DE60122335T2 - Zusammensetzung auf der basis polymerer mizellen - Google Patents

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Description

  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen aus polymeren Mizellen, die nützlich sind für den Transport von Arzneimitteln einschließlich, unter anderem, Arzneimittel gegen Krebs.
  • 2. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Haupthindernis bei der Verwendung von Chemotherapeutika ist die mangelnde Selektivität für Krebszellen. Diese mangelnde Selektivität wurde mit den toxischen Nebenwirkungen bei der Verwendung dieser Mittel aufgrund ihres Transports zu normalen und abnormalen Zellen in Verbindung gebracht. Die mangelnde Selektivität von Arzneimitteln für Zielzellen ist auch bei der Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen neben Krebs ein Problem. Zahlreiche Forschungsarbeiten haben sich auf die Entwicklung von Trägern für Arzneimittel konzentriert, die das Arzneimittel gezielt zu Zielzellen befördern können. Um zum Beispiel den speziellen Transport von Arzneimitteln mit einer geringen therapeutischen Breite zu verbessern, wurden mehrere Arzneimittelträger wie zum Beispiel Liposome, Mikropartikel, Nanopartikel und Arzneimittel-Polymer-Konjugate untersucht.
  • Von den untersuchten Transportvorrichtungen haben Liposome (Phospholipidvesikel) beachtliche Aufmerksamkeit erregt. Ihre Wirksamkeit beim Transport ist jedoch durch das rasche Ausschwemmen durch retikuloendotheliale Zellen (RE-Zellen) von Leber und Milz, Instabilität im Plasma, begrenzte Fähigkeit zur Extravasation aufgrund ihrer Größe, technische Probleme bei ihrer Herstellung und Empfindlichkeit gegen Oxidation begrenzt. Es wurden zwar Lösungen für einzelne Probleme gefunden, doch Lösungen für mehr als ein Problem wurden selten in einer einzigen Zusammensetzung kombiniert. Wenn zum Beispiel die Erkennung durch RE-Zellen vermindert und die Stabilität verbessert ist, ist es schwierig, stabile Liposomen mit einem Durchmesser von weniger als 50 nm zu erhalten.
  • Polymere Mizellen wurden zum ersten Mal 1984 von Bader, H. et al. in Angew. Makromol. Chem. 123/124 (1984), 457-485, als Arzneimittelträger vorgeschlagen. Polymere Mizellen waren Gegenstand einer wachsenden Aufmerksamkeit der Wissenschaftler und haben sich als potenzieller Träger für Arzneimittel mit schlechter Wasserlöslichkeit erwiesen, weil sie jene Arzneimittel in ihrem inneren Kern solubilisieren können und attraktive Merkmale wie zum Beispiel eine insgesamt geringe Größe (< 100 nm) bieten und außerdem dazu neigen, einer Ausschwemmung durch das retikuloendotheliale System (RES) zu entgehen.
  • Mizellen werden oft mit natürlich vorkommenden Trägern wie zum Beispiel Viren oder Lipoproteinen verglichen. Diese drei Träger zeigen alle eine ähnliche Kern-Schale-Struktur, die es erlaubt, dass ihr Inhalt während des Transports zu der Zielzelle geschützt wird, ob es sich nun um DNA für Viren oder um wasserunlösliche Arzneimittel für Lipoproteine und Mizellen handelt.
  • Lipoproteine wurden als Vehikel für den Transport von Antitumorverbindungen zu Krebszellen vorgeschlagen, weil Tumore einen verstärkten Bedarf an Lipoproteinen niedriger Dichte zeigen. Die Wirksamkeit von Lipoproteinen als Träger wurde jedoch hauptsächlich deshalb in Frage gestellt, weil in Arzneimitteln enthaltene Lipoproteine auch durch gesunde Zellen erkannt werden würden und weil sie mit natürlichen Lipoproteinen um Rezeptororte auf Tumoren konkurrieren müssten. Virale Träger werden dagegen hauptsächlich zum Transport von genetischem Material verwendet und können bei Anwendungen, die keine wiederholte Verwendung des Transportvehikels erfordern, optimal verwendet werden, da sie wahrscheinlich eine Immunantwort auslösen werden.
  • Polymere Mizellen gehören anscheinend zu den vorteilhaftesten Trägern für den Transport wasserunlöslicher Arzneimittel. Polymere Mizellen sind gekennzeichnet durch eine Kern-Schale-Struktur. Die pharmazeutische Forschung an polymeren Mizellen hat sich hauptsächlich auf Capolymere mit einer A-B-Zweiblockstruktur konzentriert, wobei A die hydraphilen Schalenkomponenten und B die hydrophoben Kernpolymere sind. Mehrblock-Copolymere wie zum Beispiel Poly(ethylenoxid)-Poly(propylenoxid)-Poly(ethylenoxid) (PEO-PPO-PEO) (A-B-A) können sich ebenfalls selbst zu Mizellen organisieren und wurden als potenzielle Arzneimittelträger beschrieben (siehe Kabanov, A.V. et al., FEBS Lett. 258 (1989) 343-345). Der hydrophobe Kern, der im Allgemeinen aus einem biologisch abbaubaren Polymer wie zum Beispiel einem Poly(β-benzyl-L-aspartat) (PBLA), Poly(DL-Milchsäure) (PDLLA) oder Poly(ε-caprolacton) (PCL) besteht, dient als Behälter für ein unlösliches Arzneimittel und schützt es vor dem Kontakt mit der wässrigen Umgebung. Der Kern kann auch aus einem wasserlöslichen Polymer wie zum Beispiel Poly(asparaginsäure) (P(Asp)) bestehen, das durch chemische Konjugation eines hydrophoben Arzneimittels hydrophob gemacht wird, oder wird durch Assoziation von zwei entgegengesetzt geladenen Polyionen (komplexe Polyionen-Mizellen) gebildet. Mehrere Studien beschreiben die Verwendung nicht oder schlecht biologisch abbaubarer Polymere wie Polystyrol (Pst) oder Poly(methylmethacrylat) (PMMA) als Bestandteile des inneren Kerns. Siehe z.B. Zhao, C.L. et al., Langmuir 6 (1990) 514-516; Zhang, L. et al., Science 268 (1995) 1728-1731 und Inoue, T. et al., J. Controlled Release 51 (1998) 221-229. Um als klinisch relevante Arzneimittelträger angesehen zu werden, müssen nicht biologisch abbaubare Polymere nichttoxisch sein und ein ausreichend niedriges Molekulargewicht haben, um auf dem Weg über die Niere ausgeschieden zu werden. Der hydrophobe innere Kern kann auch aus einer stark hydrophoben kleinen Kette wie zum Beispiel einer Alkylkette oder einem Diacyllipid wie zum Beispiel Distearoylphosphatidylethanolamin (DSPE) bestehen. Die hydrophobe Kette kann entweder an einem Ende eines Polymers befestigt oder regellos in der polymeren Struktur verteilt sein.
  • Der Mantel ist verantwortlich für die Stabilisierung der Mizellen und für Wechselwirkungen mit Plasmaproteinen und Zellmembranen. Er besteht normalerweise aus Ketten von hydrophilen, nicht biologisch abbaubaren, biokompatiblen Polymeren wie PEO. Die biologische Verteilung des Trägers wird hauptsächlich von der Art der hydrophilen Schale bestimmt. Weitere Polymere wie Poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPA) und Poly(alkylacrylsäure) verleihen den Mizellen Temperatur- oder pH-Empfindlichkeit und könnten schließlich verwendet werden, um ihnen Eigenschaften als biologischer Klebstoff zu verleihen. Mizellen, die auf ihrer Oberfläche funktionelle Gruppen zur Konjugation mit einer Transportkomponente aufweisen, sind ebenfalls bekannt. Siehe z.B. Scholz, C. et al., Macromolecules 28 (1995) 7295-7297.
  • Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) (PVP) ist ein wohlbekanntes wasserlösliches, biokompatibles, amphiphiles Polymer, wobei die stark polare Lactamgruppe von apolaren Methylengruppen in der Hauptkette und von einer Methingruppe im Ring umgeben ist. PVP wird herkömmlicherweise als sterischer Stabilisator für die Synthese von Polystyrollatizes verwendet. Siehe z.B. Gabaston, L.I. et al., Macromolecules 31 (1998) 2883-2888; Rutt, J.S. et al., J. Polym. Sci.: Teil A: Polym. Chem., 32 (1994) 2505-2515. PVP kann auch als Kryoschutzmittel und Lyoschutzmittel verwendet werden. Siehe z.B. Skaer, H.B. et al., J. Microsc. 110 (1977) 257-270; Townsend, M.W. et al., J. Parenter. Sci. Technol., 42 (1988) 190-199.
  • Im Vergleich zu PEG zeigt PVP eine bemerkenswerte Vielfalt an Wechselwirkungen mit ionischen und nichtionischen Kosoluten. Siehe Molyneux, P., Proc. Int. Symp. Povidone (1983) 1-19. Eine Bindung findet am deutlichsten mit Molekülen mit langen Alkylketten oder aromatischen Komponenten statt. Ähnlich wie PEG kann auch PVP die in-vivo-Umlaufzeit von kolloidalen Trägern und Peptiden/Proteinen erhöhen. Siehe z.B. Kamada, H. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 257 (1999) 448-453; Torchilin, V.P., J. Microencapsulation 15 (1998) 1-19. Ferner wurde auch gezeigt, dass Nanopartikel, die Zweiblock-Copolymere aus Poly(D,L-milchsäure) und Poly(ethylenglycol) (PEG) enthalten, nach dem Gefriertrocknen zusammenklumpen. Siehe De Jaeghere, F. et al., Pharm. Res. 16 (1999) 859-866. Dieses Problem wäre mit PVP zu umgehen, da PVP selbst ein Lyoschutzmittel ist.
  • N-Vinylpyrrolidon (VP) kann mit einer großen Vielzahl an Vinylmonomeren copolymerisiert werden. Mit elektronegativen Monomeren bildet es alternierende Copolymere, während es mit Acrylaten statistische Copolymere bildet. So wurde zum Beispiel ein Pfropfcopolymer aus Poly(L-lactid) (PLLA) und PVP hergestellt. Siehe Eguiburu, J.L. et al., J. San Roman, Polymer 37 (1996) 3615-3622. In dieser Studie wurde ein PLLA-Makromonomer mit VP copolymerisiert, die Bildung polymerer Mizellen wurde aber nicht bestätigt.
  • Die EP 0795561 A1 betrifft ein neues Derivat einer Anthracyclinverbindung und ein pharmazeutisches Präparat aus einem hochmolekularen Blockcopolymer-Arzneimittel-Komplex und sein Derivat.
  • Die WO 97/10849 betrifft ein Transportsystem für mizellare Arzneimittel, das ein Blockcopolymer mit einem hydrophoben und einem hydrophilen Block umfasst; wobei der hydrophobe Block ein biologisch abbaubares hydrophobes Polymer ist, das ausgewählt ist aus der aus Polylactid, Polyglycolid, Poly(lactidglycolid), Polycaprolacton und Derivaten davon bestehenden Gruppe; und das hydrophile Polymer ist Poly(alkylenoxid). Ein hydrophobes Arzneimittel kann ohne weiteres mit Hilfe eines einfachen Verfahrens in die Mizelle eingebracht werden, um eine therapeutisch wirksame Arzneimittelzusammensetzung zu erhalten.
  • Jones M-C et al.; 'Polymeric Micelles – A New Generation of Colloidal Drug Carriers' European Journal of Pharmaceutics and Bio-Pharmaceutics, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, NL, Bd. 48, Nr. 2, 1. September 1999 (1999-09-01), Seiten 101-111, ISSN:0939-6411 betrifft polymere Mizellen als neue vielversprechende kolloidale Träger zum Transport von schlecht wasserlöslichen und amphiphilen Arzneimitteln. Polymere Mizellen sind wesentlich stabiler als Tensidmizellen und können beachtliche Mengen hydrophober Verbindungen in ihrem inneren Kern solubilisieren. Wegen ihrer hydrophilen Schale und ihrer geringen Größe zeigen sie manchmal längere Umlaufzeiten in vivo und können sich in Tumorgewebe ansammeln.
  • Kassem, M.A. et al.; 'Effect of Bile Salt-Poly(Vinylpyrrolidone) Complexes on the Dissolution Rate of Diethylstilbestrol and Digoxin' Pharmazie (1982), 37(4), 280-1, betrifft primäre mizellare Stufen von Gallensalzsystemen, wobei die Zugabe von Polyvinylpyrrolidon die Auflösungsgeschwindigkeit von Arzneimitteln steigern oder unterdrücken kann.
  • Die EP 1127570 betrifft ein Herstellungsverfahren für eine polymere Mizelle, die stabil ist und einen hohen Arzneimittelgehalt hat, und eine Zusammensetzung, die solche polymeren Mizellen enthält. Es wird ein Herstellungsverfahren für eine polymere Mizelle offenbart, das die folgenden Schritte umfasst: Lösen eines Arzneimittels und eines speziellen Copolymers in einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel, um eine Lösung herzustellen; Mischen der resultierenden Lösung mit Wasser, um eine Öl-Wasser-Emulsion zu bilden, und dann das organische Lösungsmittel langsam aus der Lösung austreiben; und eine mit einem in Wasser kaum löslichen Arzneimittel beladene polymere Mizellenzusammensetzung, die man nach dem obigen Herstellungsverfahren erhalten kann.
  • Die WO 01/87227 betrifft polymere Mizellen, die pH- und/oder temperaturempfindlich sind und die verwendet werden, um die Potenz von therapeutischen Mitteln einschließlich Antitumormitteln zu erhöhen.
  • Bis heute haben sich die meisten Studien, die sich mit der Herstellung biologisch abbaubarer polymerer Mizellen beschäftigen, auf die Verwendung von PEG zur Bildung der hydrophilen Schale konzentriert. Siehe z.B. X. Zhang, et al., Inter. J. Pharm. 132 (1996) 195-206; Yokoyama, M., et al., J. Control. Release 55 (1998) 219-229 und Allen, C., et al., J. Control. Release 63 (2000) 275-286.
  • Es besteht daher nach wie vor ein Bedarf an neuen biokompatiblen und biologisch abbaubaren polymeren Mizellensystemen, die kein PEG enthalten, aber dennoch gute Solubilisierungseigenschaften zeigen und für eine Vielzahl von Arzneimitteln mehrere Bindungsstellen bereitstellen. Außerdem sollten sie nach Zugabe von Wasser zu der gefriergetrockneten Form leicht wieder dispergiert oder wieder gelöst werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ein solches System aus einem Zweiblock-PVP-Poly(D,L-lactid) (PDLLA).
  • 3. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Mizellen bildende Zusammensetzung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
    eine Mizellen bildende Zusammensetzung bestehend aus:
    einem hydrophoben Kern, umgeben von einer hydrophilen Schale, wobei der hydrophile Kern Poly(D,L-lactid) ist und die hydrophile Schale Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) ist; und
    einem therapeutischen Mittel, wobei das therapeutische Mittel physikalisch innerhalb der Mizelle eingeschlossen ist;
    wobei die Zusammensetzung nach Zugabe einer wässrigen Lösung zu einer gefriergetrockneten Form der Mizellen bildenden Zusammensetzung leicht wieder dispergiert oder wieder gelöst wird.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung der Mizellen bildenden Zusammensetzung zur Herstellung eines Medikaments zur Verabreichung eines therapeutischen Mittels an einen Patienten, der dieses benötigt, bereitgestellt.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung besser verständlich.
  • 4. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine kolloidale Zusammensetzung bereit, die aus polymeren Mizellen besteht, die verwendet werden können, um therapeutische Mittel mit einer schlechten Wasserlöslichkeit und/oder einer speziellen Affinität für die hydrophile Schale zu transportieren. Die polymeren Mizellen sind gekennzeichnet durch eine Kern-Schale-Struktur, wobei ein hydrophober Kern von einer hydrophilen Schale aus Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) umgeben ist.
  • Das hydrophile Polymer der vorliegenden Erfindung ist Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) (PVP).
  • Die hydrophobe Komponente bildet den Kern der Mizelle. Die hydrophobe Komponente kann ausgewählt werden aus Poly(glycolsäure), Poly(milchsäure), Poly(D-milchsäure), Poly(D,L-milchsäure), Lactid/Glycolid-Copolymeren, Polycaprolacton und Derivaten davon; Poly(orthoestern) und Derivaten davon; Polyanhydriden und Derivaten davon; von Tyrosin hergeleiteten Pseudopoly(aminosäuren) und Derivaten davon; Polyphosphazenen und Derivaten davon; Poly(β-benzyl-L-aspartat) und Derivaten davon sowie Kombinationen davon. Eine bevorzugte hydrophobe Komponente besteht aus Poly(D,L-lactid) (PDLLA). Das PDLLA ist in einer Konzentration zwischen etwa 10% und etwa 50% (Gewichtsanteil) vorhanden.
  • 4.1 Bildung von Mizellen
  • Zur Mizellenbildung kommt es aufgrund von zwei Kräften. Die eine ist eine Anziehungskraft, die zur Assoziation von Molekülen führt, während die andere eine Abstoßungskraft ist, die ein unbegrenztes Wachstum der Mizellen zu einer charakteristischen makroskopischen Phase verhindert. Amphiphile Copolymere assoziieren sich selbst, wenn sie in ein Lösungsmittel gegeben werden, das für das hydrophile oder das hydrophobe Polymer selektiv ist.
  • Der Prozess der Mizellenbildung bei amphiphilen Copolymeren ist ähnlich wie bei Tensiden von niedrigem Molekulargewicht. In sehr niedrigen Konzentrationen liegen die Polymere nur als einzelne Ketten vor. Wenn die Konzentration bis zu einem als kritische Assoziationskonzentration (CAC) bezeichneten kritischen Wert zunimmt, beginnen sich die Polymerketten zu assoziieren, um in einer solchen Weise Mizellen zu bilden, dass der hydrophobe Teil des Copolymers den Kontakt mit dem wässrigen Medium, in dem das Polymer verdünnt ist, vermeiden wird. Bei der CAC ist eine beachtliche Menge an Lösungsmittel im Inneren des Mizellenkerns zu finden, und die Mizellen werden als lose Ansammlungen beschrieben, die eine größere Größe zeigen als bei höheren Konzentrationen gebildete Mizellen. Bei diesen Konzentrationen wird das Gleichgewicht eine Mizellenbildung begünstigen, die Mizellen werden ihre Konfiguration eines niedrigen Energiezustandes annehmen und das verbleibende Lösungsmittel wird allmählich aus dem hydrophoben Kern freigesetzt, was zu einer Verminderung der Mizellengröße führt. Amphiphile Copolymere zeigen normalerweise eine CAC, die viel niedriger ist als die von Tensiden mit niedrigem Molekulargewicht. Die CAC von PEO-PBLA und PNIPA-PSt liegt zum Beispiel zwischen 0,0005 und 0,002%. Einige amphiphile Copolymere zeigen jedoch eine viel höhere CAC, die bei den Poloxameren bis zu 0,01-10% reicht. Amphiphile Copolymere mit einer hohen CAC eignen sich vielleicht nicht als Vorrichtungen zum Transport von Arzneimitteln, da sie in einer wässrigen Umgebung instabil sind und bei Verdünnung leicht dissoziieren.
  • Die Mizellenbildung amphiphiler Copolymere kann zu zwei verschiedenen Arten von Mizellen führen, je nachdem ob die hydrophobe Kette regellos an das hydrophile Polymer gebunden oder auf ein Ende der hydrophilen Kette aufgepfropft ist. Aus regellos modifizierten Polymeren gebildete Mizellen sind im Allgemeinen kleiner als endmodifizierte Polymere. Die Mizellengröße wird hauptsächlich bestimmt durch die hydrophoben Kräfte, die die hydrophoben Ketten in dem Kern maskieren, und durch die Abstoßung des ausgeschlossenen Volumens zwischen den Ketten, die ihre Größe begrenzt. Der Unterschied im Gleichgewicht dieser beiden Kräfte bei den regellos modifizierten und den endmodifizierten Copolymeren kann der Grund für ihre unterschiedliche Größe sein. Wenn sich hydrophobe Endgruppen zu Mizellen assoziieren, werden die um die hydrophoben Segmente herum immobilisierten Wassercluster aus dem Kern ausgeschlossen, und es besteht keine direkte Wechselwirkung zwischen dem Kern und der hydrophilen Schale, was als bewegliche lineare Ketten in der Mizellenstruktur zurückbleibt. Regellos modifizierte Polymere assoziieren sich jedoch in einer solchen Weise, dass sich der hydrophobe und der hydrophile Teil des Polymers ineinander verschlingen, so dass ein Kontakt zwischen dem Kern und dem wässrigen Medium möglich ist. Dies ist ein wichtiges Thema, da freiliegende hydrophobe Kerne zu einer sekundären Aggregation polymerer Mizellen führen können. Die sekundäre Aggregation wurde auch als Hypothese zur Erklärung des Vorhandenseins großer Teilchen (> 100 nm) in Mizellensystemen aus konjugiertes Doxorubicin (DOX) tragendem PEO-P(Asp) vorgeschlagen.
  • 4.2 Ermittlung der kritischen Assoziationskonzentration (CAC)
  • Die Lichtstreuung wird häufig zur Ermittlung des Molekulargewichts und der Aggregationszahl von Mizellen verwendet. Der Beginn der Mizellenbildung kann jedoch nur festgestellt werden, wenn die CAC in den Empfindlichkeitsbereich der Lichtstreuungsmethode fällt. Dies ist bei Polymeren in Wasser selten der Fall. Gelchromatographie (GPC) unter wässrigen Bedingungen kann eingesetzt werden, da einzelne Ketten und Mizellenfraktionen von Copolymeren unterschiedliche Elutionsvolumina zeigen. Gleichzeitig kann durch GPC auch das Molekulargewicht der Mizellen und ihre Aggregationszahl ermittelt werden. Es ist wichtig, dass die Unversehrtheit polymerer Mizellen während ihrer Elution durch die Größenausschlusssäule erhalten bleibt. Die Adsorption des Polymers an der Säule kann ebenfalls ein Problem darstellen, vor allem bei Konzentrationen nahe der CAC, wo die Mizellen aus großen losen Ansammlungen bestehen.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Ermittlung der CAC beinhaltet die Verwendung fluoreszierender Sonden, wovon Pyren weitverbreitet ist. Pyren ist ein kondensierter aromatischer Kohlenwasserstoff, der stark hydrophob und empfindlich ist gegenüber der Polarität der umliegenden Umgebung. Unter der CAC wird Pyren in Wasser, einem Medium hoher Polarität, solubilisiert. Wenn Mizellen gebildet werden, scheidet sich Pyren vorzugsweise zu dem durch den Mizellenkern gebildeten hydrophoben Bereich hin ab und ist so einer nichtpolaren Umgebung ausgesetzt. Infolgedessen sind zahlreiche Änderungen festzustellen, wie zum Beispiel eine Zunahme der Intensität der Fluoreszenz, eine Änderung in der feinen Schwingungsstruktur des Emissionsspektrums und eine Rotverschiebung der (0,0)-Bande in dem Anregungsspektrum. Die scheinbare CAC erhält man aus der graphischen Darstellung der Fluoreszenz von Pyren, dem I1/I3-Verhältnis aus dem Emissionsspektrum oder dem I338/I333-Verhältnis aus dem Anregungsspektrum im Vergleich zur Konzentration. Eine größere Änderung in der Steigung der Kurve deutet auf den Beginn der Mizellenbildung hin. Das I1/I3-Verhältnis ist das Intensitätsverhältnis zwischen dem allerhöchsten und dem dritthöchsten Peak der Energieemission und wird bei einer konstanten Anregungswellenlänge und bei veränderlichen Emissionswellenlängen entsprechend I1 und I3 gemessen. Die mit Fluoreszenzverfahren ermittelte CAC muss aus zwei Gründen sorgfältig interpretiert werden. Erstens sollte die Konzentration von Pyren extrem niedrig gehalten werden (10–7 M), so dass eine Änderung in der Steigung der Kurve präzise festgestellt werden kann, wenn es zur Mizellenbildung kommt. Zweitens ist eine allmähliche Änderung im Fluoreszenzspektrum manchmal dem Vorhandensein hydrophober Verunreinigungen oder der Assoziation der Sonde mit einzelnen Polymerketten oder prämizellaren Ansammlungen zuzuschreiben. Änderungen in der Anisotropie fluoreszierender Sonden wurden ebenfalls mit dem Beginn der Mizellenbildung in Verbindung gebracht.
  • Polymere Mizellen wie jene der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind gekennzeichnet durch ihre geringe Größe (10-100 nm). Diese geringe Größe wird nicht nur zur Extravasation der Trägermaterialien benötigt, sondern erlaubt es außerdem, dass die Sterilisation der Zusammensetzung einfach durch Filtration erfolgt, und minimiert die Gefahr einer Embolie in Kapillaren. Diese Situation findet man nicht bei größeren Arzneimittelträgern. Die Mizellengröße hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich dem Molekulargewicht des Copolymers, dem relativen Anteil von hydrophilen und hydrophoben Ketten und der Aggregationszahl. Die Größe der durch Dialyse hergestellten Mizellen kann durch das zum Lösen des Polymers verwendete organische Lösungsmittel beeinträchtigt werden.
  • Den Mizellendurchmesser und die Polydispersität der Größe erhält man direkt in Wasser oder in einem isotonen Puffer durch dynamische Lichtstreuung (DLS). DLS liefert auch Informationen über die Sphärizität polymerer Mizellen.
  • Die Mizellengröße kann auch duch Verfahren wie Rasterkraftmikroskopie (AFM), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) geschätzt werden. Diese Verfahren erlauben die Charakterisierung der Mizellenform und Größendispersität. Untersuchungen der Ultrazentrifugationsgeschwindigkeit werden manchmal durchgeführt, um die Polydispersität polymerer Mizellen zu ermitteln.
  • 4.3 Einbringen therapeutischer Mittel in polymere Mizellen
  • Das Einbringen eines therapeutischen Mittels in die Mizellen kann nach dem Fachmann wohlbekannten Verfahren realisiert werden. Das Einbringen kann zum Beispiel erfolgen durch Lösen der Verbindung in einer vorgeformte Mizellen enthaltenden Lösung, nach dem Öl-in-Wasser-Verfahren oder nach dem Dialyseverfahren.
  • Therapeutische Mittel, die verwendet werden können, sind alle Verbindungen, einschließlich der nachfolgend aufgeführten, die auf stabile Weise in polymere Mizellen eingeschlossen werden können und in einer therapeutisch wirksamen Dosis verabreicht werden können. Vorzugsweise sind die gemäß der Erfindung verwendeten therapeutischen Mittel hydrophob, um effizient in die Mizellen eingebracht zu werden. Es kann jedoch möglich sein, stabile Komplexe zwischen ionischen Mizellen und entgegengesetzt geladenen hydrophilen Verbindungen wie zum Beispiel komplementären Oligonucleotiden zu bilden. Geeignete Arzneimittel sind zum Beispiel Antitumorverbindungen wie Phthalocyanine (z.B. Aluminiumchloridphthalocyanin), Anthracycline (z.B. Doxorubicin (DOX)), schlecht lösliche Antimetabolite (z.B. Methotrexat, Mitomycin, 5-Fluoruracil) und Alkylierungsmittel (z.B. Carmustin). Mizellen können auch Taxane wie Paclitaxel enthalten.
  • Weitere Arzneimittel, die in Mizellen enthalten sein können, sind herkömmliche hydrophobe Antibiotika und Antimykotika wie Amphotericin B, schlecht wasserlösliche Immunmodulatoren wie Cyclosporin, schlecht wasserlösliche antivirale Arzneimittel wie HIV-Proteasehemmer und schlecht wasserlösliche steroidale (z.B. Dexamethason) und nichtsteroidale (z.B. Indomethacin) entzündungshemmende Arzneimittel und Genomfragmente.
  • Ferner können Arzneimittel in die erfindungsgemäßen polymeren Mizellenzusammensetzungen mittels chemischer Konjugation oder durch physikalischen Einschluss mittels Dialyse, durch Emulgierungsverfahren, einfache Äquilibrierung von Arzneimittel und Mizellen in einem wässrigen Medium oder Solubilisierung einer festen Arzneimittel/Polymer-Dispersion in Wasser eingebracht werden.
  • Hydrophile Verbindungen wie Proteine können ebenfalls in die erfindungsgemäßen polymeren Mizellenzusammensetzungen eingebracht werden. Das Einbringen solcher hydrophilen Arten kann jedoch die chemische Hydrophobierung des Moleküls oder eine spezielle Affinität für die hydrophile Schale erfordern. Polyionische Verbindungen können durch Bildung komplexer polyionischer Mizellen eingebracht werden.
  • Der physikalische Einschluss von Arzneimitteln wird im Allgemeinen durch ein Dialyseverfahren oder über eine Öl-in-Wasser-Emulsion durchgeführt. Das Dialyseverfahren besteht darin, dass das Arzneimittel und das Copolymer von einem Lösungsmittel, in dem sie beide löslich sind, wie zum Beispiel Ethanol oder N,N-Dimethylformamid, zu einem Lösungsmittel gebracht werden, das nur für den hydrophilen Teil des Polymers selektiv ist, wie zum Beispiel Wasser. Wenn das gute Lösungsmittel durch das selektive ersetzt wird, assoziiert sich der hydrophobe Teil des Polymers zu dem Mizellenkern, in den im Verlauf des Verfahrens das unlösliche Arzneimittel eingebracht wird. Das vollständige Entfernen des organischen Lösungsmittels erreicht man durch Ausdehnen der Dialyse über mehrere Tage. Bei dem Verfahren mit der Öl-in-Wasser-Emulsion wird eine Lösung des Arzneimittels in einem wasserunlöslichen flüchtigen Lösungsmittel, wie zum Beispiel Chloroform, einer wässrigen Lösung des Copolymers zugesetzt, um eine Öl-in-Wasser-Emulsion zu bilden. Das Konjugat aus Mizellen und Arzneimittel wird gebildet, wenn das Lösungsmittel verdampft. Der Hauptvorteil des Dialyseverfahrens gegenüber dem letzteren Verfahren besteht darin, dass die Verwendung potenziell toxischer Lösungsmittel wie chlorierten Lösungsmitteln vermieden werden kann.
  • Der Vorgang der Zugabe des Arzneimittels kann die Verteilung eines Arzneimittels in der Mizelle beeinflussen. Cao et al. (Macromolecules 24 (1991) 6300-6305) haben zum Beispiel gezeigt, dass Pyren, das Mizellen während ihrer Bildung zugegeben wurde, nicht so gut vor der wässrigen Umgebung geschützt war wie Pyren, das nach Bildung der Mizellen zugegeben wurde, wenngleich das erste Verfahren eine dreimal höhere Arzneimittelbeladung ergab als das zweite Verfahren.
  • Der Wirkungsgrad des Einschlusses in den erfindungsgemäßen polymeren Mizellen hängt ab von der Ausgangsmenge des zugesetzten Arzneimittels. Wenn die maximale Beladungskapazität überschritten wird, führt dies zum Ausfallen des therapeutischen Mittels und folglich zu einer geringeren Ausbeute. Ferner hängt der Beladungswirkungsgrad des therapeutischen Mittels von der Aggregationszahl des Copolymers ab. Bei Mizellen mit einer höheren Aggregationszahl kann eine größere Menge an Arzneimittel in ihrem inneren Kern solubilisiert werden.
  • 4.4 Beispiele für polymere Mizellen, denen ein therapeutisches Mittel zugesetzt ist
  • Vergleichsbeispiele für Verbindungen, die polymeren Mizellen zugesetzt sind, sowie der entsprechende Vorgang der Arzneimittelzugabe sind in Tabelle 1 angegeben. Die erfindungsgemäßen polymeren Mizellenzusammensetzungen gelten als geeignet zur Verwendung als Transportsystem für einen weiten Bereich an therapeutischen Mitteln, einschließlich unter anderem Arzneimittel gegen Krebs, Plasmid-DNA, komplementäre Oligonucleotide, oder zum Transport von Diagnosemitteln zu einem speziellen Organ im Körper. Tabelle 1
    Figure 00140001
    • k.A.: keine Angaben; P: physikalischer Einschluss; C: chemische Bindung; EA: elektrostatische Anziehung
    • * nach Ultraschallbehandlung der PEO(C16, BLA)-Aggregate
  • Einen Nachweis für die Arzneimittelaufnahme erhält man durch GPC oder DLS, da beide Verfahren Änderungen in der Mizellengröße erfassen. Die Gegenwart von Arzneimitteln ist normalerweise mit einem solchen Anstieg in der Mizellengröße verbunden. Die Gegenwart eines Arzneimittels in dem Mizellenkern kann durch Quench-Experimente nachgewiesen werden. Iodid (I) zum Beispiel, das ein wasserlöslicher Quencher für DOX ist, beeinflusst nicht die Fluoreszenz des in die Mizellen eingebrachten Arzneimittels, löscht aber die Fluoreszenz des freien Arzneimittels. Diese Experimente haben gezeigt, dass DOX nach dem Gefriertrocknen und nach Neubildung in Wasser in PEO-PBLA gespeichert wurde. Im Fall von DOX führt die Selbstassoziation des Arzneimittels in dem Mizellenkern außerdem zu einer Abnahme der Stärke der Fluoreszenz des Arzneimittels. Unlängst wurde die Speicherung und langsame Freisetzung von Amphotericin B aus polymeren Mizellen durch Messen der Abnahme seiner hämolytischen Wirksamkeit nach Einbau in PEO-PBLA-Mizellen indirekt bestätigt.
  • 4.5 Pharmazeutische Anwendungen
  • Die erfindungsgemäßen polymeren Mizellenzusammensetzungen eignen sich zur Verwendung auf einer Vielzahl von pharmazeutischen Gebieten, wie zum Beispiel bei der oralen Verabreichung und beim Transport von ortsspezifischen Arzneimitteln mit verzögerter Freisetzung. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Mizellen zum Transport wasserunlöslicher Arzneimittel verwendet.
  • 5. BEISPIELE
  • Materialien
  • Handelsübliche Lösungsmittel wurden bezogen von Moquin Scientific (Terrebonne, Quebec) und Reagenzien von Aldrich (Milwaukee, WI). N-vinyl-2-pyrrolidon (VP), 2-Isopropoxyethanol, Kaliumhydrid (KH) 35 Gew.-% in Mineralöl und 18-crown-6 wurden ohne weitere Reinigung verwendet. D,L-Lactid wurde dreimal aus wasserfreiem Ethylacetat bei 60°C auskristallisiert und dann bei Raumtemperatur 24 Stunden unter vermindertem Druck über P2O5 getrocknet. Tetrahydrofuran (THF) wurde unmittelbar vor Gebrauch über Natrium und Benzophenon unter einer trockenen Argonatmosphäre refluxiert und destilliert.
  • 1,1'-Azobis(cyclohexan-carbonitril) (ACCN) wurde durch Ausfällen in Wasser aus einer Ethanollösung gereinigt und 4 Tage im Vakuum getrocknet. Sepharose 2B wurde von Sigma (Saint Louis, MO) beschafft und vor Gebrauch mit Wasser äquilibriert. Die bei der Mizellenherstellung verwendeten Dialysebeutel waren Spectra/Por-Membranen (Rancho Dominguez, CA), MWCO 6000-8000. Alle Reaktionen wurden in Rundkolben durchgeführt, die zuvor mit einer Flamme erhitzt worden waren und die unter einer trockenen Argonatmosphäre mit einem Gummiseptum ausgestattet wurden.
  • Das Molekulargewicht wurde durch Gelchromatographie (GPC, Waters Modell 600, Milford, MA) mit einem Softwareprogramm von Millenium ermittelt. Es wurden drei Styragel-Säulen (Waters, HR1, HR3, HR4, 4,6 × 300 mm) und ein Differentialrefraktometerdetektor (Waters 2410) verwendet. Die mobile Phase war CHCl3 (30°C und 1 ml/min). Die Säulenkalibrierung wurde mit Polystyrolstandards (Aldrich, Milwaukee, WI) durchgeführt. Die 1H- und 13C-NMR-Spektren wurden auf Spektrometern der Marke Varian 300 und Brucker AMX 600 in deuteriertem Chloroform aufgezeichnet.
  • Die kritische Assoziationskonzentration (CAC) wurde nach einer quasistationären Methode der Pyrenfluoreszenz ermittelt. Es wurde bereits gezeigt, dass es im Anregungsspektrum von Pyren bei zunehmenden Konzentrationen amphiphiler Polymere in einer wässrigen Lösung von Pyren eine Verschiebung der (0,0)-Bande von 333 nach 338,5 nm gibt. Diese durch das Intensitätsverhältnis I338/I333 gemessene Änderung geht einher mit dem Übergang der Pyrenmoleküle von einer wässrigen Umgebung zu den hydrophoben Mizellenkernen und kann zur Schätzung der scheinbaren CAC herangezogen werden. Es wurden mehrere Polymerlösungen in Wasser hergestellt, die eine unterschiedliche Polymerkonzentration hatten, aber jeweils 10–7 M Pyren enthielten, und sie wurden über Nacht im Dunkeln bei 4°C gerührt. Stationäre Fluoreszenzspektren (λem = 390 nm) wurden nach 5-minütigem Rühren bei 20°C mit einem Fluorimeter der Marke Aminco Bowman Serie 2 (Spectronics Instruments Inc., Rochester, NY) gemessen. Die Mizellengröße wurde in Wasser und PBS bei 20°C durch dynamische Laserstreuung (DLS) mit Hilfe einer Intensitätsanalyse mit einem unimodalen und differentiellen Größenverteilungsprozessor (SDP) (N4Plus, Coulter Electronics, Hialeah, FL) ermittelt.
  • Herstellung von PVP-OH
  • PVP (PVP-OH) mit endständigen Hydroxygruppen wurde hergestellt durch radikalische Polymerisation unter Verwendung von 2-Isopropoxyethanol als Kettenübertragungsmittel. VP (5 ml, 47 mmol) und ACCN (0,11 g, 0,45 mmol) wurden in 60-300 ml 2-Isopropoxyethanol solubilisiert. Diese Lösungen wurden mit Argon entgast. Die Polymerisation wurde bei 80°C unter Rühren in einer trockenen Argonatmosphäre für 24 Stunden durchgeführt. Nach dem Verdampfen von 2-Isopropoxyethanol wurde das Polymer in einem Überschuss von Diethylether ausgefällt. Das so erhaltene weiße Pulver wurde dreimal durch Solubilisieren in der Mindestmenge an CH2Cl2 gereinigt und erneut aus Diethylether ausgefällt und schließlich im Vakuum getrocknet.
  • Charakterisierung von PVP-OH
    • 1H NMR δ(ppm): 1,15 (m, CH3), 3,5-4 (breites Signal, CH PVP)
    • 13C NMR δ(ppm): 175 (C=0 PVP), 63,05 (CH2OH)
  • Tabelle 1: Durchschnittliche Molekulargewichte von PVP
    Figure 00170001
  • Die durchschnittlichen Molekulargewichte von PVP-OH sind in Tabelle 1 angegeben. Es ist festzustellen, dass das Molekulargewicht abnimmt, wenn das Volumenverhältnis von Lösungsmittel/VP zunimmt.
  • Herstellung des Blockcopolymers PVP-PDLLA
  • Das Blockcopolymer erhielt man durch anionische Ringöffnungspolymerisation.
  • KH (0,567 g, 14 mmol) wurde unter Argonspülung in einen Rundkolben gegeben. Wasserfreies THF wurde über eine Nadel mit zwei Spitzen zugegeben, die resultierende Dispersion wurde kurz gerührt, und dann wurde THF entfernt. 30 ml THF wurden dem Kolben zugesetzt, und die Dispersion wurde auf 0°C abgekühlt. PVP-OH (1,5 g), das zuvor 24 Stunden im Vakuum bei 60°C über P2O5 getrocknet wurde, wurde bei 60°C in 30 ml THF solubilisiert. Diese Lösung wurde mit Hilfe einer Nadel mit zwei Spitzen der gerührten Dispersion zugesetzt, und die resultierende Lösung wurde 1 Stunde auf 0°C gehalten. Nach Erwärmung auf Raumtemperatur wurde 4 Stunden weitergerührt. Die Dispersion wurde in einen weiteren Kolben geleitet, und 18-crown-6 (0,085 g, 0,32 mmol) wurde bei Raumtemperatur zugesetzt und 30 min gerührt. Die Polymerisation von D,L-Lactid wurde ausgelöst durch rasches Einleiten von D,L-Lactid (1,5 g, 10 mmol), das in 20 ml THF gelöst war. Nach 16 Stunden wurde die Polymersation durch Zugabe von 1 ml Essigsäure und 5 ml Wasser beendet. Die Polymerlösung wurde 24 Stunden bei 4°C gegen Wasser dialysiert, um Mizellen zu bilden Nach der Dialyse wurde die Lösung 30 min bei 40790 × g zentrifugiert, um jegliches Poly(D,L-lactid)-Homopolymer (PDLLA) zu entfernen. Der Überstand wurde eingefroren und in einem Gefriertrocknungssystem (Labconco, Modell 77535, Kansas City, Missouri) lyophilisiert. Das gefriergetrocknete Pulver wurde in Wasser wieder solubilisiert, und freies PVP-OH wurde entfernt, indem es über eine Sepharose 2B-Säule (Pharmacia, 1 × 40 cm) geleitet wurde. Die Mizellenlösung wurde eingefroren, 2 Tage lyophilisiert und bis zum Gebrauch bei –20°C gelagert.
  • Charakterisierung von PVP-PDLLA
    • 1H NMR δ(ppm): 5,2 (m, CH PDLLA), 3,5-4 (breites Signal, CH PVP)
    • 13C NMR δ(ppm): 175 (C=0 PVP), 169 (C=0 PDLLA), 69,8 (CH-CH3 PDLLA), 17,2 (CH-CH3 PDLLA)
  • Tabelle 2: Charakterisierung von PVP-PDLLA und polymeren Mizellen
    Figure 00190001
    • a: ermittelt durch GPC
    • b: aus unimodaler Analyse
  • Es wurden mehrere PVP-PDLLA-Blockcopolymere mit veränderlichen Zusammensetzungen synthetisiert. Wie in Tabelle 2 gezeigt, lag die Durchschnittsgröße der Mizelle zwischen 44 und 168 nm bei niedriger CAC. Probe 3a, mit dem kürzesten PLA-Segment, ergab die höchste CAC. Die Größenverteilung war jedoch nicht unimodal, wie eine SDP-Analyse ergab (Tabelle 3).
  • Tabelle 3: Größenverteilung von PVP-PDLLA-Mizellen, Intensitätsanalyse mittels SDP
    Figure 00200001
  • Wie in Tabelle 3 gezeigt, ergaben alle Proben Mizellen mit einer bimodalen Verteilung, die Größe der kleinen Partikel lag zwischen 26 und 124 nm, und die Größe der größeren Aggregate lag zwischen 106 und 416 nm.
  • Um den Wirkungsgrad des Arzneimitteleinschlusses zu untersuchen, wurde Indomethacin in PVP-PDLLA-Mizellen und zum Vergleich in PEG-PDLLA-Mizellen eingeschlossen, wie in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4: Einbau von Indomethacin in polymere Mizellen.
    Figure 00210001
    • PEG-PDLLA (63:37 Gew.-%) Mn = 7900, mittlerer Durchmesser (unimodale Analyse) = 110 ± 42 nm
    • PVD-PDLLA (60:40 Gew.-%), Mn = 6600, mittlerer Durchmesser (unimodale Analyse) = 106 ± 45 nm
  • Die angegebenen Daten sind das Mittel von 3 Messungen ± Standardabweichung. Das Arzneimittel und das Copolymer wurden in N,N-Dimethylformamid (DMF) gelöst und 24 Stunden im Dunkeln gegen Wasser dialysiert. Die Lösungen wurden durch einen Filter mit einer Porengröße von 0,22 μm gefiltert und gefriergetrocknet. Der Indomethacingehalt wurde ermittelt durch Messen der UV-Absorption der Mizellenlösung in DMF bei 320 nm unter Verwendung eines Diodenarray-Spektralphotometers Hewlett Packard 8452A (Boise, ID).
  • Der Wirkungsgrad des Indomethacineinschlusses in PVP-PDLLA- und PEG-PDLLA-Mizellen war bei einer niedrigen Arzneimittelkonzentration ähnlich. Bei einem höheren Arzneimittelgehalt war der Einschlusswirkungsgrad von PVP-PDLLA-Mizellen besser als bei PEG-PDLLA-Mizellen (bei Betrachtung von Copolymeren mit demselben Molekulargewicht). Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass das Arzneimittel bei niedrigen Arzneimittelanteilen zunächst in den Kern aufgenommen wird und dann, bei höheren Anteilen, in die hydrophile PVP-Schale aufgenommen wird.

Claims (11)

  1. Mizellen bildende Zusammensetzung, bestehend aus: einem hydrophoben Kern, umgeben von einer hydrophilen Schale; und einem therapeutischen Mittel, physikalisch innerhalb der Mizelle eingeschlossen; wobei der hydrophobe Kern aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Polyorthoester, einem Polyanhydrid, einer Tyrosin-abgeleiteten Pseudopoly(aminosäure), einem Polyphosphazen oder einem Poly(β-benzyl-L-aspartat) und Kombinationen davon, oder einem Polyester, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Poly(glycolsäure), Poly(milchsäure), Poly(D-milchsäure), Poly(D,L-milchsäure), Lactid/Glycolid-Copolymeren oder Polycaprolacton und Derivaten davon; und die hydrophile Schale Poly(N-vinyl-2-pyrrolidon) ist; wobei die Zusammensetzung nach Zugabe einer wässerigen Lösung zu einer gefriergetrockneten Form der Mizellen bildenden Zusammensetzung leicht wieder dispergiert oder wieder gelöst wird.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das therapeutische Mittel eine Antitumorverbindung ist.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die Antitumorverbindung aus mindestens einer Phthalocyaninverbindung, Anthracyclinverbindung, einem Antimetabolit, Alkylierungsmittel und Taxan ausgewählt ist.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Phthalocyaninverbindung Aluminiumchlorid-Phthalocyanin ist.
  5. Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Anthracyclinverbindung Doxorubicin ist.
  6. Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei der Antimetabolit aus Methotrexat, Mitomycin und 5-Fluoruracil ausgewählt ist.
  7. Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das Alkylierungsmittel Carmustin ist.
  8. Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das Taxan Paclitaxel ist.
  9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das therapeutische Mittel aus einem hydrophoben Antibiotikum, einem hydrophoben fungiziden Mittel, einem Immunmodulator, einem antiviralen Arzneimittel und einem steroidalen oder nichtsteroidalen entzündungshemmenden Arzneimittel ausgewählt ist.
  10. Verwendung der Mizellen bildenden Zusammensetzung nach Anspruch 1 für die Herstellung eines Medikaments zum Verabreichen eines therapeutischen Mittels an einen Patienten, der dessen bedarf.
  11. Verwendung einer Mizellen bildenden Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Herstellung eines Medikaments, wobei eine gefriergetrocknete Form der Mizellen bildenden Zusammensetzung nach Zugabe einer wässerigen Lösung leicht wieder dispergiert oder wieder gelöst wird.
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