DE69132688T2

DE69132688T2 - Methode zur behandlung und vorbeugung von typ-1 diabetis durch orale verabreichung von insulin

Info

Publication number: DE69132688T2
Application number: DE69132688T
Authority: DE
Inventors: George Eisenbarth; Allen Hafler; L. Weiner; Zhengri Zhang
Original assignee: Autoimmune Inc
Current assignee: Autoimmune Inc
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2011-10-11
Also published as: AU8767991A; IL99699A; JPH06504986A; BR9106977A; NO319370B1; EP0552256A4; HUT64235A; WO1992006704A1; US6703361B2; IL99699A0; US5843886A; HU225054B1; JP2548056B2; NO931267L; EP0552256A1; ES2162615T3; AU659419B2; KR100239743B1; ATE204178T1; US5763396A

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Verfahren und Zusammensetzungen zum Behandeln oder Vorbeugen von Typ I-Diabetes mellitus. Die Methoden der Erfindung benötigen keine parenterale Verabreichung von therapeutischen Agenzien. Insbesondere, aber nicht in limitierender Art und Weise, ist die vorliegende Erfindung auf Agenzien und Methoden zum Behandeln oder Vorbeugen von Autoimmunkrankheiten gerichtet, die die Charakteristika von Typ I-Diabetes aufweisen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diabetes mellitus wird durch zwei klare, auf klinischen Erscheinungsbildern basierende Gruppen gekennzeichnet, nämlich die Insulin-unabhängige Form oder den Erwachsenendiabetes, auch bekannt als Typ II, und die Insulin-abhängige Form oder den juvenilen Diabetes, auch bekannt als Typ I. Die Mehrheit des Typs II, die Erwachsenendiabetiker, sind klinisch gesehen fettsüchtig, mit einer Manifestation der klinischen Krankheitssymptome für gewöhnlich in einem Alter über 40. Patienten mit dem jugendlichen Typ I sind im Gegensatz dazu, im Verhältnis zu ihrem Alter und ihrer Größe, nicht übergewichtig, mit einem raschen Ausbruch der Krankheit in einem frühen Alter, häufig vor dem 30. Lebensjahr, obwohl Typ I-Diabetes in jedem Alter auftreten kann.
Diabetes mellitus ist eine Stoffwechselstörung bei Menschen mit einer Häufigkeit von ungefähr einem Prozent in der Allgemeinpopulation, ein Viertel davon in der Insulinabhängigen Kategorie Typ I (Foster, D. W. Harrison's Principles of Internal Medicine, Kap. 114, S. 661-678, 10th Ed., McGraw-Hill, New York). Die Krankheit manifestiert sich als eine Folge von Hormoninduzierten Stoffwechselanomalien, die eventuell zu ernsten, langanhaltenden und schwächenden Komplikationen führen, die verschiedene Organsysteme einschließlich Augen, Nieren, Nerven und Blutgefäße betreffen. Pathologisch gesehen ist die Krankheit durch mittels Elektronenmikroskopie demonstrierbaren Läsionen der Basalmembranen gekennzeichnet.
Typ I-Diabetes zeigt charakteristischerweise sehr niedriges oder nicht meßbares Plasmainsulin mit erhöhtem Glukagonspiegel. Ohne Rücksicht auf die genaue Ätiologie weisen die meisten Typ I-Patienten zirkulierende, gegen ihre eigenen Pankreaszellen gerichtete Antikörper auf, einschließlich Antikörper gegen Insulin, gegen das Zytoplasma der Langerhans'schen Inselzellen und gegen das Enzym Glutaminsäuredecarboxylase. Eine spezifisch gegen Beta-Zellen (Insulin-produzierende Zellen) gerichtete Immunantwort führt zum Typ I-Diabetes. Diese Spezifität wird durch das vorstehend genannte klinische Bild unterstützt, da Beta-Zellen Insulin sekretieren während Alpha-Zellen Glukagon sekretieren.
Gegenwärtige therapeutische Kost für Typ 1-Diabetes beinhaltet Modifikationen der Diät, um die Hyperglykämie, die aus dem Mangel an natürlichem Insulin resultiert, herabzusetzen, was wiederum das Ergebnis der beschädigten Beta-Zellen ist. Die Diät wird auch in Bezug zu der Insulinverabreichung modifiziert, um dem hypoglykämischen Effekt der Hormone entgegenzuwirken. Welche Art der Behandlung auch vorliegt, die parenterale Verabreichung von Insulin ist für alle Typ I-Diabetiker erforderlich, daher der Begriff "Insulin-abhängige" Diabetes.
Die herkömmliche Insulintherapie ist auf die parenterale (d. h. subkutane) Verabreichung von Insulin beschränkt. Die orale Verabreichung von Insulin ist nicht möglich gewesen, da das Insulinmolekül den Verdauungstrakt nicht in einer ausreichend intakten Form passieren kann, um einen therapeutischen Nutzen bereitzustellen. Die Fachleute sind auf einer ständigen Suche nach einer alternativen Methode gewesen, um den Bedarf für Insulin auszuschalten oder zu reduzieren, da zahlreiche Probleme mit der subkutanen Verabreichung des Arzneimittels einhergehen. Unter den untersuchten Methoden sind implantierbare Insulinpumpen und pankreatische Inselzelltransplantation.
Da sich Typ I-Diabetes für gewöhnlich in Jugendlichen manifestiert und da die subkutane Insulingabe eine strenge Selbstdisziplin erfordert, ist die Befolgung häufig ein ernstes Problem. Das Ausführen der parenteralen Gabe selbst kann zusätzlich sehr traumatisch für Jugendliche sein. Für den Kliniker ist es schwierig, die benötigte Insulinmenge zum gegebenen Zeitpunkt des Patiententages präzise zu regulieren. Weiterhin ist es unmöglich, den Blutglukosespiegel der Diabetiker mit parenteralem Insulin in dem Ausmaß zu regulieren, in dem die Bfutglukose in normalen Individuen reguliert wird.
Somit entwickeln die Patienten im frühen Behandlungsstadium der Typ I-Diabetes häufig entweder Hyperglykämie oder Hypoglykämie, da der genaue Zeitpunkt der Insulininjektionen und der benötigte Insulinspiegel nicht bekannt sind. Wenn die Behandlung fortschreitet, gewöhnt sich der Kliniker und, noch wichtiger, der Patient an die tägliche Routine, aber es besteht immer das Risiko von Ketoacidose oder Hypoglykämie.
Zusätzlich produzieren einige Patienten Antikörper gegen das injizierte Insulin, obwohl sogar die meisten Patienten nun mit humanem, durch rekombinante Techniken hergestelltem Insulin behandelt werden. Dies kann zu einem Bedarf an höheren Insulindosen führen. Bis heute gibt es keine erfolgreiche orale Verabreichungsform, die Insulin enthält.
Die Wissenschaft hat lange nach einer Methode zum Vorbeugen und/oder Behandeln von Typ I-Diabetes gesucht, welche keine parenterale Verabreichung von Insulin involviert. Verschiedene Anläufe für eine alternative Verabreichungsmethode von Insulin haben versagt oder nicht zu einem praktischen Stadium geführt. Orales Insulin, eine transkutane Insulingabe und nasales Insulin wurden zum Beispiel klinisch nicht verwendet. Das orale Insulin beeinflusst den Blutglukosespiegel nicht. Da es notwendig war, Säugetieren, die nasales Insulin erhielten, Lipide zu injizieren, um das Insulin durch die Nasenschleimhaut zu befördern, wurde dieser Weg der Insulinverabreichung eingeschränkt.
Orale Dosierungsarten für die Behandlung von Typ II-Diabetes sind verfügbar (z. B. orale Sulfonylharnstoffe). Diese oral verabreichten Agentien enthalten kein Insulin, vielmehr stimulieren sie die Bauchspeicheldrüse aber zur Insulinproduktion und sind nur wirksam zum Behandeln von bestimmten Formen des Typ II-Diabetes. Für Typ I-Diabetes sind orale Agentien, wie beispielsweise Sulfonylharnstoffe, aufgrund von deutlich verminderten oder beschädigten Beta-Zellmengen unwirksam (Foster, D. W. Harrison's Principles of Internal Medicine, Kap. 114, S. 668, 10th Ed., McGraw-Hill, New York).
Typ I-Diabetes wird als eine Krankheit mit einer autoimmunen Ätiologie betrachtet (Eisenbarth, G. S., New EnQI. J. Med. 314: 1360-1368, 1986). Verschiedene Tiermodelle sind für die Erforschung von Typ I-Diabetes als eine autoimmune Störung verfügbar. Diese schließen die BB-Maus (Nakbookda, A. F., et al., Diabetoloeic 14 : 199-207, 1978) und die NOD-Maus (non-obese diabetic) ein, in welchen sich Diabetes spontan entwickelt (Prochazka et al. Science 237: 286 1987). Inselzell-spezifische CD4 und CD8 T- Lymphozyten wurden als verursachende Agenzien für die Schädigung der Beta-Zellen in Verbindung gebracht und durch die verminderte Häufigkeit von Typ I-Diabetes in NOD- Mäusen demonstriert (J. Exp Med. 166: 823, 1987).
Andere Therapien für die Behandlung von Autoimmunkrankheiten im Allgemeinen wurden entwickelt.
Weiner et al., U. S. Patentanmeldung Nr. 460,852, eingereicht am 21. Februar 1990 (nationale Phase der PCT-Anmeldung Nr. PCT/US88/02139, eingereicht am 24. Juni 1988), welche eine "Continuation-inpart"-Anmeldung der am 24. Juni 1987 eingereichten U. S. Patentanmeldung Nr. 065,734 darstellt, offenbart die Behandlung von Autoimmunkrankheiten durch orale Verabreichung von Autoantigenen.
Weiner et al., U. S. Patentanmeldung Nr. 454,486, eingereicht am 20. Dezember 1989, offenbart die Aerosol-Applikation von Autoantigenen, Krankheits-unterdrückenden Fragmenten der Autoantigene und Analogen davon als eine wirksame Methode zum Behandeln von T-Zell-vermittelten Autoimmunkrankheiten.
Weiner et al., U. S. Patentanmeldung Nr. 487,732, eingereicht am 2. März 1990, offenbart Synergisten (Enhancer) zu Verwenden bei oraler Verabreichung von Autoantigenen, Krankheits-unterdrückenden Fragmenten und Analogen davon als wirksame Behandlungen von T-Zell-vermittelten Autoimmunkrankheiten.
Weiner et al., U. S. Patentanmeldung Nr. 551,632, am 10. Juli 1990 als "Continuation-inpart"-Anmeldung der am 14. Juli 1989 eingereichten U. S. Patentanmeldung Nr. 379,778 (nun fallengelassen) gemäß Regel 62 eingereicht, offenbart Methoden zum Vorbeugen oder Behandeln von Uveoretinitis in Säugern durch orales Verabreichen von gereinigtem S-Antigen.
Nagler-Anderson, et al.. (Proc. Natl. Acad. Sci (USA) 83: 7443-7446, 1986) beschreibt das orale Verabreichen von Kollagen, um Kollagen-induzierte Arthritis in einem Mausmodell zu unterdrücken.
Keine der vorstehend genannten Behandlungen für Autoimmunkrankheiten kann jedoch zum Behandeln von Typ -Diabetes eingesetzt werden, da die für das Vorbringen und Aufrechterhalten der Typ I-Krankheit involvierten Antigene nicht identifiziert wurden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Agentien und Methoden zum Behandeln und Vorbeugen von Typ I-Diabetes Charakteristika aufweisenden Autoimmunkrankheiten in Säugetieren bereitzustellen. Die Vorbeugung von Typ I-Diabetes beinhaltet vorzugsweise eine Behandlung vor dem Auftreten von Hyperglykämie.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Zusammensetzungen und pharmazeutische Rezepte bereitzustellen, die zum Behandeln von Säugern brauchbar sind die an Autoimmunkrankheiten leiden, welche die Kennzeichen von Typ I-Diabetes aufweisen.
Eine weitere, zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es, Zusammensetzungen und pharmazeutische Rezepte bereitzustellen, die für die orale Verabreichung in Säugetieren nützlich sind, mit der Absicht die Manifestationen (d. h. die klinischen Symptome) von Autoimmunkrankheiten zu verhindern oder abzuschwächen, die die Kennzeichen von Typ I-Diabetes aufweisen. Die Vorbeugung von Typ I-Diabetes beinhaltet eine Behandlung vor dem Auftreten von Hyperglykämie.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann in Bezug auf das Folgende offensichtlich werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Unerwarteterweise stellte sich heraus, dass eine orale Insulinverabreichung eine effektive Behandlung darstellt, um den Insulinbedarf der Typ I-Diabetiker zu beseitigen oder zu reduzieren. Orales Insulin kann die Beta-Zellzerstörung verhindern oder verbessern und dadurch die herkömmliche parenterale Insulintherapie herabsetzen oder ausschließen. Oral verabreichbare, pharmazeutische, Insulin enthaltende Rezepturen werden hergestellt und Säugern verabreicht, die Symptome des Typ I-Diabetes manifestiert haben und/oder als Typ I-Diabetes aufweisend diagnostiziert wurden. Zusätzlich werden Personen, bei denen die Gefahr besteht, dass sie Typ I-Diabetes entwickeln (d. h. bei denen durch geeignete Mittel, wie beispielsweise genetische Studien und Analysen, gezeigt wurde, dass sie eine Neigung zur Entwicklung Typ I-Diabetes aufweisen), mit ähnlichen oralen Insulinpräparaten behandelt.
Pharmazeutische Rezepturen zur oralen oder enteralen Verabreichung zum Behandeln von Typ I-Diabetes, werden aus handelsüblich verfügbarem Insulin und einem pharmazeutisch akzeptablen, zur oralen Einnahme geeigneten Träger hergestellt. Die Menge an Insulin in jeder Dosis kann zwischen 1 mg und 1000 mg betragen. Die für die Behandlung erforderliche Gesamtdosis variiert jedoch gemäß jedem Individuum. Die zum Ausüben der vorliegenden Erfindung erforderliche Gesamtmenge an Insulin ist im Allgemeinen eine sehr viel größere Dosis als die Dosis, die parenteral verabreicht wird, um ein an Typ I-Diabetes erkranktes Individuum gegen Ketoacidose zu schützen.
Zusätzlich kann ein Aerosol-Gabe-System mit ähnlichen Insulindosen wie vorstehend mit einem pharmazeutisch geeigneten Träger oder Verdünnungsmittel hergestellt werden. Diese und andere Verbesserungen werden in der folgenden Beschreibung, den Figuren und den anhängigen Ansprüchen beschrieben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkung von oral verabreichtem Schweine-Insulin auf Diabetes in NOD-Mäusen zeigt.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkung von oralem Schweine-Insulin auf die Konzentrationen der Serumglukose nach Verabreichen von oralem Insulin in NOD-Mäusen zeigt.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkung von in wöchentlichen Intervallen gegebenen, oral verabreichten Pankreasextrakten auf die Entwicklung von Diabetes in NOD-Mäusen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Alle Patentanmeldungen, Patente und Literaturangaben auf die hierin Bezug genommen wird, werden hierbei durch die Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Die vorliegende Erfindung richtet sich an den Bedarf für eine Alternative zu existierenden Verfahren zum Behandeln von Typ I-Diabetes von einem Autoimmunmodell und im besonderen zur vorbeugenden Behandlung von Diabetes. Da Typ I-Patienten überwiegend Heranwachsende sind, wird angenommen, dass eine Langzeit-Insulintherapie aufgrund des Erhalts einer unbeschädigten Beta-Zellfunktion nicht länger erforderlich ist, sofern die Behandlung mit den Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung bei Ausbruch der Störung begonnen wird. Zusätzlich kann die parenterale Insulintherapie reduziert werden, wenn die Verfahren der vorliegenden Erfindung zu einem Zeitpunkt begonnen werden, solange noch eine Beta-Zellfunktion vorliegt. Daher stellt die vorliegende Erfindung Mittel bereit, bei denen eine Langzelt-Insulintherapie reduziert oder nicht länger erforderlich wäre.
Nun hat sich unerwarteterweise herausgestellt, dass eine orale und/oder in Form eines Aerosols erfolgende Verabreichung von Insulin (oder Krankheits-unterdrückenden Fragmenten von Insulin oder Analoge davon) für das Behandeln und Vorbeugen von Typ I-Diabetes wirkungsvoll ist. Dies bedeutet eine radikale Abweichung von einer herkömmlichen (parenteralen) Insulintherapie dadurch, dass das Insulin verabreicht wird, um die Autoimmunantwort des Wirtes herunterzuregeln oder abzuschalten, und nicht aufgrund seines endokrinologischen (metabolischen) Effekts. Es stellte sich heraus, dass eine orale Insulinverabreichung nicht wirksam war, irgendeine Form von Diabetes zu behandeln, weil im Magen und Verdauungssystem vorkommende proteolytische Enzyme das Polypeptid abbauen bevor es den Blutstrom erreichen kann. Außerdem wurde früher auch nicht gezeigt, dass eine intranasale Insulinverabreichung für das Behandeln irgendeiner Form von Diabetes wirksam ist.
Ohne durch die Behandlungstheorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die erfindungsgemäße orale oder in Form eines Aerosols erfolgende Verabreichung von Insulin die immunologische Pathogenese des Typ I-Diabetes durch das Auslösen von Suppressor-T-Zellen beeinflußt.
In der folgenden Diskussion haben folgende Begriffe die nachstehend beschriebene Bedeutung.
"Behandlung" bedeutet die Behandlung der aktiven Krankheit in Patienten mit einem gewissen Anteil an unbeschädigten, Insulin-produzierenden Beta-Zellen, sowie die prophylaktische Verabreichung, die bei Patienten mit einem hohen Risiko zur Entwicklung der Krankheit angewandt wird.
"Orale Verabreichung" bedeutet sowohl die orale Verabreichung als auch die enterale Verabreichung (direkte Inkubation in den Magen).
"Individuen mit Risiko" für Typ I-Diabetes bedeutet a) Individuen, die einen Blutsverwandten mit Typ (-Diabetes aufweisen; b) Auto-Antikörperpositive Individuen, die keinen Typ I-Diabetes zeigen. Diese Auto-Antikörper umfassen zytoplasmatische Inselzell- Autoantikörper, Insulin-Antikörper und Glutaminsäuredecarboxylase-Auto-Antikörper; c) Individuen mit Histokompabilitätstyp (HLA-Typ) DR 3 oder DR4DQW8; d) Individuen mit Glukoseabnormitäten, wie beispielsweise ein Verlust der Insulinsekretion der ersten Phase auf Glukosetoleranztests.
"Säuger" bedeutet jeder Organismus, der ein Immunsystem besitzt und daher für Typ I-Diabetes zugänglich ist.
"Aktive Krankheit" bedeutet autoimmune Zerstörung der Insel-Beta-Zellen.
"Aerosol" bezieht sich auf fein verteilte, feste oder flüssige Partikel, die durch die Verwendung eines unter Druck stehenden Systems, beispielsweise eines Zerstäubers, hergestellt werden können. Das flüssige oder feste Ausgangsmaterial beinhaltet hierin beschriebene Insulin und/oder Krankheits-unterdrückende Fragmente von Insulin und Analoge davon.
"Krankheits-unterdrückende Fragmente" von Insulin umfassen jedes Peptid oder Polypeptid, das partielle Aminosäuresequenzen oder Teile von Insulin beinhaltet und die Fähigkeit besitzt, eine die Charakteristika von Typ I-Diabetes aufweisende Krankheit zu behandeln oder zu verhindern. Derartige Fragmente müssen nicht die auto-antigenen oder endokrinologischen (metabolischen) Eigenschaften des vollständigen Insulinmoleküls besitzen.
"Analoge" von Insulin oder Krankheits-unterdrückende Fragmente davon beziehen sich auf Verbindungen, die dem Insulin oder Krankheits-unterdrückenden Fragmenten davon strukturell verwandt sind und bei oraler oder in Form eines Aerosols erfolgender Verabreichung die gleiche biologische Aktivität besitzen, d. h. die Fähigkeit Krankheitssymptome des Typ I-Diabetes zu unterdrücken oder zu verhindern. Im Zuge eines nicht limitierenden Beispiels umfasst der Begriff Peptide, die Aminosäuresequenzen aufweisen, die sich von der Aminosäuresequenz des Insulins oder der Krankheits-unterdrückenden Fragmente davon durch eine oder mehr Aminosäurereste unterscheiden, während sie dennoch die Krankheits-unterdrückende Aktivität des Insulins oder seine Fähigkeit, die Symptome des Typ I-Diabetes zu verhindern oder abzuschwächen, beibehalten. Diese Analoge müssen nicht notwendigerweise den endokrinologischen Effekt von Insulin besitzen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurden Experimente ausgeführt, in denen NOD- (non-obese diabetic) Mäuse, welche spontan im Alter zwischen 11 und 52 Wochen Diabetes entwickeln, bei allen Dosierungen von oral verabreichtem Insulin dosisabhängig eine niedrigere Häufigkeit von Diabetes aufwiesen. 100% der behandelten Tiere, die die höchste Dosis von oralem Insulin (1 mg) erhalten haben, entwickelten kein Diabetes.
Obwohl es relativ einfach ist, mit parenteralem Insulin die Symptome des Typ I-Diabetes zu steuern, ist es bei Verwendung der herkömmlichen, in 1 oder 2 Injektionen pro Tag gegebenen Insulintherapie schwierig, den Blutzucker des Patienten innerhalb von 24 Stunden zu normalisieren. Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Behandeln oder Vorbeugen einer die Charakteristika des Typ I-Diabetes aufweisenden Krankheit bereit, das das Verabreichen einer effektiven Menge von einer oralen Insulindarreichungsform an einen an Typ I-Diabetes erkrankten oder dadurch gefährdeten Säuger umfasst, um die Symptome von Diabetes zu behandeln oder zu verhindern.
Es muß erwähnt werden, dass die Verfahren der vorliegenden Erfindung eine parenterale Insulintherapie bei Patienten mit beschädigten Beta-Zellen, die nicht ausreichend Insulin produzieren, um ihren Blutzucker zu regulieren, nicht überflüssig macht. Durch das Verwenden der Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung werden kürzlich diagnostizierte Typ I-Diabetes Patienten oder solche mit einem Risiko für die Erkrankung (wie vorstehend aufgeführt), die im Wesentlichen intakte (unbeschädigte) Beta-Zellen aufweisen, jedoch kein Typ I-Diabetes entwickeln und die parenterale Insulinverabreichung kann überflüssig werden. Es wird zusätzlich angenommen, dass die Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung die benötigte Insulinmenge durch einen verzögerten Verlauf der Erkrankung bei den eine kleine Beta- Zellfunktion aufweisenden Individuen (die fähig sind, ein gewisses Insulinlevel zu produzieren) reduzieren wird.
Das Insulin zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann von zahlreichen kommerziellen Quellen, wie beispielweise Novo Laboratories (Danbury, CT), Nordisk-USA (Rockville, MD) und Eli Lilly und Co. (Indianapolis, IN) bezogen werden. Aus Schweinen erhaltenes Insulin, humanes halbsynthetisches Insulin (Nordisk-USA) und kloniertes rekombinantes Insulin (Eli Lilly) kann beim Einsatz des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Krankheits-unterdrückende Fragmente und Analoge von Insulin zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung können durch das Verwenden der wohlbekannten Festphasen- Synthesetechniken (Merrifseld, R. B., Fed. Proc. Am. Soc. Ex. Biol. 21: 412, 1962 and J. Am. Chem. Soc. 85: 2149, 1963; Mitchel, A. R. et al., J. Am. Chem. Soc. 98: 7357, 1976; Tam, J. et al., J. Am. Chem. Soc. 105: 6442, 1983) synthetisiert werden. Analoge können durch Identifizieren einer äquivalenten Aminosäuresequenz und durch Verwenden der vorstehend offenbarten Peptidsynthesetechniken konstruiert werden.
Analoge können durch das Verwenden der bekannten Aminosäuresequenz von Insulin, wie in Atlas of Protein Sepuence and Structure, Natl. Biochem. Res. Foundation, Band 5, Seiten 209-211, offenbart, bereitgestellt werden.
Krankheits-unterdrückende Analoge und Fragmente können auch unter Verwendung von im Fachgebiet bekannten DNA-Rekombinationstechniken erhalten werden.
Krankheits-unterdrückende Fragmente von Insulin und Analoge davon können durch das Verwenden von Routineexperimenten unter Verwendung von geeigneten in vivo Systemen, wie beispielsweise derartigen der nachfolgend aufgeführten Beispiele 1 bis 5 identifiziert werden.
Erfindungsgemäß werden Insulin oder Krankheits-unterdrückende Fragmente oder Analoge davon oral oder enteral in einer täglichen Menge zwischen ungefähr 2 mg/kg Körpergewicht des Säugers und ungefähr 10 mg/kg Körpergewicht des Säugers in einen Säuger eingebracht, welcher an einer die Charakteristika des Typ I-Diabetes aufweisenden Krankheit leidet oder dadurch gefährdet ist, und sie können in einer Einfachdosis oder in Mehrfachdosen verabreicht werden. Bevorzugt wird das Insulin in einer Menge zwischen ungefähr 2,5 mg und ungefähr 5,0 mg/kg Körpergewicht des Säugers pro Tag verabreicht. Die genaue zu verabreichende Menge wird, abhängig von der Stärke und dem Krankheitsstadium und dem physischen Zustand eines Patienten, variieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner orale Darreichungsformen und pharmazeutische Zusammensetzungen zum Verabreichen an Säugern, die an den Charakteristika des Typ I-Diabetes aufweisenden Krankheiten leiden oder dadurch gefährdet sind. Es versteht sich, dass jede statistisch signifikante Verminderung der Krankheitssymptome des Typ I-Diabetes gemäß der Behandlung der vorliegenden Erfindung innerhalb des Bereiches der Erfindung liegt.
Jede erfindungsgemäße orale Zusammensetzung kann zusätzlich inerte Bestandteile einschließlich pharmazeutisch akzeptabler Träger, Verdünnungsmittel, Füllstoffe, löslich machende oder emulgierende Agenzien und Salze beinhalten, welche nach dem Stand der Technik wohlbekannt sind. Tabletten können zum Beispiel in Übereinstimmung mit herkömmlichen Prozeduren, die dem Stand der Technik wohlbekannte feste Träger einsetzen, gebildet werden. In der vorliegenden Erfindung verwendete Kapseln können aus jedem pharmazeutisch akzeptablen Material, wie beispielsweise Gelatine oder Zellulosederivaten, gemacht werden. Orale Verabreichungssysteme mit verzögerter Freigabe und/oder magensaftresistente Überzüge für oral verabreichte Darreichungsformen werden ebenso erwogen, wie beispielsweise die in US-Patent 4,704,295, veröffentlicht am 3. November 1987, in US-Patent 4,556,552, veröffentlicht am 3. Dezember 1985, in US- Patent 4,309,404, veröffentlicht am 5. Januar 1982, und in US-Patent 4,309,406, veröffentlicht am 5. Januar 1982, beschriebenen.
Beispiele von festen Trägern umfassen Bentonit, Siliziumdioxid und andere häufig verwendete Träger. Weitere nicht-limitierende Beispiele von Trägern und Verdünnungsmitteln, welche in den Formulierungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Kochsalz und jede physiologisch gepufferte Kochsalzlösung, wie beispielsweise phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS) und Wasser.
Es wird gewürdigt werden, dass die Einheitsmenge an aktivem Wirkstoff oder Wirkstoffen, die in einer Einzeldosis jeder Darreichungsform beinhaltet ist, nicht notwendigerweise selbst eine effektive Menge ausmachen muss, da die notwendige effektive Menge durch Verabreichung einer Mehrzahl von Dosiseinheiten erreicht werden kann.
Die bevorzugte Verabreichungsart der Darreichungsform der vorliegenden Erfindung ist oral oder enteral. Bevorzugte orale oder enterale pharmazeutische Zusammensetzungen oder Darreichungsformen können zum Beispiel zwischen ungefähr 1 mg und ungefähr 1000 mg Insulin enthalten.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die pharmazeutischen Zusammensetzungen oder Darreichungsformen der vorliegenden Erfindung ebenso in einer Aerosol-Form Säugern, die an die Charakteristika von Typ 1- Diabetes aufweisenden Krankheiten leiden, verabreicht werden. Es wird erwartet, dass niedrigere Mengen an Insulin, Krankheits-unterdrückenden Fragmenten oder Analoge davon benötigt werden, wenn die in Form eines Aerosols erfolgende Verabreichung zum Behandeln oder Vorbeugen von Typ I-Diabetes verwendet wird, wie es bei der Behandlung von experimenteller allergischer Encephalomyelitis (EAE) mit basischem Myelinprotein (MBP) und von adjuvanter Arthritis mit Kollagen gefunden wurde, wie in der mitanhängigen US-Patentanmeldung 454,486, eingereicht am 20. Dezember 1989, offenbart ist. Die Mengen ans Insulin oder Krankheits-unterdrückenden Fragmenten oder Analogen davon, welche in einer als Aerosol vorliegenden Darreichungsform verabreicht werden können, würden zwischen ungefähr 0,1 mg und 10 mg/kg Körpergewicht eines Säugetiers pro Tag betragen und können in einer einzelnen Darreichungsform oder in mehrfachen Darreichungsformen verabreicht werden. Die genaue zu verabreichende Menge wird, abhängig von der Stärke und dem Krankheitsstadium und dem physischen Zustand eines Patienten, variieren.
Die pharmazeutischen Aerosol-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können als wahlweise Bestandteile, pharmazeutisch akzeptable Träger, Verdünnungsmittel, löslich machende oder emulgierende Agenzien und Salze von im Stand der Technik wohlbekannten Arten enthalten. Beispiele derartiger Substanzen umfassen normale Kochsalzlösungen, wie beispielsweise physiologisch gepufferte Kochsalzlösungen, und Wasser.
Die Verabreichungsart von Insulin oder Krankheits-unterdrückenden Fragmenten oder Analogen davon für diese erfindungsgemäße, alternative Ausführungsform liegen in einer Aerosol- oder inhalativen Form vor. Das Insulin und verwandte Verbindungen der vorliegenden Erfindung können als trockenes Pulver oder in einer wässrigen Lösung verabreicht werden. Bevorzugte pharmazeutische Aerosol-Zusammensetzungen können zum Beispiel eine physiologisch akzeptable, gepufferte Kochsalzlösung umfassen, die zwischen ungefähr 1 mg und ungefähr 1000 mg Insulin, Krankheits-unterdrückende Fragmente oder Analoge davon beinhaltet.
Trockenes Aerosol in der Form von fein verteilten festen Partikeln von Insulin, Krankheitsunterdrückenden Fragmenten oder Analogen davon, die nicht in einer Flüssigkeit aufgelöst oder suspendiert sind, sind ebenso verwendbar in der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Das Insijlin kann in der Form von Staubpuder sein und fein verteilte Partikel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von zwischen ungefähr 1 und 5 um umfassen, bevorzugt zwischen 2 und 3 um. Fein verteilte Partikel können durch Pulverisieren und der Siebfiltration hergestellt werden, wobei im Stand der Technik wohlbekannte Techniken eingesetzt werden. Die Partikel können durch Inhalieren einer vorbestimmten Quantität des fein verteilten Materials, welches in Pulverform vorliegen kann, verabreicht werden.
Zu spezifischen, nicht-beschränkenden Beispielen für die Träger und/oder Verdünnungsmittel, die in den pharmazeutischen Aerosol-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, gehören Wasser und physiologisch akzeptable, gepufferte Kochsalzlösungen, wie beispielsweise phosphatgepufferte Kochsalzlösungen mit einem pH von 7,0 bis 8.0.
Die pharmazeutischen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können in Form eines Aerosolsprays verabreicht werden, zum Beispiel unter Verwendung eines Zerstäubers, wie beispielsweise jene in US-Patent Nrn. 4,624,251, veröffentlicht am 25. November 1986, 3,703,173, veröffentlicht am 21. November 1972, 3,561,444, veröffentlicht am 9. Februar 1971 und in 4,635,627, veröffentlicht am 13. Januar 1971, offenbarten. Das Aerosolmaterial wird von dem zu behandelndem Subjekt inhaliert.
Andere Systeme von Aerosol-Gabe, wie beispielsweise der unter Druck stehende Ma Binhalator (pressurized metered does inhaler) (MDI) und der Trockenpulverinhalator wie in Newman, S. P. in Aerosols and the Lung, Clarke, S. W. and Davia, D. eds. S. 197- 224, Butterworths, London, England 1984, offenbart, können bei Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Aerosol-Gabe-Systeme von der hierin offenbarten Art sind von zahlreichen herkömmlichen Quellen, einschließlich Fisons Corporation (Bedford, MA), Schering Corp. (Kenilworth, NJ) und American Pharmaseal Co. (Valencia, CA) verfügbar.
Es wird erwartet, dass die Verfahren der vorliegenden Erfindung insbesondere gut geeignet sind zur Verwendung bei pädiatrischen oder jugendlichen Patienten, die Typ 1- Diabetes entwickeln, oder im ersten Jahr des Ausbruchs von Hyperglykämie, in welchem die Sekundäreffekte der Krankheit (wie beispielsweise vaskulärer Schaden, Nierenschaden und diabetische Retinopathie) noch nicht vollständig manifestiert sind. Dieses sind auch die Patienten, in welchen die traumatischen Effekte von täglichen Insulininjektionen für gewöhnlich am stärksten ausfallen.
Wie in den nachfolgend dargestellten Beispielen gezeigt wird, reduzierte eine orale Verabreichung von Insulin an NOD-Mäuse die Anzahl der Mäuse, welche anschließend Diabetes entwickelten bei allen getesteten Dosierungen. Zusätzlich entwickelten bei der höchsten verwendeten Dosierung (1 mg) keine der Mäuse Diabetes. Wie in Beispiel 2 dargelegt, waren die Effekte von oralem Insulin zudem nicht auf eine Reduzierung der Serumglukosekonzentrationen in diesen Tieren zurückzuführen und waren folglich kein Stoffwechseleffekt. Wie nachfolgend in Beispiel 3 dargelegt ist, führte das Füttern der NOD-Mäuse mit Pankreas-Extrakt außerdem ebenfalls zu einer Abnahme der Anzahl der Tiere, welche Diabetes entwickelten, allerdings in einem niedrigerem Ausmaß als bei diesen, die orales Insulin erhielten.
Vorangehende Experimente haben gezeigt, dass mit 1 mg Insulin gefütterte NOD- Mäuse weniger den Pankreas umgebende, infiammatorische Immunsystemzellen aufwiesen (ein als Insulitis bekannter Zustand) als mit PBS-gefütterte Mäuse (Daten nicht gezeigt). Daher scheint eine orale Verabreichung von Insulin an die NOD-Mäuse die Infiltration von Immunsystemzellen in den Pankreas zu beeinflussen und folglich den Krankheitsverlauf durch das Erhalten der Funktion von Beta-Zellen zu verzögern. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Arbeitsbeispiele weiter beschrieben werden, welche beabsichtigen, die vorliegende Erfindung zu beschreiben ohne ihren Umfang einzuschränken.

BEISPIEL 1: WIRKUNG DES VERFÜTTERNS VON SCHWEINE-INSULIN AUF SPONTAN AUFTRETENDEN DIABETES BEI NOD-MÄUSEN

NOD- (non-obese diabetic) Mäuse wurden in einem Alter von 4 Wochen von Taconic Laboratories (Germantown, MA) bezogen. Zu Beginn des Experiments betrug die Gesamtzahl in jeder der nachfolgend aufgeführten Gruppen 30 Tiere. Im Alter von 4, 5 Wochen wurde den Tieren Schweine-Insulin (Novo Laboratories, Danbury, CT) oral verabreicht. Jedes der Tiere erhielt oral zwei Behandlungen zweimal die Woche bis zum Alter von 9 Wochen. Die Mäuse wurden entweder mit Salzlösung (Kontrolle) oder 10 ug, 100 ug, oder 1 mg Schweine-Insulin ernährt. Die Tiere wurden mit einer Kanüle mit einem Durchmesser von 18-Gauge (Popper and Sons Inc., New Hyde Park, NY) ernährt (sondenemährt). Dies wurde, beginnend mit der 10. Woche, den Tieren anschließend einmal pro Woche insgesamt 33 Wochen lang verabreicht. Beginnend mit der 12. Woche wurde der Urin wöchentlich mittels Glucosuria Testband (Eli Lilly, Indianapohis, IN) auf das Vorkommen von Glukose überprüft. Falls ein getestetes Tier bei dem Glukose-Urintest 3+ oder mehr aufwies, wurde eine Serumprobe entnommen und der Blutglukosewert mittels eines Glukoseanalysegeräts (Beckman) gemessen. Falls der Blutglukosewert 220 oder höher betrug, wurden die Tiere als diabetisch eingestuft und dann getötet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, entwickelte keines mit 1 mg Insulin ernährten Tiere Diabetes, wohingegen sich in der Kontrollgruppe und in den Gruppen mit der 10 ug und 100 ug Gabe Diabetes nach Art einer Dosis-Wirkung-Beziehung entwickelte. Der p-Wert, der die Gabe von 1 ug mit der Kontrollgruppe vergleicht, ist p < 0,008, wohingegen p bei der Gabe von 100 ug < 0,09 ist.
Der normale Blutinsulinspiegel in einem Tier beträgt zwischen 120 und 170 mg/dekaliter oder mg/dl. Die Blutzuckerwerte in den mit PBS ernährten Tieren, die Diabetes entwickelten, betrugen: 575, 485, 459, 500, 375, 400, 362, 395 480 mg/dl. Der Blutzuckerwert in den mit 10 ug Insulin ernährten Tieren, die Diabetes entwickelten, betrug: 330, 420, 315, 459, 520, 487 mg/dl. Die Blutzuckerwerte in den mit 100 ug Insulin ernährten Tieren, die diabetisch wurden, betrug: 290, 600, 450, 500 mg/dl. Die Tiere, die mit 1 mg Insulin ernährt wurden, wurden in gewissen Abständen ebenso auf Blutzucker untersucht. Keines der Tiere entwickelte laut der gemessenen Urintests Diabetes, als Bestätigung wurde jedoch der Blutzucker überprüft. Der Blutzucker von 10 repräsentativen Tieren aus der Gruppe, die mit 1 mg Insulin ernährt wurden, betrugen: 174, 128, 125, 125, 145, 123, 136, 155, 115, 130 mg/dl.

BEISPIEL 2: GLUKOSE NACH GABE VON ORALEM INSULIN IN FASTENDEN 7 WOCHEN ALTEN NOD-MÄUSEN

Zum Bestimmen, ob nach dem Füttern von Insulin irgendwelche endokrinologischen Wirkungen (d. h. direktes Verringern von Blutzucker) auftraten, wurden 7 Wochen alte NOD-Mäuse (5 Mäuse pro Gruppe) mit 1 mg Schweine-Insulin oder 1 mg basischem Myelinprotein (bezogen von Pel Freez, Rogers, AR) ernährt. Anschließend wurde der Blutzucker über den Zeitraum der nächsten 24 Stunden gemessen. Als Positivkontrolle wurde einer separaten Gruppe von Tieren 20 ug Schweine-Insulin subkutan injiziert. Alle Tiere wurden im Fastenstadium gehalten.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wiesen die Tiere, denen subkutan Insulin gegeben wurde, einen sofortigen Abfall des Glukoselevels mit einer Verringerung von ungefähr 80 mg % auf, die über einen Zeitraum von 4 Stunden anhielt und dann langsam zum Normalzustand zurückkehrte. Tiere, die orales Insulin oder orales basisches Myelinprotein erhielten, wiesen keinen Abfall im Blutzucker auf; tatsächlich hing eine Zunahme des Blutzuckers höchstwahrscheinlich mit der Proteinmenge zusammen. Über die nächsten 24 Stunden zeigte sich eine allmähliche Abnahme des Blutzuckers bei allen Tiergruppen, da sich die Tiere in einem Fastenstadium befanden. Dies wurde sowohl bei den Tieren, denen Insulin verabreicht wurde, beobachtet, als auch bei den Tieren, denen basisches Myelinprotein verabreicht wurde.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Gabe von oralem Insulin keine endokrinologische (metabolische) Wirkung aufwies. Werden die veröffentlichten Daten im Zusammenhang mit dem Erzeugen einer immunologischen Toleranz und von immunologischen Wirkungen bei einer nachfolgenden Verabreichung von Proteinen gesehen, lassen diese Ergebnisse sehr darauf schließen, dass eine orale Verabreichung von Insulin die immunologische Pathogenese von Diabetes in NOD-Mäusen beeinflußt.

BEISPIEL 3: WIRKUNG VON ORALER VERABREICHUNG VON IN WÖCHENTLICHEN INTERVALLEN GEGEBENEN PANKREAS-EXTRAKT

Ein zu Beispiel 1 identischer Versuch wurde durchgeführt, in welchen NOD-Mäusen (14- 17 pro Gruppe) homogenisierter, von Lewis-Ratten erhaltener Pankreas in 0,5 ml PBS verabreicht wurde. Wie in Fig. 3 gezeigt, war ein Anstieg der Entwicklung von Diabetes in mit Extrakt ernährten Tieren im Vergleich zu den Kontrolltieren zu verzeichnen. Nichtsdestoweniger ist dieser Effekt nicht so dramatisch und vollständig als in den mit Insulin ernährten Tieren. Diese Ergebnisse zeigen eine gewisse Wirkung der Verabreichung von Pankreasgewebe und unterstreichen die Wirksamkeit der vorstehend beschriebenen Insulinversuche.

BEISPIEL 4: WIRKUNG VON AEROSOL-VERABREICHUNG VON INSULIN AUF DIABETES IN NOD-MÄUSEN

Insulin (0 bis 1 mg wie in den Beispielen 1 und 2) wird, wie vorstehend in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, an NOD-Mäuse in Aerosol-Form mittels einen Zerstäubers verabreicht.
Es wird erwartet, dass das als Aerosol verabreichte Insulin wirksam die Manifestation der Symptome (d. h. Hyperglykämie) des Typ I-Diabetes in den behandelten Mäusen verhindert.

BEISPIEL 5: BEHANDLUNG VON ANFANGSSTADIEN VON DIABETES iN NOD- MÄUSEN

Insulin (0 bis 1 mg wie in den Beispielen 1 und 2) wird NOD-Mäusen, die an Hyperglykämie leiden, in einer oralen und in einer Aerosol-Form verabreicht. Die Behandlungen werden in einem Alter von 12-20 Wochen begonnen, in dem der Serumglukosegehalt in einer bestimmten Prozentzahl an Tieren vor dem Ausbruch von Diabetes hyperglykämische Konzentrationen beträgt.
Es wird erwartet, dass sowohl die orale als auch die Aerosol-Verabreichung von Insulin zu einer Abnahme der Serumglukosekonzentrationen zu nahezu normalem Gehalt und zu einem Erhalt der Beta-Zellfunktion führen wird.

Claims

1. Verwendung einer wirksamen Menge eines Agens, ausgewählt aus Insulin, eine Autoimmunantwort unterdrückenden Fragmenten von Insulin und Analogen davon, zum Herstellen eines oralen oder inhalierbaren Arzneimittels zum Behandeln oder Verhindern der Zerstörung von β-Zellen in einem Säuger, der Symptome aufweist oder bei dem die Gefahr besteht, dass er Typ I-Diabetes entwickelt, wobei das Arzneimittel keine endokrinologische Wirkung hat.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Agens in einer oralen Darreichungsform formuliert ist, die eine feste Darreichungsform umfasst.

3. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die feste Darreichungsform ausgewählt wird aus einer Tablette, einer Kapsel und einer Filmtablette.

4. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Agens in einer oralen Darreichungsform vorliegt, die eine wässrige Suspension oder Lösung von Insulin umfasst.

5. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die orale Darreichungsform einen pharmazeutisch akzeptablen Träger oder ein Verdünnungsmittel umfasst.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Arzneimittel sich dazu eignet, oral oder enteral oder durch Inhalation verabreicht zu werden, um einen Säuger zu behandeln, der an einem Stadium einer Krankheit, ausgewählt aus Typ I-Diabetes und entsprechenden Tierkrankheiten, leidet, bei dem aber die Funktion pankreatischer β-Zellen mindestens teilweise aufrechterhalten ist.

7. Verwendung einer prophylaktisch wirksamen Menge eines Agens, ausgewählt aus Insulin, eine Autoimmunantwort unterdrückenden Fragmenten von Insulin und Analogen davon, zum Herstellen eines Arzneimittels zum Verhindern bzw. Vorbeugen oder Verzögern des Ausbruchs einer Krankheit, ausgewählt aus Typ I-Diabetes und entsprechenden Tierkrankheiten, in einem Säuger, wobei das Arzneimittel sich dazu eignet, oral oder enteral oder durch Inhalation einem einer derartigen Vorbeugung oder eines verzögerten Ausbruchs bedürftigen Säuger verabreicht zu werden.

8. Verwendung eines Agens, ausgewählt aus Insulin, eine Autoimmunantwort unterdrückenden Fragmenten von Insulin und Analogen davon, welches wirksam ist, um eine laufende autoimmune Zerstörung von pankreatischen Beta-Zellen in einem Säuger zu unterdrücken, aber keine endokrinologische Wirkung aufweist, zum Herstellen einer als Aerosol vorliegenden, inhalierbaren Darreichungsform eines Arzneimittels zum Behandeln einer mit Typ I-Diabetes assoziierten Autoimmunantwort.

9. Verwendung nach Anspruch 8 zum Herstellen eines Arzneimittels zum Behandeln von Typ I-Diabetes und entsprechenden Tierkrankheiten für die Verabreichung an Patienten, bei denen die Funktion pankreatischer Beta-Zellen aufrechterhalten ist.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Arzneimittel weiterhin einen pharmazeutisch akzeptablen Träger oder ein Verdünnungsmittel umfasst.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Säuger ein Mensch ist.