DE19839515B4 - New pharmaceutical preparation containing colloidal polymer-drug associations, especially for mucosal drug administration - Google Patents
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Abstract
Kolloidales Assoziat enthaltend einen Polyolester-Wirkstoff-Komplex, wobei der Polyolester abgeleitet ist von einem linearen Polyol mit mehr als sechs Hydroxylgruppen als Zentralmolekul, an das bioabbaubare Hydroxylcarbonsäureestergruppierungen angehängt sind.A colloidal associate containing a polyol ester-drug complex wherein the polyol ester is derived from a linear polyol having more than six hydroxyl groups as the central molecule to which biodegradable hydroxy carboxylic acid ester moieties are attached.
Description
Die Erfindung betrifft neuartige pharmazeutische Formulierungen, in kolloidaler Form, bestehend aus wenigstens einem biokompatiblen und bioabbaubaren Polymer in Kombination mit wenigstens einem Wirkstoff, deren wirkort-, wirkart- und wirkstoffadaptierter Herstellung, und deren Verwendung, insbesondere auch für die mucosale Wirkstoffverabreichung.The invention relates to novel pharmaceutical formulations, in colloidal form, consisting of at least one biocompatible and biodegradable polymer in combination with at least one active ingredient, their Wirkort-, Wirkart- and Wirkstoffadaptierter production, and their use, in particular for mucosal drug administration.
[Stand der Technik][State of the art]
In der modernen Pharmakotherapie werden Wirkstoffformulierungen und Wirkstoffkombinationen immer wichtiger, die den(die) Wirkstoff(e) in eine applizierbare Form bringen und dabei besonders die Wirkstoffstabilitat, dessen Bioverteilung, Bioverfugbarkeit und/oder Resorption positiv beeinflussen. Durch große Fortschritte in der Molekularbiologie, Gen- und Biotechnologie wird zunehmend eine immer größere Anzahl an pharmakologisch aktiven Wirkstoffen, wie z. B. Proteinen, Glycoproteinen, Peptiden, Oligonucleotiden sowie DNA Konstrukten und Wachstumsfaktoren, zuganglich. Allerdings ist die human- oder auch veterinärmedizinische Anwendung dieser Substanzen ohne geeignete Tragersysteme durch zahlreiche unerwunschte Nebenwirkungen erschwert bzw. sogar zum Teil nicht moglich.In modern pharmacotherapy, drug formulations and drug combinations are increasingly important, which bring the (the) drug (s) in an administrable form and thereby especially the drug stability, its biodistribution, bioavailability and / or absorption have a positive influence. Due to major advances in molecular biology, gene and biotechnology is increasingly an increasing number of pharmacologically active agents such. As proteins, glycoproteins, peptides, oligonucleotides and DNA constructs and growth factors, accessible. However, the human or veterinary use of these substances without suitable Tragersysteme by many undesirable side effects difficult or even partially not possible.
Insbesondere fur Impfstoffe, wie z. B. Tetanus- und Diphtherie-Toxoid, sowie virale Antigene, fehlen derzeit geeignete Trägersysteme, die eine einfache, billige, für den Patienten angenehmere und besonders im Hinblick auf die Erreichbarkeit von Patienten, z. B. in der 3. Welt, zuverlässige Immunisierung ermoglichen.In particular, for vaccines, such. B. tetanus and diphtheria toxoid, and viral antigens, currently lacking suitable carrier systems, a simple, cheap, more comfortable for the patient and especially with regard to the accessibility of patients, eg. In the third world, enable reliable immunization.
Literaturbeschriebene Versuche zeigen, dass mittels parenteralen biopolymeren Depot- bzw. Retardierungsformulierungen in Implantat- oder Mikropartikelform zwar eine prinzipielle Verbesserung erreichbar ist, dennoch bleiben bisher deutliche Erfolge fur diese Systeme aus, was nicht zuletzt auch auf den Mangel an geeigneten biopolymeren Tragern zuruckzuführen ist.Literature-written experiments show that by parenteral biopolymer depot or Retardierungsformulierungen in implant or microparticle form, although a fundamental improvement can be achieved, yet so far remain clear success for these systems, which is not least due to the lack of suitable biopolymer carriers.
Daher wurde vielerorts auch ein anderer, gezielterer Weg für die Verabreichung von pharmakologisch relevanten Wirkstoffen beschritten. Es ist bereits literaturbekannt, dass partikulare Systeme bei Applikation auf Schleimhauten von spezifischen Strukturen des mukosalen Immunsystems (MALT: mucosa associated lymphoid tissues) im günstigsten Falle resorbiert werden konnen. Hierbei kamen allerdings bisher nur Systeme zum Einsatz, bei denen die beobachteten Transportphanomene auf eine weitestgehend unspezifische Resorption hindeuten. Dabei deutet sich allerdings an, dass eine Partikelgroßenabhangigkeit vorliegen konnte.Therefore, in many places, another, more targeted way for the administration of pharmacologically relevant drugs was taken. It is already known from the literature that particulate systems, when applied to mucous membranes, can be resorbed in the best case by specific structures of the mucosal-associated lymphoid tissues (MALT: mucosa-associated lymphoid tissues). However, to date only systems have been used in which the observed transport phenomena indicate a largely unspecific absorption. However, it appears that a particle size dependency could be present.
Erste literaturbeschriebene Versuche, auf diesem Wege auch pharmakologisch aktive, niedermolekulare Substanzen, die mit solchen kolloidalen Systemen assoziiert sind, in den Körper zu transportieren, zeigten bereits vielversprechende Ergebnisse.The first literature-based attempts to transport pharmacologically active, low-molecular substances associated with such colloidal systems into the body in this way have already shown promising results.
Hingegen sind makromolekulare, meist hydrophile Wirkstoffe bislang diesen Invasionsverfahren nicht zugänglich, was insbesondere auf den Mangel geeigneter Tragerpolymere sowie auf die bisher bekannten, zu ”aggressiven” Partikelherstellungstechnologien zuruckzufuhren ist.On the other hand, macromolecular, mostly hydrophilic active substances have not hitherto been accessible to this invasive process, which is due, in particular, to the lack of suitable carrier polymers and to the hitherto known, too "aggressive" particle production technologies.
Probleme bei der Assoziation der meist hydrophilen, makromolekularen, pharmakologisch aktiven Wirkstoffe mit polymeren oder partikularen Systemen liegen also zum einen in ihrer oft zu geringen Stabilität gegenüber den üblichen Herstellungsweisen, z. B. zu aggressive Polymerisationsverfahren oder Dispergierverfahren, wie Hochdruckhomogenisation oder Ultraschalldispergierung, bzw. den bei diesen Verfahren herrschenden Bedingungen (Temperaturerhohung, Kontakt mit lipophilen Losungsmitteln, etc).Problems in the association of mostly hydrophilic, macromolecular, pharmacologically active agents with polymeric or particulate systems are thus on the one hand in their often too low stability compared to the usual methods of preparation, for. As to aggressive polymerization or dispersion, such as high-pressure homogenization or ultrasonic dispersion, or the conditions prevailing in these processes (temperature increase, contact with lipophilic solvents, etc).
Weitere Probleme liegen aber auch insbesondere bei bisher nicht ausreichenden Kompatibilitat und Interaktion zwischen Träger(-polymer) und Wirkstoff. Biokompatible Polymere wurden zwar bereits für die Verwendung in Retardierungsformulierungen (Depotsysteme) vorgeschlagen, Ansprüche bzw. Ausfuhrungsbeispiele im Sinne der vorliegenden Erfindung fehlen aber bisher. Besonders die bewusste Adaption aller Komponenten, also insbesondere Tragerpolymer(e), Wirkstoff(e), Applikationsart(en) und -ort(e), etc., an die besonderen Bedurfnisse derartiger Anwendungen wurde bisher nicht gezielt angestrebt.However, other problems are also particularly in the case of hitherto insufficient compatibility and interaction between carrier (polymer) and active ingredient. Although biocompatible polymers have already been proposed for use in retardation formulations (depot systems), claims or exemplary embodiments in the sense of the present invention are still lacking. In particular, the deliberate adaptation of all components, ie in particular carrier polymer (s), active substance (s), method of application (s) and site (s), etc., to the particular requirements of such applications has hitherto not been targeted.
[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, pharmazeutische Formulierungen vorzusehen, die aus wenigstens einem biokompatiblen und bioabbaubaren Polymer (Komponente 1) und wenigstens einem Wirkstoff (Komponente 2) bestehen und als kolloidales Systemen (d. h. also partikular im Mikron- und Submikron-Größenbereich) vorliegen, die sich gegenüber bekannten Tragersystemen auszeichnet durch
- 1. die Fahigkeit, die meist makromolekularen, hydrophilen Wirkstoffe in biologisch aktiver Form unbeschadet zu assoziieren.
- 2. die Fahigkeit, die unter 1. genannten Assoziate, wenn erforderlich, steuerbar zum therapeutisch sinnvollen Zielort zu führen.
- 3. die
Fahigkeit gemaß 1. und 2., dass dieser Zielort der mucosale Zielort ist. - 4. eine geringere Zahl notwendiger Verfahrensschritte während der Herstellung.
- 5. Biokompatibilitat und Bioabbaubarkeit des Trägerpolymers.
- 6. eine geringere toxische Wirkung auf das umgebende Gewebe.
- 7. eine ausreichend lange Verweilzeit, gemäß 3. auf mukosalen Oberflachen.
- 8. eine Wirkstoffanreicherung, gemäß 3. auf mukosalen Oberflachen.
- 9. eine eventuell erforderliche ausreichende zelluläre Aufnahme.
- 10. gemäß 3., die Fahigkeit zur Induktion einer Immunantwort, wenn der relevante Wirkstoff ein Antigen zur Immunisierung ist.
- 11. gemäß 10., die Fahigkeit zur Induktion einer Immunantwort, wenn der relevante Wirkstoff ein DNA Konstrukt ist.
- 1. the ability to safely associate the most macromolecular, hydrophilic agents in biologically active form.
- 2. the ability to lead, if necessary, controllably to the therapeutically meaningful destination, the associates mentioned under 1. above.
- 3. the ability according to 1. and 2. that this destination is the mucosal target.
- 4. a smaller number of necessary process steps during manufacture.
- 5. Biocompatibility and biodegradability of the carrier polymer.
- 6. a lower toxic effect on the surrounding tissue.
- 7. a sufficiently long residence time, according to 3. on mucosal surfaces.
- 8. an active agent enrichment, according to 3. on mucosal surfaces.
- 9. a possibly required sufficient cellular uptake.
- 10. according to 3., the ability to induce an immune response if the relevant drug is an antigen for immunization.
- 11. according to 10, the ability to induce an immune response if the relevant drug is a DNA construct.
Daher ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, schonende Verfahren zur Herstellung derartiger pharmazeutischer Zubereitungen vorzusehen, die den Anforderungen von einem oder mehreren der Teilaspekte 1. bis 11. entsprechen, und fur deren Herstellung wenigstens ein Tragerpolymer (Komponente 1) sowie wenigstens ein relevanter biologisch aktiver Wirkstoff (Komponente 2), der allein oder in physikalisch oder chemischer Form assoziiert vorliegen kann, zum kolloidalen Trägersystem vereint werden sollen.Therefore, it is a further object of the present invention to provide gentle processes for the preparation of such pharmaceutical compositions which meet the requirements of one or more of the
Dazu ist es als weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung notig, geeignete Tragerpolymere zur Verfugung zu stellen, die den oben genannten Aufgaben/Aspekten entsprechen.For this purpose, it is a further object of the present invention to provide suitable carrier polymers available, which correspond to the above tasks / aspects.
[Lösung der Erfindung]Solution to the Invention
Das Auffinden geeigneter Tragerpolymere wird gemaß der vorliegenden Erfindung durch verzweigte Polyolester gelost, welche aus einem Zentralmolekul (ladungsmodifizierte und ungeladene Polyole), an das kurzkettige, bioabbaubare Hydroxycarbonsäureestergruppierungen angehangt sind, bestehen.The discovery of suitable carrier polymers according to the present invention is achieved by branched-chain polyol esters consisting of a central molecule (charge-modified and uncharged polyols) to which short-chain biodegradable hydroxycarboxylic ester groups are attached.
Es hat sich uberraschenderweise gezeigt, dass die Einstellbarkeit des amphiphilen Charakters, also der Balance von hydrophoben, hydrophilen und gegebenenfalls geladene Bestandteilen, der somit ebenfalls erfindungsgemäßen Tragerpolymere in unerwarteter Weise dazu geeignet ist, diese mit suffizienten Mengen an relevanten Wirkstoffen zu assoziieren, sowie diese Assoziate dann in kolloidaler Form z. B. zu, auf und durch Zellbarrieren zu tragen.Surprisingly, it has been found that the adjustability of the amphiphilic character, ie the balance of hydrophobic, hydrophilic and possibly charged components, of the carrier polymers likewise unexpectedly is suitable for associating them with sufficient amounts of relevant active ingredients, as well as these associates then in colloidal form, for. To, on and through cell barriers.
Zu den Eigenschaften der Polymere, die sich uberraschend als definiert einstellbar herausstellten, zahlen neben dem amphiphilen Charakter unter anderem auch deren Loslichkeit. Sie ließ sich fur das breite Spektrum von Wasserloslichkeit bis hin zur Loslichkeit in organischen Lösungsmitteln einstellen, wobei der erfindungsgemaß bevorzugte Bereich toxikologisch unbedenkliche Losungsmittel beinhaltet: von Wasser uber Alkohole (wie z. B. Ethanol) und Ester (wie z. B. Ethylacetat) bis hin zu Ketonen (wie z. B. Aceton), sowie auch deren Kombinationen.The properties of the polymers, which surprisingly turned out to be adjustable, include, among other things, their solubility in addition to the amphiphilic character. It was suitable for the wide range of water solubility to solubility in organic solvents, with the preferred range according to the invention containing toxicologically harmless solvents: of water via alcohols (such as, for example, ethanol) and esters (such as, for example, ethyl acetate) to ketones (such as acetone), as well as their combinations.
Die Löslichkeit in Wasser ließ sich daruber hinaus überraschenderweise nicht nur im Bereich von gut bis schlecht loslich einstellen, sondern es wurde eine, in Abhängigkeit der Polymergesamtzusammensetzung einstellbare untere kritische Entmischungstemperatur (LCST) aufgefunden.Surprisingly, the solubility in water was not only soluble in the range from good to poorly soluble, but a lower critical demixing temperature (LCST), which was adjustable as a function of the overall polymer composition, was found.
Erfindungsgemaße Tragersysteme bestehen aus wenigstens einem bioabbaubaren und biokompatiblen Polyolester und wenigstens einem relevanten Wirkstoff (also Komponente 1 und 2). Die Eigenschaften der Tragerpolymere (Komponente 1) konnen dabei sowohl bezuglich ihres Transportsportverhaltens in vivo als auch bezuglich ihrer Kompatibilitat zu bzw. ihrer Interaktion mit Wirkstoffen synthetisch optimiert werden. Weiterhin lassen diese Eigenschaften auch die Auswahl der zu verwendenden schonenden Herstellungstechnologie des erfindungsgemaßen Trägersystems (gemaß der zweitgenannten Aufgabenstellung) zu.
- (I) Im Falle von definiert eingestellter Löslichkeit der Polymere in Wasser, besteht die Herstellungstechnologie fur die pharmazeutischen Formulierungen nach Teilaufgabe 2 darin, dass die Herstellung des erfindungsgemaßen Tragersystems durch uberraschend gefundene spontane in-situ Ausbildung von somit ebenfalls erfindungsgemäßen kolloidalen Polymer-Wirkstoff-Komplexen erfolgt, wenn eine Lösung A mit Komponente B vereinigt wird. Dabei muss Losung A ein erfindungsgemäßes Polymer enthalten und Komponente B ist wenigstens ein relevanter Wirkstoff oder enthalt diese(n) in chemisch gebundener oder physikalisch assoziierter Form. Komponente B kann dabei a) selbst Bestandteil von Losung A oder b) eine zweite Lösung sein.
- (II) Ist, z. B. aus Kompatibilitätsgründen zum Wirkstoff, eine hohere Lipophilie der Polymere erwunscht, wird die Loslichkeit der Polymere definiert auf Loslichkeit in untoxischen organischen Losungsmitteln bzw. auch Losungsmittelgemischen, wie z. B. Estern, Ethern, Alkoholen, Ketonen eingestellt und dann erfindungsgemäß als Herstellungstechnologie eine modifizierte Solvent Deposition Methodik bevorzugt, bei dem erfindungsgemaße Trägersysteme zeitgleich (in-situ) oder in einem nachgeschalteten Schritt adsorptiv oder chemisch mit wenigstens einem relevanten Wirkstoff assoziiert werden.
- (I) In the case of defined adjusted solubility of the polymers in water, the production technology for the pharmaceutical formulations according to subtask 2 is that the preparation of the inventive carrier system by surprisingly found spontaneous in-situ formation of thus also inventive colloidal polymer-drug complexes takes place when a solution A with Component B is combined. In this case, solution A must contain a polymer according to the invention and component B is at least one relevant active substance or contains this substance (s) in chemically bound or physically associated form. Component B may be a) itself a component of solution A or b) a second solution.
- (II) Is, for. B. for compatibility reasons for the active ingredient, a higher lipophilicity of the polymers desired, the solubility of the polymers is defined to solubility in non-toxic organic solvents or solvent mixtures such. For example, esters, ethers, alcohols, ketones and then according to the invention as a production technology preferred a modified solvent deposition method, are associated with the invention carrier systems at the same time (in situ) or in a subsequent step adsorptive or chemical with at least one relevant drug.
Komponente 1: Polymere und deren HerstellungComponent 1: Polymers and their preparation
Die somit als eine Komponente des erfindungsgemäßen Tragersystems dienenden verzweigten Polyolester, bestehend aus einem Zentralmolekül (modifizierte und unmodifizierte Polyole), das durch das gezielte synthetische Anhängen kurzkettiger bioabbaubarer Hydroxycarbonsäureestergruppierungen eigenschaftsmodifiziert und eigenschaftsoptimiert ist, werden bevorzugt durch sog. Melt Grafting hergestellt.The branched polyol ester thus used as a component of the carrier system according to the invention, consisting of a central molecule (modified and unmodified polyols) which is property-modified and property-optimized by the targeted synthetic attachment of short-chain biodegradable hydroxycarboxylic ester groups, are preferably prepared by so-called melt grafting.
Erfindungsgemaß bevorzugtes Melt Grafting bezeichnet dabei die Reaktion von einer oder mehreren Hydroxycarbonsäure/n in dimerer oder Laktonform (im Folgenden auch als Monomere bezeichnet) oberhalb eines ihrer Schmelzpunkte in Gegenwart des/der Zentralmolekule unter Verwendung eines zur ringoffnenden Polymerisation geeigneten Katalysators.Melt grafting preferred according to the invention refers to the reaction of one or more hydroxycarboxylic acids in dimer or lactone form (also referred to below as monomers) above one of their melting points in the presence of the central molecule (s) using a catalyst suitable for ring-open polymerization.
Katalysatoren konnen alle zur ringoffnenden Polymerisation geeigneten Substanzen sein, bevorzugt werden aber untoxische und durch z. B. die FDA zugelassene Katalysatoren, wie Zinn und dessen Salze, Zink und dessen Salze sowie Hydride wie z. B. Calciumhydrid.Catalysts may be all suitable for ring-opening polymerization substances, but are preferably non-toxic and z. As the FDA approved catalysts such as tin and its salts, zinc and its salts, and hydrides such. B. calcium hydride.
Besonderheit dieser Reaktion zur gezielten Einstellung der Eigenschaften der erfindungsgemaßen Trägerpolymere ist dabei zum einen, dass sich die Zentralpolyole in definiertem, ausreichenden Maße bei erfindungsgemäß bevorzugtem Melt Grafting in der Schmelze der Monomere losen mussen. Dann können durch geeignete Auswahl der Synthesebedingungen (Mengenverhältnisse, Reaktionstemperatur und Reaktionszeit, Wahl des Zentralpolyols, etc.) die erforderlichen Eigenschaften des Zentralpolyols gezielt manipuliert und auf die Anforderungen des Trägersystems zugeschnitten werden.A special feature of this reaction for the specific adjustment of the properties of the carrier polymers according to the invention is, on the one hand, that the central polyols must dissolve in a defined, sufficient extent in accordance with the invention preferred melt grafting in the melt of the monomers. Then, by suitable selection of the synthesis conditions (quantitative ratios, reaction temperature and reaction time, choice of the central polyol, etc.), the required properties of the central polyol can be manipulated specifically and tailored to the requirements of the carrier system.
Zentralpolyole sind daher bevorzugt:
- a) lineare synthetische Polymere mit > 6
bis 500 Hydroxylgruppen, insbesondere Polyvinylalkohole (PVA) mit Polymerisationsgraden von > 6 bis 500 (und Verseifungsgraden von 70 bis 98%, sofern durch Hydrolyse von Poly(vinylacetat) erhalten); - b) lineare synthetische Vinylcopolymere, insbesondere des Polyvinylalkohols, mit > 6
bis 500 Hydroxylgruppen, insbesondere mit Vinylacetat, Vinylpyrrolidonen, Vinylaminen, Vinylimidazolen, Vinylpyridinen, Vinylsulfonsauren, Vinylphosphorsauren. - c) lineare, verzweigte oder cyclische, geladene oder ungeladene Polysaccharide, insbesondere Starken oder Bestandteile, Glycogene, Cellulosen oder Bestandteile, Dextrane, Tunicine, Inuline, Chitine, Alginate, Pektine, Mannane, Galactane, Xylane und andere Polyosen, Chondroitinsulfate, Heparin, Hyaluronsaure und andere Glykosaminoglykane, Mureine, Dextrine, Cyclodextrine, Chitosane, sowie insbesondere deren teilhydrophobisierte Derivate, wobei Hydrophobisierung durch Methyl- und/oder Ethyl-Etter, -Ester und/oder -Urethan-Verknüpfung erreicht ist.
- d) insbesondere oben aufgefuhrte Polyole, mit der Besonderheit, dass sie zusätzlich eine oder mehrere Carboxyl-, Sulfobutyl- oder Sulfopropyl-Gruppe(n) und/oder Butylamin-, Propylamin- oder Ethylamin-(primäres, sekundares, tertiares oder quärtares Amin, wobei entsprechende N-Substituenten insbesondere -H, -CH3 und/oder -C2H5-Gruppe(n) darstellen)-Gruppe(n) enthalten, die in Form von Ether-, -Ester- oder -Urethan-Verknupfung an das Polyol gebunden sind.
- a) linear synthetic polymers having> 6 to 500 hydroxyl groups, in particular polyvinyl alcohols (PVA) with degrees of polymerization of> 6 to 500 (and saponification degrees of 70 to 98%, if obtained by hydrolysis of poly (vinyl acetate));
- b) linear synthetic vinyl copolymers, in particular of the polyvinyl alcohol, having> 6 to 500 hydroxyl groups, in particular with vinyl acetate, vinylpyrrolidones, vinylamines, vinylimidazoles, vinylpyridines, vinylsulfonic acids, vinylphosphoric acids.
- c) linear, branched or cyclic, charged or uncharged polysaccharides, in particular starches or constituents, glycogens, celluloses or constituents, dextranes, tunicines, inulins, chitins, alginates, pectins, mannans, galactans, xylans and other polyoses, chondroitin sulfates, heparin, hyaluronic acid and other glycosaminoglycans, mureins, dextrins, cyclodextrins, chitosans, and especially their partially hydrophobized derivatives, wherein hydrophobization is achieved by methyl and / or ethyl etter, ester and / or urethane linkage.
- d) in particular polyols listed above, with the particularity that they additionally contain one or more carboxyl, sulfobutyl or sulfopropyl group (s) and / or butylamine, propylamine or ethylamine (primary, secondary, tertiary or quaternary amine, wherein corresponding N-substituents in particular -H, -CH3 and / or -C2H5 group (s) represent) group (s) which are bonded in the form of ether, ester or urethane Verknupfung to the polyol ,
Im Falle von Polyolen, die geladene und/oder protonierbare und/oder deprotonierbare Gruppen tragen, auch deren Alkalimetall- bzw. Halogen-Salze, insbesondere deren Natrium- bzw. Chloridsalze.In the case of polyols bearing charged and / or protonatable and / or deprotonatable groups, also their alkali metal or halogen salts, in particular their sodium or chloride salts.
Da zu den erfindungsgemäß bevorzugten Zentralpolyolen ebenfalls Polysaccharide gehören, muss bei deren Verwendung eine ausreichende Loslichkeit und Stabilität in der Schmelze der Monomere gewahrleistet sein. Bei nicht ladungsmodifizierten Polysacchariden wird dies z. B. durch literaturbekannte gezielte Teilacylierung erreicht.Since the preferred central polyols according to the invention also include polysaccharides, sufficient solubility and stability in the melt of the monomers must be ensured when they are used. For non-charge modified polysaccharides this z. B. achieved by literature known targeted partial acylation.
Bei ladungsmodifizierten Polysacchariden wird die zusatzlich eingefuhrte Hydrophilie, bedingt durch die ladungstragende(n) und/oder Gruppe(n), durch geeignete aliphatische lipophile Spacerkettenlange uberkompensiert. Dies wird z. B. wie bereits oben ausgeführt durch Sulfobutyl- oder Sulfopropyl-Ether-, -Ester- oder -Urethan-Gruppen und/oder Butylamin- oder Propylamin-(primäres, sekundäres, tertiäres und/oder quartares Amin, wobei entsprechende N-Substituenten bevorzugt -H, -CH3 und/oder -C2H5-Gruppe darstellen)-Etter, -Ester oder -Urethan-Gruppen erreicht. In the case of charge-modified polysaccharides, the additionally introduced hydrophilicity, owing to the charge-carrying group (s) and / or group (s), is overcompensated by suitable aliphatic lipophilic spacer chain lengths. This is z. B. as already stated above by sulfobutyl or sulfopropyl ether, ester or urethane groups and / or butylamine or propylamine (primary, secondary, tertiary and / or quaternary amine, with corresponding N-substituents preferably - H, -CH 3 and / or -C 2 H 5 group) esters, esters or urethane groups.
Nur wenn diese Loslichkeit der Zentralpolyole gewährleistet ist, konnen z. B. uber Syntheseeinwaagemengen, Wahl und Menge des Katalysator(-systems)s, Reaktionstemperatur(en) und -Zeit(en) die erfindungsgemaß erforderlichen Eigenschaften der Tragerpolymere (Komponente 1) adaquat eingestellt werden, z. B. über die Lange der Hydroxycarbonsauregruppierungen. Ein Kriterium, dass dann z. B. mit bekannten spektroskopischen Analysemethoden – wie der NMR Spektroskopie – leicht uberpruft werden kann.Only if this solubility of the central polyols is guaranteed, z. B. About Syntheseeinwaagagemengen, choice and amount of catalyst (system) s, reaction temperature (s) and time (s) the inventively required properties of the carrier polymers (component 1) are adjusted adequately, z. Over the length of the hydroxycarboxylic acid moieties. A criterion that then z. B. with known spectroscopic analysis methods - such as NMR spectroscopy - can be easily checked.
Besonderheit dieser Reaktion zur gezielten Einstellung der Eigenschaften der erfindungsgemaßen Tragerpolymere ist weiterhin, dass erst die Kombination aus geeignetem Zentralpolyol bzw. dessen Eigenschaften und der Wahl des/der Monomer(e), sowie der Reaktionsbedingungen im Hinblick auf spatere(n) Wirkstoff(e), dessen/deren Assoziation mit dem polymeren Träger sowie dessen/deren schonenden Herstellung und dessen/deren in-vivo Transportverhalten zu einem erfolgversprechenden Tragersystem führt.A special feature of this reaction for the specific adjustment of the properties of the carrier polymers according to the invention is furthermore that only the combination of suitable central polyol or its properties and the choice of the monomer (s) and the reaction conditions with respect to later active ingredient (s) whose association with the polymeric carrier and its gentle production and its in-vivo transport behavior leads to a promising carrier system.
Die zur Eigenschaftsadaption der Zentralpolyole bevorzugten Hydroxycarbonsaureestergruppierungen werden bevorzugt durch Reaktionsprodukte von Dimeren/Anhydriden/Lactonen von Hydroxycarbonsäuren (Monomere) hergestellt. Hierbei kommen alle die in Frage, deren Polymerisationsprodukte als biologisch unbedenklich gelten. Erfindungsgemaß bevorzugt werden L-Lactid, D, L-Lactid und Glycolid, da diese in-vivo leicht zu Milch- und Glycolsaure metabolisiert werden können.The Hydroxycarbonsaureestergruppierungen preferred for property adaptation of the central polyols are preferably prepared by reaction products of dimers / anhydrides / lactones of hydroxycarboxylic acids (monomers). In this case, all come into question whose polymerization products are considered biologically harmless. Preferred in accordance with the invention are L-lactide, D, L-lactide and glycolide, since these can be easily metabolized in vivo to give lactic acid and glycolic acid.
Hierbei hat sich beispielhaft überraschend herausgestellt, dass insbesondere Verhaltnisse Polyol-OH-Gruppe zu Saurebaueinheit im Bereich von 0,6:1 bis 6:1, insbesondere im Bereich von 1:1 bis 3:1 zur Bildung von wasserloslichen Tragerpolymeren fuhrt, die in den Beispielen ausgefuhrten Fallen zudem noch eine Untere Kritische Entmischungstemperatur im Wassrigen besitzen.In this case, it has surprisingly been found, by way of example, that in particular ratios of polyol-OH group to acid building unit in the range from 0.6: 1 to 6: 1, in particular in the range from 1: 1 to 3: 1 lead to the formation of water-soluble carrier polymers, which in In addition, the traps of the examples have a lower critical demixing temperature in the water.
Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass – wenn die Hydroxycarbonsäuregruppierungen am Zentralpolyol jeweils aus 1 bis 100, und insbesondere 5 bis 50 Bausteinen zusammengesetzt sind – eine Löslichkeit in z. B. Aceton resultiert.Furthermore, it has been found that - if the Hydroxycarbonsäuregruppierungen the central polyol are each composed of 1 to 100, and in particular 5 to 50 building blocks - a solubility in z. As acetone results.
In der Literatur werden zwar Polyolester auf der Basis eines Polyols mit Poly(hydroxycarbonsauren)seitenketten für biomedizinische Anwendungen vorgeschlagen. Gezielte Studien zur synthetischen Einstellung der Polymereigenschaften und im Besonderen der Einstellung der Polymereigenschaften auf die besonderen Bedurfnisse der erfindungsgemäßen Anspruche fehlen aber wollig.Although the literature proposes polyol esters based on a polyol with poly (hydroxycarboxylic acid) side chains for biomedical applications. Targeted studies on the synthetic adjustment of the polymer properties and in particular the adjustment of the polymer properties to the special requirements of the claims according to the invention are, however, woolly.
Beispielhaft diesen Literaturbefund erlauternd seien daher an dieser Stelle genannt:
Komponente 2: WirkstoffeComponent 2: Active substances
Überraschend wurde gefunden, dass alle relevanten und insbesondere hydrophilen Wirkstoffe erfindungsgemaß herangezogen werden konnen. Erfindungsgemaß bevorzugt werden daher alle Wirkstoffe, die ausgewahlt werden aus der Gruppe: aktive Peptide, Proteine, Enzyme, Enzyminhibitoren, Antigene, Cytostatika, Antiinflammatorika, Antibiotika, DNA Konstrukte und Wachstumsfaktoren.Surprisingly, it has been found that all relevant and in particular hydrophilic active ingredients can be used according to the invention. Therefore, according to the invention, all active substances which are selected from the group are preferred: active peptides, proteins, enzymes, enzyme inhibitors, antigens, cytostatics, anti-inflammatory agents, antibiotics, DNA constructs and growth factors.
Erfindungsgemäße Tragersysteme dienen aber insbesondere auch – allerdings ohne darauf eingeschrankt zu sein – gemaß Teilaspekten 3. bzw. 8. bis 11. der ersten Aufgabenstellung als kolloidale Trager fur mukosale bzw. transmukosale Verabreichung von relevanten hydrophilen Wirkstoffen, wie z. B. Proteinen, Peptiden, Oligonucleotiden und DNA Konstrukten sowie auch lipophilen Wirkstoffen, wie z. B. Corticosteroiden und steroiden Sexualhormonen.However, inventive carrier systems are also used in particular also - but without being restricted - according to
Erfindungsgemäße pharmazeutische Formulierungen zur mukosalen Applikation konnen dabei in unterschiedlicher Weise verabreicht werden, z. B. sublingual, buccal, oral, nasal, pulmonal, vaginal, okular oder gastrointestinal.Pharmaceutical formulations according to the invention for mucosal administration can be administered in different ways, eg. Sublingual, buccal, oral, nasal, pulmonary, vaginal, ocular or gastrointestinal.
Derartige Formulierungen sind fur alle pharmazeutisch relevanten, biologisch aktiven Stoffe von Interesse, wenn ein Wirkstofftransport an, in oder durch die Mukosa erwunscht ist. Besonders vorteilhaft sind sie fur Wirkstoffe, die ohne den Einsatz eines erfindungsgemaßen kolloidalen Trägersystems bei sublingualer, buccaler, oraler, nasaler, pulmonaler, vaginaler, okularer oder gastrointestinaler Verabreichung zerstört oder inaktiviert werden, bzw. fur die eine hohe lokale mukosale Konzentration erwünscht ist.Such formulations are of interest to all pharmaceutically-relevant biologically active substances when drug delivery to, into or through the mucosa is desired. They are particularly advantageous for active substances which are destroyed or inactivated without the use of a colloidal carrier system according to the invention in sublingual, buccal, oral, nasal, pulmonary, vaginal, ocular or gastrointestinal administration, or for which a high local mucosal concentration is desired.
Erfindungsgemaß fur mukosale Verabreichung bevorzugte Wirkstoffe (WS) sind demnach:
- 1) Gruppe der hydrophilen makromolekularen pharmakologisch relevanten WS: 1.1 Impfstoffe, die ausgewahlt werden der Gruppe: Lebend-Impfstoffe, Tot-Impfstoffe, Toxoid-Impfstoffe, DNA Konstrukte sowie deren adjuvierte Zubereitung und gerichtet sind gegen pathogene Keime bzw. deren pathogenen Metaboliten, von denen literaturmaßig der mukosale Penetrationsweg bekannt ist bzw. die vorwiegend auf mukosalen Oberflachen kolonisieren, wie z. B. Helicobacter pylori, typhiforme Salmonellen, Vibrio cholerae, Neisserien (N. gonorrhoee, N. meningitidis), Entamoeba histolytica, Haemophilus influenzae, Bordetella Pertussis, Hepatitis A-Viren, colon- bzw. vagina-kolonisierende Staphylokokken, Streptokokken Typ A & B, Klebstellen (K. pneumoniae, K. oxytoca, K. rhinoscleromatis), Shigellen, Yersinien, Vibrionen, Pseudomonas aeroginosa, Legionellen, Korynebakterium diphtheriae, Bacillus anthracis, Mycobakterien (M. tuberkulosis, M. leprae), Treponema palli-dum, Mycoplasma pneumoniae, Chlamydien (C. trachomatis, C. pneumoniae), Polio-Viren, Rhino-Viren, Myxoviren (Masern-V., Mumps-V., Parainfluenza-V.), Röteln-Virus, Rotaviren, Adeno-Viren, Influenzaviren, Herpes-Viren (Varizellen-Zoster-Virus, Zytomegalievirus, Herpes Simplex Viris, EBV), HAV, HEV. 1.2 Impfstoffe, die ausgewählt werden aus der Gruppe: Lebend-Impfstoffe, Tot-Impfstoffe, Toxoid-Impfstoffe, DNA Konstrukte sowie deren adjuvierte Zubereitung und gerichtet sind gegen pathogene Keime bzw. deren pathogenen Metaboliten, bei denen bekanntermaßen ein parenteraler Infektionsweg vorliegt, aber eine mukosale Applikation systemische, spezifische Immunglobulintiter hervorruft, wie z. B. Clostridium tetani, Clostridium botulinum, Yersinia pestis, Borrelia burgdorferi, Tollwut-Virus, HIV-1 & HIV-2, HBV, HCV, HDV
- 2) Gruppe der lipophilen pharmakologisch relevanten Wirkstoffe, wie z. B. Corticosteroide, steroidale Sexualhormone, Cyclosporin A, Nystatin, Amphotericin B, Clotrimazol, Econazol, Miconazol, Fluconazol, Itraconazol, Bifonazol, sowie Antibiotika
- 1) Group of hydrophilic macromolecular pharmacologically relevant WS: 1.1 vaccines selected from the group: live vaccines, dead vaccines, toxoid vaccines, DNA constructs and their adjuvated preparation and are directed against pathogenic germs or their pathogenic metabolites, from which literaturmaßig the mucosal penetration path is known or colonize mainly on mucosal surfaces, such. B. Helicobacter pylori, typhiform Salmonella, Vibrio cholerae, Neisseria (N. gonorrhoee, N. meningitidis), Entamoeba histolytica, Haemophilus influenzae, Bordetella pertussis, hepatitis A viruses, colon or vagina-colonizing staphylococci, streptococci type A & B , Adhesive sites (K. pneumoniae, K. oxytoca, K. rhinoscleromatis), Shigella, Yersinia, Vibrios, Pseudomonas aeroginosa, Legionella, Korynebacterium diphtheriae, Bacillus anthracis, Mycobacteria (M. tuberculosis, M. leprae), Treponema pallidum, Mycoplasma pneumoniae, chlamydia (C. trachomatis, C. pneumoniae), polio viruses, rhino viruses, myxoviruses (measles v., mumps v., parainfluenza v.), rubella virus, rotaviruses, adenoviruses, influenza viruses , Herpes viruses (Varicella Zoster Virus, Cytomegalovirus, Herpes Simplex Viris, EBV), HAV, HEV. 1.2 Vaccines selected from the group consisting of live vaccines, dead vaccines, toxoid vaccines, DNA constructs and their adjuvated preparation, and directed against pathogenic microorganisms or their pathogenic metabolites known to have a parenteral route of infection, but one mucosal application systemic, specific immunoglobulin causes such. Clostridium tetani, Clostridium botulinum, Yersinia pestis, Borrelia burgdorferi, rabies virus, HIV-1 & HIV-2, HBV, HCV, HDV
- 2) group of lipophilic pharmacologically relevant agents such. Corticosteroids, steroidal sex hormones, cyclosporin A, nystatin, amphotericin B, clotrimazole, econazole, miconazole, fluconazole, itraconazole, bifonazole, as well as antibiotics
Herstellung der kolloidalen AssoziatePreparation of colloidal associates
[I] Polymer-Wirkstoff-Komplexe (Lösung Aufgabe 2 – Methode 1)[I] Polymer-active substance complexes (Solution Problem 2 - Method 1)
Die Erfindung betrifft pharmazeutische Formulierungen, die in Form von Polymer-Wirkstoff-Komplexen in kolloidaler Form aus mindestens einem Polymer und mindestens einem Wirkstoff bestehen. Der Wirkstoff kann dabei selbst ein Partner in dem Komplex sein oder an einem Partner des Komplexes gebunden sein. Dabei wurde uberraschend gefunden, dass erfindungsgemaße Polymere mit relevanten Wirkstoffen spontan selbstassemblierende Assoziate, hier auch Komplexe genannt, ausbilden und dass deren Eigenschaften über einfache Parametervariationen manipuliert und optimiert werden konnten.The invention relates to pharmaceutical formulations consisting in the form of polymer-active substance complexes in colloidal form of at least one polymer and at least one active ingredient. The active ingredient may itself be a partner in the complex or bound to a partner of the complex. It was surprisingly found that inventive polymers with relevant active ingredients spontaneously self-assembling associates, also called complexes here, and that their properties could be manipulated and optimized via simple parameter variations.
Es ist bereits literaturbekannt, dass geladene Makromoleküle mit Ionen entgegengesetzter Ladung ionische Verbindungen bilden, die oft, abhangig von der Ladungsverteilung, dem Molekulargewicht und der Hydrophobizitat des Endprodukts, aus wassrigen Losungen ausfallen. Dabei werden niedermolekulare Ionen gleicher Ladung durch die höhermolekulare Verbindung verdrängt, Phänomene, die unter dem Oberbegriff ”Polyelektrolyteffekt” zusammengefasst werden. Stand der Technik sind unter anderem die Ausbildung von Gelen (Zusammengeben von Alginatlosungen und Ca2+) oder auch Proteinfällungen. Derartige Polyelektrolytkomplexe können prinzipiell entweder aus einer makromolekularen, mehrfach geladenen Komponente einer Polaritat und vielen niedermolekularen Ionen der anderen Polaritat, oder aber aus zwei makromolekularen, jeweils mehrfach geladenen Partnern verschiedener Polaritat bestehen. Hohlkapseln, die aus solchen Polyelektrolytkomplexen hergestellt werden, sind beispielsweise beschrieben in
Uberraschend wurde nun aber gefunden, dass auch die erfindungsgemaßen bioabbaubaren, somit toxikologisch wollig unbedenklichen Polymere, selbst ohne eindeutige Polyelektrolyteigenschaften Komplexe mit pharmakologisch relevanten Wirkstoffen spontan, aufgrund hydrophiler-hydrophober Wechselwirkung, ausbilden. Des Weiteren uberraschend ist die einfach Steuerbarkeit dieser Wechselwirkung durch gezielte Trägermpolymermanipulation von hydrophiler-hydrophober Wechselwirkung bis hin zu interionischer Wechselwirkung. Somit zeigen diese Polymere in besonderem Masse ebenfalls als Trägersubstanzen Eigenschaften, die nicht nur dem Anforderungsprofil biokompatibler und bioabbaubarer Polymersysteme entsprechen, sondern die auch durch geringfügige Variation in der Herstellung den besonderen Anforderungen eines Therapeutikums, insbesondere auch zur mucosalen Wirkstoffverabreichung leicht angepasst werden konnen.Surprisingly, it has now been found that even the inventive biodegradable, thus toxicologically woolly harmless polymers, even without clear Polyelektrolyteigenschaften complexes with pharmacologically relevant drugs spontaneously, due to hydrophilic-hydrophobic interaction form. Furthermore, the easy controllability of this interaction by targeted carrier polymer manipulation of hydrophilic-hydrophobic interaction up to interionic interaction is also surprising. Thus, these polymers also show in particular to a large extent as vehicles substances properties that not only meet the requirements profile of biocompatible and biodegradable polymer systems, but also by slight variation in the production of the special requirements of a therapeutic, especially for mucosal drug administration can be easily adjusted.
Uberraschenderweise wurden selbst für die unmodifizierten, somit keine eindeutigen Polyelektrolyteigenschaften besitzenden, erfindungsgemäßen Kolloide hohe Wirkstoffassoziation (Beladungen) gefunden, die eigentlich nicht zu erwarten gewesen waren, des Weiteren ließ sich der Beladungsgrad durch gezielte Auswahl des Trägerpolymers (Komponente 1) manipulieren und optimieren.Surprisingly, even for the unmodified, thus no clear Polyelektrolyteigenschaften possessing, colloids according to the invention high drug association (loadings) found that were not expected, furthermore, the degree of loading could be manipulated and optimized by targeted selection of the carrier polymer (component 1).
Es war ferner uberraschend, dass sich bei der Herstellung solcher Komplexe feine Partikel mit steuerbarer Große von nm- bis hin zum μm-Bereich bildeten und nicht – wie eigentlich zu erwarten war – nur eine verklumpte Masse.It was also surprising that in the preparation of such complexes fine particles with controllable sizes from nm to the micron range formed and not - as was to be expected - only a clumped mass.
Dabei sind Partikelgroßen, bewusst im Bereich von unter 100 nm bis zu einigen μm gehalten, und Teilchengroßen/-verteilung leicht einstellbar, beispielsweise uber die Wahl des/der Tragerpolymere, der eingesetzten Konzentrationen, Salzkonzentrationen, Ionenstarken, pH-Werte, Temperaturen, etc. Die erforderlichen Parameter konnen dabei in entsprechenden Vorversuchen leicht ermittelt und an die gewünschte Anfordernisse eines Therapeutikums, insbesondere auch zur mucosalen Wirkstoffverabreichung angepasst werden.In this case, particle sizes, deliberately kept in the range of below 100 nm to a few microns, and particle size / distribution easily adjustable, for example on the choice of / the carrier polymers, the concentrations used, salt concentrations, ionic strength, pH, temperatures, etc. The required parameters can easily be determined in appropriate preliminary experiments and adapted to the desired requirements of a therapeutic agent, in particular also for mucosal administration of active ingredient.
Weiterhin war uberraschend, dass mit Hilfe derartiger komplexartiger Assoziate hohe lokale Wirkstoffkonzentrationen auf relevanten Zellgeweben erzeugt werden können.Furthermore, it was surprising that with the help of such complex-like associates high local drug concentrations can be generated on relevant cell tissues.
Erfindungsgemäß lassen sich derartige selbstassemblierenden kolloidalen Systeme besonders gut durch erfindungsgemäße Polymer-Wirkstoff-Komplexe herstellen. Uber äußere Einflusse, wie Losungsgleichgewichte, Ladungswechselwirkungen, pH-Anderungen, etc. kann weiterhin, sofern aus therapeutischer Sicht erforderlich, in vivo ein langsames Dekomplexieren, also Wirkstofffreigabe erreicht werden. Diese Freigabebedingungen konnen ebenfalls wie die Konsistenzeigenschaften uber die Komplexzusammensetzung gesteuert werden.According to the invention, such self-assembling colloidal systems can be prepared particularly well by polymer-active substance complexes according to the invention. External influences, such as solution equilibria, charge interactions, pH changes, etc. can furthermore, provided that, from a therapeutic point of view, a slow decomplexation, ie drug release, be achieved in vivo. These release conditions can also be controlled as the consistency properties over the complex composition.
Die Vorteile derartiger sich spontan aus wässrigen Lösungen ausbildenden Systemen liegen auf der Hand, u. a. sind keine besonderen Herstellungstechnologien nötig, es sind nicht zwingend, die Eigenschaften des Therapeutikums mindernden Hilfsstoffe, wie z. B. organische Losungsmittel, Emulgatoren etc. notwendig, wodurch erfindungsgemaß ein schneller, reproduzierbarer und kostengunstiger Weg gefunden wurde, effiziente Therapeutika zu erhalten, insbesondere auch im Hinblick auf mucosale Wirkstoffverabreichung.The advantages of such spontaneously forming aqueous solutions systems are obvious, u. a. No special manufacturing technologies are necessary, it is not mandatory, the properties of the therapeutic agent-reducing auxiliaries, such. As organic solvents, emulsifiers, etc. necessary, which inventively a faster, reproducible and cost-effective way was found to obtain efficient therapeutics, especially with regard to mucosal drug administration.
[II] Herstellung und Beladung erfindungsgemäßer kolloidaler Trägersysteme mittels modifizierter Solvent-Deposition (Losung Aufgabe 2 – Methode 2, fur lipophilere Polymere) [II] Preparation and Loading of Colloidal Carrier Systems According to the Invention by Modified Solvent Deposition (Solution Problem 2 - Method 2, for More Lipophilic Polymers)
Da, wie bereits ausgefuhrt, die meisten Herstellungstechniken besonders fur sensitive Wirkstoffe ungeeignet sind, wird zur Herstellung des erfindungsgemaßen Tragersystems weiterhin eine adaptierte und optimierte sogenannte Solvent-Deposition-Methodik bevorzugt, mit der erfindungsgemaße Kolloide leicht und reproduzierbar hergestellt werden konnen, sofern die Verwendung eines lipophileren, somit nicht mehr wasserlöslichen Trägerpolymers erwünscht bzw. erforderlich ist.Since, as already stated, most production techniques are particularly unsuitable for sensitive active substances, an adapted and optimized so-called solvent deposition method is further preferred for producing the inventive carrier system, can be prepared easily and reproducibly with the inventive colloids, provided the use of a more lipophilic, thus no longer water-soluble carrier polymer is desired or required.
Diese Herstellungsmethodik, die sich von der 1986 von Fessi eingeführten Nanopartikel-Herstellungsmethode [
Dabei wurden auch hier Partikelgroßen erfindungsgemaß bewusst auf einen Bereich von unter 100 nm bis zu einigen μm eingestellt. Auch die Breite der Teilchengrößenverteilung ist leicht einstellbar, beispielsweise uber die Konzentration der eingesetzten Polymerlosung, die Zugabegeschwindigkeit, Emulgatoranteil und durch geeignete Auswahl eines in definierten Anteilen zugesetzten Kosolvenz. Auch diese Parameter konnen in entsprechenden Screenings leicht ermittelt und an die gewunschte Anfordernisse angepasst werden, insbesondere konnten sie dadurch für die erfindungsgemäße mucosale Wirkstoffverabreichung optimiert werden.Particle sizes according to the invention were deliberately adjusted to a range from below 100 nm to a few μm. The width of the particle size distribution is easily adjustable, for example, on the concentration of the polymer solution used, the rate of addition, emulsifier and by appropriate selection of a cosolvent added in defined proportions. These parameters can also be easily determined in appropriate screenings and adapted to the desired requirements, in particular they could thereby be optimized for the mucosal administration of the active compound according to the invention.
Dabei wurde gefunden, dass sich der Großenbereich von unter 500 nm Durchmesser erfindungsgemaß besonders gut zur Mukosalapplikation eignet, sich eine erhohte Wirkstoffkonzentration auf relevanten Zellen einstellte, sowie in vivo eine entsprechende Immunantwort erzielen ließ.It was found that the large range of less than 500 nm in diameter according to the invention is particularly well suited for mucosal application, an increased drug concentration on relevant cells, as well as a corresponding immune response could be achieved in vivo.
Mit erfindungsgemäßen Polyolestern lassen sich derartige kolloidale Tragersysteme besonders gut herstellen. Aufgrund der gezielt manipulierten Eigenschaften der Trägerpolymere wurde weiterhin überraschenderweise gefunden, dass auf den Einsatz von zusatzlichen Emulgatoren zur Stabilisierung wollig oder weitestgehend verzichtet werden konnte, was nicht nur die gleichzeitige Erhaltung der gezielt eingestellten Oberflacheneigenschaften des erfindungsgemäßen Tragersystems ermoglichte, sondern auch die Zahl der einzusetzenden Komponenten/Verfahrenschritte reduziert und somit die Herstellung vereinfacht und verbilligt.With polyol esters according to the invention, such colloidal carrier systems can be prepared particularly well. Due to the specifically manipulated properties of the carrier polymers, it was also surprisingly found that the use of additional emulsifiers for stabilization could be omitted woolly or as far as possible, which enabled not only the simultaneous maintenance of the specifically set surface properties of the carrier system according to the invention, but also the number of components to be used / Reduced procedural steps and thus simplifies the production and cheaper.
Die Assoziation dieses Systems mit Wirkstoff(en) kann auf wenigstens fünf Arten erfolgen:
- 1. durch Adsorption des Wirkstoffs aus einer Lösung, mit der die bereits hergestellten Polymer-Kolloide nach Losungsmittelentzug in Kontakt kommen;
- 2. durch in-situ-Adsorption des Wirkstoffs aus einer Losung, mit der die gerade hergestellten Polymer-Kolloide vor Losungsmittelentzug in Kontakt kommen;
- 3. durch in-situ-Einschluss des Wirkstoffs in die Polymermatrix wahrend der Partikelbildung und anschließendem Losungsmittelentzug;
- 4. durch kovalente Bindung, wobei der Wirkstoff chemisch an mindestens eine funktionelle Gruppierung des eingesetzten Polymers gebunden ist;
- 5. durch kovalente Bindung an die Partikeloberfläche, wobei der Wirkstoff chemisch an mindestens eine funktionelle Gruppierung der Partikel gebunden ist.
- 1. by adsorption of the active ingredient from a solution with which the already prepared polymer colloids come into contact after solvent removal;
- 2. by in situ adsorption of the active ingredient from a solution with which the polymer colloids just prepared come into contact with solvent deprivation;
- 3. by in situ inclusion of the active ingredient in the polymer matrix during particle formation and subsequent solvent deprivation;
- 4. By covalent bonding, wherein the active ingredient is chemically bonded to at least one functional grouping of the polymer used;
- 5. by covalent bonding to the particle surface, wherein the active ingredient is chemically bound to at least one functional grouping of the particles.
Wegen der einerseits weit variablen, andererseits sehr spezifisch einstellbaren Eigenschaften zeigen erfindungsgemaße Polymerkolloid-Wirkstoff-Formulierungen Eigenschaftsprofile, die sie insbesondere auch für eine mukosale Applikation pradestinieren.Because of the one hand far variable, on the other hand, very specific adjustable properties show inventive polymer colloid-active ingredient formulations property profiles that they pradestinate especially for a mucosal application.
Dabei ist zusammengefasst fur beide Kolloidherstellungsweisen [(I) und (II)] eine Besonderheit der Erfindung, dass das jeweilige biokompatible und bioabbaubare Tragerpolymer (1) bewusst aus verstoffwechselbaren und somit untoxischen Bausteinen hergestellt ist und gezielt (2) an die jeweils besonderen Erfordernisse des/der Wirkstoffmolekule, (3) an den angestrebten Wirk- bzw. Resorptionsort sowie Wirkmechanismus und (4) an die Einsatzmöglichkeit eines schonenden Partikelherstellungsverfahren angepasst werden konnte.It is summarized for both Kolloidherstellungsweisen [(I) and (II)] a special feature of the invention that the respective biocompatible and biodegradable carrier polymer (1) is deliberately made of metabolizable and thus non-toxic building blocks and targeted (2) to the particular requirements of the / the drug molecules, (3) could be adapted to the desired site of action or absorption as well as mechanism of action and (4) to the possible use of a gentle particle production process.
ad (1) ad (1)
Zur Synthese des Tragerpolymers (Komponente 1) kommen wenigstens eine biokompatible Komponente (Polyole) sowie daran geknüpfte Polyesterfragmente, die durch einfache Hydrolyse im Körper zu im Citratzyklus verstoffwechselbaren Bruchstücken zerfallen, zum Einsatz.For the synthesis of the carrier polymer (component 1), at least one biocompatible component (polyols) as well as polyester fragments linked thereto, which decompose by simple hydrolysis in the body to form fragments that can be metabolized in the citric acid cycle, are used.
ad (2) und (3)ad (2) and (3)
Durch geeignete und gezielte Auswahl bzw. Modifikation der Polyole (z. B. Typ, Molekulargewicht, Zahl an veresterbaren Hydroxylgruppen, Zahl und Art der ladungstragenden Gruppen, Abstand der ladungstragenden Gruppen vom Polyolgrundgerust, etc.) werden die dadurch vorgegebenen Eigenschaften des Polyols systematisch durch gezielte Anknupfung von Polyesterbausteinen an die Erfordernisse des erfindungsgemäßen kolloidalen Systems angepasst. Genannt seien dabei exemplarisch: Löslichkeit, Molekulargewicht, Struktur, Ladungsdichte, Partikeloberflachenladung etc.By suitably and selectively selecting or modifying the polyols (eg type, molecular weight, number of esterifiable hydroxyl groups, number and type of charge-carrying groups, distance of the charge-carrying groups from the polyol base skeleton, etc.), the properties of the polyol predetermined thereby are systematically enforced targeted attachment of polyester building blocks adapted to the requirements of the colloidal system of the invention. Examples include solubility, molecular weight, structure, charge density, particle surface charge, etc.
Ist zur gewunschten Wirkstoff-Tragerpolymer-Interaktion (wie z. B. Wirkstoffstabilisierung, Beladungsgrad, etc.) eine hydrophile-hydrophobe Wechselwirkung erwunscht, wird dies durch die gezielte synthetische Einstellung der Polymer-Amphiphilie erreicht, ist eine interionische Wechselwirkung erwunscht, wird dies durch die Auswahl und/oder Modifizierung eines entsprechenden Elektrolyt-Polyols erreicht.If a desired hydrophilic-hydrophobic interaction is desired for the desired active substance-carrier polymer interaction (such as, for example, active substance stabilization, degree of loading, etc.), this is achieved by the targeted synthetic adjustment of the polymer amphiphilia. If an interionic interaction is desired, this is achieved the selection and / or modification of a corresponding electrolyte polyol achieved.
ad (4)ad (4)
- [II] Wenn ein stabiler partikularer Trager bei lipophileren Wirkstoffen wahrend der Herstellung bzw. bei hydrophileren Wirkstoffen nach der Herstellung des erfindungsgemaßen Tragersystems mit Wirkstoffen assoziiert bzw. verknupft werden soll, wird die Loslichkeit des Tragerpolymers bewusst so eingestellt, dass ein modifiziertes und optimiertes schonendes sog. Solvent-Deposition-Verfahren zur Partikelerzeugung zum Einsatz kommen kann.[II] If a stable particulate carrier is to be associated or combined with active ingredients in the case of more lipophilic active ingredients during production or more hydrophilic active ingredients after the preparation of the carrier system according to the invention, the solubility of the carrier polymer is deliberately adjusted so that a modified and optimized gentle so-called Solvent deposition method can be used for particle generation.
- [I] Wenn auf diesen technologischen Herstellungsschritt verzichtet werden kann bzw. werden soll, wird das Trägerpolymer bewusst wasserloslich hergestellt, so dass sich bei Vereinigung von Wirkstoff und Tragerpolymer spontan definierte kolloidale Polymer-Wirkstoff-Komplexe in wassriger Losung ausbilden und deren Eigenschaften, wie z. B. Große, Beladungsgrad etc. ebenfalls gezielt eingestellt werden konnen.[I] If this technological production step can or should be dispensed with, the carrier polymer is deliberately made water-soluble, so that upon combination of active ingredient and carrier polymer spontaneously defined colloidal polymer-active substance complexes form in aqueous solution and their properties, such , B. Large, loading level, etc. can also be set specifically.
Mit Hilfe dieser erfindungsgemaßen neuen kolloidalen, bioabbaubaren polymeren Trägersysteme, die nur durch Kombination aller oben genannter Punkte ihre besondere Wirksamkeit erreichen, sind einerseits wollig neue therapeutische Anwendungsgebiete moglich, andererseits können auch herkommliche Therapiekonzepte optimiert werden, wie z. B. durch die Erhohung der therapeutischen Breite und Effizienz eines Wirkstoffes.With the help of these inventive novel colloidal, biodegradable polymeric carrier systems, which achieve their special effectiveness only by combining all the above-mentioned points, on the one hand wollig new therapeutic applications are possible, on the other hand, conventional therapy concepts can be optimized, such. B. by increasing the therapeutic range and efficiency of an active ingredient.
Weitere Vorteile, die sich durch die Erfindung ergeben, sind die fur den Patienten angenehmere Art der Applikation, da nicht zwingend parenteral, also uber eine Infektion, appliziert werden muss, und die damit verbundene erhohte „Patienten”-Compliance. Hierdurch kann, gegenuber bisherigen Impfverfahren, eine Schutzimpfung z. B. durch Einnahme einer Tablette oder Losung, ahnlich der Poliomyelitis-Impfung (Kinderlähmung), erfolgen. Der hieraus resultierende niedrigere Durchseuchungsgrad in der Bevölkerung hat einen nicht unerheblichen volkswirtschaftlichen Nutzen, der sich gleichfalls durch die Anwendung erfindungsgemaßer Systeme in der Veterinarmedizin ergibt.Further advantages which result from the invention are the more convenient way of administering the patient, since it is not absolutely necessary to administer parenterally, ie via an infection, and the associated increased "patient" compliance. This can, compared to previous vaccination, a vaccination z. B. by taking a tablet or solution, similar to the poliomyelitis vaccine (polio) done. The resulting lower degree of contamination in the population has a not insignificant economic benefit, which also results from the application of inventive systems in veterinary medicine.
BeispieleExamples
Die Erfindung ist im Folgenden, aber ohne darauf beschränkt zu sein, anhand von einigen ausgewahlten Beispielen naher erläutert.The invention is explained in more detail below, but without being limited by a few selected examples.
Polymersynthesepolymer synthesis
Zentralpolyol-ModifizierungZentralpolyol modification
Die beispielhafte Modifizierung eines ungeladenen Zentralpolymers, hier Poly(vinylalkohol), erfolgte vergleichbar zu [F. Dolle, J. Le Moigne and P. Gramain, Eur. Polym. J. 6 (1970) 1227–1232; P. Gramain and J. Le Moigne, Eur. Polym. J. 8 (1972) 703–709] uber Veretherung dessen aktivierter Hydroxylgruppen mit Butansulfon bzw. mit Diethyaminoethylchlorid. Tabelle 1
Melt Grafting zur Herstellung der Tragerpolymere (Komponente 1) durch Anhangen von Hydroxycarbonsauregruppierungen an die ZentralpolyoleMelt grafting to produce the carrier polymers (component 1) by attaching hydroxycarboxylic acid groups to the central polyols
Beispielhaft für die Lactone der Milch- und Glycolsaure: D,L-Lactid (dimeres Anhydrid der Milchsauren) und Glycolid (dimeres Anhydrid der Glycolsäure) werden in definierten molaren Mengen, z. B. 1:1, in Gegenwart definierter Mengen des Zentralpolyols, z. B. 1 Gew.-% PVA, bei z. B. 130°C fur z. B. drei Stunden unter inerten, wasserfreien Bedingungen mit definierten molaren Mengen Katalysator (z. B. 0,2 mmol Zinnoctoat) umgesetzt. Anschließend wird das Reaktionsprodukt in einem geeigneten Lösungsmittel aufgenommen und in einem 10:1 Uberschuss eines damit mischbaren Polymernichtlösungsmittels zur Aufreinigung ausgefällt und bis zur Gewichtskonstanz im Vakuum getrocknet. Fur dieses Beispiel erfolgte das Losen der Rohproduktes in Dichlormethan (DCM) und die Fallung in Ethanol. Je nach Loslichkeit ergaben sich aber auch Kombinationen Aceton in Wasser oder auch inverses Wasser in Aceton. Weitere Einzelheiten s. Tabelle 2.
*entsprechend Tabelle 1Exemplary of the lactones of lactic and glycolic acid: D, L-lactide (dimeric anhydride of lactic acids) and glycolide (dimeric anhydride of glycolic acid) are in defined molar amounts, eg. B. 1: 1, in the presence of defined amounts of the central polyol, for. B. 1 wt .-% PVA, at z. B. 130 ° C for z. B. for three hours under inert, anhydrous conditions with defined molar amounts of catalyst (eg., 0.2 mmol of stannous octoate). Subsequently, the reaction product is taken up in a suitable solvent and precipitated in a 10: 1 excess of a miscible polymer denier solvent for purification and dried to constant weight in vacuo. For this example, the crude product was dissolved in dichloromethane (DCM) and precipitated in ethanol. Depending on the solubility, however, combinations of acetone in water or inverse water in acetone also resulted. Further details s. Table 2.
* according to table 1
Struktur und Löslichkeit der Polyolester (Komponente 1)Structure and solubility of the polyol esters (component 1)
Spontan ausgebildete Polymer-Wirkstoff-Komplexe im WässrigenSpontaneously formed polymer-drug complexes in the aqueous
Generelles Vorgehen fur die nachfolgende Beispiele: Eine definierte Menge einer Wirkstoffstammlosung wird vorgelegt, mit definierter Menge Puffer verdunnt, anschließend mit einer definierten Menge Polymerstammlosung versetzt, so dass sich wenn nicht explizit anders angegeben ein Gesamtvolumen von 1 ml ergibt.General procedure for the following examples: A defined amount of a Wirkstoffstammlosung is presented, diluted with a defined amount of buffer, then admixed with a defined amount of polymer stock solution, so that unless otherwise stated, a total volume of 1 ml results.
Kolloidecolloids
Wenn die Verwendung eines Tragerpolymers erwunscht ist, dessen hydrophile-hydrophobe Balance mehr auf die Seite der Lipophilie verschoben ist, z. B. aus Kompatibilitatsgründen zum Wirkstoff oder wenn sich der relevante Wirkstoff ausschließlich definiert auf der Oberflache des kolloidalen Tragers befinden soll, kann bei entsprechender Polymergesamtzusammensetzung dann ein acetonlösliches Tragerpolymer hergestellt und gemaß modifizierter Solvent Deposition Methodik in den erfindungsgemäßen kolloidalen Träger überführt werden. Beispielhafte Herstellungsbeschreibung (Herstellungsparameter können zur Eigenschaftsoptimierung davon abweichen): 50 mg Polymer werden in 5 ml Aceton (kann Kosolvenz enthalten) gelost. Die Losung wird mit konstanter Zugaberate in 50 ml PBS gegeben (kann anteilig Emulgator enthalten). Die entstehende Suspension wird kontinuierlich dispergiert. Nach der Zugabe wird das organische Losungsmittel 8 h unter Ruhren evaporisiert.When it is desired to use a carrier polymer whose hydrophilic-hydrophobic balance is more shifted to the lipophilic side, e.g. B. compatibility reasons for the active ingredient or if the relevant active ingredient should be exclusively defined on the surface of the colloidal carrier, then an acetone-soluble carrier polymer can be prepared with appropriate total polymer composition and converted according to modified solvent deposition methodology in the colloidal carrier according to the invention. Exemplary preparation description (production parameters may vary for property optimization thereof): 50 mg of polymer are dissolved in 5 ml of acetone (may contain cosolvent). The solution is added at a constant rate of addition in 50 ml of PBS (may contain proportional emulsifier). The resulting suspension is dispersed continuously. After the addition, the organic solvent is evaporated under stirring for 8 hours.
Toxizität und WirkstoffstabilitätToxicity and drug stability
Generelle Methodenbeschreibung ZellversucheGeneral method description Cell experiments
Bestimmung der Zytoadhäsion und ZytotoxizitätDetermination of cytoadhesion and cytotoxicity
Voraussetzung für eine Applikation von kolloidalen Arzneistoffträgern, insbesondere auch mucosale Applikation, ist neben einer nur geringen toxischen Wirkung auf das umgebende Gewebe (Epithelzellen), auch eine ausreichend lange Verweilzeit auf mukosalen Oberflachen (Zytoadhasion) sowie eine eventuell erforderliche ausreichende zellulare Aufnahme. Zur Untersuchung der Wechselwirkung mit mucosalen Zellen wurde das Caco 2 Zellkulturmodell herangezogen. Dieses in vitro-Modell der intestinalen Mucosa hat bereits in vielen Untersuchungen seine Eignung zum Studium von intestinaler Resorption, Cytoadhasion und Toxizität von Arzneistoffen und Arzneistofftragersystemen zeigen konnen.A prerequisite for the application of colloidal drug carriers, in particular also mucosal administration, besides a low toxic effect on the surrounding tissue (epithelial cells), also a sufficiently long residence time on mucosal surfaces (cytoadhasion) as well as a possibly required sufficient cellular uptake. To study the interaction with mucosal cells, the Caco 2 cell culture model was used. This in vitro model of the intestinal mucosa has already been shown in many studies to be useful in the study of intestinal absorption, cytoadhasion, and toxicity of drugs and drug delivery systems.
Zellkulturcell culture
Caco 2 Zellen der Passagen 42 bis 45 wurden kultiviert in Dulbecco Modified Eagles-Medium mit einem Glucosegehalt von 4.5 g/l unter Zusatz von 10% Fotalem Kalberserum, 2 mM L-Glutamin und 1% Nichtessentieller Aminosauren in 10%iger CO2-Atmosphare bei 95% RF und 37°C.Caco 2 cells of
Toxizitätsuntersuchungentoxicity studies
Caco 2 Zellen wurden in einer Zelldichte von 6,5 × 104 Zellen/cm2 auf Polystyrol-Multiwell-Platten ausgesat. Mediumwechsel erfolgte alle 2 Tage. Am Tag 21 nach Aussaat haben die Zellen eine differenzierte Monozellschicht ausgebildet und sind fur in vitro Untersuchungen nutzbar.Caco 2 cells were seeded at a cell density of 6.5 x 10 4 cells / cm 2 on polystyrene multiwell plates. Medium change took place every 2 days. On day 21 after sowing, the cells have formed a differentiated monolayer and can be used for in vitro studies.
Hierzu wurden Zellen 2× gewaschen mit isotonischer phosphatgepufferter Kochsalzlosung (PBS, pH 7,2) und entsprechende erfindungsgemäßen Kolloid-Suspensionen (0,25; 2,5 mg/ml) auf die Zelloberfläche aufgebracht. Nach mehrstündiger Inkubation (Zeitintervalle gemäß Abbildungen) wurden die nachfolgend genannten Toxizitatsprufungen durchgefuhrt.For this purpose, cells were washed twice with isotonic phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.2) and corresponding colloid suspensions according to the invention (0.25, 2.5 mg / ml) applied to the cell surface. After several hours of incubation (time intervals as shown in the figures), the following toxicity tests were carried out.
1. Freisetzung von Lactatdehydrogenase (LDH)1. Release of lactate dehydrogenase (LDH)
Prinzip: Als cytoplasmatisches Enzym tritt LDH bei einer Schädigung der Plasmamembran aus dem Zellinnern in das Aussenmedium (Puffer) uber und kann mittels kinetischer Bestimmungsmethoden gegen einen Standard UV-photometrisch quantifiziert werden. Als toxischer Referenz-Standard dient Triton X 100 (0,1%ig in PBS), dessen LDH-Freisetzung 70% entspricht.Principle: As a cytoplasmic enzyme LDH occurs in a damage of the plasma membrane from the cell interior into the external medium (buffer) and can be quantified by kinetic determination methods against a standard UV photometry. The toxic reference standard used is Triton X 100 (0.1% in PBS), whose LDH release corresponds to 70%.
2. Transformation von MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide)2. Transformation of MTT (3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazolium bromide)
Prinzip: Die Tetrazolverbindung MTT wird in Mitochondrien noch lebensfahiger Zellen zu einem blaugefarbten Formazanfarbstoff enzymatisch reduziert. Die Blaufärbung ist dabei proportional zur Viabilität der Zellen und wird photometrisch erfasst, als untoxische Referenz dient PBS.Principle: The tetrazole compound MTT is enzymatically reduced in mitochondria of still viable cells to a blue-colored formazan dye. The blue coloration is proportional to the viability of the cells and is detected photometrically, with PBS being the non-toxic reference.
3. Propidium-Iodid-Färbung3. Propidium iodide staining
Prinzip: Propidiumiodid durchdringt als hydrophile Substanz nur geschadigte Zellmembranen und bindet an Nukleinsauren des Kerns, wodurch es bei UV-Anregung zu einer roten Kernfluoreszenz kommt, die mikroskopisch erfassbar ist. Die Auswertung erfolgt fluoreszenzmikroskopisch mit Wellenlangerfilter (380/550) gegen einen untoxischen PBS-Standard.Principle: Propidium iodide penetrates as a hydrophilic substance only damaged cell membranes and binds to nucleic acids of the nucleus, resulting in UV excitation to a red nuclear fluorescence, which is microscopically detectable. The evaluation is carried out by fluorescence microscopy with wavelength filter (380/550) against a non-toxic PBS standard.
Zytoadhäsion und zelluläre AufnahmeCytoadhesion and cellular uptake
Caco 2 Zellen wurden in einer Zelldichte von 6.5 × 104 Zellen/cm2 auf Polycarbonatmembranen (Costar-Transwell) ausgesat. Mediumwechsel erfolgte alle 2 Tage. Am Tag 21 nach Aussaat haben die Zellen einen differenzierten Monolayer ausgebildet und konnen fur Adhasions- und Aufnahme-Untersuchungen verwendet werden.Caco 2 cells were seeded at a cell density of 6.5 × 10 4 cells / cm 2 on polycarbonate membranes (Costar-Transwell). Medium change took place every 2 days. On day 21 after seeding, the cells have formed a differentiated monolayer and can be used for adhesion and uptake studies.
Mit Nilrot (1%, w/w) fluoreszenzmarkierte Kolloide sowie Polymer-Wirkstoff-Komplexe (Wirkstoff: mit Fluorescein-Isothiocyanat markiertem Rinderserumalbumin (FITC-BSA)) wurden auf die apikale Oberfläche der Zellen appliziert und für 120 min bei 37 DEG C, 95% RF, 10% CO2 inkubiert. Die Kolloidkonzentration betrug in beiden Fallen 250 μg/ml.Colloids fluorescently labeled with Nile red (1%, w / w) and polymer-active substance complexes (active ingredient: fluorescein isothiocyanate-labeled bovine serum albumin (FITC-BSA)) were applied to the apical surface of the cells and incubated at 37 ° C. for 120 min. 95% RH, 10% CO2 incubated. The colloid concentration was 250 μg / ml in both cases.
Nach Inkubation wurden die Zellmonoschichten 3 mal mit PBS gewaschen und anschließend mit Formalinlosung (4%ig in PBS) 60 min lang fixiert. Die Filtermembranen wurden mittels Skalpell herausgeschnitten und in Glycerol-Gelatine eingebettet. Die so hergestellten Praparate wurden mittels Konfokaler Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) auf adhasive und intracytoplasmatische Fluoreszenz untersucht.After incubation, the cell monolayers were washed 3 times with PBS and then fixed with formalin solution (4% in PBS) for 60 minutes. The filter membranes were excised by scalpel and embedded in glycerol gelatin. The preparations thus prepared were examined for adhasive and intracytoplasmic fluorescence by confocal laser scanning microscopy (CLSM).
Bei Kontrollen nur mit Wirkstoff ohne Kolloide bzw. Komplexe war keine Fluoreszenz auf bzw. in den Zellen nachweisbar.In controls only with active ingredient without colloids or complexes, no fluorescence was detectable on or in the cells.
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