DE60132094T2

DE60132094T2 - Verfahren zur Herstellung von gereinigten Partikeln

Info

Publication number: DE60132094T2
Application number: DE60132094T
Authority: DE
Inventors: Adrianus Franciscus Gerardus Van Buitenen; Rudolf Verrijk
Original assignee: OctoPlus Sciences BV
Current assignee: Octoplus Polyactive Sciences Bv Leiden Nl
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2021-10-27
Also published as: WO2003035244A1; EP1444033A1; US20050084536A1; EP1306127A1; ATE381963T1; EP1306127B2; US7468151B2; CA2464668C; CA2464668A1; DE60132094T3; DE60132094D1; EP1306127B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Präparieren von Mikropartikeln. Spezieller betrifft die Erfindung Verfahren, Vorrichtungen, Geräte, Prozesse und Verarbeitungslinien zum Präparieren und Reinigen von Mikropartikeln, die als Arzneimittelträger bei der Vorbeugung, Diagnose und Therapie von Krankheiten nützlich sind.
HINTERGRUND
Mikropartikel wurden umfassend durch die pharmazeutische Industrie, Arzneimittel-Versorgungsunternehmen und akademische Forschungsgruppen seit mehr als drei Jahrzehnten nun mit erheblichem Erfolg studiert. Es wurde gezeigt, dass Mikropartikel sehr nützliche Träger für aktive Verbindungen im weitesten Sinn sind. Sie können mit Arzneimitteln, diagnostischen Mitteln, Impfstoffen oder Erbmaterial beladen und verabreicht werden, um diese aktiven Materialien einem Organismus oder spezifischen Zellen oder Geweben zuzuführen, wobei optional eine gesteuerte Freigabe oder eine spezifische Bindung an gezielte Strukturen zur Verfügung gestellt wird. Bei einigen Anwendungen haben sich Mikropartikel als nützlich erwiesen, selbst wenn sie keine aktiven Verbindungen enthalten, z. B. bei der gesteuerten Embolisation von Blutgefäßen. Als diagnostische Träger oder als Transfektionssysteme müssen sie nicht z. B. einer Pflanze, einem Tier oder einem menschlichen Organismus verabreicht werden, sondern können in vitro verwendet werden, um die gewünschten Wirkungen zu erzeugen.
Mikropartikel wurden abhängig von ihrer spezifischen Struktur, Größe oder Zusammensetzung auf verschiedene unterschiedliche Weisen definiert und klassifiziert. Wie sie hier verwendet werden, werden Mikropartikel weitgehend als Mikro- oder Nanobereichspartikel definiert, die typischerweise aus festen oder halb festen Materialien zusammengesetzt sind und die eine aktive Verbindung befördern können. Typischerweise liegt der Gewichtsdurchschnitt-Durchmesser (weight-average diameter) von derartigen Mikropartikeln im Bereich von näherungsweise 10 nm und näherungsweise 500 μm. Besser liegt der durchschnittliche Partikeldurchmesser zwischen etwa 50 nm und 100 μm. Es können verschiedene Arten von Mikropartikel-Strukturen erfindungsgemäß präpariert werden. Diese beinhalten im Wesentlichen homogene Strukturen wie Nano- und Mikrosphären, Nano- und Mikropartikel, feste Lipid-Nanopartikel und dergleichen. Sie beinhalten außerdem Partikel mit einer Struktur, die einen inneren Kern und eine äußere Beschichtung umfassen, wie zum Beispiel Nano- und Mikrokapseln. Sie weisen des Weiteren Partikel auf, die durch die kolloidale Verbindung aus kleinen Molekülen, besonders aus amphiphilen Molekülen oder anderen komplexen Strukturen wie Liposomen, Lipoplexen, Lipidkomplexen und Liposphären gebildet werden.
Mikropartikel können eine oder mehrere aktive Verbindungen befördern. Zum Beispiel kann eine aktive Verbindung mehr oder weniger homogen in den Mikropartikeln oder in den Mikropartikelkernen dispergiert sein. Alternativ kann sie sich in der Mikropartikelhülle oder -beschichtung befinden. Bei komplexen Partikeln wie Liposomen oder Liposphären kann die aktive Verbindung mit bestimmten hydrophilen oder lipophilen Bereichen verbunden sein, die durch die in derartigen Partikeln enthaltenen, zugehörigen amphiphilen Moleküle abhängig von der hydrophilen oder lipophilen Eigenschaft der Verbindung gebildet werden.
Es wurden pharmazeutische Produkte mit arzneimittelhaltigen Mikropartikeln entwickelt, die bestimmte Therapien mit Injektions-Arzneimitteln verbessern. Zum Beispiel werden parenterale Depot-Formulierungen auf der Basis von Mikropartikeln durch Patienten und Gesundheitsfürsorge-Anbietern geschätzt, da sie es ermöglichen, dass ein Arzneimittel bei einer außerordentlich verringerten Dosierungsfrequenz wie zum Beispiel einmal im Monat statt täglich verabreicht werden kann. Ein Beispiel für eine erfolgreiche Produktreihe auf der Basis dieses Konzeptes ist Lupron^®-Depot, das das Arzneimittel Leuprolid enthält, das über einen Zeitraum von 1 bis 4 Monaten abhängig vom spezifischen Produkt und der Formulierung freigegeben wird. Bei diesem Produkt setzen sich die Mikropartikel hauptsächlich aus biologisch abbaubaren Polymeren zusammen. Weitere Beispiele für die erfolgreich vermarkteten Anwendungen von Mikropartikeln sind die Produkte AmBisome^®, DaunoXome^®, Doxil^®, Amphotec^® und Abelcet^®, die auf Liposomen oder ähnlichen auf Lipid basierenden mikropartikulären Strukturen oder Komplexen beruhen.
Es wurden verschiedene Verfahren zum Präparieren von Mikropartikeln beschrieben, deren Mehrheit die Bildung der Partikel in einem fluiden oder flüssigen Träger einschließt. Zum Beispiel können polymere Mikropartikel durch chemische, physikochemische oder physikalische Prozesse gebildet werden, die Grenzflächen-Polymerisierung, dispergierte Phasenvernetzung, komplexe Koazervierung, Koazervierung, thermische Denaturierung, Aussalzen, Lösungsmittelverdampfung, Heißschmelzverfahren, Lösungsmittelentfernung, Lösungsmittelextraktion oder Phasentrennung umfassen. Eine gute Beschreibung und Zusammenfassung vieler der heute verwendeten Mikropartikel-Bildungsprozesse ist in der Encyclopedia of Controlled Drug Delivery, herausgegeben von E. Mathiowitz, Wiley-Interscience, Band 2, Artikel "Microencapsulation" zu finden.
Typischerweise werden auf Lipid basierende, mikropartikuläre Systeme wie Liposome in Flüssigkeiten, am häufigsten in wässrigen Flüssigkeiten gebildet. Unter den grundsätzlichen Prozessen, die für deren Präparieren verwendet werden, befinden sich Lipid-Filmhydration, Dehydrierung-Rehydrierung, Umgekehrphasenverdampfung, organische Lösungsinjektion und die Reinigungsmittelentfernung. Sehr häufig werden die so gewonnenen groben Strukturen weiterverarbeitet, um die Partikelgröße einzustellen oder die Ladung von aktiven Verbindungen zu erhöhen. Solche Prozesse können Membranextrusion, Hochdruckhomogenisierung, Behandlung mit Ultraschall, Dehydrierung-Rehydrierung, Gefrier-Auftau-Zyklen und dergleichen beinhalten. Die üblichsten Verfahren, um Liposome und andere auf Lipid basierende Mikro- und Nanostrukturen zu präparieren, sind in der Encyclopedia of Controlled Drug Delivery, herausgegeben von E. Mathiowitz, Wiley-Interscience, Band 1, Artikel "Liposome" nachzusehen.
Angesichts der Fülle von Informationen, die über Verfahren zum Präparieren von Mikropartikeln verfügbar sind, wurde vergleichsweise wenig Aufmerksamkeit auf beliebige Verarbeitungsschritte gerichtet, die der Bildung der Partikel folgen, die nichtsdestoweniger benötigt werden, um ein Produkt zu gewinnen, das für pharmazeutische und diagnostische Anwendungen geeignet und akzeptabel ist.
Insbesondere wurde der Aspekt der Reinigung bei vielen der bekannten Präparierungsverfahren nicht in einer zufrieden stellenden Weise gelöst.
Die Reinigung der Partikel nach deren Bildung ist aus einer Reihe von Gründen wichtig. Zum Beispiel kann eine mehr oder weniger signifikante Menge von freien aktiven Verbindungen in der Flüssigkeit vorhanden sein, in der die Mikropartikel gebildet wurden, da die meisten Präparationsverfahren zu Ladungsraten von deutlich weniger als 100% führen. Ungebundene oder nicht eingearbeitete aktive Verbindungen sind äußerst unerwünscht, da sie sich von dem eingearbeiteten Material angesichts der Pharmakokinetik, der Toxizität, der Wirksamkeit oder der Stabilität anders verhalten. Es ist daher äußerst erwünscht, ungebundenes aktives Material aus der Mikropartikel-Dispersion vor ihrer Anwendung zu entfernen. Das gleiche gilt für andere Substanzen, die nicht eingearbeitete Fraktionen aus Mikropartikel-Komponenten oder Trägerstoffen enthalten können, aber auch für Substanzen, die nur beim Prozess der Bildung von Mikropartikeln benötigt wurden oder die während dieses Prozesses erzeugt wurden. Beispiele für derartige Verunreinigungen, deren Entfernung aus der Mikropartikel-Dispersion erwünscht sein kann, beinhalten Vernetzungsreagenzien, Initiatoren, Reaktionsprodukte, Abbauprodukte, Stabilisatoren, Tenside, Reinigungsmittel, Verdicker, Lösungsmittel, Kolösungsmittel, Substanzen zum Einstellen des pH-Wertes, osmotischer Druck, Ionenstärke oder Zetapotenzial usw. Nach einer weiteren Ausführungsform kann es nützlich sein, Mikropartikel zu entfernen, die sich außerhalb des gewünschten Größenbereiches der Partikel befinden, da sich sehr kleine oder sehr große Mikropartikel – relativ zum Zieldurchmesser für eine spezifische Anwendung – ganz anders als die richtig dimensionierten Partikel verhalten können.
Nach dem Stand der Technik wurden einige Verfahren beschrieben, um unerwünschte Substanzen oder Partikel von Mikropartikeln in Dispersionen zu trennen. Zum Beispiel können Mikropartikel einfach auf einem Filter mit einer Waschflüssigkeit ausgewaschen werden. Ein derartiges Verfahren wird zum Beispiel in der Druckschrift US-A-4 652 441 beschrieben. Eine weitere bekannte Option ist das Zentrifugieren, welches verwendet wird, um ein konzentriertes Mikropartikel-"Pellet" und einen Überstand zu erhalten, der anschließend durch Dekantieren entfernt wird. Typischerweise wird der Prozess mehrere Male wiederholt, um einen akzeptablen Reinheitspegel zu erhalten. Das Zentrifugieren hat jedoch mehrere Nachteile. Zunächst übt es eine wesentliche mechanische Kraft auf die Mikropartikel aus, die deren Struktur zerstören oder zur Bildung von Anhäufungen führen kann, die nicht ohne weiteres wieder dispergiert werden können. Wenn die Mikropartikel Liposome sind, kann sich das Zentrifugieren als alles zerstörend erweisen. Wenn andererseits die Mikropartikel sehr klein sind, d. h. im Submikrometerbereich oder sogar unter etwa 200 nm im Durchmesser, müssen hohe Drehzahlen angewandt werden, um eine Partikel-Sedimentierung zu erreichen, wodurch dieses Verfahren kostspielig, energieverbrauchend und nicht sehr effizient gemacht wird. Es ist außerdem schwierig, das Zentrifugieren als ein ununterbrochenes oder halb ununterbrochenes Verfahren einzurichten oder auf industrielle Durchsatzanforderungen zu vergrößern.
Diese Bedenken haben besondere Gültigkeit, wenn die Reinigung von Mikropartikeln unter sterilen Bedingungen ausgeführt werden muss. Dies ist häufig der Fall, da einige der bevorzugten Anwendungen von Mikropartikeln die parenterale Verabreichung von aktiven Verbindungen ist. Jedes Produkt für die parenterale Anwendung muss steril sein, wobei, während viele herkömmliche Injektionsmittel nach deren Präparieren sterilisiert werden können, dies häufig keine Lösung für Mikropartikel-Formulierungen ist. Injektionslösungen werden meistens in ihren Phiolen durch den Autoklaven sterilisiert. Manchmal ist es auch möglich, das Endprodukt durch Gamma- oder E-Strahl-Einstrahlung zu sterilisieren.
Wenn diese Sterilisierungsverfahren wegen der ungenügenden Stabilität der Formulierung nicht verwendet werden können, kann die Lösung gefiltert, um jegliche mikrobiellen Verunreinigungen zu entfernen, und anschließend in die Phiolen unter sterilen Bedingungen gefüllt werden. Bakterien können jedoch nicht zuverlässig von Mikropartikeln getrennt werden, es sei denn die Partikel sind sehr klein, zum Beispiel kleiner als 0,2 um im Durchmesser. Viele Arten von Mikropartikeln sind größer als diese. Darüber hinaus sind Mikropartikel häufig mit hochempfindlichen Verbindungen wie Peptiden, Proteinen oder Nukleinsäuren belastet, die nicht stabil genug sind, um eine Wärmesterilisierung zu ermöglichen.
Teilweise in Reaktion auf einige der oben erwähnten Bedürfnisse wurde angeregt, Mikroverfahren durch Verfahren zu reinigen, die die Filtration oder Dialyse einschließen, welche vergleichsweise sanfte Verfahren sind. Zum Beispiel offenbart die Druckschrift US-A-5 069 936 das Präparieren von Protein-Mikrosphären mit anschließender Reinigung durch Zentrifugieren und Waschen, Gradienten-Zentrifugieren, aber auch durch Dialyse, Gel-Filtration, Elektrophorese, Säulenchromatographie, Dünnschichtchromatographie, Hohlfaser-Ultrafiltration und Tangentialströmungsfiltration.
Die Druckschrift WO 01/68 235 beschreibt ein Verfahren zum Präparieren von Nanokapseln. Diese Veröffentlichung schweigt über die Bereitstellung gereinigter steriler Partikel. Als ein optionaler Schritt wird angezeigt, dass die Kapseln durch z. B. Tangential-Ultrafiltration wiedergewonnen werden können. Es ist keine Verarbeitung im geschlossenen Kreislauf unter sterilen Bedingungen offenbart.
Die Druckschrift US 2001/033 868 A1 betrifft die Erzeugung von morphologisch gleichförmigen Mikrokapseln, die Peptide, Proteine oder andere biologisch aktive Substanzen enthalten. Das beschriebene Verfahren umfasst das Auflösen bestimmter Polymere in einem halogenfreien Lösungsmittel, das Dispergieren einer gepufferten Bestandteil-Lösung auf diese Lösung, das Hinzufügen eines Tensids mit einer wässrigen Lösung und das Entfernen des Lösungsmittels durch vorzugsweise ein Vakuum- und/oder Luft-/Stickstoff-System. Im Abschnitt [0040] wird zusätzlich angezeigt, dass nach der Entfernung des Lösungsmittels eine Querstrom-Filtration verwendet werden kann, um das restliche Tensid und die restlichen Lösungsmittelteile zu entfernen. Eine Verarbeitung im geschlossenen Kreislauf unter sterilen Bedingungen wird nicht beschrieben.
Die Druckschrift US-A-5 049 392 lehrt ein Verfahren zum Laden von Liposomen mit aktiven Bestandteilen mittels osmotischer Mechanismen. Die Tangentialströmungsfiltration ist ein möglicher Weg, um ein osmotisches Gefälle und die Verteilung der Bläschengröße zu erzeugen. Diese Veröffentlichung enthält keine Offenbarung eines Prozesses, in dem das Präparieren der Partikeln ein Teil des Prozesses ist, der unter der Verarbeitung im geschlossenen Kreislauf und sterilen Bedingungen ausgeführt wird.
Gemäß den Druckschriften US-A-5 962 566 , US-A-5 100 591 , US-A-5 069 936 und US-A-5 947 689 können Mikropartikel verschiedener Art durch Tangential-Ultrafiltration oder Diafiltration gereinigt werden. Sie zeigen jedoch nicht, wie dieses Verfahren steril bei einem großen Fertigungsmaßstab ausgeführt werden kann. Einige ausgereiftere Lösungen für diese Probleme sind in der Druckschrift US-A-6 264 988 offenbart, selbst wenn dieses Dokument einen sehr spezifischen und ziemlich komplizierten Prozess zur Herstellung von mit Fibrinogen beschichteten, vernetzten Eiweiß-Mikropartikeln behandelt. Es bleibt dennoch der Bedarf für verbesserte Verfahren, um gereinigte Mikropartikel zu präparieren, d. h., für Verfahren, die effizient sind, leicht auf große Serienvolumen vergrößert werden können, einen hohen Grad einer ununterbrochenen Verarbeitung ermöglichen, leicht unter sterilen Bedingungen ausgeführt werden und die sanfte Verarbeitung von hochempfindlichen und instabilen Materialien ermöglichen. Es gibt außerdem einen Bedarf für verbesserte Geräte, Verarbeitungslinien und Montagegruppen, die zur Ausführung solcher Verfahren verwendet werden können.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Präparieren von Mikropartikeln zur Verfügung zu stellen. Spezieller ist es eine Aufgabe, ein steriles Verfahren zum Präparieren von gereinigten, mit Arzneimitteln beladenen Mikropartikeln zur Verfügung zu stellen. Nach einer weiteren Ausführungsform ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Präparieren von gereinigten, mit Arzneimitteln beladenen Mikropartikeln zur Verfügung zu stellen, die einfach auf große Produktionsvolumina zu vergrößern sind. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Grad einer ununterbrochenen Verarbeitung ermöglicht. Nach einer weiteren Ausführungsform ist es eine Aufgabe der Erfindung, Geräte und Montagegruppen einer Verarbeitungsausrüstung zur Verfügung zu stellen, die verwendet werden können, um Mikropartikel zu präparieren und zu reinigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß werden gereinigte Mikropartikel durch das Verfahren zum Präparieren von gereinigten Mikropartikeln präpariert, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Vorsehen eines flüssigen Mediums, das ein dispergiertes Vorläufermaterial enthält, das Mikropartikel bilden kann;
(b) Bilden von Mikropartikeln aus dem Vorläufermaterial;
(c) Reinigen der im Schritt (b) gebildeten Mikropartikel durch Filtrieren in einer Verarbeitung in geschlossenem Kreis unter sterilen Bedingungen, derart, dass Mikropartikel in einem Retentat zurückgehalten werden,

Speziell umfasst das Verfahren die Schritte von (a) dem Vorsehen eines flüssigen Mediums, das ein Vorläufermaterial enthält, das Mikropartikel bilden kann; (b) dem Bilden von Mikropartikeln aus dem Vorläufermaterial in dem flüssigen Medium, um eine Mikropartikel-Dispersion zu erhalten; (c) dem Behandeln der im Schritt (b) gebildeten Mikropartikel-Dispersion durch Filtrieren und besonders durch Tangentialströmungsfiltration durch Verwendung eines Filters, um ein Filtrat und ein Retentat zu erhalten, wobei der Filter so ausgewählt wird, dass Mikropartikel im Retentat zurückgehalten werden; (d) dem Sammeln des Retentats, wobei die Schritte (b) und (c) unter sterilen Bedingungen im gleichen geschlossenen Gerät ausgeführt werden, aus dem die Mikropartikel-Dispersion, die im Schritt (b) gewonnen wird, nicht vor dem Ausführen des Schrittes (c) entfernt wird. Das Auswählen der Tangentialströmungsfiltration als einen bevorzugten Reinigungsschritt und sein Ausführen in der gleichen Verarbeitungslinie, in der auch die Mikropartikel-Bildung stattfindet, ermöglicht eine wirksame Ausführung von sterilen Bedingungen.
Das Verfahren wird einfach auf große Serienvolumina vergrößert und lässt einen relativ hohen Grad der ununterbrochenen Verarbeitung zu. Zum Beispiel kann der Reinigungsschritt ohne weiteres durch ununterbrochenes Zurückführen der Mikropartikel-Dispersion durch eine geschlossene Kreislaufanordnung wiederholt werden, die wenigstens eine Pumpe und die Filtrationseinheit umfasst. Wenn der gewünschte Reinheitsgrad erreicht ist, kann die Mikropartikel-Dispersion gesammelt oder weiter verarbeitet werden. Das Verfahren kann im Prinzip angewandt werden, um gereinigte Mikropartikel verschiedener unterschiedlicher Arten und Größen wie Mikrosphären, Mikrokapseln, Liposome, Lipoplexe, Lipidkomplexe, Liposphären, Cochleate, Nanopartikel, Nanosphären und Nanokapseln zu präparieren. Es ist nützlich, um Mikropartikel im Größenbereich von etwa 10 nm bis etwa 500 μm und speziell für Partikel mit einem Durchmesser von etwa 50 nm bis etwa 100 μm zu präparieren. Einige spezifische Anwendungen von Mikropartikeln erfordern Durchmesser von etwa 100 nm bis etwa 50 μm, die ebenfalls ein bevorzugter Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung sind. Wie hier verwendet, betrifft die Größe oder der Durchmesser den Gewichtsdurchschnitt-Durchmesser (weight-average diameter).
Die Erfindung stellt außerdem eine Vorrichtung oder ein Gerät zur Verfügung, in dem das Verfahren günstig ausgeführt werden kann. Damit betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Präparieren und Reinigen von Mikropartikeln, wobei die Vorrichtung eine einer Vielzahl von Verarbeitungseinheiten umfasst und wobei die Verarbeitungseinheit eine Verarbeitungsschleife umfasst mit:

(a) einem Schleifeneinlass,
(a) einem Verarbeitungsgefäß mit einem Rührwerk,
(b) einer Pumpe; und
(c) einem Tangentialströmungsfilter mit einem Einlass und einem Rententatauslass, der in der Schleife angeordnet ist, und einem Filtratauslass, der einen Auslass für die Schleife bildet,

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Verfahren der Erfindung umfasst einen Schritt zum Vorsehen einer Flüssigkeit, die ein dispergiertes Vorläufermaterial enthält, das Mikropartikel bilden kann. Das Vorläufermaterial stellt das Material dar, aus dem die Mikropartikel anschließend durch einen oder mehrere physikalische oder chemische Prozesse gebildet werden. Typischer umfasst das Vorläufermaterial eine oder mehrere Komponenten, die in ihrem reinen Zustand fest oder halb fest sind, wie Polymere oder lipoidale Substanzen. In einigen anderen Fällen können die Komponenten Flüssigkeit sein und nur später, d. h. während der Bildung der Mikrosphären in Festkörper, z. B. durch Vernetzung, umgewandelt werden.
Abhängig von der gewünschten Art von Mikropartikeln können Vorläufermaterialien aus verschiedenen unterschiedlichen chemischen Kategorien verwendet werden. Bevorzugte Vorläufermaterialien umfassen einen oder mehrere pharmazeutisch akzeptable Polymere. Polymere, die Mikrosphären bilden können, beinhalten Polyanhydride, Polyester, Polylactid, Polyglycolid, Poly(lactid-co-glycolid), Poly(caprolacton), Poly(aminosäuren), Poly(phosphoester), Poly(orthoester), Polyamide, Polysaccharide, natürliche oder synthetische Gummis, Alginate, Gelatine, Albumin, Collagen, Chitosan, Stärke, Stärkederivate, Celluloseester, Celluloseether, Polyurethane, Polycarbonate, Poly(iminocarbonate), Poly(phosphazene), Poly(Ethylen Terephtalat), Polyvinylalkohol, Polyether, Polyethylenglykol, Polyethylenoxid, Polypropylenglykol.
Besonders bevorzugt als eine Komponente des Vorläufermaterials ist ein Dextran oder Dextranderivat wie ein Dextranderivat, das Seitenketten mit polymerisierbaren oder vernetzbaren Gruppen hat. Beispiele solcher Dextranderivate sind dex-HEMA (Dextran mit Hydroxyethylmethacrylat-Seitenketten), dex-MA(mit Methacrylat versetztes Dextran), dex-lactate-HEMA, dex-glycolide-HEMA und dex-lactate/glycolide-HEMA. Diese Dextranderivate sind aus verschiedenen Gründen besonders nützlich. Zum Beispiel bilden sie bei der Polymerisierung ihrer Hydroxyethylmethacrylat-Gruppen dreidimensionale vernetzte Polymer-Netzwerke. Diese Polymer-Netzwerke bilden Hydrogele, die nützliche Arzneimittelträger sind, da sie die Diffusionsfreigabe von aktiven Verbindungen durch ihre mit Wasser gefüllten Poren und Kanäle ermöglichen, wobei alternativ die Freigabe von aktiven Verbindungen aus derartigen Hydrogelen durch den Abbau – insbesondere durch die nicht enzymatische Hydrolyse – der Polymer-Netzwerke gesteuert werden kann. Auf Dextran basierende Hydrogele sind ausführlicher in der Druckschrift WO 98/00 170 offenbart, die hier mit Bezug für die Beschreibung dieser bevorzugten, auf Dextran basierenden Hydrogele enthalten ist.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Vorläufermaterial eine oder mehrere lipoidale Substanzen. Wenn zum Beispiel das Verfahren der Erfindung verwendet wird, um Lipid-Nanosphären, Liposome, Lipidkomplexe, Liposphären, Cochleate, Lipoplexe oder andere auf Lipid basierende oder Lipid enthaltende Mikropartikel herzustellen, wird das Vorläufermaterial derartige lipoidale Komponenten enthalten. Wie hier verwendet, sind lipoidale Substanzen Lipide und lipidartige Strukturen, in der Regel – aber nicht immer – mit einem hohen Grad an Lipophilizität. Lipoidale Substanzen sind typischerweise fest oder halb fest und enthalten natürliche, synthetische oder halb synthetische Fette, hydrathaltige, fette Öle, Wachse, Phospholipide, Sterole, Steroide, Ceramide und dergleichen. In einigen Fällen wird nur eine lipoidale Komponente verwendet. In anderen Fällen wie jenen, in denen die Mikropartikel Lipid-Membranstrukturen umfassen, wird es für das Vorläufermaterial notwendig sein, dass es zwei oder mehr lipoidale Substanzen aus der gleichen oder aus unterschiedlichen chemischen Klassen enthält.
Das Vorläufermaterial kann außerdem zusätzliche Arzneistoffträger wie Tenside, Füllstoffe, Stabilisatoren, Lyoprotektanten, Antioxidanten, Permeationsverstärker oder beliebige andere pharmazeutisch akzeptable Substanzen enthalten, die bei der Bildung oder Zusammensetzung von Mikropartikeln benötigt werden oder nützlich sein können.
Das Vorläufermaterial ist in einer Flüssigkeit enthalten. Dies kann bedeuten, dass das Vorläufermaterial in einem flüssigen Träger gelöst ist. Angesichts einiger allgemeiner Prozesse zur Bildung von Mikropartikeln, auf die die Erfindung angewandt werden kann, kann es wünschenswert sein, eine Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen, die das Vorläufermaterial in einer dispergierten Phase wie einer dispergierten festen Phase oder einer dispergierten flüssigen Phase enthält. Die Flüssigkeit kann daher eine Suspension, eine Emulsion oder eine Suspension/Emulsion darstellen.
Nach einem der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist das Vorläufermaterial in dem flüssigen Träger in der Form einer Emulsion eingearbeitet. Dies bedeutet typischerweise, das zusätzlich zum flüssigen Träger eine weitere mitwirkende, flüssige Phase zur Verfügung gestellt wird, in der die festen und halb festen Komponenten des Vorläufermaterials suspendiert oder gelöst sind. Diese flüssige Suspension oder Lösung bildet die innere Phase einer Emulsion, deren äußere flüssige Phase der flüssige Träger ist. Alternativ kann das Vorläufermaterial selbst eine flüssige Komponente umfassen, welche die dispergierte innere Phase einer Emulsion bildet.
Wenn die Dispersion des Vorläufermaterials in der flüssigen Phase in der Form einer Emulsion zur Verfügung gestellt wird, ist die äußere oder ununterbrochene Phase der Emulsion vorzugsweise eine hydrophile wie zum Beispiel eine wässrige Phase. Damit sind bevorzugte Emulsionsarten o/w-, w/o/w- und w/w-Emulsionen. Emulsionen ohne organische Lösungsmittel sind aus ökonomischen, ökologischen und/oder Sicherheitsgründen bevorzugt, wobei es jedoch nicht in allen Fällen möglich ist, die Anwendung derartiger Lösungsmittel zu vermeiden. Die Nützlichkeit solcher Emulsionen mit einer hydrophilen ununterbrochenen Phase wurde für viele Verfahren zur Bildung von Mikropartikeln wie zum Beispiel in der Druckschrift WO 98/22 093 beschrieben.
Emulsionen wie Suspensionen können aus einer oder mehreren flüssigen Trägerphasen und das Vorläufermaterial durch bekannte Verfahren vorher gebildet werden, so dass sie im Schritt (a) an sich bereits zur Verfügung gestellt werden. Alternativ können die Rohmaterialien zur Verfügung gestellt und dann verarbeitet werden, um eine Emulsion oder Suspension zu bilden, wobei dies als ein separater oder zusätzlicher Schritt angesehen werden kann. Es kann auch notwendig sein, dass ein Homogenisierungsschritt enthalten ist, nachdem eine Emulsion oder Suspension zur Verfügung gestellt oder gebildet und bevor die Bildung der Mikropartikel ausgeführt wird, um ein hohes Homogenitätsniveau zu gewährleisten, welches ebenfalls eine positive Auswirkung auf die Homogenität der Mikrosphären später haben wird.
Die Flüssigkeit kann des Weiteren gelöste oder dispergierte Bestandteile enthalten, die vielleicht nicht bei der Zusammensetzung der Mikropartikel, aber als Substanzen benötigt werden, die nützlich sind, um das Verfahren oder die in dem Verfahren involvierten Prozesse auszuführen. Damit kann die Flüssigkeit z. B. ein oder mehrere Mineralsalze, organische Salze, Zucker, Zuckeralkohole, Säuren, Basen, Aminosäuren, Polymere, Pigmente, Farbmittel, Puffer, Lösungsmittel, Kolösungsmittel, Lyoprotektanten, Tenside, Verdicker, Lipide, Stabilisatoren, Antioxidanten und Konservierungsmittel und dergleichen aufweisen.
Darüber hinaus kann die Flüssigkeit eine aktive Verbindung umfassen. Grundsätzlich können Mikropartikel mit einer aktiven Verbindung während ihres Präparierens oder danach beladen werden. Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass eine aktive Verbindung während der Bildung der Partikel eingearbeitet wird, selbst wenn dies nicht in allen Fällen angewandt werden kann: einige aktive Verbindungen mögen für diesen Zweck nicht stabil genug sein, während es für andere wünschenswert sein kann, sie spezifisch auf die Oberfläche von Mikropartikeln zu laden.
Die aktive Verbindung ist vorzugsweise ein Arzneimittel oder ein diagnostisches Mittel. Im Allgemeinen kann die Einarbeitung in Mikropartikel und die Verabreichung solcher Mikropartikel für jede Art von Arzneimittel nützlich sein. Das Verfahren der Erfindung scheint jedoch speziell für Arzneimittel mit einer Abspaltungs-Halbwertzeit von weniger als etwa 24 Stunden, besonders weniger als 6 Stunden oder sogar weniger als 2 Stunden nützlich zu sein. Nach einer weiteren Ausführungsform ist es für Arzneimittel, die eine geringe Bioverfügbarkeit haben, unter Verwendung von Verabreichungswegen anders als eine parenterale Verabreichung, z. B. eine orale, transmukosale, bukkale, pulmonale, nasale oder transdermale Verabreichung nützlich. Wie hier verwendet, ist eine geringe Bioverfügbarkeit eine Bioverfügbarkeit von 10% im Vergleich zu einer intravenösen Verabreichung, vorzugsweise weniger als 5%. Besonders bevorzugt ist das Verfahren für Arzneimittel, die keine Bioverfügbarkeit von mehr als etwa 2 bis 3% erreichen, wenn sie durch nicht invasive Verabreichungswege verabreicht werden. Dies ist sehr häufig bei aktiven Verbindungen der Fall, die große Moleküle darstellen, wie Peptide, modifizierte Peptide, Proteine, Hormone, Antigene, Polysaccharide, Nukleinsäuren, extrem hydrophile Verbindungen (z. B. einige Biphosphonate wie Ibandronat, Ammoniumsalze wie Suxamethoniumchlorid, mehrwertige Salze wie EDTA), äußerst unlösliche Substanzen oder äußerst säurelabile Verbindungen (wie Benzylpenicillin). Eine große Gruppe von Verbindungen, auf die das Verfahren angewandt werden kann, ist vorteilhafterweise die aus Peptiden, Proteinen, modifizierten Peptiden oder deren funktionalen Entsprechungen. Typischerweise sind diese Verbindungen zu groß, um nach einer nicht invasiven Verabreichung bioverfügbar zu sein oder sie können instabil sein. Biotechnologie und moderne Arzneimittel-Entdeckungsverfahren stellen eine zunehmende Anzahl von derartigen neuen Arzneimittelverbindungen für die pharmazeutische Industrie dar. Erfindungsgemäß umfassen besonders bevorzugte Verbindungen Peptidverbindungen und haben eine relative Molekülmasse von mehr als 1000 und speziell mehr als 5000. Beispiele von bevorzugten Verbindungen aus dieser Kategorie sind Insulin, Epoetin alfa, Epoetin beta, Calcitonin, Heparin, IFN (Interferon) alfa 2a, IFN alfa 2b, PEG-IFN alfa, IFN alfacon 1, IFN beta, IFN beta 1a, IFN beta 1a, IFN beta 1b, IFN gamma 1b, Somatropin, Follitropin, Menotropin, Leuprolid, Goserelin, Buserelin, Triptorelin, Filgrastim (G-CSF), Lenograstim (G-CSF), Sargramostim (GM-CSF), PEG-G-CSF, Blutgerinnungsverfahren wie Faktor VIII und Faktor IV, Nadroparin, Dalteparin, Tinzaparin, Certoparin, Reviparin, Tirofiban, Abciximab, Octreotid. Beispiele von bevorzugten aktiven Verbindungen aus anderen Kategorien sind Paclitaxel, Cisplatin, Carboplatin, Fluphenazin, Doxycyclin, Estradiol, Prasteron, Testosteron, Medroxyprogesteron, Cytarabin, Cyproteron, Nandrolon, Formestan und Metenolon. Es kann auch wünschenswert sein, eine Kombination von mehr als einer aktiven Verbindung in die Mikropartikel wie Medroxyprogesteron und Estradiol mit dem Verfahren der Erfindung einzuarbeiten.
Nach einem Schritt gemäß dem Verfahren der Erfindung werden die Mikropartikel aus dem Vorläufermaterial im flüssigen Medium gebildet, um eine Mikropartikel-Dispersion zu erhalten. Wie oben erwähnt ist, wurde eine Reihe von unterschiedlichen Möglichkeiten beschrieben, um den Schritt zur Bildung von Mikropartikeln tatsächlich auszuführen. Zum Beispiel können polymere Mikropartikel durch chemische, physikochemische oder physikalische Prozesse gebildet werden, die Grenzflächen-Polymerisierung, dispergierte Phasenvernetzung, komplexe Koazervierung, Koazervierung, thermische Denaturierung, Aussalzen, Lösungsmittelverdampfung, Heißschmelzverfahren, Lösungsmittelentfernung, Lösungsmittelextraktion oder Phasentrennung einschließen. Nach einem der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird das Verfahren mit Prozessen zur Bildung von Mikropartikeln verwendet, die die physikalische Verfestigung des Vorläufermaterials durch Fällung, Komplexierung, Phasentrennung, Koazervierung, komplexe Koazervierung, Aussalzen, Lösungsmittelverdampfung, Lösungsmittelentfernung, Lösungsmittelextraktion oder Gefrieren einschließen. Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Mikropartikel chemisch mit einem Vernetzungs- oder Polymerisierungsschritt gebildet. Zum Beispiel kann eine radikale Polymerisierung angewandt werden, um hydrophile Polymere mit Doppelbindungen wie Dextranen zu polymerisieren oder zu vernetzen, die mit Acrylgruppen wie HEMA modifiziert sind, um dreidimensionale polymere Netzwerke oder Hydrogele zu bilden. Um diesen Schritt auszuführen, kann ein radikaler Polymerisierungsinitiator wie 2,2-Demethyl-2-phenylacotephon, 2-Methoxy-2-phenylacotephon, wasserlösliche Azoverbindungen, Benzoylperoxid, Kaliumpersulfat oder Ammoniumpersulfat zur Flüssigkeit hinzugefügt werden müssen. Häufig wird TEMED verwendet, um den Prozess zu beschleunigen. Ein Verfahren zur Bildung von Mikropartikeln ist in der Druckschrift WO 98/22 093 beschrieben.
Welches Konzept auch immer der Bildung von Mikropartikeln im Schnitt (b) folgt, es wird nützlich sein, diesen Schritt unter wirksamem Rühren auszuführen, um die gleichmäßige Verteilung von z. B. den Reagenzien oder der aufgebrachten Wärme und dadurch die Homogenität der Mikropartikel zu gewährleisten. Es wird außerdem bevorzugt, dass dieser Schritt unter einer Atmosphäre mit reduziertem Sauerstoff erfolgen soll. Tatsächlich kann dies bei allen anderen Schritten des Verfahrens ebenso angewandt werden und kann nützlich sein, um die Luft im gesamten Gerät oder wenigstens in seinen geschlossenen oder abgedichteten Teilen durch Stickstoff oder durch ein Edelgas zu ersetzen, um unerwünschte Nebenreaktionen und den Abbau von aktiven Verbindungen oder Arzneistoffträgern zu verhindern. Um sterile Bedingungen aufrecht zu erhalten, kann der Stickstoff oder das Edelgas mit einem entsprechenden Filter gefiltert werden.
Nachdem die Mikropartikel gebildet sind, ist ein weiterer entscheidender Schritt deren Reinigung, der als ein Filtrationsschritt und speziell unter Verwendung der Tangentialströmungsfiltration ausgeführt wird. Bevor jedoch die Mikropartikel-Dispersion gereinigt wird, kann es in einigen Fällen notwendig sein, einen oder mehrere zusätzliche Schritte auszuführen. Zum Beispiel kann es nützlich sein, die Partikel zu homogenisieren. Dies geschieht typischerweise durch Ausüben von Scherkräften auf die Dispersion. Ein bevorzugtes Verfahren zur Homogenisierung der Partikel ist die Hochdruck-Homogenisierung, die sehr oft auf Liposome oder andere auf Lipid basierende Mikropartikel angewandt wird, um den Partikeldurchmesser auf etwas enger definierte Begrenzungen einzustellen. Andere Arten von weichen Mikropartikeln können jedoch ebenfalls homogenisiert werden.
Der Filtrationsschritt selbst dient dem Zweck der Trennung der Mikropartikel in der Dispersion von jeglichen Verunreinigungen oder anderen Substanzen, die im Endprodukt unerwünscht sind. Verunreinigungen können zum Beispiel beliebige Substanzen, die in die Mikropartikel-Dispersion als ein Rohmaterial eingedrungen sind, das Verunreinigungen enthält, oder Abbauprodukte sein, die während des Schrittes zur Bildung der Mikropartikel erzeugt wurden. Weitere Substanzen, die entfernt werden müssen, beinhalten jene Materialien, die in einem früheren Verfahrensschritt benötigt wurden, die aber im Produkt unerwünscht sind. Beispiele für solche Substanzen sind wie gesagt Vernetzungsreagenzien, Initiatoren, Reaktionsprodukte, Abbauprodukte, Stabilisatoren, Tenside, Reinigungsmittel, Verdicker, Lösungsmittel, Kolösungsmittel, Substanzen zum Einstellen des pH-Wertes, osmotischer Druck, Ionenstärke oder Zetapotenzial usw. Wenn eine aktive Verbindung in der Flüssigkeit vorhanden war, die das in die Mikropartikel während deren Bildung im Schritt (b) eingearbeitete Vorläufermaterial enthält, dient der Filtrationsschritt außerdem dazu, jegliche ungebundenen oder nicht eingearbeiteten aktiven Verbindungen aus der Dispersion zu entfernen. Eine weitere wünschenswerte Wirkung, die während des Reinigungsschrittes erreicht werden können sollte, ist die Größensortierung der Mikropartikel, was in diesem Fall bedeutet, dass Partikel, die kleiner sind als die gewünschte Größe, durch die Filtration entfernt werden.
Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass der Partikel-Bildungsschritt (b) und der Reinigungsschritt (c) nacheinander in einem Gerät ausgeführt werden, d. h., die Mikropartikel-Dispersion wird nicht gesammelt oder vom Gerät entfernt, sondern durch ein geschlossenes Kreislaufsystem des Gerätes zur Filtrationseinheit transportiert, wo die Reinigung stattfindet, wobei ermöglicht und gewährleistet wird, dass die kombinierten Schritte unter sterilen Bedingungen ausgeführt werden. Das Ausführen der Schritte (b) und (c) nacheinander bedeutet, dass die Mikropartikel-Dispersion nicht entfernt oder gespeichert wird, sondern dass sie direkt zur Filtrationseinheit transportiert wird. Dies schließt nicht die Möglichkeit aus, dass es eine Zeitverzögerung zwischen den beiden Schritten geben wird. Zum Beispiel kann die Partikel-Dispersion in dem Gefäß verbleiben, in dem die Mikropartikel gebildet wurden, bis die Reinigung durchgeführt wird. Da das Verfahren jedoch die Entfernung der Dispersion vor der Filtration nicht zulässt, erfordert es grundsätzlich, dass die Verarbeitungseinheit, wo die Partikelbildung stattfindet, und die Filtrationseinheit oder Elemente eines Kommunikationssystems hier als ein Gerät definiert sind. Die Kommunikation zwischen den Einheiten des Gerätes kann durch Ventile unterbrochen werden, die zum Beispiel verwendet werden können, um die Mikropartikel-Dispersion zur Filtrationseinheit zu einem ausgewählten Zeitpunkt, der unmittelbar nach der Mikropartikelbildung sein kann, aber auch an einem späteren Zeitpunkt zu lenken. In jedem Fall verlässt die Mikropartikel-Dispersion nicht den kommunizierenden Innenraum der Verarbeitungslinie, wobei der Raum eine steril abgedichtete Umgebung darstellt.
Die Tangentialströmungsfiltration ist besonders nützlich zur Reinigung von Mikropartikeln unter sterilen Bedingungen und bei ununterbrochenen oder halb ununterbrochenen Prozessen. Wie er hier verwendet wird, betrifft der Begriff "Filtration" ein beliebiges Verfahren zur Trennung von festen Materialien von Flüssigkeiten oder zur Trennung von in Flüssigkeiten schwebenden Feststoffen von anderen schwebenden Feststoffen mit einer anderen Partikelgröße unter Verwendung eines Filters. Bei der Filtration kann es ein Druckgefälle durch den Filter hindurch geben. Filtration ohne ein derartiges Druckgefälle wird häufig als Dialyse bezeichnet, welche einer der Modi ist, in dem die Filtration erfindungsgemäß ausgeführt werden kann.
Im Gegensatz zu anderen Filtrationsverfahren wie zum Beispiel Einzeldurchlauf-, Direktströmungs-, Normalströmungs- oder Sackgassenfiltration ist es ein Merkmal der Tangentialströmungsfiltration (tangential flow filtration – TFF), dass die zu filternde Flüssigkeit tangential längs der Oberfläche des Filters gepumpt wird. Ein weiterer allgemeiner Begriff für die TFF ist Querströmungsfiltration. 1 und 2 veranschaulichen den Unterschied der Strömungsrichtung zwischen der TFF (2) und der Normalströmungsfiltration (normal flow filtration – NFF; 1). Sie veranschaulichen außerdem die Verwendung der Begriffe "Filtrat" und "Retentat" (siehe unten). Das Filtrat ist der Teil des Fluides, der den Filter passiert, d. h. durchdrungen hat. Daher wird das Filtrat manchmal auch als Permeat (Durchdringungsstoff) bezeichnet. Das Filtrat kann abhängig von der Porengröße des Filters, der verwendet wird, kleine feste Partikel enthalten. Das Retentat ist der Teil des Fluides, der den Filter nicht durchdringt, sondern durch ihn zurückgehalten wird. Die Erzeugung eines Retentats ist typisch für die TFF, aber nicht für andere Filtrationsverfahren. Bei der TFF wird das Retentat häufig zum Filter zurückgeführt. Manchmal wird das Retentat auch als Konzentrat bezeichnet. Bei der Diafiltration wird zusätzliche Flüssigkeit, typischerweise mit einer anderen Zusammensetzung, dem Retentat hinzugefügt, bevor es zurückgeführt wird. Zum Beispiel kann die Diafiltration verwendet werden, um das Puffersystem auszutauschen, in dem Mikropartikel suspendiert sind.
Es können verschiedene Arten von Filtern bei der TFF verwendet werden. Abgesehen von deren Trennbereich können Filter durch ihre Zusammensetzung und Struktur klassifiziert werden. Sehr häufig werden poröse Membranen als TFF-Filter verwendet. Eine hohe Filtrationswirksamkeit wird mit Filtern erreicht, die als multiple Hohlfasern angeordnet sind, wobei aus diesem Grund diese Filter zur Ausführung der Erfindung bevorzugt werden.
Abhängig von der Art und dem Trennbereich des Filters, der bei der TFF verwendet wird, kann die Filtration als Mikrofiltration (ungefährer Trennbereich: 0,05 μm – 1 μm), Ultrafiltration (1 kD – 1000 kD), Hochleistungsfiltration (10 kD – 300 kD), Nanofiltration oder Umkehrosmose (< 1 kD) klassifiziert werden. Um Mikrosphären zu reinigen und freie Arzneimittel oder gelöste oder kolloidale Verunreinigungen zu entfernen, wird eine entsprechende Filter- und Porengröße ausgewählt, um die Mikropartikel im Retentat zurückzuhalten, aber zuzulassen, dass die freien Arzneimittel und die Verunreinigungen den Filter durchdringen.
Nach der Auswahl der Porengröße wird der Oberflächenbereich der Filtermembran so ausgewählt, dass er einer spezifischen Seriengröße entspricht. Dies kann durch Verwendung der Formel A = V/J × T ausgeführt werden, wobei A die Membranfläche in m², V das durchdrungene Volumen (Filtratvolumen) in Liter, J die Filtrat-Durchflussrate in Liter pro m² und Stunde und T die Zeit in Stunden sind. Zum Ausführen des Verfahrens der Erfindung ist es bevorzugt, A so auszuwählen, dass sie eine T im Bereich von etwa 0,1 Stunden bis etwa 72 Stunden ergibt. Bevorzugter ist eine T von etwa 0,1 Stunden bis etwa 48 Stunden oder von etwa 0,2 Stunden bis etwa 24 Stunden. Äußerst bevorzugt ist eine T von weniger als 12 Stunden. Diese bevorzugten Beschränkungen sollten angewandt werden, um das Verfahren im Allgemeinen auszuführen, während es notwendig sein kann, andere Beschränkungen zu definieren, wenn mit aktiven Verbindungen gearbeitet wird, die nicht sehr stabil sind, besonders in wässrigen Flüssigkeiten, wie einige Peptide oder Proteine. In diesem Fall ist es bevorzugt, A vorzugsweise so auszuwählen, dass sich eine T von weniger als 8 Stunden und besser von weniger als 5 Stunden oder sogar weniger als 3 Stunden ergibt.
Einer der Schlüsselvorteile der TFF ist es, dass sie die Mikropartikel nicht in einer beliebigen unerwünschten Weise beeinflusst. Die Mikropartikel, die zu groß sind, um den Filter zu passieren, bauen sich nicht an der Filteroberfläche auf wie bei der NFF, sondern bleiben in der Flüssigkeit dispergiert, um das Retentat zu bilden. Damit besteht keine Gefahr der Bildung eines Filterkuchens aus zusammengeklumpten Mikropartikeln, die nicht ohne weiteres prädisponiert werden können. Außerdem werden die Partikel nicht gegen feste Oberflächen gepresst, die deren Form ändern oder zur Freigabe von eingearbeiteten aktiven Verbindungen führen könnten, speziell im Fall von Liposomen oder anderen auf Lipid basierenden Mikropartikeln und Mikrokapseln.
Ein weiterer Vorteil der TFF ist der, dass sie ohne weiteres unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden kann. Filter sind in sterilisierbaren Einwegkassetten verfügbar, die nicht nur zur Vermeidung einer mikrobiellen Verunreinigung, sondern auch zur Vermeidung einer Quer-Verunreinigung zwischen unterschiedlichen Serien nützlich sind, die im gleichen Gerät zu unterschiedlichen Zeiten präpariert wurden. Nach dem Präparieren einer Serie von gereinigten Mikropartikeln kann die Kassette einfach entsorgt werden. Die Tatsache, dass das Retentat nicht gesammelt oder entfernt und in das Gerät wieder eingeführt werden muss – wie es für andere Filtrations- oder Separationsprozesse einschließlich Zentrifugieren notwendig ist – macht die Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Einführung von Verunreinigungen ziemlich gering. Die Durchführung der TFF als ein ununterbrochener Verfahrensschritt ist außerdem hinsichtlich der Steigerung der Verfahrenseffizienz und Wirksamkeit vorteilhaft. Sie macht eine Automatisierung einfach und trägt damit zur Kostenkontrolle und einem hohen Niveau der Reproduzierbarkeit bei. Während es nicht absolut notwendig sein muss, das Retentat zur Filtereinheit zurückzuführen, kann die Filtrationseffizienz wesentlich gesteigert werden, wenn man es dennoch tut. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass das Retentat wenigstens einmal und spezieller wenigstens 3 Male zurückgeführt wird.
Darüber hinaus ist es ein Vorteil der TFF, dass sie ohne weiteres aus einem kleinen oder experimentellen Maßstab auf eine große Serienproduktion vergrößert werden kann. Filtermaterialien, Strukturen und Filtrationsweglängen können während der Vergrößerung beibehalten werden, wobei die direkte Übertragung von Bedingungen ermöglicht wird, die während der Umstellung von einer halbtechnischen Filtration auf eine Reinigung im kommerziellen Maßstab ermittelt wurden. Es ist sogar möglich, die gleiche Filtrationseinheit zu nutzen, um sehr unterschiedliche Seriengrößen zu verarbeiten, da die Größe der Einheit selbst nicht grundsätzlich die Menge des Fluides begrenzt, die sie filtern kann.
Die gereinigten Mikrosphären werden durch Sammeln des Retentats gewonnen. Bevor dies ausgeführt wird, kann es wünschenswert sein, einen oder mehrere zusätzliche Schritte abhängig von den Anforderungen für das spezifische Produkt einzuführen. Wenn zum Beispiel eine aktive Verbindung in die Mikropartikel nicht während deren Bildung eingearbeitet werden kann, werden die Mikropartikel ohne die Verbindung gemäß den Schritten (a) bis (c) präpariert und danach durch Kontaktieren oder Bebrüten der Mikropartikel-Dispersion, d. h. dem Retentat, mit der aktiven Verbindung beladen. Dies ist auch das Verfahren der Wahl, wenn es gewünscht wird, dass die aktive Verbindung hauptsächlich mit der Oberfläche der Mikropartikel verbunden ist, anstatt dass sie in deren Kern oder Matrix eingearbeitet wird. In diesem Fall kann es nützlich sein, auch einen weiteren Reinigungsschritt nach dem Beladen der Mikropartikel hinzuzufügen. Vorzugsweise wird dieser zweite Reinigungsschritt ebenfalls durch die TFF in der gleichen Weise wie oben beschrieben ausgeführt.
Es kann Fälle geben, in denen eine sehr enge Verteilung der Mikropartikelgröße wünschenswert ist, die nicht nur die Entfernung von Partikeln verlangt, die zu klein sind, sondern auch die Entfernung von sehr großen Partikeln erfordert. Dies kann als ein zusätzlicher Filtrationsschritt ausgeführt werden, in dem die Filterart und Porengröße so ausgewählt werden, dass die gewünschte Mikropartikel-Fraktion in das Filtrat passiert. In diesem Fall kann die TFF verwendet werden, wobei aber auch die NFF durchführbar ist.
Wenn die Mikropartikel-Dispersion, nachdem sie auf die gewünschte Konzentration eingestellt ist, die normalerweise im Reinigungsschritt (c) oder in einem beliebigen nachfolgenden Schritt erreicht wird, der die TFF einschließt, ausreichend stabil ist, so dass sie eine akzeptable. Lagerfähigkeit hat, kann das Retentat einfach gesammelt und in die endgültigen Behälter oder Verpackungsmaterialien wie Phiolen, Flaschen, Ampullen, Spritzen, Kunststoffflaschen und der gleichen gefüllt werden. Alternativ kann das Retentat gesammelt und in versiegelten Behältern für eine weitere Verarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt gespeichert werden. Die weitere Verarbeitung kann das Mischen des Retentats mit zusätzlichen Arzneistoffträgern und/oder aktiven Bestandteilen, die Sterilisierung, das Trocknen oder das Gefriertrocknen beinhalten.
In vielen Fällen wird die in der Mikropartikel-Dispersion enthaltene aktive Verbindung nicht stabil genug sein, um für einen praktischen Zeitraum in Flüssigkeit gespeichert zu werden. Dies gilt besonders für viele Peptide, Proteine, Polysaccharine, Nukleinsäuren oder funktionellen Entsprechungen derartiger Verbindungen. In diesen Fällen ist es bevorzugt, dass die Dispersion für eine Speicherung bald nach dem letzten Reinigungsschritt getrocknet oder gefriergetrocknet wird. Vorzugsweise wird das Retentat, das die Mikropartikel enthält, gefriergetrocknet.
Bei der Gefriertrocknung, die auch als Lyophilisierung bezeichnet wird, wird eine flüssige Lösung oder Dispersion schnell eingefroren. Während sich die Probe noch im gefrorenen Zustand befindet, wird der Druck in einem derartigen Ausmaß verringert, dass das Lösungsmittel sublimiert, d. h., es gelangt direkt vom festen zum gasförmigen Zustand und wird damit von der Probe entnommen. Während der Sublimierung kann die Temperatur wieder erhöht werden. Die Lyophilisierung ergibt äußerst poröse feste Schaumstoffe oder Pulver, die leicht und schnell gelöst oder wieder dispergiert werden. Der Gefriertrocknungsschritt kann bequem ausgeführt werden, nachdem Teile der Mikropartikel-Dispersion in Endbehälter wie Phiolen gefüllt werden. Die Schritte zum Füllen und Gefriertrocknen werden vorzugsweise unter sterilen Bedingungen durchgeführt. Nach dem Gefriertrocknen werden die Endbehälter versiegelt. Wenn das so gewonnene Produkt ein pharmazeutisches oder diagnostisches Produkt ist, kann es nützlich sein, es in eine sekundäre Verpackung zu verpacken, die ebenfalls ein Gefäß mit der Wiederherstellungsflüssigkeit enthält, so dass das Produkt als ein Satz zur Verfügung gestellt wird. Bei einem solchen Satz können der trockene Feststoff, der die Mikropartikel enthält, die durch Gefriertrocknen gewonnen werden, und die Wiederherstellungsflüssigkeit entweder in einzeln abgedichteten Kammern aufgenommen werden, die im gleichen primären Behälter wie einer Zwei-Kammerspritze ausgebildet sind, oder sie können in abgedichteten Kammern gespeichert sein, die Teile von getrennten Gefäßen sind.
Gereinigte Mikropartikel können gemäß dem Verfahren der Erfindung präpariert werden, indem die oben offenbarten Schritte in einer Vorrichtung praktisch ausgeführt werden, die Verarbeitungseinheiten und ein Kreislaufsystem umfasst, wobei die Verarbeitungseinheiten eine Flüssigkeit verarbeiten können und (a) ein Gefäß mit einer Innenkammer, einem Einlass und einem Auslass, wobei das Gefäß mit einem Rührwerkzeug ausgestattet ist, (b) eine Pumpe mit einem Einlass und einem Auslass, (c) eine Filtrationseinheit, die eine Tangentialströmungsfiltration ausführen kann, wobei die Filtrationseinheit einen Einlass, einen Filtrationsauslass und einen Retentat-Auslass besitzt, und optional (d) eine oder mehrere weitere Einheiten umfasst, wobei das Kreislaufsystem die Verarbeitungseinheiten verbindet und wobei die Pumpe und die Filtrationseinheit Elemente einer geschlossenen Schleife sind, in der die Einheiten Flüssigkeit durch Einlässe aufnehmen und in der die Einheiten Flüssigkeit durch Auslasse abgeben und wobei der Auslass, durch den die Tangentialströmungsfiltrationseinheit Flüssigkeit zu einer weiteren Einheit abgibt, ein Retentat-Auslass ist.
Die Vorrichtung der Erfindung gleicht einem Gerät in einem weiten Sinn, das verschiedene Verfahrenseinheiten umfasst, die physikalisch entweder direkt oder über ein Kreislaufsystem verbunden sind. Die Einheiten haben gemeinsam, dass sie verwendet werden können, um gereinigte Mikropartikel nach einem Verfahren gemäß der Erfindung zu präparieren, wobei jede Verfahrenseinheit zu einem oder mehreren der damit verbundenen Schritte beiträgt. Wie oben erörtert ist, finden sowohl die Bildung als auch die Reinigung von Mikropartikeln in einer flüssigen Phase statt. Daher sind die Verfahrenseinheiten für eine Verarbeitung von Flüssigkeiten angepasst, die flüssige Lösungen, Dispersionen, Emulsionen, Suspensionen und Emulsion-Suspensionen beinhalten. Zusätzlich dazu können sie auch die Fähigkeit haben, Feststoffe oder Gase zu verarbeiten. Wie sie hier verwendet werden, sind die Verfahrenseinheiten Teile der Vorrichtung und können selbst Vorrichtungen, Geräte, Werkzeuge und dergleichen darstellen, die mit anderen Verfahrenseinheiten und mit einem Kreislaufsystem verbunden werden können. Typischerweise wird eine Verfahrenseinheit verwendet, um die physikalischen oder chemischen Eigenschaften eines Materials zu ändern. Wenn eine derartige Einheit nicht direkt mit einer anderen Einheit verbunden ist, können die Verfahrenseinheiten der Vorrichtung durch Rohre, Röhren, Kanäle, Ventile, Fittings oder andere Gegenstände verbunden sein, die den Strom einer Flüssigkeit von einer Einheit zur anderen richten können, die hier insgesamt als "Kreislaufsystem" bezeichnet werden.
Die Vorrichtung oder das Gerät umfasst ein Gefäß, das eine Innenkammer hat, die ein Raum ist, um darin Material, insbesondere flüssiges Material zu halten. Das Gefäß hat wenigstens einen Einlass und einen Auslass und stellt damit eine Einrichtung für das Material zur Verfügung, um in das Gefäß einzudringen oder es zu verlassen. Das Gefäß ist des Weiteren mit einem Rührwerkzeug ausgestattet, das außerdem angepasst ist, um flüssige Materialien zu rühren und es wirksam mit einer anderen Flüssigkeit zu vermischen oder einen Feststoff in einem flüssigen Material zu lösen oder zu dispergieren. Ein derartiges Gefäß ist nützlich, um den Schritt zur Bildung von Mikropartikeln wie oben beschrieben auszuführen. Besonders wenn die Mikropartikel in einem flüssigen Zwei- oder Drei-Phasensystem wie einer Emulsion gebildet werden, ist ein wirksames Rühren entscheidend für die Qualität des Produktes. Abhängig von dem eigentlichen Verfahren zur Partikelbildung können andere Eigenschaften des Gefäßes ebenso wichtig oder nützlich sein. Wenn zum Beispiel die Mikropartikel chemisch gebildet werden, kann es notwendig sein, die Temperatur in der Reaktionskammer zu regeln, wobei dies am besten ausgeführt werden kann, wenn das Gefäß selbst mit einem Thermostat versehen ist. Vorzugsweise sollte es auch angepasst sein, um einem erhöhten oder verminderten Druck standzuhalten. Um in der Lage zu sein, flüssige oder feste Materialien hinzuzufügen, können ein oder mehrere zusätzliche Einlässe nützlich sein. Um Luft innerhalb des Gefäßes und optional innerhalb des gesamten verbindbaren Innenraums der Vorrichtung zu ersetzen, die nicht von dem flüssigen Material eingenommen wird, und um das Verfahren in einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre durchzuführen, kann das Gefäß mit einem Einlass für Gas ausgerüstet sein. Das Gas kann jedoch auch über einen Einlass eingeführt werden, der sich an einer anderen Position in der Vorrichtung befindet.
Um das Verfahren unter sterilen Bedingungen ausführen zu können, ist es wichtig, dass das Gefäß sowie alle anderen Elemente des Gerätes, die ein beliebiges des flüssigen Materials, das während des Prozesses vorhanden ist, halten, aufnehmen, leiten oder verarbeiten, gegenüber der Außenseite, d. h., der die Vorrichtung umgebenden Luft abgedichtet werden können.
Es ist eine breite Vielfalt von nützlichen Gefäßen kommerziell verfügbar. Einige von ihnen werden abhängig von deren hauptsächlichen Anwendung in Forschung oder Industrie als Reaktoren, andere als so genannte Gärbehälter verkauft. Abgesehen von der Ausrüstung des Gefäßes wie oben beschrieben, ist seine Größe ein wichtiger Faktor. Um das Verfahren von einem halbtechnischen auf einen großen kommerziellen Maßstab zu vergrößern, ist es in erster Linie notwendig, ein ausreichend großes Gefäß auszuwählen, um den Partikel-Bildungsschritt auszuführen. Da das Verfahren in seinem Konzept selbst für große Produktionsvolumina äußerst geeignet ist, hat das Gefäß vorzugsweise eine Innenkammer mit einem Volumen von etwa 5 Litern oder mehr und besser ein Volumen von mindestens etwa 10 Litern. Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Kammer ein Volumen von mindestens etwa 20 Litern.
Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Filtrationseinheit, die die Tangentialströmungsfiltration (TFF) durchführen kann, deren Prinzip oben beschrieben wurde. Im Gegensatz zu Normalströmungsfiltrationseinheiten besitzt eine TFF-Einheit zwei Auslässe für Flüssigkeit, von denen einer ein Filtrat-Auslass für flüssiges Material, das den Filter durchdrungen hat, und der andere ein Retentat-Auslass ist, durch den der Teil der Flüssigkeit, der durch den Filter zurückgehalten wird, die Einheit verlässt. Die Filtrationseinheit besitzt außerdem einen Einlass für das flüssige Substrat.
Die Erfindung stellt außerdem eine Pumpe zur Verfügung, die Teil des Gerätes oder der Vorrichtung ist. Die Pumpe ist für den Transport von Flüssigkeiten angepasst und wird verwendet, um die Filtrationseinheit mit der Mikropartikel-Dispersion zu versorgen, nachdem der Schritt der Mikropartikel-Bildung stattgefunden hat. Dazu kann die Pumpe entweder vor der Filtrationseinheit positioniert sein, so dass die Mikropartikel-Dispersion zunächst durch die Pumpe geführt wird, bevor sie die Filtrationseinheit erreicht, oder die Pumpe kann hinter der Filtrationseinheit positioniert sein, um so die Dispersion durch die Filtrationseinheit zu "ziehen". Damit das Retentat zur Filtrationseinheit zurückgeführt werden kann, sind die Pumpe und die Einheit über das Kreislaufsystem in einer derartigen Weise verbunden, dass eine geschlossene Schleife oder ein geschlossener Kreislauf gebildet wird. Spezieller verbindet das Kreislaufsystem die Pumpe und die TFF-Einheit in einer solchen Weise, dass die Pumpe durch seinen Einlass das Retentat aufnimmt, das von der Filtrationseinheit durch ihren Retentat-Auslass abgegeben wird. Zur gleichen Zeit nimmt die TFF-Einheit durch ihren Einlass Flüssigkeit auf, die von der Pumpe über den Auslass der Pumpe abgegeben wird, wobei dies die minimale Konfiguration der Verarbeitungslinie der geschlossenen Schleife beschreibt, die für die Vorrichtung der Erfindung erforderlich ist. Diese Anordnung ermöglicht die Rückführung des Retentats und gewährleistet damit einen effektiven Trenn- oder Reinigungsprozess. Es können Ventile betrieben werden, um die Mikropartikel-Dispersion anfänglich in die geschlossene Schleife zu richten und zu ermöglichen, dass die gereinigte Dispersion die Schleife verlässt.
Weitere Verarbeitungseinheiten können ebenfalls Elemente dieses geschlossenen Schleifensystems sein. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Gefäß, in dem der Schritt zur Partikel-Bildung ausgeführt wird, ebenfalls in die geschlossene Kreislaufanordnung integriert. Dies wird es möglich machen, größere Flüssigkeitsvolumina in der Schleife zu verarbeiten. Wenn das Gefäß mit einem Thermostat versehen ist, wird seine Integrierung dazu beitragen, die Verfahrensbedingungen in der Schleife zu steuern. Optionale Einlässe und/oder Auslässe zusätzlich zu denen, durch die das Gefäß mit den anderen Elementen der Schleife in Verbindung steht, können zum Zusetzen von Substanzen wie Puffern verwendet werden, um den Reinigungsprozess genauer zu steuern, eine Diafiltration auszuführen oder Proben für Kontrollen beim laufenden Prozess zu entnehmen.
Die Vorrichtung kann des Weiteren eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten aufweisen, die Teil der geschlossenen Schleife sein können oder nicht. Zum Beispiel kann ein Homogenisator zwischen dem Gefäß und der Filtrationseinheit angeordnet sein, der zum Behandeln der Mikropartikel-Dispersion nützlich sein kann, um eine enge Größenverteilung der Partikel zu erreichen. Vorzugsweise ist ein solcher Homogenisator ein Hochdruck-Homogenisator, der besonders beim Präparieren von Liposomen und anderen auf Lipid basierenden Mikropartikeln nützlich ist. Weitere Einheiten, die nützlich sein können, beinhalten Mischeinheiten, Erwärmungseinheiten, Kühleinheiten, Thermostate, Druckeinheiten, Ventile, Pumpen, Vakuumpumpen, Filtrationseinheiten, Speichertanks und Steuereinheiten.
Mischeinheiten, die besonders nützlich bei der Ausführung des Verfahrens sind, sind statische Mischer. Diese Mischer haben den Vorteil, dass sie keine beweglichen Teile haben. Dies erzeugt geringere Investitions- und Betriebskosten als für herkömmliche Mischer. Sie weisen außerdem nicht die Probleme und Nachteile auf, die mit den rotierenden Dichtungen von herkömmlichen Rührwerken verbunden sind. Statische Mischer werden in einer Rohrleitung betrieben. Flüssigkeit wird axial durch eine zylindrische Mischkammer geführt, die Hindernisse enthält, wobei sie durch einen Einlass eintritt und durch einen Auslass austritt. In der Mischkammer folgt der Strom einem Betriebszustand, der durch den Grad der Verwirbelungen definiert wird, der durch die dimensionslose Reynolds-Zahl gekennzeichnet ist, die das Verhältnis von Trägheitskräften gegenüber viskosen Kräften spezifiziert. Das Mischprinzip selbst beruht auf einer radialen Momentübertragung, einer Strömungsteilung und einer Scherebenenumkehrung. Es wird bevorzugt, dass die Vorrichtung der Erfindung einen oder mehrere statische Mischer aufweist.
Zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens, um Mikropartikel für bestimmte spezifische Anwendungen zu präparieren, kann es notwendig sein, ein Gerät zu verwenden, das mehr als eine geschlossene Schleifenanordnung umfasst, wobei jede geschlossene Schleife eine Filtrationseinheit umfasst, die eine TFF ausführen kann. Zum Beispiel kann es notwendig sein, zuerst Mikropartikel zu präparieren und sie danach mit einer – typischerweise ziemlich empfindlichen – aktiven Verbindung zu beladen. Wenn die Bildung von Mikropartikeln einen chemischen Prozess einschließt, kann es notwendig sein, die Partikel zu reinigen, bevor sie mit der aktiven Verbindung in Kontakt kommen. Nach dem Laden können die Mikropartikel wieder gereinigt werden müssen. Außerdem muss beim Präparieren von bestimmten Arten von komplexen Mikropartikeln wie zum Beispiel polymeren Mikrosphären, die Liposome enthalten, die in deren polymeren Matrix eingebettet sind, mehr als ein Mikroverkapselungsverfahren durchgeführt werden, wobei eine Vorrichtung mit wenigstens zwei geschlossenen Schleifen geeigneter sein kann als eine Vorrichtung mit nur einem geschlossenen Kreislauf-Verarbeitungsstrom.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird des Weiteren durch die Zeichnungen veranschaulicht, in denen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Normalströmungsfiltration (NFF);
2 eine schematische Darstellung einer Tangentialströmungsfiltration (TFF);
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Präparieren und Reinigen von Mikropartikeln mit einer geschlossenen Schleifenanordnung; und
4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Präparieren und Reinigen von Mikropartikeln mit zwei geschlossenen Schleifenanordnungen.
Mit Bezug auf 1 ist es das Prinzip der Normalströmungsfiltration (NFF), dass die erzwungene Strömungsrichtung einer zu filternden Flüssigkeit rechtwinklig zur Ebene der Filtermembran (4) liegt. Eine typische NFF-Einheit hat ein Gehäuse (1), einen Einlass (2) für die zu filternde Flüssigkeit und einen Filtrat-Auslass (3).
Mit Bezug auf 2 ist es das Prinzip der Tangentialströmungsfiltration (TFF), dass die zu filternde Flüssigkeit gezwungen wird, sich in einer Richtung (5) zu bewegen, die tangential zur Ebene der Filtermembran (4) liegt. Eine typische TFF-Einheit hat ein Gehäuse (1), einen Einlass (2) für die zu filternde Flüssigkeit, einen Retentat-Auslass (31) und einen Filtrat-Auslass (32). Die Strömungsrichtung (6) des Filtrats kann sich von der erzwungenen Strömungsrichtung (5) der zu filternden Flüssigkeit unterscheiden.
3 schildert eine Vorrichtung zum Präparieren und Reinigen von Mikropartikeln gemäß der Erfindung. Ein Gefäß (1) mit einer Innenkammer (2), die als eine Misch- und/oder Reaktionskammer dient, ist mit einem Rührwerkzeug (5) ausgestattet. Das Gefäß (1) hat einen Einlass (3) und einen Auslass (4) für flüssige Materialien und einen zusätzlichen Einlass (18), durch den es Rohmaterialien von einem Speichergefäß (12) über eine Pumpe (15) aufnimmt. Die in dem Gefäß (1) gebildeten Mikropartikel-Dispersionen werden durch den Auslass (4) des Gefäßes über einen Homogenisator (16) und eine Pumpe (6) mit einem Einlass (7) und einem Auslass (8) zu einer Filtrationseinheit (9) geführt, die eine Tangentialströmungsfiltration durchführen kann. Die Filtrationseinheit (9) hat einen Einlass (17), einen Filtrat-Auslass (10) und einen Retentat-Auslass (11). Erfindungsgemäß verlassen die gereinigten Mikropartikel die Filtrationseinheit (9) durch den Retentat-Auslass (11). Sie können zum Gefäß (1) zurückgeführt werden, das das Retentat durch seinen Einlass (3) aufnimmt. Nach einem genügenden Reinigungsgrad kann das Retentat durch ein Ventil (14) in einem Speichergefäß (13) gesammelt werden. Damit umfasst die Vorrichtung nach 3 eine geschlossene Verarbeitungsschleife, in der das Gefäß (1), der Homogenisator (16), die Pumpe (6) und die Filtrationseinheit (9) als Hauptverarbeitungseinheiten beteiligt sind.
4 zeigt eine Vorrichtung mit 2 Verarbeitungsströmen mit geschlossener Schleife, wobei beide geschlossenen Schleifen eine Tangentialströmungsfiltrationseinheit (9, 19) umfassen. Im Gegensatz zu der Vorrichtung nach 3 kann das Retentat der ersten Filtrationseinheit (9) weiterverarbeitet und mit zusätzlichen Rohmaterialien kombiniert werden. Dazu ist der Retentat-Auslass (11) der ersten Filtrationseinheit (9) über Ventile (14, 20, 21) und über einen statischen Mischer (22) mit der zweiten geschlossenen Schleifenanordnung verbunden, die eine Pumpe (23) und die zweite Tangentialströmungsfiltrationseinheit (19) als Hauptverarbeitungseinheiten umfasst. Zusätzliche Rohmaterialien können in die Verfahrenslinie aus einem Speichergefäß (24) durch eines der Ventile (20) eingeführt werden. Das Retentat der zweiten Filtrationseinheit (19), das Mikropartikel enthält, kann vom Retentat-Auslass (25) der Einheit über die Pumpe (23) zum Einlass (26) der Filtrationseinheit (19) zurückgeführt werden. Wenn ein ausreichender Reinigungsgrad erreicht wurde, kann die Mikropartikel-Dispersion über ein weiteres Ventil (27) in einem weiteren Speichergefäß (28) gesammelt werden. Ein zusätzlicher Tank (29) ermöglicht das Ausdehnen und die Verarbeitung größerer Materialvolumina.

Claims

Verfahren zum Präparieren gereinigter Mikropartikel, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Vorsehen eines flüssigen Mediums, das ein dispergiertes Vorläufermaterial enthält, das Mikropartikel bilden kann; (b) Bilden von Mikropartikeln aus dem Vorläufermaterial; (c) Reinigen der im Schritt (b) gebildeten Mikropartikel durch Filtrieren in einer Verarbeitung in geschlossenem Kreis unter sterilen Bedingungen, derart, dass Mikropartikel in einem Retentat zurückgehalten werden, wobei der Schritt (b) und der Schritt (c) nacheinander in einer Vorrichtung ausgeführt werden und die im Schritt (b) gebildeten Mikropartikel durch ein geschlossenes Kreislaufsystem der Vorrichtung zu einer Filtriereinheit transportiert werden, wo der Schritt (c) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) durch ein Tangentialströmungsfiltrieren ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt (c) als ein ununterbrochener Prozess ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei wenigstens einer der Schritte a–c unter einer im Wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Schritte a–c unter einer Inertgasatmosphäre ausgeführt wird, wobei das Inertgas vorzugsweise Stickstoff oder ein Edelgas ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das flüssige Medium eine Emulsion oder eine Suspension ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt (b) eine Vernetzung oder eine Polymerisation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Vernetzung oder Polymerisation durch einen Radikalpolymerisations-Initiator initiiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt (b) die physikalische Verfestigung des Vorläufermaterials durch wenigstens eines der Folgenden umfasst: Fällung, Komplexierung, Phasentrennung, Koazervierung, komplexe Koazervierung, Aussalzen, Lösungsmittelverdampfung, Lösungsmittelentfernung, Lösungsmittelextraktion oder Gefrieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt (b) ausgeführt wird, während das flüssige Medium hin und her bewegt und vorzugsweise gerührt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Retentat einschließlich der Mikropartikel wiedergewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Herstellen eines Kontakts zwischen dem Retentat und einer aktiven Verbindung unter Bedingungen, die eine Aufnahme der aktiven Verbindung durch die Mikropartikel zulassen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Retentat einem Trocknungs- oder Gefriertrocknungsschritt unterworfen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Homogenisierungsschritt, insbesondere einen Hochdruck-Homogenisierungsschritt umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die präparierten Mikropartikel Mikropartikel sind, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Mikrosphären, Mikrokapseln, Liposomen, Lipoplexen, Lipidkomplexen, Liposphären, Nanopartikeln, Nanosphären und Nanokapseln besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Mikropartikel mit einem Gewichtsdurchschnitt-Durchmesser (weight average diameter) von etwa 10 nm bis etwa 500 μm und vorzugsweise von etwa 50 nm bis etwa 100 μm präpariert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flüssige Medium eine wässrige Flüssigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flüssige Medium ein oder mehrere Lösungsprodukte enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Mineralsalze, organische Salze, Zucker, Zuckeralkohole, Säuren, Aminosäuren, Polymere, Pigmente, Farbmittel, Puffer, Lösungsmittel, Kolösungsmittel, Lyoprotektanten, Tensiden, Verdickern, Lipiden, Stabilisatoren, Antioxidanten und Konservierungsmitteln besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorläufermaterial ein lipoidales Material enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorläufermaterial ein Polymermaterial enthält.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Polymermaterial wenigstens ein vernetzungsfähiges Polymer enthält.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das wenigstens eine vernetzungsfähige Polymer ein Dextran oder ein Dextran-Derivat ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flüssige Medium eine aktive Komponente enthält.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die aktive Komponente aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Peptide, modifizierte Peptide, Proteine, Hormone, Antigene, Polysaccharide, Nukleinsäuren und funktionale Entsprechungen hiervon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei die aktive Komponente ein Arzneimittel oder ein diagnostisches Mittel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23–25, wobei das flüssige Medium zwei oder mehr aktive Verbindungen enthält.
Vorrichtung zum Präparieren und Reinigen von Mikropartikeln, wobei die Vorrichtung eine von mehreren Verarbeitungseinheiten umfasst, wobei die Verarbeitungseinheiten eine Verarbeitungsschleife umfassen, die enthält: (a) einen Schleifeneinlass, (a) ein Verarbeitungsgefäß mit einem Rührwerk, (b) eine Pumpe; und (c) ein Tangentialströmungsfilter mit einem Einlass und einem Rententatauslass, der in der Schleife angeordnet ist, und einem Filtratauslass, der einen Auslass für die Schleife bildet, wobei in der Vorrichtung die mehreren Verarbeitungseinheiten kaskadenartig angeordnet sind, derart, dass der Auslass einer stromaufseitigen Verarbeitungseinheit mit dem Einlass einer nachfolgenden, stromabseitigen Verarbeitungseinheit verbunden ist, oder in der für eine Verarbeitungseinheit der Filtratauslass mit dem Schleifeneinlass verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Verarbeitungsschleife wenigstens einer Verarbeitungseinheit einen oder mehrere zusätzliche Einlässe und/oder Auslässe für Festkörper, Flüssigkeit und gasförmige Materialien umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Verarbeitungsschleife gegenüber der die Vorrichtung umgebenden Luft steril abgedichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27–29, wobei das Gefäß eine thermostatgeregelte Heiz-/Kühleinrichtung zum Steuern der Temperatur der Flüssigkeit, die in der Verarbeitungsschleife verarbeitet wird, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27–30, wobei das Verarbeitungsgefäß eine Innenkammer mit einem Volumen von wenigstens 10 Litern enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27–31, wobei der Filter eine wegwerfbare Filtrations- oder Dialysekassette enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27–32, wobei die Filtrationseinheit wenigstens eine Filtrationsvorrichtung umfasst, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Hohlphasenfilter, einem Kapillarfilter, einem Hohlphasen-Dialysator, einem Kapillardialysator und einer künstlichen Niere besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27–33, die ferner eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Mischeinheiten, Heizeinheiten, Kühlungseinheiten, Thermostaten, Druckbeaufschlagungseinheiten, Ventilen, Pumpen, Vakuumpumpen, Filtrationseinheiten, Speichertanks, Homogenisierern und Steuereinheiten besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 34, die einen oder mehrere statische Mischer umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 34 und/oder 35, die wenigstens zwei Filtrationseinheiten umfasst, die eine Tangentialströmungsfiltration ausführen können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, die mehr als eine geschlossene Schleife umfasst und wobei jede geschlossene Schleife eine Filtrationseinheit umfasst, die eine Tangentialströmungsfiltration ausführen kann.