CN104394846A - 用于治疗上呼吸道感染的聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(i:c))配制品 - Google Patents

用于治疗上呼吸道感染的聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(i:c))配制品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种组合物,该组合物包括具有聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(I:C))和一种载体聚合物的微粒,该载体聚合物选自淀粉、海藻酸盐、布拉尼斯或DPPC(二棕榈酰磷脂酰胆碱),该组合物用于预防和/或治疗上呼吸道的病毒感染或普通感冒,并且涉及一种包括所述组合物的装置,优选一种鼻递送系统,该装置用于由一位需要预防和/或治疗感染或普通感冒的患者使用。

Description

用于治疗上呼吸道感染的聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(I:C))配制品
本发明涉及一种组合物,该组合物包括具有聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(I:C))和一种载体聚合物的微粒,该载体聚合物选自淀粉、海藻酸盐、布拉尼斯(blanose)或DPPC(二棕榈酰磷脂酰胆碱),该组合物用于治疗和/或预防感染或普通感冒,并且涉及一种包括所述组合物的装置,优选一种鼻递送系统,该装置用于由一位需要预防和/或治疗感染或普通感冒的患者使用。
普通感冒(还成为鼻咽炎,急性病毒性鼻咽炎、急性鼻炎、或感冒)是主要由病毒引起的上呼吸道系统的病毒感染性疾病。
病毒
普通感冒是上呼吸道的病毒感染。最常涉及到的病毒是鼻病毒(30%-50%),即一类具有99个已知血清型的小核糖核酸病毒。其他包括冠状病毒(10%-15%)、流行性感冒(5%-15%)、人副流感病毒、人呼吸道合胞病毒、腺病毒、肠病毒、以及偏肺病毒。
总计超过200种血清学上不同的病毒类型导致感冒。冠状病毒特别涉及成人感冒中。在超过30种冠状病毒中,3或4种导致人类中的感染,但它们难以在实验室中生长,并且因此它们的重要性较少地得到很好理解。由于许多不同类型的病毒以及它们进行连续突变的倾向,不可能获得对普通感冒的完全免疫性。
临床征象和症状
上呼吸道病毒的第一适应症常常是溃疡或喉咙沙哑。其他常见的症状是流鼻涕、鼻塞、以及打喷嚏。有时候这些伴随结膜炎(红眼病)、肌肉酸痛、疲劳、不适、头痛、虚弱、或食欲不振。咳嗽和发烧通常指示流行性感冒,而不是上呼吸道病毒,具有大约80%的阳性预告值。症状在婴儿和幼儿中可以是更严重的,并且在这些情况下它可以包括发烧和荨麻疹。在吸烟者中上呼吸道病毒还可以是更严重的。
病毒复制开始于最初接触之后的2至6小时。症状通常开始于最初感染之后的2至5天,但偶然发生于短至10小时之内。症状发作2-3天后为症状高峰,而流行性感冒症状发作是恒定和即时的。当前还没有已知的缩短持续时间的治疗;然而,症状通常自发地在7至10天内缓解,同时一些症状可能持续高达三周。在儿童中,35%-40%儿童的咳嗽持续多于10天,并且在10%的情况下持续多于25天。普通感冒是人类中最频繁的感染性疾病,其中平均成人一年受到两到四次感染,并且在6-12岁儿童中平均一年受到若干次感染。在美国,秋季(秋天)和冬季的感冒的发生率较高,其中大多数感染发生于九月与四月之间。季节性可以是由于学年的开始或由于人们花费更多时间在室内(更靠近彼此),增加了病毒传播的机会。
传染期
在症状的头两天至头三天,普通感冒是最具有传染性的,但是在症状发作前的两天它也是具有传染性的,并且可以仍然有些传染性直到症状已经完全缓解。
人鼻病毒
人鼻病毒是小核糖核酸病毒科中肠病毒属的一个成员。HRV颗粒是由27-30nm未被包被的衣壳构成,该衣壳由4个多肽组成(VP1、VP2、VP3、和VP4)。病毒衣壳包含具有大约7200个碱基的单链RNA基因组。病毒编码蛋白(VPg)共价地附接至RNA基因组的5'端。用人鼻病毒进行的感染的临床病程已经得到良好表征。HRV可以感染上、下气道、鼻粘膜、鼻窦和中耳,并且感染产生“普通感冒”的症状(见上文)。感染是自我限制的,并且典型地被限制至上气道。外周白细胞计数可以在感染的最初2-3天期间上升。
HRV感染还可以导致下气道的感染、中耳炎(特别是在幼儿中)、以及鼻窦炎。来自鼻病毒感染的严重的并发症(例如肺炎)是罕见的,并且已经报道发生于婴儿和幼儿中,特别是具有潜在病症例如支气管肺发育不良、先天性心脏病、早产儿、以及神经性病症的那些,并且发生于免疫抑制(骨髓移植受体)的成人中。虽然小核糖核酸病毒科的其他成员可以影响中枢神经系统(即脊髓灰质炎病毒、肠道病毒),人类中枢神经系统被HRV的感染还未曾报道。
治疗
还没有用于治疗鼻病毒感染或预防普通感冒的商业抗病毒剂。由鼻病毒引起的上呼吸道感染的治疗是基于对症状(打喷嚏、鼻塞、流鼻涕、眼刺激性、喉咙痛、咳嗽、头痛、发烧、冷颤)的管理,典型地使用非处方药抗组胺剂、阿司匹林、咳嗽遏抑剂、以及鼻解充血药。HRV感染的大多数严重并发症(例如肺炎)是使用医学上适当的护理标准来管理。
费用和医学需求
根据世界卫生组织的数据,在上一年在美国报道了大于10亿例的普通感冒。在美国,每年普通感冒导致7500万至1亿医师出诊的保守费用估计为每年77亿美元。美国人在非处方药上花费29亿美元,并且另外在处方药上花费4亿美元以用于症状缓解。每年估计2200万至1亿8900万个上课日因感冒而失去。因此,父母失去1亿2600万个工作日来待在家里照顾他们的孩子。当加到由患有感冒的职员所失去的1亿5000万个工作日时,感冒相关的工作损失的总经济影响超过每年200亿美元。这归因于40%的工作时间缺失。
气道上皮细胞是上呼吸道(URT)感染物(像鼻病毒和冠状病毒)的初始靶标。当在反映受感染细胞的免疫系统清除的症状发作之前这些病毒的感染发生时,直接的抗病毒治疗干预不可能证明是非常有效的。此外,实现和持续在鼻粘膜中的直接抗病毒化合物的活性水平因其高代谢率是非常困难的。另一方面,通过利用身体自身的防御和诱导鼻上皮细胞中的抗病毒状态进行的预防已经显示导致针对后续的病毒激发的显著保护,并且减轻了疾病相关的症状。
虽然感冒可以仅持续一周或两周,严重感冒可以持续高达一个月。成人平均每年两至三次感冒,并且儿童为六至十次,这取决于他们的年龄和暴露。有成百上千种不同的感冒病毒血清型,这使得不可能开发标准的对所有血清型均有效的疫苗预防。
对症治疗通常涉及使用具有刺激性副作用的诱导睡眠的口服抗组胺剂和/或血管紧缩性解充血药。这仅仅具有边沿效力,并且这些副作用常常作为使人像感染本身一样虚弱。虽然由于以上引用的原因,预防会是理想的方案,但广泛有效的针对所有不同血清型的疫苗的机会在不久的将来是极不可能的。所以,缺乏隔离检疫,人们将经常地暴露于这些感染物中,尤其是在“感冒季”期间,并且因此,广泛有效的、便利的、无副作用的预防将对公众健康以及工作场所的生产力具有主要影响。
靶向于先天免疫反应,体内的“预警系统”将解决以上所提及的问题。这个存在于鼻上皮细胞中的系统,一旦得到适当的刺激,则导致细胞认为它们正被病毒攻击并且触发抗病毒防御反应。这一旦发生,这些细胞便耐受后续的病毒攻击。虽然一些研究免疫刺激分子(例如干扰素)触发先天免疫反应的用途的早期工作已经在20世纪80年代得以进行,但生产是昂贵的并且它们的作用难以控制。
当前研究的目的已经成为开发一种触发分子(聚(I:C))的配制品,该配制品可以按可测量和可控制的形式(例如,每两天或甚至每周一次)来使用,以引发先天免疫系统并且提供针对病毒感染的保护。下文所概述的途径采用了一种已存在的药剂,聚(I:C),它已经证实了效力,但不能实践,该途径使用配制科学使该药剂便利并且有效。
Toll样受体3(TLR3)是一种在人类中由TLR3基因编码的蛋白质。TLR3是先天免疫系统的模式识别受体的Toll样受体家族的一个成员,它在病原体识别和先天免疫的激活方面发挥着根本性作用。TLR从果蝇属到人类是高度保守的,并且共享结构和功能上的相似性。它们识别表达于感染物上的病原体相关分子模式(PAMP),并且介导对于有效免疫性的发展而言必需的细胞因子的产生。不同的TLR展现不同的表达模式。这种TLR3受体还由气道上皮细胞表达,并且被限制至白血球的树突状细胞亚群。
TLR3识别双链RNA(dsRNA)。双链RNA是可以在病毒复制循环的过程中形成的具有两个互补链的RNA。在识别时,TLR3诱导转录因子(像NF-κB以及干扰素调节因子3(IRF3))的激活,以增加I型干扰素的产生,这些I型干扰素将信号传导到其他细胞以增强它们的抗病毒防御。
TLR3的结构形成大的马蹄状,它与邻近的马蹄状物接触,形成两个马蹄状物的“二体”。多数TLR3蛋白质表面被糖分子覆盖,使其成为糖蛋白,但在一面(包括在两个马蹄状物之间的假定的界面)上有一个大的无糖的表面。这个表面还包含富含带正电荷氨基酸的两个不同的块,这可以是带负电荷双链RNA的结合位点。
聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(I:C))是具有高达1.000.000道尔顿的MW分布的双链RNA分子。聚(I:C)是Toll样受体3(TLR3)配体,它模拟病毒RNA并且是已知的先天免疫反应的刺激物。当经鼻给药时,它诱导鼻上皮中抗病毒蛋白像干扰素α和β的表达。它已经被证实可降低鼻病毒感染的次数和严重性。
聚(I:C)是一种水性溶液中的不稳定分子。当前,为了实现治疗或预防效果,聚(I:C)需要在使用前立即重新溶解,并且每2小时进行给予。为了改进患者依从性并降低给药频率,已经开发了一种新颖的、稳定的并且显示增强效力的配制品。
聚(I:C)已经与一些生物粘附性聚合物配制在一起,这些生物粘附性聚合物可以延长在鼻粘膜上的停留时间,并且提供对先天免疫系统的更有效和更可控的刺激。
本发明提供了一种独特配制品的鉴别,该配制品可以几乎无限期地储存在室温,并且保持其先天免疫系统刺激活性。
此外,该配制品增强了聚(I:C)的效力,并且允许更低的给药频率,同时具有甚至更高的TLR3刺激活性。
因此,本发明涉及一种组合物,该组合物包括具有聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(I:C))和一种载体聚合物的微粒,该载体聚合物选自淀粉、海藻酸盐、布拉尼斯(blanose)或DPPC(二棕榈酰磷脂酰胆碱)。微粒是具有在0.1μm与100μm之间的平均粒度的颗粒。优选地,载体聚合物是获得自玉米、马铃薯或木薯的淀粉。
包含在该组合物中的聚(I:C)-载体-聚合物微球或还称为微粒是通过例如喷雾干燥方法的颗粒形成方法来产生的。
根据本发明的聚(I:C)/淀粉的比例范围是从1/200(w/w)至1/0.1(w/w),但优选是从1/100(w/w)至1/1(w/w),并且甚至更优选是从1/100(w/w)至1/5(w/w),而最优选的是聚(I:C)/淀粉的比例在1/12与1/9(w/w)之间。
根据本发明的组合物中的微粒的Dv50(=基于体积的50%筛下物累计量的颗粒)的范围是从0.1微米至200微米,优选是从1微米至50微米,更优选是从2微米至40微米,甚至更优选是从2微米至20微米,并且最优选的是从10微米至20微米。
本发明的组合物还可以是一种包含有机溶剂的液体组合物,其中该有机溶剂是基于甘油或乙醇或其组合。
本发明的组合物可以用于药物,该药物优选用于预防和/或治疗上呼吸道的病毒性感染,例如被称为“普通感冒”的感染。
当前组合物可以由患有哮喘和/或COPD(慢性阻塞性肺病)的患者使用,以便潜在地预防和/或治疗即将来临的普通感冒症状。
优选的预防和/或治疗上呼吸道感染的方式是通过经鼻给药来进行。
本发明的包含微粒的组合物(这些微粒具有聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(I:C))以及一种载体聚合物,该载体聚合物选自淀粉、海藻酸盐、布拉尼斯或DPPC(二棕榈酰磷脂酰胆碱))可以用于治疗和/或预防(病毒)感染或普通感冒,其中该组合物是通过以一个时间间隔进行鼻施用来给予的,该时间间隔是在一天至一个月的范围内,更优选是从每两天或甚至一周一次。
以上提及的组合物(其中聚(I:C)/淀粉的比例的范围是从1/200(w/w)至1/0.1(w/w),但优选是从1/100(w/w)至1/1(w/w),并且甚至更优选是从1/100(w/w)至1/5(w/w),而最优选的是聚(I:C)/淀粉的比例是在1/12与1/9(w/w)之间,连同在该组合物中的微粒粒度范围是从0.1微米至200微米,优选从1微米至50微米,更优选从2微米至40微米,甚至更优选从2微米至20微米,并且最优选的是从10微米至20微米)可以用于治疗和/或预防(病毒)感染或普通感冒,其中所述组合物是通过以一个时间间隔进行鼻施用来给予的,该时间间隔是在一天至一个月的范围内,更优选是从每两天或甚至一周一次。
本发明的部分还是一种装置,特别是一种鼻递送系统,包含根据本发明的组合物。
根据本发明,聚(I:C)被配制为干粉以便用于经鼻给药。为了改进稳定性,将聚(I:C)从包含滚筒干燥的蜡质玉米淀粉和聚(I:C)的水性混合物进行喷雾干燥。
认为淀粉具有双功能:(1)充当鼻子中的生物粘附剂,(2)在鼻子中,以高浓度存在于蜡质玉米淀粉中的支链淀粉被淀粉酶降解,以释放聚(I:C)。
经鼻给药优选是使用单一剂量鼻粉装置(单位剂量装置,由德国阿普塔制药(Aptar Pharma Germany)供应)来实现。单位剂量装置是一种活性递送系统,意为患者不需要吸入并且执行是患者独立的。给药是通过致动来进行,这是通过超压来控制。每次喷出的剂量是由喷雾干燥粉末中的聚(I:C)的浓度以及粉末的射出的重量来确定。对于每次喷出,粉末将使用新的装置来给予至每个鼻孔中。
如上所提及的,聚(I:C)是一种合成的双链RNA,由具有肌苷酸和胞苷酸钠盐的反平行多核苷酸链构成。这些链是由肌苷与胞苷碱基之间形成的氢键非共价地结合的。
聚(I:C)的平均链长的范围是在300至6,000个碱基对之间,对应于大约180,000至3,600,000道尔顿。分子式是(C10H10N4NaO7P)x·(C9H11NaN3O7P)x
以上聚(I:C)可以购买到,但可任选地还可以使用例如以下程序内部制得。
双链体产品聚(I:C)是从单独的均聚物聚肌苷(I)和聚胞苷(C)制造的。聚I和聚C是通过在多核苷酸磷酸化酶(PNP酶)的存在下单独地将核苷二磷酸肌苷和胞苷聚合来合成的。每个核苷二磷酸是由PNP酶单独地聚合20-24小时,以控制所得核糖核酸聚合物的长度。然后添加蛋白质激酶以终止聚合反应。将所得均聚物(例如,单链RNA分子)进行水解,以将每个聚合物产物的分子量范围控制在指定范围内。将水解产物用乙醇进行处理以从溶液中沉淀单链RNA分子(ssRNA)。将沉淀物从上清液分离并且溶解于水中。将ssRNA的溶液进而进行过滤以去除微粒,进行超滤以去除低分子量杂质,并且进而进行冻干。针对纯度、分子量、以及其他质量属性,对冻干的ssRNA产物单独进行测试,以确保产物是在规格之内。
将单独的单链均聚物(聚I和聚C)单独地溶解于0.015M氯化钠中,并且进而合并以使得链退火,形成双链双体产物(聚I:聚C)。在混合之后,将所得溶液进行过滤。将滤液进行超滤,以去除低分子量杂质。将超滤产物进而进行冻干。将所得双体产物储存在-20℃。针对纯度、分子量、以及其他质量属性,对冻干的dsRNA产物进行测试,以确保产物是在规格之内。
材料与方法
聚肌苷酸-聚胞苷酸钠盐(聚(I:C),米德兰认证试剂公司(MidlandCertified Reagent CompanyInc)(德克萨斯州,美国),货号020905,部分预胶凝化的玉米淀粉,史达德(Stada)AG(巴德菲尔贝尔(Bad Vilbel),德国),货号93301-9628,羧甲基纤维素钠(布拉尼斯7MF),亚什兰亚跨龙(Ashland Aqualon)(威明顿市,特拉华州,美国)货号3-30172,二棕榈酰磷脂酰胆碱(类脂(Lipoid)PC16:0/16:0),类脂GmbH(路德维希港,德国),货号563098-01/049,乳糖一水合物(#316Fast Flo),福瑞姆斯特(Foremost)(巴纳波(Banaboo),威斯康辛州,美国),货号8509052261,海藻酸钠(Protanal LF10/60LS),FMC生物聚合物(德拉门,挪威),批号S19616,无水乙醇化学实验室(Zedelgem,Belgium)(泽德尔海姆(Zedelgem),比利时),货号17.2712904.400。
聚(I:C)的体外生物学活性
将聚(I:C)敏感性A549细胞(癌性人肺泡上皮细胞)用包含长IFN-β1启动子(9号染色体,从位置21069463至21067869)的载体感染,连接至绿色荧光蛋白(GFP)和海肾荧光素酶构建体(B1L-GAR5构建体)。在用聚(I:C)刺激时,IFN途径被激活,导致B1L-GAR5报道子构建体的激活以及GFP和荧光素酶报道子基因的表达。为了获得高度反应的细胞克隆,利用FACS Aria流式细胞仪(碧迪公司(Becton Dickinson))对经聚(I:C)刺激的细胞针对高GFP表达进行分选,并且在>200克隆中分选,基于聚(I:C)反应性细胞的%选择H10克隆。A549-B1L-GAR5-H10细胞生长,直至组织培养烧瓶中的细胞汇合,在此之后将培养基进行更新,并且将细胞再培养四天。然后将细胞使用标准的胰酶消化来收获,进行计数,并且以50.000个细胞/孔铺板于96孔平底板中,并且用100μl中的干扰素β(75U/ml)进行过夜刺激。第二天,以聚(I:C):聚合物=1:5的比例将100μl聚(I:C)-载体聚合物混合物添加至细胞中,导致200μl终体积,并且将细胞再孵育24h。在孵育之后,将细胞收获(通过胰蛋白酶介导的分离),并且在BD-Calibur流式细胞仪上进行分析。
对聚(I:C)和载体聚合物的喷雾干燥
海藻酸盐、CMC(布拉尼斯(Blanose))和部分预胶凝化的玉米淀粉喷雾干燥方法是在B90纳米喷雾干燥器和步琪B290小型喷雾干燥器(步琪(Buchi),弗拉维尔(Flawil),瑞士)上进行的。通常,用B90纳米喷雾干燥器的喷雾干燥实验导致低产量,这是由于溶液的高粘度。将去矿质的水使用0.2微米乙酸纤维素滤器(沃特曼(Whatman)FP30/0.2CA-S)进行过滤,并且添加至玻璃烧杯中。在使用磁力搅拌器搅拌时添加赋形剂。当完全溶解时,将聚(I:C)添加至溶液中。0.5%(w/w)的总固体浓度以及聚(I:C)/赋形剂1/9(w/w)的比例适用于所有试验品(concept)。进料溶液的组成列于表1A中。
表1A:海藻酸盐、CMC以及部分预胶凝化的玉米淀粉试验品的进料组成
对于DPPC-聚(I:C)试验品,DPPC(二棕榈酰磷脂酰胆碱)于不同的乙醇/水混合物中的溶解度被确定。当喷雾干燥纯的DPPC时,获得的产率是低的,在大约25%。因此,考虑添加载体材料。因为Na-CMC、海藻酸钠、蜡质玉米淀粉以及麦芽糊精在添加乙醇时会沉淀,将乳糖选择为对聚(I:C)与DPPC进行喷雾干燥的载体。将去矿质的水使用0.2微米乙酸纤维素滤器(沃特曼FP30/0.2CA-S)进行过滤,并且添加至玻璃烧杯中。在使用磁力搅拌器搅拌时添加乳糖。一旦溶解,将两种溶液进行混合并且加热至60℃。当完全溶解时,将溶液冷却至室温,并且添加聚I:C。使用0.28%(w/w)的总固体浓度以及聚(I:C)/乳糖/DPPC1/2.25/6.75(w/w/w)的比例。进料溶液的组成显示于表1B中。
表1B:DPPC试验品的进料组成
对这些溶液进行喷雾干燥是在实验室规模喷雾干燥器B类型290惰性环(步琪,弗拉维尔,瑞士)中进行。借助于蠕动泵型号520U(华盛百得(Watson Marlow),康沃尔(Cornwall),英国)将溶液送入喷雾干燥器顶部的两液喷嘴(直径:0.7mm)。以并流氮气流动模式运行喷雾干燥器。将喷雾干燥的颗粒收集在附接至旋流器的容器中。在收集颗粒之后,将旋流器冷却至室温。将所收集的粉末转移至生物安全柜中的琥珀色玻璃小瓶中。将将小瓶用氮气吹扫,闭合,并且储存在5℃。工艺参数列于表2中。
表2:工艺条件
另外的聚(I:C)-部分预胶凝化的玉米淀粉试验品的喷雾干燥
喷雾干燥过程是在步琪B290小型喷雾干燥仪(步琪,弗拉维尔,瑞士)上进行的。将无核酸酶水添加至玻璃烧杯,并且添加部分预胶凝化的玉米淀粉,同时使用Ultra Turax T25(扬克&孔克尔(Janke&Kunkel))进行混合,直到淀粉完全分散。将聚(I:C)溶解于无核酸酶水中,并且在磁力搅拌器上进行搅拌,直至将聚(I:C)完全溶解。将溶解的聚(I:C)添加至分散的淀粉,并且在室温下进行搅拌,就在喷雾干燥之前制备聚(I:C)溶液。使用10%(w/w)或0.45%的总固体浓度以及聚(I:C)/淀粉1/200-1/100-1/50-1/24-1/9(w/w)的比例。这些配制品的进料组成显示于表3A中。
表3A:进料组成部分预胶凝化的玉米淀粉试验品:
借助于蠕动泵将溶液送入喷雾干燥器顶部的两液喷嘴(直径:0.7mm)。以并流氮气流动模式运行喷雾干燥器。将喷雾干燥的颗粒收集在附接至旋流器的容器中。在收集颗粒之后,将玻璃圆筒和旋流器冷却至室温。将收集的粉末转移至琥珀色玻璃瓶,并且将该瓶放置于铝汽封袋中。将小瓶储存于室温。工艺参数列于表3B中。
表3B:工艺条件
扫描电子显微镜术
将样品用具有+/-30-50nm直径的金颗粒喷出。使用具有埃弗哈特索恩利(Everhart Thornley)检测器的FEI扫描电子显微镜-型号广达(Quanta)200F生成图像。
含水量-卡尔费歇尔(KarlFischer)滴定
这些试验品的含水量是通过直接体积卡尔费歇尔滴定来确定的。使用KF滴定仪V30(KF TITRATOR V30)(梅特勒托利多(Mettler Toledo),美国)。将粉末(50-100mg)转移至包含无水甲醇(Methanol Dry)(西格玛奥德里奇(Sigma Aldrich))的滴定容器,并且搅拌300秒。滴定是使用5ml滴定管、用复合物2(西格玛奥德里奇)以2mg/ml的浓度进行。对于终止,使用15μg/min的终止漂移。一式三份对样品进行分析。
粒度的确定
存在一种仅基于感兴趣产物的体积分布来评估粒度分布数据的倾向。由此,常常限制对Dv10、Dv50和Dv90筛下物累计量的比较的评估。
然而,比较dvx筛下物累计量可以不总是直接了当的,这是由于不同的技术和仪器易于导致不同的结果的事实。
此外,可以通过从数据的不同角度观察(例如,使用其他参数)而从粒度(或形状)分布数据获得更多的信息。
对于粒度分布的确定则使用激光衍射测试方法。
在配备有Hydro2000S湿法分散模块(或等同系统)的莫尔文粒度分析仪(Malvern Mastersizer)2000激光衍射仪上进行该分析。在蓝光开启(ON)检测模式下、在20nm至2mm的尺寸范围使用该仪器。
在流行性感冒小鼠模型中对配制品的体内测试
所有的动物研究是由伦理委员会批准,并且根据国家和国际指南来进行。使用8-12周龄雌性瑞士小鼠(詹维尔(Janvier))。在异氟烷麻醉下进行所有的鼻内处理。为了给予一定量的液体,将小滴直接施用在鼻孔顶部上,并且通过闭合嘴部,允许小滴经由鼻孔进入鼻腔。就在每个实验之前,新鲜地制备喷雾干燥的聚(I:C)载体粉末,并且在15μl液体中进行给予。将未配制的聚(I:C)在磷酸盐缓冲盐水(PBS)中以1mg/ml的浓度进行给予。预处理典型地是在激发之前第2天或第3天进行。将小鼠在第0天进行激发,用10x LD90小鼠适应的25μl中的H1N1PR(FLU PR1600517)(高体积激发)或15μl中的1x LD90(低体积激发)。在激发之后,通过测量重量和行为,对小鼠每日进行监测,持续14天,当与激发日相比体重减轻>20%时或者当它们的行为显示严重的疾病征象时,对小鼠实行安乐死。
结果
载体聚合物的选择
对预防鼻普通感冒的成功试验品的要求是聚(I:C)的生物学活性必须得以保持在最终配制品中。因此,在用于喷雾干燥过程中载体聚合物的选择中的第一步骤是鉴别不抑制聚(I:C)的干扰素刺激能力的聚合物。对此,将多种载体聚合物与聚(I:C)以5:1的比例(w:w)进行混合,并且以经滴定的量添加至聚(I:C)-反应性干扰素-启动子-GFP-报道子(A549-IFN-GAR5,克隆H10)细胞系(详情参见材料与方法)。将这些细胞在37℃和5%CO2下孵育24小时,在此之后在流式细胞仪上测量GFP+细胞的百分比。增加聚(I:C)的浓度会导致更高百分比的GFP+细胞,由此允许我们使用这个体外模型来评价聚(I:C)-载体混合物的生物学活性(图1)。在所测试的不同载体中,海藻酸钠、部分预胶凝化的玉米淀粉、DPPC和布拉尼斯不抑制聚(I:C)的干扰素刺激能力。相比之下,卡波普(carbopol)、κ-角叉莱胶、壳聚糖、以及聚乙胺抑制或完全阻断聚(I:C)的干扰素刺激能力。基于这些结果,不影响聚(I:C)的载体,即海藻酸钠(Protanal LF10/60LS,FMC生物聚合物)、滚筒干燥的蜡质玉米淀粉(嘉吉公司,威亚史达德(via Stada))、DPPC(类脂(Lipoid)PC16:0/16:0,类脂(Lipoid))、以及Na-CMC(布拉尼斯(Blanose)7MF))被选择用于下一配制开发步骤。
海藻酸钠是形成凝胶的多糖,由甘露糖醛酸(M)和古罗糖醛酸(G)嵌段组成。凝胶的强度和柔性是由G/M比例限定的。Na-CMC是一种具有羧甲基基团的纤维素衍生物。它频繁用于鼻配制品中。部分预胶凝化的玉米淀粉是一种基于支链淀粉的对于粘膜组织没有刺激性的淀粉。三种赋形剂海藻酸钠、Na-CMC以及部分预胶凝化的玉米淀粉展现出良好的生物粘附特性。DPPC是一种磷脂,并且是肺表面活性剂的主要成分。它可以增强鼻吸收。
图1:聚(I:C)以及聚(I:C)-载体混合物的生物学(干扰素)刺激能力。将具有在干扰素-β启动子下表达的GFP-报道子构建体的聚(I:C)反应性细胞与聚(I:C)-载体混合物(以1:5比例)一起孵育24小时,并且随后针对GFP-表达进行分析。在Y轴上的数字指示在样品中全部存活细胞中GFP+细胞的百分比。在x轴上的数字指示在混合物中聚(I:C)的浓度。显示了两个实验的代表性结果。
喷雾干燥过程以及这些试验品的生物学活性和稳定性
喷雾干燥过程是在B90纳米喷雾干燥器和步琪B290小型喷雾干燥器(步琪,弗拉维尔,瑞士)上进行的。通常,用B90纳米喷雾干燥器的喷雾干燥实验导致低产量,这是由于溶液的高粘度。
在每个过程之后,产率计算为收集于容器中的粉末的量除以被称重用于制备进料的粉末的理论量。结果列于表4中。试验品4的较低产率可以由观察到旋流器中的粉末堆积来解释,这潜在地是由在喷雾干燥过程中旋流器中的局部温度下DPPC的粘性导致的。
表4:产率,所收集的粉末的重量对理论重量
扫描电子显微镜术
图2显示了喷雾干燥的粉末的SEM图像。
试验品3的粉末(部分预胶凝化的玉米淀粉)是由塌陷的球体组成。对相应的安慰剂粉末进行的激光衍射测量导致具有4.5微米的Dv50的粒度。
图2:喷雾干燥的部分预胶凝化玉米淀粉-聚(I:C)微粒的扫描电子显微镜照片。
含水量。
对喷雾干燥的粉末的含水量进行了确定。残留水源自从环境中吸收的水以及用于喷雾干燥过程中的水。
表5:在喷雾干燥后这些试验品的含水量
部分预胶凝化的玉米淀粉、NaCMC和海藻酸钠是吸湿性赋形剂,这是通过膨胀和凝胶形成的生物粘附所需要的特征。这反映在表5中所列的结果中。对于试验品4,其含水量被证实低于试验品1-3的那些,很有可能是因为粉末形式试验品4是从乙醇/水混合物中喷雾干燥而来的。此外,乳糖不是吸湿性的,并且因为在此试验品中的DPPC的亲脂性质导致水吸收被限制。
在室温下聚(I:C)-试验品的稳定性
抗普通感冒配制品的一个重要特征是该试验品在室温下(RT)应该是稳定的,以便协助储存和保证产物的活性组分的活性。然而,聚(I:C)当溶解于含水溶剂中是非常不稳定的,因为它会通过水解作用或通过RNA酶降解。尤其地,已知RNA酶是无所不在的,并且RNA酶污染会导致聚(I:C)RNA分子的快速降解。
为了测试稳定性,在室温下储存了四种试验品。储存于RT或-20℃的在PBS中的聚(I:C)被用作对照。在一个月的储存之后,通过测量这些试验品对聚(I:C)反应性细胞系的干扰素-报道子反应来对这些试验品和对照的生物学活性进行评价。所有喷雾干燥的聚(I:C)试验品显示出相对-20℃储存的聚(I:C)而言对于聚(I:C)敏感性细胞系的未改变的活性(图3)。相比之下,在PBS中的RT储存的聚(I:C)完全失去了其干扰素刺激活性。这些结果显示,与在含水液体中的聚(I:C)相比,喷雾干燥的配制品在储存于室温下时是非常稳定的。
图3:在室温下储存一个月之后聚(I:C)试验品的稳定性。将具有GFP-报道子构建体的聚(I:C)反应性细胞与聚(I:C)-载体混合物一起孵育24小时,并且随后针对GFP-表达进行分析。在Y轴上的数字指示在样品中全部存活细胞中GFP+细胞的百分比。在x轴上的数字指示在混合物中聚(I:C)的浓度。显示了两个实验的代表性结果。
使用小鼠流行性感冒激发模型进行的体内预防
文献中已知聚(I:C)的抗病毒作用。然而,为了显示在小鼠流行性感冒模型中的体内效力,它不得不被给予连续数天或以水/脂质体配制品来给予。1972年后已经在人类试验中显示聚(I:C)作为抗病毒预防治疗是有效的,其中志愿者被用人类鼻病毒(HRV)或用流行性感冒病毒进行激发。然而,在此研究中,聚(I:C)不得不被每两个小时来给予。因为与在PBS中的聚(I:C)相比,我们的喷雾干燥的试验品在体外生物学活性和增加的RT稳定性方面显示是相似的,我们结合进体内测试以便测试不同试验品的抗病毒活性。为此,将小鼠用单一鼻内剂量的(喷雾干燥的)聚(I:C)配制品进行处理数天,之后在第0天进行高体积(25μl)流行性感冒激发。使用小体积(15μl)的有机载体溶剂(乙醇或乙醇/甘油1/1w/w)施用喷雾干燥的试验品,以便防止颗粒的解离。对重量减轻(相对于第0天)、一般行为以及存活监测14天(更多详情参见材料与方法)。令人感兴趣的是,我们观察到用PBS中的聚(I:C)以及PBS中的喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)进行的单一处理仅对流行性感冒激发具有较小的预防作用,如通过就重量减轻和存活而言的小鼠的非显著性保护所指示的(表6)。对此的一个解释是喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉(I:C)溶解于PBS中,并且因此给出与聚(I:C)相似的反应。在PBS中的聚(I:C)当被给予两个连续天时是略微更有效的,虽然与安慰剂对照小鼠的区别不是显著的。出人意料地,在乙醇中的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)试验品仅需要单次处理,从而赋予了针对流行性感冒激发的显著的保护,导致更优的存活。显然,部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)的微球颗粒形式是作用机制的决定性部分,这导致针对流行性感冒的更优的保护。
表6:用(配制的)聚(I:C)处理的流行性感冒激发的小鼠的存活。
*=5个小鼠/组,显示两个实验的代表性结果,使用卡普兰-梅耶对数秩(Kaplan-Meier log rank)统计学计算的P值。N.S.=不是显著的
在下一个实验中,我们对乙醇作为载体溶剂是否对流行性感冒激发的严重性具有任何作用进行比较。在表7中,结果显示了乙醇比对PBS安慰剂处理的小鼠。与在表6实验中使用的激发相比,在此实验中流行性感冒激发是稍微攻击性较小的,这允许我们观察乙醇预处理对流行性感冒激发之后的存活的正面或负面作用。我们观察到,与PBS预处理的小鼠相比,乙醇处理的小鼠对于流行性感冒激发经历非常相似的敏感性。因此,我们得出结论,乙醇不是活跃地贡献于抗病毒作用,并且因此可以被用作鼻内给药的载体溶剂,它保持了这些试验品的微球颗粒形式。注意的是,未配制的聚(I:C)不能在乙醇中施用,因为聚(I:C)在乙醇中会沉淀,由此阻碍了聚(I:C)的控制施用。
表7:在流行性感冒激发之后乙醇-和PBS-安慰剂处理的小鼠的存活
*=6个小鼠/组,使用卡普兰-梅耶对数秩(Kaplan-Meier log rank)统计学计算的P值。N.S.=不是显著的
在下一步骤中,我们解决了对试验品进行喷雾干燥以产生部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)的颗粒或仅仅将成分混合对于观察抗病毒作用而言是否必需/足够的问题。对此,我们将干燥粉末聚(I:C)与干燥粉末淀粉进行混合(混合的聚(I:C)-淀粉),并且将此与喷雾干燥的淀粉-聚(I:C)和安慰剂进行比较。我们观察到(表8),相比于部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)的喷雾干燥的配制品,混合的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)对于流行性感冒激发没有显著保护作用,部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)的喷雾干燥的配制品再次导致针对流行性感冒激发的更优的和显著的保护。
表8:混合的比对喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)处理的小鼠在流行性感冒激发之后的存活
*=6个小鼠/组,**=4个小鼠,使用卡普兰-梅耶对数秩(Kaplan-Meierlog rank)统计学计算的P值。N.S.=不是显著的
为了测试喷雾干燥的微粒是否还可以在另外一种有机溶剂中给予,我们测试了甘油作为用于聚(I:C)微粒的载体溶剂的使用。这种载体的使用也是可行的,并且导致显著的保护,然而,甘油的高粘度被证实使其相当难以施用鼻内的滴鼻液。因此,我们测试了用以施用微粒的乙醇/甘油的1/1混合物。在表9中,显示了这个实验的结果,并且清楚地指示,与安慰剂(只有乙醇/甘油)相比,在乙醇/甘油中的微粒的单次给予导致从流行性感冒激发的显著的改进的存活。
表9:使用乙醇/甘油作为载体溶剂,喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)处理的小鼠的存活
*=9个小鼠/组,使用卡普兰-梅耶对数秩(Kaplan-Meier log rank)统计学计算的P值。
在下一个步骤中,我们测试了在聚(I:C)的喷雾干燥的配制品中不同的载体聚合物的使用。对此,我们比较了安慰剂处理的小鼠与聚(I:C)处理的小鼠,以及喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)或喷雾干燥的海藻酸钠-聚(I:C)。我们观察到,仅聚(I:C)的喷雾干燥的微粒保护小鼠免于严重的由后续用流行性感冒激发引起的重量减轻(见表10)。聚(I:C)单独不会保护免于重量减轻。这些结果指示,需要喷雾干燥的微粒中聚(I:C)与载体聚合物的组合以赋予针对病毒病原体的足够的保护。只要微粒结构被保持,则载体聚合物的性质是不太重要的(参见表6,喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉聚(I:C)当溶解于PBS中时不是有效的)。
表10:喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)以及海藻酸钠-聚(I:C)处理的小鼠的重量减轻
*=12个小鼠/组,使用未配对双尾T检验统计学计算的P值。N.S.=不是显著的
最终,我们对不同的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)配制品彼此进行了比较,并且与未配制的在PBS中的聚(I:C)进行比较,从而鉴别在配制品中所需要的聚(I:C)的浓度,以及在配制品中所需要的微粒粒度。对此,我们产生了另外的喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉/聚(I:C)(比例为50/1和100/1和200/1),以及部分预胶凝化的玉米淀粉/聚(I:C)(对应地具有粒度(Dv50)9μm(1/9,0.45%)和(Dv50)17μm(1/9,10%))。这些配制品与未配制的聚(I:C)的比较的结果显示于表11中。我们观察到在1/100至1/9之间的聚(I:C)的浓度导致针对流行性感冒的好的保护。更多地稀释聚(I:C)于淀粉中导致不太高效和非显著的保护。此外,我们观察到在具有不同粒度的两批中没有主要区别,指示在9μm与18μm之间的粒度(Dv50)足以由聚(I:C)微粒赋予有效保护。
表11:用另外的喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)的试验品处理的流行性感冒激发的小鼠的重量减轻
*=8个小鼠/组,使用未配对双尾T检验统计学计算的P值。N.S.=不是显著的
结论
4种粉末试验品已经通过喷雾干燥产生,以用于聚(I:C)的经鼻递送。基于生物活性筛选和加工能力选择海藻酸钠(试验品1)、Na-CMC(试验品2)、部分预胶凝化的玉米淀粉(试验品3)以及DPPC(试验品4)的试验品。在体外对所有四种试验品进行了测试,以确定配制品中聚(I:C)的生物学活性和稳定性。我们的结果指示喷雾干燥工艺对聚(I:C)的生物活性没有负面作用。此外,与溶解于PBS中的聚(I:C)相比,配制品在室温下是稳定的。
在下一步骤中,我们使用鼠类流行性感冒激发模型在流行性感冒预防方面测试了试验品1和3。基于文献,以试验品1和3应该具有与未配制的聚(I:C)(在PBS中)相似的保护作用的意图开始进行实验。出人意料地,发现试验品1和3在保护小鼠对抗后续用流行性感冒进行的激发方面要优于聚(I:C)。显示单一剂量的未配制的聚(I:C)在保护小鼠方面不是非常高效的,但聚(I:C)需要被以多次给予以便更有效。然而,配制的聚(I:C)(试验品1和3)的单一给药显著地保护小鼠。另外,显示微粒结构是至关紧要的(因为PBS溶解的微粒在体内失去活性)(表6),但在体外则不是(图1和图2)。为了保持粒度,我们给予在乙醇中或在乙醇/甘油载体溶剂中的微粒。在9微米与17微米之间的粒度(DV50)是有效的。聚(I:C)在稀释度100/1至9/1(淀粉/聚(I:C))是有效的。
综上所述,我们已经鉴别出新的改进单剂量鼻内聚(I:C)给药的体内效力的试验品,从而赋予针对后续流行性感冒的致命性激发的预防性保护。
为了测试喷雾干燥的微粒是否还可以在另外一种有机溶剂中给予,我们测试了甘油作为用于聚(I:C)微粒的载体溶剂的使用。这种载体的使用也是可行的,并且导致显著的保护,然而,甘油的高粘度被证实使其相当难以施用鼻内的滴鼻液。因此,我们测试了用以施用微粒的乙醇/甘油的1/1混合物。在表9中,显示了这个实验的结果,并且清楚地指示,与安慰剂(只有乙醇/甘油)相比,在乙醇/甘油中的微粒的单次给予导致从流行性感冒激发的显著的改进的存活。
表9:使用乙醇/甘油作为载体溶剂,喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)处理的小鼠的存活
*=9个小鼠/组,使用卡普兰-梅耶对数秩(Kaplan-Meier log rank)统计学计算的P值。
在下一个步骤中,我们测试了在聚(I:C)的喷雾干燥的配制品中不同的载体聚合物的使用。对此,我们比较了安慰剂处理的小鼠与聚(I:C)处理的小鼠,以及喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)或喷雾干燥的海藻酸钠-聚(I:C)。我们观察到,仅聚(I:C)的喷雾干燥的微粒保护小鼠免于严重的由后续用流行性感冒激发引起的重量减轻(见表10)。聚(I:C)单独不会保护免于重量减轻。这些结果指示,需要喷雾干燥的微粒中聚(I:C)与载体聚合物的组合以赋予针对病毒病原体的足够的保护。只要微粒结构被保持,则载体聚合物的性质是不太重要的(参见表6,喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉聚(I:C)当溶解于PBS中时不是有效的)。
表10:喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)以及海藻酸钠-聚(I:C)处理的小鼠的重量减轻
*=12个小鼠/组,使用未配对双尾T检验统计学计算的P值。N.S.=不是显著的
最终,我们对不同的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)配制品彼此进行了比较,并且与未配制的在PBS中的聚(I:C)进行比较,从而鉴别在配制品中所需要的聚(I:C)的浓度,以及在配制品中所需要的微粒粒度。对此,我们产生了另外的喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉/聚(I:C)(比例为50/1和100/1和200/1),以及部分预胶凝化的玉米淀粉/聚(I:C)(对应地具有粒度(Dv50)9μm(1/9,0.45%)和(Dv50)17μm(1/9,10%))。这些配制品与未配制的聚(I:C)的比较的结果显示于表11中。我们观察到在1/100至1/9之间的聚(I:C)的浓度导致针对流行性感冒的好的保护。更多地稀释聚(I:C)于淀粉中导致不太高效和非显著的保护。此外,我们观察到在具有不同粒度的两批中没有主要区别,指示在9μm与18μm之间的粒度(Dv50)足以由聚(I:C)微粒赋予有效保护。
表11:用另外的喷雾干燥的部分预胶凝化的玉米淀粉-聚(I:C)的试验品处理的流行性感冒激发的小鼠的重量减轻
*=8个小鼠/组,使用未配对双尾T检验统计学计算的P值。N.S.=不是显著的
结论
4种粉末试验品已经通过喷雾干燥产生,以用于聚(I:C)的经鼻递送。基于生物活性筛选和加工能力选择海藻酸钠(试验品1)、Na-CMC(试验品2)、部分预胶凝化的玉米淀粉(试验品3)以及DPPC(试验品4)的试验品。在体外对所有四种试验品进行了测试,以确定配制品中聚(I:C)的生物学活性和稳定性。我们的结果指示喷雾干燥工艺对聚(I:C)的生物活性没有负面作用。此外,与溶解于PBS中的聚(I:C)相比,配制品在室温下是稳定的。
在下一步骤中,我们使用鼠类流行性感冒激发模型在流行性感冒预防方面测试了试验品1和3。基于文献,以试验品1和3应该具有与未配制的聚(I:C)(在PBS中)相似的保护作用的意图开始进行实验。出人意料地,发现试验品1和3在保护小鼠对抗后续用流行性感冒进行的激发方面要优于聚(I:C)。显示单一剂量的未配制的聚(I:C)在保护小鼠方面不是非常高效的,但聚(I:C)需要被以多次给予以便更有效。然而,配制的聚(I:C)(试验品1和3)的单一给药显著地保护小鼠。另外,显示微粒结构是至关紧要的(因为PBS溶解的微粒在体内失去活性)(表6),但在体外则不是(图1和图2)。为了保持粒度,我们给予在乙醇中或在乙醇/甘油载体溶剂中的微粒。在9微米与17微米之间的粒度(DV50)是有效的。聚(I:C)在稀释度100/1至9/1(淀粉/聚(I:C))是有效的。
综上所述,我们已经鉴别出新的改进单剂量鼻内聚(I:C)给药的体内效力的试验品,从而赋予针对后续流行性感冒的致命性激发的预防性保护。

Claims (12)

1. 一种组合物,包括具有聚肌苷酸-聚胞苷酸(聚(I:C))和一种载体聚合物的微粒,该载体聚合物选自淀粉、海藻酸盐、布拉尼斯或二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)。
2. 如权利要求1所述的组合物,其中所述载体聚合物是淀粉。
3. 如权利要求1或2所述的组合物,其中聚(I:C)-载体-聚合物微粒是通过例如喷雾干燥方法的颗粒形成方法产生的。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的组合物,其中聚(I:C)/淀粉的比例的范围是从1/200(w/w)至1/0.1(w/w)。
5. 如权利要求4所述的组合物,其中聚(I:C)/淀粉的比例是在1/12(w/w)与1/9(w/w)之间。
6. 如权利要求3-5中任一项所述的组合物,其中该微粒的DV50的范围是从0.1微米至200微米。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的组合物,其中所述组合物是一种包含一种有机溶剂的液体组合物。
8. 如权利要求7所述的组合物,其中该有机溶剂是基于甘油或乙醇或其组合。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的组合物,用于在药物中使用。
10. 根据权利要求1-8中任一项所述的组合物,用于在治疗和/或预防感染或普通感冒中使用。
11. 根据权利要求1-8中任一项所述的组合物用于一种药剂的生产的用途,该药剂用于通过鼻给药预防和/或治疗上呼吸道感染。
12. 装置,具体是一种鼻递送系统,包含根据权利要求1-8中任一项所述的组合物。
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