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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen Formulierungen und Verfahren zur Verabreichung von
biologischen Wirkstoffen an einen Patienten über den Respirationstrakt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren, Systeme
und Zusammensetzungen, die verhältnismäßig stabile
Dispersionen umfassen, die bevorzugt durch Vernebelung sowohl zur
topischen Verabreichung an die Lunge als auch zur Verabreichung über die
Lunge an den systemischen Kreislauf verabreicht werden.
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Vorrichtungen zur gezielten Verabreichung
von Arzneistoffen sind besonders wünschenswert, wenn die Toxizität oder Bioverfügbarkeit
des Arzneistoffes ein Problem ist. Verfahren zur spezifischen Verabreichung von
Arzneistoffen und Zusammensetzungen, welche die Verbindung an der
Wirkstelle wirksam ablagern, dienen möglicherweise dazu, die toxischen
Nebenwirkungen zu minimieren, die Dosierungsanforderungen zu senken
und die Therapiekosten zu erniedrigen. In dieser Hinsicht war die
Entwicklung derartiger Systeme zur Verabreichung von Arzneistoffen über die
Lunge lange ein Ziel der pharmazeutischen Industrie.
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Die drei häufigsten Systeme, die gegenwärtig zur
lokalen Verabreichung von Arzneistoffen an die Atemwege der Lunge
verwendet werden, sind Trockenpulverinhalatoren (DPIs), Dosieraerosole
(MDIs) und Vernebler. MDIs, das beliebteste Verfahren der Verabreichung
durch Inhalation, können
zur Verabreichung von Medikamenten in einer löslich gemachten Form oder als
Dispersion verwendet werden. Typischerweise umfassen MDIs ein Freon
oder ein anderes Treibmittel mit einem verhältnismäßig hohen Dampfdruck, das nach der
Aktivierung der Vorrichtung das in Aerosolform vernebelte Medikament
in den Respirationstrakt drückt.
Im Gegensatz zu MDIs verlassen sich DPIs im Allgemeinen völlig auf
die Einatmungsleistungen des Patienten, um ein Medikament in Form
eines Trockenpulvers in die Lunge einzuführen. Schließlich erzeugen
Vernebler ein zu inhalierendes Medikamentenaerosol, indem sie einer
flüssigen
Lösung
Energie zuführen.
Erst kürzlich wurde
auch eine direkte Verabreichung von Arzneistoffen über die
Lunge während
der Beatmung mit einer Flüssigkeit
oder einer Lungenlavage unter Verwendung eines fluorchemischen Mediums
untersucht. Während jedes dieser
Verfahren und die damit verbundenen Systeme sich in ausgewählten Situationen
als wirksam erweisen können,
können
innewohnende Nachteile, einschließlich Formulierungseinschränkungen,
ihre Verwendung einschränken.
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Eine Schlüsselentwicklung, welche die
Wichtigkeit von Systemen zur Verabreichung von Arzneistoffen über die
Lunge gesteigert hat, war das Auftauchen von neuen Arzneistoffen,
die sich von der Biotechnologie (z. B. Peptiden, Proteinen, Oligonucleotiden
und Plasmiden) ableiteten. Die systemische Verabreichung dieser Biopolymere
erwies sich aufgrund ihrer großen
Molekülgröße, hohen
Oberflächenladung,
schlechten chemischen und enzymatischen Stabilität und geringen Durchlässigkeit
durch verschiedene Absorptionsbarrieren des Körpers als schwierig. Wegen
ihrer geringen Bioverfügbarkeit
durch orale und transdermale Verabreichungswege werden Arzneistoffe,
wie Peptide, gegenwärtig
vor allem durch Infusionen oder häufige Injektionen verabreicht.
Die Entwicklung von weniger invasiven Verfahren zur Verabreichung
von Peptiden und anderen Biopolymeren stellt einen Hauptfokus der
gegenwärtigen
Forschung zur Verabreichung von Arzneistoffen dar, und mehrere Verabreichungsstellen,
einschließlich
verstärkter
oraler, nasaler und pulmonaler Verabreichung, wurden untersucht.
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Wie vorstehend gezeigt, werden Vernebler
häufig
zur Verabreichung von Arzneistoffen an die menschliche Lunge verwendet
und sind besonders zur Behandlung von hospitalisierten oder nicht-ambulanten
Patienten verwendbar. Es gibt zwei Hauptklassen von Vorrichtungen:
Luftstrahlvernebler und Ultraschallvernebler. In Luftstrahlverneblern
wird Druckluft durch eine kleine Öffnung gedrückt. Eine Flüssigkeit
kann dann aus einer dazu senkrechten Düse abgezogen werden (Bernoulli-Effekt),
um sie mit dem Luftstrahl zu mischen, wobei Tröpfchen gebildet werden. Eine
Prallfläche
(oder eine Reihe von Prallflächen)
innerhalb des Verneblers wird verwendet, um die Bildung des Aerosolnebels
zu erleichtern. Im Gegensatz dazu sind Ultraschallvernebler auf die
Erzeugung von Ultraschallwellen in einer Kammer des Ultraschallverneblers
durch einen keramischen, piezoelektrischen Kristall angewiesen,
der mit einer genauen Frequenz schwingt, wenn er elektrisch angeregt wird.
Die Ultraschallenergie löst
in der Verneblerlösung
hochenergetische Wellen aus, was die Erzeugung eines Aerosolnebels
erleichtert.
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Formulierungen zur Vernebelung umfassen
typischerweise Lösungen
auf wässriger
Basis. Vorausgesetzt, dass die Löslichkeit
und Stabilität
des Wirkstoffes ausreichen, ist eine Formulierung auf wässriger
Basis, die durch Vernebelung verabreicht wird, vernünftig, wenn
die geschätzte
minimale, wirksame Dosis etwa 200 μg übersteigt. Die kontinuierliche
Vernebelung war lange eine Möglichkeit
zur Verabreichung einer topischen Lungentherapie zur Behandlung
von verschiedenen Lungenkrankheiten, wie Asthma, chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung,
Emphysem und Bronchitis. Erst kürzlich
wurden Proteine, wie DNAse, für
ihre lokale Wirkung auf die Lunge durch herkömmliche Strahlvernebler verabreicht.
Leider ist die kontinuierliche Vernebelung ein eigentlich ineffizienter
Weg, um ein in Aerosolform vernebeltes Medikament zu verabreichen.
Diese Tatsache wird durch die Beobachtung betont, dass Dosen von
Bronchodilatatoren, die unter Verwendung von Verneblern verabreicht
wurden, drei Größenordnungen
größer als
eine bioäquivalente
Dosis sind, die durch einen MDI oder Trockenpulvergenerator verabreicht
wurde. Zusätzlich
zu den Bedenken, was die Leistung der Vorrichtung anbelangt, bestehen
auch Bedenken im Hinblick auf Veränderungen der Formulierung
während
des Vernebelungsprozesses. Die Arzneistoffkonzentration in der Reservoirlösung eines
Luftstrahlverneblers nimmt zum Beispiel häufig mit der Zeit zu. Ferner
kann eine Änderung
der Arzneistoffkonzentration eine Änderung der Osmolalität der wässrigen
Lösung
zur Folge haben, und es wurde gezeigt, dass hyperosmolare Verneblerlösungen eine
Bronchokonstriktion verursachen.
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Bezogen auf die Verabreichung von
biologischen Wirkstoffen über
die Lunge an den systemischen Kreislauf durch Vernebelung, konzentrierte
sich der größte Teil
der Forschung auf die Verwendung von tragbaren Handultraschallverneblern,
die auch als Vernebler mit abgemessener Lösung (Dosiervernebler) bezeichnet
werden. Diese Vorrichtungen sollten nicht mit Handverneblern, die
mehrere Minuten pro Behandlung erfordern, verwechselt werden. Diese
Vorrichtungen, die im Allgemeinen als Einzelbolusvernebler bekannt sind,
vernebeln einen einzelnen Bolus eines Medikaments in einer wässrigen
Lösung
mit einer Teilchengröße, die
eine Verabreichung an die tiefere Lunge in einem oder zwei Atemzügen bewirkt,
in Aerosolform. Diese Vorrichtungen fallen in drei allgemeine Kategorien.
Die erste Kategorie umfasst reine piezoelektrische Einzelbolusvernebler,
wie die von Mütterlein
et al. (J. Aerosol Med. 1988; 1: 231) beschriebenen. In einer anderen
Kategorie kann der gewünschte
Aerosolnebel durch Einzelbolusvernebler mit Mikrokanalextrusion,
wie die in dem U.S.-Pat. Nr. 3,812,854 beschriebenen, erzeugt werden.
Schließlich
umfasst eine dritte Kategorie Vorrichtungen, die von Robertson et
al. (WO 92/11050) beispielhaft angegeben wurden, die Einzelbolusvernebler
mit cyclischer Druckbeaufschlagung beschreiben.
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Während
derartige Vorrichtungen gegenüber
herkömmlichen
Handverneblern, die Behandlungszeiten von mehreren Minuten erfordern,
eine Verbesserung darstellen, sind sie durch die Tatsache, dass
sie Mehrfachdosisreservoirs verwenden, etwas eingeschränkt. Dies
ist bei Anwendungen der Proteinverabreichung, bei denen das Produkt
während
des Therapieprogramms steril bleiben muss, problematisch. Zum Allermindesten
erfordert die Verwendung dieser Mehrfachdosisreservoirs die Verwendung
von Konservierungsmitteln, und sogar dieser Weg ist wahrscheinlich
nicht bei allen Szenarien der Produktverwendung zufriedenstellend.
Um einige dieser Einschränkungen
zu überwinden,
wurde kürzlich
von Schuster et al. (Pharm. Res. 1997; 14: 354) ein Einheitsdosissystem
beschrieben. Jedoch bleiben sogar mit derartigen Einheitsdosissystemen
Probleme bestehen. Eine Gefahr bei Vorrichtungen zur Verabreichung
von biologischen Wirkstoffen an den systemischen Kreislauf besteht
zum Beispiel darin, dass der biologische Wirkstoff eine Langzeitstabilität in wässriger Phase
aufweisen muss. Dies ist nur für
wenige ausgewählte
Peptide und Proteine möglich.
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Folglich ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung die Bereitstellung von Verfahren, Zusammensetzungen und
Systemen zur wirksamen Verabreichung von biologischen Wirkstoffen über die
Lunge unter Verwendung von Verneblern.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Endung ist die Bereitstellung von Verfahren und Zusammensetzungen
zur Stabilisierung von biologischen Wirkstoffen, die unter Verwendung
eines Verneblers verabreicht werden sollen.
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Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung von Zubereitungen, welche vorteilhafterweise
die wirksame Verabreichung von biologischen Wirkstoffen an den systemischen
Kreislauf eines Patienten, der sie benötigt, ermöglichen.
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Diese und andere Aufgaben werden
durch die hier offenbarte und beanspruchte Erfindung bereitgestellt.
Zu diesem Zweck stellen die Verfahren und damit verbundenen Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung in einer allgemeinen Ausführungsform
die verbesserte Verabreichung von biologischen Wirkstoffen unter
Verwendung von stabilisierten Zubereitungen bereit. Die biologischen
Wirkstoffe werden bevorzugt über den
Respirationstrakt an einen Patienten verabreicht. Insbesondere stellt
die vorliegende Erfindung die Herstellung und Verwendung von stabilisierten
Dispersionen (auch als stabilisierte respiratorische Dispersionen bezeichnet)
und Inhalationssystemen, einschließlich Verneblern, die derartige
Dispersionen umfassen, sowie einzelnen Komponenten davon bereit.
Im Gegensatz zu Formulierungen des Standes der Technik in einer Form
zur Verwendung in Verneblern verwendet die vorliegende Erfindung
bevorzugt neue Verfahren, um die Anziehungskräfte zwischen den dispergierten
Bestandteilen und Dichteschwankungen in der stabilisierten Dispersion
zu verringern, wodurch die Zersetzung der offenbarten Zubereitungen
durch Ausflockung, Sedimentation oder Aufrahmen verzögert wird.
Ferner umfassen die stabilisierten Zubereitungen der vorliegenden
Erfindung bevorzugt ein Suspensionsmedium, das zusätzlich zur
Verringerung der Geschwindigkeit der Zersetzung, was den eingebrachten
biologischen Wirkstoff anbelangt, dient. In besonders bevorzugten
Ausführungsformen
umfasst das Suspensionsmedium eine fluorierte Verbindung oder einen
Fluorkohlenstoff. Für
Fachleute ist es selbstverständlich,
dass die offenbarten stabilen Zubereitungen und Systeme, welche
die Zubereitungen umfassen, Dosierungsmissverhältnisse verringern, wodurch
eine einheitliche Arzneistoffverabreichung erleichtert wird, konzentriertere
Dispersionen ermöglicht
werden, und die Zersetzung von beliebigen instabilen Biopolymeren,
die darin eingebracht wurden, verzögert wird.
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In einem weiten Sinn enthalten die
stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Endung eine fluorchemische,
kontinuierliche Phase, worin die stabilisierten Dispersionen perforierter
Mikrostrukturen, die von dem Suspensionsmedium im Wesentlichen durchdrungen
sind, vernebelt oder in Aerosolform vernebelt werden können, um
einem Patienten, der sie benötigt,
eine wirksame Dosierung bereitzustellen. Die stabilisierte Dispersion
kann mit einem Vernebler verwendet werden, um das gewünschte in
Aerosolform vernebelte Medikament zur Verabreichung über die
Lunge bereitzustellen.
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Die stabilisierten Zubereitungen
der vorliegenden Erfindung stellen durch die Verwendung von Teilchensuspensionen,
die hohle und/oder poröse
perforierte Mikrostrukturen umfassen, welche die molekularen Anziehungskräfte, wie
Van-der-Waals-Kräfte,
welche die Dispersionszubereitungen des Standes der Technik beherrschen,
wesentlich verringern, diese und andere Vorteile bereit. Insbesondere
verringert die Verwendung von perforierten (oder porösen) Mikrostrukturen
oder Mikroteilchen, die von dem umgebenden flüssigen Medium oder Suspensionsmedium
durchdrungen oder mit ihm gefüllt
sind, die zerstörenden
Anziehungskräfte
zwischen den Teilchen wesentlich. Ferner können die Komponenten der Dispersionen
so ausgewählt
werden, dass die Unterschiede zwischen den Polarisierbarkeiten minimiert
werden (d. h. verringerte Unterschiede zwischen den Hamaker-Konstanten),
und die Zubereitung weiter stabilisiert wird. Die verhältnismäßig homogene Natur
dieser Teilchendispersionen oder -suspensionen hemmt die Zersetzung,
wodurch den Arzneimitteln eine erhöhte Stabilität verliehen
wird.
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Zusätzlich zu den früher nicht
entsprechend geschätzten
Vorteilen, die mit der Herstellung von stabilisierten Teilchendispersionen
verbunden sind, ermöglichen
die perforierte Konfiguration und die entsprechende große Oberfläche einen
leichteren Transport der Mikrostrukturen durch den Gasstrom während der
Inhalation als bei nicht-perforierten Teilchen vergleichbarer Größe. Dies
wiederum ermöglicht
einen effizienteren Transport der perforierten Mikrostrukturen oder
Mikroteilchen der vorliegenden Endung als bei nicht-perforierten
Strukturen, wie mikronisierten Teilchen oder verhältnismäßig nicht-porösen Mikrokügelchen,
in die Lunge eines Patienten. Angesichts dieser Vorteile sind Dispersionen,
die perforierte Mikrostrukturen umfassen, mit Inhalationstherapien,
welche die Verabreichung der biologisch wirksamen Zubereitung an
mindestens einen Teil der Atemwege der Lunge umfassen, besonders
kompatibel. Für
die Zwecke der vorliegenden Anmeldung können diese stabilisierten Dispersionen,
die zur Verabreichung eines Arzneistoffes über die Lunge beabsichtigt
sind, als respiratorische Dispersionen bezeichnet werden. In besonders
bevorzugten Ausführungsformen werden
derartige respiratorische Dispersionen in Verbindung mit Verneblern
verwendet, um einen biologischen Wirkstoff wirksam an die Atemwege
der Lunge oder Nase eines Patienten zu verabreichen.
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Für
Fachleute ist es selbstverständlich,
dass perforierte Mikrostrukturen aus einem beliebigen biokompatiblen
Material hergestellt werden können,
das die gewünschten
physikalischen Eigenschaften oder die gewünschte Morphologie bereitstellt,
welche die Herstellung von stabilisierten Dispersionen ermöglichen.
In dieser Hinsicht umfassen die perforierten Mikrostrukturen Poren,
Hohlräume,
Defekte oder andere Zwischenräume,
die es dem flüssigen
Suspensionsmedium ermöglichen,
die Teilchengrenze ungehindert zu durchdringen oder zu durchströmen, was
somit die Dichteunterschiede zwischen den Dispersionskomponenten
verringert oder minimiert. In Anbetracht dieser Einschränkungen
ist es dennoch selbstverständlich,
dass ein beliebiges Material oder eine beliebige Konfiguration zur
Herstellung der Mikrostrukturmatrix verwendet werden kann. Im Hinblick
auf die ausgewählten
Materialien ist es wünschenswert,
dass die Mikrostruktur mindestens ein oberflächenaktives Mittel enthält. Dieses
oberflächenaktive
Mittel umfasst bevorzugt ein Phospholipid oder ein anderes oberflächenaktives
Mittel, das zur Verwendung in der Lunge zugelassen ist. Was die
Konfiguration anbetrifft, enthalten besonders bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sprühgetrocknete,
hohle Mikrokügelchen
mit einer verhältnismäßig dünnen, porösen Wand,
die einen großen
inneren Hohlraum definiert, obwohl andere Hohlräume enthaltende oder perforierte
Strukturen auch beabsichtigt sind.
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Folglich stellt die Erfindung in
einer ersten Ausführungsform
stabile respiratorische Dispersionen zur Verwendung in einem Vernebler
bereit, die ein Suspensionsmedium mit einer Vielzahl darin dispergierter
perforierter Mikrostrukturen umfassen, die mindestens einen biologischen
Wirkstoff umfassen, wobei das Suspensionsmedium die perforierten
Mikrostrukturen im Wesentlichen durchdringt.
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Es sollte ferner selbstverständlich sein,
dass die fluorchemische, kontinuierliche Phase oder das Suspensionsmedium
zur Herstellung einer kompatiblen Teilchendispersion oder Umkehremulsion
eine beliebige fluorchemische Verbindung sein kann, die unter geeigneten
thermodynamischen Bedingungen in flüssiger Form vorliegt. Wenn
es nicht durch aus dem Kontext ersichtliche Einschränkungen
anders vorgeschrieben ist, sollen für die Zwecke der vorliegenden
Anmeldung die Begriffe "Suspensionsmedium", "Suspensionsmedien" und "fluorchemische, kontinuierliche
Phase" gleichwertig
sein und können
abwechselnd verwendet werden. Für
Ausführungsformen,
bei denen die stabilisierte Dispersion in Verbindung mit einem Vernebler
verwendet werden soll, umfasst das Suspensionsmedium bevorzugt Fluorkohlenstoffe
mit einem Dampfdruck von weniger als etwa 1 Atmosphäre. Das
heißt,
es ist unter Standardbedingungen von 1 Atmospäre und 25°C bevorzugt eine Flüssigkeit.
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Gemäß den Angaben hier umfassen
Suspensionsmedien oder nicht-wässrige,
kontinuierliche Phasen Fluorchemikalien (z. B. Perfluorkohlenstoffe
oder Fluorkohlenstoffe), die bei Raumtemperatur flüssig sind.
Es ist allgemein bewiesen, dass viele Fluorchemikalien eine bewährte Geschichte
der Sicherheit und Biokompatibilität in der Lunge aufweisen. Ferner
beeinflussen Fluorchemikalien im Gegensatz zu wässrigen Lösungen den Gasaustausch nicht
negativ. Ferner können
Fluorchemikalien wegen ihrer einzigartigen Benetzungseigenschaften
in der Lage sein, einen in Aerosolform vernebelten Teilchenstrom
tiefer in die Lunge zu transportieren, wodurch die systemische Verabreichung
verbessert wird. Schließlich
sind viele Fluorchemikalien auch bakteriostatisch, wodurch die Möglichkeit
für mikrobielles
Wachstum in kompatiblen Verneblervorrichtungen verringert wird.
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Die vorliegende Erfindung als solche
stellt die Verwendung einer flüssigen
Fluorchemikalie bei der Herstellung eines Medikaments zur Verabreichung
eines biologischen Wirkstoffes über
die Lunge bereit, wobei das Medikament eine stabilisierte Dispersion,
wie vorstehend angegeben, mit einer fluorchemischen, kontinuierlichen
Phase umfasst, die unter Verwendung eines Verneblers vernebelt wird,
um ein in Aerosolform vernebeltes Medikament, das den biologischen
Wirkstoff umfasst, zu erzeugen, wobei das in Aerosolform vernebelte Medikament
an mindestens einen Teil der Atemwege der Lunge eines Patienten,
der es benötigt,
verabreicht wird.
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Es ist ferner selbstverständlich,
dass in ausgewählten
Ausführungsformen
die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von Dispersionen,
wie in den Ansprüchen
definiert, umfasst, um eine respiratorische Mischung bereitzustellen.
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Die bevorzugte Herstellung von stabilisierten
respiratorischen Dispersionen gemäß der Erfindung als solche
umfasst die Schritte:
Vereinigen einer Vielzahl perforierter
Mikrostrukturen, die mindestens einen biologischen Wirkstoff umfassen, mit
einem vorher festgelegten Volumen eines nicht-wässrigen Suspensionsmediums,
um eine respiratorische Mischung bereitzustellen, wobei das Suspensionsmedium
die perforierten Mikrostrukturen durchdringt; und
Mischen der
respiratorischen Mischung, um eine im Wesentlichen homogene respiratorische
Dispersion bereitzustellen.
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Zusammen mit den vorstehend erwähnten Vorteilen
kann die Stabilität
der hergestellten Teilchendispersionen weiter erhöht werden,
indem der Unterschied zwischen den Hamaker-Konstanten der eingebrachten Teilchen
oder der perforierten Mikrostrukturen und des Suspensionsmediums
verringert oder minimiert wird. Für Fachleute ist es selbstverständlich,
dass die Hamaker-Konstanten dazu neigen, sich mit den Brechungsindizes
maßstäblich zu ändern. In
dieser Hinsicht stellt die vorliegende Erfindung ferner Verfahren
zur Stabilisierung einer respiratorischen Dispersion durch Verringerung
anziehender Van-der-Waals-Kräfte
bereit, welches die Schritte umfasst:
Bereitstellen einer Vielzahl
perforierter Mikrostrukturen;
Vereinigen der perforierten Mikrostrukturen
mit einem Suspensionsmedium, das mindestens eine Fluorchemikalie
umfasst, wobei das Suspensionsmedium und die perforierten Mikrostrukturen,
die von dem Suspensionsmedium im Wesentlichen durchdrungen sind,
so ausgewählt
sind, dass ein Wert von weniger als etwa 0,5 als Unterschied im
Brechungsindex bereitgestellt wird. Gemäß den Angaben hier umfassen
die Teilchen bevorzugt hohle, poröse Mikrokügelchen.
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Im Hinblick auf die Verabreichung
der stabilisierten Zubereitungen ermöglicht eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung von flüssigen Inhalationssystemen
zur Verabreichung von einem oder mehreren biologischen Wirkstoffen
an einem Patienten. Derartige Inhalationssysteme zur Verabreichung
eines biologischen Wirkstoffes über
die Lunge an einen Patienten umfassen:
ein Flüssigkeitsreservoir;
eine
stabile respiratorische Dispersion gemäß der vorliegenden Endung in
dem Flüssigkeitsreservoir;
und
einen Vernebler, der betriebsbereit mit dem Flüssigkeitsreservoir
verbunden ist, wobei der Vernebler die stabile respiratorische Dispersion
in Aerosolform vernebeln und freisetzen kann.
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Die Dispersion umfasst ein Suspensionsmedium,
in dem eine Vielzahl perforierter Mikrostrukturen dispergiert ist,
die mindestens einen biologischen Wirkstoff umfassen und von dem
Suspensionsmedium im Wesentlichen durchdrungen sind. Für Fachleute
ist es selbstverständlich,
dass der Vernebler einen Ultraschallvernebler, einen Luftstrahlvernebler
und am meisten bevorzugt einen Einzelbolusvernebler umfassen kann. Auf
jeden Fall ermöglichen
die offenbarten Systeme der vorliegenden Erfindung die reproduzierbare
Verabreichung von biologischen Wirkstoffen mit einer Größe der in
Aerosolform vernebelten Teilchen, die klein genug ist, um tief in
die Lunge zu gelangen. Insbesondere zeigt das in Aerosolform vernebelte
Medikament bevorzugt einen Anteil an feinen Teilchen von mehr als
ungefähr
20% Gew./Gew..
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Noch ein anderer damit verbundener
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die wirksame Verabreichung
von biologischen Wirkstoffen über
die Lunge. Der hier verwendete Begriff "biologischer Wirkstoff" bezieht sich auf
eine Substanz, die in Verbindung mit einer Anwendung verwendet wird,
die therapeutischer oder diagnostischer Art ist, wie Verfahren zur
Diagnose der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Krankheit in einem Patienten
und/oder Verfahren zur Behandlung einer Krankheit in einem Patienten.
Was kompatible biologische Wirkstoffe anbetrifft, ist es für Fachleute
selbstverständlich,
dass ein beliebiges therapeutisches oder diagnostisches Mittel in
die stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Erfindung eingebracht
werden kann. Der biologische Wirkstoff kann zum Beispiel aus Antiallergika,
Bronchodilatatoren, Bronchokonstriktoren, pulmonalen Lungensurfactanten,
Analgetika, Antibiotika, Leukotrieninhibitoren oder -antagonisten,
Anticholinergika, Mastzellinhibitoren, Antihistaminika, antiinflammatorisch
wirksamen Substanzen, Antineoplastika, Anästhetika, Antituberkulotika,
Darstellungsmitteln, cardiovaskulären Mitteln, Enzymen, Steroiden,
genetischem Material, viralen Vektoren, Antisense-Mitteln, Proteinen,
Peptiden und Kombinationen davon ausgewählt werden. Besonders bevorzugte
biologische Wirkstoffe umfassen Verbindungen, die systemisch (d.
h. an den systemischen Kreislauf eines Patienten) verabreicht werden
sollen, wie Peptide, Proteine oder Polynucleotide. Wie nachstehend
detaillierter offenbart wird, kann der biologische Wirkstoff in
die perforierte Mikrostruktur eingebracht, damit gemischt, darauf
aufgetragen oder anderweitig damit verbunden werden. In anderen
Ausführungsformen kann
der biologische Wirkstoff mit der dispersen Phase (z. B. der wässrigen
Phase) einer Umkehremulsion verbunden sein.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die
Verabreichung eines oder mehrerer biologischer Wirkstoffe über die
Lunge, umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer stabilisierten
respiratorischen Dispersion gemäß der vorliegenden
Erfindung; Vernebeln der respiratorischen Dispersion mit einem Vernebler,
um ein in Aerosolform vernebeltes Medikament bereitzustellen; und
Verabreichen
einer therapeutisch wirksamen Menge des in Aerosolform vernebelten
Medikaments an mindestens einen Teil der Wege der Lunge eines Patienten,
der es benötigt.
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Was die Teilchendispersionen anbelangt,
können
der ausgewählte
biologische Wirkstoff oder die ausgewählten biologischen Wirkstoffe
als die einzige Strukturkomponente der Teilchen oder perforierten
Mikrostrukturen verwendet werden. Umgekehrt können die Teilchen oder perforierten
Mikrostrukturen zusätzlich
zu den eingebrachten biologischen Wirkstoffen eine oder mehrere
Komponenten (d. h. Strukturmaterialien, oberflächenaktive Mittel, Exzipienten
etc.) umfassen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfassen die suspendierten
Teilchen oder perforierten Mikrostrukturen verhältnismäßig hohe Konzentrationen an
oberflächenaktivem
Mittel (mehr als etwa 10% Gew./Gew.) zusammen mit (einem) eingebrachten
biologischen Wirkstoff(en). Schließlich sollte es selbstverständlich sein,
dass die teilchenförmige
oder perforierte Mikrostruktur mit dem biologischen Wirkstoff auf
nicht-integrale Art und Weise überzogen,
gekoppelt oder anderweitig verbunden sein kann. Welche Konfiguration
auch immer ausgewählt
wird, es ist selbstverständlich,
dass der damit verbundene biologische Wirkstoff in seiner natürlichen
Form oder als ein oder mehrere Salze, die in dem Fachgebiet bekannt
sind, verwendet werden kann.
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Es muss betont werden, dass die vorliegende
Erfindung die Vernebelung und Verabreichung von verhältnismäßig stabilen
Teilchendispersionen über
die Lunge ermöglicht.
Für Fachleute
ist es selbstverständlich, dass
sich aufgrund anderer biochemischer Eigenschaften die Morphologie
eingebrachter Teilchen ohne Destabilisierung der Dispersion ändern kann.
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Die stabilisierten Dispersionen der
Endung können
gegebenenfalls einen oder mehrere Zusätze umfassen, um die Stabilität weiter
zu steigern oder die Biokompatibilität zu erhöhen. Es können zum Beispiel verschiedene
oberflächenaktive
Mittel, Co-Lösungsmittel,
osmotische Mittel, Stabilisatoren, Chelatoren, Puffer, Viskositätsmodulatoren,
Löslichkeitsmodifikatoren
und Salze mit den perforierten Mikrostrukturen, dem Suspensionsmedium
oder beiden verbunden sein. Die Verwendung derartiger Zusätze ist
für Fachleute
selbstverständlich,
und die speziellen Mengen, Verhältnisse
und Arten der Mittel können
ohne übermäßiges Experimentieren
empirisch bestimmt werden.
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Andere Aufgaben, Eigenschaften und
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter Berücksichtigung der
folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten beispielhaften
Ausführungsformen
davon für
Fachleute offensichtlich.
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1A1 bis 1F2 veranschaulichen Änderungen
der Teilchenmorphologie als Funktion der Änderung des Verhältnisses
Fluorkohlenstofftreibmittel zu Phospholipid (PFC/PC), die in der
Beschickung der Sprühtrocknung
vorliegen. Die mikroskopischen Aufnahmen, die unter Verwendung von
Rasterelektronenmikroskopie- und Transmissionselektronenmikroskopieverfahren
hergestellt wurden, zeigen, dass in Abwesenheit von FCs oder bei
niedrigen PFC/PC-Verhältnissen
die so erhaltenen sprühgetrockneten
Mikrostrukturen, die Gentamicinsulfat umfassen, weder besonders
hohl noch porös
sind. Umgekehrt enthalten bei hohen PFC/PC-Verhältnissen die Teilchen zahlreiche
Poren und sind im Wesentlichen hohl mit dünnen Wänden.
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2 ist
ein Rasterelektronenmikroskopiebild perforierter Mikrostrukturen,
die Cromolynnatrium umfassen, das eine bevorzugte hohle, poröse Morphologie
veranschaulicht.
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3 stellt
Ergebnisse von in vitro Untersuchungen mit einem Kaskadenimpaktor
von Andersen dar, wobei dieselbe hohle, poröse Cromolynnatriumformulierung,
die durch einen MDI in HFA-134a
oder aus einem langkettigen Fluorkohlenstoff (Perfluoroctylethan)
durch Vernebelung verabreicht wurde, verglichen wurde. Es wurde
beobachtet, dass sich vernebelte Teilchen auf späteren Stufen im Impaktor ablagerten,
was einer verbesserten systemischen Verabreichung in vivo entspricht.
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Während
die vorliegende Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden
kann, sind hier spezielle veranschaulichende Ausführungsformen
davon offenbart, welche die Prinzipien der Erfindung beispielhaft
angeben. Es sollte betont werden, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf die veranschaulichten speziellen Ausführungsformen beschränkt ist.
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Zubereitungen für traditionelle Vernebler des
Standes der Technik umfassen typischerweise wässrige Lösungen des ausgewählten Arzneimittels.
Mit derartigen Zubereitungen für
Vernebler des Standes der Technik wurde schon lange bewiesen, dass
eine Schädigung
der eingebrachten therapeutischen Verbindung die Wirksamkeit stark
verringern kann. Bei herkömmlichen,
wässrigen
Zubereitungen für
Mehrfachdosisvernebler ist zum Beispiel eine bakterielle Verunreinigung
ein konstantes Problem. Ferner kann das löslich gemachte Medikament ausfallen
oder sich mit der Zeit zersetzen, was das Verabreichungsprofil nachteilig
beeinflusst. Dies trifft besonders für größere, instabilere Biopolymere,
wie Enzyme oder andere Arten von Proteinen, zu. Die Ausfällung des
eingebrachten biologischen Wirkstoffes kann zu einem Teilchenwachstum
führen,
das eine wesentliche Verringerung des Eindringens in die Lunge und
eine entsprechende Abnahme der Bioverfügbarkeit zur Folge hat. Derartige
Dosierungsmissverhältnisse
verringern deutlich die Wirksamkeit jeder Behandlung.
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Die vorliegende Endung überwindet
diese und andere Schwierigkeiten, indem sie stabilisierte Dispersionen
mit einer nicht-wässrigen,
kontinuierlichen Phase bereitstellt, die eine fluorierte Verbindung
(d. h. eine Fluorchemikalie, Fluorkohlenstoff oder Perfluorkohlenstoff)
umfasst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung umfassen Fluorchemikalien, die bei Raumtemperatur flüssig sind.
Wie vorstehend gezeigt, stellt die Verwendung derartiger Verbindungen,
ob als kontinuierliche Phase oder als Suspensionsmedium, mehrere
Vorteile gegenüber
flüssigen
Inhalationszubereitungen des Standes der Technik bereit. In dieser
Hinsicht ist es allgemein bewiesen, dass viele Fluorchemikalien
eine bewährte
Geschichte der Sicherheit und Biokompatibilität in der Lunge aufweisen. Im
Gegensatz zu wässrigen
Lösungen
beeinflussen Fluorchemikalien ferner den Gasaustausch nach der Verabreichung über die
Lunge nicht negativ. Im Gegensatz dazu können sie tatsächlich den
Gasaustausch verbessern und aufgrund ihrer einzigartigen Benetzungseigenschaften
können
sie einen in Aerosolform vernebelten Strom von Teilchen tiefer in
die Lunge transportieren, wodurch die systemische Verabreichung
des gewünschten
Arzneistoffes verbessert wird. Ferner verzögert die verhältnismäßig nicht-reaktive
Natur von Fluorchemikalien eine beliebige Zersetzung eines eingebrachten
biologischen Wirkstoffes. Schließlich sind viele Fluorchemikalien
auch bakteriostatisch, wodurch die Möglichkeit für ein mikrobielles Wachstum
in kompatiblen Verneblervorrichtungen verringert wird.
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Wie vorher angegeben, betrifft die
vorliegende Erfindung Teilchendispersionen. Für die Zwecke der vorliegenden
Anmeldung soll der Begriff gemäß seiner
allgemeinen Bedeutungen verwendet werden, wenn es nicht durch aus
dem Kontext ersichtliche Einschränkungen
anders vorgeschrieben ist. Eine hier verwendete Teilchensuspension
oder -dispersion soll eine Verteilung von nicht-flüssigen Teilchen
in einer flüssigen,
kontinuierlichen Phase oder einem Suspensionsmedium umfassen.
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Im Hinblick auf Teilchendispersionen
kann die erhöhte
Stabilität,
die durch die Suspensionen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
wird, durch eine Erniedrigung der Van-der-Waals-Anziehungskräfte zwischen den suspendierten
Teilchen und durch eine Verringerung der Dichteunterschiede zwischen
dem Suspensionsmedium und den Teilchen erzielt werden. Gemäß den Angaben
hier kann die Erhöhung
der Suspensionsstabilität
durch die Entwicklung perforierter Mikrostrukturen, die dann in
einem kompatiblen Suspensionsmedium dispergiert werden, verliehen
werden. In dieser Hinsicht umfassen die perforierten Mikrostrukturen Poren,
Hohlräume,
Vertiefungen, Defekte oder andere Zwischenräume, die es dem flüssigen Suspensionsmedium
ermöglichen,
die Teilchengrenze ungehindert zu durchdringen oder zu durchströmen. Besonders
bevorzugte Ausführungsformen
umfassen perforierte Mikrostrukturen, die sowohl hohl als auch porös sind und
fast ein wabenförmiges
oder schaumartiges Aussehen aufweisen. In besonders bevorzugten
Ausführungsformen umfassen
die perforierten Mikrostrukturen sprühgetrocknete, hohle, poröse Mikrokügelchen.
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Wenn die perforierten Mikrostrukturen
in das Suspensionsmedium gegeben werden, kann das Suspensionsmedium
die Teilchen durchdringen, wodurch eine "Homodispersion" erzeugt wird, in der sowohl die kontinuierliche
Phase als auch die dispergierte Phase im Wesentlichen nicht zu unterscheiden
sind. Da die definierten oder "virtuellen" Teilchen (d. h.
die das Volumen umfassen, das durch die Mikrostrukturmatrix begrenzt wird)
fast ganz aus dem Medium bestehen, in dem sie suspendiert sind,
werden die Kräfte,
welche die Teilchenaggregation (Ausflockung) steuern, minimiert.
Ferner werden die Dichteunterschiede zwischen den definierten oder
vituellen Teilchen und der kontinuierlichen Phase minimiert, indem
die Mikrostrukturen mit dem Medium gefüllt werden, wodurch das Aufrahmen
oder die Sedimentation der Teilchen wirksam verlangsamt wird. Die
stabilisierten Suspensionen der vorliegenden Erfindung als solche
sind mit Inhalationstherapien besonders kompatibel und können in
Verbindung mit Inhalatoren mit festgelegter Dosierung (MDIs), Trockenpulverinhalatoren
und Verneblern verwendet werden.
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Insbesondere können die Teilchensuspensionen
der vorliegenden Erfindung so konstruiert sein, dass sie die Anziehungskräfte zwischen
den Teilchen erniedrigen. Die Hauptkräfte, welche die Ausflockung
in nicht-wässrigen
Medien steuern, sind Van-der-Waals-Anziehungskräfte. Vander-Waals-Kräfte sind
quantenmechanischen Ursprungs und können als Anziehungskräfte zwischen
fluktuierenden Dipolen (d. h. Wechselwirkungen zwischen induzierten
Dipolen) sichtbar gemacht werden. Dispersionskräfte weisen eine äußerst kurze
Reichweite auf und ändern
sich maßstäblich mit
der sechsten Potenz des Abstandes zwischen den Atomen. Wenn zwei
makroskopische Körper
sich einander nähern,
addieren sich die Dispersionsanziehungskräfte zwischen den Atomen. Die
so erhaltene Kraft weist eine deutlich längere Reichweite auf und hängt von
der Geometrie der wechselwirkenden Körper ab.
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Insbesondere kann die Größenordnung
des Van-der-Waals-Potentials, V
A, für zwei kugelige
Teilchen näherungsweise
angegeben werden durch:
wobei A
eff die
effektive Hamaker-Konstante ist, welche für die Natur der Teilchen und
des Mediums verantwortlich ist, H
0 der Abstand
zwischen den Teilchen ist, und R
1 und R
2 die Radien der kugeligen Teilchen 1 und
2 sind. Die effektive Hamaker-Konstante ist proportional zu dem
Unterschied zwischen den Polarisierbarkeiten der dispergierten Teilchen
und des Suspensionsmediums:
wobei
A
SM und A
PART die Hamaker-Konstanten für das Suspensionsmedium
beziehungsweise die Teilchen sind. So wie sich die suspendierten
Teilchen und das Dispersionsmedium in ihrer Natur ähnlich werden,
nähern
sich die Größenordnungen
von A
SM und A
PART an,
und werden A
eff und V
A kleiner.
Das heißt,
durch Verringerung der Unterschiede zwischen der mit dem Suspensionsmedium
verbundenen Hamaker-Konstante und der mit den dispergierten Teilchen
verbundenen Hamaker-Konstante kann die effektive Hamaker-Konstante
(und die entsprechenden van-der-Waals-Anziehungskräfte) verringert werden.
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Ein Weg, um die Unterschiede zwischen
den Hamaker-Konstanten zu minimieren, ist die Erzeugung einer "Homodispersion", das heißt, sowohl
die kontinuierliche Phase als auch die dispergierte Phase werden, wie
vorstehend diskutiert, im Wesentlichen ununterscheidbar gemacht.
Zusätzlich
zu der Ausnutzung der Morphologie der Teilchen, um die effektive
Hamaker-Konstante zu verringern, werden die Komponenten der Strukturmatrix
(welche die perforierten Mikrostrukturen definieren) bevorzugt so
ausgewählt,
dass sie eine Hamaker-Konstante
zeigen, die der des ausgewählten
Suspensionsmediums verhältnismäßig nahe
kommt. In dieser Hinsicht kann man die tatsächlichen Werte der Hamaker-Konstanten
des Suspensionsmediums und der Teilchenkomponenten verwenden, um
die Kompatibilität
der Dispersionsbestandteile zu bestimmen und um einen guten Hinweis
im Hinblick auf die Stabilität
der Zubereitung zu liefern. In einer anderen Ausführungsform
kann man unter Verwendung von leicht feststellbaren charakteristischen
physikalischen Werten, die mit messbaren Hamaker-Konstanten übereinstimmen,
verhältnismäßig kompatible
Komponenten aus perforierten Mikrostrukturen und Suspensionsmedien
auswählen.
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In dieser Hinsicht wurde festgestellt,
dass die Brechungsindexwerte vieler Verbindungen dazu neigen, sich
gemäß der entsprechenden
Hamaker-Konstante zu verhalten. Folglich können leicht messbare Brechungsindexwerte
verwendet werden, um einen ziemlich guten Hinweis darauf zu liefern,
welche Kombination aus dem Suspensionsmedium und den Teilchenexzipienten
eine Dispersion mit einer verhältnismäßig niedrigen
effektiven Hamaker-Konstante und der damit verbundenen Stabilität bereitstellt.
Es ist selbstverständlich, dass
die Verwendung derartiger Werte die Herstellung von stabilisierten
Dispersionen gemäß der vorliegenden Erfindung
ohne übermäßiges Experimentieren
ermöglicht,
da die Brechungsindizes von Verbindungen allgemein verfügbar sind
oder leicht abgeleitet werden können.
Lediglich zum Zweck der Veranschaulichung werden die Brechungsindizes
mehrerer Verbindungen in Tabelle I direkt nachstehend bereitgestellt:
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Übereinstimmend
mit den vorstehend dargestellten Dispersionskomponenten ist es für Fachleute selbstverständlich,
dass die Herstellung von Dispersionen, in denen die Komponenten
einen Unterschied im Brechungsindex von weniger als etwa 0,5 aufweisen,
bevorzugt ist. Das heißt,
der Brechungsindex des Suspensionsmediums unterscheidet sich bevorzugt
um nicht mehr als etwa 0,5 von dem Brechungsindex, der mit den suspendierten
Teilchen oder perforierten Mikrostrukturen verbunden ist. Es ist
ferner selbstverständlich, dass
der Brechungsindex des Suspensionsmediums und der Teilchen direkt
gemessen oder unter Verwendung der Brechungsindizes der Hauptkomponente
in der jeweiligen Phase näherungsweise
angegeben werden kann. Für
die Teilchen oder perforierten Mikrostrukturen kann die Hauptkomponente
auf einer Gewichtsprozentbasis bestimmt werden. Für das Suspensionsmedium
wird die Hauptkomponente typischerweise auf einer Volumenprozentbasis
abgeleitet. Bei ausgewählten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beträgt
der Wert des Unterschiedes im Brechungsindex bevorzugt weniger als
etwa 0,45, etwa 0,4, etwa 0,35 oder sogar weniger als etwa 0,3.
In Anbetracht der Tatsache, dass geringe Unterschiede im Brechungsindex eine
größere Dispersionsstabilität zur Folge
haben, umfassen besonders bevorzugte Ausführungsformen Indexunterschiede
von weniger als etwa 0,28, etwa 0,25, etwa 0,2, etwa 0,15 oder sogar
weniger als etwa 0,1. Es wird vorgebracht, dass ein Fachmann in
Anbetracht der vorliegenden Offenbarung ohne übermäßiges Experimentieren bestimmen
kann, welche Dispersionskomponenten besonders kompatibel sind. Die
endgültige Wahl
bevorzugter Komponenten wird auch durch andere Faktoren, einschließlich der
Biokompatibilität,
des Zulassungsstatus, der Leichtigkeit der Herstellung und der Kosten,
beeinflusst.
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Im Gegensatz zu den Versuchen des
Standes der Technik, stabilisierte Suspensionen bereitzustellen, welche
oberflächenaktive
Mittel erfordern, die in dem Suspensionsmedium löslich sind, kann die vorliegende Erfindung
zumindest teilweise stabilisierte Dispersionen bereitstellen, indem
der (die) biologische(n) Wirkstoff(e) innerhalb der Strukturmatrix
der hohlen, porösen
Mikrostrukturen immobilisiert wird (werden). Folglich sind bevorzugte
Exzipienten, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind,
in dem Suspensionsmedium im Wesentlichen unlöslich. Unter derartigen Bedingungen
kann sogar von oberflächenaktiven
Mitteln, wie zum Beispiel Lecithin, nicht angenommen werden, dass
sie in der vorliegenden Erfindung die Eigenschaften eines oberflächenaktiven
Mittels aufweisen, da die Leistung eines oberflächenaktiven Mittels die Amphiphilie
erfordert, in dem Suspensionsmedium einigermaßen löslich zu sein. Die Verwendung
von unlöslichen
Exzipienten verringert auch die Möglichkeit von Teilchenwachstum
durch Ostwald-Reifung.
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Wie vorstehend diskutiert, kann die
Minimierung der Dichteunterschiede zwischen den Teilchen und der
kontinuierlichen Phase durch die perforierte und/oder hohle Natur
der eingebrachten Mikrostrukturen so verbessert werden, dass das
Suspensionsmedium den größten Teil
des Teilchenvolumens darstellt. Der hier verwendete Begriff "Teilchenvolumen" entspricht dem Volumen
des Suspensionsmediums, das durch die eingebrachten hohlen, porösen Teilchen
verdrängt
würde,
falls sie massiv wären,
d. h. dem durch die Teilchengrenze definierten Volumen. Zum Zweck
der Erklärung
können
diese mit Flüssigkeit
gefüllten
Teilchenvolumina als "virtuelle
Teilchen" bezeichnet
werden. Das mittlere Volumen der Hülle oder Matrix des biologischen
Wirkstoffes und/oder Exzipienten (d. h. das Volumen des Mediums,
das tatsächlich
durch die perforierte Mikrostruktur ersetzt wurde) umfasst bevorzugt
weniger als 70% des mittleren Teilchenvolumens (oder weniger als
70% des virtuellen Teilchens). Stärker bevorzugt umfasst das
Volumen der Mikroteilchenmatrix weniger als etwa 50%, 40%, 30% oder
sogar 20 % des mittleren Teilchenvolumens. Noch stärker bevorzugt
umfasst das mittlere Volumen der Hülle/Matrix weniger als etwa
10%, 5% oder 3% des mittleren Teilchenvolumens. Für Fachleute ist
es selbstverständlich,
dass ein derartiges Matrix- oder Hüllenvolumen typischerweise
wenig zu der Dichte des virtuellen Teilchens beiträgt, die überwiegend
durch das darin gefundene Suspensionsmedium vorgeschrieben ist.
Natürlich
können
in ausgewählten
Ausführungsformen
die zur Herstellung der perforierten Mikrostruktur verwendeten Exzipienten
oder biologischen Wirkstoffe so gewählt werden, dass sich die Dichte
der so erhaltenen Matrix oder Hülle
der Dichte des umgebenden Suspensionsmediums nähert.
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Es ist selbstverständlich,
dass die Verwendung derartiger Mikrostrukturen eine Annäherung der scheinbaren
Dichte der virtuellen Teilchen an die des Suspensionsmediums ermöglicht.
Ferner werden, wie vorher diskutiert, die Komponenten der Mikroteilchenmatrix,
soweit es in Anbetracht anderer Überlegungen möglich ist,
bevorzugt so ausgewählt,
dass sie sich der Dichte des Suspensionsmediums annähern. Folglich weisen
in bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die virtuellen Teilchen und das Suspensionsmedium
einen Dichteunterschied von weniger als etwa 0,6 g/cm3 auf.
Das heißt,
die durchschnittliche Dichte der virtuellen Teilchen (wie durch
die Matrixgrenze definiert) unterscheidet sich um nicht mehr als
ungefähr
0,6 g/cm3 von der des Suspensionmediums.
Stärker
bevorzugt unterscheidet sich die durchschnittliche Dichte der virtuellen
Teilchen um nicht mehr als 0,5, 0,4, 0,3 oder 0,2 g/cm3 von
der des ausgewählten
Suspensionmediums. In noch stärker
bevorzugten Ausführungsformen
beträgt
der Dichteunterschied weniger als etwa 0,1, 0,05, 0,01 oder sogar
weniger als 0,005 g/cm3.
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Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Vorteilen
ermöglicht
die Verwendung von hohlen, porösen Teilchen
die Herstellung von fließfähigen Dispersionen,
die viel größere Volumenanteile
an Teilchen in der Suspension umfassen. Es sollte selbstverständlich sein,
dass die Formulierung von Dispersionen des Standes der Technik mit
Volumenanteilen, die sich einer dichten Packung nähern, im
Allgemeinen zu drastischen Erhöhungen
des viskoelastischen Verhaltens der Dispersion führt. Das rheologische Verhalten
dieser Art ist für
Inhalationsanwendungen nicht geeignet. Für Fachleute ist es selbstverständlich,
dass der Volumenanteil der Teilchen als das Verhältnis des scheinbaren Volumens
der Teilchen (d. h. des Teilchenvolumens) zu dem Gesamtvolumen des
Systems definiert werden kann. Jedes System weist einen maximalen
Volumenanteil oder Packungsanteil auf. Teilchen in einer einfachen
kubischen Anordnung erreichen zum Beispiel einen maximalen Packungsanteil
von 0,52, während
die in einer flächenzentrierten,
kubisch/hexagonal dicht gepackten Konfiguration einen maximalen
Packungsanteil von ungefähr
0,74 erreichen. Für
nicht-kugelige Teilchen oder polydisperse Systeme sind die abgeleiteten
Werte verschieden. Folglich wird der maximale Packungsanteil häufig als
ein empirischer Parameter für
ein bestimmtes System angesehen.
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Hier wurde überraschenderweise festgestellt,
dass die Verwendung von porösen
Strukturen in der vorliegenden Erfindung sogar mit großen Volumenanteilen,
die sich einer dichten Packung nähern,
kein unerwünschtes
viskoelastisches Verhalten einführte.
Im Gegensatz dazu bleiben sie, wenn sie mit entsprechenden Suspensionen,
die massive Teilchen umfassen, verglichen werden, fließfähige Suspensionen
mit niedriger Viskosität,
die eine geringe oder keine Fließspannung aufweisen. Von der
niedrigen Viskosität
der offenbarten bevorzugten Suspensionen wird angenommen, dass sie
zumindest größtenteils
auf die verhältnismäßig niedrige Van-der-Waals-Anziehungskraft zwischen
den mit Flüssigkeit
gefüllten,
hohlen, porösen
Teilchen zurückzuführen ist.
In ausgewählten
Ausführungsformen
ist der Volumenanteil der offenbarten Dispersionen als solcher größer als
ungefähr
0,3. Andere Ausführungsformen
können
Packungswerte in der Größenordnung
von 0,3 bis etwa 0,5 oder in der Größenordnung von 0,5 bis etwa
0,8 aufweisen, wobei sich die höheren
Werte dem Zustand einer dichten Packung nähern. Da die Teilchensedimentation
von Natur aus zu einer Abnahme neigt, wenn sich der Volumenanteil
einer dichten Packung nähert,
kann ferner die Herstellung von verhältnismäßig konzentrierten Dispersionen
die Stabilität
der Formulierung erhöhen.
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Obwohl die Verfahren und Zusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von verhältnismäßig konzentrierten
Suspensionen verwendet werden können,
funktionieren bei viel niedrigeren Packungsvolumina die Stabilisierungsfaktoren
gleich gut, und es ist beabsichtigt, dass derartige Dispersionen
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen. In dieser
Hinsicht ist es selbstverständlich,
dass Dispersionen, die Anteile mit niedrigem Volumen umfassen, unter
Verwendung von Verfahren des Standes der Technik äußerst schwierig
zu stabilisieren sind. Umgekehrt sind Dispersionen, die perforierte
Mikrostrukturen enthalten, die einen biologischen Wirkstoff, wie
hier beschrieben, umfassen, sogar mit Anteilen mit niedrigem Volumen
besonders stabil. Folglich ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Herstellung und Verwendung von stabilisierten
Dispersionen und besonders respiratorischen Dispersionen mit Volumenanteilen
von weniger als 0,3. In einigen bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Volumenanteil
ungefähr
0,0001–0,3
oder stärker bevorzugt
0,001–0,01.
Noch andere bevorzugte Ausführungsformen
umfassen stabilisierte Suspensionen mit Volumenanteilen von ungefähr 0,01
bis ungefähr
0,1.
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In anderen bevorzugten Ausführungsformen
können
perforierte Mikrostrukturen zur Stabilisierung von verdünnten Suspensionen
von mikronisierten biologischen Wirkstoffen verwendet werden. In
derartigen Ausführungsformen
können
die perforierten Mikrostrukturen zugegeben werden, um den Volumenanteil
von Teilchen in der Suspension zu vergrößern, wodurch die Suspensionsstabilität im Hinblick
auf das Aufrahmen oder die Sedimentation erhöht wird. Ferner können in
diesen Ausführungsformen
die eingebrachten Mikrostrukturen auch eine enge Annäherung (Aggregation)
der mikronisierten Arzneistoffteilchen verhindern. Es sollte selbstverständlich sein,
dass die perforierten Mikrostrukturen, die in derartige Ausführungsformen
eingebracht wurden, nicht unbedingt einen biologischen Wirkstoff
umfassen. Sie können
vielmehr ausschließlich
aus verschiedenen Exzipienten, einschließlich oberflächenaktiven
Mitteln, hergestellt werden.
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Während
die stabilisierten Dispersionen Teilchen umfassen können, die
verschiedene Morphologien zeigen, umfassen besonders bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Endung eine Vielzahl perforierter Mikrostrukturen
oder Mikroteilchen, die in dem Suspensionsmedium dispergiert oder
suspendiert sind. In derartigen Ausführungsformen umfassen die perforierten
Mikrostrukturen eine Strukturmatrix, die Hohlräume, Poren, Defekte, Vertiefungen,
Lücken,
Zwischenräume, Öffnungen,
Perforationen oder Löcher
zeigt, definiert oder umfasst, und die es dem umgebenden Suspensionsmedium
ermöglicht,
die Mikrostruktur ungehindert zu durchdringen, zu füllen oder
zu durchsetzen. Die absolute Form (im Gegensatz zu der Morphologie)
der perforierten Mikrostruktur ist im Allgemeinen nicht kritisch,
und es ist beabsichtigt, dass eine beliebige Gesamtkonfiguration,
welche die gewünschten
Stabilisierungseigenschaften bereitstellt, innerhalb des Umfangs
der Erfindung liegt. Während
bevorzugte Ausführungsformen,
die perforierte Mikrostrukturen enthalten, ungefähr mikrokugelige Formen umfassen
können,
sind folglich zusammengefallene, verformte oder zerbrochene Teilchen
ebenfalls kompatibel. Bei dieser Patentanmeldung ist es selbstverständlich,
dass besonders bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sprühgetrocknete,
hohle, poröse
Mikrokügelchen
umfassen.
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Um die Dispersionsstabilität zu maximieren
und die Verteilung nach der Verabreichung zu optimieren, beträgt die durchschnittliche
geometrische Teilchengröße der perforierten
Mikrostrukturen bevorzugt etwa 0,5–50 μm und stärker bevorzugt 1–30 μm. Es ist
selbstverständlich,
dass große
Teilchen (d. h. größer als
50 μm) nicht
verwendet werden sollten, da große Teilchen zu Aggregation
oder Abscheidung aus der Suspension neigen können und nicht wirksam vernebelt
werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen beträgt die durchschnittliche
geometrische Teilchengröße (oder
der Durchmesser) der perforierten Mikrostrukturen weniger als 20 μm oder weniger
als 10 μm.
Stärker
bevorzugt beträgt
der durchschnittliche geometrische Durchmesser weniger als etwa
5 μm. In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
umfassen die perforierten Mikrostrukturen ein Pulver aus trockenen,
hohlen, porösen,
mikrokugeligen Hüllen
mit einem Durchmesser von ungefähr
1 bis 10 μm
und mit Hüllendicken
von ungefähr
0,1 μm bis
ungefähr
0,5 μm.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die
Teilchenkonzentration der Dispersionen und die Strukturmatrixkomponenten
so eingestellt werden können,
dass die Verabreichungseigenschaften der ausgewählten Teilchengröße optimiert
werden.
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Wie in der ganzen vorliegenden Beschreibung
gezeigt, sind die Dispersionen der vorliegenden Erfindung bevorzugt
stabilisiert. In einem weiten Sinn soll der Begriff "stabilisierte Dispersion" eine beliebige Dispersion
bedeuten, die sich einer Aggregation, Ausflockung oder Aufrahmen
bis zu dem Grad widersetzt, der erforderlich ist, um die wirksame
Verabreichung eines biologischen Wirkstoffes bereitzustellen. Während es
für Fachleute
selbstverständlich
ist, dass es mehrere Verfahren gibt, die zur Bewertung der Stabilität einer
bestimmten Dispersion verwendet werden können, umfasst ein bevorzugtes
Verfahren für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung die Bestimmung der Aufrahmungs-
oder Sedimentationszeit. In dieser Hinsicht soll die Aufrahmungszeit
als die Zeit definiert werden, welche die suspendierten Arzneistoffteilchen
benötigen,
um bis zur Hälfte
des Volumens des Suspensionsmediums aufzurahmen. Entsprechend kann
die Sedimentationszeit als die Zeit definiert werden, welche die
Teilchen benötigen,
um in der Hälfte
des Volumens des flüssigen
Mediums zu sedimentieren. Eine verhältnismäßig einfache Art zur Bestimmung
der Aufahmungszeit einer Zubereitung ist die Bereitstellung der
Teilchensuspension in einem verschlossenen Glasfläschchen.
Die Fläschchen
werden bewegt oder geschüttelt,
um verhältnismäßig homogene
Dispersionen bereitzustellen, die dann beiseite gestellt und unter
Verwendung einer geeigneten Apparatur oder durch visuelle Prüfung beobachtet
werden. Die Zeit, die erforderlich ist, damit die suspendierten
Teilchen bis zur Hälfte
des Volumens des Suspensionsmediums aufrahmen (d. h. bis zur oberen
Hälfte
des Suspensionsmediums ansteigen) oder innerhalb der Hälfte des
Volumens sedimentieren (d. h. sich bis zur Hälfte des Mediums am Boden absetzen)
wird dann notiert. Suspensionsformulierungen mit einer Aufrahmungszeit
von mehr als 1 Minute sind bevorzugt und zeigen eine geeignete Stabilität. Stärker bevorzugt
umfassen die stabilisierten Dispersionen Aufrahmungszeiten von mehr als
etwa 2, 5, 10, 15, 20 oder 30 Minuten. In besonders bevorzugten
Ausführungsformen
zeigen die stabilisierten Dispersionen Aufrahmungszeiten von mehr
als etwa 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 4 oder sogar 5 Stunden. Im Wesentlichen
entsprechende Zeitspannen für
die Sedimentationszeiten zeigen kompatible Dispersionen an.
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Was die Zubereitungen der vorliegenden
Erfindung anbelangt, kann die Porösität der eingebrachten Mikrostrukturen
wesentlich zur Etablierung der Dispersionsstabilität beitragen.
In dieser Hinsicht kann die durchschnittliche Porosität der perforierten
Mikrostrukturen durch Elektronenmikroskopie gekoppelt mit modernen
Abbildungsverfahren bestimmt werden. Insbesondere können elektronenmikroskopische
Aufnahmen von repräsentativen
Proben der perforierten Mikrostrukturen erhalten und digital analysiert
werden, um die Porosität
der Zubereitung quantitativ zu bestimmen. Ein derartiges Verfahren
ist in dem Fachgebiet allgemein bekannt und kann ohne übermäßiges Experimentieren übernommen
werden.
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Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann die durchschnittliche
Porosität
(d. h. der Prozentgehalt der Teilchenoberfläche, die zum Inneren und/oder
einem zentralen Hohlraum offen ist) der perforierten Mikrostrukturen
im Bereich von ungefähr
0,5% bis ungefähr
80% liegen. In stärker
bevorzugten Ausführungsformen
liegt die durchschnittliche Porosität im Bereich von ungefähr 2% bis
ungefähr
40%. Bezogen auf ausgewählte
Herstellungsparameter kann die durchschnittliche Porosität mehr als
ungefähr
2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% oder 30% der Mikrostrukturoberfläche betragen.
In anderen Ausführungsformen
kann die durchschnittliche Porosität der Mikrostrukturen mehr
als etwa 40%, 50%, 60%, 70% oder sogar 80% betragen. Was die Poren
selbst anbetrifft, liegt ihre Größe typischerweise
im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 400 nm mit durchschnittlichen
Porengrößen bevorzugt
im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 200 nm. In besonders bevorzugten
Ausführungsformen
liegt die durchschnittliche Porengröße im Bereich von etwa 50 nm
bis etwa 100 nm. Wie aus 1A1 bis 1F2 ersichtlich ist und nachstehend
detaillierter diskutiert wird, ist ein wesentlicher Vorteil der
vorliegenden Erfindung, dass durch sorgfältige Wahl der eingebrachten
Komponenten und Herstellungsparameter die Porengröße und Porosität genau
reguliert werden können.
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Zusammen mit der geometrischen Konfiguration
kann die perforierte oder poröse
und/oder hohle Konstruktion der Mikrostrukturen auch eine wichtige
Rolle bei den Eigenschaften des so erhaltenen Aerosols während der
Vernebelung spielen. In dieser Hinsicht ermöglichen die perforierte Struktur
und die verhältnismäßig große Oberfläche der
dispergierten Mikroteilchen es ihnen, in dem Aerosolnebel während der
Inhalation leichter und über
längere
Entfernungen als nicht-perforierte Teilchen vergleichbarer Größe mitgeführt zu werden. Wegen
ihrer hohen Porosität
ist die Dichte der Teilchen wesentlich kleiner als 1,0 g/cm3, typischerweise kleiner als 0,5 g/cm3, häufiger
in der Größenordnung
von 0,1 g/cm3 und so niedrig wie 0,01 g/cm3. Im Gegensatz zu der geometrischen Teilchengröße hängt die
aerodynamische Teilchengröße, daer, der perforierten Mikrostrukturen im
Wesentlichen von der Teilchendichte ρ ab: daer =
dgeoρ,
wobei dgeo der geometrische Durchmesser
ist. Für
eine Teilchendichte von 0,1 g/cm3 ist daer ungefähr
dreimal kleiner als dgeo, was zu einer erhöhten Teilchenablagerung
in den peripheren Bereichen der Lunge und einer entsprechend geringeren
Ablagerung im Rachen führt.
In dieser Hinsicht beträgt
der durchschnittliche aerodynamische Durchmesser der perforierten
Mikrostrukturen weniger als etwa 5 μm, stärker bevorzugt weniger als
etwa 3 μm
und in besonders bevorzugten Ausführungsformen weniger als etwa
2 μm. Derartige
Teilchenverteilungen erhöhen
die Ablagerung des verabreichten Mittels in der tieferen Lunge.
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Wie nachfolgend in den Beispielen
gezeigt wird, ist die Teilchengrößenverteilung
der Aerosolformulierungen der vorliegenden Erfindung durch herkömmliche
Verfahren, wie Kaskadenaufprall, oder durch analytische Verfahren
der Flugzeit messbar. Die Bestimmung der in vernebelten Inhalationen
ausgestoßenen
Dosis erfolgte gemäß dem von
der U.S.-Pharmakopöe
vorgeschlagenen Verfahren (Pharmacopeial Previews, 22 (1996) 3065),
das hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Diese und verwandte Verfahren
ermöglichen
die Berechnung des "Anteils
an feinen Teilchen" des
vernebelten Aerosols, welcher den Teilchen entspricht, die wahrscheinlich
wirksam in der Lunge abgelagert werden. Der hier verwendete Ausdruck "Anteil an feinen
Teilchen" bezieht
sich auf den Prozentgehalt der Gesamtmenge des wirksamen Medikaments,
der pro Betätigung aus
dem Mundstück
auf die Platten 2–7
eines Kaskadenimpaktors von Andersen mit 8 Stufen verabreicht wird. Bezogen
auf derartige Messungen weisen die Formulierungen der vorliegenden
Erfindung bevorzugt einen Anteil an feinen Teilchen zur lokalen
Verabreichung an die Atemwege von ungefähr 20% oder mehr, bezogen auf
das Gewicht der perforierten Mikrostrukturen (Gew./Gew.), auf. Stärker bevorzugt
zeigen sie einen Anteil an feinen Teilchen von etwa 25% bis 80%
Gew./Gew. und noch stärker
bevorzugt von etwa 30 bis 70% Gew./Gew.. In ausgewählten Ausführungsformen
umfasst die vorliegende Erfindung bevorzugt einen Anteil an feinen
Teilchen von mehr als etwa 30%, 40%, 50%, 60%, 70% oder 80%, bezogen
auf das Gewicht. Für
die systemische Verabreichung beträgt der Anteil an feinen Teilchen
bevorzugt mehr als 80 Gew.-% und stärker bevorzugt mehr als 90
Gew.-%.
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Welche Konfiguration und/oder Größenverteilung
schließlich
auch immer für
das eingebrachte Teilchen ausgewählt
werden, die Zusammensetzung davon kann ein beliebiges von mehreren
biokompatiblen Materialien umfassen. Im Hinblick auf die perforierten
Mikrostrukturen ist es selbstverständlich, dass die hier verwendeten
Begriffe "Strukturmatrix" oder "Mikrostrukturmatrix" gleichwertig sind
und einen beliebigen Feststoff bedeuten sollen, der die perforierten
Mikrostrukturen bildet, welche eine Vielzahl von Hohlräumen, Öffnungen, Vertiefungen,
Defekten, Poren, Löchern,
Rissen etc. definieren, die, wie vorstehend erklärt, die Bildung von stabilisierten
Dispersionen fördern.
Die Strukturmatrix kann in einer wässrigen Umgebung löslich oder
unlöslich
sein. In bevorzugten Ausführungsformen
umfasst die perforierte Mikrostruktur, die durch die Strukturmatrix definiert
ist, ein sprühgetrocknetes,
hohles, poröses
Mikrokügelchen,
das mindestens ein oberflächenaktives Mittel
enthält.
Für andere
ausgewählte
Ausführungsformen
kann das Teilchenmaterial einmal oder mehrmals mit Polymeren, oberflächenaktiven
Mitteln oder anderen Verbindungen, welche das Suspendieren fördern, überzogen
werden.
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Im Allgemeinen können Teilchen, die in den stabilisierten
Dispersionen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, aus einem
beliebigen biokompatiblen Material hergestellt werden, das im Hinblick
auf das ausgewählte
Suspensionsmedium verhältnismäßig stabil
und bevorzugt unlöslich
ist. Während
viele verschiedene Materialien zur Herstellung der Teilchen verwendet
werden können,
sind in besonders bevorzugten Ausführungsformen die Teilchen (oder
die Strukturmatrix) mit einem oberflächenaktiven Mittel, wie einem
Phospholipid oder einem fluorierten oberflächenaktiven Mittel, verbunden
oder umfassen dieses. Obwohl es nicht erforderlich ist, kann das
Einbringen eines kompatiblen oberflächenaktiven Mittels die Stabilität der respiratorischen
Dispersionen verbessern, die Ablagerung in der Lunge erhöhen und
die Herstellung der Suspension erleichtern. Ferner kann durch eine Änderung
der Komponenten die Dichte der Teilchen oder der Strukturmatrix
so eingestellt werden, dass sie sich der Dichte des umgebenden Mediums
anzunähert
und die Dispersion weiter stabilisiert. Schließlich umfassen die perforierten
Mikrostrukturen bevorzugt mindestens einen biologischen Wirkstoff,
was nachstehend in weiteren Einzelheiten diskutiert wird.
-
Wie vorstehend dargestellt, können die
verhältnismäßig nicht-porösen Teilchen
oder perforierten Mikrostrukturen der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls
mit einem oder mehreren oberflächenaktiven
Mitteln verbunden sein oder diese umfassen. Ferner können mischbare
oberflächenaktive
Mittel gegebenenfalls mit der flüssigen
Phase des Suspensionsmediums kombiniert werden. Für Fachleute
ist es selbstverständlich, dass
die Verwendung von oberflächenaktiven
Mitteln die Dispersionsstabilität
weiter erhöhen
kann, Formulierungsverfahren vereinfachen kann oder die Bioverfügbarkeit
nach der Verabreichung erhöhen
kann, während sie
zur Durchführung
der vorliegenden Endung nicht notwendig ist. Natürlich ist es beabsichtigt,
dass Kombinationen von oberflächenaktiven
Mitteln, welche die Verwendung eines oder mehrerer in der flüssigen Phase und
eines oder mehrerer, die mit den perforierten Mikrostrukturen verbunden
sind, einschließen,
innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen. "Verbunden mit oder umfassen" bedeutet, dass das
Teilchen oder die perforierte Mikrostruktur das oberflächenaktive
Mittel enthalten, adsorbieren, absorbieren, damit überzogen
oder daraus gebildet sein kann.
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In einem weiten Sinn umfassen oberflächenaktive
Mittel, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet
sind, eine beliebige Verbindung oder Zusammensetzung, welche die
Herstellung und Aufrechterhaltung der stabilisierten respiratorischen
Dispersionen durch die Bildung einer Schicht an der Grenzfläche zwischen
dem Teilchen und dem Suspensionsmedium unterstützt. Das oberflächenaktive
Mittel kann eine einzelne Verbindung oder eine beliebige Kombination
von Verbindungen, wie im Fall von oberflächenaktiven Co-Mitteln, umfassen.
Besonders bevorzugte oberflächenaktive
Mittel sind in dem Medium im Wesentlichen unlöslich, nicht-fluoriert und
aus gesättigten
und ungesättigten
Lipiden, nicht-ionischen
Detergenzien, nicht-ionischen Blockcopolymeren, ionischen oberflächenaktiven
Mitteln und Kombinationen derartiger Mittel ausgewählt. Es
sollte betont werden, dass zusätzlich
zu den vorstehend erwähnten
oberflächenaktiven
Mitteln geeignete (d. h. biokompatible) fluorierte oberflächenaktive
Mittel mit den Angaben hier kompatibel sind und zur Bereitstellung
der gewünschten
stabilisierten Zubereitungen verwendet werden können.
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Lipide, einschließlich Phospholipiden, sowohl
aus natürlichen
als auch synthetischen Quellen sind mit der vorliegenden Erfindung
besonders kompatibel und können
in verschiedenen Konzentrationen verwendet werden, um das Teilchen
oder die Strukturmatrix zu bilden. Im Allgemeinen umfassen kompatible
Lipide diejenigen, die einen Übergang
vom Gel zur Flüssigkristallphase
bei nicht mehr als etwa 40°C
aufweisen. Die eingebrachten Lipide sind bevorzugt verhältnismäßig langkettige
(d. h. C16-C22),
gesättigte
Lipide und umfassen stärker
bevorzugt Phospholipide. Beispielhafte Phospholipide, die in den
offenbarten stabilisierten Zubereitungen verwendbar sind, umfassen
Eiphosphatidylcholin, Dilauroylphosphatidylcholin, Dioleylphosphatidylcholin, Dipalmitoylphosphatidylcholin,
Distearoylphosphatidylcholin, kurzkettige Phosphatidylcholine, Phosphatidylethanolamin,
Dioleylphosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin, Phosphatidylglycerin,
Phosphatidylinosit, Glycolipide, das Gangliosid GM1, Sphingomyelin,
Phosphatidsäure,
Cardiolipin; Lipide, die Polymerketten tragen, wie Polyethylenglycol,
Chitin, Hyaluronsäure
oder Polyvinylpyrrolidon; Lipide, die sulfonierte Mono-, Di- und
Polysaccharide tragen; Fettsäuren,
wie Palmitinsäure,
Stearinsäure
und Ölsäure; Cholesterin,
Cholesterinester und Cholesterinhemisuccinat. Aufgrund ihrer ausgezeichneten
Biokompatibilitätseigenschaften
sind Phospholipide und Kombinationen aus Phospholipiden und Poloxameren
zur Verwendung in den hier offenbarten stabilisierten Dispersionen
besonders geeignet.
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Kompatible, nicht-ionische Detergenzien
umfassen: Sorbitanester, einschließlich Sorbitantrioleat (Span® 85),
Sorbitansesquioleat, Sorbitanmonooleat, Sorbitanmonolaurat, Polyoxyethylen-(20)-sorbitanmonolaurat
und Polyoxyethylen-(20)-sorbitanmonooleat, Oleylpolyoxyethylen-(2)-ether,
Stearylpolyoxyethylen-(2)-ether, Laurylpolyoxyethylen-(4)-ether,
Glycerinester und Saccharoseester. Andere geeignete nicht-ionische
Detergenzien können
unter Verwendung von McCutcheon's
Emulgatoren und Detergenzien (McPublishing Co., Glen Rock, New Jersey)
leicht identifiziert werden, das hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen
sind. Bevorzugte Blockcopolymere schließen Zweiblock- und Dreiblockcopolymere
von Polyoxyethylen und Polyoxypropylen, einschließlich Poloxamer
188 (Pluronic® F-68),
Poloxamer 407 (Pluronic® F-127) und Poloxamer 338, ein. Ionische
oberflächenaktive
Mittel, wie Natriumsulfosuccinat, und Fettsäureseifen können ebenfalls verwendet werden.
In bevorzugten Ausführungsformen
können
die Mikrostrukturen Ölsäure oder
ihr Alkalisalz umfassen.
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Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten oberflächenaktiven
Mitteln sind besonders im Fall der Verabreichung von RNA oder DNA
kationische oberflächenaktive
Mittel oder Lipide bevorzugt. Beispiele geeigneter kationischer
Lipide schließen
Cetylpyridiniumchlorid, DOTMA, N-[1-(2,3-Dioleyloxy)propyl]-N,N,N-trimethylammoniumchlorid;
DOTAP, 1,2-Dioleyloxy-3-(trimethylammonio)propan;
und DOTB, 1,2-Dioleyl-3-(4'-trimethylanunonio)butanoyl-sn-glycerin ein. Polykationische
Aminosäuren,
wie Polylysin und Polyarginin, werden ebenfalls in Erwägung gezogen.
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Für
Fachleute ist es ferner selbstverständlich, dass gegebenenfalls
ein breiter Bereich von oberflächenaktiven
Mitteln, einschließlich
der vorstehend nicht aufgeführten,
in Verbindung mit der vorliegenden Endung verwendet werden kann.
Ferner kann das optimale oberflächenaktive
Mittel oder eine Kombination davon für eine bestimmte Anwendung
durch empirische Untersuchungen, die kein übermäßiges Experimentieren erfordern,
leicht bestimmt werden. Es ist ferner selbstverständlich,
dass die bevorzugte Unlöslichkeit
eines beliebigen eingebrachten oberflächenaktiven Mittels in dem
Suspensionsmedium die damit verbundene Oberflächenaktivität drastisch erniedrigt. Es
ist fraglich, ob diese Materialien als solche die Eigenschaften
eines oberflächenaktiven
Mittels aufweisen, bevor sie mit einer wässrigen, biologisch wirksamen
Oberfläche
(z. B. der wässrigen
Hypophase in der Lunge) in Kontakt kommen. Schließlich können, wie
nachstehend detaillierter diskutiert, oberflächenaktive Mittel, welche die
porösen
Teilchen umfassen, auch bei der Herstellung von Vorstufen von Öl-in-Wasser-Emulsionen
(d. h. Ausgangsmaterial des Sprühtrocknens)
nützlich
sein, die während
der Verarbeitung verwendet werden, um die Strukturmatrix oder das
biologisch wirksame Teilchen zu bilden.
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Im Gegensatz zu Formulierungen des
Standes der Technik wurde überraschenderweise
festgestellt, dass das Einbringen von verhältnismäßig großen Mengen an oberflächenaktiven
Mitteln (z. B. Phospholipiden) verwendet werden kann, um die Stabilität der offenbarten
Dispersionen zu erhöhen.
Das heißt,
die Strukturmatrix der perforierten Mikrostrukturen kann auf einer
Basis von Gewicht zu Gewicht verhältnismäßig große Mengen an oberflächenaktivem
Mittel umfassen. In dieser Hinsicht umfassen die perforierten Mikrostrukturen bevorzugt
mehr als etwa 1%, 5%, 10%, 15%, 18% oder sogar 20% Gew./Gew. an
oberflächenaktivem
Mittel. Stärker
bevorzugt umfassen die perforierten Mikrostrukturen mehr als etwa
25%, 30%, 35%, 40%, 45% oder 50% Gew./Gew. an oberflächenaktivem
Mittel. Noch andere beispielhafte Ausführungsformen umfassen perforierte
Mikrostrukturen, in denen das oberflächenaktive Mittel oder die
oberflächenaktiven
Mittel mit mehr als etwa 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85 %, 90%
oder sogar 95% Gew./Gew. vorhanden sind. In ausgewählten Ausführungsformen
umfassen die perforierten Mikrostrukturen im Wesentlichen 100% Gew./Gew.
eines oberflächenaktiven
Mittels, wie eines Phospholipids. Für Fachleute ist es selbstverständlich,
dass in derartigen Fällen
die Bilanz der Strukturmatrix (wo anwendbar) wahrscheinlich (einen)
biologische(n) Wirkstoff(e) oder (einen) nicht-oberflächenaktive(n)
Exzipienten oder einen Zusatz (Zusätze) umfasst.
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Wie vorher gezeigt, stellen stabilisierte
Dispersionen, die perforierte Mikrostrukturen umfassen, lediglich
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Folglich können, während derartige Mengen an oberflächenaktivem
Mittel bevorzugt in den perforierten Mikrostrukturen verwendet werden,
entsprechende Mengen an oberflächenaktivem
Mittel auch zur Bereitstellung von stabilisierten Systemen, die
verhältnismäßig nicht-poröse oder
im Wesentlichen massive Teilchen umfassen, verwendet werden. Das
heißt, während bevorzugte
Ausführungsformen
perforierte Mikrostrukturen oder Mikrokügelchen umfassen, die mit großen Mengen
an oberflächenaktivem
Mittel verbunden sind, können
verträgliche
Dispersionen unter Verwendung von verhältnismäßig kaum porösen oder
nicht-porösen
Teilchen (z. B. mikronisierten Teilchen) mit derselben Konzentration
an oberflächenaktivem
Mittel hergestellt werden. In dieser Hinsicht ist es besonders beabsichtigt,
dass derartige Ausführungsformen
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
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In anderen bevorzugten Ausführungsformen
umfassen verhältnismäßig nicht-poröse Teilchen
oder die Strukturmatrix, welche die perforierten Mikrostrukturen
definieren, gegebenenfalls synthetische oder natürliche Polymere oder Kombinationen
davon. In dieser Hinsicht umfassen verwendbare Polymere Polylactide,
Polylactidglycolide, Cyclodextrine, Polyacrylate, Methylcellulose,
Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohole, Polyanhydride, Polylactone,
Polyvinylpyrrolidone, Polysaccharide (Dextrane, Stärken, Chitin,
Chitosan etc.), Hyaluronsäure
und Proteine (Albumin, Collagen, Gelatine etc.). Für Fachleute
ist es selbstverständlich,
dass durch die Wahl der geeigneten Polymere das Verabreichungsprofil
der respiratorischen Dispersion angepasst werden kann, um die Wirksamkeit
des biologischen Wirkstoffes zu optimieren.
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Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Polymermaterialien
und oberflächenaktiven
Mitteln kann es wünschenswert
sein, andere Exzipienten zu einer Inhalationsformulierung zu geben,
um die Festigkeit des Mikrokügelchens
(oder nicht-porösen
Teilchens), die Verabreichung und Ablagerung des Arzneistoffes,
die Haltbarkeitsdauer und die Akzeptanz durch den Patienten zu verbessern.
Derartige mögliche
Exzipienten umfassen Farbmittel, Mittel zur Geschmacksmaskierung,
Puffer, hygroskopische Mittel, Antioxidationsmittel und chemische
Stabilisatoren, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Ferner können Exzipienten
in die Teilchen oder Teilchenmatrix eingebracht oder zu ihnen gegeben
werden, um den perforierten Mikrostrukturen (d. h. Mikrokügelchen)
Struktur und Form zu verleihen. Derartige Exzipienten können Kohlenhydrate,
einschließlich
Monosacchariden, Disacchariden und Polysacchariden, einschließen, sind
jedoch nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel Monosaccharide, wie Dextrose (wasserfrei und Monohydrat),
Galactose, Mannit, D-Mannose, Sorbit, Sorbose und dergleichen; Disaccharide,
wie Lactose, Maltose, Saccharose, Trehalose und dergleichen; Trisaccharide,
wie Raffinose und dergleichen; und andere Kohlenhydrate, wie Stärken (Hydroxyethylstärke), Cyclodextrine
und Maltodextrine. Aminosäuren
sind ebenfalls geeignete Exzipienten, wobei Glycin bevorzugt ist. Ferner
sollen Gemische aus Kohlenhydraten und Aminosäuren innerhalb des Umfangs
der vorliegenden Erfindung liegen. Der Einschluss von sowohl anorganischen
(z. B. Natriumchlorid und Calciumchlorid) als auch organischen Salzen
(z. B. Natriumcitrat, Natriumascorbat, Magnesiumgluconat, Natriumgluconat,
Tromethaminhydrochlorid) und Puffern ist ebenfalls beabsichtigt.
Es ist natürlich
selbstverständlich,
dass die ausgewählten Exzipienten
als getrennte Teilchen oder perforierte Mikrostrukturen zu der Dispersion
gegeben werden können.
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Noch andere bevorzugte Ausführungsformen
schließen
perforierte Mikrostrukturen ein, die geladene Spezies, welche die
Verweilzeit am Kontaktpunkt verlängern
oder das Eindringen durch die Schleimhäute steigern, umfassen können oder
damit überzogen
sein können.
Zum Beispiel ist von anionischen Ladungen bekannt, dass sie die
Haftung auf der Schleimhaut fördern,
während
kationische Ladungen verwendet werden können, um die gebildeten Mikroteilchen
mit negativ geladenen biologischen Wirkstoffen, wie genetischem Material,
zu verbinden. Die Ladungen können
durch die Verbindung mit oder das Einbringen von polyanionischen
oder polykationischen Materialien, wie Polyacrylsäuren, Polylysin,
Polymilchsäure
und Chitosan, verliehen werden.
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Zusätzlich zu oder anstelle von
den vorstehend diskutierten Komponenten umfassen die Teilchen, perforierten
Mikrostrukturen oder wässrigen
Emulsionströpfchen
bevorzugt mindestens einen biologischen Wirkstoff. Wie hier verwendet,
bezieht sich "biologischer
Wirkstoff' auf eine
Substanz, welche in Verbindung mit einer Anwendung, die therapeutischer
oder diagnostischer Art ist, verwendet wird, wie bei Verfahren zur
Diagnose der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Krankheit in einem
Patienten und/oder bei Verfahren zur Behandlung einer Krankheit
in einem Patienten. Zur Verwendung gemäß der Erfindung besonders bevorzugte biologische
Wirkstoffe schließen
Antiallergika, Peptide und Proteine, Bronchodilatatoren und antünflammatorisch
wirksame Steroide zur Verwendung bei der Behandlung von Atemwegserkrankungen,
wie Asthma, durch eine Inhalationstherapie ein.
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Es ist selbstverständlich,
dass die verteilten Teilchen oder perforierten Mikrostrukturen der
vorliegenden Erfindung ausschließlich einen oder mehrere biologische
Wirkstoffe (d. h. 100% Gew./Gew.) umfassen können. In ausgewählten Ausführungsformen
können
die Teilchen oder perforierten Mikrostrukturen jedoch, abhängig von
dessen Wirksamkeit, viel weniger biologischen Wirkstoff enthalten.
Folglich können
für hochwirksame
Materialien die Teilchen nur 0,001 Gew.-% enthalten, obwohl eine
Konzentration von mehr als etwa 0,1% Gew./Gew. bevorzugt ist. Andere
Ausführungsformen
der Erfindung können
mehr als etwa 5%, 10%, 15 %, 20%, 25%, 30% oder sogar 40% Gew./Gew.
des biologischen Wirkstoffes umfassen. Noch stärker bevorzugt können die
Teilchen oder perforierten Mikrostrukturen mehr als etwa 50%, 60
%, 70%, 75%, 80% oder sogar 90% Gew./Gew. des biologischen Wirkstoffes
umfassen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthält die endgültige stabilisierte
respiratorische Dispersion wünschenswerterweise
etwa 40% – 60%
Gew./Gew., stärker
bevorzugt 50% – 70%
Gew./Gew. und noch stärker
bevorzugt 60% – 90%
Gew./Gew. des biologischen Wirkstoffes, bezogen auf das Gewicht
der Mikroteilchenmatrix oder des Teilchens. Die genaue Menge des
in die stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Erfindung eingebrachten
biologischen Wirkstoffes hängt
von dem ausgewählten
Mittel, der erforderlichen Dosis und der Form des Arzneistoffes
ab, die tatsächlich
zum Einbringen verwendet wurden. Für Fachleute ist es selbstverständlich,
dass derartige Bestimmungen unter Verwendung von allgemein bekannten
pharmakologischen Verfahren in Kombination mit den Angaben der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
werden können.
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Folglich schließen biologische Wirkstoffe,
die in Form von in Aerosolform vernebelten Medikamenten in Verbindung
mit den Angaben hier verabreicht werden können, einen beliebigen Arzneistoff
ein, der in einer Form dargereicht werden kann, die der Aufnahme über die
Lunge in physiologisch wirksamen Mengen unterliegt. In ausgewählten Ausführungsformen
(z. B. Teilchendispersionen) ist das eingebrachte Mittel in dem
Suspensionsmedium bevorzugt verhältnismäßig unlöslich. In
anderen Ausführungsformen,
wie Umkehremulsionen, kann das ausgewählte Mittel in der dispersen
Phase im Wesentlichen löslich
sein. Besonders bevorzugte Ausführungsformen,
die eine Umkehremulsion umfassen, umfassen bevorzugt einen hydrophilen
biologischen Wirkstoff.
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Auf jeden Fall können kompatible biologische
Wirkstoffe hydrophile und lipophile respiratorische Mittel, Bronchodilatatoren,
Antibiotika, antivirale Mittel, antünflammatorisch wirksame Mittel,
Steroide, Antihistaminika, Histaminantagonisten, Leukotrieninhibitoren
oder -antagonisten, Anticholinergika, Antineoplastika, Anästhetika,
Enzyme, Lungensurfactanten, cardiovaskuläre Mittel, genetisches Material,
einschließlich
DNA und RNA, virale Vektoren, immunologische Wirkstoffe, Darstellungsmittel,
Impfstoffe, Immunsuppressiva, Peptide, Proteine und Kombinationen
davon umfassen. Zur lokalen Verabreichung unter Verwendung von in
Aerosolform vernebelten Medikamenten gemäß der vorliegenden Erfindung
besonders bevorzugte biologische Wirkstoffe umfassen Mastzellinhibitoren
(Antiallergika), Bronchodilatatoren und entzündungshemmende Steroide zur
Verwendung bei der Behandlung von Atemwegserkrankungen, wie Asthma,
durch eine Inhalationstherapie, zum Beispiel Cromoglycat (z. B.
das Natriumsalz) und Albuterol (z. B. das Sulfatsalz). Zur systemischen Verabreichung
(z. B. zur Behandlung von Autoimmunkrankheiten, wie Diabetes oder
multipler Sklerose) sind Peptide und Proteine besonders bevorzugt.
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Beispielhafte Medikamente oder biologische
Wirkstoffe können
zum Beispiel aus Analgetika, z. B. Codein, Dihydromorphin, Ergotamin,
Fentanyl oder Morphin; Zubereitungen gegen Angina pectoris, z. B.
Diltiazem; Mastzellinhibitoren, z. B. Cromolynnatrium; antiinfektiösen Mitteln,
z. B. Cephalosporinen, Makroliden, Chinolinen, Penicillinen, Streptomycin,
Sulfonamiden, Tetracyclinen und Pentamidin; Antihistaminika, z.
B. Methapyrilen; antüflammatorisch
wirksamen Mitteln, z. B. Fluticasonpropionat, Beclomethasondipropionat,
Flunisolid, Budesonid, Tripedan, Cortison, Prednison, Prednisolon,
Dexamethason, Betamethason oder Triamcinolonacetonid; Antitussiva,
z. B. Noscapin; Bronchodilatatoren, z. B. Ephedrin, Adrenalin, Fenoterol,
Formoterol, Isoprenalin, Metaproterenol, Salbutamol, Albuterol,
Salmeterol oder Terbutalin; Diuretika, z. B. Amilorid; Anticholinergika,
z. B. Ipatropium, Atropin oder Oxitropium; Lungensurfactanten, z.
B. Surfaxin, Exosurf oder Survanta; Xanthinen, z. B. Aminophyllin,
Theophyllin oder Coffein; therapeutischen Proteinen und Peptiden,
z. B. DNAse, Insulin, Glucagon, T-Zellrezeptoragonisten oder -antagonisten,
LHRH, Nafarelin, Goserelin, Leuprolid, Interferon, rhu IL-1-Rezeptor,
Makrophagenaktivierungsfaktoren, wie Lymphokinen und Muramyldipeptiden, Opioidpeptiden
und Neuropeptiden, wie Enkephalinen, Endorphinen, Renininhibitoren,
Cholecystokininen, Wachstumshormonen, Leukotrieninhibitoren, α-Antitrypsin und dergleichen
ausgewählt
werden. Ferner können
biologische Wirkstoffe, die eine RNA- oder DNA-Sequenz umfassen,
besonders die zur Gentherapie, genetischen Impfung oder Toleranzbildung
oder Desensibilisierungsanwendungen verwendbaren, in die offenbarten
Dispersionen, wie hier beschrieben, eingebracht werden. Repräsentative
DNA-Plasmide schließen pCMVβ (das von
Genzyme Corp., Framington, MA, erhältlich ist) und pCMV-β-gal (ein
CMV-Promotor, der an das Lac-Z-Gen von E. coli gebunden ist, das
für das
Enzym β-Galactosidase kodiert)
ein.
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Was die Teilchendispersionen anbelangt,
kann (können)
der (die) ausgewählte(n)
biologische(n) Wirkstoff(e) in einer beliebigen Form, welche die
gewünschte
Wirksamkeit bereitstellt und mit den gewählten Herstellungsverfahren
kompatibel ist, mit den Teilchen oder perforierten Mikrostrukturen
verbunden oder in sie eingebracht werden. Entsprechend kann der
eingebrachte biologische Wirkstoff mit der diskontinuierlichen Phase einer
Umkehremulsion verbunden werden. Die hier verwendeten Begriffe "verbinden" oder "Verbinden" bedeuten, dass die
Strukturmatrix, die perforierte Mikrostruktur oder die diskontinuierliche
Phase den biologischen Wirkstoff umfassen, enthalten, adsorbieren,
absorbieren, damit überzogen
oder daraus gebildet sein kann. Wenn es geeignet ist, können die
Medikamente in Form von Salzen (z. B. Alkalimetall- oder Aminsalzen
oder als Säureadditionssalze)
oder als Ester oder als Solvate (Hydrate) verwendet werden. In dieser
Hinsicht kann die Form der biologischen Wirkstoffe so ausgewählt werden,
dass die Wirksamkeit und/oder Stabilität des Medikaments optimiert
wird, und/oder die Löslichkeit
des Medikaments in dem Suspensionsmedium minimiert wird. Es ist
ferner selbstverständlich,
dass die in Aerosolform vernebelten Formulierungen gemäß der Erfindung,
falls gewünscht,
eine Kombination aus zwei oder mehreren Wirkstoffen enthalten können. Die
Mittel können
kombiniert in einer einzelnen Spezies der perforierten Mikrostruktur
oder des Teilchens oder einzeln in getrennten Spezies, die in dem
Suspensionsmedium oder in der kontinuierlichen Phase vereinigt werden,
bereitgestellt werden. Zum Beispiel können zwei oder mehrere biologische
Wirkstoffe in die Zubereitung eines einzelnen Ausgangsmaterials
eingebracht und sprühgetrocknet
werden, wobei eine einzelne Mikrostrukturspezies, die eine Vielzahl
von Medikamenten umfasst, bereitgestellt wird. Umgekehrt können die
einzelnen Medikamente zu getrennten Ausgangsmaterialien gegeben
und getrennt sprühgetrocknet
werden, wobei eine Vielzahl von Mikrostrukturspezies mit verschiedenen
Zusammensetzungen bereitgestellt wird. Diese einzelnen Spezies können in
einem beliebigen gewünschten
Anteil in das Medium gegeben werden und in die Inhalationsverabreichungssysteme,
wie nachstehend beschrieben, eingesetzt werden. Ferner können, wie
vorstehend kurz erwähnt,
die perforierten Mikrostrukturen (mit oder ohne ein damit verbundenes
Medikament) mit einem oder mehreren herkömmlich mikronisierten biologischen
Wirkstoffen vereinigt werden, wobei die gewünschte Dispersionsstabilität bereitgestellt
wird.
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Basierend auf dem Vorstehenden, ist
es für
Fachleute selbstvefständlich,
dass viele verschiedene biologische Wirkstoffe in die offenbarten
stabilisierten Dispersionen eingebracht werden können. Folglich ist die vorstehende
Liste von bevorzugten biologischen Wirkstoffen nur beispielhaft
und soll nicht einschränkend
sein. Für
Fachleute ist es ebenfalls selbstverständlich, dass die richtige Menge
eines biologischen Wirkstoffes und die zeitliche Festlegung der
Dosierungen für
die Formulierungen gemäß einer
bereits vorhandenen Information und ohne übermäßiges Experimentieren bestimmt
werden können.
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Wie aus den vorstehenden Abschnitten
ersichtlich ist, können
verschiedene Komponenten mit der diskontinuierlichen Phase, den
perforierten Mikrostrukturen oder Teilchen der vorliegenden Erfindung
verbunden oder in sie eingebracht werden. Entsprechend können mehrere
Verfahren angewendet werden, um Teilchen mit kompatiblen biochemischen
Eigenschaften, kompatibler Morphologie (z. B. einer perforierten
Konfiguration) und Dichte bereitzustellen. Perforierte Mikrostrukturen
oder Teilchen, die mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind,
können,
unter anderen Verfahren, durch Verfahren hergestellt werden, die
Lyophilisierung, Sprühtrocknen,
multiple Emulsion, Mikronisierung oder Kristallisation einschließen. In
bevorzugten Ausführungsformen
können
verhältnismäßig nicht-poröse Teilchen
unter Verwendung von Verfahren, wie Mikronisierung, Kristallisation
oder Mahlen, hergestellt werden. Es ist ferner selbstverständlich,
dass die Grundbegriffe vieler dieser Verfahren im Stand der Technik
allgemein bekannt sind und angesichts der Angaben hier kein übermäßiges Experimentieren
erfordern, um sie so anzupassen, dass die gewünschten Teilchen bereitgestellt werden.
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Während
mehrere Verfahren im Allgemeinen mit der vorliegenden Erfindung
kompatibel sind, umfassen besonders bevorzugte Ausführungsformen
typischerweise Teilchen oder perforierte Mikrostrukturen, die durch
Sprühtrocknen
hergestellt wurden. Wie allgemein bekannt ist, ist Sprühtrocknen
ein Einstufenverfahren, das eine flüssige Beschickung in eine getrocknete
particuläre
Form umwandelt. Was die pharmazeutischen Anwendungen anbelangt,
ist es selbstverständlich,
dass Sprühtrocknen
verwendet wurde, um pulverisiertes Material für verschiedene Verabreichungswege,
einschließlich
Inhalation, bereitzustellen. Siehe zum Beispiel M. Sacchetti und
M. M. Van Dort in: Inhalation Aerosols: Physical and Biological
Basis for Therapy, A. J. Hickey, Hrsg. Marcel Dekkar, New York,
1996, das hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Im Allgemeinen besteht Sprühtrocknen
aus dem Zusammenbringen einer hochdispergierten Flüssigkeit
und eines ausreichenden Volumens an heißer Luft, um eine Verdampfung
und ein Trocknen der flüssigen Tröpfchen zu
erzeugen. Die Zubereitung, die sprühgetrocknet werden soll, oder
die Beschickung (oder das Ausgangsmaterial) kann eine beliebige
Lösung,
Rohsuspension, Aufschlämmung,
kolloidale Dispersion oder Paste sein, die unter Verwendung der
ausgewählten
Sprühtrocknungseinrichtung
zerstäubt
werden kann. Typischerweise wird die Beschickung in einen Strom
aus warmer, filtrierter Luft gesprüht, der das Lösungsmittel verdampft
und das getrocknete Produkt zu einem Sammelbehälter weiterleitet. Die verbrauchte
Luft wird dann mit dem Lösungsmittel
abgesaugt. Für
Fachleute ist es selbstverständlich,
dass mehrere verschiedene Arten von Einrichtungen verwendet werden
können,
um das gewünschte
Produkt bereitzustellen. Kommerzielle Sprühtrockner, die von Buchi Ltd.
oder Niro Corp. hergestellt werden, erzeugen zum Beispiel wirksam
Teilchen der gewünschten
Größe. Es ist ferner
selbstverständlich,
dass diese Sprühtrockner
und besonders ihre Zerstäuber
für spezialisierte
Anwendungen, d. h. das gleichzeitige Sprühen von zwei Lösungen unter
Verwendung eines Doppeldüsenverfahrens,
modifiziert oder maßgefertigt
werden können.
Insbesondere kann eine Wasser-in-Öl-Emulsion aus einer Düse zerstäubt werden,
und eine Lösung,
die eine Antihaftsubstanz, wie Mannit, enthält, kann aus einer zweiten
Düse cozerstäubt werden.
In anderen Fällen
kann es wünschenswert
sein, die Beschickungslösung
unter Verwendung einer Hochdruckflüssigkeitschromatographie-(HPLC)-Pumpe
durch eine maßgefertigte
Düse zu
drücken.
Mit der Maßgabe,
dass Mikrostrukturen, welche die richtige Morphologie und/oder Zusammensetzung
umfassen, hergestellt werden, ist die Wahl der Einrichtung nicht
kritisch und angesichts der Angaben hier für den Fachmann offensichtlich.
-
Während
die so erhaltenen sprühgetrockneten,
pulverisierten Teilchen typischerweise ungefähr eine Kugelform und eine
fast einheitliche Größe aufweisen
und häufig
hohl sind, kann, abhängig
von dem eingebrachten Medikament und den Sprühtrocknungsbedingungen, ein
gewisser Grad an Unregelmäßigkeit
der Form vorliegen. In vielen Fällen
ist die Dispersionsstabilität
der sprühgetrockneten
Mikrokügelchen
oder Teilchen offensichtlich wirksamer, wenn bei ihrer Herstellung
ein Blähmittel
(oder Treibmittel) verwendet wird. Besonders bevorzugte Ausführungsformen
können
eine Emulsion mit dem Blähmittel
als die disperse oder kontinuierliche Phase umfassen (wobei die
andere Phase wässriger
Art ist). Das Blähmittel
wird bevorzugt mit einer Lösung
des oberflächenaktiven
Mittels unter Verwendung von beispielsweise einem im Handel erhältlichen Mikroverwirbler
bei einem Druck von etwa 34,5 Mpa bis 103,4 Mpa (5000 bis 15000
psi) dispergiert. Dieses Verfahren stellt eine Emulsion her, die
bevorzugt durch ein eingebrachtes oberflächenaktives Mittel stabilisiert wird,
und die typischerweise Submikrontröpfchen eines mit Wasser nicht
mischbaren Treibmittels, das in einer wässrigen, kontinuierlichen Phase
dispergiert ist, umfasst. Die Herstellung derartiger Dispersionen
unter Verwendung dieses Verfahrens und anderer Verfahren ist üblich und
Fachleuten allgemein bekannt. Das Treibmittel ist bevorzugt eine
fluorierte Verbindung (z. B. Perfluorhexan, Perfluoroctylbromid,
Perfluordecalin oder Perfluorbutylethan), welche während des
Sprühtrocknungsverfahrens
verdampft, wobei im Allgemeinen hohle, poröse, aerodynamisch leichte Mikrokügelchen
zurückgelassen
werden. Wie nachstehend detaillierter diskutiert wird, schließen andere
geeignete Treibmittel Chloroform, Freone und Kohlenwasserstoffe
ein. Stickstoffgas und Kohlendioxid sind ebenfalls als geeignete
Treibmittel beabsichtigt.
-
Obwohl die perforierten Mikrostrukturen
bevorzugt unter Verwendung eines Treibmittels, wie vorstehend beschrieben,
hergestellt werden, ist es in einigen Fällen selbstverständlich,
dass kein zusätzliches
Treibmittel erforderlich ist, und eine wässrige Dispersion des Medikaments
und des (der) oberflächenaktiven
Mittels) direkt sprühgetrocknet
wird. In derartigen Fällen
kann die Formulierung den Verfahrensbedingungen (z. B. erhöhten Temperaturen)
unterzogen werden, die im Allgemeinen zur Bildung von hohlen, verhältnismäßig porösen Mikroteilchen
führen.
Ferner kann das Medikament spezielle physikalisch-chemische Eigenschaften
(z. B. eine hohe Kristallinität,
eine erhöhte
Schmelztemperatur, Oberflächenaktivität etc.)
besitzen, was es zur Verwendung in derartigen Verfahren besonders
geeignet macht.
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Wenn ein Treibmittel verwendet wird,
hängt der
Grad der Porosität
der perforierten Mikrostruktur offensichtlich zumindest teilweise
von der Art des Treibmittels, seiner Konzentration in dem Ausgangsmaterial (d.
h. einer Emulsion) und den Sprühtrocknungsbedingungen
ab. Was die Regulierung der Porosität anbelangt, wurde überraschenderweise
festgestellt, dass die Verwendung von Verbindungen, die früher als
Treibmittel nicht entsprechend geschätzt wurden, Teilchen oder perforierte
Mikrostrukturen mit besonders wünschenswerten
Eigenschaften bereitstellen kann. Insbesondere wurde in dieser neuen
und unerwarteten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die Verwendung von fluorierten
Verbindungen mit verhältnismäßig hohen
Siedepunkten (d. h. mehr als etwa 60°C) zur Herstellung von Teilchen,
die für
Inhalationstherapien besonders geeignet sind, verwendet werden kann.
In dieser Hinsicht ist es möglich,
fluorierte Treibmittel mit Siedepunkten von nicht mehr als etwa
70°C, 80°C, 90°C oder sogar
95°C zu
verwenden. Besonders bevorzugte Treibmittel (z. B Perflubron oder
Perfluordecalin) weisen höhere
Siedepunkte als der Siedepunkt von Wasser, d. h. mehr als 100°C, auf. Ferner
sind Treibmittel mit einer verhältnismäßig niedrigen
Wasserlöslichkeit
(< 10–6 M)
bevorzugt, da sie die Herstellung von stabilen Emulsionsdispersionen
mit durchschnittlichen gewichteten Teilchendurchmessern von weniger
als 0,3 μm
ermöglichen.
Wie vorstehend gezeigt, werden diese Treibmittel vor dem Sprühtrocknen
bevorzugt in ein emulgiertes Ausgangsmaterial eingebracht. Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung umfasst dieses Ausgangsmaterial auch
bevorzugt einen oder mehrere biologische Wirkstoffe, ein oder mehrere
oberflächenaktive
Mittel oder einen oder mehrere Exzipienten. Natürlich liegen auch Kombinationen
der vorstehend erwähnten
Komponenten innerhalb des Umfangs der Erfindung.
-
Ohne die Erfindung in irgendeiner
Weise einzuschränken,
wird angenommen, dass die wässrige
Beschickungskomponente auf der Oberfläche des Teilchens eine dünne Kruste
zurücklässt, da sie
während
des Sprühtrocknens
verdampft. Die so erhaltene Teilchenwand oder -kruste, die während der
Anfangsmomente des Sprühtrocknens
gebildet wurde, fängt
offensichtlich beliebige hochsiedende Treibmittel als Hunderte von Emulsionströpfchen (ca.
200–300
nm) ein. Während
sich der Trocknungsprozess fortsetzt, erhöht sich der Druck im Inneren
des Teilchens, wodurch mindestens ein Teil des eingebrachten Treibmittels
verdampft und durch die verhältnismäßig dünne Kruste
gedrückt
wird. Dieses Belüften
oder Entgasen führt
offensichtlich zur Bildung von Poren oder anderen Defekten in der
Kruste. Gleichzeitig wandern verbliebene Teilchenkomponenten (die
möglicherweise
etwas Treibmittel einschließen)
vom Inneren zur Oberfläche,
während
sich das Teilchen verfestigt. Als Folge eines erhöhten Widerstandes
gegenüber
einem Massentransport, der durch eine erhöhte Eigenviskosität hervorgerufen
wird, verlangsamt sich offensichtlich diese Wanderung während des Trocknungsprozesses.
Sobald die Wanderung endet, verfestigt sich das Teilchen, wobei
dort, wo sich das Emulgiermittel befand, Vesikel, Vakuolen oder
Hohlräume
zurückgelassen
werden. Die Zahl der Poren, ihre Größe und die so erhaltene Wanddicke
hängen
größtenteils
von der Art des ausgewählten
Treibmittels (d. h. dem Siedepunkt), seiner Konzentration in der
Emulsion, der Konzentration der gesamten Feststoffe und den Sprühtrocknungsbedingungen
ab.
-
Überraschenderweise
wurde festgestellt, dass wesentliche Mengen dieser Treibmittel mit
verhältnismäßig hohem
Siedepunkt in dem so erhaltenen sprühgetrockneten Produkt zurückgehalten
werden können. Das
heißt,
die sprühgetrockneten
perforierten Mikrostrukturen können
so viel wie 5%, 10%, 20%, 30% oder sogar 40% Gew./Gew. des Treibmittels
umfassen. In derartigen Fällen
wurden als Folge einer erhöhten
Teilchendichte, die durch verbliebenes Treibmittel hervorgerufen
wurde, höhere
Herstellungsausbeuten erzielt. Für
Fachleute ist es selbstverständlich,
dass dieses zurückgehaltene
fluorierte Treibmittel die Oberflächeneigenschaften der perforierten
Mikrostrukturen ändern
und die Stabilität
der respiratorischen Dispersionen weiter erhöhen kann. Umgekehrt kann das
verbliebene Treibmittel durch einen Verdampfungsschritt in einem
Vakuumofen nach der Herstellung leicht entfernt werden. Gegebenenfalls
können
durch Sprühtrocknen
eines biologischen Wirkstoffes und eines Exzipienten, der aus den
gebildeten Mikrokügelchen
unter Vakuum entfernt werden kann, Poren gebildet werden.
-
Auf jeden Fall liegen typische Konzentrationen
des Treibmittels in dem Ausgangsmaterial zwischen 5% und 100% Gew./Vol.
und stärker
bevorzugt zwischen etwa 20% und 90% Gew./Vol. In anderen Ausführungsformen
betragen die Treibmittelkonzentrationen bevorzugt mehr als etwa
10%, 20%, 30%, 40%, 50% oder sogar 60% Gew./Vol. Noch andere Emulsionen
des Ausgangsmaterials können
70%, 80%, 90% oder sogar 95% Gew./Vol. der ausgewählten Verbindung
mit hohem Siedepunkt umfassen.
-
In bevorzugten Ausführungsformen
besteht ein anderes Verfahren zur Identifizierung der Konzentration
des in der Beschickung verwendeten Treibmittels in seiner Bereitstellung
als Verhältnis
der Konzentration des Treibmittels zu der des stabilisierenden oberflächenaktiven
Mittels (d. h. des Phospholipids) in der Vorstufenemulsion. Für Fluorkohlenstofftreibmittel,
wie Perfluoroctylbromid und Phosphatidylcholin, kann das Verhältnis als
Perfluorkohlenstoff/Phosphatidylcholin-Verhältnis (oder PFC/PC-Verhältnis) bezeichnet
werden. Natürlich
ist es selbstverständlich,
dass andere kompatible oberflächenaktive
Mittel ebenfalls verwendet werden können, um kompatible Teilchen
bereitzustellen. Auf jeden Fall liegt das PFC/PC-Verhältnis typischerweise
im Bereich von etwa 1 bis etwa 60 und stärker bevorzugt von etwa 10
bis etwa 50. Für
bevorzugte Ausführungsformen
beträgt
das Verhältnis
im Allgemeinen mehr als 5, 10, 20, 25, 30, 40 oder sogar 50. In
dieser Hinsicht zeigt 1 eine
Reihe von Bildern, die von perforierten Mikrostrukturen aufgenommen
wurden, die unter Verwendung von verschiedenen Mengen an Perfluoroctylbromid
(PFC), einem Fluorkohlenstoff mit verhältnismäßig hohem Siedepunkt als Treibmittel,
aus Phosphatidylcholin (PC) hergestellt wurden. Die PFC/PC-Verhältnisse
werden unter jeder Untergruppe von Bildern, d. h. von 1A bis 1F,
bereitgestellt. Die Herstellungs- und Abbildungsbedingungen werden
in den nachstehenden Beispielen I und 1 detaillierter diskutiert.
Im Hinblick auf die mikroskopischen Aufnahmen zeigt die Spalte links
die unversehrten Mikrostrukturen, während die Spalte rechts Querschnitte
von zerbrochenen Mikrostrukturen aus denselben Zubereitungen veranschaulicht.
-
Wie aus 1 leicht ersichtlich ist, stellt die
Verwendung von höheren
PFC/PC-Verhältnissen
Strukturen einer hohleren und porösen Art bereit. Insbesondere
neigten die Verfahren, welche ein PFC/PC-Verhältnis von mehr als etwa 4,8
verwendeten, zur Bereitstellung von Strukturen, die mit den hier
offenbarten Dispersionen besonders kompatibel sind. Entsprechend
veranschaulicht 2, eine
mikroskopische Aufnahme, welche in dem nachstehenden Beispiel II
detaillierter diskutiert wird, eine bevorzugt poröse Morphologie,
die unter Verwendung von Treibmitteln mit höherem Siedepunkt (in diesem
Fall Perfluordecalin) erhalten wurde.
-
Während
Treibmittel mit einem verhältnismäßig hohen
Siedepunkt eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Endung darstellen, ist es selbstverständlich,
dass herkömmlichere
Treib- oder Blähmittel ebenfalls
verwendet werden können,
um kompatible perforierte Mikrostrukturen bereitzustellen. Im Allgemeinen
kann das Blähmittel
ein beliebiges Material sein, das sich an einem gewissen Punkt während des Sprühtrocknungsverfahrens
oder des Verfahrens nach der Herstellung in ein Gas umwandelt. Geeignete
Mittel schließen
ein:
- 1. Gelöste
niedrigsiedende (unter 100°C)
Lösungsmittel
mit einer eingeschränkten
Mischbarkeit mit wässrigen
Lösungen,
wie Methylenchlorid, Aceton und Schwefelkohlenstoff, die zur Sättigung
der Lösung
bei Raumtemperatur verwendet werden.
- 2. Ein Gas, z. B. CO2 oder N2, das zur Sättigung der Lösung bei
Raumtemperatur und erhöhtem
Druck (z. B. 3 bar) verwendet wird. Die Tröpfchen werden dann bei 1 Atmosphäre und 100°C mit dem
Gas übersättigt.
- 3. Emulsionen von nicht-mischbaren, niedrig siedenden (unter
100°C) Flüssigkeiten,
wie Freon 113, Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorbutan, Pentan,
Butan, FC-11, FC-11B1, FC-11B2, FC-12B2, FC-21, FC-21B1, FC-21B2,
FC-31B1, FC-113A, FC-122, FC-123, FC-132, FC-133, FC-141, FC-141B,
FC-142, FC-151, FC-152, FC-1112, FC-1121 und FC-1131.
-
Was diese Blähmittel mit niedrigerem Siedepunkt
anbelangt, werden sie typischerweise in Mengen von etwa 1% bis 40%
Vol./Vol. der Lösung
des oberflächenaktiven
Mittels zu dem Ausgangsmaterial gegeben. Es wurde festgestellt,
dass ungefähr
15% Vol./Vol. des Blähmittels
ein sprühgetrocknetes
Pulver erzeugen, das zur Herstellung der stabilisierten Dispersionen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
-
Ohne Rücksicht darauf, welches Treibmittel
schließlich
ausgewählt
wird, wurde festgestellt, dass unter Verwendung eines Minisprühtrockners
von Büchi
(Modell B-191, Schweiz) kompatile perforierte Mikrostrukturen oder
Teilchen besonders wirksam hergestellt werden können. Wie es für Fachleute
selbstverständlich
ist, sind die Eingangstemperatur und die Ausgangstemperatur des
Sprühtrockners
nicht kritisch, weisen jedoch einen derartigen Wert auf, dass die
gewünschte
Teilchengröße bereitgestellt
wird und sich ein Produkt ergibt, das die gewünschte Wirksamkeit des Medikaments
aufweist. In dieser Hinsicht werden die Eingangs- und Ausgangstemperaturen
abhängig
von den Schmelzeigenschaften der Formulierungskomponenten und der
Zusammensetzung des Ausgangsmaterials eingestellt. Die Eingangstemperatur
kann somit zwischen 60°C
und 170°C
liegen, wobei die Ausgangstemperaturen von etwa 40°C bis 120°C von der
Zusammensetzung der Beschickung und den gewünschten Teilcheneigenschaften
abhängen.
Diese Temperaturen reichen bevorzugt von 90°C bis 120°C für den Eingang und von 60°C bis 90°C für den Ausgang.
Die Strömungsgeschwindigkeit, welche
in der Sprühtrocknungsausrüstung verwendet
wird, beträgt
im Allgemeinen etwa 3 ml pro Minute bis etwa 15 ml pro Minute. Die
Luftströmungsgeschwindigkeit
im Zerstäuber
kann zwischen Werten von 1200 l pro Stunde und etwa 3900 l pro Stunde
variieren. Im Handel erhältliche
Sprühtrockner
sind Fachleuten allgemein bekannt, und geeignete Einstellungen für eine beliebige
spezielle Dispersion können
durch empirische Standarduntersuchungen mit direkter Bezugnahme
auf die Beispiele, die folgen, leicht bestimmt werden. Natürlich können die
Bedingungen so eingestellt werden, dass in größeren Molekülen, wie Proteinen oder Peptiden,
die biologische Wirksamkeit erhalten bleibt.
-
Besonders bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen Sprühtrocknungszubereitungen, die
ein oberflächenaktives
Mittel, wie ein Phospholipid, und mindestens einen biologischen Wirkstoff
umfassen. In anderen Ausführungsformen
kann die Sprühtrocknungszubereitung
zusätzlich
zu einem beliebigen ausgewählten
oberflächenaktiven
Mittel ferner einen Exzipienten umfassen, der eine hydrophile Einheit,
wie zum Beispiel ein Kohlenhydrat (d. h. Glucose, Lactose oder Stärke), umfasst.
In dieser Hinsicht sind verschiedene Stärken und derivatisierte Stärken zur
Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Andere fakultative
Komponenten können
herkömmliche
Viskositätsmodifikatoren,
Puffer, wie Phosphatpuffer oder andere herkömmliche biokompatible Puffer,
oder Mittel zur Einstellung des pH-Werts, wie Säuren oder Basen, und osmotische
Mittel (zur Bereitstellung von Isotonie, Hyperosmolarität oder Hyposmolarität) einschließen. Beispiele
geeigneter Salze schließen
Natriumphosphat (sowohl einbasig als auch zweibasig), Natriumchlorid,
Calciumphosphat, Calciumchlorid und andere physiologisch verträgliche Salze
ein.
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Welche Komponenten auch immer ausgewählt werden,
der erste Schritt bei der Teilchenherstellung umfasst typischerweise
die Herstellung des Ausgangsmaterials. Der ausgewählte Arzneistoff
wird bevorzugt in Wasser gelöst,
um eine konzentrierte Lösung
herzustellen. Der Arzneistoff kann auch, besonders im Fall von wasserunlöslichen
Mitteln, direkt in der Emulsion dispergiert werden. In einer anderen
Ausführungsform
kann der Arzneistoff in Form einer festen partikulären Dispersion
eingebracht werden. Die Konzentration des verwendeten Arzneistoffes
hängt von
der Arzneistoffdosis, die in dem Endpulver erforderlich ist, und
der Leistung oder Effizienz der Vernebelungsvorrichtung ab. Wie
benötigt,
können
oberflächenaktive
Co-Mittel, wie Poloxamer 188 oder Span 80, zu dieser Zusatzlösung gegeben
werden. Ferner können
auch Exzipienten, wie Zucker und Stärken, zugegeben werden.
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In ausgewählten Ausführungsformen wird dann in einem
getrennten Gefäß eine Öl-in-Wasser-Emulsion hergestellt.
Das verwendete Öl
ist bevorzugt ein Fluorkohlenstoff (z. B. Perfluoroctylbromid oder
Perfluordecalin), der unter Verwendung eines oberflächenaktiven
Mitttels, wie eines langkettigen, gesättigten Phospholipids, emulgiert
wird. 1 g Phospholipid kann zum Beispiel unter Verwendung eines
geeigneten mechanischen Mischers mit hoher Scherkraft (z. B. Mischer
Modell T-25 von Ultra-Turrax) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten in 150
g heißem,
destilliertem Wasser (z. B. 60°C)
homogenisiert werden. Typischerweise werden 5 bis 25 g des Fluorkohlenstoffes
tropfenweise zu der Lösung
des dispergierten oberflächenaktiven
Mittels gegeben, während
gemischt wird. Die so erhaltene Emulsion von Perfluorkohlenstoff
in Wasser wird dann unter Verwendung eines Hochdruckhomogenisators
verarbeitet, um die Teilchengröße zu verringern.
Typischerweise wird die Emulsion bei 82,7 bis 124,1 MPa (12000 bis
18000 psi) in 5 getrennten Durchgängen verarbeitet und bei 50
bis 80°C
gehalten.
-
Die Arzneistofflösung und die Perfluorkohlenstoffemulsion
werden dann vereinigt und in den Sprühtrockner gefüllt. Typischerweise
sind die zwei Zubereitungen mischbar, da die Emulsion bevorzugt
eine wässrige,
kontinuierliche Phase umfasst. Während
der biologische Wirkstoff für
die Zwecke der vorliegenden Diskussion getrennt löslich gemacht
wird, ist es selbstverständlich,
dass in anderen Ausführungsformen
der biologische Wirkstoff direkt in der Emulsion löslich gemacht
(oder dispergiert) werden kann. In derartigen Fällen wird die Emulsion des
biologischen Wirkstoffes ohne Vereinigen mit einer getrennten Arzneistoffzubereitung
einfach sprühgetrocknet.
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Auf jeden Fall können die Betriebsbedingungen,
wie die Eingangs- und Ausgangstemperatur, die Beschickungsgeschwindigkeit,
der Zerstäubungsdruck,
die Strömungsgeschwindigkeit
der Trocknungsluft und die Düsenkonfiguration
gemäß den Richtlinien
des Herstellers eingestellt werden, um die erforderliche Teilchengröße und Herstellungsausbeute
der so erhaltenen trockenen Mikrostrukturen zu erzeugen. Beispielhafte Einstellungen
sind wie folgt: eine Eingangstemperatur der Luft zwischen 60°C und 170°C; eine Ausgangstemperatur
der Luft zwischen 40°C
und 120°C;
eine Beschickungsgeschwindigkeit zwischen 3 ml und etwa 15 ml pro
Minute; eine Ansaugeinstellung von 300 l/min und eine Luftströmungsgeschwindigkeit
bei der Zerstäubung zwischen
1200 und 2800 l/h. Die Wahl der geeigneten Einrichtung und der Verarbeitungsbedingungen
liegt angesichts der Angaben hier allgemein innerhalb des Gebietes
eines Fachmanns und kann ohne übermäßiges Experimentieren
erfolgen. Auf jeden Fall stellt die Verwendung dieser Verfahren
und im Wesentlichen entsprechender Verfahren die Herstellung von
hohlen, porösen,
aerodynamisch leichten Mikrokügelchen
mit Teilchendurchmessern bereit, die zur Aerosolablagerung in der
Lunge geeignet sind. Wie vorstehend beschrieben, sind derartige
Teilchen bei der Herstellung von stabilisierten Dispersionen, die
mit den nachstehend ausführlicher beschriebenen
Inhalationssystemen und Vernebelungsverfahren äußerst kompatibel sind, besonders
wirksam.
-
Teilchen oder perforierte Mikrostrukturen,
die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, können neben
der Sprühtrocknung
auch durch Lyophilisierung hergestellt werden. Für Fachleute ist es selbstverständlich,
dass die Lyophilisierung ein Gefriertrocknungsverfahren ist, in
dem Wasser aus der Zusammensetzung, nachdem sie gefroren ist, sublimiert
wird. Der mit dem Lyophilisierungsverfahren verbundene besondere
Vorteil ist, dass biologische Substanzen und Arzneimittel, die in
wässriger
Lösung
verhältnismäßig instabil
sind, ohne erhöhte
Temperaturen getrocknet (wodurch die nachteiligen thermischen Wirkungen
beseitigt werden) und dann in einem trockenen Zustand gelagert werden
können,
wobei geringe Stabilitätsprobleme
auftreten. Was die vorliegende Erfindung anbelangt, sind derartige
Verfahren mit dem Einbringen von Peptiden, Proteinen, genetischem
Material und anderen natürlichen
und synthetischen Makromolekülen
in Teilchen oder perforierte Mikrostrukturen, ohne die physiologische
Wirksamkeit zu gefährden,
besonders kompatibel. Verfahren zum Bereitstellen von lyophilisierten
Teilchen sind Fachleuten bekannt und erfordern offensichtlich kein übermäßiges Experimentieren,
um gemäß den Angaben
hier mit der Dispersion kompatible Mikrostrukturen bereitzustellen.
Folglich stimmen sie bis zu dem Grad mit den Angaben hier überein,
dass die Lyophilisierungsverfahren verwendet werden können, um
Mikrostrukturen mit der gewünschten
Porosität
und Größe bereitzustellen,
und es ist ausdrücklich
beabsichtigt, dass sie innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung
liegen.
-
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Verfahren
können
die perforierten Mikrostrukturen oder Teilchen der vorliegenden
Erfindung auch unter Verwendung eines Verfahrens mit Doppelemulsion
hergestellt werden. In dem Verfahren mit Doppelemulsion wird das
Medikament durch Beschallung oder Homogenisierung zuerst in einem
Polymer, das in einem organischen Lösungsmittel (z. B. Methylenchlorid)
gelöst
wurde, dispergiert. Diese primäre
Emulsion wird dann durch Bildung einer multiplen Emulsion in einer
wässrigen,
kontinuierlichen Phase, die einen Emulgator, wie Polyvinylalkohol
enthält,
stabilisiert. Das organische Lösungsmittel
wird dann durch Abdampfung oder Extraktion unter Verwendung von
herkömmlichen
Verfahren und Einrichtungen entfernt. Die so erhaltenen Mikrokügelchen werden
vor der Dispergierung in einem Suspensionsmedium gemäß der vorliegenden
Erfindung gewaschen, filtriert und lyophilisiert.
-
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
ist, dass biokompatible, nicht-wässrige
Verbindungen als Suspensionsmedien oder als kontinuierliche Phase
verwendet werden können.
Besonders bevorzugte Suspensionsmedien sind mit der Verwendung in
Verneblern kompatibel. Das heißt,
sie können
nach der Zufuhr von Energie Aerosole bilden. Im Allgemeinen sollte
das ausgewählte
Suspensionsmedium biokompatibel (d. h. verhältnismäßig nicht-toxisch) und, was
die suspendierten perforierten Mikrostrukturen anbelangt, welche
den biologischen Wirkstoff umfassen, nicht-reaktiv sein. Suspensionsmedien
sind aus Fluorchemikalien, Fluorkohlenstoffen (einschließlich der
mit anderen Halogenatomen substituierten), Perfluorkohlenstoffen,
Fluorkohlenstoff/Kohlenwasserstoff-Zweiblockverbindungen oder Kombinationen
davon ausgewählt.
Es ist selbstverständlich,
dass das Suspensionsmedium ein Gemisch aus verschiedenen Verbindungen
umfassen kann, die ausgewählt
wurden, um spezielle Eigenschaften zu verleihen. Es ist ebenfalls
selbstverständlich,
dass die perforierten Mikrostrukturen bevorzugt in dem Suspensionsmedium
unlöslich
sind, wodurch stabilisierte Medikamentteilchen bereitgestellt werden,
und ein ausgewählter
biologischer Wirkstoff wirksam vor einer Zersetzung geschützt wird,
wie sie während
einer längeren
Lagerung in wässriger
Lösung
vorkommen könnte.
In bevorzugten Ausführungsformen
ist das ausgewählte
Suspensionsmedium bakteriostatisch. Die Suspensionsformulierung
schützt
auch den biologischen Wirkstoff vor der Zersetzung während des
Vernebelungsverfahrens.
-
Wie vorstehend gezeigt, können die
Suspensionsmedien eine beliebige von mehreren verschiedenen Verbindungen,
einschließlich
Fluorkohlenstoffen oder Kohlenwasserstoff/Fluorkohlenstoff-Zweiblockverbindungen,
umfassen. Im Allgemeinen können
die in Erwägung
gezogenen hochfluorierten oder perfluorierten Verbindungen lineare,
verzweigte oder cyclische, gesättigte
oder ungesättigte
Verbindungen sein. Es ist ebenfalls beabsichtigt, dass herkömmliche
Strukturderivate dieser Fluorchemikalien ebenso innerhalb des Umfangs der
vorliegenden Erfindung liegen. Ausgewählte Ausführungsformen, welche diese
vollständig
oder teilweise fluorierten Verbindungen umfassen, können ein
oder mehrere Heteroatome und/oder Brom- oder Chloratome enthalten.
Diese Fluorchemikalien umfassen bevorzugt 1 bis 16 Kohlenstoffatome
und schließen
lineare, cyclische oder polycyclische Perfluoralkane, Bis(perfluoralkyl)alkene,
Perfluorether, Perfluoramine, Perfluoralkylbromide und Perfluoralkylchloride,
wie Dichloroctan, ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Zur Verwendung in
dem Suspensionsmedium besonders bevorzugte fluorierte Verbindungen
können
Perfluoroctylbromid C8F17Br
(PFOB oder Perflubron), Dichlorfluoroctan C8F16Cl2 und das Fluorwasserstoffalkan
Perfluoroctylethan C8F17C2H5 (PFOE) umfassen.
Was die anderen Ausführungsformen
anbelangt, ist die Verwendung von Perfluorhexan oder Perfluorpentan
als Suspensionsmedium besonders bevorzugt.
-
Allgemeiner gesagt schließen beispielhafte
Fluorchemikalien, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
in Erwägung
gezogen werden, im Allgemeinen halogenierte Fluorchemikalien (d.
h. CnF2n+1X oder XCnF2nX, wobei n =
2–10 und
X = Br, Cl oder I) und im besonderen 1-Brom-F-butan (n-C4F9Br), 1-Brom-F-hexan
(n-C6F13Br), 1-Brom-F-heptan
(n-C7F15Br), 1,4-Dibrom-F-butan und 1,6-Dibrom-F-hexan
ein. Andere verwendbare bromierte Fluorchemikalien sind in dem U.S.-Patent
Nr. 3,975,512 von Long offenbart und sind hier durch Bezugnahme
aufgenommen. Spezielle Fluorchemikalien mit Chloridsubstituenten,
wie Perfluoroctylchlorid (n-C8F17Cl),
1,8-Dichlor-F-octan (n-ClC8F16Cl),
1,6-Dichlor-F-hexan (n-ClC6F12Cl) und 1,4-Dichlor-F-butan
(n-ClC4F8Cl), sind
ebenfalls bevorzugt.
-
Fluorkohlenstoffe, Fluorkohlenstoff-Kohlenwasserstoff-Verbindungen
und halogenierte Fluorchemikalien, die andere Verknüpfungsgruppen,
wie Ester, Thioether und Amine, enthalten, sind ebenfalls zur Verwendung
als Suspensionmedien in der vorliegenden Erfindung geeignet. Verbindungen
der allgemeinen Formel CnF2n+1OCmF2m+1 oder CnF2n+1CH=CHCmF2m+1 (wie zum Beispiel
C4F9CH=CHC4F9 (F-44E), i-C3F9CH=CHC6F13 (F-i36E) und
C6F13CH=CHC6F13 (F-66E)), wobei n und
m gleich oder verschieden und ganze Zahlen von etwa 2 bis etwa 12
sind, sind beispielsweise mit den Angaben hier kompatibel. Verwendbare
fluorchemische Kohlenwasserstoff-Zweiblock- und -Dreiblockverbindungen
schließen
die der allgemeinen Formeln CnF2n+1-CmH2m+1 und CnF2n+1-CmH3m+1, wobei n = 2–12 und m = 2–16, oder
CnH2n+1-CnF2n-CmH2m+1, wobei p = 1–12, m = 1–12 und n = 2–12, ein.
Bevorzugte Verbindungen dieser Art schließen C8F17C2H5,
C6F13C10H21, C8F17C8H17, C6F13CH=CHC6H13 und C8F17CH=CHC10H21 ein. Substituierte Ether oder Polyether
(d. h. XCnF2nOCmF2mX oder XCFOCnF2nOCF2X,
wobei n und m = 1–4,
und X = Br, Cl oder I) und fluorchemische Kohlenwasserstoff-Ether-Zweiblock-
oder -Dreiblockverbindungen (d. h. CnF2n+1-O-CmH2m+1, wobei n = 2–10 und m = 2–16, oder
CnH2n+1-O-CnF2n-O-CmH2m+1, wobei p = 2–12, m = 1–12 und n = 2–12) sowie CnF2n+1-O-CmF2m-O-CpH2p+1, wobei n, m und p 1–12 sind, können ebenfalls verwendet werden.
Ferner können, abhängig von
der Anwendung, perfluoralkylierte Ether oder Polyether mit den beanspruchten
Dispersionen kompatibel sein.
-
Polycyclische und cyclische Fluorchemikalien,
wie C10F18 (F-Decalin
oder Perfluordecalin), Perfluorperhydrophenanthren, Perfluortetramethylcyclohexan
(AP-144) und Perfluor-n-butyldecalin,
liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung. Zusätzliche
verwendbare Fluorchemikalien schließen perfluorierte Amine, wie
F-Tripropylamin ("FTPA") und F-Tributylamin ("FTBA"), F-4-Methyloctahydrochinolizin
("FMOQ"), F-N-Methyl-decahydroisochinolin
("FMIQ"), F-N-Methyldecahydrochinolin
("FHQ"), F-N-Cyclohexylpyrrolidin ("FCHP") und F-2-Butyltetrahydrofuran
("FC-75" oder "FC-77"), ein. Noch andere
verwendbare fluorierte Verbindungen schließen Perfluorphenanthren, Perfluormethyldecalin,
Perfluordimethylethylcyclohexan, Perfluordimethyldecalin, Perfluordiethyldecalin,
Perfluormethyladamantan und Perfluordimethyladamantan ein. Andere
in Erwägung
gezogene Fluorchemikalien mit fluorfreien Substituenten, wie Perfluoroctylhydrid,
und ähnliche Verbindungen
mit verschiedenen Anzahlen von Kohlenstoffatomen sind ebenfalls
verwendbar. Für
Fachleute ist es ferner selbstverständlich, dass andere unterschiedlich
modifizierte Fluorchemikalien von der allgemeinen Definition von
Fluorchemikalien umfasst werden, wie sie in der vorliegenden Anmeldung
verwendet werden und zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
geeignet sind. Jede der vorangehenden Verbindungen als solche kann
allein oder in Kombination mit anderen Verbindungen verwendet werden,
um die stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Erfindung herzustellen.
-
Spezielle Fluorkohlenstoffe oder
Klassen von fluorierten Verbindungen, die als Suspensionsmedien verwendet
werden können,
schließen
Fluorheptan, Fluorcycloheptan Fluormethylcycloheptan, Fluorhexan, Fluorcyclohexan,
Fluorpentan, Fluorcyclopentan, Fluormethylcyclopentan, Fluordimethylcyclopentane,
Fluormethylcyclobutan, Fluordimethylcyclobutan, Fluortrimethylcyclobutan,
Fluorbutan, Fluorcyclobutan, Fluorpropan, Fluorether, Fluorpolyether
und Fluortriethylamine ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Derartige
Verbindungen sind im Allgemeinen umweltfreundlich und biologisch
nicht-reaktiv.
-
Das ausgewählte Suspensionsmedium weist
bevorzugt einen Dampfdruck von weniger als etwa 5 Atmosphären und
stärker
bevorzugt von weniger als etwa 2 Atmosphären auf. Wenn es nicht anders
angegeben ist, werden alle hier dargestellten Dampfdrücke bei
25°C gemessen.
In anderen Ausführungsformen
weisen bevorzugte Verbindungen der Suspensionsmedien Dampfdrücke in der
Größenordnung
von etwa 666 Pa (5 Torr) bis etwa 1,01 × 105 Pa
(760 Torr) auf, wobei stärker
bevorzugte Verbindungen Dampfdrücke
in der Größenordnung
von etwa 1066 Pa (8 Torr) bis etwa 0,8 × 105 Pa
(600 Torr) aufweisen, und während
noch stärker bevorzugte Verbindungen
Dampfdrücke
in der Größenordnung
von etwa 1333 Pa (10 Torr) bis etwa 0,46 × 105 Pa
(350 Torr) aufweisen. Derartige Suspensionsmedien können in
Verbindung mit Druckluftverneblern, Ultraschallverneblern oder mit
mechanischen Zerstäubern
verwendet werden, um eine wirksame Beatmungstherapie bereitzustellen.
Ferner können
mehrere flüchtige
Verbindungen mit Komponenten mit niedrigerem Dampfdruck gemischt
werden, um Suspensionsmedien mit bestimmten physikalischen Eigenschaften
bereitzustellen, die zur weiteren Verbesserung der Stabilität oder Erhöhung der
Bioverfügbarkeit
des dispergierten biologischen Wirkstoffes ausgewählt wurden.
-
Andere Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung umfassen Suspensionsmedien, die bei ausgewählten Temperaturen
unter Umgebungsbedingungen (d. h. 1 atm) sieden. Bevorzugte Ausführungsformen umfassen
zum Beispiel Verbindungen der Suspensionsmedien, die über 0°C, über 5°C, über 10°C, über 15°C oder über 20°C sieden.
In anderen Ausführungsformen
kann die Verbindung der Suspensionsmedien bei oder über 25°C oder bei
oder über
30°C sieden.
In noch anderen Ausführungsformen
kann die Verbindung der ausgewählten
Suspensionsmedien bei oder über
der Temperatur des menschlichen Körpers (d. h. 37°C), über 45°C, 55°C, 65°C, 75°C, 85°C oder über 100°C sieden.
-
Es ist ferner selbstverständlich,
dass ein Fachmann andere Verbindungen, die sich in der vorliegenden Erfindung
geeignet verhalten und offensichtlich keinen wünschenswerten Dampfdruck und/oder
keine wünschenswerte
Viskosität
zeigen, leicht bestimmen kann. Es ist vielmehr selbstverständlich,
dass bestimmte Verbindungen, die außerhalb der bevorzugten Bereiche
des Dampfdrucks oder der Viskosität liegen, verwendet werden
können,
wenn sie das gewünschte
in Aerosolform vernebelte Medikament bereitstellen.
-
Die stabilisierten Suspensionen oder
Dispersionen der vorliegenden Endung können durch Dispergieren der
Mikrostrukturen in dem ausgewählten
Suspensionsmedium hergestellt werden, welches dann in einen Behälter oder
in ein Reservoir gegeben werden kann. In dieser Hinsicht können die
stabilisierten Zubereitungen der vorliegenden Erfindung durch einfaches
Vereinigen der Komponenten in ausreichender Menge, um die gewünschte Endkonzentration
in der Dispersion zu erzeugen, hergestellt werden. Obwohl die Mikrostrukturen
ohne mechanische Energie leicht dispergieren, wird die Zufuhr von
mechanischer Energie, um die Dispergierung zu unterstützen (z.
B. mit Hilfe von Beschallung), besonders zur Herstellung von stabilen
Emulsionen oder Umkehremulsionen in Erwägung gezogen. In einer anderen
Ausführungsform können die
Komponenten durch einfaches Schütteln
oder eine andere Art der Bewegung gemischt werden. Das Verfahren
wird bevorzugt unter wasserfreien Bedingungen durchgeführt, um
irgendwelche nachteiligen Wirkungen von Feuchtigkeit auf die Suspensionsstabilität zu vermeiden.
Sobald sich die Dispersion gebildet hat, weist sie eine verringerte
Anfälligkeit
gegenüber
Ausflockung und Sedimentation auf.
-
Es ist ebenfalls selbstverständlich,
dass in den Arzneimitteln der vorliegenden Erfindung andere Komponenten
eingeschlossen sein können.
Es können
zum Beispiel osmotische Mittel, Stabilisatoren, Chelatoren, Puffer,
Viskositätsmodulatoren,
Salze und Zucker zur Feinabstimmung der stabilisierten Dispersionen
auf eine maximale Haltbarkeit und leichte Verabreichung zugegeben
werden. Derartige Komponenten können
direkt zu dem Suspensionsmedium, der Etherphase einer Emulsion,
gegeben werden oder mit den dispergierten Teilchen oder perforierten
Mikrostrukturen verbunden oder in sie eingebracht werden. Überlegungen,
wie die Sterilität,
Isotonie und Biokompatibilität,
können
die Verwendung von herkömmlichen
Zusätzen
in den offenbarten Zusammensetzungen bestimmen. Die Verwendung derartiger
Mittel ist für
Fachleute selbstverständlich,
und die speziellen Mengen, Verhältnisse
und Arten der Mittel können
ohne übermäßiges Experimentieren
empirisch bestimmt werden.
-
Die Verabreichung eines biologischen
Wirkstoffes kann zur Behandlung von leichten, mäßigen oder starken, akuten
oder chronischen Symptomen oder zur prophylaktischen Behandlung
angezeigt sein. Ferner kann der biologische Wirkstoff zur Behandlung
von lokalen oder systemischen Zuständen oder Erkrankungen verabreicht
werden. Es ist selbstverständlich,
das die genaue verabreichte Dosis vom Alter und Zustand des Patienten,
dem besonderen verwendeten Medikament und der Häufigkeit der Verabreichung
abhängt
und schließlich
im Ermessen des behandelnden Arztes liegt. Wenn Kombinationen biologischer
Wirkstoffe verwendet werden, ist die Dosis jeder Komponente der
Kombination im Allgemeinen die für
jede Komponente verwendete, wenn sie allein verwendet wird.
-
Wie in der ganzen Anmeldung diskutiert,
werden die hier offenbarten stabilisierten Dispersionen durch Vernebelung
in Aerosolform, wie mit einem Vernebler, bevorzugt an die Lunge
oder Atemwege der Lunge eines Patienten verabreicht. Vernebler sind
in dem Fachgebiet allgemein bekannt und können ohne übermäßiges Experimentieren leicht
zur Verabreichung der beanspruchten Dispersionen verwendet werden.
Durch den Atem aktivierte Vernebler sowie diejenigen, die andere
Arten von Verbesserungen, die entwickelt wurden oder werden, umfassen, sind
ebenfalls mit den stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Erfindung
kompatibel.
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Während
kompatible biologische Wirkstoffe unter Verwendung verschiedener
Systeme verabreicht werden können,
ist es selbstverständlich,
dass in besonders bevorzugten Ausführungsformen die hier offenbarten
stabilisierten Dispersionen durch Vernebelung an die Lunge oder
Atemwege der Lunge eines Patienten verabreicht werden. Vernebler
sind in dem Fachgebiet allgemein bekannt und können ohne übermäßiges Experimentieren leicht
zur Verabreichung der beanspruchten Dispersionen verwendet werden.
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Vernebler funktionieren, indem sie
Aerosole bilden, das heißt
eine Massenflüssigkeit
in kleine Tröpfchen
umwandeln, die in einem einatembaren Gas suspendiert sind. Hier
umfasst das in Aerosolform vernebelte Medikament, das (bevorzugt
an die Atemwege der Lunge) verabreicht werden soll, kleine Tröpfchen des Suspensionsmediums,
das mit verhältnismäßig nicht-porösen Teilchen,
den perforierten Mikrostrukturen oder der dispersen flüssigen Phase,
die einen biologischen Wirkstoff umfassen, verbunden ist. In derartigen
Ausführungsformen
werden die stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Erfindung
typischerweise in ein Flüssigkeitsreservoir
gegeben, das betriebsbereit mit einem Vernebler verbunden ist. Die
speziellen Volumina der bereitgestellten Zubereitung, die Vorrichtungen
zum Füllen
des Reservoirs etc. hängen
größtenteils
von der Wahl des einzelnen Verneblers ab und liegen allgemein innerhalb
des Gebietes eines Fachmanns. Die vorliegende Erfindung ist natürlich mit
Einzeldosisverneblern und Mehrfachdosisverneblern gänzlich kompatibel.
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Auf jeden Fall erfordert ein durch
den Vernebler vermitteltes Vernebeln in Aerosolform typischerweise eine
Energiezufuhr, um die vergrößerte Oberfläche der
Tröpfchen
zu erzeugen, und in einigen Fällen,
um den Transport des zerstäubten
oder in Aerosolform vernebelten Medikaments bereitzustellen. Eine übliche Art
des Vernebelns in Aerosolform besteht darin, einen Ausstoß eines
Flüssigkeitsstroms
aus einer Düse
zu erzwingen, wodurch Tröpfchen
gebildet werden. Was die Verabreichung in vernebelter Form anbelangt,
wird in der Regel zusätzliche
Energie zugeführt,
um Tröpfchen
bereitzustellen, die ausreichend klein sind, um tief in die Lunge
transportiert zu werden. Somit wird zusätzliche Energie benötigt, wie
die durch einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom oder einen piezoelektrischen
Kristall bereitgestellte. Zwei weit verbreitete Arten von Verneblern,
Strahlvernebler und Ultraschallvernebler, stützen sich auf die vorstehend
erwähnten
Verfahren der Zufuhr von zusätzlicher
Energie zu der Flüssigkeit
während
der Zerstäubung.
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Der Strahlvernebler ist allgemein
bekannt und wird weit verbreitet verwendet. In einem Strahlvernebler wird
Druckluft in eine Vorrichtung gedrückt, die eine in Aerosolform
zu vernebelnde Flüssigkeit,
wie eine der Suspensionen der vorliegenden Erfindung, enthält. Die
Druckluft saugt die Flüssigkeit
durch eine oder mehrere kleine Öffnungen,
was somit das Aerosol erzeugt. Die hohe Geschwindigkeit der Druckluft
stellt ausreichend Energie bereit, um die Bildung von zur Inhalation
ausreichend kleinen Tröpfchen
zu ermöglichen.
Um die Bildung von einheitlich kleineren Tröpfchen zu unterstützen, prallen
die Tröpfchen
anfänglich
auf eine Prallfläche. Es
kann andere Aufprallstellen geben, auf welche die Tröpfchen gelenkt
werden können,
bevor das Aerosol durch den Druckluftstrom aus dem Vernebler transportiert
wird. In bevorzugten Ausführungsformen
kann die Druckluft mit dem Suspensionsmedium gesättigt werden. Dies ermöglicht eine
Ablagerung der in Aerosolform vernebelten Tröpfchen in der Lunge, was möglicherweise
eine erhöhte
Ausbreitung des biologischen Wirkstoffes nach der anfänglichen
Ablagerung erleichtert.
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Ultraschallvernebler erfordern nicht
die Verwendung von Druckluft und können somit, was die Kompaktheit
und Tragbarkeit anbetrifft, MDIs ähnlich sein, obwohl sie nach
verschiedenen physikalischen Prinzipien funktionieren. Bevorzugte
Ultraschallvernebler sind die, welche ziemlich klein, tragbar und
batteriebetrieben sind und mehrere Dosen verabreichen können, von
denen jede einen einzelnen Bolus der in Aerosolform vernebelten
Lösung
umfasst. Derartige Vernebler können
als Einzelbolusvernebler bezeichnet werden. Die meisten Vorrichtungen
werden manuell betätigt,
es existieren jedoch einige Vorrichtungen, die durch den Atem betätigt werden.
Durch den Atem betätigte
Vorrichtungen funktionieren, indem sie ein Aerosol freisetzen, wenn die
Vorrichtung das Einatmen des Patienten durch einen Schaltkreis wahrnimmt.
Durch den Atem betätigte Vernebler
können
auch in Reihe auf den Schaltkreis eines Beatmungsgerätes gesetzt
werden, um ein Aerosol in den Luftstrom freizusetzen, welcher die
Einatmungsgase für
einen Patienten umfasst.
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Der Kern der meisten Arten von Ultraschallverneblern
ist ein aus einem piezoelektrischen Kristall hergestellter Umwandler.
Wenn dem piezoelektrischen Kristall oszillierende Energie zugeführt wird,
schwingt er mit derselben Frequenz wie die zugeführte Energie, die bevorzugt
im Ultraschallbereich liegt. Wenn diese Bewegung auf eine Flüssigkeit übertragen
wird, stellt sie die zur Vernebelung der Flüssigkeit in Aerosolform benötigte Energie
bereit. Die durch dieses Verfahren gebildete Tröpfchengröße (geschätzter mittlerer Durchmessers)
ist eine Funktion der Anregungsfrequenz, der Dichte der Flüssigkeit
und der Oberflächenspannung
der Flüssigkeit, während die
Geschwindigkeit der Zerstäubung
eine Funktion der Viskosität,
der Oberflächenspannung
und des Dampfdrucks ist.
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Eine Art von Vernebler ist der Respimat
(Boehringer Ingelheim, Deutschland), der manuell betätigt, in der
Hand gehalten und batteriebetrieben wird. Wenn der Patient einen
Auslöser
an der Vorrichtung drückt,
wird ein Tröpfchen
der Lösung
(etwa 100 μl)
auf eine piezoelektrische Platte mit einem Durchmesser von etwa
1 cm dosiert. Wenn Energie zugeführt
wird, schwingt die Platte mit etwa 10 MHz, was zur Vernebelung der
Lösung
in Aerosolform führt,
die dann durch einen Patienten inhaliert werden kann.
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Eine andere Art von Ultraschallvernebler
ist der AeroDose (AeroGen, Sunnyvale, CA) (DeYoung, "The AeroDose Multidose
Inhaler Device Design and Delivery Characteristics", Respiratory Drug
Delivery VI, 1998, S. 91). Der batteriebetriebene AeroDose funktioniert
mittels einer Platte, die mehrere hundert Löcher enthält und mit Ultraschallfrequenzen
schwingt. Wenn der obere Teil der Vorrichtung niedergedrückt wird,
gibt eine Dosierpumpe eine Dosis der Flüssigkeit aus einem Mehrfachdosiskanister
auf die Platte ab. Die Vorrichtung wird durch den Atem betätigt, wobei
die Vernebelung in Aerosolform beginnt, wenn die Vorrichtung das
Einatmen des Patienten wahrnimmt. Die Untersucher des AeroDose berichten,
dass sie unter Verwendung dieser Vorrichtung einen durchschnittlichen
aerodynamischen Massendurchmesser von 1,9 bis 2,0 μm erzielen
können.
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Noch eine andere Art von Ultraschallvernebler
ist der in der PCT-Veröffentlichung
Nr. WO92/11050 von Robertson et al.. In der Vorrichtung von Robertson
wird die Lösung
oder ein anderes Material, das vernebelt werden soll, durch zahlreiche
winzige Löcher
in einer Metallplatte gesaugt, die durch die Verwendung einer piezoelektrischen
Vorrichtung schwingt. Wenn Energie zugeführt wird, wird das Aerosol
gebildet und bildet sich weiter, solange an den piezoelektrischen
Kristall Energie abgegeben wird. Somit kann die Vorrichtung, abhängig von
der Zeitdauer, die sie angelassen wird, entweder als Einzelbolusvorrichtung
oder als kontinuierlicher Vernebler dienen.
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Wie vorstehend ersichtlich ist, können Ultraschallvernebelungsvorrichtungen
allein durch Ultraschallenergie funktionieren oder können Ultraschallenergie
in Kombination mit anderen Verfahren der Vernebelung in Aerosolform,
wie dem Drücken
oder Saugen einer Flüssigkeit
oder Suspension durch ein Material mit sehr kleinen Öffnungen,
verwenden. Ohne Rücksicht
auf die An des ausgewählten
Verneblers können
die stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Endung aufgrund
ihrer verhältnismäßig homogenen
Dispersion des eingebrachten biologischen Wirkstoffes für eine Zeitdauer
dennoch einen wesentlichen Vorteil bereitstellen. Das heißt die homogene
Dispersion der eingebrachten Teilchen stellt sicher, dass die Menge
des verabreichten biologischen Wirkstoffes beständig ist, gleichgültig, welcher
Anteil der Zubereitung in dem Flüssigkeitsreservoir tatsächlich bei
jeder einzelnen Betätigung
des Verneblers vernebelt wird. Wenn die stabilen, homogenen Dispersionen
der vorliegenden Erfindung für
eine kontinuierliche Verabreichung während einer längeren Dauer verwendet
werden, stellen sie entsprechend sicher, dass während jeder inkrementellen
Zeitdauer verhältnismäßig konstante
Mengen an biologischem Wirkstoff verabreicht werden.
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Auf jedem Fall sollte angemerkt werden,
dass die vorangehenden Beispiele von Verneblern nur für beispielhafte
Zwecke dienen. Wie von einem Fachmann erkannt wird, können auch
andere Arten von Verneblern zur Verabreichung der stabilisierten
Dispersionen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sei es,
dass sie gegenwärtig
bekannt sind oder später
erfunden werden.
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Es ist selbstverständlich,
dass die stabilisierten Zubereitungen zur Verwendung in Verneblern
der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise in einer sterilen,
abgepackten Form oder in Form eines Kits dem Arzt oder einem anderen
Fachmann der medizinischen Versorgung bereitgestellt werden können. Insbesondere können die
Formulierungen als stabile, vorgeformte, verabreichungsfertige Dispersionen
oder als mischfertige, getrennte Komponenten bereitgestellt werden.
Wenn die Dispersionen in einer gebrauchsfertigen Form bereitgestellt
werden, können
sie in Behältern
oder Reservoirs für
eine Einmalverwendung sowie in Behältern oder Reservoirs für eine Mehrfachverwendung
abgepackt werden. In jedem Fall kann der Behälter oder das Reservoir mit
dem ausgewählten
Vernebler verbunden und, wie hier beschrieben, verwendet werden.
Wenn die stabilisierten Zubereitungen als einzelne Komponenten (z.
B. als pulverisierte Mikrokügelchen
und als reines Suspensionsmedium) bereitgestellt werden, dann können sie
zu einer beliebigen Zeit vor der Verwendung durch einfaches Vereinigen
der Inhalte der Behälter,
wie vorgeschrieben, erzeugt werden. Ferner können derartige Kits mehrere
mischfertige oder abgepackte Komponenten enthalten, die einzeln
verpackt sein können,
so dass der Verwender dann die gewünschte(n) Komponente(n) für die besondere
Indikation oder Verwendung auswählen
kann. In dieser Hinsicht kann der Verwender dann während eines
besonderen Behandlungsablaufes ausgewählte Komponenten nach Belieben
oder wie angezeigt ersetzen. Es ist ebenfalls selbstverständlich, dass
derartige Kits gegebenenfalls einen Vernebler einschließen können, oder
dass die Zubereitung in einem Einmalvernebler bereitgestellt werden
kann.
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Die vorangehende Beschreibung wird
durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele besser verstanden.
Derartige Beispiele stellen jedoch nur bevorzugte Verfahren zur
Durchführung
der vorliegenden Endung dar und sollten nicht als Einschränkung des
Umfangs der Erfindung verstanden werden.
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I
-
Herstellung von hohlen
porösen
Gentamicinsulfatteilchen durch Sprühtrocknen
-
40 bis 60 ml der folgenden Lösungen wurden
zum Sprühtrocknen
hergestellt:
50% Gew./Gew, hydriertes Phosphatidylcholin, E-100-3
(Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland)
50% Gew./Gew. Gentamicinsulfat
(Amresco, Solon, OH)
Perfluoroctylbromid, Perflubron (NMK,
Japan)
entionisiertes Wasser
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Perforierte Mikrostrukturen, die
Gentamicinsulfat umfassen, wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren unter
Verwendung eines Minisprühtrockners
B-191 (Büchi,
Flawil, Schweiz) unter den folgenden Bedingungen hergestellt: Ansaugen:
100%; Eingangstemperatur: 85°C;
Ausgangstemperatur: 61°C;
Beschickungspumpe: 10%; N2-Strom: 2800 l/h. Änderungen
der Pulverporosität
wurden als Funktion der Treibmittelkonzentration untersucht.
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Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsionen
von Perfluoroctylbromid, die Phosphatidylcholin (PC) und Gentamicinsulfat
in einem Gew./Gew.-Verhältnis
von 1 : 1 enthielten, wurden hergestellt, indem nur das PFC/PC-Verhältnis geändert wurde.
1,3 g hydriertes Eiphosphatidylcholin wurden unter Verwendung eines
Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten
(T = 60–70°C) in 25
ml entionisiertem Wasser dispergiert. Perflubron wurde in einem
Bereich von 0 bis 40 g während
des Mischens tropfenweise zugegeben (T = 60-70°C). Nachdem die Zugabe beendet
war, wurde die Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion für eine zusätzliche
Dauer von nicht weniger als 4 Minuten gemischt. Die so erhaltenen
Rohemulsionen wurden dann mit einem Homogenisator von Avestin (Ottawa,
Kanada) unter Hochdruck bei 103,4 MPa (15000 psi) in 5 Durchgängen homogenisiert.
Gentamicinsulfat wurde in ungefähr
4 bis 5 ml entionisiertem Wasser gelöst und nachfolgend direkt vor
dem Sprühtrocknungsverfahren
mit der Perflubronemulsion gemischt. Die Gentamicinpulver wurden
dann durch Sprühtrocknen
unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Bedingungen erhalten. Mit
allen Perflubron enthaltenden Formulierungen wurde ein rieselfähiges, blassgelbes
Pulver erhalten. Die Ausbeute für
jede der verschiedenen Formulierungen lag im Bereich von 35% bis
60%.
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II
-
Morphologie der sprühgetrockneten
Gentamicinsulfatpulver
-
Eine starke Abhängigkeit der Pulvermorphologie,
des Porositätsgrades
und der Herstellungsausbeute wurde als Funktion des PFC/PC-Verhältnisses
durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) beobachtet. Eine Reihe von
sechs mikroskopischen Aufnahmen durch SEM, die diese Beobachtungen
veranschaulichen und durch 1A1 bis 1F1 gekennzeichnet sind, sind
in der linken Spalte von 1 gezeigt.
Wie aus diesen mikroskopischen Aufnahmen ersichtlich ist, wurde
festgestellt, dass die Porosität
und Oberflächenrauigkeit
stark von der Konzentration des Treibmittels abhängen, wobei sich die Oberflächenrauigkeit
und die Zahl und Größe der Poren
mit zunehmenden PFC/PC-Verhältnissen
erhöhten.
Die Formulierung ohne Perfluoroctylbromid erzeugte zum Beispiel
Mikrostrukturen, die offensichtlich hochagglomeriert waren und leicht
auf der Oberfläche
des Glasfläschchens
hafteten. Entsprechend wurden glatte, kugelförmige Mikroteilchen erhalten,
wenn verhältnismäßig wenig
Treibmittel (PFC/PC-Verhältnis
= 1,1 oder 2,2) verwendet wurde. Da das PFC/PC-Verhältnis erhöht wurde,
nahmen die Porosität
und Oberflächenrauigkeit
drastisch zu.
-
Wie in der rechten Spalte von 1 gezeigt, wurde die hohle
Art der Mikrostrukturen auch durch das Einbringen von zusätzlichem
Treibmittel verstärkt.
Insbesondere zeigt die Reihe von sechs mikroskopischen Aufnahmen,
die durch 1A2 bis 1F2 gekennzeichnet sind, Querschnitte von zerbrochenen
Mikrostrukturen, was durch Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM)
offenbart wurde. Jedes dieser Bilder wurde unter Verwendung derselben
Mikrostrukturzubereitung hergestellt, wie sie zur Herstellung der
entsprechenden mikroskopischen Aufnahme durch SEM in der linken
Spalte verwendet wurde. Sowohl die hohle Natur als auch die Wanddicke
der so erhaltenen perforierten Mikrostrukturen hingen offensichtlich
größtenteils
von der Konzentration des ausgewählten
Treibmittels ab. Das heißt,
die hohle Natur der Zubereitung nahm offensichtlich zu, und die Dicke
der Teilchenwände
nahm offensichtlich ab, während
sich das PFC/PC-Verhältnis
erhöhte.
Wie aus 1A2 bis 1C2 ersichtlich ist, wurden
aus den Formulierungen, die wenig oder kein Fluorkohlenstofftreibmittel
enthielten, im Wesentlichen massive Strukturen erhalten. Umgekehrt
erwiesen sich die perforierten Mikrostrukturen, die unter Verwendung
eines verhältnismäßig hohen
PFC/PC-Verhältnisses
von ungefähr
45 (in 1F2 gezeigt)
hergestellt wurden, als äußerst hohl
mit einer verhältnismäßig dünnen Wand
im Bereich von etwa 43,5 bis 261 nm. Beide Arten von Teilchen sind
mit der Verwendung in der vorliegenden Erfindung kompatibel.
-
III
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Herstellung von hohlen
porösen
Albuterolsulfatteilchen durch Sprühtrocknen
-
Hohle, poröse Albuterolsulfatteilchen
wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren
mit einem Minisprühtrockner
B-191 (Büchi,
Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%;
Eingangstemperatur: 85°C;
Ausgangstemperatur: 61°C;
Beschickungspumpe: 10%; N2-Strom: 2800 l/h.
Die Beschickungslösung
wurde durch Mischen der zwei Lösungen
A und B direkt vor dem Sprühtrocknen hergestellt.
-
Lösung
A: 20 g Wasser wurden zum Lösen
von 1 g Albuterolsulfat (Accurate Chemical, Westbury, NY) und 0,021
g Poloxamer 188, NF-Qualität
(BASF, Mount Olive, NJ) verwendet.
-
Lösung
B: Eine durch Phospholipid stabilisierte Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion
wurde auf folgende Art und Weise hergestellt. 1 g des Phospholipids
EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland) wurde unter Verwendung
eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T
= 60–70°C) in 150
g heißem,
entionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) homogenisiert. 25 g Perfluoroctylbromid (Atochem,
Paris, Frankreich) wurden während
des Mischens tropfenweise zugegeben. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes
wurde die Emulsion für
eine Dauer von nicht weniger als 4 Minuten gemischt. Die so erhaltene
Rohemulsion wurde dann in 5 Durchgängen durch einen Hochdruckhomogenisator
(Avestin, Ottawa, Kanada) bei 124,1 MPa (18000 psi) geleitet.
-
Die Lösungen A und B wurden vereinigt
und unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Sprühtrockner
gefüllt.
Ein rieselfähiges,
weißes
Pulver wurde in dem Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen Albuterolsulfatteilchen
wiesen einen durchschnittlichen volumengewichteten aerodynamischen Durchmesser
von 1,18 ± 1,42 μm auf, was
durch ein Flugzeitanalysenverfahren (Aerosizer, Amherst Process Instruments,
Amherst, MA) bestimmt wurde. Eine Analyse durch Rasterelektronenmikroskopie
(SEM) zeigte, dass die Pulver kugelig und hochporös waren.
Die Klopfdichte des Pulvers wurde zu weniger als 0,1 g/cm3 bestimmt.
-
Dieses vorangehende Beispiel dient
zur Veranschaulichung der innewohnenden Mannigfaltigkeit der vorliegenden
Erfindung als Plattform zur Arzneistoffverabreichung, die ein beliebiges
von mehreren Arzneimitteln wirksam einbringen kann.
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IV
-
Herstellung von porösen teilchenförmigen Mikrostrukturen,
umfassend Gemische aus langkettigen/kurzkettigen Phospholipiden
und Albuterolsulfat
-
Eine Dispersion zum Sprühtrocknen
wurde, wie vorstehend beschrieben, hergestellt, mit dem Unterschied,
dass 1 g DSPC mit 100 mg eines kurzkettigen Phospholipids, Dioctylphosphatidylcholin
(DOPC) (Avanti Polar Lipids, Alabaster, Alabama), dispergiert wurde.
Die Zusammensetzung der Sprühbeschickung
ist in Tabelle II direkt nachstehend gezeigt. Die so erhaltene Ausbeute
betrug 50%.
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Tabelle
II
Zusammensetzung der Sprühbeschickung
-
V
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Herstellung von hohlen
porösen
Cromolynnatriumteilchen durch Sprühtrocknen
-
Perforierte Mikrostrukturen, die
Cromolynnatrium umfassen, wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren mit einem
Minisprühtrockner
B-191 (Büchi,
Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen:
100%; Eingangstemperatur: 85°C;
Ausgangstemperatur: 61°C;
Beschickungspumpe: 10%; N2-Strom: 2800 l/h.
Die Beschickungslösung
wurde durch Mischen der zwei Lösungen
A und B direkt vor dem Sprühtrocknen
hergestellt.
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Lösung
A: 20 g Wasser wurden zum Lösen
von 1 g Cromolynnatrium (Sigma Chemical Co, St. Louis, MO) und 0,021
g Poloxamer 188, NF-Qualität
(BASF, Mount Olive, NJ) verwendet.
-
Lösung
B: Eine durch Phospholipid stabilisierte Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion
wurde auf folgende Art und Weise hergestellt. 1 g des Phospholipids
EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland) wurde unter Verwendung
eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T
= 60–70°C) in 150
g heißem,
entionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) homogenisiert. 27 g Perfluordecalin
(Air Products, Allentown, PA) wurden während des Mischens tropfenweise
zugegeben. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes wurde die Emulsion
mindestens 4 Minuten gemischt. Die so erhaltene Rohemulsion wurde dann
in 5 Durchgängen
durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei
124,1 MPa (18000 psi) geleitet.
-
Die Lösungen A und B wurden vereinigt
und unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Sprühtrockner
gefüllt.
Ein rieselfähiges,
blassgelbes Pulver wurde in dem Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen,
porösen
Cromolynnatriumteilchen wiesen einen durchschnittlichen volumengewichteten
aerodynamischen Durchmesser von 1,23 ± 1,31 μm auf, was durch ein Flugzeitanalysenverfahren
(Aerosizer, Amherst Process Instruments, Amherst, MA) bestimmt wurde.
Eine Analyse durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) zeigte, dass,
wie in 2 gezeigt, die
Pulver sowohl hohl als auch porös
waren. Die Klopfdichte des Pulvers wurde zu weniger als 0,1 g/cm3 bestimmt.
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VI
-
Herstellung von hohlen,
porösen
BDP-Teilchen durch Sprühtrocknen
-
Perforierte Mikrostrukturen, die
Teilchen von Beclomethasondipropionat (BOP) umfassen, wurden durch
ein Sprühtrocknungsverfahren
mit einem Minisprühtrockner
B-191 (Büchi,
Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen:
100%; Eingangstemperatur: 85°C;
Ausgangstemperatur: 61°C;
Beschickungspumpe: 10%; N2-Strom: 2800 l/h.
Das Ausgangsmaterial wurde durch Mischen von 0,11 g Lactose mit
einer Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion direkt vor dem Sprühtrocknen
hergestellt. Die Emulsion wurde durch das nachstehend beschriebene
Verfahren hergestellt.
-
74 mg BDP (Sigma, Chemical Co., St.
Louis, MO), 0,5 g EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland),
15 mg Natriumoleat (Sigma) und 7 mg Poloxamer 188 (BASF, Mount Olive,
NJ) wurden in 2 ml heißem
Methanol gelöst.
Das Methanol wurde dann abgedampft, wobei ein dünner Film des Phospholipid/Steroid-Gemisches
erhalten wurde. Das Phospholipid/Steroid-Gemisch wurde dann unter
Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM
2 bis 5 Minuten (T = 60–70°C) in 64
g heißem,
entionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) dispergiert. 8 g Perflubron
(Atochem, Paris, Frankreich) wurden während des Mischens tropfenweise
zugegeben. Nachdem die Zugabe beendet war, wurde die Emulsion für eine zusätzliche Dauer
von nicht weniger als 4 Minuten gemischt. Die so erhaltene Rohemulsion
wurde dann in 5 Durchgängen durch
einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei 124,1
MPa (18000 psi) geleitet. Diese Emulsion wurde dann verwendet, um
das Ausgangsmaterial herzustellen, welches, wie vorstehend beschrieben,
sprühgetrocknet
wurde. Ein rieselfähiges,
weißes
Pulver wurde in dem Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen BDP-Teilchen
wiesen eine Klopfdichte von weniger als 0,1 g/cm3 auf.
-
VII
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Herstellung von hohlen
porösen
TAA-Teilchen durch Sprühtrocknen
-
Perforierte Mikrostrukturen, die
Teilchen von Triamcinolonacetonid (TAA) umfassen, wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren
mit einem Minisprühtrockner
B-191 (Büchi,
Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen:
100%; Eingangstemperatur: 85°C;
Ausgangstemperatur: 61°C;
Beschickungspumpe: 10%; N2-Strom: 2800 l/h.
Das Ausgangsmaterial wurde durch Mischen von 0,57 g Lactose mit
einer Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion direkt vor dem Sprühtrocknen
hergestellt. Die Emulsion wurde durch das nachstehend beschriebene
Verfahren hergestellt.
-
100 mg TAA (Sigma, Chemical Co.,
St. Louis, MO), 0,56 g EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland),
25 mg Natriumoleat (Sigma) und 13 mg Poloxamer 188 (BASF, Mount
Olive, NJ) wurden in 2 ml heißem
Methanol gelöst.
Das Methanol wurde dann abgedampft, wobei ein dünner Film des Phospholipid/Steroid-Gemisches
erhalten wurde. Das Phospholipid/Steroid-Gemisch wurde dann unter
Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM
2 bis 5 Minuten (T = 60–70°C) in 64
g heißem,
entionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) dispergiert. 8 g Perflubron
(Atochem, Paris, Frankreich) wurden während des Mischens tropfenweise
zugegeben. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes wurde die Emulsion
mindestens 4 Minuten gemischt. Die so erhaltene Rohemulsion wurde
dann in 5 Durchgängen
durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei
124,1 MPa (18000 psi) geleitet. Diese Emulsion wurde dann verwendet,
um das Ausgangsmaterial herzustellen, welches, wie vorstehend beschrieben,
sprühgetrocknet
wurde. Ein rieselfähiges,
weißes
Pulver wurde in dem Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen TAA-Teilchen
wiesen eine Klopfdichte von weniger als 0,1 g/cm3 auf.
-
VIII
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Herstellung von hohlen,
porösen
Teilchen von DNAse I durch Sprühtrocknen
-
Hohle, poröse Teilchen von DNAse I wurden
durch ein Sprühtrocknungsverfahren
mit einem Minisprühtrockner
B-191 (Büchi,
Flawil, Schweiz) unter den folgenden Bedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%;
Eingangstemperatur: 80°C;
Ausgangstemperatur: 61°C;
Beschickungspumpe: 10%; N2-Strom: 2800 l/h.
Die Beschickung wurde durch Mischen der zwei Lösungen A und B direkt vor dem
Sprühtrocknen
hergestellt.
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Lösung
A: 20 g Wasser wurden zum Lösen
von 0,5 g DNAse I aus menschlichem Pankreas (Calbiochem, San Diego,
CA) und 0,021 g Poloxamer 188, NF-Qualität (BASF, Mount Olive, NJ) verwendet.
-
Lösung
B: Eine durch Phospholipid stabilisierte Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion
wurde auf folgende Art und Weise hergestellt. 0,52 g des Phospholipids
EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland) wurden unter Verwendung
eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T
= 60–70°C) in 87
g heißem,
entionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) homogenisiert. 13 g Perflubron
(Atochem, Parts, Frankreich) wurden während des Mischens tropfenweise
zugegeben. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes wurde die Emulsion
mindestens 4 Minuten gemischt. Die so erhaltene Rohemulsion wurde
dann in 5 Durchgängen
durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei
124,1 MPa (18000 psi) geleitet.
-
Die Lösungen A und B wurden vereinigt
und unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Sprühtrockner
gefüllt.
Ein rieselfähiges,
blassgelbes Pulver wurde in dem Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen,
porösen
Teilchen von DNAse I wiesen einen durchschnittlichen volumengewichteten
aerodynamischen Durchmesser von 1,29 ± 1,40 μm auf, was durch ein Flugzeitanalysenverfahren
(Aerosizer, Amherst Process Instruments, Amherst, MA) bestimmt wurde.
Eine Analyse durch Rastereiektronenmikroskopie (SEM) zeigte, dass
die Pulver sowohl hohl als auch porös waren. Die Klopfdichte des
Pulvers wurde zu weniger als 0,1 g/cm3 bestimmt.
-
Das vorangehende Beispiel veranschaulicht
ferner die außergewöhnliche
Kompatibilität
der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen biologischen Wirkstoffen.
Das heißt,
die Zubereitungen der vorliegenden Erfindung können so formuliert werden,
dass sie zusätzlich
zu verhältnismäßig kleinen,
robusten Verbindungen, wie Steroiden, größere, zerbrechliche Moleküle, wie
Peptide, Proteine und genetisches Material, wirksam einbauen.
-
IX
-
Herstellung eines hohlen,
porösen
Pulvers durch Sprühtrocknen
einer Gas-in-Wasser-Emulsion
-
Die folgenden Lösungen wurden mit Wasser zur
Infektion hergestellt: Lösung 1:
3,9% Gew./Vol. | m-HES-Hydroxyethylstärke (Ajinomoto, Tokio, Japan) |
3,25% Gew./Vol. | Natriumchlorid (Mallinckrodt, St. Louis,
MO) |
2,83% Gew./Vol. | Natriumphosphat, zweibasig (Mallinckrodt,
St. Louis, MO) |
0,42% Gew./Vol. | Natriumphosphat, einbasig (Mallinckrodt,
St. Louis, MO) |
Lösung 2:
0,45% Gew./Vol. | Poloxamer 188 (BASF, Mount Olive, NJ) |
1,35% Gew./Vol. | hydriertes Eiphosphatidylcholin, EPC-3 (Lipoid KG,
Ludwigshafen, Deutschland) |
-
Die Bestandteile von Lösung 1 wurden
unter Verwendung einer Rührplatte
in warmem Wasser gelöst. Die
oberflächenaktiven
Mittel in Lösung
2 wurden unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherkraft in Wasser
dispergiert. Die Lösungen
wurden nach der Emulgierung vereinigt und vor dem Sprühtrocknen
mit Stickstoff gesättigt.
-
Das so erhaltene trockene, rieselfähige, hohle,
kugelige Produkt wies einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser
von 2,6 ± 1,5 μm auf. Die
Teilchen, die als Ersatz oder zur Vermehrung von Lungensurfactant
verwendet werden können,
waren kugelig und porös,
was durch SEM bestimmt wurde.
-
Das vorhergehende Beispiel veranschaulicht
den Punkt, dass viele verschiedene Treibmittel (hier Stickstoff)
zur Bereitstellung von Mikrostrukturen, welche die gewünschte Morphologie
zeigen, verwendet werden können.
Tatsächlich
ist einer der Hauptvorteile der vorliegenden Endung die Fähigkeit,
die Herstellungsbedingungen so zu ändern, dass die biologische
Wirksamkeit (d. h. mit Proteinen oder Lungensurfactant) erhalten
bleibt oder Mikrostrukturen mit einer ausgewählten Porosität hergestellt
werden.
-
X
-
Herstellung eines Pulvers
aus perforierten Mikrostrukturen, enthaltend Ampicillin
-
Die folgenden Materialien wurden
erhalten und zur Bereitstellung eines Ausgangsmaterials verwendet:
20%
Gew./Gew. Ampicillin, Biotech-Qualität (Fisher Scientific, Pittsburgh,
PA)
14,38% Gew./Gew. Hydroxyethylstärke (Ajinomoto, Japan)
65,62%
Gew./Gew. Dipalmitoylphosphatidylcholin (Genzyme, Cambridge, MA)
Pertluorhexan
(3M, St. Paul, MN)
entionisiertes Wasser
-
0,9 g Hydroxyethylstärke (HES)
und 4,11 g Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC) wurden unter Verwendung
eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 10000 UpM ungefähr 2 Minuten
(T = 45–50°C) in 75 ml
entionisiertem Wasser dispergiert. Die so erhaltene DPPC/HES-Dispersion wurde
in einem Eisbad abgekühlt.
1,25 g Ampicillin wurden zugegeben, und man ließ 1 Minute (T = 5–10°C) mischen.
4,11 g Perfluorhexan (PFH) wurden dann während des Mischens tropfenweise
zugegeben (T = 5–10°C). Nachdem
die Zugabe beendet war, wurde die PFH-in-Wasser-Emulsion insgesamt
nicht weniger als 4 Minuten mit dem Ultra-Turrax gemischt.
-
Ein Pulver aus perforierten Mikrostrukturen,
umfassend Ampicillin, wurde durch Sprühtrocknen (Büchi, Minisprühtrockner
191, Schweiz) der Ampicillin enthaltenden Emulsion mit einer Geschwindigkeit
von 5,5 ml/min erhalten. Die Eingangs- und Ausgangstemperatur des
Sprühtrockners
betrugen 90°C
beziehungsweise 55°C.
Die Vernebelungsluft und die Ansaugströme betrugen 1800 l/h beziehungsweise
100%. Ein rieselfähiges,
weißes
Pulver, umfassend poröse
Mikrokügelchen,
wurde erhalten.
-
XI
-
Wirkung des Sprühtrocknens
auf die in vitro Wirksamkeit von Lungensurfactant
-
Die Wirksamkeit einer Zubereitung
aus sprühgetrocknetem
Lungensurfactant bei der Erniedrigung der Oberflächenspannung einer pulsierenden
Luftblase wurde mit einer Zubereitung aus dem reinen Lungensurfactant
verglichen. Lungensurfactant bovinen Ursprungs, Alveofact (Thomae,
Biberach, Deutschland), und sprühgetrocknetes
Lungensurfactant enthaltende Mikrohüllen wurden mit einer Konzentration
von 10 mg/ml in physiologischer Kochsalzlösung gelöst, und man ließ 15 Minuten
bei 37°C
inkubieren. Vor der Analyse wurden die Surfactanttestlösungen unter
Verwendung eines Vortex-Mischers 30 Sekunden kräftig geschüttelt. Die Proben wurden unter
Verwendung eines Surfactometers mit pulsierender Luftblase bei 37°C (Modell
EC-PBS-B, Electronics, Amherst, NY) gemäß den Vorschriften des Herstellers
hinsichtlich ihrer Oberflächeneigenschaften analysiert.
Man ließ die
Surfactantlösungen
10 Sekunden bei einem minimalen Luftblasendurchmesser adsorbieren,
und der Luftblasenzyklus wurde im automatischen Modus (20 Zyklen/Minute)
durchgeführt.
Für jedes Experiment
wurden für
ungefähr
die ersten 10 Zyklen und dann wieder bei t = 2, 4 und 6 Minuten
Messungen durchgeführt.
-
Der Hauptunterschied, der zwischen
den Suspensionen von reinem und sprühgetrocknetem Surfactant beobachtet
wurde, ist die Geschwindigkeit, mit der sie auf der Luftblasenoberfläche adsorbieren
und somit die Spannung erniedrigen. Die sprühgetrockneten Materialien erforderten,
verglichen mit 1 Zyklus für
die Alveofactprobe, 6 Zyklen, um eine niedrige Oberflächenspannung
zu erzielen. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Größenordnung
der Spannung bei maximalem und minimalem Luftblasendurchmesser ungefähr gleich war.
-
Für
die Alveofactdispersion erniedrigte sich die Spannung im ersten
Zyklus von 32 mN/m bei maximalem Durchmesser auf 4 mN/m bei minimalem
Durchmesser. Bei weiterer Pulsation wurde eine Gleichgewichtsschwingung
mit einer maximalen Spannung max von 33
mN/m und einer minimalen Spannung min von
0 bis 1 mN/m erzielt. Für
die Dispersion von sprühgetrockneten
Lungenmikrohüllen
erniedrigte sich die Spannung im ersten Zyklus von 36 mN/m bei maximalem
Durchmesser auf 16 mN/m bei minimalem Durchmesser. Bei der sechsten
Pulsation betrugen max und min 36
beziehungsweise 2 mN/m. Sowohl das reine Alveofact als auch die perforierten
Mikrostrukturen mit sprühgetrocknetem
Lungensurfactant erfüllen
die Anforderungen an die maximale und minimale Oberflächenspannung
für physiologisch wirksame
Lungensurfactanten, wie durch Notter [R. H. Notter, in Surfactant
Replacement Therapy (Hrsg. D. H. Shapiro und R. H. Notter), Alan
R. Liss, New York, 1989] dargelegt, wobei diese Werte jeweils im
Bereich von 35 mN/m bis etwa 5 mN/m liegen sollten. Dieses Beispiel
veranschaulicht, dass die Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden
Erfindung besonders als Ersatz oder zur Vermehrung von Lungensurfactant
bei Patienten, die es benötigen,
verwendbar sind.
-
XII
-
Herstellung eines Pulvers
aus perforierten Mikrostrukturen, enthaltend Insulin
-
Die folgenden Materialien wurden
erhalten und zur Bereitstellung eines Ausgangsmaterials verwendet:
0,0045%
Gew./Gew. menschliches Insulin (CalBiochem, San Diego, CA)
17,96%
Gew./Gew. Hydroxyethylstärke
(Ajinomoto, Japan)
82,04% Gew./Gew. Dipalmitoylphosphatidylcholin
(Genzyme, Cambridge, MA)
Perfluorhexan (3M, St. Paul, MN)
entionisiertes
Wasser
-
1,35 g Hydroxyethylstärke (HES)
und 6,16 g Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC) wurden unter Verwendung
eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 10000 UpM ungefähr 2 Minuten
(T = 45–50°C) in 100 ml
entionisiertem Wasser dispergiert. Die so erhaltene DPPC/HES-Dispersion
wurde dann in einem Eisbad abgekühlt.
3,4 mg Insulin wurden zugegeben, und man ließ 1 Minute (T = 5–10°C) mischen.
6,16 g Perfluorhexan (PFH) wurden dann während des Mischens tropfenweise
zugegeben (T = 5–10°C). Nachdem
die Zugabe beendet war, wurde die so erhaltene PFH-in-Wasser-Emulsion
insgesamt nicht weniger als 4 Minuten mit dem Ultra-Turrax gemischt.
Das Insulinmikrostrukturpulver wurde unter Verwendung eines Minisprühtrockners
Modell 191 von Büchi
(Büchi,
Schweiz) erhalten. Die Insulin enthaltende Emulsion wurde mit einer
Geschwindigkeit von 5,5 ml/min zugeführt. Die Eingangs- und Ausgangstemperatur
des Sprühtrockners
betrugen 80°C
beziehungsweise 45°C.
Die Vernebelungsluft und die Ansaugströme betrugen 1800 l/h beziehungsweise
100%. Ein rieselfähiges,
weißes
Pulver, umfassend poröse
Mikrokügelchen,
wurde erhalten.
-
XIII
-
Wirkung von Perflubron
auf die in vitro Aktivität
von DNAse I
-
Desoxyribonuclease I aus Rinderpankreas
(DNAse I, Calbiochem, San Diego, CA) wurde mit 1 mg/ml in Perflubron
dispergiert, und man ließ 1
Stunde inkubieren. Das Perflubron wurde dann unter Verwendung eines
Speed Vac von Savant (Farmingdale, NY) abgedampft. Die Aktivität der mit
Perflubron behandelten DNAse I, die Phosphodiesterbindungen von
DNA zu spalten, wurde mit einer Zubereitung aus unbehandelter DNAse
verglichen. Reihenverdünnungen
einer DNAse-Lösung
mit 1 mg/ml wurden mit 50 g DNA vereinigt und in 500 1 eines 10
mM Tris-HCl-Puffers
(pH 6,3), der 0,15 mg/ml CaCl2 und 8,77
mg/ml NaCl enthielt, gelöst. Die
Proben wurden auf einen Kreisschüttler
gegeben und 30 Minuten bei 37°C
inkubiert. Der Zustand der DNA in jeder Probe nach der Inkubation
wurde dann mit einem 1%igen Agarosegel, das Ethidiumbromid zur Sichtbarmachung
enthielt, elektrophoretisch untersucht. Es wurde zwischen den Proben
mit unbehandelter und mit Perflubron behandelter DNAse I kein Unterschied
bei der DNA-Spaltung beobachtet.
-
XIV
-
Herstellung einer DNAse-Mikrodispersion
in Perflubron
-
1 ml der folgenden Lösung wurde
hergestellt: 0,00001% Gew./Vol. Desoxyribonuclease I aus Rinderpankreas
(DNAse I) (Calbiochem, San Diego, CA) und 0,001% Polyvinylpyrrolidon
(PVP) (Sigma, St. Louis, MO) wurden in einer Lösung, die aus 0,121% Gew./Vol.
Tris(hydroxymethyl)aminomethan (Sigma), 0,0000015% Gew./Vol. CaCl2·2H2O (Sigma) und 0,0000877% Gew./Vol. NaCl
(Sigma) bestand, gelöst.
Der pH-Wert der Lösung
wurde vor der Zugabe der DNAse oder von PVP auf 6,3 eingestellt.
-
100 μl der DNAse/PVP-Lösung wurden
in ein Teströhrchen
mit 12 × 100
mm, das 5 ml Perfluoroctylethan (F-Tech, Japan) enthielt, gegeben.
Das Röhrchen
wurde verschlossen und 5 Sekunden in ein Beschallungsbad (Modell
3200 von Branson, Danbury, CT) getaucht, wobei eine milchige Dispersion
in Perflubron erhalten wurde. Die Suspension wurde dann unter Verwendung
eines Speed Vac (Modell SC 200) von Savant bis zur Trockene eingedampft.
Die so erhaltenen getrockneten Mikrokügelchen wurden mit 7 ml Perflubron
resuspendiert. Eine milchige DNAse/PVP-in-Perfluobron-Suspension
wurde erhalten. Die Analyse der Teilchengröße erfolgte durch Laserbeugung
(LA-700 von Horiba, Irvine, CA) in dem volumengewichteten Modus.
Ein aliquoter Teil von ungefähr
20 bis 50 μl
jeder Probe wurde in 9 bis 10 ml n-Dodecan verdünnt. Die Verteilungsform "3", ein Verhältnis der Brechungsindizes
von 1,1 und die Fraktionszelle wurden verwendet. Die so erhaltene
Mikrodispersion wies einen durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser von 2,83 μm auf. Die
Beispiele XIII und XIV zeigen deutlich die Durchführbarkeit
der Herstellung von enzymatisch aktiven stabilisierten Dispersionen
gemäß der vorliegenden
Endung. Dieses Beispiel veranschaulicht ferner, dass zur Herstellung
kompatibler Teilchen, die in den offenbarten Dispersionen verwendbar
sind, mehrere Verfahren angewendet werden können.
-
XV
-
Herstellung eines Pulvers
aus fluoreszenzmarkierten perforierten Mikrostrukturen durch Sprühtrocknen
-
Die folgenden Materialien wurden
erhalten und zur Herstellung eines Ausgangsmaterials verwendet:
0,2%
Gew./Gew. Nitrobenzoyldiolphosphatidylcholin (Avanti Polar Lipids,
Alabaster, AL)
17,6% Gew./Gew. Hydroxyethylstärke (Ajinomoto,
Japan)
82,2% Gew./Gew. Dipalmitoylphosphatidylcholin (Genzyme,
Cambridge, MA)
Perfluorhexan (3M, St. Paul, MN)
entionisiertes
Wasser
-
1 g Dipalmitoylphosphatidylcholin
(DPPC) und 10 mg Nitrobenzoyldiolphosphatidylcholin (NBD-PC) wurden
in 4 ml Chloroform gelöst.
Das Chloroform wurde dann unter Verwendung eines Speed Vac (Modell SC
200) von Savant entfernt. 0,9 g Hydroxyethylstärke (HES), 3,19 g Dipalmitoylphosphatidylcholin
(DPPC) und 75 ml entionisiertes Wasser wurden dann zu dem dünnen DPPC/NBD-PC-Film
gegeben. Die oberflächenaktiven
Mittel und die Stärke
wurden dann unter Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell
T-25) mit 10000 UpM ungefähr
2 Minuten (T = 45–50°C) in der
wässrigen
Phase dispergiert. Die so erhaltene NBD-PC/DPPC/HES-Dispersion wurde in einem
Eisbad abgekühlt.
4,11 g Perfluorhexan (PFH) wurden dann während des Mischens tropfenweise
zugegeben (T = 5–10°C). Nachdem
die Zugabe beendet war, wurde die so erhaltene PFH-in-Wasser-Emulsion
auf dem Ultra-Turrax eine zusätzliche
Zeitdauer von nicht weniger als 4 Minuten gemischt. Das Pulver aus
fluoreszenzmarkierten Mikrohüllen
wurde durch Sprühtrocknen
(Büchi, Minisprühtrockner
191, Schweiz) erhalten. Die NBD-PC/DPPC/HES enthaltende Emulsion
wurde mit einer Geschwindigkeit von 5,5 ml/min zugeführt. Die
Eingangs- und Ausgangstemperatur des Sprühtrockners betrugen 100°C beziehungsweise
65°C. Die
Vernebelungsluft und die Ansaugströme betrugen 1800 l/h beziehungsweise
100%. Ein rieselfähiges,
gelbes Pulver, umfassend perforierte Mikrostrukturen, wurde erhalten.
-
XVI
-
Inhalationsverhalten einer
Dispersion von perforierten Mikrostrukturen in Fluorkohlenstoff
gegenüber
wässrigen
Liposomen
-
Das Vernebelungsprofil als Funktion
des aerodynamischen Durchmessers einer Dispersion von sprühgetrockneten
Mikrohüllen
in Perflubron gegenüber
einer liposomalen Dispersion auf wässriger Basis wurde unter Verwendung
eines Kaskadenimpaktors von Andersen bewertet. Für die Experimente diente Druckluft
als Träger
und aerosolerzeugendes Gas. Eine Luftströmungsgeschwindigkeit von 7,5
l/min wurde bei einem Druck von 1,4 × 105 Pa
(20 psi) eingestellt. Aerosole wurden mit einem Luftstrahlvernebler
von DeVilbiss (DeVilbiss Co., Somerset, PA) erzeugt. Der Vernebler
war mit einem Kaskadenimpaktor von Andersen (Sierra-Andersen 1 ACFM Nonviable
Ambient Particle Sizing Sampler) verbunden. Die wässrige,
liposomale Dispersion wurde durch Dispergieren von fluoreszenzmarkierten
Mikrohüllen,
die, wie in Beispiel XIV dargestellt, in Wasser hergestellt wurden,
gefolgt von einer ungefähr
2-minütigen Beschallung
mit einem Vibracell-Beschallungsgerät (Sonics Materials, Titansonde
mit einem AD von 30 mm) mit einer Energie von 100 Watt (T = 22–25°C) hergestellt.
Dieselben perforierten Mikrostrukturen wurden in PFOB suspendiert,
um eine stabilisierte Dispersion bereitzustellen. 5 ml entweder
einer Dispersion von fluoreszenzmarkierten Mikrohüllen mit
20 mg/ml in PFOB oder der wässrigen,
fluoreszenzmarkierten Liposomen wurden 4 Minuten vernebelt. Die
8 Stufen des Impaktors wurden dann mit Chloroform : Methanol (2
: 1, Vol./Vol.) gewaschen. Der Extrakt jeder Stufe wurde dann in
einen Messkolben mit 2 ml überführt und
bis zur Eichmarke mit Chloroform : Methanol (2 : 1, Vol./Vol.) aufgefüllt.
-
Der Fluoreszenzgehalt der Extrakte
wurde unter Verwendung der folgenden Bedingungen: ex =
481 nm und em = 528 nm gemessen und durch
den Vergleich mit der Kurve eines externen Standards quantitativ
bestimmt. Tabelle III führt
die Kennzeichen jeder Stufe des Kaskadenimpaktors, das Inhalationsverhalten
der vernebelten Mikrohüllen
und Liposomen, auf. Die NBD-PC-Massenverteilung als Funktion des
aerodynamischen Durchmessers wurde unter Verwendung von Kalibrationskurven
berechnet, die von Gonda et al. [Gonda, I., Kayes, J. B., Groom,
C. V. und Fildes, F. J. T.: Characterization of hydroscopic inhalation
aerosols. In: Particle Size Analysis, 1981 (Hrsg. N. G. Stanlet-Wood
und T. Allen), S. 31–43,
Wiley Heyden Ltd., New York] beschrieben wurden und hier durch Bezugnahme
aufgenommen sind.
-
Ein Vergleich der zwei Verabreichungsträger zeigte,
dass die Vernebelungsleistung bei den Liposomen größer war.
Andererseits konnte mit den in Fluorkohlenstoff verabreichten Mikrostrukturen
ein höherer Prozentgehalt
der vernebelten Dosis in kleineren Atemwegsdurchmessern erzielt
werden, was ihren kleineren durchschnittlichen aerodynamischen Massendurchmesser
(MMAD), der aufgrund ihrer hohlen, porösen Art erzielt wurde, widerspiegelt.
Dieses Beispiel und die in Tabelle III direkt nachstehend gezeigten
Ergebnisse veranschaulichen deutlich, dass mehrere verschiedene
kolloidale Systeme, einschließlich
sowohl Teilchendispersionen als auch liposomaler Zubereitungen,
mit der vorliegenden Endung kompatibel sind.
-
Tabelle
III
Durchschnittliche aerodynamische Massendurchmesser von
hohlen Mikrokügelchen
gegenüber
Liposomen
-
XVII
-
Test mit einem Impaktor
von Andersen zur Beurteilung der Aerosolleistung
-
Die Cromolynnatrium umfassenden Formulierungen,
die in den Beispielen XVIII, XIX, XX und XXI beschrieben wurden,
wurden unter Anwendung von allgemein anerkannten pharmazeutischen
Verfahren untersucht. Das angewendete Verfahren war gemäß dem Verfahren
der United States Pharmakopöe
(USP) (Pharmacopeial Previews (1996) 22: 3065–3098), das hier durch Bezugnahme
aufgenommen ist. Der Impaktor von Andersen war, wie in den folgenden
Beispielen dargestellt, mit dem jeweiligen Vernebler oder Inhalator
mit festgelegter Dosierung verbunden und sammelte die in Aerosolform
vernebelte Probe für
eine bestimmte Dauer.
-
Extraktionsverfahren. Die Extraktion
von allen Platten, dem Einlasskanal und dem Betätigungselement wurden in geschlossenen
Fläschchen
mit 10 ml eines geeigneten Lösungsmittels
durchgeführt.
Der Filter wurde eingesetzt, jedoch nicht untersucht, da das Polyacrylbindemittel
die Analyse störte.
Die Massenbilanz und die Tendenzen der Teilchengrößenverteilung
zeigten, dass die Ablagerung auf dem Filter vernachlässigbar klein
war. Die Platten wurden mit entionisiertem Wasser extrahiert.
-
Verfahren zur quantitativen Bestimmung.
Cromolynnatrium wurde durch Absorptionsspektroskopie (Spektrophotometer
DU640 von Beckman), bezogen auf die Kurve eines externen Standards,
mit dem Extraktionslösungsmittel
als Leerwert quantitativ bestimmt. Cromolynnatrium wurde unter Verwendung
des Absorptionspeaks bei 326 nm quantitativ bestimmt.
-
Berechnungsverfahren. Für jede Formulierung
wurde die Masse des Arzneistoffes in der Vorrichtung sowie im Einlasskanal
(–1) und
auf den Platten (0–7),
wie vorstehend beschrieben, quantitativ bestimmt. Die Dosis an feinen
Teilchen und der Anteil an feinen Teilchen wurden gemäß dem vorstehend
erwähnten USP-Verfahren
berechnet. Die Ablagerung im Rachen wurde als die Masse des Arzneistoffes
definiert, die im Einlasskanal und auf den Platten 0 und 1 festgestellt
wurde. Die durchschnittlichen aerodynamischen Massendurchmesser
(MMAD) und geometrischen Standarddurchmesser (GSD) wurden durch
Anpassung der experimentellen kumulativen Funktion mit logarithmischer
Normalverteilung unter Verwendung einer Anpassungsroutine mit zwei
Parametern bewertet. Die Ergebnisse derartiger Messungen sind in
den nachfolgenden Beispielen dargestellt.
-
XVIII
-
Vernebelung von porösen teilchenförmigen Strukturen,
umfassend Phosgholipide und Cromolynnatrium in Perfluoroctylethan
unter Verwendung eines MicroMist-Verneblers
-
40 mg der Mikrokügelchen auf Lipidbasis, die
50 Gew.-% Cromolynnatrium enthielten (wie aus Beispiel V), wurden
durch Schütteln
in 10 ml Perfluoroctylethan (PFOE) dispergiert, wobei eine Suspension
gebildet wurde. Die Suspension wurde unter Verwendung eines MicroMist-Einmalverneblers
(DeVilbiss) und eines PulmoAide-Druckluftkompressors (DeVilbiss)
vernebelt, bis die Fluorkohlenstoffflüssigkeit abgegeben oder verdampft
war. Wie vorstehend beschrieben, wurde ein Kaskadenimpaktor von
Andersen zur Messung der so erhaltenen Teilchengrößenverteilung
verwendet. Der Impaktor wurde zerlegt, und die Platten des Impaktors wurden
mit Wasser extrahiert. Der Cromolynnatriumgehalt wurde durch UV-Absorption
bei 326 nm gemessen. Der Anteil an feinen Teilchen ist das Verhältnis der
in den Stufen 2 bis 7 abgelagerten Teilchen zu denen in allen Stufen
des Impaktors abgelagerten. Die Masse an feinen Teilchen ist das
Gewicht des in den Stufen 2 bis 7 abgelagerten Materials. Der Anteil
in der tieferen Lunge ist das Verhältnis der in den Stufen 5 bis
7 des Impaktors abgelagerten Teilchen (die mit den Alveolen korrelieren)
zu denen in allen Stufen abgelagerten. Die Masse in der tieferen
Lunge ist das Gewicht des in den Stufen 5 bis 7 abgelagerten Materials.
Tabelle N direkt nachstehend stellt eine Zusammenfassung der Ergebnisse
bereit.
-
-
XIX
-
Vernebelung von porösen, teilchenförmigen Strukturen,
umfassend Phospholipide und Cromolynnatrium in Perfluoroctylethan,
unter Verwendung eines Raindrop-Verneblers
-
Eine Menge von Mikrokügelchen
auf Lipidbasis, die 50% Cromolynnatrium enthielten, wie aus Beispiel V,
mit einem Gewicht von 40 mg wurde durch Schütteln in 10 ml Perfluoroctylethan
(PFOE} dispergiert, wobei eine Suspension gebildet wurde. Die Suspension
wurde unter Verwendung eines Raindrop-Einmalverneblers (Nellcor
Puritan Bennet), der mit einem PulmoAide-Druckluftkompressor (DeVilbiss)
verbunden war, vernebelt, bis die Fluorkohlenstoffflüssigkeit
abgegeben oder verdampft war. Ein Kaskadenimpaktor von Andersen
wurde zur Messung der so erhaltenen Teilchengrößenverteilung auf die in den
Beispielen XVII und XVIII beschriebene An und Weise verwendet. Tabelle
V direkt nachstehend stellt eine Zusammenfassung der Ergebnisse
bereit.
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-
XX
-
Vernebelung einer wässrigen
Cromolynnatriumlösung
-
Der Inhalt eines Plasikfläschchens,
das eine Einheitsdosis einer Inhalationslösung von 20 mg Cromolynnatrium
in 2 ml gereinigtem Wasser (Dey Laboratories) enthielt, wurde unter
Verwendung eines MicroMist-Einmalverneblers (DeVilbiss) und eines
PulmoAide®-Druckluftkompressors
(DeVilbiss) vernebelt. Die Cromolynnatriumlösung wurde 30 Minuten vernebelt.
Ein Kaskadenimpaktor von Andersen wurde zur Messung der so erhaltenen
Teilchengrößenverteilung
durch das vorstehend in Beispiel XVII beschriebene Verfahren verwendet.
Tabelle VI direkt nachstehend stellt eine Zusammenfassung der Ergebnisse
bereit. In dieser Hinsicht ist es selbstverständlich, dass die Formulierungen,
die aus Fluorkohlenstoffsuspensionsmedien in den Beispielen XVIII
und XIX vernebelt wurden, einen größeren Prozentgehalt der Ablagerung
in der tieferen Lunge als die wässrige
Lösung
bereitstellten.
-
-
XXI
-
Herstellung eines Inhalators
mit festgelegter Dosierung mit Cromolynnatrium
-
Eine vorher abgewogene Menge der
hohlen, porösen
Cromolynnatriumteilchen, die in Beispiel V hergestellt wurden, wurde
in eine Aluminiumdose mit 10 ml gegeben und 3–4 Stunden bei 40°C in einem
Vakuumofen unter einem Stickstoffstrom getrocknet. Die Menge des
in die Dose gefüllten
Pulvers wurde durch die Menge des Arzneistoffes bestimmt, der zur
Bereitstellung einer gewünschten
therapeutischen Wirkung erforderlich war. Danach wurde die Dose
unter Verwendung eines 50 μl
Ventils DF31/SOact (Valois of America, Greenwich, CT) verbördelt und
durch das Ansatzrohr unter Überdruck
mit dem Treibmittel HFA-134a (DuPont, Wilmington, DE) gefüllt. Die
Menge des Treibmittels in der Dose wurde durch Wiegen der Dose vor
und nach der Füllung
bestimmt.
-
Der gefüllte MDI wurde dann verwendet,
um die Verabreichung von Cromolynnatrium unter Verwendung eines
Dosieraerosols und eines Verneblers zu vergleichen. Insbesondere
wurde eine Cromolynnatriumzubereitung vernebelt und, wie in Beispiel
XVIII beschrieben, quantitativ bestimmt. Der MDI wurde dann mit dem
Impaktor von Andersen verbunden und entladen. Für den Test wurden 5 Stöße verworfen
und 20 Stöße wurden
in den Impaktor von Andersen durchgeführt.
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Ein Vergleich der Ergebnisse des
Kaskadenimpaktors von Andersen hinsichtlich des vernebelten Cromolynnatriums
und des mit dem MDI verabreichten Cromolynnatriums ist in 3 gezeigt. Wie aus der Figur ersichtlich
ist, wird ein wesentlich größerer Prozentgehalt
des vernebelten Arzneistoffes auf den Platten 5–7 festgestellt, was die erhöhte Leistungsfähigkeit
für eine
systemische Verabreichung durch Vernebelung zeigt.
-
XXII
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Vernebelung von porösen teilchenförmigen Strukturen
umfassend Gemische aus langkettigen/kurzkettigen Phospholipiden
und Albuterolsulfat in Perflubron
-
Das sprühgetrocknete Pulver von Beispiel
IV wurde mit einer Konzentration von 0,2 Gew.-% in Perflubron (Atochem,
Frankreich) dispergiert, um die Vielfalt der vorliegenden Erfindung
weiter zu veranschaulichen. Die so erhaltene stabilisierte Dispersion
zeigte während
30 Minuten keine sichtbare Sedimentation und konnte mit einem Pulmo-Neb-Einmalvernebler
(DeVilbiss, Somerset, PA) leicht vernebelt werden. Eine wesentliche Ablagerung
des Pulvers wurde auf den Platten 4 und 5 eines Kaskadenimpaktors
von Andersen festgestellt, was durch visuelle Prüfung beurteilt wurde und anzeigt,
dass eine wesentliche Ablagerung in den menschlichen Sekundär- und Terminalbronchien
wahrscheinlich ist.