DE3886747T2 - Polymere mikrokapseln mit mehreren wänden. - Google Patents

Polymere mikrokapseln mit mehreren wänden.

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Description

  • Die Regierung der Vereinigten Staaten besitzt aufgrund der Bewilligung Nr. NIH-5-R01-GM26698 des National Institute of Health bestimmte Rechte an dieser Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung mehrwandiger Polymermikrokügelchen, insbesondere zur Verwendung in Systemen für eine gesteuerte Abgabe.
  • Eine gesteuerte Abgabe von Substanzen, wie Arzneimitteln, Insektiziden, Düngemitteln, Indikatoren u.dgl. läßt sich durch die verschiedensten Verfahren erreichen. Bei einer Art Abgabesystem wird um die abzugebende Substanz herum ausgeformte bzw. eine die abzugebende Substanz einschließende polymere Kapsel gebildet. Die Form und Zusammensetzung des Polymers bzw. der Polymeren bestimmt das zum Einkapseln der Substanz durchführbare Verfahren, die Umgebung, in der die Kapsel verwendet werden kann und die Art der einkapselbaren Substanz.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokügelchen ist eine Heißschmelztechnik. Das erschmolzene Polymer wird mit dem Arzneimittel gemischt, worauf das Gemisch in einem Nicht-Lösungsmittel suspendiert und darin abgekühlt und verfestigt wird. Der große Nachteil dieses Verfahrens ist, daß bei warmeempfindlichen Substanzen lediglich niedrigschmelzende Polymere verwendet werden können.
  • Ein anderes Verfahren ist die Lösungsmittelverdampfungstechnik, wie sie beispielsweise von M.N. Vrancken in der US-A- 3 523 906 und von M. Morishita in der US-A-3 960 757 beschrieben ist. Diese Verfahren wurden in großem Umfang zur Herstellung von Mikrokügelchen aus biologisch abbaubaren Polymeren durchgeführt (vgl. Literaturberichte und A. Jaffe in US -A-4 272 398). Das Verfahren besteht im Auflösen eines Polymers in Methylenchlorid oder einem sonstigen flüchtigen Lösungsmitel. Danach wird das Arzneimittel in der Lösung entweder gelöst oder suspendiert, worauf das erhaltene Gemisch in einer einen Emulgator enthaltenden wäßrigen Phase emulgiert wird. Durch Verdampfenlassen des Lösungsmittels erhält man die einzukapselnde Substanz enthaltende Mikrokügelchen.
  • Ein weiteres zur Herstellung von Mikrokügelchen benutztes Verfahren ist die Phasentrennung. Hierbei wird im wesentlichen dafür gesorgt, daß ein Polymer um einen Kern herum ausfällt, indem man ein Nicht-Lösungsmittel oder ein mit dem ersten Polymer unverträgliches zweites Polymer zusetzt. Weitere Einkapselungsverfahren werden in den US-A-3 429 827 und 4 622 244 beschrieben.
  • Obwohl sich diese Verfahren durchaus zur Herstellung von Mikrokügelchien für eine gesteuerte Abgabe eignen, sind sie doch (immer noch) mit bestimmten Nachteilen behaftet. So liefern sie beispielsweise nicht immer gleichmäßige Polymerschichten. Das beste, was man derzeit tun kann, ist, aus einem Polymer gebildete Mikrokügelchen in ein Bad eines zweiten Polymers zu tauchen und zu hoffen, daß jedes Mikrokügelchen beschichtet wird. In der Praxis neigen die Überzüge dazu, bezüglich Deckung und Dicke ungleichmäßig zu sein. Dies kann für ein System für eine gesteuerte Abgabe verhängnisvoll sein, da Systeme für eine gesteuerte Arzneimittelabgabe eine lineare Freisetzung des Arzneimittels mit dem in-vivo-Abbau des Polymers erfordern. Weiterhin benötigen zahlreiche dieser Verfahren mehrere Stufen mit zunehmenden Qualitätssteuerproblemen in jeder Stufe. Die Endausbeute ist häufig gering.
  • Selbst das Wirbelbettverfahren zur Eildung eines Polymerüberzugs auf Tabletten, bei dem gleichmäßige Überzüge erreichbar sind, ist mit Nachteilen behaftet. Hierbei kann nämlich die einzuarbeitende Substanz nicht direkt in den Überzug eingemischt werden, und zwar irisbesondere, wenn es sich um eine teilchenförmige Substanz handelt.
  • Der Erfindung lag folglich die Aufgabe zugrunde, ein einstufiges Verfahren zur Herstellung von Abgabesystemen aus zwei oder mehreren Polymeren in Mikrokapselform zu schaffen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung polymerer Gebilde aus den verschiedensten Polymeren einschließlich sowohl biologisch abbaubaren als auch biologisch nicht ab baubaren Polymeren.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung polymerer Abgabevorrichtungen zu schaffen, bei welchem Substanzen in Teilchenform direkt in die Polymeren eingearbeitet werden können und das zur Vermeidung einer Schädigung irgendwelcher einzuarbeitenden thermolabiler Substanzen bei relativ niedrigen Temperaturen durchführbar ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung ist ein einstufiges Verfahren zur Herstellung mehrlagiger polymerer Arzneimittelabgabevorrichtungen.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden zwei Polymere in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel oder gelöst, die Mischung in einer wäßrigen Lösung suspendiert und gerührt und das Lösungsmittel langsam verdampft, wobei Mikrokügelchen aus einem inneren Kern aus einem Polymer und einer äußeren Schicht aus dem zweiten Polymer entstehen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform wird jedes der Polymeren in einem organischen Lösungsmittel gelöst, worauf die Lösungen miteinander vermischt werden. Durch Wahl geeigneter Lösungsmittel sind die beiden Lösungen ineinander nicht löslich, so daß eine Suspension oder Emulsion entsteht. Dieses unlösliche Gemisch wird dann in einer weiteren Lösung, z.B. Wasser, in der keines löslich ist, suspendiert, worauf die Lösungsmittel durch Verdampfen entfernt werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Lösungsmittel rasch verdampft, um Kügelchen des ersten Polymers innerhalb einer Schicht des zweiten Polymers zu bilden. Die Geschwindigkeit läßt sich variieren, um Schichten des jeweiligen Polymers mit Kügelchen innerhalb einer Polymerschicht oder das gesamte eine Polymer in Form von Kügelchen innerhalb der Schicht des zweiten Polymers zu bilden.
  • Die wichtigen Parameter für die Herstellung mehrlagiger Kapseln der gewünschten Zusammensetzung sind: Die Wahl der Polymeren einschließlich der Reinheit und der Molekulargewichte der Auswahl, das Lösungsmittel, die Löslichkeit und Konzentration der Polymeren in dein Lösungsmittel, die Wahl und Zusammensetzung des Nicht-Lösungsmittels einschließlich der Zugabe eines Emulgators zu dem Nicht-Lösungsmittel, die Behandlungstemperatur, die Geschwindigkeit der Lösungsmittelverdampfung, die Mischgeschwindigkeit sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften der einzukapselnden Substanz. Die optimalen Bedingungen lassen sich vom Fachmann empirisch bestimmen.
  • Beispiele belegen die Herstellung mehrschichtiger oder -lagiger Mikrokapseln aus Polystyrol und Ethylen/Vinylacetat, Polyanhydrid und Polystyrol sowie Polyanhydrid und Polymilchsäure.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Mikrophotographie einer im Querschnitt dargestellten, nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Mikrokapsel mit einer Polystyrolschicht und einer Ethylen/Vinylacetat-Schicht;
  • Fig. 2 ist eine perspektivische Mikrophotographie von nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Mikrokügelchen mit einer Polyanhydridschicht und einer Polystyrolschicht;
  • Fig. 3 ist eine Mikrophotographie eines im Querschnitt dargestellten, nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Mikrokügelchens mit einer Polymilchsäureschicht und einer Polyanhydridschicht und
  • Fig. 4 ist ein Phasendiagramm Prozentgehalt Methylenchlorid/Prozentgehalt Polymilchsäure und Prozentgehalt Polystyrol in einem Methylenchloridgemisch, wobei die relativen Prozentanteile innerhalb des Bereichs unter der Kurve Verhältnissen entsprechen, bei denen eine Trennung der Polymeren erfolgt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden in seinen Einzelheiten beschrieben.
  • Auswahl des Polymers:
  • Die Polymeren werden aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften, insbesondere ihrer in-vivo-Abbaueigenschaften bei Verwendung auf biomedizinischen Anwendungsgebieten, ausgewählt.
  • Faktoren, die bei der Auswahl des Polymers in Betracht gezogen werden müssen, sind die Reinheit des Polymers, sein Molekulargewicht und seine Löslichkeit in organischen und anorganischen Lösungsmitteln. Es gibt die verschiedensten Polymeren, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden können.
  • Die bevorzugten biologisch abbaubaren Polymeren sind solche, die eine Oberflächenerosion und eine lineare Freigabe zeigen, nämlich Polyanhydride Poly-[bis-(p-carboxyphenoxy)- propananhydrid] (CPP), copolymerisiert mit Sebacinsäure (SA), (pCPP:SA, 20:80) und (pCPP:SA, 50:50) und CPP copolymerisiert mit Dodecandisäure (DD), (pCPP:DD, 20:80) und (pCPP:DD, 50:50) sowie sonstige ähnliche Copolymeren, die sich sowohl in in-vivo- als auch in in-vitro-Systemen als geeignet erwiesen haben. Zur Verwendung bei der Arzneimittelabgabe werden hochreine Polymere höherer Molekulargewichte wegen ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften bevorzugt. Andere geeignete biologisch abbaubare Polymere sind Polymilchsäure, Polyorthoester und Ethylen/Vinylacetat. Polymilchsäure erfährt nach einer relativ langen Verzögerungszeit einen raschen Abbau in vivo. Polyorthoester ist gegenüber einen Abbau in vivo besonders widerstandsfähig. Ethylen/Vinylacetat wurde von der FDA zur Verwendung in vivo zugelassen.
  • Bevorzugte, nicht abbaubare Polymere sind Polystyrol, Polybutadien, Polyurethan und Polyamid.
  • Wahl der Lösungsmittel:
  • Die Lösungsmittel müssen in Verbindung mit den Polymeren gewählt werden, so daß die in die Mikrokapseln einzuarbeitenden Polymeren zunächst in Lösung gehen und sich danach in unterschiedliche Phasen auftrennen. Die Lösungsmittel müssen ferner bei Zugabe eines Nicht-Lösungsmittels zu dem Polymer/Lösungsmittel-Gemisch leicht verdampfbar sein. Die meisten Polymeren lassen sich in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, lösen. Die Wahl des Lösungsmittels hängt auch von der in die Polymeren einzuarbeitenden Substanz ab, da einige einen schädlichen Einfluß auf die biolocyische Aktivität ausüben können.
  • Wahl der Einzuarbeitenden Substanz:
  • Beispiele für einzuarbeitenden Substanzen sind Arzneimittel, Düngemittel, Insektizide, chemische Indikatoren oder Farbstoffe, chemische Reaktionsteilnehmer und Duftstoffe oder Aromastoffe. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung abzugebende Arzneimittel sind beispielsweise Insulin und Heparin. Die einzuarbeitende Substanz darf von dem Polymerlösungsmittel oder der Temperatur, bei der die Lösungsmittelverdampfung erfolgt, nicht beeinträchtigt werden. Vorzugsweise wird sie in Form einer Lösung oder in einer Teilchengröße, die klein genug ist, um eine "Kanalbildung" inherhalb des Polymeren zu vermeiden, bereitgestellt. In der Regel besitzt sie eine Teilchengröße im bereich von 50 µm oder weniger. Die Substanz kann in dem organischen Lösungsmittel löslich sein. Im Hinblick auf eine Optimierung des Verfahrens zu beachtende Faktoren sind die Reinheit und das Molekulargewicht der Substanz sowie ihre Löslichkeit in den Polymerlösungen.
  • Vermischen der Polymerlösungen mit der einzuarbeitenden Substanz:
  • Die Polymeren können mit der einzuarbeitenden Substanz auf zwei verschiedene Arten kombiniert werden. Bei einem Verfahren wird jedes Polymer getrennt gelöst, worauf die Lösungen miteinander vereinigt werden. Im zweiten Fall werden beide Polymere gleichzeitig in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel gelöst. Die endgültige Dispersion der Substanz innerhalb der polymeren Mikrokapseln wird zum Teil durch die Art und Weise des Auflösens und Kombinierens bestimmt. Die einzuarbeitende Substanz kann direkt einer oder beiden Polymerlösung(en) oder dem Gemisch zugesetzt oder die betreffenden Substanzen können jeder Polymerlösung einverleibt werden.
  • Die Polymeren werden in üblicher bekannter Weise, z.B. mittels einer obengesteuerten Rührvorrichtung, miteinander vermischt. Die Rührgeschwindigkeit besitzt einen deutlichen Einfluß auf die Bildung der Polymerschichten und sollte für jedes Polymer/Lösungsmittel-Gemisch optimiert werden.
  • Suspension der Polymerlösung in einem Nicht-Lösungsmittel und Verdampfung:
  • Die Polymerlösung wird in einem Nicht-Lösungsmittel, vorzugsweise einer wäßrigen Lösung mit zwischen 0 und 10%, vorzugsweise zwischen 1 und 2% oberflächenaktivem Mittel, suspendiert. Geeignete oberflächenaktive Mittel sind Polyvinylalkohol, Gelatine und sonstige dem Fachmann bekannte Netzmittel und Emulgatoren.
  • Das (die) Lösungsmittel wird (werden) dann langsam verdampft. Man kann sich neben anderer, dem Fachmann bekannter Verfahren einer Vakuumverdampfung oder Lyophilisierung bedienen. Temperaturen von weniger als 60ºC werden wegen der labilen Natur zahlreicher Arzneimittel mit biologischer Aktivität bevorzugt.
  • Für eine Polymerlösung ist es zur Bildung einer Schicht um einen aus einer anderen Polymerlösung entstehenden bzw. gebildeten Kern herum kritisch, neben den bereits zuvor diskutierten Parametern auch die Verdampfungsgeschwindigkeit zu steuern. Der Einfluß der Verdampfungsgeschwindigkeit auf die Polymerschichtbildung kann jedoch in voiteilhafter Weise zur Modifizierung des Endprodukts herangezogen werden. So führt beispielsweise eine Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit zur Bildung von Kügelchen des ersten Polymers innerhalb der zweiten Polymerschicht. Bei (noch) weiterer Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit bildet sich keine Innenschicht, so daß das gesamte erste Polymere in kugeliger Form innerhalb der zweiten Polymerschicht vorhanden ist. Der Einschluß der Kügelchen kann sich bei der Bildung von "Kanälen" eines biologisch abbaubaren Polymers, z.B. Polyanhydrids, innerhalb einer äußeren Schicht eines nicht-abbaubaren Polymers, z.B. von Polystyrol, als nützlich erweisen.
  • Weitere Polymerschichten:
  • Obwohl unter Ausnutzung der geschilderten Techniken mehr als zwei Schichten oder Lagen gebildet werden können, erhöht sich die Komplexität des Verfahrens mit jedem weiteren Polymer dramatisch. Vorzugsweise sollten somit weitere Schichten nach dem einschlägigen Fachmann bekannten Verfahren, z.B. der Heißschmelztechnik, hinzugefügt werden.
  • Die folgenden nicht beschränkenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung näher erläutern.
  • Beispiel 1
  • 1 g Polystyrol wurde in 5 ml Methylenchlorid gelöst. 1 g Ethylen/Vinylacetat (EVA) wurde in 5 ml Methylenchlorid gelöst. Die beiden Lösungen wurden miteinander vermischt, in einer wäßrigen Lösung suspendiert und danach durch Verdampfen vom Lösungsmittel befreit. Es erscheinen als Ergebnis des "Begrabens" einer Polymerlösung in der anderen zwei gut definierte Schichten. Nach 5 h werden die Mikrokügelchen gewaschen und getrocknet. Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Mikrokügelchen 10 mit einer gut definierten äußeren Schicht 12 und einer inneren Schicht 14.
  • Beispiel 2
  • Das in Beispiel 1 geschilderte Verfahren wird mit Polystyrol und Polyanhydrid als Polymeren wiederholt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besteht das Mikrokügelchen 10 aus einem inneren Kern 14 und einer äußeren Schicht 12. Der innere Kern 14 besteht - wie durch Infrarotspektralanalyse bestimmt - aus dem Polyanhydrid.
  • Beispiel 3
  • Man bedierte sich desselben Verfahrens mit Polymilchsäure- und Polyarhydrid-Polymeren. Innerhalb beider Polymerer wurde Methylrot dispergiert. Die Mikrokügelchen 10 besitzen, wie im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt, eine innere Schicht 14 und eine äußere Schicht 12.
  • Die Trennung der beiden Polymerphasen wird auf der Basis des Phasendiaqramms für die beiden Polymeren vorhergesagt. Wenn die Polymeren in einem Verhältnis unterhalb der Trennungskurve für das Polymer/Lösungsmittel-Gemisch vorliegen, bilden die Pclymeren abgegrenzte Phasen. Das Phasendiagramm für Polystyrol-/Polymilchsäure-polymere in Methylenchlorid ist in Fig. 4 dargestellt. Versuchsergebnisse sind für Mischungen aus Polystyrol und Polymilchsäure in Methylenchlorid aufgetragen. In sämtlichen Fällen erfolgte eine Trennung in zwei abgegrenzte Phasen. Da die relativen Verhältnisse sämtliche unter(halb) der Trennungskurve liegen, kann man sicher sein, zwei getrennte Polymerschichten zu erhalten.
  • Nach dem Verfahren der Beispiele 1, 2 und 3 wurden auch Polyorthoester-/Polymilchsäure- und Polystyrol-/Polymilchsäure-Polymermikrokapseln hergestellt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger oder -lagiger polymerer Mikrokapseln durch:
Auswählen erster und zweiter Polymerer zur Bildung der Mikrokapseln;
Auswahl einer in die Mikrokapseln einzuarbeitenden Substanz;
Auflösen der Polymeren in einem flüchtigen Lösungsmittel;
Zugabe der Substanz zu der Polymerlösung;
Vermischen der Polymer- und Substanzlösung;
Suspendieren der -Polymer/Substanz-Lösung in einem Nicht-Lösungsmittel, indem sich die Polymeren in abgegrenzte Phasen trennen und die Oberflächenspannung und Grenzflächenspannung der Polymerlösungen ein Polymer in dem anderen Polymer untergehen lassen, und
Verdampfen des flüchtigen Lösungsmittels zur Bildung von Mikrokapseln mit einer oder mehreren abgegrenzten Polymerschicht(en) um einen festen Polymerkern herum.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymeren aus der Gruppe Polyanhydride, Polyorthoester, Polymilchsäure, Polystyrol, Polyamide, Polybutadien, Ethylen/Vinylacetat und Polyurethane ausgewählt sind.
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das flüchtige Lösungsmittel aus einem organischen Lösungsmittel besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei vor Vereinigung der Polymeren das erste Polymer in einem ersten Lösungsmittel und das zweite Polymer in einem zweiten Lösungsmittel gelöst werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das erste Polymer und das zweite Polymer zusammen in einem ersten Lösungsmittel gelöst werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine einzuarbeitende erste Substanz der ersten Polymerlösung zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine zweite Substanz der zweiten Polymerlösung zugesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem um die Mikrokapseln herum weitere Polymerschichten gebildet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich der Polymer/Substanz-Lösung weitere Polymere zugesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nicht-Lösungsmittel aus einer wäßrigen Lösung besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem der wäßrigen Lösung zusätzlich 0 - 10% an einem oberflächenaktiven Mittel zugesetzt wird (werden).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flüchtigen Lösungsmittel bei 0ºC bis 60ºC verdampft werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel zur Bildung von Kügelchen des ersten Polymeren innerhalb einer Schicht des zweiten Polymeren rasch verdampft wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Substanz aus der Gruppe Arzneimittel, Düngemittel, Insektizide, chemische Indikatoren, chemische Reaktionsteilnehmer, Duftstoffe und Aromastoffe ausgewählt ist.
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