DE60001744T2

DE60001744T2 - Stabilisator für arzneimittel

Info

Publication number: DE60001744T2
Application number: DE60001744T
Authority: DE
Inventors: Leonardus Wouter HINRICHS; Willem Henderik FRIJLINK
Original assignee: Rijksuniversiteit Groningen
Current assignee: Rijksuniversiteit Groningen
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: DE60001744D1; US20020122825A1; AU5579700A; US6841169B2; EP1194453A1; CA2375241C; ATE234868T1; EP1194453B1; WO2000078817A1; NL1012300C2; CA2375241A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stabilisator für Arzneimittel sowie ein Verfahren zur Stabilisierung eines Arzneimittels mit einem derartigen Stabilisator.
Durch die Entwicklungen auf dem Gebiet der Biotechnologie gibt es eine immer größer werdende Vielfalt therapeutischer Proteine und Peptide, die zur Verfügung stehen. Es steht zu erwarten, dass die Anwendung dieser Proteine und Peptide in der Medizin zukünftig stark anwachsen wird.
Bei ihrer Herstellung werden therapeutische Proteine und Peptide als wässrige Lösungen erhalten. Das Problem dabei ist es, dass Proteine und Peptide in Lösung im Normalfall nicht stabil sind. Als Folge davon geht die biologische Aktivität der Proteine und Peptide stufenweise verloren, so dass die Aufbewahrungs- bzw. Lagerungsdauer dieser Produkte begrenzt sind. Verschiedene chemische und physikalische Mechanismen sind für das Absinken der Aktivität verantwortlich. Die chemischen Mechanismen sind u. a. Hydrolyse, Deaminierung, Oxidation, Razemisierung und Disufid-Austausch. Die physikalischen Mechanismen sind u. a. Aggregation, Gelierung, Denaturierung und Adsorption.
Daraus kann gefolgert werden, dass das Absinken der Aktivität insbesondere mit der wässrigen Umgebung der Proteine oder Peptide zusammenhängt. In anderen Worten, würde sich, falls das Produkt in trockener Form erhalten werden könnte, die Lagerbeständigkeit des Produkts verlängern. Proteine oder Peptide können in trockener Form beispielsweise durch Gefrier-, Vakuum- oder Sprühtrocknung erhalten werden. Allerdings werden die Proteine oder Peptide während der Trocknungsverfahren mechanischen Kräften stark ausgesetzt (beispielsweise während dem Gefriervorgang einer Lösung zur Durchführung der Gefriertrocknung), wodurch auch das Protein oder Peptid beschädigt werden. Diese Beschädigung kann durch Zugabe einer stabilisierenden Hilfssubstanz zur Lösung verhindert werden. Bei richtiger Wahl der Hilfssubstanz und des richtigen Trocknungsverfahrens stabilisiert die Hilfssubstanz auch das Produkt in seiner trockenen Form, wodurch die Lagerungsdauer noch weiter verlängert wird.
Nicht nur therapeutische Proteine und Peptide, sondern auch viele weitere Arzneien sind instabil. Aus ähnlichen Gründen kann deren Lagerungsdauer durch Trocknung der Produkte in der Gegenwart einer geeigneten Hilfssubstanz ebenfalls verlängert werden.
Die meisten Arzneien werden zu nicht-intravenösen Verabreichungsformen wie Tabletten, Kapseln, Suppositorien, Pastillen, Häuten und Suspensionen für subkutane oder intramuskuläre Injektionen verarbeitet. Zur Erzielung einer angemessenen Bioverfügbarkeit ist es notwendig, dass die Medizin gegebenenfalls in gelöster Form an einer Adsorptionsmembran verfügbar gemacht wird. Allerdings sind viele Arzneien in einem wässrigen Medium nur wenig löslich. Als Folge davon ist die Auflösungsgeschwindigkeit im Normalfall niedrig, was dazu führt, dass die Bioverfügbarkeit ebenfalls nur niedrig ist. Durch die Wahl einer geeigneten Hilfssubstanz können die Auflösungsgeschwindigkeit und dadurch die Bioverfügbarkeit gesteigert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Hilfssubstanz bereitzustellen, die zur Stabilisierung empfindlicher Arzneimittel verwendet wird. Die Gruppe empfindlicher Arzneimittel erstreckt sich nicht nur auf Proteine und (Poly)peptide, sondern auch auf weitere Wirksubstanzen wie bioaktive oder pharmazeutisch aktive Substanzen, unter denen sich auch Vitamine befinden, deren Stabilität gefährdet sein kann, wenn die Wirksubstanz in eine geeignete Verabreichungsform, wie eine Tablette, verarbeitet wird. Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, dass die betreffende Hilfssubstanz einen Beitrag zum Anstieg der Bioverfügbarkeit der Wirksubstanz leistet, die, zusammen mit der Hilfssubstanz, in der entsprechenden Verabreichungsform vorliegt.
Bekannte Stabilisiermittel, die Arzneien bei deren Trocknung schützen, sind Zucker. Zucker schützen die Arznei, weil die Hydroxylgruppen der Zucker die Wassermoleküle ersetzen, die ihrerseits wiederum Wasserstoffbrücken mit den Arzneien bilden. Dies wird manchmal als die "Wasseraustausch-Theorie" bezeichnet. In gewisser Weise wird ein Überzug aus Zuckermolekülen um die Arznei herum bereitgestellt, welcher die Arznei vor schädlichen Einflüssen beim Trocknen schützt.
In trockener Form ergibt ein Zuckerüberzug auch einen Schutz für die Arznei, falls der Zucker im Glaszustand vorliegt. Im Glaszustand sind die Moleküle mehr oder weniger beliebig zueinander orientiert, und die Beweglichkeit der Moleküle ist sehr niedrig. Wegen der beliebigen bzw. statistischen Orientation wird dieser Zustand manchmal auch als amorpher Zustand anstatt als Glaszustand bezeichnet. Weil die Orientation der Zuckermoleküle mehr oder weniger statistisch oder beliebig ist, bleiben die Wechselwirkungen zwischen den Hydroxylgruppen des Zuckers und der Arznei intakt, wodurch die entsprechende Schutzwirkung aufrecht erhalten bleibt. Die niedrige Beweglichkeit der Zuckermoleküle ist von großer Bedeutung, da, als Folge davon, die Beweglichkeit der Arznei ebenfalls nur sehr niedrig ist. Als Ergebnis werden jegliche Abbauvorgänge stark verzögert.
Kristallisiert während des Trocknungsvorgangs der Zucker, geht die Schutzwirkung verloren. Tatsache ist, dass während der Kristallisation eine Phasentrennung zwischen dem Zucker und der Arznei eintritt und die Wechselwirkungen zwischen dem Zucker und der Arznei gebrochen werden. Nicht nur geht dabei die Schutzwirkung verloren, sondern es kann auch die Arznei beim Phasentrennungsvorgang selbst beschädigt werden.
Demzufolge werden besondere Vorkehrungen beim Trocknungsverfahren getroffen, um somit eine Kristallisation zu verhindern. In der Literatur sind oft kleine Zucker zur Verwendung als Zucker-Glas beschrieben. Allerdings kristallisieren kleine Moleküle im Normalfall viel schneller als große.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein spezifisches Fructan zur Bildung eines Zucker-Glases um eine Wirksubstanz herum, wie um eine Arznei, verwendet. Es ist herausgefunden worden, dass ein Fructan mit einem zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von mindestens 6 eine besonders gute Stabilisierwirkung aufweist und ergibt und auch die Bioverfügbarkeit der Wirksubstanz positiv beeinflusst, welche in eine derartige Verabreichungsform gebracht wird.
Im Übrigen sei angemerkt, dass es aus der internationalen Patentanmeldung 96/05809 bekannt ist, dass sich besondere Zucker zur Stabilisierung einer Arznei eignen. In dieser Veröffentlichung wird ein Verfahren zur Stabilisierung bioaktiver Substanzen, wie von Proteinen, beschrieben, worin eine wässrige Suspension oder Lösung eines Zuckers und der bioaktiven Substanz beispielsweise durch Gefrier-, Sprüh- oder Vakuumtrocknung getrocknet wird. Als Beispiele geeigneter Zucker sind verschiedene Substanzen und darunter Inulin als einziges Fructan genannt. Allerdings werden weder Herkunft noch Eigenschaften des Inulins erwähnt. Viele im Handel erhältliche Inuline weisen einen zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von weniger als 6 auf. Aus den beschriebenen Versuchen geht hervor, dass das untersuchte Inulin nicht dazu befähigt ist, das Restriktionsenzym Pst/ 7 Tage lang bei 37°C aktiv zu halten.
In EP 0 383 569 ist offenbart, dass Materialien, die an sich instabil sind, mittels eines Trägermaterials stabil gehalten werden können, welches in Wasser löslich oder quellbar ist und in einem glas- oder gummiartigen Zustand vorliegt. Obwohl dieses Trägermaterial ein Zucker sein kann, sind synthetische Polymere wie Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid oder Polyethylenimin bevorzugt. In Beispiel 13 des Dokuments ist die Verwendung eines Vakuum-getrockneten Inulins zur Stabilisierung des Enzyms Lactat-Dehydrogenase beschrieben. Unklar ist, welchen Wert der zahlendurchschnittliche Polymerisationsgrad des Inulins aufweist. Ferner fällt auf, dass die Bedingungen während der Aufbewahrung bzw. Lagerung der beschriebenen Proben so ideal sind, dass sogar ohne Trägermaterial eine Destabilisierung nur kaum zu erwarten wäre. Die Proben wurden bei 25° und niedriger Luftfeuchte aufbewahrt. Es fällt auch auf, dass die beschriebenen Versuche keinen Vergleichstest, d. h. einen Test des Enzyms ohne Trägermaterial, enthalten.
Gemäß der Erfindung soll der Begriff "Arznei" eine biologisch oder pharmazeutisch wirksame Substanz bedeuten. Die Substanz ist dazu befähigt, einen biologischen Effekt auszuüben. Die Arznei kann natürlichen Ursprungs sein, sie kann aber auch synthetisch oder halbsynthetisch hergestellt worden sein. Es ist hier anzumerken, dass Zwischenproduktverbindungen einer derartigen Herstellung ebenfalls unter das Konzept der Arznei fallen. Beispiele von Arzneien sind Zellen, Viren, Plasmide, Nucleinsäuren wie DNA und RNA, Nucleotide, Oligosaccharide, Proteine und Peptide, Aminosäuren, Vitamine, Lipide, Hormone, Enzyme, Wachstumsfaktoren, Antikörper und Antigene. Metaboliten der genannten Substanzen, d. h. von Substanzen, die in vivo durch einen Organismus nach der Verabreichung einer oder mehrerer gebildeter Substanzen gebildet werden, sind ebenfalls von dem Begriff der Arznei umfasst. Die Erfindung ist insbesondere zur Stabilisierung von Peptiden und Proteinen anwendbar.
Ein Fructan soll ein Oligo- oder Polysaccharid bedeuten, welche eine Vielzahl von Anhydrofructan-Einheiten enthalten. Die Fructane können eine polydisperse Kettenlängenverteilung mit gerader oder verzweigter Kette aufweisen. Verzweigte Fructane werden oft als Glucane bezeichnet.
Vorzugsweise enthalten die Fructane hauptsächlich β-1,2-Bindungen, wie in Inulin, sie können aber auch β-2,6-Bindungen, wie in Levan, enthalten. Geeignete Fructane können direkt aus einer natürlichen Quelle stammen, sie können aber auch modifiziert worden sein. Beispiele von Modifikationen sind in diesem Zusammenhang an sich bekannte Reaktionen, die zu einer Verlängerung oder Verkürzung der Kettenlänge führen.
Ein wichtiger Parameter der gemäß der Erfindung geeigneten Fructane ist die durchschnittliche Kettenlänge (der zahlendurchschnittliche Polymerisationsgrad DP_n). Er beträgt mindestens 6 und ist im Normalfall nicht größer als 1000. Vorzugsweise wird ein Fructan mit einem DP_n von mindestens 7, bevorzugter von mindestens 10, noch bevorzugter von mindestens 14 und mit bis zu 60 verwendet. Gemäß der Erfindung kann der DP_n mit Hochdruck-Flüssigchromatografie (Anionaustausch-HPLC) bestimmt werden.
Fructane, die gemäß der Erfindung geeignet sind, sind, zusätzlich zu natürlich vorkommenden Polysacchariden, auch industriell hergestellte Polysaccharide, wie Hyrolyseprodukte, die verkürzte Ketten aufweisen, und fraktionierte Produkte mit einer modifizierten Kettenlänge, insbesondere mit einem DP_n von mindestens 6. Die Hydrolysereaktion zum Erhalt eines Fructans mit verkürzter Kettenlänge kann enzymatisch (z. B. mit Endoinulinase), chemisch (z. B. mit wässriger Säure), physikalisch (z. B. thermisch) oder durch Anwendung einer heterogenen Katalyse (z. B. mit einem sauren Ionenaustauscher) durchgeführt werden. Die Fraktionierung von Fructanen, wie von Inulin, kann u. a. durch Kristallisation bei niedriger Temperatur, Trennung mit Säulenchromatografie, Membranfiltration und durch selektive Ausfällung mit einem Alkohol bewerkstelligt werden. Weitere Fructane, wie langkettige Fructane, sind z. B. durch Kristallisation aus Fructanen erhältlich, aus denen Mono- und Disaccharide entfernt worden sind, und Fructane, deren Kettenlänge enzymatisch verlängert worden ist, können ebenfalls als Fructan dienen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Des Weiteren können reduzierte Fructane verwendet werden. Diese sind Fructane, deren reduzierenden Endgruppen, im Normalfall Fructosegruppen, z. B. mit Natriumborhydrid oder Wasserstoff in der Gegenwart eines Übergangsmetall-Katalysators reduziert worden sind. Fructane, die chemisch modifiziert worden sind, wie vernetzte Fructane und hydroxyalkylierte Fructane, können ebenfalls verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fructan, das gemäß der Erfindung verwendet wird, Inulin. Inulin ist ein Polysaccharid, das aus β-1,2-gebundenen Fructose-Einheiten mit einer α-D-Glucopyranose-Einheit am reduzierenden Ende des Moleküls besteht. Die Substanz kommt u. a. in den Wurzeln und Knollen von Pflanzen der Liliaceae- und Compositae-Familien vor. Die wichtigsten Quellen zur Produktion von Inulin sind die Jerusalem-Artischocken-, Dahlien- und die Chikoree-Wurzel. Die industrielle Produktion von Inulin geht hauptsächlich von der Chikoree-Wurzel aus. Der Hauptunterschied zwischen Inulin, das aus den natürlichen Quellen stammt, besteht im Polymerisationsgrad, der von 6 in Jerusalem-Artischocken bis 10 bis 14 in Chikoree-Wurzeln und bis höher als 20 in der Dahlie schwanken kann.
Inulin ist ein Oligosaccharid, das in amorphem Zustand günstige physikochemische Eigenschaften zur Anwendung als Hilfssubstanz für pharmazeutische Verabreichungsformen aufweist. Diese physikochemischen Eigenschaften sind: (einstellbare) hohe Glasübergangstemperatur, niedrige Hygroskopizität, keine (reduzierenden) Aldehydgruppen und wahrscheinlich eine niedrige Kristallisationsgeschwindigkeit. Außerdem ist Inulin nicht toxisch und nicht teuer.
Wird eine Lösung von Inulin, z. B. durch Gefrier-, Vakuum- oder Sprühtrocknung, getrocknet, kann amorphes Inulin erhalten werden. Es ist herausgefunden worden, dass, falls ferner eine Arznei in der Lösung vorhanden ist, diese durch Inulin vor schädlichen Einflüssen während der Trocknung geschützt wird, und dass nach dem Trocknungsverfahren die Arznei von einem Schutzüberzug aus amorphem Inulin umgeben ist. Als Ergebnis davon wird es ermöglicht, die Lagerungszeit instabiler Arzneien, wie therapeutischer Proteine und Peptide, deutlich zu verlängern. Außerdem wurde mit solch einem Überzug die Bioverfügbarkeit gering löslicher Arzneien deutlich gesteigert.
Es kann gefolgert werden, dass amorphes Inulin großes Interesse als Hilfssubstanz für Zubereitungen zur Verabreichung über die Lunge, zur oralen Verabreichung, parenteralen Verabreichung, für Suppositoren, Klistiere und für Zubereitungen als Häute gewinnt.
Die Erfindung wird nun unter Bezug auf das Fructan Inulin noch weiter erläutert. Dies soll allerdings keine Einschränkung der Erfindung darstellen.
Wie oben bereits erwähnt, können nur gering lösliche Arzneien eine nur niedrige Bioverfügbarkeit auweisen, wenn sie in Tabletten zur z. B. oralen oder rectalen Verabreichung eingebracht sind. Wird eine solche Arznei in einem Inulin-Glas eingeschlossen, wird jedes Arzneimolekül mit einem Überzug aus amorphem Inulin versehen. In anderen Worten, liegt die Arznei in einer monomolekularen Form vor. Da sich amorphes Inulin rasch auflöst, ist die Auflösungsgeschwin digkeit der eingeschlossenen Arznei ebenfalls stark erhöht. Als Folge davon sind dann auch die Absorptionsgeschwidigkeit und somit die Bioverfügbarkeit erhöht.
Die hohe Auflösungsgeschwindigkeit kann auch Vorteile in anderen Verabreichungsformen ergeben, z. B. bei einer Verabreichung über die Lunge, wobei eine sehr rasche Aufnahme angestrebt wird.
Wird geschmolzener Zucker langsam abgekühlt, tritt eine Kristallisation bei einer besonderen Temperatur ein. Wird dagegen geschmolzener Zucker rasch abgekühlt, wird die Glasübergangstemperatur (Tg) durchschritten. Die Tg ist immer niedriger als die Kristallisations- oder Schmelztemperatur. Der Glasübergang ist durch einen starken Abfall der Beweglichkeit der Moleküle gekennzeichnet, während die Orientation der Moleküle unverändert bleibt. Die Kristallstruktur ist thermodynamisch stabiler als der Glaszustand. Allerdings ist die Beweglichkeit der Moleküle in Glas so niedrig, dass die Kristallisation nur so langsam fortschreitet, dass dies nicht messbar ist. Wird allerdings die Temperatur über die Tg, aber unter die Schmelztemperatur angehoben, ist die Beweglichkeit der Moleküle derartig, dass die Kristallisation ziemlich rasch eintreten und ablaufen kann.
Es ist daher von großer Bedeutung, dass die Temperatur einer in einem Zucker-Glas gelagerten Arznei niedriger als die Tg ist, um die Kristallisation des Zuckers zu verhindern und somit die Schutzwirkung zu bewahren. Nun ist die Tg eines Zuckers im Normalfall höher als die Raumtemperatur. Wie in der Literatur beschrieben, werden insbesondere kleine Zucker, wie Sucrose, Trehalose und Mannit, als Material für Zucker-Gläser genannt. wegen der hohen Tg (120°C) tritt Trehalose in vielen wissenschaftlichen Veröffentlichungen als aussichtsreicher Kandidat auf (die meisten Zucker weisen eine niedrige Tg auf). Die Tg der Fructane und insbesondere von Inulin erhöht sich mit steigendem Molekulargewicht, so dass innerhalb von besonderen Grenzen, die Tg festgelegt werden kann. In Versuchen wurden Werte von 140 und 155°C für Inuline mit einem zahlendurchschnittlichen/gewichtsdurchschnittlichen Polymerisationsgrad (DP_n/DP_w) von 14,2/19,4 bzw. 23,0/26,2 ermittelt. In anderen Worten, sind die Tg's einiger Inuline ganz klar höher als diejenigen von Trehalose. Dies zeigt, dass Inuline sehr aussichtsreich zur Bildung eines Zucker-Glases zur Stabilisierung von Wirksubstanzen, wie von Arzneien, sind.
In der Praxis ist ein Zucker-Glas niemals vollständig wasserfrei. Dies ist beispielsweise eine Folge der Aufnahme von Wasser aus der Luft. Die Aufnahme von Wasser übt einen wesentlichen Effekt auf die Tg aus. Die Tg wird stark erniedrigt, je mehr Wasser aufgenommen wird. Das Ausmaß der Wasseraufnahme hängt von der Hygroskopizität des Materials und dem relativen Grad der Luftfeuchte ab. Es wurde herausgefunden, dass Trehalose-Glas, das bei 20°C einer relativen Luftfeuchte von 45% ausgesetzt war, zuerst zerfloss (d. h., die Tg fällt unter 20°C) und dann kristallisierte. Dagegen wurde mit Gläsern, die aus Inulin mit einem DP_n/DP_w von 14,2/19,4 hergestellt waren, die Lagerung unter diesen Bedingungen ermöglicht, ohne dass ein Zerfließen beobachtet wurde. Inulin-Gläser mit einem DP_n/DP_w von 23,0/26,2, die bei 20°C stehen gelassen wurden, blieben bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von so hoch wie 60% intakt.
Daraus kann gefolgert werden, dass Inulin-Gläser bei einem viel höheren relativen Grad der Luftfeuchtigkeit, verglichen mit Trehalose, gelagert werden können, ohne dass die Tg durchschritten wird.
Zur Bildung eines Zucker-Glases auf Basis eines Fructans können verschiedene Verfahren befolgt werden.
Im Fall einer Gefriertrocknung wird eine Lösung rasch abgekühlt, so dass nur die Kristallisation von Wasser (Eisbildung) erfolgt. Während diesem Verfahren wird die restliche Lösung mehr und mehr aufkonzentriert. Dieses Verfahren wird auch als "Gefrier-Konzentrierung" bezeichnet. An einem gewissen Punkt durchschreitet die aufkonzentrierte Lösung die Glasübergangstemperatur. Dieser wird auch als Tg' bezeichnet. Es wird somit ein Glas aus einem Teil Zucker und einem Teil Wasser gebildet. Danach wird der Druck so herabgesetzt, dass zuerst das Wasser aus den Eiskristallen und dann das Wasser aus dem Glas sublimiert. Dies ergibt einen porösen Kuchen, der aus einem Zucker-Glas besteht. Ein poröser Kuchen ist erwünscht, weil er rasch rekonstituiert werden kann.
Eine Gefriertrocknung kann auf zwei Wegen falsch verlaufen. Erstens: wenn die Lösung zu langsam abgekühlt wird, kristallisieren nicht nur das Wasser, sondern auch der Zucker. Wenn eine instabile Arznei vorliegt, geht als Ergebnis die Schutzwirkung verloren. Zweitens: wenn eine Sublimation bei einer Temperatur höher als die Tg' erfolgt, wird kein Glas gebildet. Nach der Sublimation von Wasser aus den Eiskristallen verdampft Wasser (keine Sublimation!) aus der durch Gefrieren auf konzentrierten Lösung. Als Ergebnis kollabiert der Kuchen, wie er war, und der Zucker kann immer noch kristallisieren.
Letzteres wurde in Versuchen mit Trehalose und Inulin getestet. Eine Gefriertrocknung wurde bei einer Probentemperatur von –16°C durchgeführt. Mit Trehalose wurde ein kollabierter Kuchen gefunden, während in Inulin mit DP_n/DP_w von 14,2/19,4 ein feiner poröser Kuchen gebildet wurde. Dies zeigt, dass die Tg' von Trehalose ganz klar niedriger liegt als für Inulin mit DP_n/DP_w von 14,2/19,4. Demzufolge kann Inulin unter weniger stringenten Bedingungen gefriergetrocknet werden.
Bei Vakuumtrocknung wird der Druck über einer Lösung bei Raumtemperatur erniedrigt, so dass das Wasser verdampft. Weil während der Verdampfung Wärme aus der Umgebung abgezogen wird, muss die Temperatur sauber konditioniert werden, um ein Gefrieren zu verhindern. Ausserdem muss verhindert werden, dass unter dem Einfluss des niedrigen Drucks die Lösung zu sieden beginnt. Tatsache ist es, dass, wenn ein Protein vorliegt, wegen der erhöhten Flüssigkeit/Luft-Oberfläche Denaturierung rasch eintritt. Die große Gefahr dieser Verfahrenstechnik ist es, dass anstatt einer Glasbildung eine Kristallisation erfolgen kann. Der Vorteil von Inulin ist es hier, dass die Kristallisation hier weniger leicht als in kleinen Zuckern eintritt.
Bei der Sprühtrocknung wird eine Lösung in einem Strom heißer Luft atomisiert. Durch die Verdampfung von Wasser werden kleine Partikel gebildet. Diese können eine Größe von 1 bis 5 μm aufweisen und eignen sich daher zur Verabreichung über die Lunge. Es ist bekannt, dass Trehalose eine Verbindung ist, die nur schwierig sprühgetrocknet werden kann. Dagegen kann Inulin rasch und leicht sauber sprühgetrocknet werden.
Die mit den oben beschriebenen Verfahrenstechniken erhaltenen Produkte, d. h., in denen eine Wirksubstanz in ein Zucker-Glas aus einem Fructan eingebracht ist, können ganz ausgezeichnet zu geeigneten Verabreichungsformen verarbeitet werden. Die Fachleute sind in der Lage, die an sich bekannten Formgebungsverfahren den Eigenschaften des Zucker-Glases, wo dies notwendig wird, anzupassen.
Viele Zucker wie Glucose und Lactose enthalten Aldehydgruppen. Diese reduzierenden Gruppen können mit Amingruppen von z. B. Proteinen und Peptiden reagieren, wodurch sich eine Schiff-Base bildet. Diese anfängliche Reaktion kann zu einer Kaskade von Reaktionen führen, die auch als Maillard-Bräunung bekannt sind. Die Maillard-Reaktion kann dazu führen, dass die Bioaktivität der Arznei ernsthaft beeinflusst wird, was in hohem Maße unerwünscht ist.
Ein wichtiger Vorteil von Fructanen und insbesondere von Inulin beruht darauf, dass wegen der spezifischen Kupplung der Monosaccharid-Einheiten in den Oligosaccharid-Ketten keine Aldehydgruppen vorhanden sind und deshalb die Maillard-Bräunung nicht ablaufen kann.
Fructane könnten gut in einer großen Vielfalt von Verabreichungsformen angewandt werden. Bei Sprühtrocknung sind kugelförmige Partikel mit einem Durchmesser von 1 bis 5 μm erhältlich. Diese Partikelgröße ist ideal für Pulver zur Verabreichung über die Lunge. Demzufolge kann durch Sprühtrocknung einer Lösung von Inulin und einer Arznei eine Verabreichungsform für die Lungen entwickelt werden. Des Weiteren ist hier die Einbringung von Inulin-Gläsern, in die die Arzneien eingeschlossen werden, in Zubereitungen zur oralen, pulmonären und parenteralen Verabreichung in Betracht zu ziehen. Geeignete Beispiele sind u. a. Suppositorien, Klistiere, Tabletten, Kapseln, Pastillen, Häute und Stäbe oder Suspensionen für subkutane oder intramuskuläre Injektionen.
Fructane und insbesondere Inulin bilden nicht-toxische Produkte und sind in der Pharmacopeia genannt. In der derzeitigen klinischen Praxis werden Fructane bereits verwendet, u. a. als Tracer-Material, um die Nierentätigkeit bei Patienten zu testen. Demzufolge sind, aus toxikologischer Sicht, Probleme bezüglich der Akzeptanz von amorphem Inulin als Hilfssubstanz für pharmazeutische Verabreichungsformen nicht zu erwarten.
Die Erfindung wird nun noch weiter in und durch die folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel I
Bestimmung des Molekulargewichts
Das als zahlendurchschnittlicher Polymerisationsgrad (DP_n) und als gewichtsdurchschnittlicher Polymerisationsgrad (DP_w) ausgedrückte Molekulargewicht wurde mittels Anionaustausch-HPLC bestimmt. Zu diesem Zweck wurden eine CarboPac^® PA1 (4 × 250 mm)-Säule und eine CarboPac^® PA (4 × 50 mm)-Vor-Säule angewandt. Eluiert wurde mit einem Lineargradient von 60 min mit einer Mischung aus Lösungen von Natriumhydroxid und Natriumacetat in Wasser, deren Verhältnis von 0,10 : 0,025 Mol/L auf 0,10 : 0,40 Mol/L variiert wurde. Das System (DIONEX) enthielt einen Gepulsten Elektrochemischen Detektor. Die angewandte Puls-Spannung betrug 0,1, 0,6 und 0,6 V für 0,5, 0,1 bzw. 0,05 s. Das Signal wurde zwischen 0,3 und 0,5 s nach Beginn des Pulses integriert. Das System wurde mit Lösungen von Oligomeren bekannter Kettenlängen und Konzentrationen geeicht.
Herstellung gefriergetrockneter Proben
Alkalische Phosphatase mit und ohne Stabilisator wurde in einer 0,05 M 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol-Lösung in Wasser, pH = 9,8, gelöst. Die Konzentration der alkalischen Phosphatase betrug 2,5 mg/mL in allen Fällen. Angewandt als Stabilisator wurden: Inulin SC 95, Inulin RS und Inulin EXL 608. Trehalose und Glucose wurde als Positiv- bzw. Negativ-Vergleich angewandt. Das Gewichtsverhältnis von alkalischer Phospatase zu Stabilisator betrug 1 : 9 in allen Fällen. Von den Lösungen wurden 2 mL in Glasprobengefäße mit einem Durchmesser von 2 cm überführt. Die Probengefäße wurden unter flüssigen Stickstoff gebracht. Nachdem die Lösung vollkommen gefroren war, wurden die Probengefäße in einen Christ-Gefriertrockner, Modell Alpha-2,4, bei einer Plattentemperatur von –30°C überführt, worauf bei einer Kondenser-Temperatur von –53°C und einem Druck von 0,220 mBar 18 h lang gefriergetrocknet wurde. Dann wurden während 6 h die Plattentemperatur und der Druck stufenweise auf 20°C bzw. 0,520 mBar angehoben. Danach wurde das Gefriertrocknungsverfahren weitere 20 h lang fortgesetzt.
Konditionierung
2 Versuchsreihen wurden durchgeführt. In der ersten Reihe wurden die Proben 6 Tage lang bei 0% relativer Feuchte (RH) und 60°C stehen gelassen, worauf die Aktivität des Proteins bestimmt wurde. In der zweiten Versuchsreihe wurden die Proben in einem Exsikkator über Kieselgel (0% RH) oder in Schränken mit gesteuerter Klimatisierung (45% und 60% RH) bei 20°C stehen gelassen. Zu verschiedenen Zeitpunkten wurde die Aktivität des Proteins bestimmt.
Bestimmung der Aktivität von alkalischer Phosphatase
Die Aktivität der alkalischen Phosphatase wurde wie folgt bestimmt. Die gefriergetrockneten Proben wurden mit Wasser rekonstituiert. Zu 50 μL der erhaltenen Lösung wurden 905 μL einer 0,05 M 2-Amino-2-methyl-l,2-propandiol-Lösung in Wasser, pH = 9,8, und 20 μL einer 100 mM MgCl₂-Lösung in Wasser gegeben. Als nächstes wurden 50 μL einer frisch zubereiteten Lösung von 10 mg Phosphatase-Substrat (p-Nitrophenylphosphat) pro mL Wasser zugegeben. Die Mischung wurde verwirbelt und dann bei 37°C inkubiert. Nach 30 min wurde die Reaktion durch Zugabe von 5,0 mL einer 0,1 N Lösung von NaOH in Wasser gestoppt. Die Extinktion der erhaltenen Lösung wurde bei 405 nm gemessen. Eine Eichgerade wurde mit frisch zubereiteten Lösungen alkalischer Phosphatase in 0,05 M 2-Amino-2-methyl-l,3-propandiol in Wasser, pH = 9,8, bekannter Konzentrationen aufgestellt.
Ergebnisse
Wie aus Tabelle I ersichtlich, führte die Gefriertrocknung der alkalischen Phosphatase-Lösung zu einem dramatischen Absinken der Aktivität. Als 3 verschiedene Inuline sowie der Positiv- und Negativ-Vergleich als Stabilisator verwendet wurden, trat allerdings kein signifikantes Absinken der Aktivität auf.
Nach 6 Tagen Lagerung der gefriergetrockneten, Inulin SC 95, Trehalose und Glucose enthaltenden Proben bei 0% RH und 60°C war die Aktivität des Proteins vollständig verschwunden (siehe Tabelle I). Die Aktivität der alkalischen Phosphatase der Proben mit Inulin RS und mit Inulin EXL 608 war dagegen nach 6 Tagen unter diesen Bedingungen immer noch wesentlich (siehe Tabelle I).
Nach 4 Wochen Lagerung aller gefriergetrockneter Zuckerhaltiger Proben bei 0% RH und 20°C wurde die Aktivität des Proteins vollständig bewahrt. I zeigt die Aktivität gefriergetrockneter alkalischer Phosphatase-Proben nach Lagerung bei 0% RH und 20°C als Funktion der Lagerungszeit. Die Daten sind Durchschnittswerte von 2 unabhängigen Versuchen.
Dies trifft auch für die Inulin RS, Inulin EXL 608 und Trehalose enthaltenden Proben, die 4 Wochen lang bei 45% und 60% RH stehen gelassen wurden (siehe II und III).
II zeigt die Aktivität alkalischer Phosphatase in gefriergetrockneten Proben nach Lagerung bei 45% RH und 20°C als Funktion der Lagerungszeit. Die Daten sind Durchschnittswerte von 2 unabhängigen Versuchen.
III zeigt die Aktivität alkalischer Phosphatase in gefriergetrockneten Proben nach Lagerung bei 60% RH und 20°C als Funktion der Lagerungszeit. Die Daten sind Durchschnittswerte von 2 unabhängigen Versuchen.
Die Lagerung der Proben mit Inulin SC95 und mit Glucose unter diesen Bedingungen führte allerdings zu einem wesentlichen Absinken der Aktivität. Bei 45% RH sank die Aktivität stufenweise im Laufe von 4 Wochen auf 72,3 ± 0,1% und auf 57,9 ± 3,1% für Inulin SC 95 bzw. Glucose ab. Bei 60% RH betrug, nach 4 Wochen, die Aktivität 38,8 ± 6,5% bzw. 46,3 ± 16,1% für Inulin SC 95 bzw. Glucose.
Tabelle I
Beispiel II
Eine Lösung von 9,0 Gew.% Inulin RS (DP_n = 14,2; DP_w = 19,4) und von 1,0 Gew.% alkalischer Phosphatase wurde in 0,05 M 2-Amino-2-methyl-l,3-propandiol (Ammediol), pH = 9,8, zubereitet, die Lösung wurde in einem Büchi 190-Mini-Sprühtrockner sprühgetrocknet. Die Lösung wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 mL/min gepumpt und mit einem Luftstrom von 600 L/h verdunstet. Der Dunst wurde mit einem Luftstrom von 600 L/min und einer Eingangstemperatur von 120 bis 150°C getrocknet. Diese Bedingungen ergaben eine Ausgangstemperatur von 50 bis 80°C. Das Produkt, ein sehr feines weißes Pulver, wurde in einem Exsikkator über Kieselgel aufbewahrt.

Claims

Stabilisator für eine Wirksubstanz, wie eine Arznei, umfassend ein Fructan mit einem zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von mindestens 6 in der Form eines Zucker-Glases.
Stabilisator gemäß Anspruch 1, worin das Fructan einen zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von mindestens 10 aufweist.
Stabilisator gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Fructan Inulin ist.
Verfahren zur Stabilisierung einer Wirksubstanz, wie einer Arznei, wobei die Arznei in ein Zucker-Glas aus einem Fructan mit einem zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von mindestens 6 eingebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das Fructan einen zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von mindestens 10 aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, worin das Fructan Inulin ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, worin das Zucker-Glas durch Spüh-, Vakuum- oder Gefriertrocknung gebildet ist.
Stabilisierte Wirksubstanz, wie eine Arznei, erhältlich mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7.
Pharmazeutische Zubereitung, umfassend eine stabilisierte Wirksubstanz gemäß Anspruch 8.
Pharmazeutische Zubereitung gemäß Anspruch 9 in der Form einer Tablette, Kapsel, Pastille, Haut, eines Suppositoriums, eines Pulvers zur Verabreichung über die Lunge oder eines Stäbchens oder einer Suspension zur subkutanen oder intramuskulären Verabreichung.
Verwendung eines Zucker-Glases aus einem Fructan mit einem zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von mindestens 6 zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit einer Wirksubstanz, wie einer Arznei.
Verwendung eines Zucker-Glases aus einem Fructan mit einem zahlendurchschnittlichen Polymerisationsgrad von mindestens 6 zur Stabilisierung einer Wirksubstanz, wie einer Arznei.