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Nanopartikel aus bioabbáubarem, synthetischem Material,
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Verfahren zu deren Herstellung und ihre Anwendung Die Erfindung betrifft
die Herstellung und Anwendung von Nanopartikeln im Größenbereich unter 1 ijm aus
bioabbaubaren, synthetischen Materialien.
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Partikel in dieser Größe stellen eine Möglichkeit dar, das Verteilungsmuster
von Arzneistoffen im lebenden Organismus zu verändern (J. Kreuter, Journal of Pharmaceutical
Science, 68, (11), 1979, S. 1443).
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Für eine unbedenkliche Anwendbarkeit solcher Arzneistoffträger im
medizinischen Bereich ist es erforderlich, daß die Partikel innerhalb einer medizinisch
vertretbaren -Zeitspanne vom Organismus abgebaut werden, da ansonsten eine Ablagerung
im Organismus mit nicht vorhersehbaren Folgen eintreten könnte.
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Es ist bekannt, daß zur Herstellung von Mikrokapseln im Nanometergrößenbereich
das Verfahren der Pizellpolymerisation angewandt werden kann (Deutsches Gebrauchsmuster,
BOlj 13-02 12c 3, Nr. 7343112; Deutsche Offenlegungsschriften Nr. 23 60 384 und
DE-OS 26 11 143; Belgische Patentschrift Nr. 869 107).
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Bei diesen Verfahren erhält man Teilchen im Größenbereich von 20 -
500 nm. Außerdem ist bekannt, daß man Mlkrokapseln mittels Polymerisation an der
Grenzfläche von Emulsionssystemen erhalten kann (Chang, T.M.S., Canadian Journal
of Physiology and Pharmacology, 44, 1966, S. 115).
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Ferner ist aus der amerikanischen Patentschrift Nr. 4,177,177 bekannt,
daß man Polymerteilchen im Größenbereich unter 1 ßm aus Emulsionssystemen herstellen
kann, jedoch ist eine gleichzeitig mit
der Herstellung der Partikel
erfolgende Inkorporierung von pharmakologisch wirksamen Stoffen und deren Anwendung
als Arzneistoffträger nicht beschrieben.
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Bei dem Verfahren nach Chang et al. handelt es sich um Teilchen, die
größer als 1 ßm sind und außerdem aus polymerem Material bestehen, das nicht vom
Organismus abgebaut werden kann.
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Bei den oben zitierten deutschen Offenlegungsschriften handelt es
sich ebenfalls um biostabile Partikel.
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Sie stellen eine derartig stabile Zubereitung dar, daß die pharmakologisch
wirksamen niedermolekularen Arzneistoffe nicht mehr freigesetzt werden und damit
der angestrebte therapeutische Effekt nicht erreicht werden kann (Kopf et al., Die
Pharmazeutische Industrie, 39, (10), 1977, S. 993; Hummel et al., Acta Pharmaceutica
Technologica, 26, (4), 1980, S. 318).
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Bei den bioabbaubaren Partikeln, die nach dem in der belgischen Patentschrift
beschriebenen Verfahren hergestellt werden, ist nur die Adsorption von Arzneistoffen
zu erreichen (Brasseur et al., European Journal of Cancer, 16, 1980, S. 1441; Couvreur
et al., Journal of Pharmaceutical Science, 68, 1979, S. 1521; Couvreur et al., Journal
of Pharmacy and Pharmacology, 31, 179, 5. 331; Abdel El Egakey et al., Pharmacutica
Acta Helvetica, 57, (8), 1982, S. 236).
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Dies hat zur Folge, daß die Beladung der Partikel mit Arzneistoff
recht gering ist (ca. 0,1 - 1,5 Ge-.richtsprozent), so daß ein therapeutischer Effekt
nur durch eine unverhältnismäßig große Menge an Partikeln zu erzielen ist. Außerdem
ist es mittels dieser Verfahren nicht möglich, schwer wasserlösliche Arzneistoffe
effizient zu verkapseln, da die Polymerisation im wässrigen Medium, das den Arzneistoff
in geringer Konzentration gelöst enthalten muß, stattfindet.
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Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren
aufzuzeigen, die gewährleisten, daß sowohl gut als auch schlecht wasserlösliche
Arzneistoffe inkorporiert werden können. Ferner soll der Arzneistoff von den Partikeln
langsamer in Lösung gehen als freier Arzneistoff vergleichbarer Kristallgröße. Diesem
Gesichtspunkt kommt unter Berücksichtigung einer möglichen Transportfunktion von
Nanopartikeln entscheidende Bedeutung zu, da der Arzneistoff mindestens solange
an den Träger gebunden sein muß, bis dieser seinen Bestimmungsort im Organismus
erreicht hat.
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Die Herstellung der Nanopartikel gliedert sich in drei Schritte: 1.
Herstellung einer Primäremulsion mit gewünschter Teilchenqröße der inneren Phase
2. Partikelbildung entweder durch Polymerisation oder durch Verfestigung der inneren
Phase 3. Abtrennung der Teilchen von der äußeren Phase, Reinigung und Trocknunq.
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Zur Herstellung der Primäremulsion werden die Tenside, die zur Stabilisierung
der Emulsion während der Herstellung benötigt werden in der äußeren, lipophilen
oder hydrophilen Phase gelöst. In diese Lösung wird unter Einwirkunq von starken
Scherkräften die innere, hydrophile oder lipophile Phase einemulgiert, bis diese
eine Teilchengröße unter 1 ßm erreicht hat.
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Die innere Phase enthält den Arzneistoff in gelöster Form. Wenn die
Partikelbildung durch Verfestigung der inneren Phase herbeigeführt wird, enthält
diese das bioabbaubare, synthetische Polymer.
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Wenn die Partikelbildung mittels Grenzflächenpolymerisation herbeigeführt
werden soll, enthält die innere Phase eine Base.
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Wird die Partikelbildung durch Polymerisation an der Grenzfläche der
beiden Phasen durchgeführt, so wird unter Rühren zur Emulsion eine Lösung des Monomeren
zugesetzt. Die Polymerisation wird durch die Basizität der inneren Phase katalysiert.
Als Monomere eignen sich besonders Alkylcyanoacrylate, deren Bioabbaubarkeit nachgewiesen
ist (Cameron et al., Surgery, 58, 1965, S. 424).
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Erfolgt die Partikelbildung durch Verfestigung der inneren Phase,
so wird durch geeignete Maßnahmen das Lösungsmittel des Polymeren entfernt, wobei
die Emulsion permanent beschallt wird.
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Als Materialien für bioabbaubare Nanopartikel eignen sich speziell
die folgenden synthetischen Polymeren: Polymilchsäure, Poly- u -caprolactam, Copolymere
aus e -caprolactam mit DL - dilactid, mit zu -valerolacton, mit DL - £ -decalacton,
Polyglycolsäure, Copolyinnere aus Polymilch- und Polyglycolsäure, Poly-D-3-Hydroxybuttersäure
und Polydioxanon.
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iur diese synthetischen Polymeren ist der Nachweis erbracht, daß sie
im lebenden Organismus abbaubar und nicht toxisch sind (Pitt et al., Biomaterials,
2, 1981, S. 215; Frazza et al., Journal of Biomedical Materials Research Symposium,
1, 1971, S. 43; Korsatko et al., Die Pharmazeutische Industrie, 45, (5), 1983, S.
525; Ray et al., Surgery, Gynecology and Obstetrics, 153, 1981, S. 497).
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Die entstandenen Teilchen werden durch Zentrifugation oder Filtration
von der äußeren Phase abgetrennt, mehrmals gewaschen und lyophilisiert. Durch Wahl
des geeigneten Emulsionssystems läßt sich bei der Grenzflächenpolymerisation der
Alkylcyanoacrylate die Inkorporierung schwer wasserlöslicher Arzneistoffe erreichen.
Wählt man als äußere, hydrophobe Phase Isooctan und emulgiert als innere, polare
Phase alkalisiertes Methanol ein, so ist eine effiziente Inkorporierung des Arzneistoffs
durch die Umhüllung der arzneistoffreichen Methanoltröpfchen mit sich bildendem
Polyalkylcyanoacrylat gegeben.
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Aufgrund der äußerst hydrophoben Eigenschaften der äußeren Phase löst
sich nur ein geringer Anteil der mehr oder weniger polaren, schwer wasserlöslichen
Arzneistoffe in der äußeren Phase. Bei einer zu starken Basizität der inneren Phase
würde das sich bildende Polymer wieder hydrolysiert, weshalb nur schwache Basen
geeignet sind.
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Man kann das Verfahren auch so abwandeln, daß als innere Phase Wasser
dient, in dem dann der Arzneistoff gelöst ist. Hierbei ist eine Alkalisierung nicht
unbedingt erforderlich, da Wasser eine genügend starke Base darstellt, um die Polymerisation
einzuleiten.
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Wird zur Herstellung von Nanopartikeln von einer Polymerlösung in
einem leichtflüchtigen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel ausgegangen, so
kann die Entfernung des Lösungsmittels auf verschiedene Weise erfolgen.
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So ist es möglich, durch Temperaturerhöhung oder durch Anlegen eines
Vakuums die Partikelbildung hervorzurufen. Dazu ist es erforderlich, daß der Siedepunkt
des abzuziehenden Lösungsmittels unterhalb des Siedepunktes von Wasser liegt.
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Bei den angeführten Verfahren kann die Emulgatorkonzentration im Gegensatz
zu anderen Verfahren unter 1 % w/w bezogen auf die äußere Phase gehalten werden,
da durch die Agitation während der Herstellung die Dispersität der inneren Phase
erhalten bleibt. Dies bietet des Vorteil, daß eine Entfernung von überschüssigen
Tensiden aus dem Endprodukt weniger aufwendig ist.
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Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der erhaltenen Produkte zeigen
kugelförmige Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 200 - 900 nm.
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Die Freisetzungsgeschwindigkeit der Modellsubstanzen Triamcinolonacetonid
und Methylenblau konnte im Vergleich zu freiem Arzneistoff verlangsamt werden. Der
Arzneistoffgehalt lag bei 3 - 7 Gewichtsprozent.
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Die bioabbanbaren Nanopartikel können insbesondere bei der Anwendung
als Aerosol vorteilhafte theraoptische Effekte zeigen, da sie aufgrund ihrer kleinen
Größe Arzneistoffe bis in die Alveolen transportieren könnten. Weiterhin können
bioabbaubare Nanopartikel bei Injektion, insbesondere bei intraartikulärer Inektion
den gebundenen Arzneistoff im gewünschten Zielorgan freisetzen, ohne durch das abgelagerte
Polymer lokale Reizwirkungen auszulösen. Die Verwendung der beschriebenen Polymeren,
die bisher keine allergischen Reaktionen ausgelöst haben, bietet gegenüber anderen,
aromatische Aminosäuren enthaltenen Biopolymeren wie z. B. Gelatine Vorteile hinsichtlich
potentieller Nebenwirkungen.
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Gegenüber den intraartikulär oder intramuskulär applizierten Kristallsuspensionen
bietet die Injektion von Nanopartikeln den Vorteil einer längeren Abgabe des Arzneistoffs
bei geringer lokaler Gewebsreizung, die bei der Lagerung von Kristallen im Gewebe
gelegentlich beobachtet wurde.
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Bei nasaler Applikation ist eine verzögerte Freisetzung des inkorporierten
Arzneistoffs ohne Fremdkörperreiz der Nasenschleimhaut zu erwarten.
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flei oraler Applikation der Nanopartikel in Form einer Knt,scl könnte
eino gleichmäßige Resorption des Arznistoffs über längere Zeiten erreicht werden,
da der Kapsel inhalt sich sehr gut im Intestinum verteilen dürfte und im Mischungsverhalten
mit dem Speisebrei nahezu einer Flüssigkeit gleichzusetzen ist.
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Durch diese gute Durchmischung und die sehr große Oberfläche der Teilchen
dürfte eine höhere Bioverfügbarkeit schwer wasserlöslicher Arzneistoffe zu erreichen
sein.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele erläutert.
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Beispiel 1 0,15 g Sorbitantrioleat werden in 30 ml einer 4:1 Mischung
aus Toluol / Chloroform gelöst.
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Zu dieser Lösung wird unter Beschallung 0,5 ml einer wässrigen Methylenblaulösung
gegeben, die 5,6 mg Farbstoff gelöst enthält. Während der 30 minütigen Beschallungsdauer
wird zur Abführung der entstehenden Wärme mit einem Eisbad gekühlt.
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Die erhaltene Emulsion wird in 30 ml der organischen Phase, die mit
einem Flügelrührer bei 2000 rpm gerührt wird, einlaufen gelassen.
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Zu der gerührten Emulsion werden 0,12 g Methylcyanoacrylat in 5 ml
wasserfreiem Chloroform auf einmal zugegeben.
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Nach 5 min Reaktionszeit werden die Teilchen zentrifuqiert, mehrmals
mit Wasser gewaschen und lyophilisiert.
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Man erhält ein frei fließendes, voluminöses Pulver, das 3,6 s wiw
Methylenblau enthält. Der mittlere Durchmesser liegt unterhalb 1 ßm, wie lichtmikroskopische
und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen gezeigt haben. Das Methylenblau
wird allmählich in Phosphatpuffer abgegeben.
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Beispiel 2 0,2 g Sorbitantrioleat werden in 40 ml Isooctan gelöst
(Lösung A).
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In 2 ml Methanol, das durch Schütteln mit Natriumcarbonat alkalisch
gemacht wurde, werden 20 mg Triamcinolonacetonid gelöst (Lösung B).
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Zu der Lösung A wird unter Beschallung Lösung B dazugesetzt. Es wird
30 min emulgiert und wie unter Beispiel 1 beschrieben weiterverfahren, wobei jedoch
0,25 g Mcthylcyanoacrylat als Monomer eingesetzt werden.
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Das Endprodukt enthält 4,1 % Triamcinolonacetonid bei einer Teilchengröße
von 300 nm. Das Freisetzungsverhalten ist in Figur 1 gezeigt, Beispiel 3 In 40 ml
Wasser werden 0,2 g Gelatine unter leichtem Erwärmen gelöst (Lösung A).
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In 2 ml Chloroform werden 200 mg Polymilchsäure und 20 mg Triamcinolonacetonid
gelöst.
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Zur Lösung A wird unter Beschallung Lösung B zugesetzt.
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Während der Beschallung wird mittels eines Eisbads die Temperatur
im Reaktionsgefäß (50 ml Dreihalskolben, Seitenöffnungen verschlossen, in der Mitte
Ultraschallstab) im Bereich von 5 - 10 °C gehalten. Nach 45 min wird bei andauernder
Beschallung die Temperatur auf 40 °C erhöht und gleichzeitig werden die Seitenöffnungen
des Kolbens geöffnet, sodaß das Chloroform verdunsten kann.
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Nach weiteren 45 min ist der Verdunstungsprozeß abgeschlossen und
die entstandenen Teilchen werden wie im Beispiel 1 beschrieben, isoliert und gereinigt.
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Der mittlere Teilchendurchmesser beträgt 600 nm, der Arzneistoffgehalt
7,5 %. Das Freisetzungsverhalten ist in Figur 2 dargestellt.
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