DE69302580T2

DE69302580T2 - Vernetztes polyhydroxyl-material zur enzymatisch gesteuerten arzneistofffreisetzung

Info

Publication number: DE69302580T2
Application number: DE69302580T
Authority: DE
Inventors: Louis Beaconsfield Quebec H9W 5L4 Cartilier; Yves Ste-Julie Quebec J3E 2B7 Dumoulin; Vincent F-95100 Argenteuil Lenaerts; Mircea A. Verdun Quebec H3E 1B5 Mateescu
Original assignee: Labopharm Inc
Current assignee: Labopharm Inc
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP3647859B2; PL173249B1; ES2086949T3; NO950251L; AU668198B2; RU2136270C1; CZ15295A3; PL307234A1; NO950251D0; CZ283395B6; WO1994002121A1; GR3020476T3; JPH08502036A; NO308024B1; HU9500197D0; CA2140032C; HU221591B; FI950301A0; DE69302580D1; HUT75673A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine feste, langsam freisetzende, pharmazeutische Dosiseinheit, die als langsam freisetzende Matrix vernetzte Amylose (CLA) und mit dieser assoziierte α-Amylase enthält. Die Freisetzung des Arzneimittels wird enzymatisch durch zwei unterschiedliche aufeinanderfolgende Molekularmechanismen gesteuert.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Das Interesse an monolithischen Vorrichtungen zur kontrollierten Freisetzung von Arzneimitteln steigt ständig, und es wurden große Anstrengungen gemacht, um neue pharmazeutische Dosisformen zu entwickeln, die eine mehr konstante Freisetzrate über eine ausgedehnte Zeitspanne sicherstellen.
Zahlreiche Polymere, wie beispielsweise Vinylpolymere, Polyethylene, Silicone, Ethylcellulose, acylsubstituierte Cellulose, Poly(hydroxyethylmethacrylat)-PHEMA, Acrylcopolymere und dergleichen wurden zum Einsatz als Matrizes zur gesteuerten Freisetzung von Arzneimitteln vorgeschlagen (siehe beispielsweise US 3,087,860, US 2,987,445, US 4,761,289 und Pharm. Acta Helv., 1980, 55, 174-182, Salomon et al.). Trotz der großen Vielzahl dieser polymeren Matrizes, die entwickelt worden sind (Hydrogele, hydrophile, hydrophobe und dergleichen), ist noch keine ideale Matrix bekannt, die zu einer andauernden Arzneimittelfreisetzung mit einer gleichbleibenden Rate führt. In diesem Zusammenhang wurden zahlreiche physikalische und chemische Systeme vorgeschlagen, wobei die meisten von diesen auf einer diffusions- kontrollierten, durch Quellung kontrollierten oder chemisch kontrollierten (externe Bioerosion) Arzneimittelfreisetzung beruhen.
Die durch Diffusion gesteuerten Systeme, die hydrophile Polymere wie beispielsweise Hydroxyethylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose und dergleichen notwendig machen, ermöglichen eine andauernde Freisetzung von Arzneimittel, ermöglichen jedoch nicht eine strikte Steuerung, da die Freisetzrate nicht konstant ist.
Die durch Quellung gesteuerten Systeme basieren auf frei von inneren Kanälen befindlichen glasartigen homogenen Polymermatrices, in die die Wasserfront mit einer konstanten Geschwindigkeit eindringt. Hinter dieser Front befindet sich das Polymer in einem gummiartigen Zustand. Ist der Diffusionskoeffizient des Arzneimittels im gummiartigen Zustand signifikant höher als im Glaszustand des Polymers, kann ein Freisetzen nullter Ordnung beobachtet werden, jedoch nur für ein begrenztes Maß an Freisetzung, üblicherweise etwa 60 % der Gesamtmenge an aufgebrachtem Arzneimittel, und dies ist nur bei relativ geringen ausgänglichen Arzneimittelkonzentrationen der Fall (siehe N. Pappas und N. Franson, J. Polym. Sci., 21,983-997, 1983). Ein anderer Mechanismus ermöglicht eine langsame Arzneimittelfreisetzung mittels einer externen Bioerosion der Tablette während deren Verweilen im Magen-Darm-Trakt (E. Doelker und P. Buri, Pharm. Acta Helv., 56, 111-117, 1981). Dieses System beruht im wesentlichen auf Stärke oder lipidischen Matrices, und die Rate der Freisetzung des Arzneimittels hängt von der komplexen Zusammensetzung der Magen/Darm-Flüssigkeiten zusammen (einschließlich deren enzymatischen Zustandes) und ist daher von einem Individuum zum anderen starken Unterschieden unterworfen.
Obwohl diese Mechanismen interessante Freisetzkinetiken ermöglichen, sind die Freisetzzeiten und die Linearität der Lösungskurven nach wie vor zu verbessern.
Vernetzte Amylose (CLA), ein halbsynthetisches Material, das durch Vernetzen von Amylose mit einem Vernetzungsagens wie Epichlorhydrin, 2,3-Dibrompropanol erhalten wird, wurde kürzlich als eine Matrix zur gesteuerten langsamen Freisetzung von Arzneimitteln eingeführt, wobei die Freisetzungsrate des Arzneimittels durch einen Mechanismus gesteuert wird, der auf Wasserstoffbrückenbindungen beruht, die sich aufgrund eines Komprimierens zwischen den Amyloseketten ausgebildet haben (siehe CA-A-2,041,774, veröffentlicht am 28. Mai 1992). Eine solche CLA-Matrix schafft eine im wesentlichen lineare Freisetzungskinetik.
Die Freisetzzeiten von gewissen Arzneimitteln, insbesondere diejenigen mit einer begrenzten Wasserlöslichkeit, oder solche, die gewisse Interaktionsaffinitäten mit der CLA- Matrix zeigen, können jedoch manchmal höher sein als die üblichen Freisetzzeiten, die bei der Mehrheit der pharmazeutischen Produkte beobachtet werden, die bei etwa 15-24 Stunden liegen. Freisetzzeiten, die 24 Stunden überschreiten, sind im allgemeinen unerwünscht, mit Ausnahme bei besonderen Gegebenheiten. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Arzneimittel (kardiovasculäre, Anästhetika, Sedativa, Antihistaminika etc.), deren optimale Freisetzzeit 6-12 Stunden beträgt.
Es ist daher höchst wünschenswert, eine langsam freisetzende pharmazeutische Dosiseinheit zu erhalten, die eine kontrollierte langsame Freisetzung des darin enthaltenen Arzneimittels ermöglicht. Eine solche pharmazeutische Dosiseinheit sollte darüber hinaus ein Steuern der Freisetzzeit in Abhängigkeit von der optimalen Zeit, die für ein gegebenes pharmazeutisches Produkt notwendig ist, ermöglichen.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend der Erfindung wird eine feste, langsam freisetzende pharmazeutische Dosiseinheit geschaffen, mit
- bis zu 60 Gew.-% eines therapeutisch wirksamen Produktes; und
- zumindest 40 Gew.-% eines vernetzten Polymers aus Amylose und einem Vernetzungsagens, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epichlorhydrin und 2,3-Dibrompropanol, das dadurch gekennzeichnet ist,
- daß das vernetzte Polymer durch Vernetzen von 1 bis 20 Gramm des Vernetzungsagens pro 100 Gramm Amylose hergestellt wird; und
- daß die Dosiseinheit zusätzlich zum therapeutisch wirksamen Produkt und zusätzlich zum vernetzten Polymer noch ein Enzym zur Regulierung der Freisetzung des pharmazeutischen Produktes enthält, wobei das Enzym eine α-Amylase ist, die in einer Menge vorhanden ist, die einer Enzymaktivität von 100 EU oder weniger pro Dosiseinheit entspricht.
Die Menge der α-Amylase, die in einer Tablette vorhanden ist, wird durch deren Enzymeinheit(EU)-Aktivität bestimmt. Typischerweise ist eine Aktivität von 100 EU oder weniger pro Tablette ausreichend. In Abhängigkeit von der gewünschten Freisetzzeit bei einem gegebenen pharmazeutischen Produkt kann die Enzymaktivität nach Wunsch in der Tablette jedoch modifiziert werden.
Die vernetzte Amylose, wie sie bei der vorliegenden Erfindung eingesezt wird, wird durch Vernetzen von Amylose mit einem geeigneten Vernetzungsagens, wie beispielsweise Epichlorhydrin und 2,3-Dibrompropanol, erhalten. Vorzugsweise werden 1 is 20 g des Vernetzungsagens pro 100 g Amylose eingesetzt, was einem Vernetzungsgrad von 1 bis 20 oder CLA-1 bis CLA-20 entspricht, wobei CLA-6 der am meisten bevorzugte Vernetzungsgrad ist.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung haben die Partikel der vernetzten Polymers der Amylose eine Größe, die im allgemeinen zwischen 0,5 und 5 µm (Microns) variiert. Diese Partikel aus Agglomeraten von annähernd 25-7000 µm (Microns) werden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) beobachtet.
IN DEN ZEICHNUNGEN ZEIGT:
Figur 1 die Freisetzprofile von Theophyllin in einer Tablette, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Figur 2 die Freisetzprofile von 4-Acetaminophenol (Acetaminophen) in einer Tablette, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Figur 3 die Freisetzprofile von Acetanilid in einer Tablette, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Figur 4 die Gesamtfreisetzzeit von unterschiedlichen Arzneimitteln in Abhängigkeit von dem α-Amylasegehalt in der Tablette; und
Figur 5 den Einfluß der α-Amylaseaktivität in den Lösungsmedien auf die Freisetzprofile von Acetanilid.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Mechanismus der in der Dosiseinheit der vorliegenden Erfindung abläuft, besteht darin, daß α-Amylase in der Lage ist, speziell das CLA-Polymer als semisynthetisches Substrat zu erkennen und in der Lage ist, die Hydrolyse dessen α-1,4-glykosidischer Bindungen zu katalysieren. Die Geschwindigkeit der enzymatischen Hydrolyse ist durch die Geschwindigkeit des Eindringens der Wasserfront begrenzt, die wiederum selbst durch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Ketten gesteuert ist. Demzufolge werden die Amyloseketten langsam und Stück für Stück aufgespalten, jedoch unter Beibehaltung der dreidimensionalen Struktur über eine lange Zeitspanne, da das Polymer über zahlreiche Amylosezwischenbrücken, die durch das Vernetzungsagens eingeführt worden sind, verbunden ist, und durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Ketten, die beim Komprimieren der Tablette geschaffen wurden. Das Freisetzen des Arzneimittels wird demzufolge einfach durch die Enzymkinetik der α-Amylase reguliert, die durch den zuvor erwähnten Mechanismus gesteuert wird.
Die feste, langsam freisetzende, pharmazeutische Dosiseinheit der vorliegenden Erfindung kann durch direktes Komprimieren einer Mischung des Arzneimittels in der gewünschten Dosis mit einer Menge an α-Amylase, die einer definierten Zahl an Enzymeinheiten entspricht, sowie mit dem CLA-Polymer erhalten werden.
Die Menge an α-Amylase in der CLA-Matrix hängt von der gewünschten Freisetzzeit für ein gegebenes Arzneimittel unter optimalen Freisetzbedingungen ab. Die vorliegende Erfindung ermöglicht gesteuert freisetzende Dosiseinheitsformen für verschiedene Typen an Arzneimittel. Es ist jedoch wichtig, anzumerken, daß das pharmazeutische Produkt, das in der festen, langsam freisetzenden Dosiseinheit der vorliegenden Erfindung vorhanden ist, die Aktivität der α-Amylase nicht hemmen soll, da ansonsten deren nützliche Wirkung zerstört würde. Wird beispielsweise ein saures Arzneimittel mit der Dosiseinheit der vorliegenden Erfindung assoziiert, so ist es bevorzugt, einen Puffer in der Tablette zu inkorporieren, um solche ungewünschten Wechselwirkungen zwischen dem Arzneimittel und dem Enzym zu verhindern.
Amylose ist eine natürliche Substanz, die aus Stärke erhalten wird, die wiederum aus zwei Komponenten gebildet wird, nämlich aus der Amylose, die aus nicht-verzweigten Polyglucoseketten besteht, in der die sich wiederholenden Glucoseeinheiten durch α-1,4-glykosidischen Bindungen miteinander verknüpft sind, und aus dem Amylopektinanteil aus einem verzweigten Polyglucosepolymer mit einer Vielzahl von Verzweigungspunkten, die auf α-1,6-glykosidischen Bindungen beruhen.
Die α-Amylase (EC 3.2.1.1) ist ein Enzym, das die spezifische Hydrolyse der inneren α-1,4-glykosidischen Bindungen in Polyglucosepolymeren, wie Stärke, Amylose oder einiger ihrer Derivaten, katalysiert.

Vernetzte Amylose und α-Amylase

Vernetzte Amylose (CLA) ist ein halbsynthetisches Material, das eine dreidimensionale Struktur aufweist, in der die Polyglucoseketten durch Querbrücken verbunden sind, die durch die Vernetzungsreaktion eingeführt werden. Um eine vernetzte Amylose zu erhalten, wird die Amylose in einem Planetenmischer in einem alkalischen Medium unter Homogenisieren gequollen, und die benötigte Menge an Vernetzungsagens wird hinzugefügt, und zwar bei einem sanften Erwärmen (40-70ºC), wobei die Reaktion während einer Zeitspanne von einer Stunde fortgesetzt wird. Die Art und die Menge des Vernetzungsagens sowie die Reaktionszeit kann variiert werden. Die resultierende CLA wird anschließend entwässert, getrocknet und gesiebt, wobei diejenigen Partikel mit einer Größe im Bereich von etwa 75-297 µm zurückgehalten werden.
Es ist bekannt, daß α-Amylase in der Lage ist, vernetztes Amylosegel als ein modifiziertes Substrat durch Affinitätswechselwirkungen zu erkennen (Mateescu et al., Anal. Lett., 14, 1501-1511, 1981). Die vorliegende Erfindung demonstriert nunmehr, daß α-Amylase in der Lage ist, die α-1,4- glykosidischen Bindungen von CLA in Tablettenform zu hydrolisieren, wodurch ein enzymatisch gesteuertes Arzneimittelfreisetz(ECDR)-System möglich ist.

Herstellung von Tabletten

Wie in der CA-A-2,041,774, veröffentlicht am 28. Mai 1992, gezeigt, können verschiedene Arzneimittel direkt mit CLA- Matrizes komprimiert werden, was zu andauernd freisetzenden Formen führt, in denen die Freisetzzeiten und die Kinetik durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Ketten gesteuert werden. Die vorliegende Erfindung schafft ein neues gesteuertes Freisetzsystem, in dem die Freisetzkinetiken in hohem Maße mit der Hydration und mit der enzymatischen Hydrolyse der CLA-Matrix korrelieren. Um einen solchen enzymgesteuerten Arzneimittelfreisetz(ECDR)-Mechanismus zu realisieren, wird α-Amylase in die Tablette inkorporiert. Es werden Tabletten von etwa 500 mg hergestellt, die Mengen von α-Amylase bis zu 20 mg enthalten, wobei dies Enzymaktivitäten von bis zu 100 EU (Enzymeinheiten) pro Tablette entspricht. Eine EU ist typischerweise als die Menge an Enzym definiert, die notwendig ist, um die Freisetzung von einem Mol an Maltose pro Minute zu katalysieren. Es wurden verschiedene Arzneimittel, nämlich Theophyllin, Aspirin, Acetaminophen, Acetanilid und Carnitin zu Testzwecken ausgewählt. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen phamazeutischen Produkte beschränkt ist, sondern daß diese auf jegliche Arzneimittel angewendet werden kann, mit der Einschränkung, daß das Arzneimittel nicht die Aktivität der α-Amylase hemmt.
Tabletten mit einem Durchmesser von 13 mm und einer Dicke von 2,7 - 4,5 mm wurden durch direktes Komprimieren in einer hydraulischen Presse bei mehr als 0,5 t/cm² hergestellt, wobei unerwarteterweise und unterschiedlich zu den Literaturdaten die Freisetzkinetiken nicht durch die Komprimierstärke der Tablette beeinflußt werden, wobei der Vernetzungsbereich eine Stabilisierung der Matrix durch Wasserstoffbrückenbindung ermöglicht.
Der Vernetzungsgrad, ausgedrückt in der Menge (in Gramm) an eingesetztem Vernetzungsagens pro 100 g Amylose, ist ein kritischer Parameter für die Stabilisierung der Tablette durch Wasserstoffbrückenbindungen. Nur geringe Vernetzungsgrade, d.h. zwischen 1 und 20, ermöglichen Wasserstoffbrückenbindungen, da die Länge der Brücken zwischen den glyzeridischen Ketten, die durch das Vernetzen hergestellt werden, etwa 0,87 nm (8,7 Å) beträgt, und falls diese sich nicht in einem ausreichenden Abstand voneinander befinden, kann die Wasserstoffbrückenbindung 0,57 nm (5,7 Å) nicht erfolgen. Der bevorzugte Amylose- Vernetzungsgrad ist 6, es sei jedoch angemerkt, daß andere Vernetzungsgrade eingesetzt werden können, vorausgesetzt, daß diese eine Stabilisierung der Tablette durch Wasserstoffbrückenbindung ermöglichen, wodurch die Hydratation gesteuert wird und demzufolge die hydrolytische Enzymaktivität. Das langsame Eindringen von Wasser reduziert die Rate der enzymatischen Hydrolyse auf nur eine begrenzte Anzahl von α-1,4-glykosidischen Bindungen. Daher wird das Fortschreiten des teilweisen Auftrennens der Struktur auf wenige Stellen begrenzt, und demzufolge wird die Arzneimittelfreisetzung sehr gut durch die beiden beteiligten Mechanismen gesteuert, nämlich durch die Wasserstoffbrückenbindung und durch den ECDR-Mechanismus.

Studien von in vitro Freisetzung von Arzneimitteln aus Tabletten

Einzelne Tabletten werden in 1 l Pufferlösung (Phosphat, TRIS-HCl) bei 27ºC in einer Hanson-Auflösungsapparatur (rotierende Paddel, 100 upm) gegeben, und die Vernetzungdaten werden mit einem Beckmann DU-65 aufgezeichnet, der mit dem Auflösungsdatensystem ausgestattet ist.
Vernetzte Amylose und α-Amylase sind besonders vorteilhafte Spezien zum Herstellen von enzymatisch gesteuerten arzneimittelfreisetzenden Dosiseinheiten der vorliegenden Erfindung. Vernetzte Amylose ist einfach herzustellen, und die resultierenden Tabletten werden einfach durch direktes Komprimieren hergestellt. Die Dosiseinheit der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus bemerkenswert vielseitig, da sie eine große Auswahl an Freisetzzeiten für das Arzneimittel ermöglicht, die einfach durch die Zahl der Enzymeinheiten, die in der Tablette inkorporiert sind, reguliert werden. Das System erlaubt die Möglichkeit, die kontrollierte Freisetzung auch bei relativ hohen Arzneimittelkonzentrationen aufrechtzuerhalten, d.h. bei bis zu 60 %. Gleichzeitig zeigt die CLA-Matrix eine hohe Biokompatibilität und eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit in vivo.
Die folgenden Beispiele sind zur Erläuterung der Erfindung und nicht zur Begrenzung von deren Rahmen vorgesehen. Durch den Fachmann können andere Varianten im Rahmen der vorliegenden Erfindung einfach erzielt werden.

Beispiel 1

Synthese von vernetzter Amylose

1 kg Amylose und 6 l 1 N Natronlauge wurden 20 Minuten in einem Hobart -Planetenmischertank A-200T bei 55ºC homogenisiert. Anschließend wurden 60 g (50,8 ml) Epichlorhydrin hinzugefügt. Nach 20 Minuten der Homogenisierung wurde die Mischung mit Essigsäure neutralisiert, und die vernetzte Amylose wurde abgefiltert und in einem ersten Schritt mit einer Wasser/Aceton- Lösung (15 : 85) gewaschen, anschließend mit Wasser/Aceton (60 : 40). Das CLA wurde mit Aceton getrocknet und anschließend für 3 Stunden stehengelassen. Das trockene Polymer wurde gesiebt (Maschenöffnungen 75-297 µm) und bei Raumtemperatur verstaut. Der Vernetzungsgrad dieses Polymers ist 6, es wird später als CLA-6 bezeichnet.
Andere CLA-Polymere mit Vernetzungsgraden von 1, 4, 12 und 20 wurden unter ähnlichen Bedingungen synthetisiert, d.h. mit 1, 4, 12 und 20 g Epichlorhydrin/100 g Amylose.

Beispiel 2

Tabletten, die Theophyllin als Wirkstoff enthalten

Pulver von Theophyllin, α-Amylase und CLA-6, wie in Beispiel 1 erhalten, wurden für drei Minuten in einem Turbula - Mischer in einem solchen Verhältnis gemischt, daß CLA-6-Tabletten erhalten werden, die jeweils 100 mg Theophyllin und Mengen an α-Amylase im Bereich von 0-5 mg enthalten, wobei der Rest CLA-6 ist. Die Tabletten (Dicke = 2,7 mm, Durchmesser = 13 mm und Gewicht = 500 mg) wurden durch direktes Komprimieren bei mehr als 2,4 t/cm² in einer hydraulischen Presse Carver erhalten. Das eingesetzte Enzym ist pankreatische α-Amylase, die durch die Firma Sigma Chem. Co., St. Louis, Mo. hergestellt und verkauft wird, und die eine spezifische Aktivität von 5 EU/mg Protein aufweist. Die Aktivität des Enzymes wurde vor der Herstellung der Tablette, die dieses enthält, festgestellt. Das Freisetzprofil dieser Tabletten ist in Figur 1 dargestellt.

Beispiel 3

Tabletten, die 4-Acetaminophenol (Acetaminophen) als Wirkstoff enthalten

Tabletten von 500 mg, jede aus CLA-6 hergestellt, das 100 mg 4-Acetaminophenol und 0, 1, 2, 3 bzw. 5 mg α-Amylase enthält, wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2 hergestellt. Das Freisetzprofil dieser Tabletten ist in Figur 2 dargestellt.

Beispiel 4

Tabletten, die Acetanilid als Wirkstoff enthalten

Tabletten von 500 mg, jede hergestellt aus CLA-6, das 100 mg Acetanilid und 0, 1, 2, 3 bzw. 5 mg α-Amylase enthält, wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 2 hergestellt. Das Freisetzprofil dieser Tabletten ist in Figur 3 dargestellt.

Beispiel 5

Erfassung der Freisetzung des Arzneimittels und Ergebnisse der Freisetzung des Arzneimittels in vitro

Jede Tablette wird in 1 l eines NaHPO&sub4;/Na&sub2;HPO&sub4;-Puffers (100 mM, pH 7,0 bei 37ºC) gegeben. Bei allen Beispielen wird die Freisetzung des Arzneimittels in einer USP-Auflösungsapparatur erfaßt, die mit einem mechanischen Rührer (100 upm) ausgestattet ist. Die Freisetzung wird spektrophotometrisch bei einer geeigneten Wellenlänge (Theophyllin λ = 290 nm, Acetaminophen λ = 280 nm und Acetanilid λ = 270 nm) mit einem Beckman DU-65-Spektrophotometer aufgenommen.
Bei allen Fällen ist ersichtlich, daß es möglich ist, die Freisetzzeit des Arzneimittels durch Variierung der Enzymaktivität (Anzahl der Enzymeinheiten) der mit der Matrix assoziierten α-Amylase zu modulieren, d.h. durch die Menge der α-Amylase in der Tablette. Bei den pharmazeutischen Produkten, die ausgewählt worden sind, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erläutern, betrugen die Freisetzzeiten in Abwesenheit von α-Amylase 30 Stunden bei Theophyllin (Figur 1), 25 Stunden bei Acetaminophen (Figur 2) und 23 Stunden bei Acetanilid (Figur 3).
Bei Vorhandensein von zunehmenden Mengen an α-Amylase (0, 1, 2, 3 und 5 mg/Tablette) nimmt die Freisetzzeit regelmäßig ab (Figur 4), wobei diese eng einer logarithmischen Gesetzmäßigkeit folgt.
Die Kurven, bei denen die Freisetzbruchteile (Mt/M∞) gegenüber der α-Amylase aufgetragen sind, zeigen dieselbe Abhängigkeit, und zwar unabhängig von der Art des Arzneimittels (vorausgesetzt offensichtlich, daß keine Zwischenwirkungen zwischen dem Arzneimittel und der α-Amylase eintreten). Die Figuren 1-4 machen deutlich, daß bei einem vorgegebenen pharmazeutischen Arzneimittel die Freisetzzeit einfach mit genügend Präzision dadurch reguliert werden kann, daß der Gehalt der α-Amylase in der Tablette verändert wird. Vergleichsexperimente mit Tabletten, die in Einklang mit den Beispielen 2 bis 4, jedoch ohne α-Amylase, hergestellt wurden, die jedoch 15 mg an Rinderserumalbumin (BSA) enthalten haben, zeigten sehr ähnliche Auflösprofile wie für die entsprechenden Tabletten ohne BSA und ohne α-Amylase (Figuren 1-3). In anderen Worten ausgedrückt, BSA hat keinen Einfluß auf das Freisetzprofil des Wirkstoffes. Demzufolge zeigen diese Ergebnisse, daß die vorteilhafte Wirkung von α-Amylase nicht auf einer Änderung des Tabletteninhaltes beruht, d.h. daß die Regulierung der Freisetzzeit ausschließlich von der α-Amylasekinetik abhängig ist.
Die neue enzymatisch gesteuerte Arzneimittelfreisetzung (ECDR), wie sie hier dargestellt ist, und die auf der mit der CLA-Matrix in der Tablette assoziierten α-Amylase basiert, ist unterschiedlich zu einer externen Bioerosion als Freisetzsteuersystem. Die Bioerosionsmechanismen basieren auf der Wirkung von äußeren Bestandteilen (Enzymen, Ionen etc.) des Auflösungsmediums (z.B. Magen/Darmflüssigkeiten), um eine graduelle Erosion der Tablette zu erzielen, ausgehend von den äußeren Schichten. Es ist bekannt, daß dieses System ernsthafte individuelle Variationen impliziert. Der ECDR-Mechanismus beruht auf einem internen enzymatischen Angriff, der durch das Eindringen der Wasserfront initiiert und konditioniert wird. Die Hydratation und das Quellen der CLA-Matrix wird durch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Ketten gesteuert, welche durch das Komprimieren der vernetzten Amylose während der Herstellung der Tabletten geschaffen werden.
Demzufolge ist der Arzneimittelfreisetzmechanismus, wie er in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen wird, das Ergebnis von zwei eng miteinander in Zusammenhang stehenden Wirkungen:
1) der Wasserstoffbrückenbindung, die einen langsamen Gleichgewichtsprozeß der Dissoziation von Amylose-Amylosewasserstoffbindungen und der Assoziation von Amylose und Wasser steuert, die die Hydratation der Hydroxylgruppen der Amylose und ein Quellen der Matrix hervorruft, und
2) der enzymgesteuerten Arzneimittelfreisetzung; falls geringe Mengen von Wasser in die Matrix eindringen, wird die α-Amylase graduell aktiviert, wodurch eine begrenzte enzymatische Hydrolisierung von α-1,4-glykosidischen Bindungen der CLA-Matrix gesteuert wird.
Die Ketten werden demzufolge teilweise aufgespalten, da die Lysisstellen statistisch voneinander beabstandet sind, und zwar in Abhängigkeit der α-Amylasefunktion und dem Eindringen des Wassers. Die Lysis führt nicht notwendigerweise zu einem massiven Zusammenbrechen der Matrixstruktur und dem Ausbrechen von Oligosaccharidfragmenten, da die vernetzten Amyloseketten in einer dreidimensionalen Struktur durch die mehrstellige Vernetzung verbunden bleiben (zahlreiche Glucoseeinheiten der vicinalen Amyloseketten sind gleichzeitig an der Vernetzung durch die Reaktion mit dem Vernetzungsagens beteiligt).
Selbst wenn die vernetzte Amylose einer partiellen Lysis unterworfen wurde, kann sie global als eine dreidimensionale Struktur angesehen werden, wobei auf Höhe der Auftrennstellen, oligoglykosidische Fragmente nach wie vor als "Gelenkverbindungen" von der Matrix gehalten werden, die nach und nach beweglich und hydratisiert wird, wodurch ein Freisetzen des Arzneimittels ermöglicht ist. Enzymatische Dosierungen, Infrarot- und Röntgenspektrendaten sowie kalorimetrische Studien stützen diese Betrachtungen. Soweit es den Wirkungsmechanismus der α-Amylase betrifft, abseits der Tatsache, daß die vernetzte Amylose sich in einem festen Zustand befindet und chemisch modifiziert ist, so sind die allgemeinen enzymatischen Kinetikregeln anwendbar, mit der Anmerkung, daß das Enzym nicht mit Wasser gesättigt ist, was der Fall ist bei allgemeinen hydrolytischen enzymatischen Reaktionen in wäßrigem Medium, sondern gesättigt mit dem festen Substrat ist, nämlich vernetzter Amylose. Mit dem graduellen Eindringen des Wassers, das als das zweite Substrat wirkt, initiiert das Enzym seine katalytische Aktivität. Die Geschwindigkeit der enzymatischen Hydrolyse nimmt mit dem graduellen Eindringen der Wasserfront zu, entsprechend der Michaelis-Menten-kinetischen Theorie, wodurch die sanfte Zunahme der Neigung der Freisetzkurven (Figuren 1-3) nach einigen Stunden Eintauchen in das Lösungsmedium erklärt werden kann. Obwohl das allgemeine Erscheinungsbild der Freisetzkurven nahe an einem linearen Erscheinungsbild ist, zeigt die leicht S- förmige Gestalt deutlich an, daß sehr wahrscheinlich zwei Mechanismen bei der enzymatisch gesteuerten Arzneimittelfreisetzung aus der vernetzten Amylosematrix ablaufen.
Die Assoziierung der α-Amylase mit einer CLA-Matrix schafft Bedingungen einer Saturierung des α-Amylase-Substrates (beispielsweise 395-400 mg CLA-6 komprimiert mit 5 mg oder weniger α-Amylase in einer Tablette, die ein Trockenvolumen von 0,4 cm³ hat). Demzufolge sind einzigartige kinetische Bedingungen erfüllt, um eine effektive Steuerung der Arzneimittelfreisetzung zu erzielen, wie das Erhalten einer gewünschten Freisetzzeit. Diese kinetischen Parameter unterscheiden auch deutlich unser Ansinnen von der externen Bioerosion. Diese Unterschiede werden durch ein Vergleichsexperiment erläutert, dessen Ergebnis in Figur 5 dargestellt ist, wobei Acetanilid (ein Antipyretikum) als Tracer ausgewählt wurde. Die Freisetzkurven wurden für Tabletten von 500 mg aufgenommen, die 400 mg CLA-6 und 100 mg Acetanilid enthalten, und zwar in den Lösungsmedien (Natriumphosphatpuffer, pH 7), die zunehmende α-Amylase- Konzentrationen (0-1200 mg/l, entsprechend 0 bis 6000 EU/l) enthalten, wodurch die externe Bioerosion simuliert wird. Die Auflösungskurven zeigen, daß gleiche Wirkungen auf die Freisetzzeit wie für α-Amylase, die in der Matrix assoziiert ist (1 mg α-Amylase/Tablette in 1 l Lösungsmedium) nur mit einer α-Amylase- Aktivität von mindestens dem Sechshundertfachen (600 mg α-Amylase in 1 l Lösungsmedium, entsprechend 3000 EU/l) erzielt werden können. Dieser Unterschied zeigt deutlich an, daß sich die kinetischen Mechanismen wesentlich unterscheiden.
Es ist allgemein bekannt, daß in Übereinstimmung mit den kinetischen Regeln von Enzymen eine lineare Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit nur unter solchen Bedingungen erzielt werden kann, bei denen das Enzym mit dem Substrat gesättigt ist. Demzufolge kann, indem die Enzymsättigung sichergestellt wird, das in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagene Verfahren die Regulierung der Freisetzzeit über die α-Amylaseaktivität in der Tablette ermöglichen, und zwar in Abhängigkeit von den therapeutischen Bedürfnissen. Das System der externen Bioerosion ist nicht in der Lage, unter gleichen Bedingungen wie mit den vernetzten Amylosetabletten die enzymatische Sättigung mit dem Substrat sicherzustellen, und ist demzufolge nicht in der Lage, ein Regulieren der Freisetzzeit zu ermöglichen. Darüber hinaus ist es Wert zu erwähnen, daß bei normalen Subjekten der Spiegel an pankreatischer α-Amylase geringer als 120 EU/l ist. In anderen Worten ausgedrückt, bestehen bei diesem physiologischen Level keine signifikanten Unterschiede, die durch die α-Amylase auf die Kinetik der Freisetzung des Arzneimittels induziert werden. Demzufolge ist die Steuerung der Freisetzung des Arzneimittels vollständig von der α-Amylase abhängig, die mit der vernetzten Amylosematrix in der Tablette verbunden ist.

Claims

1. Feste, gesteuert freisetzende, pharmazeutische Dosiseinheit, im wesentlichen bestehend aus einer komprimierten Mischung aus:

- bis zu 60 Gew.-% eines therapeutisch wirksamen Produktes; und

- zumindest 40 Gew.-% eines vernetzten Polymers aus Amylose und einem Vernetzungsagens, ausgewählt aus Epichlorhydrin und 2,3-Dibrompropanol,

dadurch gekennzeichnet,

- daß das vernetzte Polymer durch Vernetzen von 1 bis 20 g des Vernetzungsagens pro 100 g Amylose hergestellt wird; und

- daß die Dosiseinheit zusätzlich zum therapeutisch wirksamen Produkt und zusätzlich zum vernetzten Polymer noch ein Enzym zur Regulierung der Freisetzung des pharmazeutischen Produktes enthält, wobei das Enzym eine α-Amylase ist, die in einer Menge vorhanden ist, die einer Enzymaktivität von 100 EU oder weniger pro Dosiseinheit entspricht.

2. Pharmazeutische Dosiseinheit nach Anspruch 1, bei der das Vernetzen mit 1 bis 12 g Epichlorhydrin pro 100 g Amylose durchgeführt wird.

3. Pharmazeutische Dosiseinheit nach Anspruch 2, bei der das Vernetzen mit 6 g Epichlorhydrin pro 100 g Amylose durchgeführt wird.

4. Pharmazeutische Dosiseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form einer Tablette.

5. Pharmazeutische Dosiseinheit nach Anspruch 4, bei der die Tablette durch direktes Komprimieren in einer Presse bei mehr als 0,5 t/cm² hergestellt wird.