DE69637441T2

DE69637441T2 - Verabreichung unlöslicher arzneistoffe

Info

Publication number: DE69637441T2
Application number: DE69637441T
Authority: DE
Inventors: Inge B. Durham HENRIKSEN; Awadesh K. Durham MISHRA; Gary W. Durham PACE; Keith P. Austin JOHNSTON; Simon Austin MAWSON
Original assignee: Jagotec AG; University of Texas System
Current assignee: Jagotec AG; University of Texas System
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: EP0855906A1; JPH11514367A; KR100508910B1; KR19990063983A; CA2234957A1; WO1997014407A1; AU709262B2; US6576264B1; JP5038552B2; AU7461796A; ATE386506T1; US20040018229A1; CA2234957C; ES2306452T3; EP0855906B1; US6974593B2; DE69637441D1

Description

Diese Erfindung stellt ein neues Verfahren zur Herstellung von Partikeln wasserunlöslicher Verbindungen mit biologischen Anwendungen, insbesondere wasserunlöslicher Arzneimittel, in Submicron-Größe bereit.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Näherungweise ein Drittel der Arzneimittel in dem Arzneibuch der Vereinigten Staaten sind wasserunlöslich oder schlecht wasserlöslich. Viele gegenwärtig verfügbare injizierbare Formulierungen derartiger Arzneimittel tragen auf ihren Etiketten wichtige Schädigungswarnungen, die von Detergentien und anderen Mitteln, die zu ihrer Solubilisierung verwendet werden, stammen. Orale Formulierungen wasserunlöslicher Arzneimittel oder Verbindungen mit biologischen Anwendungen zeigen häufig eine schlechte und unregelmäßige biologische Verfügbarkeit. Außerdem verzögern Wasserlöslichkeitsprobleme die Entwicklung vieler neuer Arzneimittel und anderer biologisch nützlicher Verbindungen oder blockieren sie vollständig.
Zwei alternative Wege zur Verabreichung unlöslicher Arzneimittel sind Mikropartikel, was die Herstellung einer Phospholipid-stabilisierten wässrigen Suspension von Partikeln des Arzneimittels in Submicron-Größe beinhaltet (siehe US 5 091 187 ; 5 091 188 und 5246 707 ), und Mikrotröpfchen, was die Herstellung einer Phospholipid-stabilisierten Öl-in-Wasser-Emulsion durch Lösen des Arzneimittels in einem geeigneten biologisch verträglichen hydrophoben Träger beinhaltet (siehe US 4 622 219 und 4 725 442 ).
Die pharmakokinetischen Eigenschaften sowohl oraler als auch injizierbarer Mikropartikel-Formulierungen hängen sowohl von der Partikelgröße als auch von dem Phospholipid-Oberflächenmodifikationsmittel ab. Mit bestimmten wasserunlöslichen Verbindungen sind jedoch die gegenwärtig verwendeten Verfahren zur Partikelgrößen-Verringerung problematisch. Daher ist es das Gesamtziel dieser Erfindung, ein neues Verfahren auf der Basis der Verwendung komprimierter Fluide, einschließlich superkritischer Fluidtechnologie, das mit Oberflächenmodifikationsmitteln stabilisierte Suspensionen wasserunlöslicher Arzneimittel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 100 nm bis etwa 300 nm und einer engen Größenverteilung ergibt, zu entwickeln. Das erfindungsgemäße Verfahren ist unempfindlich, im Maßstab veränderbar und auf einen breiten Bereich wasserunlöslicher Verbindungen mit biologischen Anwendungen anwendbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen erläutert, in denen
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung durch Fällen der biologisch aktiven Substanz durch schnelle Expansion aus einer überkritischen Lösung ist;
2A eine detailliertere Darstellung der Vorwärmeranordnung von 1 ist;
2B eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Expansionsdüse von 1 ist;
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung submicronisierter Partikel gemäß der Erfindung durch Fällen einer biologisch aktiven Substanz, geeignet solubilisiert, in ein komprimiertes Gas, eine komprimierte Flüssigkeit oder ein komprimiertes überkritisches Fluid ist;
4 eine grafische Darstellung ist, die die Partikelgrößenverteilung auf volumengewogener Basis der in Beispiel 1 hergestellten, in ein 1 Gew.-% Stabilisator enthaltendes Phospholipid expandierten Cyclosporin-Partikel zeigt;
5 eine grafische Darstellung ist, die die Partikelgrößenverteilung auf volumengewogener Basis der in Beispiel 1 hergestellten, in ein 2 Gew.-% Stabilisator enthaltendes Phospholipid expandierten Cyclosporin-Partikel zeit;
6 eine grafische Darstellung ist, die die Partikelgrößenverteilung auf volumengewogener Basis der in Beispiel 3 hergestellten, direkt in Kohlendioxid gesprühten Indometacin-Partikel zeigt;
7 eine grafische Darstellung ist, die die Gauß'sche Partikelgrößenverteilung auf volumengewogener Basis der in Beispiel 3 hergestellten, in ein 2 Gew.-% Stabilisator enthaltendes Phospholipid gesprühten Indometacin-Partikel zeigt;
8 eine grafische Darstellung ist, die die Partikelgrößenverteilung auf volumengewogener Basis der in Beispiel 4 hergestellten, in Kohlendioxid und Wasser gesprühten Tetracain-Hydrochlorid-Partikel zeigt;
9 eine grafische Darstellung ist, die die Partikelgrößenverteilung auf volumengewogener Basis der in Beispiel 4 hergestellten, in Kohlendioxid und Wasser, die auch 1 Gew.-% Stabilisator enthielten, gesprühten Tetracain-Hydrochlorid-Partikel zeigt; und
10 eine grafische Darstellung ist, die die Gauß'sche Partikelgrößenverteilung auf volumengewogener Basis der in Beispiel 4 hergestellten, in Kohlendioxid, Wasser und 2 Gew.-% Stabilisator gesprühten Tetracain-Hydrochlorid-Partikel zeigt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung ist ein Verfahren, das komprimierte Fluide verwendet, um Partikel bzw. Teilchen von Submicrongröße industriell brauchbarer, schlecht löslicher oder unlöslicher Verbindungen mit biologischen Anwendungen herzustellen durch: (1) Ausfällen einer Verbindung durch schnelle Expansion aus einer überkritischen Lösung (schnelle Expansion aus überkritischer Lösung), in der die Verbindung gelöst ist, oder (2) Ausfällen einer Verbindung durch Sprühen einer Lösung, in der die Verbindung löslich ist, in komprimiertes Gas, komprimierte Flüssigkeit oder komprimiertes überkritisches Fluid, das mit der Lösung mischbar ist, aber ein Nicht-Lösungsmittel für die Verbindung ist. Auf diese Weise wird eine Ausfällung mit einem komprimierten Nicht-Lösungsmittelfluid (komprimiertes Nicht-Lösungsmittelfluid) erreicht. Das Verfahren verbindet mit, oder integriert in, die Verfahren ein Phospholipid in Wasser oder andere geeignete Oberflächen-Modifikationsmittel wie grenzflächenaktive Mittel, wie sie erforderlich sein mögen. Das grenzflächenaktive Mittel wird so gewählt, dass es an der Verbindung-Wasser-Grenzfläche aktiv ist, wird aber nicht so gewählt, dass es an der Kohlendioxid-organisches Lösungsmittel- oder Kohlendioxid-Verbindung-Grenzfläche aktiv ist, wenn Kohlendioxid als die überkritische Lösung verwendet wird. Ein einmaliges Merkmal dieser Erfindung ist die Kombination von entweder schneller Expansion aus überkritischer Lösung oder komprimiertem Nicht-Lösungsmittelfluid mit einer Rückgewinnung von oberflächenmodifizierten stabilen Submicron-Partikeln in einer wässrigen Phase.
Zu industriell brauchbaren bzw. nützlichen, unlöslichen oder schlecht löslichen Verbindungen zählen wir biologisch brauchbare Verbindungen, Abbildungsmittel, pharmazeutisch brauchbare Verbindungen, und insbesondere Arzneimittel für die Humanmedizin und Veterinärmedizin. Wasserunlösliche Verbindungen sind jene, die eine schlechte Löslichkeit in Wasser haben, das ist weniger als 5 mg/ml bei einem physiologischen pH von 6,5 bis 7,4, obwohl die Wasserlöslichkeit weniger als 1 mg/ml und sogar weniger als 0,1 mg/ml betragen kann.
Beispiele für einige bevorzugte wasserunlösliche Arzneimittel umfassen immunsuppressive und immunaktive Mittel, antivirale und antimykotische Mittel, antineoplastische Mittel, analgetische und entzündungshemmende Mittel, Antibiotika, Antiepileptika, Anästhetika, Hypnotika, Sedativa, antipsychiotische Mittel, neuroleptische Mittel, Antidepressiva, Anxiolytika, antikonvulsive Mittel, Antagonisten, Nervenblockierungsmittel, anticholinerge und cholinomimetische Mittel, Antimuscarinmittel und Muscarinmittel, antiadrenerge Mittel und Mittel gegen Arrhythmie, antihypertonische Mittel, antineoplastische Mittel, Hormone und Nähstoffe. Eine genaue Beschreibung dieser und anderer geeigneter Arzneimittel ist zu finden in Remington's Pharmaceutical Sciences, 18th edition, 1990, Mack Publishing Co. Philadelphia, PA.
Cyclosporin, ein wasserunlösliches immunsuppressives Arzneimittel, wird als ein Modell zur Veranschaulichung der Erfindung verwendet. Dieses Arzneimittel wurde gewählt, da es unter Verwendung konventioneller Größenverringerungstechniken nicht möglich war, die Partikelgröße und Partikelverteilung zu erreichen, die für notwendig gehalten wird, um das gewünschte pharmakokinetische Verhalten zu erreichen.
Cyclosporin ist ein wasserunlösliches, lipophiles Polypeptid mit 11 Aminosäuren mit einzigartigen immunsuppressiven Eigenschaften. Seine Hauptverwendung ist als ein Immunsuppressivum bei der Transplantation fester Organe. Die klinische Brauchbarkeit der gegenwärtig verfügbaren pharmazeutischen Dosierungsformen ist schwer eingeschränkt durch die Unlöslichkeit des Arzneimittels. Das heißt, die biologische Verfügbarkeit der oralen Form ist niedrig, und die Intra- und Inter-Patientenabsorption ist variabel.
Das Phospholipid kann irgendein natürliches oder synthetisches Phospholipid sein, beispielsweise Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylsein, Phosphatidylinositol, Phosphatidylglycerol, Phosphatidsäure, Lysophospholipide, Eier- oder Sojabohnen-Phospholipid oder eine Kombination davon. Das Phospholipid kann salzhaltig oder entsalzt, hydriert oder teilweise hydriert, oder natürlich, halbsynthetisch oder synthetisch sein.
Beispiele für einige geeignete zweite Oberflächen-Modifikationsmittel umfassen: (a) natürliche grenzflächenaktive Mittel wie Casein, Gelatine, Traganth, Wachse, enterische Harze, Paraffin, Akazin, Gelatine, Cholesterinester und Triglyceride, (b) nicht-ionische grenzflächenaktive Mittel wie Polyoxyethylen-Fettalkoholether, Sorbitan-Fettsäureester, Polyoxyethylen-Fettsäureester, Sorbitanester, Glycerol-monostearat, Polyethylenglykole, Cetylalkohol, Cetostearylalkohol, Stearylalkohol, Poloxamere, Poloxamine, Methylcellulose, Hydroxycellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxy-propylmethylcellulose, nicht-kristalline Cellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon und synthetische Phospholipide, (c) anionische grenzflächenaktive Mittel wie Kaliumlaurat, Triethanolamin-stearat, Natrium-laurylsulfat, Alkyl-polyoxyethylen-sulfate, Natriumalginat, Dioctyl-natrium-sulfosuccinat, negativ geladene Phospholipide (Phosphatidyl glycerol, Phosphatidylinosit, Phosphatidylserin, Phosphatidsäure und ihre Salze), und negativ geladene Glycerylester, Natrium-carboxymethylcellulose und Calcium-carboxymethylcellulose, (d) kationische grenzflächenaktive Mittel wie quaternäre Ammoniumverbindungen, Benzalkoniumchlorid, Cetyltrimethylammonium-bromid, Chitosane und Lauryldimethylbenzylammonium-chlorid, (e) kolloidale Tone wie Bentonit und Veegum. Eine genaue Beschreibung dieser grenzflächenaktiven Mittel ist zu finden in Remington's Pharmaceutical Sciences, and Theory and Practice of Industrial Pharmace, Lachman et al., 1986.
Genauer umfassen Beispiele für geeignete zweite Oberflächen-Modifikationsmittel eines oder eine Kombination der folgenden: Poloxamere wie Pluronic^TM F68, F108 und F127, die Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid sind, erhältlich von BASF, und Poloxamine wie Tetronic^TM 908 (T908), das ein tetrafunktionelles Blockcopolymer ist, das aus einer sequenziellen Addition von Ethylenoxid und Propylenoxid an Ethylen-diamin stammt, erhältlich von BASF, Triton^TM X-200, das ein Alkyl-aryl-polyether-sulfonat ist, erhältlich von Rohm und Haas, Tween 20, 40, 60 und 80, die Polyoxyethylen-sorbitanfettsäure-ester sind, erhältlich von ICI Specialty Chemicals, Carbowax^TM 3550 und 934, die Polyethylenglykole sind, erhältlich von Union Carbide, Hydroxy-propylmethylcellulose, Dimyristoyl-phosphatidylglycerol-natriumsalz, Natrium-dodecylsulfat, Natrium-deoxycholat und Cetyltrimethylammonium-bromid.
Nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellte Partikel haben eine Größe von bis zu 300 nm, wünschenswerterweise weniger als 200 nm, bevorzugt weniger als etwa 100 nm, und oft in dem Bereich von 0,1 bis 100 nm. Diese Partikel sind insofern eng verteilt, als 99% der Partikel Maxima bei halber Breite bei halber Höhe unterhalb von 100 nm haben. Die Partikel können durch irgendein passendes Mittel wie Sprühtrocknung, Gefriertrocknung, Diafiltration, Dialyse oder Verdampfung aus der Suspension gewonnen werden.
Die Lösemitteleigenschaften überkritischer Fluide werden stark durch ihre Fluid-Dichte in der Nähe des kritischen Punkts des Fluids beeinflusst. Bei der schnellen Expansion aus überkritischen Lösungen wird ein nicht-flüchtiger gelöster Stoff in einem überkritischen Fluid gelöst. Keimbildung und Kristallisation werden durch Verringern der Lösungsdichte durch schnelle Expansion des überkritischen Fluids auf atmosphärische Bedingungen ausgelöst. Um dies zu erreichen, wird das überkritische Fluid typischerweise durch Düsen von 10 bis 50 μm (Innendurchmesser) mit Seitenverhältnissen (L/D) von 5 bis 100 gesprüht. Das Fluid nähert sich an der Düsenspitze Schall-Endgeschwindigkeit, und hohe Grade an Übersättigtheit führen zu schnellen Keimbildungsraten und einem begrenzten Kristallwachstum. Die Kombination aus einer sich schnell ausbreitenden mechanischen Störung und einer hohen Übersättigtheit ist ein unterscheidendes Merkmal der schnellen Expansion aus einer überkritischen Lösung. Diese Bedingungen führen zur Bildung sehr kleiner Partikel mit einer engen Partikelverteilung.
Die erste umfassende Studie einer schnellen Expansion aus einer überkritischen Lösung wurde berichtet von Krukonis (1984) (V. J. Krukonis: AlChE Annual Meeting San Francisco (1984), wie zitiert in J. W. Tom et al.: Supercritical Fluid Engineering Science, Kapitel 19, S. 238, (1993)), der Mikropartikel aus einer Reihe organischer, anorganischer und biologischer Materialien bildete. Die meisten Partikelgrößen, die für organische Materialien wie Lovastatin, Polyhydroxysäuren und Mevinolin berichtet wurden, waren im Bereich von 5 bis 100 μm. Nanopartikel von beta-Carotin (300 nm) wurden durch Expansion von Ethan in eine viskose Gelatinelösung zur Hemmung einer Partikel-Aggregation nach der Expansion gebildet.
Die meisten Studien an organischen Materialien zur schnellen Expansion aus überkritischer Lösung nutzen überkritisches Kohlendioxid. Für beta-Carotin war jedoch wegen bestimmter chemischer Wechselwirkungen Ethan gegenüber Kohlendioxid bevorzugt. Kohlendioxid ist im Allgemeinen bevorzugt, alleine oder in Kombination mit einem Verschnittmittel. Winzige Zusätze eines Verschnittmittels können die Löslichkeit mancher gelöster Stoffe um Größenordnungen erhöhen. Wenn Verschnittmittel bei der schnellen Expansion aus einer überkritischen Lösung verwendet werden, ist Sorgfalt erforderlich, um eine Entlösung der Partikel aufgrund von Lösungsmittel-Kondensation in der Düse zu verhindern. Normalerweise wird dies durch Erhitzen des überkritischen Fluids vor der Expansion auf einen Punkt, an dem an der Düsenspitze kein Kondensat (Nebel) sichtbar ist, erreicht.
Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn Kohlendioxid alleine verwendet wird. Während einer adiabatischen Expansion (Abkühlen) befindet sich Kohlendioxid in zwei Phasen, außer wenn genügend Wärme an der Düse bereitgestellt wird, um einen gasförmigen Zustand beizubehalten. Die meisten Forscher erkennen dieses Phänomen und erhöhen die Temperatur vor der Expansion, um eine Kondensation und ein Gefrieren in der Düse zu verhindern. Es ist eine beträchtliche Wärmezuführung erforderlich (40 bis 50 kcal/kg), um Kohlendioxid im gasförmigen Zustand zu halten. Wenn diese Energie durch Erhöhen der Temperatur vor der Expansion zugeführt wird, fällt die Dichte und verringert folglich das Solvatisierungsvermögen des überkritischen Fluids. Dies kann zu einer vorzeitigen Fällung und einem Verstopfen der Düse führen.
Es gibt eine Anzahl von Vorteilen bei der Verwendung von komprimiertem Kohlendioxid im flüssigen Zustand und im Zustand eines überkritischen Fluids, als ein Lösungsmittel oder Nicht-Lösungsmittel für die Bildung von Materialien mit Submicron-Partikeleigenschaften. Die Diffusionskoeffizienten organischer Lösungsmittel in überkritschem fluidem Kohlendioxid sind typischerweise ein bis zwei Größenordnungen höher als in konventionellen flüssigen Lösungsmitteln. Darüber hinaus ist Kohlendioxid ein kleines lineares Molekül, das in Flüssigkeiten schneller diffundiert als es andere Nicht-Lösungsmittel tun. In dem Nicht-Lösungsmittel-Fällungsverfahren kann der beschleunigte Stofftransport in beiden Richtungen eine sehr schnelle Phasentrennung und daher die Produktion von Materialien mit Submicron-Eigenschaften erleichtern. Es ist leicht, das superkritische Fluid-Lösungsmittel am Ende des Verfahrens zu recyceln, indem man einfach den Druck verringert. Da überkritische Fluide keine Oberflächenspannung haben, können sie ohne Kollabieren der Struktur aufgrund von Kapillarkräften entfernt werden. Die Trocknung des Produkts ist ungewöhnlich schnell. In dem Produkt verbleibt kein Kohlendioxid-Rest, und Kohlendioxid hat eine Anzahl anderer wünschenswerter Eigenschaften, beispielsweise ist es ungiftig, nicht entflammbar und preiswert. Darüber hinaus ist die Lösungsmittel-Verschwendung stark verringert, da ein typisches Verhältnis von Nicht-Lösungsmittel zu Lösungsmittel 30:1 ist.
Als ein Nicht-Lösungsmittel hat Kohlendioxid insofern eine breite Anwendbarkeit, als es die Kohäsionsenergie von nahezu allen organischen Lösungsmitteln senkt. 1992 beschrieb D. J. Dixon, PhD-Dissertation, University von Texas in Austin, ein Verfahren, bei dem flüssige Lösungen eines Polymers in einem Lösungsmittel in komprimiertes Kohlendioxid gesprüht werden, um Mikrokügelchen und -fasern zu bilden. Bei diesem Verfahren, einer sog. Fällung mit einem komprimierten Nicht-Lösungsmittelfluid, ist das Polymer in Kohlendioxid unlöslich, und das organische Lösungsmittel ist mit CO₂ vollständig mischbar. Dieses Konzept wurde verwendet, um biologisch aktive Insulinpartikel (4 μm) (Yeo, S. D., Lim, G. B. und Debenedetti, P. G., Formation of Microparticulate Protein Powders using a Supercritical Fluid Anti-Solvent Biotechnol. and Bioeng., 1993, 341), biologisch abbaubare L-Polymilchsäure-Partikel von mehreren Micrometern (Randolph, T. W. B., R. A., Johnston, K. P. Micron Sized Biodegradeable Particles of Poly(L-lactic Acid) via the Gas Antisolvent Spray Precipitation Process. Biotechnology Progress, 1993, 9, 429) und Methylprednisolonacetat-Partikel (< 5 μm) (W. J. Schmitt, M. C. S., G. G. Shook, S. M. Speaker. Finely-Divided Powders by Carrier Solution Injection into a Near or Supercritical Fluid. Am. Inst. Chem. Eng. J. 1995, 41, 2476–2486) herzustellen. In etwas überraschender Weise waren die Partikelgrößen so klein wie jene, die durch schnelle Expansion aus einer überkritischen Lösung hergestellt wurden, trotz der potenziell schnelleren Zeiten für den Druckabbau bei der schnellen Expansion aus einer überkritischen Lösung gegenüber dem Zweiwege-Stofftransport in dem Verfahren mit komprimiertem Nicht-Lösungsmittelfluid. Das Verfahren mit komprimiertem Nicht-Lösungsmittelfluid kann nicht nur PS-Partikel erzeugen, sondern auch massive und hohle Fasern, hochgradig ausgerichtete Mikrofibrillen, biologisch kontinuierliche Netzwerke und Mikroballons von 100 nm mit porösen Hüllen.
Bisher war es nicht möglich, mit dem Verfahren mit komprimiertem Nicht-Lösungsmittelfluid Submicron-Partikel ohne Partikel-Aggregation oder Partikel-Flockung zu machen. Unser Zeil ist es, diese Einschränkung mit der Verwendung von Oberflächen-Modifikationsmitteln, auch grenzflächenaktive Stabilisatoren genannt, wie Phospholipiden, Salzen von Cholsäure und Desoxycholsäure, Tweens (Polyoxyethylen-Sorbitanestern), Pluronic F-68, Tetronic-908, Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Triton X-100, Cetyltrimethylammonium bromid, PEG-400 oder Kombinationen dieser Verbindungen, wie oben detaillierter beschrieben, zu überwinden.
Es sollten beträchtliche Variationen hinsichtlich der Identitäten und Arten des Phospholipids und insbesondere des oberflächenaktiven Mittels oder der oberflächenaktiven Mittel erwartet werden, abhängig von der gewählten wasserunlöslichen oder schlecht wasserlöslichen biologisch aktiven Substanz, da die Oberflächeneigenschaften dieser kleinen Teilchen unterschiedlich sind. Das vorteilhafteste grenzflächenaktive Mittel für die unlösliche Verbindung wird nach empirischen Tests zur Identifizierung des grenzflächenaktiven Mittels oder des grenzflächenaktiven Systems/der grenzflächenaktiven Kombination, die zur erforderlichen Partikelgröße und Partikelgröße-Stabilität bei Lagerung über eine gewisse Zeit führt, klar sein.
Eine geeignete Wahl der Stabilisatoren verhindert eine Flockung in der wässrigen Phase. Das grenzflächenaktive Mittel wird so gewählt, dass es an der Verbindung-Wasser-Grenzfläche aktiv ist, aber es wird nicht so gewählt, dass es an der Kohlendioxid-organisches Lösungsmittel- oder Kohlendioxid-Arzneimittel-Grenzfläche aktiv ist. Es ist nicht notwendig, dass der Stabilisator in CO₂ löslich ist, er kann in der zu sprühenden Flüssigkeit löslich sein, da er nur an der CO₂/gelöster Stoff-Grenzfläche aktiv zu sein braucht.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren auf der Basis von überkritischem Fluid/komprimiertem Fluid zur Herstellung von Suspensionen wasserunlöslicher Arzneimittel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 100 nm und einer engen Größenverteilung bereit. Ein wesentliches Element ist die Verwendung von Phospholipiden und anderen grenzflächenaktiven Mitteln zur Modifizierung der Oberfläche der Arzneimittelpartikel, um eine Partikelaggregation zu verhindern und dadurch sowohl ihre Lagerstabilität als auch ihre pharmakokinetischen Eigenschaften zu verbessern.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Materialien und Methoden: Die Partikelgrößenbestimmung basierte auf dem Prinzip der Photonen-Korrelationsspektroskopie unter Verwendung des Größenbestimmungsgeräts für Submicron-Partikel Autodilute Modell 370 (NICOMP Particle Sizing Systems, Santa Barbara, CA). Dieses Gerät liefert zahlengewogene, intensitätsgewogene und volumengewogene Partikelgrößenverteilungen sowie eine Multimodalität der Partikelgrößenverteilung, falls vorhanden.
Die Abtrennung und quantitative Bestimmung von Cyclosporin wurde mit einem Waters HPLC-System unter Verwendung von Umkehrphasenchromatografie durchgeführt. Das Arzneimittel wurde mit Methanol aus der Probe extrahiert und zur Analyse auf eine analytische C-18-Säule bei 60 bis 80°C mit einer aus Acetonitril, Methanol und Wasser bestehenden mobilen Phase gespritzt. Das Anylat wurde durch seine Extinktion bei 214 nm nachgewiesen. Der Betrieb des Chromatografiesystems und die Datenverarbeitung wurden mittels Waters Millennium v2.1-Software durchgeführt.
Kohlendioxid wurde zur Herstellung überkritischer Lösungen für schnelle Expansion verwendet, da es keinen Literaturverweis auf irgendeine chemische Wechselwirkung mit Cyclosporin gibt. Kohlendioxid wurde als ein Lösungsmittel für Cyclosporin bei der Fermentations-Gewinnung und bei der HPLC verwendet. Die relativen Löslichkeiten von Cyclosporin, das gelöst ist in einem Lösungsmittel, das mit komprimiertem Kohlendioxid expandiert wird, werden bestimmt.
Ein Gas nähert sich seiner Schall-Endgeschwindigkeit, wenn es in einer Düse expandiert wird. Daher ist es wichtig, den maximalen Düsendurchmesser und das Seitenverhältnis (L/D), die diese Bedingungen bei der Maßstabsvergrößerung aufrecht erhalten, zu bestimmen. Es wird berichtet, dass Düsendurchmesser von 10 bis 50 μm in Verbindung mit Seitenverhältnissen im Bereich von 5 bis 200 verwendet werden.
Die Vorrichtung zur schnellen Expansion aus superkritischer Lösung, die in 1 gezeigt ist, umfasste einen Hochdruckbehälter 1 zur Formulierung der Arzneimittel/CO₂-Lösung. Weil die Arzneimittel-Lösung durch den Kolben 2 und das Ventil 2a von dem Druckbeaufschlagungsfluid isoliert war, war die Konzentration des Arzneimittels während des Sprühens konstant. Die Lösung wurde mit einem Rührstab 14a und einem Magnetrührer 14 vermischt. Die Temperatur wurde mit einem Heizband 4 kontrolliert. Der Druck auf den Kolben und daher auf die Arzneimittel-Lösung wurde über die Leitung 3 durch eine automatische Spritzenpumpe 5 (ISCO Modell 100DX), die reines Kohlendioxid enthielt, kontrolliert.
Der Vorwärmer, wie er in 2A gezeigt ist, bestand aus einem Loch (0,030'' Innendurchmesser und 4'' lang) 8a, das axial entlang der Mitte eines Kupferstabs von 2'' Außendurchmesser × 0,030'' Innendurchmesser × 4'' Länge gebohrt war, um die Lösung vor der Expansion auf eine gewünschte Temperatur vorzuwärmen. Die Vorwärmanordnung 8 und das Expansionsventil 7 sind über das Auslassrohr 6 mit dem Hochdruckbehälter 1 verbunden. Die Anordnung 8 und das Expansionsventil 7 wurden mit dem Hochtemperaturheizband 12 erhitzt und waren stark isoliert. Zur Überwachung der Temperatur wurde ein Thermoelement 13 direkt in der Vorwärmanordnung nahe an der Auslassöffnung angebracht.
Die Expansionsdüse, wie sie detaillierter in 2B gezeigt ist, umfasste eine 0,254 nm dicke lasergebohrte Auslassöffnung 11 mit 30 μm Durchmesser (Verhältnis von Länge zu Durchmesser ungefähr 8,5), die zwischen zwei Kupferdichtungen 15 (10 mm Außendurchmesser, 6 mm Innendurchmesser und 1 mm dick) angeordnet und in einer 1/4''-Rohrleitungsanordnung abgedichtet war. Das stromabseitige Ende der Auslassöffnung wurde in eine V-Form gegengebohrt, wie in 2B gezeigt, um den expandierenden Strahl daran zu hindern, auf die Wände zu treffen und die Morphologie des ausfallenden gelösten Stoffs zu verändern. Um ein Verstopfen der Auslassöffnung zu verhindern, wurde ein Metallfilter 9 von 1/4'' Durchmesser, 0,5 μm, stromauf von der Düsen-Vorwärmanordnung eingesetzt (1). Zusätzlich wurde eine Umgehungsleitung 10 verwendet, um die Vorwärmanordnung vor jedem Sprühen vorab mit reinem Lösungsmittel (CO₂) mit Druck zu beaufschlagen, andererseits würde der anfängliche Druckabfall über den Filter das Arzneimittel ausfällen und die Auslassöffnung 11 verstopfen. Nach dem Verdrängen des reinen Lösungs mittels aus dem Vorwärmer wurde die Auslassöffnung in 25 ml wässriger Lösung untergetaucht, um die ausfallenden Arzneimittel-Mikropartikel einzufangen und zu stabilisieren. Die hohe kinetische Energie des Strahls drängte das gesprühte 2 cm unter die Oberfläche der wässrigen Phase.
Die zur Durchführung des Sprühens von komprimiertem Nicht-Lösungsmittelfluid verwendete Vorrichtung ist in 3 gezeigt. Zur Fällung des Arzneimittels wurde ein 300 ml Hochdruckbehälter 16, ausgestattet mit einem magnetisch gekoppelten Rührwerk (Parr), das im Umriss über dem Behälter 16 dargestellt ist, verwendet. Vor dem Sprühen der Arzneimittel-Lösung wurden 50 ml wässrige Lösung in diese Ausfällapparatur gegeben. Die wässrigen Lösungen waren entweder reines Wasser, 1,0 Gew.-% Tween 80 in Wasser, 10 Gew.-% Phospholipid-Dispersion in Wasser oder 10 Gew.-% Phospholipid-Dispersion mit 2,0 Gew.-% Tween 80 in Wasser. Die Phospholipid-Dispersion und die Dispersion von Phospholipid plus Tween-80 wurden durch Homogenisierung mit hoher Scherkraft ihrer wässrigen Suspension hergestellt, indem sie durch einen Mikroverflüssiger (Modell M110EH, Microfluidics) geführt wurden. Tween-80 wurde käuflich von ICI erworben, und Eier-Phospholipid war von Pfansthiel. Zur Einstellung des pH dieser Dispersionen auf 7,5 wurde wässrige Natriumhydroxid-Lösung (1 N) verwendet. Kohlendioxid wurde mit einem luftbetriebenen Gas-Vorschaltverdichter (Modell AC-152) von Haskel komprimiert, mit einem Tescom-Druckregler 17 (Modell 26-1021) 18 reguliert und mit einem Druckmesser 19 überwacht. Der CO₂-Druck wurde innerhalb von ±0,2 bar überwacht. Ein Wasserbad mit einer Rückführung 30 wurde zur Kontrolle der Temperatur der Ausfallapparatur verwendet. Die Lösung wurde durch ein Quarzglas-Kapillarrohr 27 mit 50 μm Innendurchmesser (Polymicro Technology) mit einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von 2800 gesprüht. Zur Aufrechterhaltung einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit wurde die Lösung durch das Lösungsventil 28 unter Verwendung einer automatischen Spritzenpumpe 20 (ISCO Modell 100DX) zu dem Kapillar-Zerstäuber gepumpt.
Ein Filter 21 von 0,5 μm wurde in die CO₂-Ausflussleitung 22 geschraubt, um einen Verlust der wasserunlöslichen Verbindung aus dem Fällungsbehälter zu vermeiden. Die Filteranordnung beinhaltete ein In-line-Sinterfilterelement (Swagelok Serie „F"), das auf ein NPT-Verbindungsstück von 1/4'' geschweißt wur de. Das mit einem Rotameter 24 verbundene Ausfluss-Austrittsventil 23 (Whitey, SS-21RS4) wurde in einem Wasserbad 29 auf mindestens 50°C erhitzt, um das expandierende CO₂ am Gefrieren zu hindern. Während des Ausfällens wurde eine bekannte Menge an wässriger Lösung 25 unter Verwendung eines Rührers 26 mit um 45° verdrehten Rührflügeln bewegt. Nach der Fällung wurde die Bewegung beendet, und der Behälter wurde isoliert, um 30 bis 45 min lang Druck abzubauen. Die wässrige Lösung wurde dann zur Teilchengrößenanalyse zurückgewonnen.
Wenn nichts anderes angegeben ist, sind alle hierin genannten Teile und Prozentsätze Gewicht pro Einheitsvolumen (w/v), worin das Volumen im Nenner das Gesamtvolumen des Systems darstellt. Durchmesser von Abmessungen sind in Millimetern (mm = 10^–3 m), Micrometern (μm = 10^–6 m), Nanometern (nm = 10^–9 m) oder Ångström-Einheiten (= 0,1 nm) angegeben. Volumina sind in Litern (l), Millilitern (ml = 10^–3 l) und Microlitern (μl = 10^–6 l) angegeben. Verdünnungen sind pro Volumen. Alle Temperaturen sind in °C angegeben. Die Zusammensetzungen der Erfindung können die dargelegten Materialien aufweisen, im Wesentlichen daraus bestehen oder daraus bestehen, und der Prozess oder das Verfahren kann die mit derartigen Materialien dargelegten Schritte aufweisen, im Wesentlich daraus bestehen oder daraus bestehen.
Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben, die zur Zeit als die praktikabelste und bevorzugte betrachtet wird, aber es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern im Gegenteil, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in dem Umfang der angefügten Ansprüche umfasst sind, abdecken soll.
Die folgenden Beispiele erläutern und veranschaulichen die Erfindung weiter:
Beispiel 1
Herstellung von Cyclosproin-Mikropartikeln durch das Verfahren der schnellen Expansion aus überkritischer Lösung
Eine homogene Lösung von Cyclosporin in überkritischem CO₂ wurde durch schnelle Expansion aus überkritischer Lösung in verschiedene wässrige Lösungen expandiert, um die Mikropartikel-Stabilisierung zu studieren. Die wässrigen Lösungen waren reines Wasser, 1,0 Gew.-% Tween 80, Phospholipid-Dispersion, oder 2,0 Gew.-% Tween 80 mit Phospholipid-Dispersion. Eine Menge von 0,0480 g Cyclosporin wurde in eine Sichtzelle mit variablem Volumen gefüllt, und 20 ml CO₂ wurden hinzugefügt, um eine 0,25 Gew.-%ige Lösung zu formulieren. Nachdem die Lösung ins thermische Gleichgewicht (T = 35°C) gekommen war, wurde die Cyclosporin/CO₂-Lösung bei 2,07 × 10⁷ Pa (3000 psia) durch eine Auslassöffnung mit 0,30 μm (L/D von 8) 25 s lang in eine wässrige Lösung gesprüht. Die Temperatur vor der Expansion war 40°C. Die volumengewogene Partikelgröße der in reines Phospholipid expandierten Cyclosporin-Mikropartikel war 153,7 nm (Maximum 2), wie in 4 gezeigt. Der größte Teil der Masse, die das Maximum 1 von 20 bis 50 nm Durchmesser ausmacht, kann größtenteils von dem Phospholipid stammen; diese Population kann jedoch auch einige Partikel, die Cyclosporin enthalten, besitzen. Die volumengewogene mittlere Teilchengröße der in Phospholipid-Dispersion mit 2,0 Gew.-% Tween 80 expandierten Cyclosporin-Mikropartikel war 80,9 nm (Maximum 2), wie in 5 gezeigt. In diesem Fall kann wiederum das kleinere Maximum (26,8 nm) größtenteils von der Dispersion aus Phospholipid und Tween 80, und einem kleinen Anteil an Cyclosporin enthaltendem Teilchenmaterial stammen. Es wurde ein Kontrollexperiment durchgeführt, in dem reines Kohlendioxid bei 2,07 × 10⁷ Pa (3000 psia) in die Phospholipid-Dispersion gesprüht wurde. Der mittlere Durchmesser des Teilchenmaterials in der Dispersion war 9 nm. Daher stammten die Partikel in den 4 und 5, die größer als 100 nm waren, nicht rein von den Phospholipiden, sondern waren Arzneimittel-Mikropartikel. In ähnlicher Weise war für die Phospholipid-Dispersion mit 2 Gew.-% Tween 80 der mittlere Durchmesser 28 nm.
Beispiel 2
Phasenverhalten der wasserunlöslichen Verbindung in komprimiertem CO₂

Um zu untersuchen, ob eine bestimmte wasserunlösliche Verbindung durch schnelle Expansion aus überkritischer Lösung oder komprimiertem Nicht-Lösungsmittelfluid verarbeitet werden sollte, wurde die Löslichkeit der Kandidatenarzneimittel in Kohlendioxid gemessen. Cyclosporin, Nifedipin, Piroxicam, Carbamazepin, Indometacin und Tetracain HI wurden studiert. Zur Herstellung von Lösungen mit einer konstanten molaren Zusammensetzung wurden abgemessene Mengen an Arzneimittel und CO₂ in die Sichtzelle mit variablem Volumen von Beispiel 1 gefüllt. Zur Erhöhung der Löslichkeit wurde ein Verschnittmittel, d. h. Aceton oder Ethanol, in die Sichtzelle gegeben. Die Temperatur und der Druck wurden von 25 bis 45°C bzw. 1200 bis 3,1 × 10 Pa (4500 psia) variiert. Das Phasenverhalten wurde visuell bestimmt durch Feststellen, wann eine Phasentrennung auftrat, wenn der Druck langsam mit 1 bis 2 psia/s verringert wurde. Tabelle 1 zeigt eine Zusammenfassung des Löslichkeitsverhaltens in CO₂. Cyclosporin war bis hinauf zu 0,5 Gew.-% in CO₂ löslich. 0,01 Gew.-% Carbamazepin, Tetracain HI, Nifedipin und Piroxicam enthaltende Lösungen waren in CO₂ unlöslich. Bei Zugabe von 2,40 Gew.-% Aceton waren 0,026 Gew.-% Piroxicam bei 25°C für alle Drücke bis hinunter zum Dampfdruck von CO₂, der 930 psia beträgt, in CO₂ löslich. Eine 0,028 Gew.-% Nifedipin und 2,26 Gew.-% Aceton-Verschnittmittel enthaltende Lösung war bei 25°C in CO₂ unlöslich. Bei 45°C wurde das Nifedipin ohne sichtbare Phasentrennung bis hinunter zu 1,38 × 10⁷ Pa (2000 psia) solvatisiert.

GELÖSTER STOFF	KONZENTRATION (Gew.-%)	TEMP. °C	TRÜBUNGSPUNKT (psia) Pa
Cyclosporin	0,25	25	löslich bis hinunter zu (1200) 8,27·10⁶
Cyclosporin	0,25	30	(1850) 1,28·10⁷
Cyclosporin	0,25	35	(2060) 1,42·10⁷
Piroxicam	0,069	25	unlöslich bis hinauf zu (4500) 3,1·10⁷
Nifedipin	0,088	25	unlöslich bis hinauf zu (4000) 2,76·10⁷
Nifedipin	0,029 (a)	25	unlöslich bis hinauf zu (3500) 2,41·10⁷
Carbamazipin	0,0085	25,40	unlöslich bis hinauf zu (4500) 3,1·10⁷
Tetracain HI	0,0097	25,40	unlöslich bis hinauf zu (4500) 3,1·10⁷
Indometacin	0,0098	25	unlöslich bis hinauf zu (4000) 2,76·10⁷

(a) mit 2,0% Ethanol als Verschnittmittel

Beispiel 3
Herstellung von Indometacin-Mikropartikeln durch das Verfahren des komprimierten Nicht-Lösungsmittelfluids
Eine 9,9 Gew.-%ige Lösung von Indometacin in Aceton wurde unter Verwendung des Verfahrens des komprimierten Nicht-Lösungsmittelfluids in Kohlendioxid mit der wässrigen Lösung gesprüht. Die Dauer des Sprühens war 30 s mit 1 ml/min. Die volumengewogene mittlere Partikelgröße der Phospholipid-Dispersion war 26 nm (Maximum 1), wie in 6 gezeigt. Für die Indometacin-Partikel wurde eine bimodale Größenverteilung beobachtet mit mittleren Durchmessern von 143,0 nm (Maximum 2) bzw. 1088,9 nm (Maximum 3). Parti kel mit einer solchen Größendifferenz werden leicht durch Filtration getrennt. Für die in Phospholipid-Dispersion in Anwesenheit von 2,0 Gew.-% Tween 80 gefällten Mikropartikel war der volumengewogene mittlere Partikeldurchmesser 126 nm, wie in 7 gezeigt.
Beispiel 4
Herstellung von Tetracain HI-Mikropartikeln durch das Verfahren des komprimierten Nicht-Lösungsmittelfluids
Eine 0,97 Gew.-%ige Lösung von Tetracain HI in Aceton wurde in die Kohlendioxid und reines Wasser enthaltende Ausfällapparatur gesprüht. Die volumengewogenen mittleren Partikelgrößen der Tetracain HI-Mikropartikel waren 31,8, 193,4 bzw. 2510,1 nm (8). Dies veranschaulicht, dass das Verfahren des komprimierten Nicht-Lösungsmittelfluids sogar ohne grenzflächenaktiven Stabilisator extrem kleine Partikel erzeugen kann. Wenn dem Wasser 1,0 Gew.-% Tween 80 zugegeben wurde, wurden 3 Maxima mit mittleren Durchmessern von 9,5 nm, 38,3 nm und 169,1 nm beobachtet (9). Die Partikelgrößenverteilung für mit Phospholipid-Dispersion und 2,0 Gew.-% Tween 80 stabilisiertes 1 Gew.-%iges Tetracain HI ist in 10 gezeigt. Zwischen 8 bis 200 nm wird eine monomodale Verteilung mit einem mittleren Durchmesser von 27,3 nm beobachtet. Dieses Maximum umfasst sowohl die grenzflächenaktiven Aggregate als auch die Arzneimittelpartikel. Es wurden keine Arzneimittelpartikel über 200 nm beobachtet.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Mikropartikeln einer wasserunlöslichen oder im Wesentlichen wasserunlöslichen biologisch aktiven Verbindung, wobei die Mikropartikel eine volumengewogene mittlere Teilchengröße von bis zu 30 nm haben, aufweisend: (1) Auflösen einer wasserunlöslichen oder im Wesentlichen wasserunlöslichen biologisch aktiven Verbindung in einem Lösungsmittel dafür zur Bildung einer Lösung; und (2) Sprühen der in Schritt (1) hergestellten Lösung in ein komprimiertes Gas, eine komprimierte Flüssigkeit oder ein überkritisches Fluid in einer wässrigen Phase, in der ein Oberflächen-Modifikationsmittel dispergiert oder gelöst ist.
Verfahren zur Herstellung von Mikropartikeln einer wasserunlöslichen oder im Wesentlichen wasserunlöslichen biologisch aktiven Verbindung, wobei die Mikropartikel eine volumengewogene mittlere Teilchengröße von bis zu 300 nm haben, aufweisend: (1) Auflösen einer wasserunlöslichen biologisch aktiven Verbindung in einem komprimierten Fluid; (2) Herstellen einer wässrigen Phase, die ein Oberflächen-Modifikationsmittel enthält, das an der Verbindung-Wasser-Grenzfläche aktiv ist; und (3) Sprühen des komprimierten Fluids aus Schritt (1) in die wässrige Phase aus Schritt (2), um Mikropartikel der Verbindung zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das komprimierte Gas, die komprimierte Flüssigkeit oder das überkritische Fluid mit der Lösung mischbar, aber ein Nicht-Lösungsmittel für die Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Fluid Kohlendioxid aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Oberflächen-Modifikationsmittel ein Phospholipid ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Oberflächen-Modifikationsmittel ein grenzflächenaktives Mittel ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Oberflächen-Modifikationsmittel eine Mischung von zwei oder mehr grenzflächenaktiven Mitteln ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Oberflächen-Modifikationsmittel ein Polyoxyethylen-sorbitan-Fettsäureester, ein Blockcopolymer von Ethylenoxid und Propylenoxid, ein tetrafunktionelles Blockcopolymer, das aus einer sequenziellen Addition von Ethylenoxid und Propylenoxid an Ethylendiamin stammt, ein Alkyl-aryl-polyether-sulfonat, Polyethylenglykol, Hydroxypropylmethylcellulose, Natrium-dodecylsulfat, Desoxycholsäure-Natriumsalz, Cetyltrimethylammonium-bromid, oder Kombinationen davon, Phosphatidylcholin, Phosphatidyl-ethanolamin, Phosphatidylserin, Phosphatidsäure, Lysophospholipid, Eier- oder Pflanzen-Phospholipid, ein halbsynthetisches oder synthetisches Phospholipid, ein teilweise oder vollständig hydriertes Phospholipid, ein salzhaltiges oder entsalztes Phospholipid, Sojabohnen-Phospholipid oder eine Kombination davon ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Verbindung ein Cyclosporin, Indometacin oder Tetracain ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, das eine Rückgewinnung der so hergestellten Mikropartikel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Mikropartikel eine volumengewogene Teilchengröße in einem Bereich von 0,1 bis 100 nm haben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem 99% der Mikropartikel eine enge Größenverteilung mit Maxima bei halber Breite bei halber Höhe unter 100 nm haben.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das in Schritt (3) gesprühte komprimierte Fluid durch eine Kapillar-Auslassöffnung gesprüht wird.