CN1175261A - 喷雾干燥的促红细胞生成素 - Google Patents
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Abstract
本发明提供制备稳定的、喷雾干燥的rhEPO的方法和由此制得的rhEPO粉末。
Description
本发明是1994年12月16日提交的系列号08/357,947申请的部分继续。
本发明涉及制备喷雾干燥的促红细胞生成素的方法和由此制得的干燥的促红细胞生成素粉末。
发明背景
促红细胞生成素(EPO)是一种主要在肾中合成的糖蛋白激素,而且是机体生成红血细胞的主要调节物质。市售的人类EPO是通过重组DNA技术制备的,被称作重组的人类EPO(rhEPO)。通过SDS-PAGE测定的rhEPO的分子量大约是36,000道尔顿。蛋白主链的分子量是18,398,这表明整个分子是高度糖基化的。糖类残基对于体内生物活性是重要的。
在水溶液或固相中保持蛋白(比如rhEPO)处于其天然状态,对制药领域的人来说是主要的挑战。蛋白存在于天然状态依赖于蛋白的浓度、溶剂的温度和性质、缓中液的离子强度等。改变这些参数中的任何一个都可影响溶液或固相中的蛋白的稳定性。
目前,rhEPO的商业性制备物是以稀释的水溶液或以用于形成稀释的水溶液的冷冷冻干燥燥的形式出售的,它们都是通过注射施用到体内的。这些制备物中的rhEPO的浓度非常低,而且rhEPO在施用后会相当快地从机体中清除。鉴于这些制备物的局限性,人们需要浓缩的rhEPO制备物,例如含有更多rhEPO的rhEPO制备物,它们可用于改善药物输送系统。我们利用喷雾干燥技术来制备这样的制备物。
药物的喷雾干燥是本领域已知的。例如见Broadhead,J等,“药物的喷雾干燥”,Drug Dev.Ind.Pharm,18(11&12),1169-1206(1992)。除小分子药物外,多种生物物质也已被喷雾干燥,它们包括:酶、血清、血浆、微生物和酵母。喷雾干燥是一种有用的技术,因为它能在一步过程中将液体药物制备物转变成微细的、无尘的或凝聚的粉末。基本的技术包括下面四个步骤:
a)将进样溶液雾化成雾状物;
b)雾状物-空气接触;
c)雾状物的干燥;
d)从干燥空气(drymg air)中分离出干燥的产物。
虽然已被药物学领域所知,但喷雾干燥技术并没有被大量用于治疗性蛋白,如rhEPO。一个明显的理由是,在喷雾干燥过程中所用的高温会使蛋白热降解。对复杂的糖蛋白来说尤其如此,在糖蛋白(例如rhEPO)中,除了多肽主链外,还具有生物活性所需的复杂分支的糖类部分。又由于可选择现成的冷冻干燥技术,进一步使本领域的技术人员避免对治疗性蛋白使用喷雾干燥技术。但是,喷雾干燥技术也具有某些超过冷冻干燥技术的优点,它更经济、快速和容易形成规模。而且,喷雾干燥的粉末比冷冻干燥的粉末更容易被进一步处理。
仅用冷冻干燥批量药物来配制制剂通常是不现实的。这是因为当在低浓度下冷冻干燥时,许多多肽是相对不稳定的,它们可能吸附到产品包装上并失去活性。为了解决这些问题,许多冷冻干燥的药物组合物依赖于固体稀释剂、冷冻保护剂或填充剂的使用,来提高冷冻干燥过程中存在的固体物质的量。结果,最终冷冻干燥的物质含有与大百分比的其他固体物质相混合的小百分比(w/w)的活性药物。
相反,本发明提供了一种由批量rhEPO制备rhEPO粉末的方法,所制备的粉末是纯的或基本上纯的rhEPO,或与用常规冷冻干燥技术制备的相比,具有更高的rhEPO百分比(w/w)。
发明概述
本发明提供了一种制备稳定的、喷雾干燥的rhEPO的方法和由此制备的rhEPO粉末。
本发明方法包括:首先提供rhEPO的水溶液,其浓度范围为大约20mg/ml至100mg/ml;然后将溶液雾化成雾状物,并将雾状物用热空气干燥以从雾状物中蒸发掉水分;再将由此产生的干燥的rhEPO与干燥空气分离。
除rhEPO外,起始水溶液可含有赋形剂,如甘露醇、甘氨酸和/或表面活性剂。本发明方法所产生的干的rhEPO组合物所含的rhEPO的浓度范围是4.0%-100%(w/w),残余的水分含量范围是大约3.0%-5.0%(w/w)。组合物颗粒的大小的范围是大约2.0微米至6.0微米。
发明详述
至少20mg/ml的浓rhEPO溶液被用于喷雾干燥。通过用压缩空气将浓的水溶液泵入一个喷嘴而将其雾化成微细的液滴。液滴随后进入干燥室,用热的干燥空气蒸发掉水分,干燥空气是与进样溶液同向流动的。水分蒸发后,固体rhEPO和赋形剂(如果存在的话)与水微滴分离。用干燥空气流将干的rhEPO载入旋风分离器中以进行净化,即干的rhEPO与干燥空气分离,在收集容器中收集干燥的产物,所述收集容器接于旋风分离器的底部。干燥空气随后通过微细滤清器排放到大气中。
本文使用的术语“rhEPO”是指任意一种具有U.S.4,703,008中描述的rhEPO的全部或部分多肽主链的蛋白,它具有如下生物学特性:使骨髓细胞提高网状细胞和红血细胞的生产能力,增加血红蛋白的合成和铁的摄入。除rhEPO外,本发明还试图应用EPO的生物活性片段、类似物或化学合成的衍生物,前提是这些片段或衍生物保留rhEPO的生物活性。U.S.4,703,008中描述了某些EPO类似物。因此,这些生物活性EPO类似物、片段或衍生物的应用被认为属于本发明的范围之内。
本发明制备的浓的rhEPO粉末可用于改进输送rhEPO的药物输送系统。这样的系统中的一个是受控释放的输送系统,它在一段确定的时间内以预定的速率将rhEPO输送到体内。可选地,浓的rhEPO粉末可用注射用水或普通的盐水重建成适于对人进行治疗的水溶液。上述受控释放系统包括置于多聚物、小囊或微泵中的rhEPO,以及rhEPO和其他多聚物的大分子结合物。这些系统可用作浓rhEPO的皮下贮存植入物。这些系统的非限制性实例包括包容rhEPO的固体疏水聚合物基质,如不可降解的乙烯-乙烯基乙酸酯共聚物,或可降解的乳酸-羟基乙酸共聚物。这些疏水聚合物可以是微球形式。
本发明提供稳定的rhEPO粉末。本文使用的术语“稳定”是指在经历一段时间之后,rhEPO保持其生物活性,它的结构保持在天然状态,即它不被氧化或降解成其他化学物质。稳定性可由RIA、Western印迹和体内或体外生物检测来证实。
下述实施例被用来阐明发明主题。本发明不被这些实施例限制,而仅被所附权利要求限制。
实施例1
rhEPO的喷雾干燥方法
本实施例描述用于制备非晶性rhEPO的喷雾干燥方法,所述非晶性rhEPO是单一的固体形式或是与惰性的药用赋形剂结合。所配制的非晶性批量rhEPO可在5℃下(冰箱中)稳定至少6个月。描述喷雾干燥治疗性蛋白的现有文献是有限的,而且没有讨论在高浓度(例如25重量%或更高)的干燥状态下治疗性蛋白的稳定性。例如,见Mumenthaler等,Pharm.Res.11:12-20(1994)。此外,现有文献没有提供这些蛋白在固体状态下的稳定性的足够证据。实际上,一些文献显示出不能令人满意的稳定性,原因可能在于所使用的赋形剂或加工条件。例如,已知某些无机盐、氨基酸、表面活性剂等可以在溶液中使蛋白稳定。但是,如果在批量rhEPO中有柠檬酸盐,则不能得到稳定的喷雾干燥rhEPO。因此,在喷雾干燥前应将批量rhEPO在注射用水中透析。为了得到喷雾干燥产物的另人满意的产率,应当持续透析,直到rhEPO的浓度在20-100mg/ml的范围内。在5℃下贮存至少6个月后,这些溶于注射用水的浓的批量rhEPO溶液表现出令人满意的稳定性。被称为冷冷冻干燥燥的另一种制备干燥蛋白的技术不适于rhEPO,因为不论柠檬酸盐存在与否,所得蛋白的稳定性都较差(见实施例2)。
制备带有赋形剂的固体rhEPO和rhEPO粉末的方法由下面两个步骤组成:
A.批量rhEPO的透析和浓缩;
B.透析后的批量rhEPO的喷雾干燥
A.透析和浓缩
将溶于20mM柠檬酸缓冲液的批量rhEPO透析以除去所有的柠檬酸盐并被注射用水置换。透析过程如下进行:
将溶于柠檬酸缓冲液(浓度大约2.0mg/ml)的批量rhEPO(200ml)加到安装了10,000截止分子量透析膜的Amicon透析器中。透析小室(dialysis cell)与含有注射用水的不锈钢容器相连,而该容器与氮气罐相连。透析在30-40psi下进行,直到收集了至少2000毫升透析液。所得的不含任何柠檬酸盐的rhEPO水溶液被浓缩至终浓度大约20-100mg/mlrhEPO。所得的浓的rhEPO水溶液在喷雾干燥前贮存与5℃。在5℃下监测浓缩的rhEPO溶液中的rhEPO的稳定性。
B.喷雾干燥
喷雾干燥过程由下列步骤组成:
1.送料溶液的雾化;
2.雾状物-空气接触;
3.溶剂的蒸发;
4.从干燥气体中净化(clarification)出干燥的固体。
在此过程中使用了实验室规模的喷雾干燥器(Buchi,190型)。
1.雾化:
在室温下用蠕动泵将rhEPO水溶液送入雾化器喷嘴(内径0.5毫米)。用高压空气将送入的液体雾化成小液滴。这样的雾化过程也可用旋转盘(rotating disc)完成。
2.雾状物-空气接触并蒸发
当液滴进入蒸发室(105mm I.D.×450mmL)后,用同向流动的热的干燥空气蒸发掉水分。干燥空气的温度是64-80℃。随着水的蒸发,固体与球形或半球形的水溶液分离。干燥也可用反向流动技术完成,其中干燥空气和进料溶液以相反方向流动。
3.净化:
干燥的粉末被干燥气流带入旋风分离器中以便净化。在旋风分离器中,干燥的固体物质与干燥空气分离。干燥的产物被收集在一个收集容器中,收集容器接于旋风分离器的底部。干燥空气(不带有干燥产物)随后通过微细滤清器排放到大气中。
C.化学定性
将已知量的喷雾干燥的rhEPO溶于注射用水中。然后如下所述分析该水溶液:
1.放射性免疫测试(RIA):
所用的是Egrie等,J Immunol Meth,99:235-241(1987)的方法。本方法包括将rhEPO与兔多克隆抗体(抗rhEPO)复合。这是通过将rhEPO与兔多克隆抗体在冷藏温度下保温过夜完成的。在加入125I-EPO之后,在同样条件下再保温一天。用山羊抗兔抗体、普通的兔血清和聚乙二醇沉淀出抗原-抗体复合物。洗涤沉淀的复合物,用γ计数器测定结合的125I-EPO的量。对已知浓度的标准rhEPO溶液和受试样品溶液重复进行这一方法。通过与标准rhEPO溶液的γ计数器读数比较,计算出受试样品的rhEPO浓度。
2.Western印迹:
所用方法由Egrie等,Immunobiol,172:213-224(1986)给出。将变性的rhEPO的0.5ug等分试样加到标准(12.5%)十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE)上。进行电泳,将凝胶印迹到硝酸纤维素膜上,使用的转移缓冲液由TRIS、甘氨酸和甲醇组成。用溶于TRIS缓冲液的5%脱脂奶封闭硝酸纤维素膜。然后将含有rhEPO的被封闭的硝酸纤维素印迹与鼠抗人单克隆抗体结合,再与山羊抗鼠多克隆抗体结合。用碱性磷酸酶结合底物试剂盒对此复合物进行染色。每个印迹包含标准rhEPO、含有已知量的标准凝集物的标准rhEPO和受试样品。将rhEPO标准和凝集物标准的强度与受试样品进行比较。
3.小鼠生物测试:
将已知量的喷雾干燥rhEPO用注射用水重建。通过在注射rhEPO溶液之后监测exhypoxic小鼠中铁的摄入速率,来测量该溶液的生物活性。所用的是Cotes等,Nature,191:1065-1067(1961)的方法。
表1
制剂实施例:
号数 | 成分 | 制剂号(以克为单位) | ||||
I | II | III | IV | V | ||
1. | rhEPO | 0.0813 | 0.162 | 1.5 | 25 | 25 |
2. | 甘氨酸 | 1.00 | 2.00 | 0 | 37.5 | 37.495 |
3. | 甘露醇 | 1.00 | 2.00 | 0 | 37.5 | 37.495 |
4. | 吐温80 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0.01 |
5. | WFI(q.s.) | 100 | 100 | 100 | 2000 | 2000 |
注:WFI=注射用水
II号制剂是在两个不同的入口温度(64和80℃)下喷雾干燥的。
在温和搅拌下将赋形剂,如甘露醇、甘氨酸和/或吐温80溶入rhEPO浓缩水溶液中,每次溶入一种,制得5种溶液。制剂III中没有加入赋形剂。这些溶液制剂由表1给出。所有这些溶液根据下列喷雾干燥参数进行喷雾干燥:
溶液进样速率:1mL/min
空气雾化速率:600-700标准升/小时
干燥空气速率:32,000至45,000升/小时
入口温度:64-80℃
出口温度:46-65℃
喷雾干燥之后,固体rhEPO的最终含量在制剂I和II中是大约4重量%,制剂III是100重量%,制剂IV和V是25重量%rhEPO。用Karl-Fisher法(USP XXIII-NF XVII,pp.1840-1843,方法1a,(1995))测定的残余的水分的含量是3.0-5.0重量%。喷雾干燥的制剂III的颗粒大小是4.1微米±1.89。
用含有柠檬酸缓冲液的批量rhEPO进行的预备性实验没有得到稳定的含有甘露醇、甘氨酸和/或吐温80的喷雾干燥的rhEPO。因此,透析批量rhEPO以除去柠檬酸盐对喷雾干燥来说是必需的。为了在喷雾干燥时得到高的产率,进样溶液的固体含量至少为2%。因此,透析后的rhEPO溶液被浓缩至20-100mg/mL。
通过对制剂I和II以及制剂IV和V的稳定性数据进行比较,可以确定吐温80对制备稳定的喷雾干燥rhEPO来说不是必需的。而且,纯rhEPO的六个月的稳定性数据表明甘露醇和/或甘氨酸对于制备稳定的喷雾干燥rhEPO不是必需的。因此,如果使用的话,甘露醇和甘氨酸看来主要起填充剂作用(作为等渗调节剂),可用于改变最终喷雾干燥rhEPO制剂的rhEPO浓度。
本发明的喷雾干燥rhEPO具有超过冷冻干燥rhEPO的优点。作为对比,制剂I、II和III也被冷冻干燥(见实施例2)。但是,在5℃下贮存2个月的冷冻干燥样品的RIA数据的范围是73-78%的标称值(label claim,LC)。在如此短的贮存时间内的这些低EPO效能值(由RIA确定)表明样品不稳定。而且,6个月的冷冻干燥样品在重建后,在SDS-PAGE上表现出2%的EPO聚集。这表明重建后的rhEPO的不稳定性。这样,对相同的组合物而言,喷雾干燥的制剂比冷冻干燥的制剂更稳定。
上述喷雾干燥的制剂III和制剂IV的稳定性表在下面给出。在两种情况中,样品都保存在5℃下,通过Western印迹分析进行的测定确定rhEPO的聚集低于2%。
表2
制剂IV的稳定性数据
时间 | 期望浓度(U/ml) | RIA(U/ml) | RIA(%LC) |
0 | 31,500 | 35049 | 111 |
1 | 30,843 | 34188 | 111 |
2 | 30,121 | 29646 | 98 |
6 | 29,250 | 28521 | 97.5 |
表3
制剂III的稳定性数据
时间 | 期望浓度(U/ml) | RIA(U/ml) | RIA(%LC) |
0 | 142,169 | 120339 | 84 |
1 | 123,614 | 96259 | 78 |
2 | 120,482 | 106523 | 88 |
3 | 125,542 | 109520 | 87 |
6 | 118,554 | 115441 | 97 |
实施例2
EPO的冷冻干燥方法
本实施例描述一种冷冷冻干燥燥方法,该方法用于制备纯的或与药用赋形剂结合的干燥的rhEPO。确定冷冻干燥的rhEPO的稳定性,结果在下面给出。本实施例所用的所有rhEPO也如上文所述而被喷雾干燥。RIA和Western印迹方法基本如上面对喷雾干燥的rhEPO实施例描述的进行。
不含有赋形剂的rhEPO溶液的典型的冷冻干燥循环开始于在-40℃下将溶液冷冻,保持这个温度大约3小时以确保溶液完全冷冻。溶液冷冻之后,冷凝器的温度降至大约-50℃。首次干燥如下进行,先将干燥室内的压力降至200毫托,将系统稳定大约3小时。再将温度升至大约-30℃,速率是每分钟大约0.1℃。继续干燥(通过将冰升华为水蒸汽)大约60小时。二次干燥如下进行,将产物的温度升至大约15℃,速率是每分钟大约0.5℃。干燥室内的压力从大约200毫托进一步减少至大约100毫托。二次干燥持续大约16小时以确保完全干燥。二次干燥后,将小瓶加盖并密封。密封的小瓶保存在大约5℃下,直到被移出以进行下面描述的稳定性测试。为进行稳定性测试,用水将小瓶的内容物重建,用RIA和Western印迹进行分析。稳定性测试结果以剩余rhEPO的百分比表示。较低的剩余rhEPO百分比表明稳定性低。Western印迹结果确定rhEPO处于天然状态还是处于变性的、聚集的状态。具有大于2%聚集度的rhEPO样品,与2%聚集度的rhEPO标准相比,具有较低的稳定性。对不同制剂中冷冻干燥rhEPO进行的稳定性测试结果由表4给出。
表4
在5℃下冷冻干燥制剂中EPO的以标称值百分数表示的稳定性
制剂 | RIA | Western印迹 | |||||
起始 | 1个月 | 2个月 | 起始 | 1个月 | 2个月 | 6个月 | |
I | 93.2 | 71.5 | 75.0 | EPO的聚集度低于2 | 大于2%的聚集度 | ||
II | 82.0 | 76.5 | 72.9 | ||||
III | 79.6 | 69.7 | 78.1 |
表4显示的数据表明冷冻干燥的rhEPO不能象喷雾干燥的rhEPO那样保持稳定。因此,与冷冻干燥相比,rhEPO的喷雾干燥产生更稳定的产物。本发明因此提供稳定的喷雾干燥rhEPO,它能在不加入任何赋形剂或稳定剂(例如环糊精、甘氨酸、甘露醇或吐温80)的条件下制备。rhEPO的无赋形剂制备物是某些药物输送系统所需的,例如通过肺途径输送药物时,通常需要药物尽可能地不含赋形剂。
参照某些优选实施方案和实施例,已对本发明进行了描述。由于明显的改变对本领域的技术人员是显而易见的,因此不能认为本发明被上述优选实施方案和实施例所限制。本发明仅被下面的权利要求所限制。
Claims (14)
1.一种制备喷雾干燥的rhEPO的方法,其包括:
a)提供rhEPO的水溶液,其浓度范围是大约20-100毫克/毫升;
b)将所述溶液雾化成雾状物;
c)用热的干燥空气干燥所述雾状物,以便从雾状物中蒸发掉水分;
d)从干燥空气中分离出干燥的rhEPO。
2.权利要求1的方法,其中rhEPO的水溶液不含盐或其他添加剂。
3.权利要求1的方法,其中水溶液被透析以便在步骤(b)之前除去盐。
4.权利要求1的方法,其中溶液是通过在压力下将其送入一个喷嘴而被雾化的。
5.权利要求1的方法,其中雾状物和干燥空气是以相同方向通过干燥器的。
6.权利要求1的方法,其中干燥的rhEPO是在旋风分离器中被分离的。
7.权利要求1的方法,其中干燥是在大约60-85℃的温度范围内完成的。
8.干燥的rhEPO,它是由权利要求1的方法制备的。
9.权利要求8的rhEPO,它是100重量%的EPO。
10.权利要求8的rhEPO,它具有如下配方:
成分 重量%
a)rhEPO 25
b)甘露醇 37.5
c)甘氨酸 37.5
11.权利要求10的rhEPO,它还含有表面活性剂。
12.一种干燥的rhEPO组合物,它所含有的rhEPO的浓度范围是大约4.0-100重量%,残余水分的含量范围是大约3.0-5.0重量%。
13.权利要求12的组合物,其中颗粒大小的范围是大约2.0-6.0微米。
14.一种干燥的rhEPO粉末,它基本上由rhEPO组成。
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