DE60123225T2

DE60123225T2 - Clathratekomplexe auf der basis von hyaluronsäurederivaten und deren verwendung als arzneimittel

Info

Publication number: DE60123225T2
Application number: DE60123225T
Authority: DE
Inventors: Ladislav Soltes; Bohumil Steiner; Eva Machova; Grigorij Kogan; Slavomir Bystricky; Raniero Mendichi; Viktor Bauer; Mojmir Mach; Juraj Alfoeldi; Eva Stratilova
Original assignee: Fidia Farmaceutici SpA; SLOVAK ACAD SCI INST EX PHARM; SLOVAK ACADEMY OF SCIENCES INSTITUTE OF EXPERIMENTAL PHARMACOLOGY
Current assignee: Fidia Farmaceutici SpA; SLOVAK ACAD SCI INST EX PHARM; SLOVAK ACADEMY OF SCIENCES INSTITUTE OF EXPERIMENTAL PHARMACOLOGY
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: SK3582000A3; HUP0300163A3; DE60123225D1; ES2272465T3; WO2001066601A1; US7563824B2; AU5218001A; EP1272530B1; JP2003525980A; NO330340B1; NO20024192D0; NO20024192L; CA2402421C; US20040076680A1; CZ20023029A3; EP1272530A1; WO2001066601A8; SK282717B6; PL357557A1; PL204330B1

Description

Technischer Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Clathratkomplexe zwischen Hyaluronsäurederivaten, die mithilfe von physikalischem-chemischem Quervernetzen der Derivate von hoch molekularer Hyaluronsäure oder Salzen daraus erhalten werden.
Technischer Hintergrund
Arthritis ist gegenwärtig eine der häufigsten Erkrankungen beim Menschen. Unter den annähernd einhundert unterschiedlichen Arten von Arthritis, gehört die Osteoarthritis (OA) zu der Art, welche die stärksten finanziellen Investitionen erfordert und somit eine große wirtschaftliche Belastung bedeutet [L. S Simon, Osteoarthritis 25 (1999) 345]. Bei der OA kommt es zu einem vermehrten Auftreten von Synovialflüssigkeit, die weniger viskos ist, während die Konzentration von Synovialhyaluronan (HA) sowie dessen Molekulargewicht abnimmt [J. G. Peyron, J. Rheum. 20, Suppl. 39 (1993) 10]. Diese Veränderungen gelten als mitverantwortlich für den nachfolgenden beschleunigten Abbau des Knorpels. Die Verabreichung von hochmolekularem HA in das Gelenk (Injektion) des Patienten (diese Therapie wird gegenwärtig als „Viskosupplementation" bezeichnet) wird als ein wirksames Verfahren bei der Behandlung von traumatisierten arthritischen Gelenken beschrieben [T. Kikuchi et al., Osteoarthritis and Cartilage 4 (1996) 99].
Das durchschnittliche Molekulargewicht des Synovial-HA von gesunden Menschen liegt im Bereich von (1,6–10,9) × 10⁶ Da, während seine Konzentration 2–3 mg/ml entspricht [E. A. Balazs et. al., Arthritis Rheum. 10 (1967) 357]. Die Molekulargewichtswerte von kommerziell verfügbaren HA-Präparationen, die aus verschiedenen (natürlichen) Quellen, wie z.B. den Bakterien Streptococcus zooepidemicus oder Streptococcus equii oder aus Hahnenkämmen, usw. gewonnen werden, variieren in dem Bereich von Hunderttausenden von Da bis zu etwa 1–2 Millionen Da (1). Hochmolekulares HA bindet bis zu 1000-mal mehr Wasser als sein eigenes Gewicht ausmacht und bildet pseudoplastische, elastoviskose Lösungen, die sich wie weiche Gele verhalten, welche eine so genannte von der Scherrate abhängige Viskosität und von der Frequenz abhängige Elastizität [N. E. Larsen and E. A. Balazs. Adv. Drug Delivery Rev. 7 (1991) 279] offenbaren. Bei dem geringen Ausmaß der Scherspannung, zeigen Lösungen von hochmolekularem HA eine hohe Viskosität und niedrige Elastizität, während bei steigenden Werten der Scherspannung die Lösungen immer elastischer werden [L. S. Simon, Osteoarthritis 25 (1999) 345]. Solches Nicht-Newton'sche Verhalten von Synovialflüssigkeit ist wichtig für die Schmierung der Gelenke während der (schnellen) Bewegung. Die Knorpeloberfläche ist überzogen mit einem dünnen Film von SF (Synovialflüssigkeit), welcher die Unebenheit der Gelenkstruktur glättet (verfeinert). Mängel an dieser Schicht führen zu einem erhöhten Reibungskoeffizienten zwischen den beweglichen Teilen des Gelenks, was zu starken Schmerzen führt [M. Nishimura et al., Biochim. Biophys. Acta 1380 (1998) 1]. Ultrareine (für die Injektion bereite) Präparationen der elastoviskosen Lösungen des Hyaluronan-Natriumsalzes (HEALON^®; Pharmacia, Uppsala, Schweden), das aus Hahnenkämmen gewonnen wurde, haben einen breiten Anwendungsbereich gefunden, vor allem in der Ophthalmologie (Viskochirurgie) [A. Nimrod et al., J. Ocular Pharmacol. 8 (1992) 161] sowie in der Rheumatologie (Viskosupplementation) [J. G. Peyron, J. Rheumatology 20, Suppl. 39, (1993) 10; T. Kikuchi et al., Osteoarthritis and Cartilage 4 (1996) 99].
Kürzlich wurde in den USA und einigen anderen Ländern eine weitere Präparation für die intraartikuläre Verabreichung an OA-Patienten zugelassen. Dieses neue Produkt enthält hochmolekulares HA, das aus Hahnenkämmen stammt und als HYLAN^® (Biomatrix Inc., Ridgefield, NJ, USA) bezeichnet wird, sowie zusätzlich quervernetztes HA [L. S Simon Osteoarthritis 25 (1999) 345]. Der Grundgedanke (dieser Erfindung) bezieht sich auf die Tatsache, dass der Zeitabschnitt, während welchem das im Gelenk abgelagerte Hyaluronan seine Aktivität entfaltet, relativ kurz ist. Die biologische Halbwertszeit von HA nach seiner intraartikulären Verabreichung in das Kniegelenk von Kaninchen betrug 13 Stunden [T. J. Brown et. al., Exp. Physiol. 76 (1991) 125]. (Der Umsatz von endogenem Hyaluronan in den Gelenken dauert 12–48 Stunden [J. Drobnik, Adv. Drug Delivery Rev. 7 (1991) 295]. Die wasserlöslichen Präparationen HYLAN^® mit ultrahohem Molekulargewicht (durchschnittlich etwa 6 × 10⁶ Da), welche durch chemisches Quervernetzen von HA mit Formaldehyd hergestellt wurden, zeigen eine bedeutend längere biologische Halbwertszeit [L. S. Simon, Osteoarthritis 25 (1999) 345]. Die Präparationen HYLAN^®, die auf diese Weise hergestellt werden, d.h. unter Verwendung einer chemischen Quervernetzung, stellen die wirksamsten Viskosupplementations(Bio)materialien dar. In den anderen (wasserunlöslichen) Präparationen HYLAN^® (Gele, Membranen, Mikropartikeln) ist HA quervernetzt durch das Einführen von Vinylsulfongruppen mit daraus entstehender Bildung des „unendlichen" Poly(makro)molekularen Netzes [N. E. Larsen and E. A. Balazs. Adv. Drug Delivery Rev. 7 (1991) 279].
Aus der Zusammenfassung aller Literaturdaten bezüglich präklinischer und klinischer Studien, die die Injektion von Lösungen an HYLAN^® betrafen [N. E. Larsen and E. A. Balazs. Adv. Drug Delivery Rev. 7 (1991) 279; S. Al-Assaf et. al., Radiat. Phys. Chem. 46 (1995) 207; M. Wobig et al., Clin. Ther. 20 (1998) 410; L. S. Simon, Osteoarthritis 25 (1999) 345], lässt sich allerdings schließen, dass zusammen mit ihren bemerkenswerten nützlichen Eigenschaften wie beispielsweise Biokompatibilität, (biologische) Abbaubarkeit, (komplette) Resorption, Nicht-Immunogenität, sehr niedrige bis seltene Pyrogenität, ihr offensichtlicher Nachteil in ihrer sehr hohen Viskosität besteht. Aufgrund der Tatsache, dass die intraartikulär verabreichten (durch Injektion) Hyaluronane mit ultrahohem Molekulargewicht (HYLAN^®) enorm viskose pseudoplastische Gele sind, wodurch ihr Eindringen in die schmalen Spalten/Schlitze der beschädigten Gelenkstruktur (offensichtlich) größtenteils behindert ist.
Technisches Problem
Es bestand die Notwendigkeit eine Hyaluronsäure zu besitzen (verfügbar zu haben) mit einem hohen Molekulargewicht sowie mit den zuvor erwähnten Vorteilen und gleichzeitig ohne eine übermäßige Viskosität.
Darstellung der Erfindung
Die Anmelderin hat unerwartet herausgefunden, dass es möglich ist, die zuvor erwähnten Nachteile zu überwinden, indem ein neues Verfahren von physikalisch-chemischem Quervernetzen an den entsprechenden Derivaten der hochmolekularen Hyaluronsäure oder ihren Salzen angewandt wird.
Tatsächlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Clathrat, welches gebildet wird durch:

• Hyaluronsäurederivat (a)
• Hyaluronsäurederivat (b1) unterschiedlich zu (a) und dazu in der Lage, mit (a) ein Clathrat zu bilden und/oder
• Verbindung (b2) ohne Hyaluronsäureanteil, die aber die Fähigkeit zur Clathratbildung mit (a) besitzt.

Die erforderliche Zunahme des Molekulargewichts von HA oder die Bildung des (dreidimensionalen) polymerischen Netzes aufgrund der Bildung von Clathratkomplexen wird vorzugsweise in situ an der Stelle des gewünschten Wirkungseintritts stattfinden. Auf diese Weise kann die geeignete Flüssigpräparation für die Viskosupplementation (z. B. für die OA-Behandlung) oder ein weiches/elastisches und sogar ein festes/starres Gel (geeignet z. B. für „Remodeling" des fehlenden (Anteils von einem) Gewebe) erhalten werden. Das Verfahren für die Herstellung der zuvor erwähnten Clathratkomplexe arbeitet mit den so genannten sich (selbst)-assoziierenden supramolekularen Verbindungen. Die wirksamere Viskosupplementationstherapie wird erreicht unter Verwendung einer ursprünglichen Vorgehensweise, welche entweder beinhaltet:

i) zwei nacheinander folgende intraartikuläre Injektionen der sich assoziierenden Verbindungen (a), (b1) und/oder (b2). Als ein Ergebnis der erhöhten Penetration und der Permeabilität der niederviskosen injizierten Flüssigkeiten bei ihrer Assoziation, wird ein gewünschtes Viskosupplementationsprodukt direkt an dem Zielort gebildet, oder
ii) die intraartikuläre Verabreichung der zuvor erwähnten sich assoziierenden Verbindungen zusammen mit einer geeigneten Substanz mit niedrigem Molekulargewicht, nämlich einem aktiven Inhaltsstoff, dessen primäre Rolle darin besteht, den Prozess der Assoziation zu blocken (mit diesem zu konkurrieren). (Bei der Injektion eines solchen „Cocktails" blockieren Moleküle des (niedermolekularen) Agens (Arzneimittels) anfänglich den Prozess der Assoziation vollständig, aber bei der Elimination (Ausscheidung) des Arzneimittels aus der Gelenkumgebung wird die gewünschte (in situ) Selbstassoziation der Polymerkomponenten eintreten).

Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf 2 verschiedenen Typen von pharmazeutischen Zusammensetzungen vorzugsweise in der Form von injizierbaren Lösungen, die als aktiven Inhaltsstoff (a), (b1) und/oder (b2) enthalten sowie ein Arzneimittel, das das genannte Clathrat und optional einen weiteren aktiven Inhaltsstoff enthält.
Vorzugsweise wird dieses Arzneimittel aufgrund der Assoziation der genannten pharmazeutischen Zusammensetzungen verabreicht und enthält das Clathrat, welches in situ an der Stelle des gewünschten Wirkstoffeintritts gebildet wird, wobei das genannte Arzneimittel optional einen weiteren aktiven Inhaltsstoff enthalten kann.
Beschreibung der Abbildungen
1 stellt die chemische Struktur von Hyaluronsäure dar.
2 zeigt die chemische Struktur (a) und die schematische räumliche Darstellung (A) von Amantadin; die chemische Struktur (b) und die schematische räumliche Darstellung (B) von β-Cyclodextrin; die schematische räumliche Darstellung (A-B) des Clathratkomplexes davon.
3 stellt eine schematische räumliche Darstellung des Clathratkomplexes dar, der durch das Hyaluronsäurederivat mit β-Cyclodextrin und dem Hyaluronsäurederivat mit Adamantin gebildet wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bevorzugte Clathrate gemäß der vorliegenden Erfindung sind diejenigen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, enthaltend:

• Clathrat (A), wobei es sich bei Komponente (a) um ein Hyaluronsäurederivat mit einem Cyclodextrin handelt; Verbindung (b1) ist eine Hyaluronsäure mit Amantadin,
• Clathrat (B), wobei es sich bei Komponente (a) um eine Hyaluronsäure mit Cyclodextrin handelt und (b2) ein wasserlösliches, natürliches, halbsynthetisches oder synthetisches Polymer ist.
• Clathrat C, wobei es sich bei Komponente (a) um Hyaluronsäure mit Amantadin und bei Komponente (b2) um polymerisiertes Cyclodextrin handelt.

Natürliche Polymere, welche als Komponente (b2) in Clathrat (B) verwendet werden können, sind zum Beispiel Kollagen, Kopräzipitate von Kollagen und Gykosaminoglykanen, Cellulose, Polysaccharide wie beispielsweise Chitin, Chitosan, Pektin oder Pektinsäure, Agarose, Xanthan, Gellan, Alginsäureester und Salze davon, Polymannan oder Polyglykane, Stärke und natürliche Gummis.
Die halbsynthetischen Polymere, die als Komponenten (b2) in Clathrat (B) verwendet werden können, sind zum Beispiel aus der Gruppe auswählbar, die aus Kollagen quervernetzt mit Agenzien wie beispielsweise Aldehyden oder Vorstufen der gleichen, Dicarboxylsäuren oder ihren Halogeniden, Diaminen, Derivaten von Zellulose, Hyaluronsäure, Chitin, Chitosan, Gellan, Xanthan, Pektin oder Pektinsäure, Polyglykanen, Polymannan, Agar, Agarose, natürlichem Gummi und Gykosaminoglykanen besteht.
Schlussendlich können als Komponente (b2) in Clathrat (B) diejenigen synthetischen Polymere verwendet werden, welche zum Beispiel ausgewählt werden können aus der Gruppe bestehend aus Poloxameren.
Ein Clathrat ist ein Einschlusskomplex, der durch ein Molekül gebildet wird, nämlich den Gast, der in einem Käfig eingeschlossen ist, welcher durch ein anderes Molekül gebildet wird, nämlich den Wirt.
Die Theorie der „Clathratbildung" bezieht sich insbesondere auf eine Komplexierung zwischen Wirt- und Gastmolekülen, die durch die folgende Gleichung beschrieben wird:
WIRT + GAST ↔ WIRT – GAST.
Wenn die Stöchiometrie der interagierenden Moleküle [WIRT]:[GAST] (wobei [] für die molare Konzentration steht) gleich 1:1 ist, dann kann, im Fall des thermodynamischen Gleichgewichts, die Komplexierungskonstante – K – wie folgt definiert werden:
Diese Gleichung bedeutet, dass in dem Fall einer äquimolaren Mischung ([WIRT] = [GAST] = 1 mol/l), die (molare) Konzentration des gebildeten Komplexes [WIRT--- GAST] einzig von der Größe des Parameters K abhängt.
Der logarithmische Wert von K bei der Komplexierung von Clathrat (A) mit β-Cyclodextrin (β-CD), wobei β-CD einen Wirt darstellt mit dem Gastmolekül von Amantadin oder in der Form von 1-Aminoadamantan-Hydrochlorid (AMANT), einem Arzneimittel, das zu den Medikamenten gegen die Parkinson'sche Krankheit gehört [C. J. Gean and F. H. Meyers, POCKET DRUG GUIDE – Second Ed., Willimas & Wilkins, Baltimore, MD, USA, 19 bis 25°C, pH 7,2), entspricht 3,92 + 0,02 oder 5,04 [M. V. Rekharsky and Y. Inoue, Chem. Rev. 98 (1998) 1875]. Das Komplexierungsverfahren des Amantadinmoleküls mit einem Molekül von β-CD ist in 2 dargestellt.
Die Adamantylgruppe (fast sphärische Form) ist eine der besten Gaststrukturen, die eng in den Wirtshohlraum des β-CD-Moleküls passt [W. C. Cromwell et al., J. Phys. Chem. 89 (1985) 325; C. Amiel and B. Sébille, J. Inclusion Phenom. Mol. Recognit. Chem. 25 (1996) 61 ]. Der Wert der Gleichgewichtskomplexierungskonstante K von verschiedenen Adamantanderivaten mit nicht-substituierten und substituierten β-Cyclodextrinen liegt im Bereich von 10⁴–10⁵ mol/l. (Einer der höchsten logarithmischen K-Werte 7,8 ± 0,1 (bei 25°C) wird mit der Indol-Komplexierung mit α-CD erreicht [M. Y. Rekharsky and Y. Inoue, Chem. Rev. 98 (1998) 1875].) 3 (schematisch) zeigt den Assoziationsprozess von zwei Derivaten des Hyaluronans mit hohem Molekulargewicht. Ihre makromolekularen Ketten tragen entweder Substituenten vom Gasttyp (AMANT) oder vom Wirttyp (β-CD), welche dazu in der Lage sind, sich eng aneinander zu klammen/aneinander zu heften (wie Haken und Öse). Im Fall von mehreren Wirt-Gast-Anklammerungen/Anheftungen zwischen den Hyaluronan-Derivaten, wie es im Fall von Clathratkomplexen gemäß der vorliegenden Erfindung vorkommt wird eine stabile polymakromolekulare Verbindung/ein stabiles polymakomolekulares Aggregat gebildet. In dem Clathrat gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt das molare Verhältnis von Hyaluronsäurederivat mit Cyclodextrin zu Hyaluronsäurederivat mit Amantadin vorzugsweise zwischen 10:90 und 90:10, insbesondere zwischen 80:20 und 50:50, wohingegen das Molekulargewicht dieses Komplexes vorzugsweise für die weichen Gele zwischen 500 und 25000 kDa, insbesondere zwischen 2000 und 20000 kDa liegt. Für die harten Gele allerdings überschreitet dieser Wert die obere Grenze und ist nicht bestimmbar.
Das Molekulargewicht der Start-Hyaluronsäure, welche für die Herstellung des Clathrats gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst vorzugsweise zwischen 100 und 2000 kDa.
Die Hyaluronsäurederivate mit Cyclodextrinen sind vorzugsweise diejenigen, welche durch direkte Veresterung der Carboxylgruppe von Hyaluronsäure mit Cyclodextrin erhalten werden, während die Substitution an den primären Hydroxylgruppen (-CH₂-OH) der α-D-Glukopyranosyleinheiten von Cyclodextrin über ein Verfahren erfolgt, das in „Cyclodextrin derivative of hyaluronan", L. Soltes et al(Carbohydrate Polymers 39 (1999) Seiten 17–24) beschrieben ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Hyaluronsäureestern der Cyclodextrine um diejenigen, die mit Cyclodextrinen und Hyaluronsäuren mithilfe eines Spacers erhalten werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Lösung handelt es sich bei dem Spacer um Adipinsäuredihydrazid. In diesem Fall bezieht sich das Verfahren zur Herstellung der Hyaluronsäurederivate mit Cyclodextrin gemäß der vorliegenden Erfindung auf:

a) eine ursprüngliche Hydrazidgruppen(-CO-NH-NH)bildung zwischen Adipinsäuredihydrazid (NH₂-NHCO(CH₂)₄CONH-NH₂) und den Carboxylgruppen von voraktivierter Hyaluronsäure, und
b) die nacheinander ablaufende Reaktion zwischen der zweiten Hydrazidfunktion (NH₂-NHCO-) des Adipinsäurehydrazidderivats von Hyaluronsäure mit voraktivierten primären Hydroxylen von Cyclodextrtin, wodurch das Endprodukt entsteht, welches dargestellt werden kann als HA-CO-NH-NH-(CH₂)₄-CO-NH-NH-COO-CYCLODEXTRIN.

In diesem Verfahren wird Schritt (a) vorzugsweise in Anwesenheit einer wässrigen Pufferlösung bei pH 5,5 durchgeführt, die aus Natrium 2(N-morpholino)-ethansulfonat besteht, und Adipinsäuredihydrazid wird zu Hyaluronsäure, aktiviert mit 1-Ethyl-3(3-dimethyl-aminopropyl)-carbodiimid, zugegeben. Das Hyaluronsäurederivat mit Adipinsäuredihydrazid wird vorzugsweise aus der Reaktionsmischung mithilfe von Dialysieren und Gefriertrocknen zurückgewonnen. Schritt (b) wird bevorzugt ausgeführt durch Zugabe von Adipinsäuredihydrazidderivat von Hyaluronsäure zu einer wässrigen Lösung von Cyclodextrin, welche zuvor mit 1-cyano-4-dimethyl-aminopyridiniumtetrafluorborat in Acetonitril in Anwesenheit von Triethylamin aktiviert wurde, und gestoppt wird die Reaktion durch Zugabe von Ethanolamin. Das Produkt wird wieder gewonnen durch Dialyse-Ultrafiltration und zum Schluss durch Gefriertrocknen. Cyclodextrine für die Herstellung der Hyaluronsäurederivate, die in Clathrat (A) und (B) verwendet werden, werden bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, enthaltend: α-Cyclodextrin, β-Cyclodextrin, γ-Cyclodextrin, Propyl-β-Cyclodextrin, Sulfobutyl-β-Cyclodextrin, Amino- oder Hydrazino-β-Cyclodextrin.
Diese Hyaluronsäurederivate haben vorzugsweise einen Substitutionsgrad der Carboxylfunktion (nämlich dem Prozentsatz von Carboxylgruppen von Hyaluronsäure, die mit Cyclodextrin reagieren und welcher auf der Gesamtanzahl von Carboxylsäurefunktionen, die in dem genannten Molekül vorliegen, berechnet wird), welcher vorzugsweise zwischen 0,5 und 50, insbesondere zwischen 2 und 20 % liegt. Das Verfahren zur Herstellung der Hyaluronsäurederivate mit Amantadin, das für die Herstellung der Clathrate (A) und (C) gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst insbesondere die Bildung der amidischen Bindung zwischen der voraktivierten Hyaluronsäure und Amantadin in einer wässrigen Lösung in Gegenwart eines Puffers. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Amantadin-Aktivator um 1-ethyl-3(3-dimethyl-aminopropyl)-carbodiimid und bei dem Puffer um Natrium 2(N-morpholino)-ethansulfonat.
Die Hyaluronsäurederivate mit Adamantin weisen vorzugsweise einen Substitutionsgrad (nämlich dem Prozentsatz von Carboxylgruppen von Hyaluronsäure, die mit Amantadin reagieren und welcher auf der Gesamtanzahl von Carboxylsäurefunktionen, die in dem genannten Molekül vorliegen, berechnet wird), welcher vorzugsweise zwischen 0,5 und 25, insbesondere zwischen 2 und 10 % umfasst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf pharmazeutische Zusammensetzungen, welche als aktiven Inhaltsstoff ein Hyaluronsäurederivat mit Cyclodextrin oder als Alternative das Hyaluronsäurederivat mit Amantadin in Kombination mit geeigneten Trägerstoffen und/oder Verdünnern enthalten.
Die pharmazeutischen Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung können geeignet sein für orale, parenterale und topische Behandlung und insbesondere auf all den Gebieten verwendet werden, in welchen eine Wiederherstellung der Viskoelastizität benötigt wird, und die einfache Injektion ebenfalls von Bedeutung ist. Dazu gehören Allgemeinchirurgie (als Materialien für das Füllen künstlicher Prothesen), maxillofaziale Chirurgie (zum Beispiel als Materialien für die Injektion zum Auffüllen von Falten, bei der Substitution von Weichteilgewebe und für das Wachstum von Gewebe), arthroskopische Chirurgie (zum Beispiel als Gleitmittel) oder für die Viskosupplementation der Gelenke, selbst von denjenigen mit geringerer Größe, wie beispielsweise Fingerknochen, Fußknöchel, temporomandibulare Gelenke.
Darüber hinaus können HA-Derivate mit Cyclodextrin vorteilhaft für die Herstellung von pharmazeutischen Formulierungen sein, die für den Transport oder die kontrollierte Freisetzung von Arzneimitteln und/oder von biologisch aktiven Substanzen eingesetzt werden, die bei der Behandlung von Erkrankungen in den Bereichen Dermatologie, Ophthalmologie, Gynäkologie, Onkologie, Angiologie, Neurologie, Orthopädie und Rheumatologie verwendet werden. Bei solchen Substanzen kann es sich um antiinfektiöse Agenzien, antimikrobielle Agenzien, antiinflammatorische Agenzien, Zytostatika, zytotoxische Agenzien, antivirale Agenzien sowie Anästhetika und Wachstumsfaktoren handeln. Das Derivat kann in Verbindung mit radioaktiven Substanzen und nicht- radioaktiven Substanzen, die in Kontrastsystemen eingesetzt werden als Marker für In-vivo-Diagnostik verwendet werden, um Tumorgewebe oder geschädigtes Gewebe zu identifizieren und zu behandeln.
Präparationen, die auf HA basierte Biomaterialien gemäß der Erfindung mit Arzneimitteln und/oder biologisch aktiven Substanzen kombinieren, sind geeignet für eine innovative therapeutische Vorgehensweise, bei welcher auf die Freisetzung des pharmakologisch aktiven Inhaltsstoffs die Selbstassoziation in situ der Polymerkomponenten folgt. Die pharmakologische Aktivität der freigesetzten Substanz steht daher im Zusammenhang mit der Gleitfähigkeit und der gewebeschützenden Wirkung des quervernetzten Materials in situ. Diese Vorgehensweise ist vorteilhaft in den Bereichen wie beispielsweise Dermatologie, Orthopädie und Rheumatologie (zum Beispiel für die Therapie von Osteoarthritis und rheumatoider Arthritis), Ophthalmologie (zum Beispiel bei der Therapie von Augeninfektion und Augenentzündung).
Wie zuvor angeführt, liegen die oben erwähnten pharmazeutischen Zusammensetzungen im Anwendungsbereich der Erfindung vorzugsweise in der Form von injizierbaren Lösungen vor und stehen vorzugsweise in Verbindung mit der Formulierung eines Arzneimittels, welches Clathrat gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, das in situ gebildet wird.
Das Arzneimittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann neben dem Clathrat auch einen aktiven Inhaltsstoff enthalten, welcher vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus nicht-steroidalen oder steroidalen antiinflammatorischen Arzneimitteln, Antibiotika, Tumorstatika besteht. Diese Arzneimittel mit niedrigem Molekulargewicht können anfänglich als Kompetitoren (Blocker) für die Assoziation zwischen den beiden Hyaluronsäurederivaten dienen und werden graduell entfernt, um die Clathratbildung zu ermöglichen.
Besonders bevorzugt wird das Arzneimittel gemäß der vorliegenden Erfindung, welches Piroxicam enthält.
Das Arzneimittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich oder alternativ zu den zuvor bereits erwähnten aktiven Inhaltsstoffen eine biologisch aktive Substanz enthalten, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wachstumsfaktoren, Zytokinen und/oder zellulärem Material, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, enthaltend Osteocyten, Chondrocyten, Stammzellen und Mesenchymalzellen.
Bei den Arzneimitteln gemäß der vorliegenden Erfindung werden die aktiven Inhaltsstoffe bevorzugt mit Cyclodextrin verbunden.
Der viel versprechendste Anwendungsbereich des Clathrat-(HA basierten)Biomaterials und der -Arzneimittel liegt in der Behandlung von Patienten sowie in der Verbesserung ihres Gesundheitsmanagements bei den Diagnosen solcher Erkrankungen wie beispielsweise Gelenkentzündungen – Arthritis, Augenentzündungen (Konjunktivitis), bösartigen Tumoren, Hautverletzungen usw.
Die Beispiele, die unten aufgelistet sind, veranschaulichen die Herstellung der Hyaluronsäurederivate mit Cyclodextrin und mit Amantadin sowie die Clathratbildung, schränken aber den Anwendungsbereich der Erfindung nicht ein.
In den folgenden Beispielen 1 und 2 wurde Hyaluronsäure mit hohem Molekulargewicht verwendet, während in den Beispielen 3–7 ihr (Natrium-)Salz eingesetzt wurde.
Die molekularen Parameter des verwendeten HA waren wie folgt: durchschnittliche Anzahl (M_n), durchschnittliches Gewicht (M_w) und z-Durchschnitt (M_z), Molekulargewichtswerte: 350,7 (326,5) kDa, 647,1 (659,4; 666,0) kDa beziehungsweise 1050,4 (1066,1) kDa. Die Parameter <Rg_z ²>^½, nämlich der quadratische Mittelwert des Rotationsradius und A₂, nämlich der zweite Virialkoeffizient, bestimmt in wässrigem NaCl (0,15 mol/l) lagen bei 97,4 (97,2) nm beziehungsweise 1,94 × 10^–3 mol.ml/g².
Beispiel 1. Herstellung von HA-β-CD-Derivat mithilfe eines Spacers:
HA (106 mg) wird aufgelöst in wässriger Pufferlösung von Natrium 2-(N-morpholino)-ethansulfonat (MES; 0,05 mol/l; 57 ml; pH 5,5). Ein Spacer – Adipinsäuredihydrazid (ADH; 600 mg) und ein Aktivator (von den HA-Carboxylgruppen) – 1-ethyl-3-(3-dimethyl-aminopropyl)carbodiimid (EDC; 127 mg) wurden nacheinander zu der Lösung hinzu gegeben.
Nach der Zugabe des gesamten EDC wurde die Reaktionsmischung dialysiert und das Zwischenprodukt HA-ADH wurde durch Gefriertrocknung erhalten.
Zu der wässrigen Lösung von β-CD (100 mg/30 ml) wurde der Aktivator der Hydroxylgruppen – 1-cyano-4-dimethylaminopyridinium-tetrafluorborat (CDAP; 20 mg) zugegeben in einer Acetonitirillösung (2 ml) mit einer Beigabe von Triethylamin (0,2 mol; pH 7,8). Nach 2 Minuten wurde wässrige Lösung von HA-ADH (90 mg/10 ml) zugegeben. Die Reaktion wurde nach 2 Stunden gestoppt durch die Zugabe von Ethanolamin (2 ml). Die Reaktionsmischung wurde dialysiert und das Produkt nachfolgend gereinigt durch wiederholte Ultrafiltration und letztendlich gefriergetrocknet. (Geeignet ist dieses Verfahren für das Einbringen von homobifunktionellen Spacern, welche (zwei) endständige Amino- oder Hydrazinogruppen enthalten).
Beispiel 2:
Das Verfahren ist identisch zu dem Verfahren in Beispiel 1, allerdings wird statt β-Cyclodextrin α-CD, γ-CD oder ein beliebig substituiertes Cyclodextrin verwendet, wie beispielsweise Hydroxyethyl-β-CD, Hydroxypropyl-β-CD, (teilweise substituiertes) Sulfobutyl-β-CD usw.
Beispiel 3: Herstellung von HA-β-CD-Derivat mithilfe von Bindung durch Amino- oder Hydrazinogruppe:
Bei dieser Anwendung werden Amino- oder Hydrazinoderivate von β-CD hergestellt durch Austausch von z. B. der Tosylgruppe. Die Reaktion von HA mit dem Amino- oder Hydrazinoderivat von β-CD wird unter Bedingungen durchgeführt, die identisch mit denjenigen sind, die in Beispiel 1 beschrieben sind, d.h. mithilfe der Aktivierung von Carboxylgruppen von HA mit EDC.
Beispiel 4:
Das Verfahren ist identisch mit dem Verfahren in Beispiel 3, allerdings wird statt β-Cyclodextrin α-CD oder γ-CD verwendet usw.
Beispiel 5: Herstellung von Derivat HA-AMANT:
HA (130 mg) wurde in MES-Puffer (0,05 mol/l; 20 ml; pH 5,5) aufgelöst. Zu der Lösung wurde unter konstantem Rühren Amantadin, d.h. 1-amino-adamantan-hydrochlorid (AMANT; 270 mg), aufgelöst in 35 ml des gleichen MES-Puffers, zugegeben und nachfolgend EDC, der Aktivator der Carboxylgruppen von HA, hinzugegeben (150 mg).
Die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur für etwa 20 Stunden gerührt. Der pH-Wert wurde im Bereich von 6,0–6,5 mithilfe von verdünnter HCl (0,1 mol/l) aufrechterhalten. Bei Beendigung der Reaktion wurde die Lösung filtriert (unter Verwendung von Papierfilter „Whatman # 3"), und das Filtrat weiter gereinigt durch wiederholte Ultrafiltration (5-mal) (unter Verwendung der Membran „Amicon PM-10"). Das daraus entstandene Produkt (HA-AMANT) wurde durch Gefriertrocknen gewonnen (Ertrag 105 mg). Die molekularen Parameter des hergestellten Derivats HA-AMANT sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 6: Assoziation/Wirt-Gast-Komplexierung der beiden (hochmolekularen) HA-Derivate:
HA-AMANT (synthetisiert wie in Beispiel 5 beschrieben) sowie HA-β-CD (synthetisiert wie in „Cyclodextrin derivative of hyaluronan", L. Soltes et al (Carbohydrate Polymers 39 (1999) Seiten 17–24)) beschrieben, wurden in wässrigem NaCl (0,15 mol/l) gelöst und so gemischt, dass ihr molares Verhältnis [HA-AMANT]/[HA-β-CD] 80:20 oder 50:50 betrug. Der Wert des durchschnittlichen Molekulargewichts (M_w), das für die äquimolare Mischung der beiden Biopolymere mithilfe von MALLS gewonnen wurde, betrug 556,0 kDa, welches deutlich höher lag als der M_w-Wert der einzelnen Komponenten sowie die einfache arithmetische Summe ihrer Werte (Tabelle 1). Ähnlich lag der Wert <Rg_z ²>^½ = 80,6 nm, der für die äquimolare Mischung bestimmt wurde, wesentlich höher als derjenige Wert, der für die einzelnen reinen Makrobiomoleküle, nämlich 23,8 (25,2) nm für HA-AMANT und 40,2 nm für HA-β-CD, erhalten wurde.
Beispiel 7:
Das Verfahren ist identisch mit dem Verfahren beschrieben in Beispiel 6, aber in diesem besonderen Fall wird eine Lösung der Probe hergestellt, wie in Beispiel 6 beschrieben, gemischt mit der Lösung der Probe, die gemäß einem in den Beispielen 1–5 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
Beispiel 8: Assoziation/Wirt-Gast-Komplexierung von HA-alpha-CD-Derivat mit Polyethylenglycol-Dendrimer.
HA-alpha-CD (synthetisiert wie in Beispiel 1 beschrieben) mit MW = 150 000 Da wurde in wässrigem NaCl (0,15 mol/l) aufgelöst und mit einer anderen 0,15 mol/l NaCl-Lösung mit Polyethylenglycol(PEG)-Dendrimer (hergestellt von Shearwater, USA) mit MW = 20 000 Da gemischt. Das durchschnittliche Molekulargewicht der äquimolaren Mischung der beiden Biopolymere betrug 820 000 Da.
Beispiel 9: Assoziation/Wirt-Gast-Komplexierung von polymerisiertem beta-CD mit HA-AMANT.
Polymerisiertes beta-CD (hergestellt von CYCLOLAB, Ungarn) mit MW = 135000 Da wurde in wässrigem NaCl (0,15 mol/l) aufgelöst und mit einer anderen 0,15 mol/l NaCl-Lösung mit HA-AMANT (hergestellt wie in Beispiel 5 beschrieben) mit MW = 91 200 Da gemischt. Das durchschnittliche Molekulargewicht der äquimolaren Mischung der beiden Biopolymere betrug 427 000 Da.
Tabelle 1 Molekulare Parameter der synthetisierten (Bio)polymere, einzeln und nach Kombination/Mischung
Von der quantitativen Betrachtungsweise übersteigen die <Rg_z ²>^½-Werte sowie die Werte für Mw, die für die assoziierten Verbindungen nach dem Mischen der beiden Biopolymere bestimmt wurden, deutlich die Werte für die einzeln gemessenen makromolekularen Komponenten. Da im Fall der einfachen Additivitiät ([1] + [1]), die für die Parameter erhaltenen Werte lauten würden:
<Rg_z ²>^½ = 64,0 (65,4) nm und M_w = 272,1 (276,5) kDa; wobei die Tendenz, größere Aggregate nach der Komplexierung zu bilden bei beiden Typen von makromolekularen HA-Derivaten auffällig ist.

Claims

Clathrat gebildet durch die Verbindung von – Hyaluronsäurederivat (a) – Hyaluronsäurederivat (b1) unterschiedlich zu (a) und dazu in der Lage, mit (a) ein Clathrat zu bilden und/oder – Verbindung (b2) ohne Hyaluronsäureanteil, die aber die Fähigkeit zur Clathratbildung mit (a) besitzt.
Clathrat gemäß Anspruch 1, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: – Clathrat (A), wobei es sich bei Komponente (a) um ein Hyaluronsäurederivat mit Cyclodextrin handelt; Verbindung (b1) ist eine Hyaluronsäure mit Amantadin, – Clathrat (B), wobei es sich bei Komponente (a) um Hyaluronsäure mit Cyclodextrin handelt und (b2) ein wasserlösliches, natürliches, halbsynthetisches oder synthetisches Polymer ist. – Clathrat C, wobei es sich bei Komponente (a) um Hyaluronsäure mit Amantadin und bei Komponente (b2) um polymerisiertes Cyclodextrin handelt.
Clathrat gemäß Anspruch 2, wobei genanntes Hyaluronsäurederivat mit Cyclodextrin ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus der Verbindung, die durch direkte Esterifizierung der Carboxylgruppen von Hyaluronsäure mit Cyclodextrin erhalten wird und derjenigen, die mithilfe eines Spacers gewonnen wird.
Clathrat gemäß Anspruch 3, wobei es sich bei genanntem Spacer um Adipinsäuredihydrazid handelt.
Clathrat gemäß einem der Ansprüche 2–4, wobei Cyclodextrin ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus: α-Cyclodextrti, β-Cyclodextrin, γ-Cyclodextrin, Propyl-β-Cyclodextrin, Sulfobutyl-β-Cyclodextrin, Amino- oder Hydrazino-β-Cyclodextrin.
Clathrat gemäß einem der Ansprüche 1–5, wobei genannte Hyaluronsäurederivate einen Substitutionsgrad der carboxylischen Funktion zwischen 0,5 und 50% aufweisen.
Clathrat gemäß Anspruch 6, wobei genannter Substitutionsgrad zwischen 2 und 50% liegt.
Clathrat gemäß Anspruch 2, wobei das Hyaluronsäurederivat mit Amantadin einen Substitutionsgrad zwischen 0,5 und 25% aufweist.
Clathrat gemäß Anspruch 8, wobei genanntes Hyaluronsäurederivat einen Substitutionsgrad zwischen 2 und 10% aufweist.
Clathrat gemäß einem der Ansprüche 1–9, wobei Hyaluronsäure als Startreaktant mit einem Molekulargewicht zwischen 100 und 2000 kDa verwendet wird.
Clathrat gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Clathrat (A) handelt.
Clathrat gemäß Anspruch 11 mit einem Molekulargewicht im Bereich zwischen 500 und 25000 kDa und dem molaren Verhältnis von Hyaluronsäurederivat mit Cyclodextrin zu Hyaluronsäurederivat mit Amantadin zwischen 10:90 und 90:10.
Clathratkomplex gemäß Anspruch 12 mit einem Molekulargewicht zwischen 2000 und 20000 kDa und einem molaren Verhältnis zwischen 80:20 und 50:50.
Clathrat gemäß Anspruch 2, ausgewählt unter Clathrat (B) und wobei die natürlichen Polymere, die als Komponente (b2) verwendet werden, ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Kollagen, Kopräzipitaten von Kollagen und Glykosaminoglykanen, Cellulose, Polysacchariden, Agarose, Xanthan, Gellan, Alginsäuresalze oder Ester daraus, Polymannan, Polyglykane, Stärke, natürlichen Gummis.
Clathrat gemäß Anspruch 14, wobei die halbsynthetischen Polymere, die als Komponente (b2) in Clathrat (B) verwendet werden, ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Kollagen quervernetzt mit quervernetzenden Agenzien, Derivaten von Cellulose, Hyaluronsäure, Chitin, Chitosan, Gellan, Xanthan, Pektin oder Pektinsäure, Polyglykanen, Polymannan, Agar, Agarose, natürlichem Gummi, Glykosaminoglykanen.
Clathrat gemäß Anspruch 2, welches als Verbindung (b2) verwendet wird, wobei die synthetischen Polymere ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Poloxameren.
Clathrat gemäß Anspruch 16, wobei es sich bei dem Poloxamer um Polyethylglykol mit einem Molekulargewicht von 2000 Da handelt.
Clathrat gemäß Anspruch 2, ausgewählt unter Clathrat (C) und wobei es sich bei dem polymerisierten Cyclodextrin um polymerisiertes β-Cyclodextrin mit einem Molekulargewicht von 91200 Da handelt.
Arzneimittel umfassend den Clathratkomplex als aktiven Inhaltsstoff gemäß einem der Ansprüche 1–18.
Arzneimittel gemäß Anspruch 19 im Weiteren umfassend einen aktiven Inhaltsstoff mit niedrigem Molekulargewicht.
Arzneimittel gemäß Anspruch 20, wobei genannter aktiver Inhaltsstoff ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus nicht-steroidalen oder steroidalen antiinflammatorischen Wirkstoffen, Antibiotika und Antitumorwirkstoffen.
Arzneimittel gemäß einem der Ansprüche 20 oder 22, wobei es sich bei dem genannten aktiven Inhaltsstoff um Piroxicam handelt
Arzneimittel gemäß einem der Ansprüche 20–22, enthaltend alternativ oder zusätzlich zu genanntem aktiven Inhaltsstoff eine biologisch wirksame Substanz und/oder Zellmaterial.
Arzneimittel gemäß Anspruch 23, wobei genannte biologisch wirksame Substanz ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Wachstumsfaktoren und Zytokinen.
Arzneimittel gemäß Anspruch 24, wobei genanntes Zellmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus: Osteocyten, Chondrocyten, Stammzellen und Mesenchymzellen.
Hyaluronsäurederivat mit Cyclodexterin erhalten mithilfe eines Spacers, wobei es sich bei genanntem Spacer um Adipinsäurehydrazid handelt.
Verfahren zur Herstellung von Hyaluronsäurederivat gemäß Anspruch 26, umfassend die folgenden Schritte: a) ursprüngliche Hydrazidgruppen(-CO-NH-NH-CO-)bildung zwischen Adipinsäuredihydrazid (NH₂-NHCO(CH₂)₄CONH-NH₂) und den Carboxylgruppen der voraktivierten Hyaluronsäure und b) Reaktion zwischen der zweiten Hydrazidfunktion (NH₂-NHCO-) des Adipinsäuredihydrazidderivates der Hyaluronsäure aus Schritt (a) mit voraktiviertem Cyclodextrin.
Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei Schritt (a) ausgeführt wird in Gegenwart einer wässrigen Pufferlösung bei pH 5,5, bestehend aus Natrium-2(N-morpholino)-ethansulfonat. Adipinsäuredihydrazid wird zur Hyaluronsäure aktiviert mit 1-ethyl-3(3-dimethyl-aminopropyl)-carbodiimid hizugegeben.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei Schritt (b) ausgeführt wird durch Zugabe von Hyaluronsäurederivat mit Adipinsäuredihydrazid aus Schritt (a) zu einer wässrigen Lösung von Cyclodextrin, die zuvor mit 1-cyano-4-dimethylaminopyridiniumtetrafluorborat in Acetronitril in Gegenwart von Triethylamin aktiviert wurde. Gestoppt wird die Reaktion durch Zugabe von Ethanolamin.
Hyaluronsäurederivat mit Amantadin.
Verfahren zur Herstellung von Hyaluronsäurederivat gemäß Anspruch 30 umfassend Bildung der Amidbindung zwischen voraktivierter Hyaluronsäure und Amantadin in einer wässrigen Lösung in der Gegenwart von Puffer.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei es sich bei dem Amantadinaktivator um 1-ethyl-3(3-dimethyl-aminopropyl)-carbodiimid und bei dem Puffer um Natrium-2(N-morpholino)-ethansulfonat handelt.
Pharmazeutische Zusammensetzung enthaltend als aktiven Inhaltsstoff ein Hyaluronsäurederivat gemäß Anspruch 30 in Kombination mit geeigneten Trägerstoffen und/oder Verdünnern.
Pharmazeutische Zusammensetzung gemäß Anspruch 33 geeignet für orale, parenterale und topische Anwendung.
Pharmazeutische Zusammensetzung gemäß Anspruch 34 in Form einer injizierbaren oder intraartikulären Lösung.
Arzneimittel gemäß einem der Ansprüche 19–25, dadurch gekennzeichnet, dass dieses erhalten wird durch die Verbindung zweier pharmazeutischer Zusammensetzungen in Form von injizierbaren Lösungen enthaltend als aktiven Inhaltsstoff ein Hyaluronsäurederivat mit einem Cyclodextrin beziehungsweise ein Hyaluronsäurederivat mit Amantadin, wodurch in situ Clathrat (A) gemäß Anspruch 2 gewonnen wird.
Arzneimittel gemäß Anspruch 36 im Weiteren enthaltend den aktiven Inhaltstoff, die biologisch wirksame Substanz und/oder Zellmaterial gebunden an Cyclodextrin.
Verwendung von Hyaluronsäurederivat mit Cyclodextrin als Trägeragens zur Herstellung einer kontrollierten pharmazeutischen Zusammensetzung enthaltend einen aktiven Inhaltsstoff oder eine biologisch wirksame Substanz geeignet für die Behandlung von Krankheiten in den Bereichen Dermatologie, Ophthalmologie, Gynäkologie, Onkologie, Angiologie, Neurologie, Orthopädie und Rheumatologie.
Kontrastmedien enthaltend radioaktive Substanz in Verbindung mit einem Hyaluronsäurederivat mit einem Cyclodextrin.