DE1617596C3

DE1617596C3 - Verfahren zur Herstellung kleiner, gleichdimensionierter, Arzneimittel oder Enzyme enthaltender Teilchen

Info

Publication number: DE1617596C3
Application number: DE19671617596
Authority: DE
Inventors: Fred Dr. 2104 Hamburg Leuschner
Original assignee: Boehringer Mannheim GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 1967-01-19
Filing date: 1967-01-19
Publication date: 1976-11-18

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kleiner, gleichdimensionierter Arzneimittel oder Enzyme enthaltender Teilchen, die vorzugsweise parenteral und/oder intravenös appliziert werden, oder zur Durchführung von durch die Enzyme beeinflußten Reaktionen.

Um für an Trägerstoffe fixierte Arzneimittel oder Enzyme eine genaue Dosierung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, daß die für solche Stoffe verwendeten Träger kleine, gleichdimensionierte, sich möglichst in der Größe ihrer 3. Dimension nicht zu stark unterscheidende Teilchen darstellen, die eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, die berechenbar ist und daher eine von vornherein bestimmbare und festgelegte Wirkung hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch besonders günstig im Rahmen des in der DT-AS 12 27 855 beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Enzymkörpern für die Durchführung enzymatischer Reaktionen zum Einsatz kommen, bei dem man mindestens ein Enzym oder enzymhaltigen Mikroorganismus in trockener, emulgierter oder gelöster Form einer Lösung eines semipermeablen Materials, wie Polyamid, Polyvinylacetat, Cellulosenitrat, Celluloseacetat, Äthylcellulose, Kautschukchlorid oder Lipoide oder einer Lösung aus Gemischen dieser Stoffe, einverleibt und anschließend die entstandene Lösung, Emulsion oder Suspension unter Trocknung formt.

Dem semipermeablen Material können noch Ionenaustauscher, Redoxsubstanzen oder Kunststoffhärter bzw. Modifizierungsmittel zugesetzt werden.

Kleinste Partikelchen, deren Größe sich in ihren 3 Dimensionen nicht zu stark unterscheiden, werden in der Technik bisher vornehmlich auf folgende Weise hergestellt:

1) Eine Lösung des Materials, aus dem die Partikeln

bestehen sollen, wird sprühgetrocknet,
ίο 2) Die kleinsten Partikeln werden aus gröberem Material durch Zerquetschen, Zerreiben und Zerschlagen in verschiedenen Apparaturen hergestellt.

3) Lösungen des Partikelmaterials werden in einer zweiten Flüssigkeit emulgiert, und die so gebildeten Tröpfchen des Partikelmaterials werden dann durch Härten verfestigt.

4) Das verflüssigte Partikelmaterial fließt kontinuierlich in einen rotierenden Hohlzylinder, der radial gerichtete Poren genau gleicher Größe aufweist. Von der Fliehkraft der Rotationsbewegung wird die Flüssigkeit durch die Poren nach außen getrieben. Da sich die Fliehkraft bei gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit nicht ändert, werden die Tropfen immer dann abgeschleudert, wenn sie die gewünschte Größe erreicht haben. Beispielsweise durch Kühlung der Umgebung des Zylinders können die Tröpfchen dann verfestigt werden.
Den Verfahren zu 1 und 2 ist gemeinsam, daß zwar kleine, jedoch recht verschieden dimensionierte Partikeln entstehen. Meist streut die Größe nach einer Gaußschen Normalverteilung mit sehr breiter Basis. Die erzeugte Gestalt ist vorher nicht genau festlegbar. Sie ist auf alle Fälle vielgestaltig und häufig sogar bizarr.
Nach dem Verfahren zu 3 entstehen zwar runde, gleichmäßige Partikelchen, aber auch ihre Dimensionen sind nicht immer gleich.

Bei dem Verfahren zu 4 werden zwar gleichdimensionierte Partikelchen gewonnen, aber diese sind zwangläufig immer rund bzw. tropfenförmig und man kann nicht anders geformte, gleichmäßig dimensionierte Teilchen mit diesem Verfahren erzeugen.

Durch die vorliegende Erfindung wird es nun möglich gemacht, verschiedenartig dimensionierte kleine Teilchen zur Anwendung als Trägersubstanzen für Arzneimittel und/oder Enzyme völlig gleichmäßig herzustellen, die je nach ihrem Verwendungszweck ausgestaltet und ausgeformt werden können.

Es kann jeder erdenkliche Querschnitt des Teilchens hergestellt werden, z. B. in runder, halbrunder, ovaler, halbovaler, quadratischer, rechteckiger, sternförmiger, nierenförmiger hanteiförmiger Form usw. oder in irgendwelchen Mischformen.

Es ist auch möglich. Teilchen herzustellen, die sich in zwei Dimensionen gleichen, die aber in der dritten Dimension abweichend voneinander ausgebildet sind.

Verschiedene therapeutische Probleme sind am erfolgreichsten durch die paranterale, insbesondere intravenöse Verabreichung fester Partikeln zu lösen. Diese kleinsten Körper müssen dafür qualitative Voraussetzungen erfüllen. Neben chemischer Verträglichkeit sind Größe und Gestalt von entscheidender Bedeutung. Die Partikeln dürfen nicht zu groß und nicht zu klein sein. Zu große Teilchen (über etwa 20 μ Durchmesser) führen zu krankhaften Störungen (Embolie), zu kleine werden unerwünscht schnell vom Organismus aus dem Kreislauf entfernt. Die Gestalt muß eine möglichst große Oberfläche ergeben, um die

Funktion der Partikeln, z. B. den Austausch chemischer Stoffe oder die katalytische Beeinflussung von chemischen Prozessen im Blut, zu begünstigen. Sehr gute Resultate können mit scheibenförmigen Partikeln gleichen Durchmessers erzielt werden. Hier zeigt sich eine Analogie zur Gestalt und Größe von roten Blutkörperchen, die einen wenig streuenden mittleren Durchmesser von 7 μ und scheibenförmige Gestalt besitzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung kleiner, gleichdimensionierter, Arzneimittel oder Enzyme enthaltender Teilchen ist dadurch gekennzeichnet, daß ein das Arzneimittel oder das Enzym enthaltendes, fadenbildendes Material durch eine Düse gepreßt und zu Fäden vorbestimmten Größe geformt oder als Ummantelungsschicht auf einen vorgeformten Kernfaden aufgebracht wird, mehrere solche Fäden zu einem Bündel zusammengefaßt und in ein Einbettungsmaterial eingebettet werden, das Einbettungsmaterial verfestigt und zusammen mit den eingebetteten Fäden in Scheiben vorbestimmter Dicke geschnitten und das Einbettungsmaterial von den gewonnen Teilchen abgetrennt wird.

Die 3. Dimension der Teilchen kann leicht durch Variation der Dicke der abgeschnittenen Scheiben geändert werden.

Die Fäden können vor der Einbettung verdrallt werden.

Nach einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann so gearbeitet werden, daß die in extrudierbare Form gebrachte Teilchenmasse aus feinen, 2 Dimensionen der Teilchen entsprechende öffnungen herausgedrückt wird und die so erhaltenen Fäden vor der Einbettung verfestigt werden.

Hierbei kann vorteilhafterweise die Teilchenmasse in einem Lösungsmittel gelöst sein und der Faden in an sich bekannter Weise durch Verdampfen des Lösungsmittels oder durch Fällen mit einem Fällungsmittel geformt werden.

Man kann auch die erhaltenen Fäden für den Schnittvorgang in Wasser einfrieren oder aber diese Fäden z. B. in ein Bettungsmaterial wie Paraffin einbetten.

Um die Fadenteilchen vom Bettungsmaterial zu trennen, kann man beispielsweise letzteres ausschmelzen oder auch mittels eines Lösungsmittels herauslösen.

Man kann in Ausgestaltung der Erfindung auch — beispielsweise dann, wenn sich das Partikelmaterial nicht zu Fäden formen läßt — einen dünnen Kernfaden als Träger des Partikelmaterials benutzen, wobei z. B. das Partikelmaterial durch Eintauchen des Fadens in dieses Material oder durch andere Verfahren mit einer entsprechend dicken Schicht bedeckt wird.

Die Dicke dieser Schicht kann durch Wahl des z. B. für das Partikelmaterial verwendeten Lösungsmittels variiert werden, indem durch Menge und Wahl des Lösungsmittels z. B. verschiedene Gehalte oder Viskositäten der gelösten Ummantelungsschicht eingestellt werden. Nach Abdunsten des Lösungsmittels entstehen Ummantelungsschichten gewünschter Dicke.

Die gewünschte Dicke der Ummantelung kann in besonders einfacher Weise auch durch mehrfache Beschichtung erreicht werden.

Diese Beschichtung soll so vorgenommen werden, daß die Gesamtdicke des Fadens gleichmäßig ist.

Zum Einsatz der erfindungsgemäß hergestellten kleinen, gleichdimensionierten Teilchen in der Therapie für alle Applikationswege werden der Teilchenmasse Enzyme oder Arzneimittel zugesetzt, wobei eine genau dosierte Depotwirkung erzielt werden kann. Diese Enzyme und Arzneimittel können auch dem auf die Fäden aufzubringenden Schichtmaterial zugesetzt werden.

Es besteht auch die Möglichkeit, das als Träger für das Beschichtungsmaterial dienende Fadenmaterial aus dem Ummantelungsmaterial herauszulösen, so daß gleichmäßig dimensionierte kleine Körper mit einer inneren Bohrung und dadurch vorteilhaft vergrößerter Oberfläche entstehen.

Der Gehalt an Enzymen bzw. Arzneimitteln der einzelnen Beschichtungen kann ein verschiedener sein, bzw. die einzelnen Beschichtungen können verschiedene Enzyme bzw. Arzneimittel enthalten.

Der erfindungsgemäß in der Therapie zu verwendende Faden soll möglichst homogen sein und besteht aus dem Fadenmaterial selbst und dem Enzym bzw. einem Arzneimittel. Er soll folgende Eigenschaften haben: Verspinnbarkeit bis zu einem Durchmesser von 5 bis 10 μ. Er darf nicht zu spröde sein und muß sich gut schneiden lassen. Fernerhin muß er beim Einsatz für Enzyme semipermeable Eigenschaften besitzen oder sich für den Fall, daß Arzneimittel die Inhaltsstoffe sind, langsam auflösen bzw. hydrolysiert oder verdaut werden können. Schließlich sind Anforderungen an die Haltbarkeit zu stellen. Das Fadenmaterial muß ausreichend lagerungsfähig sein und dabei seine obengenannten Eigenschaften behalten. Es muß weiterhin gegen die eingebrachten Inhaltsstoffe inert sein.

Als Beispiele für geeignetes Fadenmaterial seien genannt:

a) für Einarbeitung von Enzymen: Polyamide, Pplyvinylazetat, Cellulosenitrat, Celluloseazetat, Äthylcellulose, Kautschukchlorid, thiolierte Gelatine, Keratine, Kollagene, Epoxyharze, wasserunlösliche Kunststoffe mit hohem Wassergehalt (z. B. mehr als 0,5% Wasser) z. B. Polyäthylen oder -butylen sowie Gemische dieser Stoffe.

b) für Einarbeitung von Arzneimitteln: die unter a) genannten Stoffe sowie alle Cellulosearten und -derivate, Hemicellulosen, andere Gelatinederivate, Kautschuk- und Kautschukderivate, andere Kunstharze wie z. B. Polyvinylchlorid, Akrylharze, Eiweißkörper (Seiden) oder Gemische solcher Stoffe.

Sind beim Fadenmaterial Stabilisationseigenschaften nicht ausreichend vorhanden, so können diese in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung durch einen zentralen Trägerfaden (Kernfaden) erreicht werden. Hierfür müssen biologische Trägermaterialien benutzt werden, die alle oben gestellten Anforderungen an Stabilität und Verarbeitungsfähigkeit besitzen. Dieser Trägerfaden soll dünn sein, möglichst einen Durchmesser von nur 1 bis 2 μ besitzen.

Beispiele für Beschichtungsmaterial der Kernfäden: Gelatine, alle Cellulosederivate, Lipoide, Kunstharze, Eiweißkörper, insbesondere auch die oben unter a) und b) genannten Stoffe.

Beispiele für Kernfädenmaterial: anorganische Stoffe (nicht für therapeutische Zwecke) wie Steinwolle oder Glasfäden, Kunststoffe, alle Cellulosearten, Eiweißkörper, z. B. Seide, Zucker (kann durch Wasser leicht aus der Ummantelungsschicht herausgelöst werden), die bereits erwähnten Fadenmaterialien.
Es können z. B. folgende Enzyme in die erfindungsgemäß hergestellten Partikelchen eingearbeitet werden: Esterasen (z. B. Cholesterinesterase, Acetylesterase, Lipasen), Carbohydrasen (z. B. /3-Glucosidasen), Amida-

sen (ζ. B. Carboxypeptidasen), Hydrolasen (ζ. B. Thiolesterase), Anhydridphosphatasen (ζ. B. Acylphosphatase), Aminosäure-Decarboxylasen.

Die erfindungsgemäß mit solchen Enzymen versehenen Partikelchen eignen sich besonders für die Umsetzung von niedrigmolekularen Substraten.

Als Beispiele für einarbeitbare Arzneimittel seien genannt: Hormone (Nebennierenrinden Hormone, z. B. Cortison), Insulin, Hormone des Nebennierenmarkes (ζ. B. Adrenalin), Sexualhormone (z. B. östradiol), Kreislaufmittel (z. B. Sympathicolytica wie Secalealkaloide), Cytostatica (z. B. Antimetabolika wie Aminopterin). Andere Stoffe: Theophyllin, Lobelin, herzwirksame Glykoside (wie Digitoxin), Alkaloide wie z. B. Papaverin, Chemotherapeutika, Antibiotika (z. B. Penicillin usw.).

Beispiel 1

Eine Lösung aus 8% Cellulosenitrat, 50% Diäthyläther, 14% absolutem Äthylalkohol, 20% wasserfreiem Aceton, 6% Amylalkohol und 2% Äthylenglykoläthyläther, der die zur Anwendung kommenden Arzneimittel und/oder Enzyme in entsprechender Konzentration zugesetzt wurden, wird durch eine Düse von 15 μ Durchmesser gepreßt. Die getrockneten Fäden werden gebündelt (Durchmesser des Bündels etwa 1 cm) in einen Wasserblock von 3x3x3 cm eingefroren und mit einem Gefriermikrotom in Scheiben mit einer Stärke von 10 μ geschnitten. Die Scheiben werden aufgetaut und die anfallenden Partikeln im warmen Luftstrom getrocknet

Beispiel 2

Aus einer Lösung wie im Beispiel 1 werden Fäden von 1 μ Durchmesser hergestellt Diese Fäden werden bei 40⁰C durch eine 1% wäßrige Gelatinelösung gezogen und getrocknet Der Gelatinelösung können Enzyme oder Arzneimittel beigefügt sein. Die getrockneten beschichteten Fäden werden gebündelt (vgl. Beispiel 1) und nach bekanntem Verfahren in Paraffin zu Blöcken von 3 χ 3 χ 3 cm eingebettet Davon werden mit einem Mikrotom Scheiben von 1 bis 5 μ Dicke abgeschnitten. Zur Gewinnung der scheibenförmigen Partikeln wird das Paraffin durch Waschung mit Diäthyläther entfernt

45 Beispiel 3

Herstellung von Partikeln aus thiolierter Gelatine

Herstellung von Fäden: Aus thiolierter Gelatine mit einem Molgewicht von etwa 100 000 und 16 bis 20 SH-Gruppen/Mol wird eine 10%ige wäßrige Lösung hergestellt Die Herstellung der Fäden erfolgt, indem diese Lösung durch Düsen mit einem Durchmesser von 50 μ gepreßt wird. Der Faden wird unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse in eine Lösung geleitet, die 1% Kupfer-Ionen enthält. Anschließend werden die Fäden im Luftstrom getrocknet. Die trockenen Fäden werden gebündelt und nach dem üblichen Verfahren in Paraffin eingegossen. Die Blöcke werden mit einem Mikrotom in Scheiben von 2 bis 10 μ Stärke geschnitten. Anschließend wird das Paraffin durch dreimalige Waschung mit Äther entfernt. Die Partikeln haben — wie die Inspektion unter einem Mikroskop ergibt — einen gleichmäßigen Durchmesser bei übereinstimmender Dicke.

Beispiel 4
Herstellung von insulinhaltigen Partikeln

5 Teile Cellulosetriacetat und 3 Teile Wollfett werden in 93 Teilen Aceton zu Äther = 4:1 gelöst. Zu 100 ml werden 3200 E Insulin mit einer Partikelgröße unter 1 μ gegeben und gleichmäßig verteilt. Das Gemisch wird durch Düsen mit einem Durchmesser von 30 μ gepreßt. Die sich bildenden Fäden werden in einem Trockenturm mit einer Temperatur von 40⁰C geleitet. Die getrockneten Fäden werden gebündelt, in Wasser eingefroren und mit einem Gefriermikrotom in Scheiben mit einer Dicke von 5 μ geschnitten. Die im Warmluftstrom aufgetauten und erneut getrockneten Partikeln können für therapeutische Zwecke verwendet werden. Handelt es sich um Partikeln, deren Durchmesser unter 15 μ beträgt, dann können sie intravenös verabreicht werden.

Beispiel 5

Herstellung von acetylasehaltigen Partikeln aus Cellulosenitrat

1 g Glutaminsäure-Branztraubensäure-Transaminase (Trockenpulver aus Schafherz nach Krebs, Biochem. J.54.82, [1953]) wird fein gepulvert und in 60 g einer wasserfreien Cellulosenitratlösung suspendiert. Diese Lösung besteht aus 2,1% Cellulosenitrat, 52,8% Diäthyläther, 14,1% absolutem Äthylalkohol, 20,9% Aceton, 6,4%AmyIalkohoI und 3,7% Äthylenglykoläthyläther (alle Angaben in Gewichtsprozent). Die Herstellung der Fäden erfolgt, indem diese Lösung durch Düsen mit einem Durchmesser von 30 μ gepreßt wird. Die sich bildenden Fäden werden in einen Trockenturm mit einer Temperatur von 40° C geleitet. Die Herstellung der Partikeln erfolgt wie im Beispiel 4.

Beispiel 6

Herstellung von acetylasehaltigen Partikeln aus Cellulosenitrat mit Trägermaterial

Ein handelsüblicher, glatter Faden aus Cellulosenitrat (Acetatrayon) mit einem Durchmesser von 5 μ wird durch die transaminasehaltige Lösung (vgl. Beispiel 3) geführt und anschließend in einer Kammer bei 4O⁰C getrocknet. Diese Beschichtung wird so lange wiederholt, bis der Durchmesser des Fadens in getrocknetem Zustand 15 μ beträgt. Die Herstellung der Partikeln erfolgt wie im Beispiel 4.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung kleiner gleichdimensionierter, Arzneimittel oder Enzyme enthaltender Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Arzneimittel oder das Enzym enthaltendes, fadenbildendes Material durch eine Düse gepreßt und zu Fäden vorbestimmter Größe geformt oder als Ummantelungsschicht auf einen vorgeformten Kernfaden aufgebracht wird, mehrere solche Fäden zu einem Bündel zusammengefaßt und in ein Einbettungsmaterial eingebettet werden, das Einbettungsmaterial verfestigt und zusammen mit den eingebetteten Fäden in Scheiben vorbestimmter Dicke geschnitten und das Einbettungsmaterial von den gewonnenen Teilchen abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenbildende Material in einem Lösungsmittel gelöst ist und durch Verdampfen des Lösungsmittels oder durch Fällen mit einem Fällungsmittel der Faden geformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Tauchen eines Kernfadens in eine Lösung des Arzneimittel oder Enzyme enthallenden, fadenbildenden Materials ein mehrschichtiger Faden hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung des Kernfadens in mehreren Beschichtungen nacheinander erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Beschichtungen unterschiedliche Zusammensetzungen haben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernfaden nach dem Zerschneiden der Fäden aus der Ummantelungsschicht herausgelöst wird.