DE60217060T2

DE60217060T2 - Pharmazeutische Zusammensetzungen, die Lungensurfactants und ein Polymyxin umfassen und verbesserte Oberflächenspannung-senkende Eigenschaften haben

Info

Publication number: DE60217060T2
Application number: DE60217060T
Authority: DE
Inventors: Jan Johansson; Tore Curstedt; Bengt Robertson
Original assignee: Chiesi Farmaceutici SpA
Current assignee: Chiesi Farmaceutici SpA
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: PE20030837A1; PT1340506E; EP1340506B1; EP1480667A1; WO2003074070A1; EP1752161A2; US20090170758A1; ATE349223T1; ES2278823T3; DE60217060D1; SI1340506T1; AU2003210361A1; EP1340506A1; EP1480667B1; AR038642A1; EP1752161A3; DK1340506T3; US20050203008A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen, die Lungensurfactants und ein Polymyxin umfassen, und verbesserte Oberflächenspannung-senkende Eigenschaften haben.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Polymyxins zum Verbessern der Eigenschaften modifizierter natürlicher Surfactants oder rekonstituierter/künstlicher Surfactants.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Polymyxinen zum Erhöhen der Beständigkeit modifizierter natürlicher Surfactants oder künstlicher Surfactants gegenüber Inaktivierung und/oder zur Erhöhung ihrer Aktivität.
Die mit Polymyxinen kombinierten modifizierten natürlichen Surfactants oder synthetischen Surfactants können in vorteilhafter Weise zur Behandlung verschiedener Lungenerkrankungen, wie z.B. Atemnotsyndrome von Neugeborenen und Erwachsenen, Meconium-Aspirations-Syndrom, Pneumonie und chronische Lungenerkrankungen, eingesetzt werden.
Hintergrund der Erfindung
Lungenverletzung ist ein bedeutendes klinisches Problem, das Erkrankungen, wie z.B. akutes Atemnotsyndrom bei Erwachsenen ("acute respiratory distress syndrome in adults") (ARDS), Atemnotsyndrom von Neugeborenen ("neonatal respiratory distress syndrome") (RDS), Meconium-Aspirations-Syndrom (MAS), etliche Typen von Pneumonie und bronchopulmonale Dysplasie (BPD) umfasst.
Ein übliches Ereignis, das allen diesen Erkrankungen zugrunde liegt, scheint eine Lungensurfactantdefizienz und/oder -dysfunktion zu sein.
Lungensurfactant ist ein Lipid-Protein-Gemisch, das die Innenseite der Alveolen überzieht. Das Vorhandensein der Lipide als eine Monoschicht an der Luft-Flüssigkeit-Grenzfläche in den Alveolen verringert die Oberflächenspannung, wodurch die Tendenz von Alveolen, während des Ausatmens zu kollapieren, verringert wird und vielleicht auch die Transudation von Flüssigkeit in die Lufträume verringert wird.
Endogenes Lungensurfactant enthält etwa 80 Gew.-% Phospholipide, 10 Gew.-% neutrale Lipide und 10 Gew.-% Proteine. Es sind vier Surfactant-Proteine (SP) charakterisiert worden, nämlich SP-A, SP-B, SP-C und SP-D (Johansson J. et al., Eur. J. Biochem. 1997, 244, 675-693).
Eine Lungensurfactantdefizienz und/oder -dysfunktion kann entweder primär, wie in RDS, oder sekundär, wie in ARDS, MAS und BPD sein (Robertson B. Monaldi Arch. Chest. Dis. 1988, 53, 64-69).
Bei ARDS und MAS folgt Surfactant-Insuffizienz oder Surfactant-Inaktivierung z.B. auf den Austritt von Proteinen, z.B. Albumin, oder anderer Surfactant-Inhibitoren in die Alveolen.
Auch die Widerstandskraft gegen Pneumonie, welche eine bedeutende Ursache von respiratorischer Insuffizienz ("respiratory failure") ist, wird durch das Fehlen von Surfactant stark verringert, da Surfactant eine wichtige Rolle in der Abwehr der Lunge gegen Infektion spielt (Walther F.J. in Surfactant Therapy for Lung Disease, Robertson & Taeusch, Hrsg., Dekker, 1995, S. 461-476).
Ersatztherapie mit einer Vielzahl an exogenen Lungensurfactants hat sich sowohl in experimentellen als auch in klinischen Studien als günstig erwiesen.
Nach Wilson (Expert Opin. Pharmacother. 2001, 2, 1479-1493) können exogene Surfactants in vier unterschiedliche Typen eingeteilt werden:

i) "natürliche" Surfactants, die jene sind, die intakt aus Lungen oder Amnionflüssigkeit bzw. Fruchtwasser ohne Extraktion gewonnen werden und die Lipid- und Proteinzusammensetzung von natürlichem, endogenem Surfactant aufweisen. Sie besitzen ein potentielles Infektionsrisiko, da sie nicht sterilisiert werden können, weil Hitze die hydrophilen Proteine SP-A und SP-D denaturiert. Diese Surfactants sind nicht im Handel erhältlich;
ii) "modifizierte natürliche" Surfactants, die Lipidextrakte aus zerkleinerter Säugerlunge oder Lungenspülung sind. Aufgrund des Lipidextraktionsverfahrens, das im Herstellungsverfahren verwendet wird, gehen die hydrophilen Proteine SP-A und SP-D verloren. Diese Zubereitungen weisen variable Mengen an SP-B und SP-C auf und können, abhängig vom Extraktionsverfahren, Nicht-Surfactantlipide, -proteine oder andere Komponenten enthalten. Einige der auf dem Markt befindlichen modifizierten natürlichen Surfactants wie Survanta (vide u1tra) sind mit synthetischen Komponenten, wie z.B. Tripalmitin, Dipalmitoylphosphatidylcholin und Palmitinsäure, versetzt;
iii) "künstliche" Surfactants, die einfach Gemische synthetischer Verbindungen, hauptsächlich Phospholipide und andere Lipide, sind, die formuliert sind, um die Lipidzusammensetzung und das Verhalten von natürlichem Surfactant nachzuahmen. Ihnen fehlen Surfactant-Apoproteine;
iv) "rekonstituierte" Surfactants, die künstliche Surfactants sind, denen aus Tieren isolierte Surfactant-Proteine/Peptide, mittels Rekombinationstechnologie hergestellte Proteine/Peptide oder synthetische Surfactant-Protein-Analoga zugesetzt wurden.

Vermarktete modifizierte natürliche Surfactants umfassen:

– Surfactant TA, Surfacten^TM, erhältlich bei Tokyo Tanabe, Japan
– Survanta^TM, erhältlich bei Abbott Laboratories, Illinois, USA
– Infasurf^TM, erhältlich bei Forrest Laboratories, Missouri, USA
– Alveofact^TM, erhältlich bei Thomae GmbH, Deutschland
– Curosurf^TM, erhältlich bei Chiesi Farmaceutici SpA, Italien.

Angesichts dieser Fortschritte bei der Surfactanttherapie haben Todesfälle von Neuge borenen aufgrund von RDS und den zahlreichen Lungenerkrankungen, die mit Surfactantdefizienz zusammenhängen, eine wesentlich verringerte Inzidenz als in der Vergangenheit.
Ein signifikanter Prozentsatz von Fällen versagt jedoch darin, in adäquater Weise auf eine Surfactanttherapie zu reagieren. Hierfür sind zahlreiche Erklärungen angeboten worden, wobei die wahrscheinlichsten die Verursachung einer Inaktivierung von Surfactant in situ durch eine oder mehrere Substanzen, die normalerweise in den Alveolarräumen fehlen, anführen. Die Substanzen, von denen angenommen wird, dass sie Inaktivierung verursachen, sind jene, die als die Ursache oder einer der beitragenden Faktoren der Inaktivierung endogener Surfactants in einigen der oben genannten Erkrankungen, z.B. ARDS, impliziert wurden und umfassen Blutproteine, wie z.B. Albumin, Hämoglobin (Hb) und insbesondere Fibrinogen und Fibrinmonomer, Lipide und Meconium (Fuchimukai T. et al., J. Appl. Physiol. 1987, 62, 429-437; Cockshutt A.M. et al., Biochemistry 1990, 36, 8424-8429; Holm B.A. et al., J. Appl. Physiol. 1987, 63, 1434-1442).
Die Beständigkeit gegenüber Inhibierung scheint deshalb ein wünschenswertes Merk mal für die exogene Surfactanttherapie bei klinischen Erkrankungen, einschließlich RDS von Neugeborenen und Erwachsenen, zu sein.
In einigen Fällen ist der Inaktivierung von Surfactants teilweise durch Erhöhung der Menge an Surfactant relativ zu der inaktivierenden Substanz vorgebeugt worden. Dies ist jedoch nicht wünschenswert, da es teuer ist und auch da die erfolgreiche Behandlung von einigen Erkrankungen, wie z.B. ARDS, bereits die Verwendung großer und häufiger Dosen umfasst. Eine weitere Erhöhung der Dosis kann deshalb die klinische Behandlung des Patienten negativ beeinflussen.
Die Inhibierung von Surfactant ist intensiv untersucht worden, aber die Befunde sind nicht schlüssig und die zugrundeliegenden Mechanismen sind nicht etabliert.
Nach Holm et al. (Chem. Phys. Lipids 1990, 52:243-50) sind die Surfactants, die empfindlicher gegenüber der Inhibierung durch Plasmaproteine sind, jene, denen Surfactant-Proteine fehlen.
Hall et al. (Am. Rev. Respir. Dis. 1992, 145, 24-30) stellten fest, dass die Zugabe von SP-B und SP-C zu einem künstlichen Surfactant ohne Proteine, Exosurf, die Beständigkeit gegenüber Inaktivierung mit Albumin in vitro und in vivo etwas erhöht.
Seeger et al. (Eur. Respir. J. 1993, 6, 971-977) berichteten, dass sich verschiedene natürliche Surfactant-Extrakte und ein rekonstituiertes proteinhaltiges synthetisches Surfactantgemisch merklich in ihrer Empfindlichkeit gegenüber der Inhibierung durch Plasmaproteine unterscheiden.
Diesen Autoren zufolge können mehrere Gesichtspunkte den merklichen Unterschieden in der Empfindlichkeit gegenüber Inhibierung zwischen den zahlreichen Surfactantzubereitungen zugrunde liegen. Erstens, Variationen in der Lipidzusammensetzung, zweitens, Variationen in der Proteinzusammensetzung. Modifizierte natürliche Surfactants, die, bezogen auf Phospholipide, höhere prozentuale Anteile an Proteinen enthalten als rekonstituierte Surfactants, sind normalerweise gegenüber Inhibierung beständiger. Rekonstituiertes Surfactant, das rekombinantes SP-C und synthetische Phospholipide enthält, zeigte eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Fibrinogen. Interessanterweise stand dieses Merkmal jedoch im Gegensatz zu einer hohen Empfindlichkeit von derartigem synthetischem Material gegenüber der Inhibierungskapazität von Hämoglobin, was für Fibrinogen und Hämoglobin verschiedene zugrundeliegende Mechanismen der Interferenz mit der Surfactantfunktion nahelegt.
Drittens, das Vorliegen von kontaminierenden Materialien. Das Vorliegen von inhibierenden Substanzen, die aus Lungengeweben stammen, könnte tatsächlich die höhere Empfindlichkeit von modifizierten natürlichen Surfactants, die durch Extraktion aus zerkleinerten Lungengeweben erhalten wurden, gegenüber Inhibierung erklären.
In einer weiteren Studie (Walther et al., Respir. Crit. Care Med. 1997, 156, 855-861) wurde festgestellt, dass die Supplementierung von Survanta mit zusätzlichem SP-B und SP-C seine Funktion in Gegenwart von inaktivierenden Plasmaproteinen signifikant verbesserte.
Herting et al. (Paediatric Research, 50 (1), 44-49, 2001) verglichen die inhibitorischen Wirkungen von humanem Meconium auf zahlreiche Surfactantzubereitungen: Curosurf, Alveofact, Survanta, Exosurf natürliches Surfactant aus Bronchoalveolarspülung von Kaninchen und zwei rekonstituierten Surfactants, die rekombinantes Surfactant-Protein-C (rSP-C) oder ein Leucin/Lysin-Polypeptid (KL₄) enthielten.
Meconium ist ein komplexes Gemisch, das Proteine, Zelldebris, Gallensäuren, Hb und Bilirubinmetabolite enthält. Alle diese Komponenten sind einzeln fähig, die Surfactantfunktion zu inhibieren. Das Einatmen von Meconium kann in schwerer respiratorischer Insuffizienz bei termingerecht ausgetragenen Neugeborenen resultieren. Es wird angenommen, dass die Surfactant-Inaktivierung eine Schlüsselrolle in der Pathophysiologie von MAS (Meconium-Aspirations-Syndrom) spielt, und die Inhibierung der Oberflächenspannung senkenden Aktivität von Surfactant durch Meconium ist in vitro gezeigt worden.
In dieser Studie waren die Unterschiede zwischen den modifizierten natürlichen Surfactants Curosurf, Alveofact oder Survanta, die sich gegenwärtig in der klinischen Verwendung zur Behandlung von RDS von Neugeborenen befinden, moderat. Die rekonstituierten rSP-C- und KL₄-Surfactants waren gegenüber einer Inhibierung beständiger als die modifizierten natürlichen Surfactants. SP-A-enthaltendes natürliches Surfactant war noch beständiger gegenüber Inaktivierung. Die Bedeutung von SP-A bei der Beständigkeit gegenüber Surfactant-Inhibitoren ist auch in früheren Studien gezeigt worden. Jedoch sind Proteine, wie SP-A, SP-B und SP-C nicht leicht erhältlich, da sie entweder aus natürlichen Surfactants isoliert oder mittels rekombinanter oder organischer Synthesetechniken synthetisiert werden müssen.
Vor kurzem haben einige Autoren berichtet, dass es die Co-Verabreichung von einigen Substanzen ermöglicht, die Inaktivierung von Surfactants zu verringern oder zu verhindern.
In der WO 00/10550 haben Taeusch et al. über die Fähigkeit von nicht-ionischen Polymeren und Kohlenhydraten, die Inaktivierung von Surfactants umzukehren, berichtet.
Es wurde festgestellt, dass Dextrane, Polyethylengkole oder Polyvinylpyrrolidone in 1-10% (G/V), d.h. 10-100 mg/ml in den Suspensionen, die Fähigkeit von Survanta wieder herstellen, die minimale Oberflächenspannung in Gegenwart von Meconium, Serum oder Lysophosphatidylcholin zu senken (Taeusch W. et al., Pediatric Res. 1999, 45, 319A & 322A; Taeusch W. et al., Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1999, 159, 1391-1395).
Die Fähigkeit von 0,5-1,0% (G/V) Dextran, d.h. 5-10 mg/ml in den Suspensionen, die Oberflächenaktivität von Albumin(serum)- oder Meconium-inhibierten modifizierten natürlichen Schweinesurfactants wieder herzustellen, ist beschrieben worden (Konsaki T. et al., Proceedings of the 35^th Scientific Meeting of Japanese Medical Society for Biological Interface, 9. Oktober 1999; Kobayashi et al., J. Appl. Physiol. 1999, 86, 1778-1784; Tashiro K. et al., Acta Paediatr. 2000, 89, 1439-1445).
Tollofsrud et al. (Paediatric Res. 2000, 47, 378A) haben vorgeschlagen, dass Rinderserumalbumin (BSA) verwendet werden kann, um freie Fettsäuren (FFA) von Meconium zu blockieren, die wiederum verantwortlich zu sein scheinen für die Lungenverletzung bei MAS. Es stellte sich heraus, dass BAS in einem Verhältnis FFA/BSA von 1:1 wirksam ist.
Es bestehen jedoch Bedenken hinsichtlich der Verwendung hydrophiler Polymere, wie z.B. Dextran, da sie Lungenödeme fördern könnten, indem sie den kolloidosmotischen Druck in den Luftwegen bzw. Atemwegen erhöhen. Was BSA anbelangt, ist es insoweit als einer der Faktoren in Betracht gezogen worden, die für die Inaktivierung von Surfactants verantwortlich sind, so dass seine Verwendung zur Wiederherstellung ihrer Aktivität besser untersucht werden muss.
Andererseits könnte es möglich sein, die Beständigkeit von Surfactant-Zubereitungen durch Zugabe anderer Komponenten als natürlicherweise vorkommender, rekombinanter oder synthetischer SPs zu erhöhen. Demgemäß wird angesichts der oben dargelegten Probleme hinsichtlich der im Stand der Technik beschriebenen Komponenten die Suche nach Substanzen, die wirksam darin sind, den zahlreichen Formen der Surfactant-Inaktivierung entgegenzuwirken, fortgesetzt.
Polymyxine sind eine Familie von Antibiotika, die von B. polymyxa (B. aerosporus) stammen.
Insbesondere ist Polymyxin B (P × B) ein hoch geladenes amphiphiles cyclisches Peptidolipid der unten skizzierten Formel, das sich als nützlich bei der Bekämpfung zahlreicher Pilzinfektionen, insbesondere jener, die bei abwehrgeschwächten Individuen entstehen, erwiesen hat.

DAB = (L) α,γ-Diaminobuttersäure

Polymyxin B ist ein Gemisch aus Polymyxin B1 und Polymyxin B2.
Acyl ist (+)-6-Methyloctanoyl in Polymyxin B1 und 6-Methyloctanoyl in Polymyxin B2.
Der Wirkmechanismus von Polymyxin B, als Antibiotikum, beruht zum Teil auf der Neutralisierung von Endotoxin, was durch die Bindung an die Lipid A-Region des Endotoxin-Moleküls erreicht wird. Endotoxine oder Lipopolysaccharide sind Strukturelemente der Zellwände der Gram-negativen Bakterien.
Es ist berichtet worden, dass P × B fähig ist, Phospholipidvesikel durch ionische Wechselwirkungen zu vernetzen, und es fördert den Intervesikel-Lipidtransfer (Cajal et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 1995, 210, 746-752; Cajal et al., Biochemistry 1996, 35, 5684-5695). Es wurde vorgeschlagen, dass diese Eigenschaft an seiner antibakteriellen Aktivität beteiligt ist.
Es ist auch beobachtet worden, dass P × B nach pulmonaler Verabreichung eine verlängerte Retention in der Lunge aufweist, was mit hydrophoben und elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Polypeptiden und den Phospholipiden der Lunge zusammenhängen kann (Mc Allister et al., Adv. Drug Deliv. Rev. 1996, 19, 89-110).
Zaltash et al. (Biochim. Biophys. Acta 2000, 146, 179-186) stellen bei der Beobachtung, dass Strukturmerkmale von SP-B eine Funktion bei der Vernetzung von Lipidmembranen unterstützen, fest, dass ein mit P × B (das Lipidvesikel vernetzt, aber strukturell nicht mit SP-B verwandt ist) versetztes rekonstituiertes Surfactant in vitro eine Oberflächenaktivität zeigte, die vergleichbar war zu der eines analogen Gemischs, das SP-B anstelle von P × B enthielt. Das rekonstituierte Surfactant wurde aus einem künstlichen Gemisch von Phospholipiden hergestellt, denen ein peptidisches Analogon von SP-C zugesetzt wurde.
Die WO 00/47623 beansprucht bestimmte peptidische Analoga von SP-C, ihre Verwendung zur Herstellung eines rekonstituierten Surfactants, verwendbar bei der Behandlung von Atemnotsyndrom (RDS) und anderen Surfactantdefizienzien oder -dysfunktion, sowie die Verwendung von Polymyxinen, insbesondere P × B als Ersatz für SP-B.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine pharmazeutische Zusammensetzung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Es ist nun festgestellt worden, und es ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, dass Polymyxine die Beständigkeit von Lungensurfactants gegenüber Inaktivierung erhöhen sowie ihre Oberflächeneigenschaften verbessern.
Es ist in der Tat gezeigt worden, dass Polymyxin B fähig ist, die Oberflächenaktivität von Albumin-inhibiertem Curosurf oder rekonstituiertem Surfactant wieder herzustellen, was darauf hinweist, dass es, durch Verabreichung dieses Zusatzstoffs, möglich ist, die Inaktivierung exogener therapeutischer Lungensurfactants zu verringern oder zu eliminieren.
Mittels pulsierende-Blase- und Mikroblasen-Untersuchung ist festgestellt worden, dass eine Zugabe von P × B zu 2,5 mg/ml Curosurf eine merkliche Wirkung auf die Beständigkeit gegenüber der Inhibierung durch Albumin hat. Es ist insbesondere festgestellt worden, dass die Zugabe von 2% Polymyxin, bezogen auf das Surfactantgewicht, d.h. 0,05 mg/ml P × B in der Lösung, die Beständigkeit gegenüber der Inaktivierung von Curosurf mit Albumin erhöht.
Mittels pulsierende-Blase-Experimenten ist darüber hinaus festgestellt worden, dass es mittels der Zugabe von Polymyxinen, insbesondere Polymyxin B, möglich ist, die Oberflächeneigenschaften von Curosurf bei niedrigen Phospholipidkonzentrationen zu verbessern.
Die niedrigste Konzentration, auf die Curosurf verdünnt werden konnte, ohne seine optimalen Eigenschaften hinsichtlich der minimalen und maximalen Oberflächenspannung (γ_min und γ_max) zu verlieren, konnte durch die Zugabe von P × B näherungsweise 2,5-fach verringert werden.
Ferner haben in vivo-Experimente, die an unreifen neugeborenen Kaninchen durchgeführt wurden, belegt, dass durch die Zugabe von 2% Polymyxin B, relativ zu dem Surfactantgewicht, zu Curosurf, die Surfactantdosis signifikant gesenkt werden konnte, ohne die günstigen Wirkungen von Surfactant zu verlieren, und dass die Inzidenz von Pneumothorax während verlängerter mechanischer Beatmung verringert werden kann.
Polymyxine können, als eine Erweiterung dieser Feststellungen, verwendbar sein für die Herstellung modifizierter natürlicher Surfactants oder rekonstituierter/künstlicher Surfactants zur klinischen Verwendung in Zuständen, in denen Surfactant-Inhibierung erwartet wird. Insbesondere kann die Zugabe von Polymyxinen die Verringerung der erforderlichen Surfactantdosis ermöglichen. Im Falle von ARDS, bei dem eine erfolgreiche Behandlung gemäß der gegenwärtigen klinischen Studien große und häufige Dosen erfordert, wäre es in hohem Maße vorteilhaft, die Surfactantdosis zu verringern, ohne die Wirksamkeit zu beeinträchtigen.
Möglicherweise können natürliche modifizierte Surfactants oder rekonstituierte/künstliche Surfactants, die mit Polymyxinen angereichert wurden, auch für die Be handlung von BPD nützlich sein, da berichtet worden ist, dass diese Patienten einer hohen Pneumothorax-Inzidenz unterliegen.
Somit können, als eine zusätzliche Erweiterung dieser Feststellungen, natürliche modifizierte Surfactants oder rekonstituierte/künstliche Surfactants, die mit Polymyxinen angereichert wurden, auch zur Behandlung von pulmonalen Syndromen, wie z.B. MAS, bei denen exzessives oder hoch konzentriertes Meconium oder andere Sekrete eine Bedrohung für die Gesundheit und Sicherheit von Föten und Neugeborenen darstellen, besonders nützlich sein.
Allgemein ausgedrückt, kann eine Zusammensetzung, enthaltend als aktive Inhaltsstoffe, sowohl ein Lungensurfactant, das für die Behandlung von Lungenerkrankungen wirksam ist, die mit einem Mangel an und/oder einer Dysfunktion von endogenem Surfactant zusammenhängen, als auch ein Polymyxin, ein wirksames Therapeutikum zur Behandlung von etlichen Lungenerkrankungen sein, mit einer Wirkung, von der erwartet wird, dass sie größer ist als jene, die mit der Verabreichung von Surfactant alleine erzielt wird.
Beispiele derartiger Erkrankungen umfassen Atemnotsyndrome von Neugeborenen und Erwachsenen, Meconium-Aspirations-Syndrom, jeglichen Typ von Pneumonie und möglicherweise bronchopulmonale Dysplasie.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung auch die genannten Zusammensetzungen als ein neues Mittel zur Behandlung, Verringerung oder Prävention der vorstehend genannten Erkrankungen.
Detaillierte Offenbarung der Erfindung
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Zusatzstoffe sind Polymyxine oder ein beliebiges Salz davon. Verwendbare Polymyxine sind entweder synthetisch oder stammen von B. polymyxa (B. aerosporus). Polymyxin B ist ein bevorzugtes Polymyxin.
Die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendeten Lungensurfactants sind modifiziertes natürliches Lungensurfactant oder künstliches Surfactant, wie in Anspruch 1 definiert; sie sind wirksam bei der Behandlung von Lungenerkrankungen. Die Surfactants umfassen biologische Substanzen, die aus tierischen Quellen erhalten werden, bevorzugt Säugerlungen, und dann mittels Supplementierung, Extraktion oder Reinigung behandelt werden. Typische Beispiele umfassen Surfactant TA, Survanta, Infasurf, Alveofact. Curosurf ist das bevorzugte Surfactant.
Die Surfactants umfassen ferner künstliche Surfactants, die empfindlich gegenüber der Inhibierung durch Plasmaproteine oder durch andere inhibierende Agenzien sind.
Das Verhältnis von Polymyxin relativ zum Surfactant kann variieren. Im Allgemeinen werden die besten Ergebnisse mit einem prozentualen Anteil an Polymyxin zwischen 0,1 und 10%, bezogen auf das Gewicht des Surfactants (G/G), bevorzugt zwischen 0,5 und 5%, am stärksten bevorzugt zwischen 1 und 3%, erzielt.
Der Zusatzstoff kann entweder vor, während oder nach der Verabreichung des Surfactants verabreicht werden und beide werden den Lungen der Patienten direkt oder indirekt verabreicht.
In einem besonders zweckdienlichen Verfahren werden das Polymyxin und das Surfactant in einer einzigen wässrigen flüssigen Formulierung kombiniert, die dann dem Patienten verabreicht wird. In einem noch zweckdienlicheren Verfahren werden das Polymyxin und das Surfactant als eine Suspension in gepufferter physiologischer Salzlösung verabreicht.
Geeignete Verfahren zur Verabreichung sind die gleichen, wie jene, die im Allgemeinen als geeignet und wirksam für die Surfactanttherapie angesehen werden. Das direkteste und wirksamste Verfahren ist die Instillation der Zusammensetzung in die Lungen über die Trachea bzw. Luftröhre. Ein weiteres geeignetes Verabreichungsverfahren ist in Aerosolform, insbesondere durch Zerstäubung. Die Mengen der Komponenten werden auf der Surfactantdosierung basieren, die in Übereinstimmung ist mit den gegenwärtig für Surfactanttherapie verwendeten Dosierungen. Modifizierte natürliche Surfactants werden typischerweise als Suspension in Einzelverwendungsglasphiolen geliefert. Die Surfactantkonzentration (ausgedrückt als Phospholipidgehalt) liegt im Bereich von etwa 20 bis etwa 100 mg Surfactant pro ml, bevorzugt zwischen 25 und 80 mg/ml.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung sind Polymyxine als Additive nützlich, um die Surfactanttherapie für eine Vielzahl an Lungenerkrankungen, abnormalen Zuständen und Erkrankungen, die durch eine Defizienz an oder Dysfunktion des Lungensurfactant(s) verursacht werden oder damit zusammenhängen, zu ergänzen und zu verbessern. Beispiele sind hyaline Membrankrankheit, Atemnotsyndrome von Neugeborenen und Erwachsenen, akute Lungenverletzung (z.B. die, die aus Ozoninhalation, Rauchinhalation oder beinahe Ertrinken ("near drawing") resultiert), Zustände der Surfactant-Inaktivierung, ausgelöst durch Volutrauma und Barotrauma, Meconium-Aspirations-Syndrom, Capillary-Leak-Syndrom, bakterielle und virale Pneumonie und bronchopulmonale Dysplasie.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung im Detail.
EXPERIMENTELLER TEIL
Zubereitung von Surfactant
Curosurf (80 mg/ml Phospholipidfraktion aus Schweinelunge, entsprechend etwa 74 mg/ml an Gesamtphospholipiden und etwa 1 mg an Protein) wurde in 0,9% NaCl auf Phospholipidkonzentrationen von 0,1, 1, 1,5, 2, 2,5, 3,5 und 5 mg/ml verdünnt. Zu einigen Zubereitungen wurden 1%, 2% oder 3% Polymyxin B (Polymyxin B-sulfat, Sigma), bezogen auf die Menge an Surfactantphospholipiden, zugesetzt.
Exposition gegenüber dem Surfactant-Inhibitor
Die Beständigkeit gegenüber Albumininhibierung wurde mittels der Zugabe von humanem Serumalbumin (Humanalbumi, Sigma) untersucht, wobei 0,1, 0,4, 0,5, 1,6, 2,5, 10 oder 40 mg/ml zu den verschiedenen Surfactantzubereitungen gegeben wurden. Vor den Oberflächenspannungsmessungen wurden alle Surfactantzubereitungen für eine Stunde bei 37°C gehalten.
Oberflächenspannungsmessungen
Die Oberflächeneigenschaften wurden in einem pulsierende-Blase-System (Surfactometer International, Toronto, Kanada) bestimmt. Die Kunststoffkammer wurde mit der Testflüssigkeit (näherungsweise 20 μl) gefüllt und eine Blase wurde erzeugt. Die Blase wurde für 1 Minute bei statischen Bedingungen gehalten und dann erfolgte Pulsation mit 50%iger cyclischer Kompression der Blasenoberfläche für 5 Minuten bei 37°C bei einer Rate von 40 Impulsen pro Minute. Der Druck über die Blasenwand hinweg wurde während des 5. Zyklus und nach 1,2 und 5 Minuten der Pulsation aufgezeichnet. Die Werte für die Oberflächenspannung bei maximalem und minimalem Blasendurchmesser wurden gemäß der LaPlace-Gleichung: P = 2γ/r berechnet, wobei P das über die Blasenwand hinweg gemessene Druckgefälle ist, r der Radius und γ die Oberflächenspannung. Die Werte wurden aus 5-7 Beobachtungen für jede Probe erhalten.
Mikroblasen-Untersuchung
Surfactantzubereitungen wurden bei 0,1 mg/ml untersucht, nachdem sie kräftig für 30 s geschüttelt worden waren; und die Anzahl und der prozentuale Anteil an Mikroblasen (Durchmesser < 20 μm), die in der Suspension erzeugt worden waren, wurde mittels computerisierter Bildanalyse bestimmt, im Wesentlichen wie es von Berggren et al. (biol. Neonate, 1992, 61 (Suppl. 1), 15-20) beschrieben wurde.
Spreizungs-Experimente bzw. Ausbreitungs-Experimente
Die Experimente wurden bei 37°C unter Verwendung einer modifizierten Wilhelmy-Waage mit einer Oberfläche von 20 cm² durchgeführt. Standardmengen Curosurf wurden in verschiedenen Konzentrationen (10-80 mg/ml) auf eine Salzlösungshypophase, näherungsweise 40 mm von der eintauchenden Platte entfernt, aufgebracht. In einigen Experimenten wurden CaCl₂ (2 mM), Dextran (30 mg/ml) oder Polymyxin B (2% des gesamten Phospholipidgewichts, d.h. 0,4 mg/ml) zu dem verdünnten Surfactantmaterial (20 mg/ml) gegeben. Wir untersuchten auch die Wirkung von Albumin, das der Hypophase in niedriger Konzentration (0,1 mg/ml) zugesetzt wurde. Die Oberflächenspannung, 1 s nach der Applikation bzw. Verabreichung der Probe gemessen, wurde als ein Parameter verwendet, der die Ausbreitung bzw. Spreizung und die Filmbildung durch Adsorption aus der Hypophase kombiniert.
Statistiken
Die Daten sind als Mittelwert ± Standardabweichung bzw. SD angegeben. Zur Datenanalyse wurde das CRISP-Statistikprogramm (Crunch Software, San Francisco, CA) verwendet. Die Unterschiede wurden mittels einfacher Varianzanalyse (ANOVA), gefolgt vom Stu dent-Newman-Keuls-Test, bewertet. Ein P-Wert ≤ 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.
Beispiel 1 – Wirkung von Polymyxin B auf die Surfactantbeständigkeit gegenüber Inhibierung durch Albumin bei verschiedenen Konzentrationen.
Die Wirkung von P × B auf Curosurf gegen Inhibierung durch Albumin bei verschiedenen Konzentrationen wurde unter Verwendung des pulsierende-Blase-Surfactometers (PBS) und durch Untersuchung der Mikroblasenstabilität bewertet.
Pulsierende-Blase-Surfactometer (pbs)-Experimente
Für die PBS-Experimente wurde Albumin in Konzentrationen bis zu 40 mg/ml zu 2,5 mg/ml Curosurf oder 2,5 mg/ml Curosurf, enthaltend 2% (G/G) P × B, zugegeben, und die Oberflächenspannung bei minimalem und maximalen Blasenradius (γ_min, γ_max) nach 5 min der Pulsation bei 37°C und 40 Zyklen/min wurde aufgezeichnet. Alle Experimente wurden in dreifacher Ausführung durchgeführt, und die Mittelwerte sind dargestellt. 1 zeigt, dass γ_min auch in der Gegenwart von 40 mg/ml Albumin < 5 mN/m für die P × B-haltige Zubereitung bleibt, während γ_min ohne P × B bereits bei Albuminkonzentrationen > 0,1 mg/ml dramatisch ansteigt. Des Gleichen steigen die γ_max-Werte in Abwesenheit von P × B bei Albuminkonzentrationen > 0,1 mg/ml signifikant, während γ_max in Gegenwart von P × B bis zu 10 mg/ml Albumin < 40 mN/m bleibt (2).
Mikroblasenstabilitätsexperimente
Die Mikroblasenstabilitätsuntersuchung zeigt ebenfalls eine bedeutende Wirkung von P × B. 3 zeigt, dass der Gehalt an Mikroblasen in Gegenwart von P × B bis zu 1,6 mg/ml Albumin hoch bleibt. Ohne P × B bewirkt die Zugabe von Albumin eine dosisabhängige Abnahme des prozentualen Anteils an Mikroblasen, und in Gegenwart von 1,6 mg/ml Albumin enthält die Surfactantzubereitung nur 40% Mikroblasen.
Die Folgerung sowohl aus der PBS als auch aus der Mikroblasenuntersuchung ist, dass die Zugabe von P × B zu 2,5 mg/ml Curosurf eine merkliche Wirkung auf die Beständigkeit gegenüber der Inhibierung durch Albumin hat.
Beispiel 2 – Wirkungen von Polymyxin B auf Curosurf
Wirkungen von Polymyxin B auf Curosurf und seine Empfindlichkeit gegen 40 mg/ml Albumin
Unterschiedliche Konzentrationen von Curosurf und Curosurf plus 2% Polymyxin B wurden untersucht, um die niedrigste Konzentration zu finden, bei der die Surfactantzubereitung optimale Oberflächeneigenschaften ohne zugesetztes Albumin oder in Gegenwart von Albumin besitzen. Die optimalen Oberflächeneigenschaften wurden definiert als minimale Oberflächenspannung (γ_min) < 5 mN/m und maximale Oberflächenspannung (γ_max) < 35 mN/m nach 5 min der Pulsation im pulsierende-Blase-Surfactometer. Die Surfactantkonzentrationen wurden dann stufenweise verdünnt, bis γ_min > 15 mN/m und γ_max > 50 mN/m waren.
Wie aus den 4-7 ersichtlich ist, wurden optimale Oberflächeneigenschaften bei einer Konzentration von 5 mg/ml Curosurf, mit einem γ_min von 2,2 ± 0,7 mN/m und γ_max von 33,9 ± 1,1 mN/m, aufgezeichnet. Curosurf in dieser Konzentration war beständig gegenüber 40 mg/ml Albumin. Bei niedrigeren Konzentrationen stiegen sowohl γ_min als auch γ_max an, insbesondere in Gegenwart von Albumin.
Die Zugabe von 2% Polymyxin B verbesserte die Oberflächeneigenschaften von Curosurf bei niedrigen Phospholipidkonzentrationen. Wenn 2% Polymyxin B zu Curosurf, 2 mg/ml, gegeben wurden, nahm γ_min von 16,8 ± 8,9 auf 2,7 ± 0,8 mN/m (P < 0,05) (4) und γ_max von 54,8 ± 5,9 auf 35,0 ± 1,0 mN/m (P < 0,01) (5) ab. In Gegenwart von 40 mg/ml Albumin führte die Zugabe von 2% Polymyxin B zu einer Abnahme von γ_min von 35,7 ± 13,2 auf 3,0 ± 1,2 mN/m (P < 0,01) (6) und zu einer Abnahme von γ_max von 57,9 ± 2,8 auf 44,5 ± 10,7 mN/m (P < 0,05) (7).
Somit verbesserte die Zugabe von 2% Polymyxin B die Oberflächeneigenschaften von Curosurf bei niedrigen Phospholipidkonzentrationen und erhöhte die Beständigkeit gegenüber der Inaktivierung von Curosurf mit Albumin. Die Ergebnisse zeigten, dass die niedrigste Konzentration an Curosurf mit optimalen in vitro-Eigenschaften durch die Zugabe von 2% Polymyxin B etwa 2,5-fach verringert werden konnte.
Beispiel 3 – Wirkungen unterschiedlicher Konzentrationen an Polymyxin B in Curosurf
Pulsierende-Blase-Experimente wurden eingesetzt, um die optimale Konzentration an Polymyxin B zum Aufrechterhalten der optimalen Oberflächenaktivität einer 2 mg/ml-Konzentration an Curosurf, entweder ohne zugesetztes Albumin oder in Gegenwart von 40 mg/ml Albumin, zu evaluieren. Diese Ergebnisse zeigen an, dass der optimale Konzentrationsbereich von Polymyxin B zwischen 1% und 3%, bezogen auf das Gewicht des Surfactants ist, und 2% ist die bevorzugte Konzentration.
Beispiel 4 – Spreitungsexperimente
Bei Proben vom Typ hohe Konzentration geringes Volumen (80 mg/ml; 10 Microl) war die Spreitung sehr effektiv und der Mittelwert für die Oberflächenspannung bei 1 s (28 mN/m) war nur geringfügig höher als die Gleichgewichtsoberflächenspannung (24 mN/m), die sich innerhalb von 10 s einstellte. Bei Proben vom Typ niedrige Konzentration/großes Volumen, die die gleiche Menge an Curosurf enthielten (10 mg/ml; 80 Microl), war die Spreitung verzögert und charakteristischer Weise biphasisch, der Mittelwert für die Oberflächenspannung bei 1 s signifikant höher (60 mN/m) und eine Gleichgewichtsoberflächenspannung < 25 mN/m wurde bis nach etwa 30 s nicht erreicht. Die Oberflächenspreitung verdünnter Proben (20 mg/ml) wurde durch Zugabe von Albumin zur Hypophase weiter verzögert, beschleunigte sich aber durch eine hohe Konzentration an Dextran oder durch eine geringe Menge an Polymyxin B, auch in Gegenwart von Albumin. Die Zugabe von CaCl₂ hatte keine derartigen Wirkungen (Tabelle 1). Tabelle 1. Spreitungsgeschwindigkeiten von auf 20 mg/ml verdünntem Curosurf (aufgebrachtes Volumen 10 Microl), nach Zugabe verschiedener Agenzien zu dem Surfactantmaterial oder zu der Hypophase; Mittelwerte aus einem Minimum von drei Messungen.

* Albumin wurde zur Hypophase gegeben

Die Daten zeigen, dass die Spreitung von verdünnten Surfactantproben in vitro durch Zugabe von 0,4 mg/ml P × B (2% G/G) verstärkt werden kann, d.h. bei niedrigen Konzentrationen im Vergleich zu den gesamten Surfactantphospholipiden, was signifikant niedriger ist, als die Konzentration an Dextran (30 mg/ml sind gleichwertig zu 150% G/G), die erforderlich ist, um eine ähnliche Wirkung zu erhalten.
Beispiel 5 – in vivo-Experimente
Die Tierversuche wurden entwickelt, um die Hypothese zu untersuchen, das die Surfactantdosis durch Zugabe von 2% Polymyxin B zu Curosurf von 200 auf 80 mg/kg Körpergewicht, d.h. 2,5-fach, gesenkt werden konnte, ohne die günstigen Wirkungen einzubüßen.
Frühgeborene Kaninchenföten (weiße Neuseeländer) wurden in einem Gestationsalter von 27 Tagen durch Kaiserschnitt (Geburtstermin = 31 Tage) geboren. Bei der Entbindung wurden die Tiere mit intraperitonealem Natriumpentobarbital (0,1 ml; 6 mg/ml) anästhesiert, tracheotomiert, mit intraperitonealem Pancuroniumbromid (0,1-0,15 ml; 0,2 mg/ml) paralysiert bzw. gelähmt und in ein Plethysmograph-System bei 37°C gehalten. Sie wurden parallel mit einem modifizierten Servo-Ventilator (900B, Siemens-Elema, Solna, Schweden), der 100% Sauerstoff lieferte, mechanisch bearbeitet. Der Arbeitsdruck war auf 55 cm H₂O eingestellt. Die Frequenz war 40 pro Minute, das Einatmungs:Ausatmungs-Zeitverhältnis 1:1 und das Atemvolumen war auf zwischen 8-10 ml/kg Körpergewicht eingestellt. Es wurde kein positiver Ausatmungsdruck angewandt.
Die unreifen neugeborenen Kaninchen wurden zufällig angeordnet, um bei der Geburt über die Trachealkanüle 2,5 ml/kg Körpergewicht Curosurf (32 oder 80 mg/ml) oder 2% Polymyxin B in Curosurf (32 mg/ml) zu erhalten. Bei Kontrolltieren wurde kein Material in die Luftwege instilliert. Alle Tiere wurden für 5 Stunden beatmet.
Elektrokardiogramme (EKG) wurden mittels subkutaner Elektroden aufgezeichnet. Das EKG wurde zu den gleichen Intervallen überprüft wie oben angegeben. Sobald Arrhythmie, Bradykardie (Herzfrequenz < 60/min), Fehlen von QRS-Komplexen oder Pneumothorax auftraten, wurden die Tiere mittels einer intracranialen Lidocaininjektion (0,5 ml; 20 mg/ml) getötet. Alle fünf Stunden überlebenden Tiere wurden mit dem gleichen Verfahren getötet. Die Überlebenszeit wurde bei allen Tieren aufgezeichnet. Das Abdomen wurde geöffnet und das Diaphragma auf Anzeichen von Pneumothorax inspiziert.
Lungenfunktionsmessungen
Der Spitzendruck bei der Einatmung ("peak inspiratory pressure") (PIP) wurde mit einem Drucksensor (EMT 34) aufgezeichnet und für jedes Tier individuell eingestellt, um ein Atemvolumen (V_T) von 8-10 ml/kg Körpergewicht zu erhalten. Das Atemvolumen wurde mit einem Fleisch-Rohr, einem Differenzialdrucksensor (EMT 31), einem Integrator (EMT 32), einem Verstärker (EMT 41) und einem Aufzeichnungssystem (Mingograf 81; all equipment, Siemens-Elema) aufgezeichnet. Das System wurde für jedes einzelne Experiment kalibriert, und es wurde eine lineare Kalibrationskurve für Atemvolumen zwischen 0,1 und 0,8 ml erhalten. Die Lunge-Thorax-Dehnbarkeit wurde aus den Aufzeichnungen des Atemvolumens und des Spitzendrucks bei der Einatmung abgeleitet und in mg/kg·cmH₂O angegeben. Tabelle 2 – Anzahl an Tieren (n), Körpergewicht, Pneumothorax-Inzidenz und Anzahl Überlebender bei 180 min.
Die Werte sind als Mittelwerte ± SD angegeben.
Alle drei Gruppen Surfactant-behandelter Tiere hatten bei 15 min höhere Dehnbarkeitswerte ("compliance values") als die Kontrollen. Diese Experimente beweisen, dass durch die Zugabe von 2% Polymyxin B zu Curosurf die Surfactantdosis signifikant verringert werden konnte, ohne die günstigen Wirkungen des Surfactants einzubüßen und dass die Pneumothoraxinzidenz während verlängerter mechanischer Beatmung verringert werden konnte.

Claims

Pharmazeutische Zusammensetzung, umfassend: (a) ein Surfactant, das wirksam ist bei der Behandlung von Lungenerkrankungen, abnormalen Zuständen und Krankheiten aufgrund eines Mangels oder einer Defizienz an endogenem Surfactant; (b) ein Polymyxin wobei das Surfactant ein modifiziertes natürliches Lungensurfactant, bestehend aus einem Lipidextrakt aus zerkleinerter Säugerlunge oder Lungenspülung, enthaltend die Surfactant-Proteine SP-B und SP-C, oder ein künstliches Surfactant, bestehend aus einem Gemisch synthetischer Verbindungen, vorrangig Phospholipide und andere Lipide, die formuliert sind, um die Lipidzusammensetzung und das Verhalten von natürlichem Surfactant zu imitieren, und die frei von Surfactant-Apoproteinen sind, ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Surfactant ein modifiziertes natürliches Surfactant (zum Beispiel Surfactant TA, Survanta^®, Infarsurf^®, Alveofact^® oder Curosurf^®) ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Surfactant ein künstliches Surfactant ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-3, wobei das Polymyxin Polymyxin B ist.
Zusammensetzung nach den vorstehenden Ansprüchen, wobei der prozentuale Anteil an Polymyxin zwischen 0,1 und 10 Prozent, bezogen auf das Gewicht des Surfactants, liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei der prozentuale Anteil zwischen 0,5 und 5 Prozent liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei der prozentuale Anteil zwischen 1 und 3 Prozent liegt.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-7 in der Form einer wässrigen Suspension.
Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 8, umfassend ein modifiziertes natürliches Lungensurfactant in einer Konzentration zwischen 20 und 100 mg/ml.
Zusammensetzung nach Anspruch 9, wobei die Konzentration an modifiziertem natürlichem Lungensurfactant zwischen 25 und 80 mg/ml liegt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die Lungenerkrankungen, abnormalen Zustände und Krankheiten Atemnotsyndrome von Neugeborenen und Erwachsenen, Meconium-Aspirations-Syndrom, bakterielle und virale Pneumonie, bronchopulmonale Dysplasie umfassen.