DE102007001473A1

DE102007001473A1 - Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Mikro- und/oder Nanosuspensionen durch aufbauende Mikronisierung in Gegenwart von Trockeneis und hohem Druck

Info

Publication number: DE102007001473A1
Application number: DE102007001473A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lemke; Felix Troester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2008-07-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mikro- bzw. Nanosuspensionen aus organischen bzw. anorganischen chemischen Verbindungen unter Verwendung eines Hochdruckhomogenisators. Dabei wird ein System, bestehend aus einer chemischen Verbindung, die eine pH-Wert abhängige Löslichkeit besitzt, in einer geeigneten Lösungsmittelkomponente bei geeigneten Bedingungen (geeigneter pH-Wert, geeignete Temperatur, geeigneter Druck) hergestellt und anschließend wird dieses System zusammen mit Trockeneis (gefrorenes Kohlendioxid) mit Hilfe eines Hochdruckhomogenisators homogenisiert. Durch die Aufwendung des hohen Druckes und dem damit verbundenen Lösen von gasförmigem Kohlendioxid in der Lösungsmittelkomponente wird das ursprüngliche System in einer Art und Weise verändert, dass eine Mikro- und/oder Nanosuspension der chemischen Verbindung resultiert.

Description

Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mikro- bzw. Nanosuspensionen unter Verwendung von Trockeneis für die Bereiche Chemie, Pharmazie, Kosmetik, Lebensmittelherstellung und Agrar.
Stand der Technik:
Aus der Literatur sind verschiedenste Methoden beschrieben worden, um organische bzw. anorganische chemische Verbindungen mit einer Partikelgröße im Nanometerbereich herzustellen. Prinzipiell kann man zwischen „bottom-up" und „top-down" Technologien unterscheiden. Bei den „top-down"-Technologien werden größere Partikel mittels Mahlverfahren zu Mikro- bzw. Nanopartikeln verarbeitet.
Zahlreiche Veröffentlichungen beschreiben die Mikronisierung bzw. Nanonisierung von Arzneistoffen. Patent US 5,145,684 beschreibt die Naßmahlung von Arzneistoffen unter Verwendung von Kugelmühlen. Die Partikelgröße der „Ausgangssuspension" wird durch den Einfluß von Mahlkugeln und deren Bewegungen reduziert. Die erzielbaren Partikelgrößen sind in Abhängigkeit der Härte des Mahlgutes typischerweise im Bereich von 400 nm bis 800 nm, häufig kann eine Partikelgröße von 200–300 nm erreicht werden.
Alternativ können Mikro- bzw. Nanosuspensionen unter Verwendung von Hochdruckhomogenisatoren hergestellt werden. Dabei unterscheidet man prinzipiell zwischen Kolben-Spalt- und Jet-Stream-Homogenisatoren (Microfluidizer-Technologie, Microfluidics Inc. ( US 6,018,080 )). Prinzip des Microfluidizers ist das frontale Aufeinanderprallen zweier Strahlen mit sehr großer Geschwindigkeit, wobei die Kollision der Partikel zu deren Zerkleinerung führt. Nachteil dieser Methode ist die erforderliche Zyklenzahl (häufig mehr als 50 Zyklen) und eine damit verbundene lange Prozessdauer.
Effizienter ist die Verwendung von Kolben-Spalt-Homogenisatoren. Dabei wird die Makrosuspension durch einen sehr engen Spalt gepresst, der abhängig vom aufgewendeten Druck und von der Viskosität des Dispersionsmediums eine Größe von 5–20 μm aufweist. Dabei führt die hohe Strömungsgeschwindigkeit zu Kavitationskräften, zusätzlich führen Partikelkollision sowie auftretende Scherkräfte ebenfalls zu einer Partikelzerkleinerung. Kolben-Spalt-Homogenisatoren werden häufig im pharmazeutischen Bereichen eingesetzt.
In Patent US 5,858,410 wird die Verwendung von Kolben-Spalt-Homogenisatoren zur Zerkleinerung von Partikeln dispergiert in reinen Wasser/Tensid-Mischungen beschrieben. Dagegen beschreibt die Patentanmeldung WO 0103670 die Verwendung dieser Technik um Partikel, die in nichtwässrigen Medien oder in Mischungen von Wasser mit wassermischbaren Flüssigkeiten dispergiert sind, zu homogenisieren. Im Allgemeinen liegen die mit Kolben-Spalt-Homogenisatoren erzielbaren Partikelgrößen in Abhängigkeit von der Größe und Eigenschaften der verwendeten Ausgangsmaterialien sowie den verwendeten Dispersionsmedien und der eingebrachten Leistungsdichte im Bereich von ca. 200–600 nm und im Fall von sehr harten Materialien im Bereich von ungefähr 700–900 nm (Muller RH, Jacobs C, Kayser O. Nanosuspensions as particulate drug formulations in therapy: Rationale for development and what we can expect for the future. Advanced Drug Delivery Reviews 2001; 47(1): 3–19;).
Bei der Verwendung der sogenannten „bottom-up"-Technologien geht man von Lösungen chemischer Verbindungen aus, also von molekulardispersen Systemen. Gibt man diese Lösung entsprechend schnell zu einem Nichtlösungsmittel, in dem aber das verwendete Lösungsmittel des ersten Schrittes mischbar ist, fallen sehr kleine Partikel aus, die aber mit der Zeit zu stabileren, größeren Kristallen anwachsen. Diese Methode ist schon sehr alt und wird als „via humida paratum" (auf flüssigem Wege bereitet) bezeichnet.
Um das Wachstum der Partikel zu verlangsamen werden im Allgemeinen Tenside oder polymere Stabilisatoren verwendet. Diese Technik wird als Hydrosol-Technik bezeichnet und im Patent US 5,389,382 beschrieben. Später wurden einige Modifikationen dieses Präzipitationsprinzipes beschrieben ( US 6,251,945 ). Das Hauptproblem liegt in der Stabilisierung der präzipitierten Kristalle. Um Kristallwachstum zu vermeiden, kann man die sofortige Trocknung der hergestellten Suspension, z. B. durch Lyophilisation (Sucker, H., Hydrosole – eine Alternative für die parenterale Anwendung von schwer wasserlöslichen Wirkstoffen, in: Müller, R. H., Hildebrand, G. E., (Hrsg.), Pharmazeutische Technologie: Moderne Arzneiformen, 2. Auflage, 1998, WVG, Stuttgart)) anwenden. Ein alternativer Ansatz ist die Fällung der Partikel mit anschließendem Eintrag von Energie (z. B. durch Scherkräfte oder Ultraschall ( US 6,607,784 ). Diese Energie kann z. B. durch verschiedene Hochdruckhomogenisatoren oder Ultraschallgeräte eingebracht werden. Durch die Behandlung der frisch ausgefällten Partikel mit Energie wird eine Stabilisierung der Partikelgröße erreicht, die Kristalle verändern ihre Größe während der Lagerung nicht oder nur unwesentlich, im Gegensatz zu den Kristallen, die nicht mit Scherkräften behandelt wurden. Ein Nachteil dieser Technik ( US 6,607,784 ) ist, dass es – zumindest in den meisten Fällen – erforderlich ist, dass Lösungsmittel zu entfernen. Vorteilhaft wäre die Möglichkeit der Herstellung von Mikro- bzw. Nanosuspensionen mit Hilfe eines Präzipitationsschrittes bei gleichzeitigem Energieeintrag ohne die Notwendigkeit, eventuell verwendete organische Lösungsmittel entfernen zu müssen um dadurch eine ausreichende Lagerstabilität zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt Methoden, mit deren Hilfe die oben aufgeführten Probleme gelöst werden können.
Beschreibung der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mikro- bzw. Nanosuspensionen aus organischen bzw. anorganischen chemischen Verbindungen unter Verwendung eines Hochdruckhomogenisators.
Dabei wird die chemische Verbindung, die eine pH-Wert abhängige Löslichkeit besitzt, in einem geeigneten Lösungsmittel bei geeigneten Bedingungen (geeigneter pH-Wert, geeignete Temperatur, geeigneter Druck) gelöst und anschließend wird diese Lösung zusammen mit Trockeneis (gefrorenes Kohlendioxid) mit Hilfe eines Hochdruckhomogenisator homogenisiert. Dabei kann die Erfindung prinzipiell in zwei verschiedene Ausführungsvarianten eingeteilt werden.
In einer ersten Ausführungsvariante (Variante A) wird die chemische Verbindung zunächst in dem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Unter Umständen kann es dabei nötig sein dieser Lösung Tenside und andere Hilfsstoffe (z. B. Kosolventien, Salze, Polymere) zuzusetzen. Zu dieser Lösung wird festes gefrorenes Kohlendioxid (Trockeneis) gegeben und diese Mischung wird dann unverzüglich hochdruckhomogenisiert. Dabei kommt es aufgrund der Löslichkeit des Kohlendioxids in dem ursprünglichen Lösungsmittel zu einer pH-Wert-Verschiebung, wodurch die Sättigungslöslichkeit der chemischen Verbindung in dem ursprünglichen Lösungsmittel unmittelbar bei Einwirkung des Homogenisationsdruckes soweit erniedrigt wird, dass es zu einer Präzipitation der chemischen Verbindung kommt.
In einer zweiten Ausführungsvariante (Variante B) wird die chemische Verbindung zunächst in reinem Lösungsmittel gelöst. Zu dieser Lösung wird anschließend Trockeneis zugesetzt. Unter Umständen kann es dabei vorteilhaft sein, Tenside und andere Hilfsstoffe (z. B. Salze, Polymere) in ungelöster Form zuzusetzen. Die dabei entstandene Dispersion wird unverzüglich hochdruckhomogenisiert. Dabei kommt es aufgrund der Löslichkeit des Kohlendioxids in dem ursprünglichen Lösungsmittel zu einer pH-Wert-Verschiebung, wodurch die Sättigungslöslichkeit der chemischen Verbindung in dem ursprünglichen Lösungsmittel unmittelbar bei Einwirkung des Homogenisationsdruckes soweit erniedrigt wird, dass es zu einer Präzipitation der chemischen Verbindung kommt. Ein Merkmal dieser Ausführungsvariante ist, dass die vor dem Homogenisationsschritt ungelöst vorliegenden Hilfsstoffe nach dem Homogenisationsschritt in gelöster Form vorliegen.
Beispiel für Ausführungsvariante A:
Es wurde eine gesättigte wässrige Lösung von Ibuprofen hergestellt. Der pH-Wert dieser Lösung lag bei 4,9, die Temperatur lag bei 22°C. Zu 10,0 mL dieser Lösung wurden 30,0 g Trockeneis gegeben und diese Mischung anschließend bei 1500 bar in einem Zyklus hochdruckhomogenisiert. Als Homogenisator wurde ein APV MicronLab 40 (APV Gaulin) im diskontinuierlichen Betrieb eingesetzt. Als Produkt entstand eine Mikrosuspension. Mit einem Lichtmikroskop bei 1000facher Vergrößerung ließ sich ein mittlerer Partikeldurchmesser von ca. 1000 nm nachweisen.
Beispiel für Ausführungsvariante B:
In 40 mL einer 1,0%igen (m/m) wässrigen Lösung von Poloxamer-188 (polymerer Stabilisator) wurden 1,0 g Natriumhydrogencarbonat und 100,0 mg Ibuprofen gelöst. Der pH-Wert dieser Lösung betrug 7,6 bei einer Temperatur von 22°C. Anschließend wurden 10,0 mL dieser Lösung mit 30,0 g Trockeneis gegeben und diese Mischung anschließend bei 1500 bar in einem Zyklus hochdruckhomogenisiert. Als Homogenisator wurde ein APV MicronLab 40 (APV Gaulin) im diskontinuierlichen Betrieb eingesetzt. Als Produkt entstand eine Nanosuspension mit einem pH-Wert von 4,9. Mit einem Lichtmikroskop bei 1000facher Vergrößerung ließ sich ein mittlerer Partikeldurchmesser von ca. 500 nm nachweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5145684 [0003]
- US 6018080 [0004]
- US 5858410 [0006]
- WO 0103670 [0006]
- US 5389382 [0008]
- US 6251945 [0008]
- US 6607784 [0008, 0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- (Muller RH, Jacobs C, Kayser O. Nanosuspensions as particulate drug formulations in therapy: Rationale for development and what we can expect for the future. Advanced Drug Delivery Reviews 2001; 47(1): 3–19; [0006]
- Müller, R. H., Hildebrand, G. E., (Hrsg.), Pharmazeutische Technologie: Moderne Arzneiformen, 2. Auflage, 1998, WVG, Stuttgart [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Partikelsuspensionen einer chemischen Verbindung dadurch gekennzeichnet, dass ein System, mindestens bestehend aus einer molekular dispers verteilten chemischen Verbindung, einer Lösungsmittelkomponente und festem gefrorenem Kohlendioxid, durch Aufwendung eines hohen Druckes und damit verbundenem Lösen von gasförmigem Kohlendioxid in der Lösungsmittelkomponente, in der Art und Weise verändert wird, dass eine Mikro- und/oder Nanosuspension der chemischen Verbindung resultiert.
Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass in dem System zusätzlich Tenside und Stabilisatoren vorhanden sind.
Verfahren nach Ansprüchen 1. oder 2. dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungsmittelkomponente ein oder mehrere Lösungsmittel für die chemische Verbindung umfasst.
Verfahren nach Ansprüchen 1. bis 3. dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Mikro- und/oder Nanosuspensionen Teilchen der chemischen Verbindung amorphen, teilkristallinen oder kristallinen Charakter besitzen.
Verfahren nach Ansprüchen 1. bis 4. dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro- und/oder Nanosuspensionen Teilchen der chemischen Verbindung mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 10 nm und 100 μm, vorzugsweise 20 nm bis 50 μm, insbesondere 30 nm bis 30 μm und besonders bevorzugt 100 nm bis 15 μm enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Verbindung ein Arzneimittelwirkstoff, ein kosmetischer Wirkstoff, ein Zusatzstoff für Nahrungsmittel, ein Farbstoff oder ein Pigment ist.
Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass der unter Anspruch 1. bezeichnete hohe Druck mit Hilfe eines Koben-Spalt-Homogenisators in das System eingebracht wird und im Bereich zwischen 50 bis 4000 bar, vorzugsweise zwischen 200 bis 3000 bar, insbesondere zwischen 300 bis 2000 bar und besonders bevorzugt zwischen 500 bis 1500 bar liegt.
Verfahren nach Ansprüchen 1. bis 7. dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltene Mikro- und/oder Nanosuspension entweder direkt oder nach Abtrennung der Teilchen zum Einsatz kommt bzw. zum Zwischen- oder Endprodukt weiter verarbeitet wird, z. B. zur Anwendung in den Bereichen Pharma, Chemie, Nahrungsmittel, Textil und Agrar.