DE102008060614A1

DE102008060614A1 - Verfahren zur Herstellung einer Inhalationsatmosphäre für die Allergenprovokation

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Publication number: DE102008060614A1
Application number: DE102008060614A
Authority: DE
Inventors: Jens Prof. Dr. Holfeld; Norbert Prof. Dr. Krug; Hubert Lödding; Gerhard Dr. Polmann; Horst Windt; Wolfgang Bader; Peter Langer; Martin Stempfle; Wilhelm Dunkhorst; Wolfgang Prof. Dr. Koch; Katharina Schwarz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2028-12-06
Also published as: DE102008060614B4; WO2010063714A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Allergeninhalationsatmosphäre in einem Expositionsraum, welches folgende Schritte umfasst: - Bereitstellung einer flüssigen Sprühformulierung, welche ein Lösungsmittel, eine Trägersubstanz und ein Allergen enthält, und Herstellung eines Aerosols durch Sprühtrocknung, wobei die Aerosolpartikel die Trägersubstanz und das Allergen enthalten, und - Verteilung des Aerosols in der Raumluft eines Expositionsraumes, wobei der Expositionsraum Vorrichtungselemente zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Allergeninhalationsatmosphäre in einem Expositionsraum. Mit dem Verfahren kann in einheitlicher Weise die Exposition gegenüber den verschiedensten Innenraum- und Umweltallergenen kontrolliert und unter umweltrelevanten Bedingungen nachgebildet werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung einer inhalativen Allergenprovokation sowie die Verwendung des Verfahrens für klinische Studien, in denen unter kontrollierten Bedingungen bei Patienten, die sich in dem Expositionsraum aufhalten, die typischen Symptome allergischer Erkrankungen induziert werden sollen.
Weltweit sind mehrere Allergietesträume etabliert und validiert, in denen kontrollierte klinische Provokationsstudien vornehmlich auf dem Indikationsgebiet „allergische Rhinitis” unter Verwendung von vorgegebenen natürlichen Allergenpartikeln, wie z. B. allergenen Pflanzenpollen (Gräserpollen, Ambrosiapollen), Milbenkotpartikeln, Milbenfragmenten etc., durchgeführt werden. Die Allergietesträume bzw. Expositionsräume verfügen über unterschiedliche Lüftungskonzepte und unterschiedliche Konzepte der Einbringung und Vermischung der Allergietestpartikel mit der Atemluft. Je nach Konzept können bis zu 100 oder sogar noch mehr Patienten gleichzeitig exponiert werden. Ein gemeinsames Merkmal aller Verfahren ist die Verwendung natürlicher Allergenpartikel.
Die natürlich vorkommenden Allergenpartikel sind durch ihren Durchmesser und ihren Antigengehalt charakterisiert. Die allergenen Stoffe befinden sich in der Regel im Innern der Trägerpartikel und machen insgesamt nur einen sehr geringen Massenanteil aus (siehe z. B. Schäppi et al., Clin. Exp. Allergy, 1999, 29: 633–641; Price et al., The Lancet, 1990, 336: 895–897). Gräserpollen mit einer Masse von 11,4 ng enthalten größenordnungsmäßig etwa 0,05 ng Gruppe-5-Leitallergene pro Pollenkorn. Dies entspricht 0.5% seiner Masse und 15% des gesamten Proteingehalts. Der Allergengehalt (Der pl) im Milbenmaterial bewegt sich ebenfalls im Promillebereich. Nach Deposition im respiratorischen System werden die allergenen Substanzen durch wässrige Extraktion bioverfügbar (Vrtala et al., Int. Arch. Allergy Immunol., 1993, 102: 160–169). Da Allergengehalt und Bioverfügbarkeit natürlichen Schwankungen unterliegen, weist das Allergiepotential der unter Verwendung der natürlichen Allergenpartikel hergestellten Expositionsatmosphären ebenfalls Schwankungen auf.
Ein weiteres Merkmal einiger natürlicher Allergenstoffe ist ihr potentielles Vorkommen in unterschiedlichen Partikelgrößenfraktionen. So ist bekannt, dass Gräserpollen, die mit einem Durchmesser von ca. 30 μm nicht lungengängig sind, unter bestimmten Bedingungen aufplatzen und ihre Allergene in Form von kleineren lungengängigen Partikeln mit Durchmessern von weniger als 5 bis 10 μm freisetzen (Taylor et al., J. Allergy Clin. Immunol., 2002, 109: 51–56). Somit können sie nicht nur die Symptome der allergischen Rhinitis sondern auch diejenigen des sich in den Atemwegen der Lunge manifestierenden allergischen Asthmas hervorrufen (Tobias et al., Thorax, 2003, 58: 708–710).
Die Herstellung der Atmosphären aus natürlichen Testpartikeln ist zum Teil sehr aufwendig. Sie erfolgt in der Regel durch Dispergierung eines Haufwerks aus Allergenpartikeln mit Hilfe von Druckluft. Die Verfahren müssen den jeweiligen, stark variierenden physikalischen Eigenschaften der Allergenpartikel (diverse Pollen, zermahlener Hausstaub, Milbenkotpartikel, zerkleinerte abgestorbene Milben, etc.) angepasst werden. Wichtige Eigenschaften in diesem Zusammenhang sind vor allem Größe, Verteilungsbreite und Oberflächeneigenschaften. Ein Wechsel der Testpartikel ist in der Regel mit umfangreichen verfahrenstechnischen Vorarbeiten verbunden. Weiterhin kann nur mit aufwendigen Mahl- und Sortierverfahren die Einstellung einer geeigneten Größenverteilung erfolgen, wenn diese von der natürlichen abweichen bzw. die Komplexität des natürlichen Vorkommens nachgebildet werden soll.
In der Medizin werden sowohl in der Diagnostik (Prick-Test) als auch in der Therapie (Desensibilisierung) verbreitet Formulierungen auf der Basis von Allergenextrakten verwendet. Diese beinhalten eine genau definierte Menge eines bestimmten Allergens oder eine Kombination aus mehreren Antigenen zusammen mit diversen Hilfs- und Stabilisierungsstoffen. Es ist erwünscht, die sehr gute Kontrolle über Allergenzusammensetzung und -konzentration auch bei der inhalativen Allergenprovokation sicher zu stellen. Hätte man weiterhin die Möglichkeit, unabhängig davon auch die Partikelgröße der Provokationsatmosphäre frei wählbar einzustellen, so wäre man in der Lage, die Provokationsstudien gezielter und technisch einfacher den zu untersuchenden Indikationen (Asthma, Rhinitis etc.) anzupassen, als dies mit natürlichen Allergenpartikeln der Fall ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher darin zu sehen, ein Verfahren zur Erzeugung einer Allergeninhalationsatmosphäre bereit zu stellen, das eine realitätsnahe Abbildung von Umweltexposition, Wirkort im Respirationstrakt und Bioverfügbarkeit ermöglicht, eine hohe Flexibilität im Hinblick auf das zu untersuchende Allergen bzw. Allergenspektrum aufweist und eine gute Kontrolle von Allergenspektrum, Allergenkonzentration und Partikelgröße gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Allergeninhalationsatmosphäre in einem Expositionsraum, welches folgende Schritte umfasst:

– Bereitstellung einer flüssigen Sprühformulierung, welche ein Lösungsmittel, eine Trägersubstanz und ein Allergen enthält, und Herstellung eines Aerosols durch Sprühtrocknung, wobei die Aerosolpartikel die Trägersubstanz und das Allergen enthalten, und
– Verteilung des Aerosols in der Raumluft eines Expositionsraumes, wobei der Expositionsraum Vorrichtungselemente zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration aufweist.

In einem ersten Schritt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Sprühformulierung einer Sprühtrocknung unterzogen. Beim Sprühtrocknen wird aus jedem Flüssigkeitstropfen des Sprühnebels nach dem Verdampfen des Lösungsmittels (bevorzugt Wasser) ein Aerosolteilchen reduzierter Größe, welches aus dem Trägermaterial und dem homogen darin verteilten Allergen besteht. Dieses Teilchen ist das Surrogat des natürlichen Umweltallergens und kann in Größe, Allergenspektrum und Allergengehalt den natürlichen Bedingungen angepasst werden.
Der Zusammenhang zwischen Tropfendurchmesser d_D und Aerosolteilchendurchmesser d_Ae ist durch die Konzentration c_T des Trägermaterials in der Ausgangslösung gegeben und lässt sich durch folgende Formel beschreiben: dAe = (cT)1/3dD
Beträgt die Konzentration beispielsweise 10%, so schrumpft der Tropfen nach vollständiger Abgabe des Lösungsmittels (d. h. meist Wasser) um 54%, bei 0.1%-iger Lösung beträgt der Schrumpfungsgrad 90%. Die mittlere Partikelgröße der Aerosolatmosphäre kann sowohl über die Wahl des Sprühverfahrens und des dazugehörigen Tropfenspektrums als auch über die Konzentration c_T festgelegt werden. Die Antigenkonzentration kann völlig unabhängig davon eingestellt werden.
Der Sprühtrocknungsprozess an sich und geeignete Sprühtrockner sind dem Fachmann bekannt.
Bevorzugt wird für die Herstellung des Aerosols durch Sprühtrocknung ein gefriergetrocknetes Allergenextrakt eines natürlichen Allergenträgers oder ein rekombinant hergestelltes Allergen, insbesondere ein Leitallergen, verwendet.
Für die flüssige Sprühformulierung können gängige Lösungsmittel verwendet werden. Bevorzugt wird für die Sprühtrocknung eine wässrige Sprühlösung verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr flexibel und kann für eine Vielzahl von unterschiedlichen Allergenen eingesetzt werden. Bevorzugt wird das Allergen aus der Gruppe bestehend aus Milbenallergenen, insbesondere Der pl Milbenallergen, Blütenpollenallergenen, Haustierallergenen und Hausstauballergenen ausgewählt.
Im Allgemeinen ist die Allergenkonzentration in der Sprühformulierung sehr klein im Vergleich zur Trägersubstanzkonzentration. Übliche Konzentrationswerte c_A des Allergens in der Sprühformulierung liegen bevorzugt im Bereich von 0.1 μg/ml bis 1000 μg/ml, noch bevorzugter im Bereich von 1 μg/ml bis 10 μg/ml.
Wie bereits oben diskutiert, enthält die Sprühformulierung eine Trägersubstanz, die nach erfolgter Sprühtrocknung das Aerosolpartikel bildet. Die Trägersubstanz fungiert dann gewissermaßen als Festkörpermatrix, in der das Allergen dispergiert vorliegt. Bevorzugt wird die Trägersubstanz aus der Gruppe der zugelassenen Hilfsstoffe inhalativ verabreichter Medikamente, noch bevorzugter Lactose, Natriumchlorid, oder deren Gemischen ausgewählt.
Wie der oben angegebenen Formel zu entnehmen und dem Fachmann bekannt ist, kann der Mediandurchmesser d₅₀ der Aerosolpartikel über die Konzentration c_T des Trägermaterials in der Sprühformulierung gesteuert werden. Je nach erwünschter Partikelgröße kann c_T über einen breiten Bereich variiert werden. Beispielhaft kann als bevorzugte Konzentration der Trägersubstanz in der Sprühformulierung ein Bereich von 0.1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% genannt werden.
Für die Sprühtrocknung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können bekannte Zerstäubungsaggregate verwendet werden. Beispielhaft seien an dieser Stelle Ultraschallzerstäuber, Druckluftsprühdüsen oder Zerstäuberscheiben genannt. Durch die Wahl des Zerstäubungsaggregats kann auch die Breite der Tropfendurchmesserverteilung beeinflusst werden. So kann z. B. mit geeigneten Ultraschallzerstäubern eine recht enge Größenverteilung erzielt werden, während die Verwendung von Druckluftsprühdüsen eine breitere Größenverteilung generiert. Wie nachfolgend noch ausführlicher diskutiert werden wird, ermöglicht dies, gezielt unterschiedliche Allergenprovokationen zu erreichen, z. B. eine nasale und/oder bronchiale Provokation bei Verwendung von Druckluftsprühdüsen bzw. eine Provokation des Respirationstrakts bei Verwendung eines Ultraschallzerstäubers.
Geeignete Zerstäubungsaggregate für die Durchführung des Sprühverfahrens sind dem Fachmann an sich bekannt. Hinsichtlich eines geeigneten Ultraschallzerstäubers kann beispielhaft auf solche der Serie US der Firma Lechler, Metzingen verwiesen werden. Diese erzeugen z. B. in Abhängigkeit von der verwendeten Betriebsfrequenz Tropfenspektren mit Mediandurchmessern d₅₀ von 35, 27 oder 20 μm und einer geometrischen Standardabweichung von 1.8.
Der Mediandurchmesser d₅₀ der Aerosolpartikel kann gezielt über einen breiten Bereich variiert werden. Der einzustellende d₅₀-Wert ergibt sich auch aus der erwünschten Art der Allergenprovokation (z. B. Nasalprovokation, Bronchialprovokation, etc.). Im Allgemeinen weisen die Aerosolpartikel bevorzugt einen Mediandurchmesser, bevorzugter einen Massenmediandurchmesser d₅₀ von 25 μm oder weniger auf. Dieser Mediandurchmesser wird aus Verteilungsmessungen mittels eines Kaskadenimpaktors ermittelt.
Verwendet man beispielsweise einen 27-μm-Sprühkopf und Laktose als Trägersubstanz mit einer Trägersubstanzkonzentration c_T = 20%, so hat das dann erzeugte Aerosol einen Mediandurchmesser d₅₀ von 16 μm und wird mit einer Effizienz von 93% ganz überwiegend im Nasalbereich deponiert. Bei einer Trägersubstanzkonzentration c_T von 4% beträgt der Mediandurchmesser d₅₀ des allergentragenden Aerosols 9,2 μm. Hier werden schon mehr als 10% im Thorakal- und Pulmonalbereich abgeschieden. Die Massengrößenverteilung des Aerosols bei unterschiedlichen Trägersubstanzkonzentrationen ist in 1 dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Aerosolpartikel einen Mediandurchmesser d₅₀ von 10 μm oder weniger, bevorzugt 5 bis 10 μm auf, insbesondere wenn eine Bronchialprovokation angestrebt wird. Alternativ können in einer anderen bevorzugten Ausführungsform die Aerosolpartikel einen Mediandurchmesser d₅₀ von mehr als 10 μm, bevorzugt 10 μm < d₅₀ ≤ 25 μm aufweisen, insbesondere wenn eine Nasalprovokation angestrebt wird.
Wie oben angegeben, wird das durch Sprühtrocknung erzeugte Aerosol in der Raumluft eines Expositionsraumes verteilt, wobei der Expositionsraum Vorrichtungselemente zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration aufweist.
Der Expositionsraum weist bevorzugt ein Raumvolumen auf, das ausreichend groß für die Aufnahme zumindest eines Probanden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Expositionsraum ein Raumvolumen im Bereich von 3 m³ bis 300 m³, noch bevorzugter im Bereich von 10 m³ bis 150 m³ auf.
Die im Expositionsraum vorhandenen Vorrichtungselemente zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration stellen sicher, dass es zu einer möglichst gleichmäßigen Verteilung des Aerosols in der Raumluft kommt. Bevorzugt erfolgt die gleichmäßige Verteilung des Aerosols in der Raumluft durch turbulente Mischlüftung bzw. Frischluftströmung.
Bevorzugt wird die Verteilung des Aerosols durch eines oder mehrere der folgenden, im Expositionsraum vorhandenen Vorrichtungselemente zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration bewirkt: Durch in der Luftzuführung (d. h. Frischlufteinlass) angebrachte Drallauslässe; durch einen oder mehrere Ventilatoren, insbesondere Deckenventilatoren, und/oder durch eine Fußbodenheizung im Expositionsraum.
Bevorzugt erfolgt die Luftzuführung über die Decke des Expositionsraumes. Je nach Größe des Expositionsraumes können bis zu 20 Luftzuführungsöffnungen (Frischlufteinlässe) in der Decke angebracht sein. Befinden sich in den Luftzuführungen Drallauslässe, so können diese bevorzugt verstellbare Lamellen aufweisen, wodurch eine intensive Luftverwirbelung erzeugt wird.
Bevorzugt erfolgt die Zerstäubung der Sprühformulierung zentral unterhalb des Deckenventilators. Dieser wird in einer Drehrichtung betrieben, dass er Luft von unten ansaugt und diese dann im Deckenbereich radial verteilt. Dies bewirkt, dass die gebildeten Aerosolpartikel effektiv und gleichmäßig im Expositionsraum verteilt werden.
Daher ist es bevorzugt, dass zumindest ein Zerstäubungsaggregat wie z. B. ein Ultraschallzerstäuber, ein Zerstäuberteller oder Druckluftsprühdüsen zentral unterhalb des Deckenventilators, im Expositionsraum angebracht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Sprühformulierung einer Dosiervorrichtung, z. B. einem Perfusor, zur Einstellung eines geeigneten Flüssigkeitsmassenstroms zugeführt und anschließend zum Zerstäubungsaggregat, z. B. einem Ultraschallzerstäuber, weitergeleitet. Die Dosiervorrichtung kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Expositionsraumes angebracht sein. So kann z. B. die zu zerstäubende Sprühformulierung zuerst einer außerhalb des Expositionsraumes vorliegenden Dosiervorrichtung (z. B. einem Perfusor) zugeführt und anschließend über einen Schlauch zum Zerstäubungsaggregat, welches sich dann innerhalb des Expositionsraumes befindet, weitergeleitet werden. Der geeignete Flüssigkeitsmassenstrom wird am Perfusor eingestellt.
Ein beispielhafter Expositionsraum gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt. Der Expositionsraum 1 weist mindestens zwei Lufteinlässe 2 auf, in denen bevorzugt jeweils mindestens ein Drallauslass angebracht ist. An der Decke des Expositionsraumes ist zumindest ein Ventilator 3 angebracht. Dieser wird in umgekehrter Drehrichtung betrieben, sodass die Luft von unten angesaugt und unter der Decke radial nach außen verteilt wird. Unmittelbar unterhalb des Ventilators 3 befindet sich ein Zerstäubungsaggregat 4 wie z. B. ein Ultraschallzerstäuber. Dadurch gelangt der Sprühnebel unmittelbar in die Ventilatorströmung, in der er innerhalb weniger Zehntelsekunden verdampft und mit der Ventilatorströmung und der turbulenten Luftströmung gleichmäßig im Raum verteilt wird. Zur Unterstützung der gleichmäßigen Verteilung des allergenbeladenen Aerosols enthält der Expositionsraum bevorzugt eine Fußbodenheizung 5.
Wie in 2 dargestellt, wird die Sprühformulierung bevorzugt einem außerhalb des Expositionsraumes befindlichen Perfusors 6 zur Einstellung eines geeigneten Flüssigkeitsmassenstroms zugeführt und anschließend zu dem unterhalb des Deckenventilators 3 angebrachten Ultraschallzerstäubers 4 weitergeleitet. Weiterhin beinhaltet der Expositionsraum einen Aerosolmonitor 7. Mit diesem kann die Messung der Massenkonzentration der Trägersubstanz und damit die Bestimmung der Allergenkonzentration zeitlich hoch aufgelöst vorgenommen werden. Der in 2 dargestellte Expositionsraum beinhaltet auch ein Filtermedium 8. Durch Sammlung einer Luftprobe auf dem Filtermedium und anschließender Quantifizierung des Allergens mit einem zugehörigen ELISA kann eine allergenspezifische Off-Line-Messung erfolgen.
Bevorzugt liegt der Luftvolumenstrom Q durch den Expositionsraum im Bereich von 600 m³/h bis 2000 m³/h. Weiterhin wird der Expositionsraum bevorzugt mit einer Luftwechselrate im Bereich von 1000 bis 1600 betrieben.
Wie bereits oben diskutiert, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch seine hohe Flexibilität aus. So kann beispielsweise die mittlere Allergenkonzentration im Expositionsraum über einen breiten Bereich variiert werden. Bevorzugt führt die Verteilung des Aerosols zu einer mittleren Allergenkonzentration C_A in der Raumluft des Expositionsraumes im Bereich von 0.01 μg/m³ bis 1 μg/m³, noch bevorzugter im Bereich von 0.04 μg/m³ bis 0.1 μg/m³.
Die Allergenkonzentration C_A in der Raumluft des Expositionsraumes ergibt sich aus der Allergenkonzentration c_A in der Sprühformulierung, dem gesamten Flüssigkeitsmassenstrom m_F aller eingesetzten Zerstäuberaggregate und dem Luftvolumenstrom Q durch den Expositionsraum: CA = cA(mF/Q)
Die Luftkonzentration C_T des Trägermaterials verhält sich zur Luftkonzentration der Allergensubstanz wie die Konzentrationen der beiden Komponenten in der Ausgangsformulierung: CT = CA(cT/cA)
Eine umweltrelevante Raumluftkonzentration von Der pl Milbenallergen ist beispielsweise C_A = 0.05 μg/m³. Diese kann in einem mit 10-facher Luftwechselrate betriebenen Expositionsraum bei Q = 1200 m³/h theoretisch erzielt werden, wenn man eine Sprühlösung mit c_A = 10 μg/ml und c_T = 200 mg/ml mit einem Flüssigkeitsmassenstrom von m_F = 6 ml/h versprüht. Die Luftkonzentration des Trägermaterials beträgt dann C_T = 1 mg/m³. Praktisch muss die Zufuhrrate wegen der Partikelverluste im Raum jedoch höher sein.
Wollte man eine in klinischen Studien häufig verwendete Gräserpollenexposition von 4000 Pollen/m³ durch die Leitallergene abbilden, so bedeutet dies eine Allergenkonzentration in der Luft von 4000 × 0,05 μg/m³ = 0.2 μg/m³. Dies wäre mit einer Formulierung mit c_A = 40 μg/ml und ansonsten mit den oben angegebenen Parameterwerten zu erzielen.
Die Messung des Allergens kann über die Messung der Massenkonzentration der Trägersubstanz erfolgen, die mit Aerosolmonitoren zeitlich hoch aufgelöst vorgenommen werden kann. Ein Aerosolmonitor kann die Lichtstreueigenschaften in Luft suspendierter Partikel ausnutzen. Partikel, die sich in einem optisch definierten Messvolumen befinden, werden mit Laserlicht beleuchtet. Die Summe des unter einem bestimmten Winkel von allen Partikeln ausgesandten Streulichts ist ein Maß für die Aerosolkonzentration. Durch ein Photoelement wird das aufgefangene Streulicht in eine Spannung umgewandelt. Alternativ kann man einen Partikelzähler verwenden, der in einem definierten Ansaugvolumenstrom jedes einzelne Teilchen zählt und über eine Streulichtpulshöhenanalyse die Größe des Teilchens bestimmt. Aus Partikelgröße und Anzahlkonzentration lässt sich dann die Massenkonzentration berechnen. Bevorzugt erfolgt die Messung mit einem Aerosolmonitor.
Eine allergenspezifische Off-Line-Messung kann durch die Sammlung einer Luftprobe auf einem Filtermedium und anschließender Quantifizierung des Allergens mit einem zugehörigen ELISA erfolgen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die mittlere Allergenkonzentration C_A in der Raumluft des Expositionsraumes mit einer maximalen Abweichung von 20% über einen Zeitraum von 1 Std. bis 5 Std. konstant zu halten (siehe 3). Der zeitliche Verlauf der Trägersubstanzkonzentration im Expositionsraum ist in 3 dargestellt.
Wie bereits oben diskutiert, kann im Expositionsraum ein Aerosolmonitor und/oder ein Laserpartikelzähler zur Bestimmung der Allergenkonzentration angebracht sein.
Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung einer inhalativen Allergenprovokation, umfassend: einen Expositionsraum, der Vorrichtungselemente zur gleichmäßigen Verteilung eines Aerosols in der Raumluft des Expositionsraumes durch turbulente Mischlüftung beinhaltet, eine Sprühtrocknungsvorrichtung, die zumindest teilweise im Expositionsraum angebracht ist.
Hinsichtlich der bevorzugten Ausgestaltung des Expositionsraumes kann an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
So werden die im Expositionsraum angebrachten Elemente für die gleichmäßige Verteilung des Aerosols durch turbulente Mischlüftung bevorzugt aus in der Luftzuführung angebrachten Drallauslässen, Ventilatoren, insbesondere Deckenventilatoren, und/oder Fußbodenheizungen bewirkt.
Auch hinsichtlich der Sprühtrocknungsvorrichtung einschließlich Zerstäubungsaggregat und der dieser Vorrichtung zugeführten Sprühformulierung kann auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer flüssigen, bevorzugt wässrigen Sprühformulierung zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration in einem Expositionsraum für die Durchführung klinischer Studien.
Hinsichtlich der bevorzugten Eigenschaften der Sprühformulierung, des Sprühtrocknungsprozesses, der Sprühtrocknungsvorrichtung und des Expositionsraumes kann an dieser Stelle wiederum auf die obigen Ausführungen bei der Diskussion des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen werden.
Durch die Wahl des Zerstäubungsaggregats kann auch die Breite der Tropfendurchmesserverteilung beeinflusst werden. So kann z. B. mit geeigneten Ultraschallzerstäubern eine recht enge Größenverteilung erzielt werden, während die Verwendung von Druckluftsprühdüsen eine breitere Größenverteilung generiert. Dies ermöglicht es, gezielt unterschiedliche Allergenprovokationen zu erreichen, z. B. eine nasale und/oder bronchiale Provokation bei Verwendung von Druckluftsprühdüsen bzw. eine Provokation des Respirationstrakts bei Verwendung eines Ultraschallzerstäubers.
Wird in der klinischen Studie auf die Allergenprovokation des Respirationstrakts abgezielt, so kann es bevorzugt sein, dass die Sprühformulierung einer Sprühtrocknung mit einem Ultraschallzerstäuber unterzogen wird.
Wird hingegen in der klinischen Studie auf die nasale und/oder bronchiale Allergenprovokation abgezielt, so kann es bevorzugt sein, dass die Sprühformulierung einer Sprühtrocknung mit einer oder mehreren Druckluftsprühdüsen unterzogen wird.
Unter Berücksichtigung der oben gemachten Ausführungen lässt sich festhalten, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung unter anderem folgende Vorteile aufweist:

– realitätsnahe Abbildung von Umweltexposition, Wirkort im Respirationstrakt und Bioverfügbarkeit,
– hohe Flexibilität im Hinblick auf das zu untersuchende Allergen bzw.
Allergenspektrum,
– sehr gute Kontrolle von Allergenspektrum, Allergenkonzentration und Partikelgröße,
– Verwendung nur eines technischen Verfahrens zur Generation, Überwachung,
– Anlagendekontamination unabhängig vom gewählten Allergen und
– Kompatibilität mit den Vorschriften des Arzneimittelgesetzes.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Schäppi et al., Clin. Exp. Allergy, 1999, 29: 633–641 [0003]
- Price et al., The Lancet, 1990, 336: 895–897 [0003]
- Vrtala et al., Int. Arch. Allergy Immunol., 1993, 102: 160–169 [0003]
- Taylor et al., J. Allergy Clin. Immunol., 2002, 109: 51–56 [0004]
- Tobias et al., Thorax, 2003, 58: 708–710 [0004]

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer Allergeninhalationsatmosphäre in einem Expositionsraum, welches folgende Schritte umfasst: – Bereitstellung einer flüssigen Sprühformulierung, welche ein Lösungsmittel, eine Trägersubstanz und ein Allergen enthält, und Herstellung eines Aerosols durch Sprühtrocknung, wobei die Aerosolpartikel die Trägersubstanz und das Allergen enthalten, und – Verteilung des Aerosols in der Raumluft eines Expositionsraumes, wobei der Expositionsraum Vorrichtungselemente zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei für die Herstellung des Aerosols durch Sprühtrocknung ein gefriergetrocknetes Allergenextrakt eines natürlichen Allergenträgers oder ein rekombinant hergestelltes Allergen verwendet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die Sprühtrocknung eine wässrige Sprühlösung verwendet wird.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Allergen aus der Gruppe bestehend aus Milbenallergenen, insbesondere Der pl Milbenallergen, Blütenpollenallergenen, Haustierallergenen, Hausstauballergenen, oder deren Gemischen ausgewählt wird.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Allergen in der Sprühformulierung in einer Konzentration c_A von 0.1 μg/ml bis 1000 μg/ml vorliegt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägersubstanz aus der Gruppe bestehend aus Lactose, Natriumchlorid, oder deren Gemischen ausgewählt wird.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägersubstanz in der Sprühformulierung in einer Konzentration von 0.1 Gew.-% bis 20 Gew.-% vorliegt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zerstäubung der Sprühformulierung mit mindestens einem Zerstäubungsaggregat, welches aus einem Ultraschallzerstäuber, einem Zerstäuberteller und/oder mindestens einer Druckluftsprühdüse ausgewählt wird, erfolgt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Aerosolpartikel einen Mediandurchmesser d₅₀ von 25 μm oder weniger aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Aerosolpartikel einen Mediandurchmesser d₅₀ von 10 μm oder weniger, bevorzugt 5 bis 10 μm aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Aerosolpartikel einen Mediandurchmesser d₅₀ von mehr als 10 μm, bevorzugt 10 μm < d₅₀ ≤ 25 μm aufweisen.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Expositionsraum ein Raumvolumen im Bereich von 3 m³ bis 300 m³ aufweist.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die gleichmäßige Verteilung des Aerosols in der Raumluft durch turbulente Mischlüftung erfolgt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verteilung des Aerosols durch in der Luftzuführung angebrachte Drallauslässe, einen oder mehrere Ventilatoren, insbesondere Deckenventilatoren, und/oder eine Fußbodenheizung im Expositionsraum bewirkt wird.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zerstäubung der Sprühformulierung unterhalb des Deckenventilators erfolgt und die gebildeten Aerosolpartikel durch den Ventilatorstrom und die turbulente Frischluftströmung gleichmäßig im Expositionsraum verteilt werden.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Zerstäubungsaggregat zentral unterhalb des Deckenventilators und/oder in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Frischlufteinlass, insbesondere einem Drallauslass, angebracht ist.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sprühformulierung einer Dosiervorrichtung zur Einstellung eines geeigneten Flüssigkeitsmassenstroms zugeführt wird und anschließend zum Zerstäubungsaggregat weitergeleitet wird.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Luftvolumenstrom Q durch den Expositionsraum im Bereich von 600 m³/h bis 2000 m³/h liegt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Expositionsraum mit einer Luftwechselrate im Bereich von 1000 bis 1600 betrieben wird.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verteilung des Aerosols zu einer Allergenkonzentration C_A in der Raumluft des Expositionsraumes im Bereich von 0.01 μg/m³ bis 1 μg/m³ führt.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Allergenkonzentration C_A in der Raumluft des Expositionsraumes mit einer maximalen Abweichung von 20% über einen Zeitraum von 1 bis 5 Std. konstant gehalten wird.
Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Expositionsraum ein Aerosolmonitor und/oder ein Laserpartikelzähler zur Bestimmung der Allergenkonzentration angebracht ist/sind.
Vorrichtung zur Durchführung einer inhalativen Allergenprovokation, umfassend – einen Expositionsraum, der Vorrichtungselemente zur gleichmäßigen Verteilung eines Aerosols in der Raumluft des Expositionsraumes durch turbulente Mischlüftung beinhaltet, – eine Sprühtrocknungsvorrichtung, die zumindest teilweise im Expositionsraum angebracht ist.
Verwendung einer flüssigen, bevorzugt wässrigen Sprühformulierung zur Erzeugung einer zeitlich und räumlich konstanten Allergen-Raumluftkonzentration in einem Expositionsraum für die Durchführung klinischer Studien.
Verwendung nach Anspruch 24, wobei die Sprühformulierung einer Sprühtrocknung mit einem Ultraschallzerstäuber unterzogen wird und die klinische Studie die Allergenprovokation des Respirationstrakts betrifft.
Verwendung nach Anspruch 24, wobei die Sprühformulierung einer Sprühtrocknung mit einer oder mehreren Druckluftsprühdüsen unterzogen wird und die klinische Studie die nasale und/oder bronchiale Allergenprovokation betrifft.