension oder Emulsion ist für die zweite Mischvorrichtung geeignet. Es wird ein Mischen unter hoher Scherkraft für die zweite Mischvorrichtung bevorzugt.
Die Zersplitterungsschleife 222 umfasst den Einlass 224, der am Boden des Dispersionsbehälters 218 oder in Nähe desselben angebracht ist, einen Auslauf 226, der am Dispersionsbehälter 280 in der Regel über dem Einlass 224 angebracht ist. Die Zersplitterungsschleife 222 umfasst auch die Zersplitterungsvorrichtung 228, welche zwischen dem Einlass 224 und dem Auslass 226 angeordnet ist, und die die Größe der in der Materiallösung suspendierten Teilchen verringert oder mikronisiert; und die feinere, besser vermischte Emulsionen der unmischbaren Flüssigkeiten bildet. Geeignete Zersplitterungsvorrichtungen 228 umfassen Vorrichtungen, welche der Zersplitterung eines Feststoffs auf einen Durchmesser zwischen etwa 1 Mikrometer oder weniger und etwa 10 Mikrometer fähig ist. Beispiele für geeignete Zersplitterungsvorrichtungen 228 umfassen Rotor/Stator-Homogenisatoren, Kolloid mühlen, Kugelmühlen, Sandmühlen, Medienmühlen (media mills) und Hochdruck-Homogenisatoren.
Bei einer alternativen Ausführungsform verläuft die Zersplitterung innerhalb des Mischbehälters 218 unter Anwendung von Zerbrechungsenergie, wie z. B. diejenige, welche durch eine Schallsonde, einer Mischvorrichtung hoher Scherkraft oder eines Homogenisators bereitgestellt wird.
Die Temperatur des Dispersionsbehälters 218 und/oder der Zersplitterungsschleife 222 wird typischerweise reguliert, wenn sie Proteine oder andere wärmeempfindliche Materialien enthalten, und zwar durch eine bekannte Vorrichtung, um die Denaturierung des Proteins zu minimieren.
Bei einem in 3 veranschaulichten Verfahren werden das verflüchtigte Gas, das Flüssiggas und gefrorene Mikrotröpfchen 44 aus dem Gefrierabschnitt 20 durch die Leitung 210 geführt, welche die Dreiphasenmischvorrichtung 216 umfasst, vorzugsweise einen statischen Mischer mit vier Elementen oder mehr, um die drei Phasen unter Turbulenz zu vermischen und gefrorenen Mikrotröpfchen 24, welche in der Gasphase mitgeschleppt wurden, in das Flüssiggas abzuschrubben, wodurch die Ausbeute verbessert wird.
Eine Lösung mit einem Gehalt an einer zusätzlichen Substanz, welche in fester Form vorliegt oder welche eine Emulsion mit dem Lösungsmittel bildet, kann durch die Zersplitterungsvorrichtung 228 im Umlauf geführt werden, wie z. B. einen Homogenisator, um die festen Teilchen, vorzugsweise Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 1 bis etwa 10 Mikrometer, zu mikronisieren, oder um die Emulsion unter Bildung kleinerer Emulsionströpfchen weiter zu vermischen.
Die Zersplitterung ist nicht erforderlich, wenn die Lösung keine suspendierten Teilchen hat, oder wenn größere suspendierte Teilchen erwünscht sind.
Alternativ kann die zweite Mischvorrichtung als Zersplitterungsvorrichtung benutzt werden, wenn eine Hochgeschwindigkeits-Mischvorrichtung oder eine solche mit hoher Scherkraft für die zweite Mischvorrichtung verwendet wird.
4 veranschaulicht wieder eine andere Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Vorrichtung der 4 hat viele der gleichen Elemente der 1 und 3, und gleiche Elemente werden mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Diese Vorrichtung umfasst mehrfache Gefrierkessel 202, von denen jeder einen getrennten Gefrierabschnitt 20 enthält. Die Vorrichtung umfasst auch einen einzigen Extraktionskessel 206 mit dem Extraktionsabschnitt 22. Eine Dreiphasenverbindung wird von jedem Gefrierabschnitt 20 zum Extraktionsabschnitt 22 durch getrennte Leitungen 210 bereitgestellt. Jede Leitung 210 umfasst getrennte Dreiphasenmischvorrichtungen 216. Bei dem in 4 veranschaulichten Verfahren werden gefrorene Mikrotröpfchen 44 in jedem Gefrierabschnitt gebildet und sodann zu einem gemeinsamen Extraktionsabschnitt 22 überführt.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Zusammensetzung kann einem Menschen oder Tier oral, durch Suppositorien, durch Injektion oder Implantation subkutan, intramuskulär, intraperitoneal, intracranial und intradermal verabreicht werden, durch Verabreichung an Schleimhautmembranen, wie z. B. intranasal oder mittels eines Suppositoriums oder durch Zuführung in situ (beispielsweise durch ein Klistier oder einen Aerosol-Spray), um die gewünschte Dosierung eines biologisch wirksamen Mittels auf Grundlage von bekannten Parametern für die Behandlung verschiedener medizinischer Zustände bereitzustellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Mikropartikeln eines Materials aus Mikrotröpfchen einer Lösung des Materials und eines Lösungsmittels, bei dem man in den Schritten a) Mikrotröpfchen in einen Gefrierbereich oder Gefrierkessel, welcher ein verflüssigtes Gas enthält, überführt, wobei die Mikrotröpfchen gefrieren, und b) die gefrorenen Mikrotröpfchen in einem Extraktionsbereich oder -kessel mit einem flüssigen Nichtlösungsmittel in Berührung bringt, um das Lösungsmittel in das Nichtlösungsmittel zu extrahieren, wodurch die Mikropartikel gebildet werden, wobei der Gefrierbereich und der Extraktionsbereich durch eine interne Wand getrennt sind oder der Gefrierkessel und der Extraktionskessel voneinander getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein biologisch aktives Agens oder ein stabilisiertes biologisch aktives Agens, bspw. ein Protein, Peptid, Arzneistoff oder eine Vorstufe eines Arzneistoffes darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das biologisch aktive Agens aus immunoglobulinähnlichen Proteinen, Interleukinen, Inferferonen, Erythropoietin, Antikörpern, Cytokinen, Hormonen, Antigenen, Wachstumsfaktoren, Nukleasen, Tumornekrosefaktor, Kolonie stimulierenden Faktoren (colonystimulating factors), Insulin, Enzymen, Tumorunterdrückungsgenen, Antisensemolekülen, Antibiotika, Steroiden, Decongestionsmitteln, neuroaktiven Agenzien, Anästhetika, Sedativa, kardiovaskulären Agenzien, Antitumoragenzien, Antineoplastika, Antihistaminika und Vitaminen gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material weiterhin ein Polymer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus Poly(lactid)en, Poly(glycolid)e, Poly(lactide-co-glycolid)en, Poly(milchsäure)n, Poly(glycolsäure)n, Polycarbonaten, Polyesteramiden, Polyanhydriden, Poly(aminosäure)n, Polyorthoestern, Polyacetalen, Polycyanoacrylaten, Polyetherestern, Polycaprolacton, Poly(dioxanon)en, Poly(alkylenalkylat)en, Polyurethanen, Mischungen und Copolymeren davon gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Stufe (a) niedriger ist als die Temperatur der Stufe (b).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das verflüssigte Gas in den Gefrierbereich oder -kessel sprüht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrotröpfchen dadurch gebildet werden, dass man die Lösung des Materials in den Gefrierbereich oder -kessel atomisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die gefrorenen Mikrotröpfchen am Boden des Gefrierabschnitts oder -kessels sammelt und in den Extraktionsabschnitt oder -kessel führt.