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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Verarbeitung
feinverteilbarer Pulver. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Formen feinpulverisierter Medikamente zu Agglomeraten
zur einfacheren Verarbeitung, wobei die Agglomerate rasch wieder
zu dem feinen Pulver zerbrochen werden können, wenn dies für eine pulmonale
Zufuhr oder andere Anwendungen erforderlich ist, für die feine
Pulver günstig
sind.
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Eine
wirksame Zufuhr zu einem Patienten ist ein kritischer Aspekt bei
jeder erfolgreichen Medikamententherapie. Verschiedene Zufuhrwege
existieren und jeder hat seine eigenen Vorteile und Nachteile. Eine
orale Medikamentenzufuhr von Tabletten, Kapseln, Elixieren und dergleichen
ist vielleicht das bequemste Verfahren, viele Medikamente werden
jedoch im Verdauungstrakt abgebaut, bevor sie absorbiert werden
können.
Ein derartiger Abbau ist ein besonderes Problem bei modernen Proteinmedikamenten,
die durch proteolytische Enzyme im Verdauungstrakt rasch abgebaut
werden. Eine subkutane Injektion ist häufig ein wirksamer Weg für die systemische
Medikamentenzufuhr, einschließlich
der Zufuhr von Proteinen, sie genießt jedoch eine geringe Patientenakzeptanz.
Da- die Notwendigkeit, Medikamente regelmäßig zu häufig wiederkehrenden Zeitpunkten
zu injizieren, beispielsweise Insulin einmal oder mehrmals täglich, eine
Ursache für
eine schlechte Patientenakzeptanz sein kann, wurden verschiedene
alternative Wege der Verabreichung entwickelt, einschließlich der
transdermalen, der intranasalen, der intrarektalen, der intravaginalen
und der pulmonalen Zufuhr.
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Für die vorliegende
Erfindung sind pulmonale Medikamentenzufuhrverfahren von besonderem
Interesse, die auf einer Inhalation einer Medikamentendispersion
oder eines Aerosols durch den Patienten basieren, so dass das aktive
Medikament in der Dispersion die distalen (alveolaren) Bereiche
der Lunge erreichen kann. Es wurde herausgefunden, dass bestimmte
Medikamente durch den alveolaren Bereich rasch unmittelbar in den
Blutkreislauf absorbiert werden. Eine pulmonale Zufuhr ist für die Zufuhr
von Proteinen und Polypeptiden, die auf anderen Verabreichungswegen schwierig
zuzuführen
sind, besonders vielversprechend. Eine derartige pulmonale Zufuhr
kann sowohl für
eine systemische Zufuhr als auch für eine lokalisierte Zufuhr zur
Behandlung von Lungenkrankheiten wirksam sein.
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Eine
pulmonale Medikamentenzufuhr selbst (einschließlich sowohl der systemischen
als auch der lokalen) kann durch verschiedene Ansätze erreicht
werden, einschließlich
durch Flüssigkeitszerstäuber, Vorrichtungen
zum Inhalieren einer abgemessenen Dosis (metered dose inhalers,
MDI's) und Vorrichtungen
zur Dispersion eines trockenen Pulvers. Vorrichtungen zur Dispersion
eines trockenen Pulvers sind für
die Zufuhr von Protein- und Polypeptidmedikamenten, die ohne weiteres
als trockene Pulver hergestellt werden können, besonders vielversprechend.
Viele sonst labile Proteine und Polypeptide können als gefriergetrocknete
oder sprühgetrocknete
Pulver allein oder in Kombination mit geeigneten Pulverträgern stabil
gelagert werden.
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Die
Eignung, Proteine und Polypeptide als trockene Pulver zuzuführen, ist
jedoch in bestimmten Hinsichten problematisch. Die Dosierung vieler
Protein- und Polypeptidmedikamente ist häufig kritisch, so dass es erforderlich
ist, dass jedes System zur Zufuhr eines trockenen Pulvers dazu in
der Lage ist, die vorgesehene Medikamentenmenge akkurat und genau
(wiederholbar) zuzuführen.
Darüber
hinaus sind viele Proteine und Polypeptide ziemlich teuer, typischerweise
sind sie pro Dosis um ein Vielfaches teurer als konventionelle Medikamente.
Somit ist die Eignung, die trockenen Pulver dem Zielbereich der
Lunge mit einem minimalen Medikamentenverlust wirksam zuzuführen, entscheidend.
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Eine
beispielhafte Vorrichtung zur Dispersion eines trockenen Pulvers
zur wirksamen Zufuhr von Medikamenten aus einem trockenen Pulver
zu den Lungen ist in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Seriennummer
08/309,691, eingereicht am 21. September 1994, beschrieben. Eine
derartige Dispersionsvorrichtung ist so aufgebaut, dass sie das
pulverförmige
Medikament in einem Behälter
aufnimmt, der einen durchstechbaren Deckel oder eine andere Zugangsfläche aufweist.
Der Behälter
ist in der Vorrichtung angeordnet und ein Zufuhrrohr wird durch
den Deckel des Behälters
eingeführt,
um einen Zugang zu dem pulverförmigen
Medikament darin zu schaffen. Ein Hochgeschwindigkeitsgasstrom wird
dann an einem Abschnitt des Rohrs, wie z.B. einem Auslassende, vorbeigeführt, um
zur Bildung eines Aerosols zur Inhalation durch den Patienten Pulver
aus dem Behälter
durch das Rohr und in den strömenden
Gasstrom zu ziehen.
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Für die vorliegende
Erfindung sind die physikalischen Eigenschaften der durch eine derartige
Vorrichtung zuzuführenden
feinen Pulver und insbesondere die Fließfähigkeit der feinen Pulver von
besonderem Interesse. Die meisten feinen Pulver haben eine schlechte
Fließfähigkeit,
die häufig
problematisch sein kann, wenn versucht wird, die Pulver zu verarbeiten,
beispielsweise zu bewegen und zu dosieren. Beispielsweise erhöht die schlechte
Fließfähigkeit
bei Medikamenten aus einem feinen Pulver die Zeit und/oder verringert
die Genauigkeit zum/beim Füllen
des Behälters
mit Einheitsdosen des pulverförmigen
Medikaments für
die nachfolgende Verwendung in einer Pulverinhalationsvorrichtung.
Daher erhöht
eine bedeutende Verbesserung des Pulverflusses die Erfolgswahrscheinlichkeit
für Füllprozesse.
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Zur
Verbesserung der Fließfähigkeit
von Medikamenten aus einem feinen Pulver haben einige den Einsatz
eines Mischverfahrens vorgeschlagen, bei dem die pulverförmigen Medikamente
mit größeren Trägerpartikeln,
wie z.B. groben (d.h. größer als
25 μm) Laktosepartikeln
kombiniert oder vermischt werden, die einfachere Handhabungs- und
Fließfähigkeitseigenschaften
haben. Der Einsatz eines Trägers
führt jedoch
zu verschiedenen Problemen, einschließlich einer Verdünnung des
Medikaments, so dass ein größeres Dispersionsvolumen
für eine
vorgegebene Medikamentendosierung erforderlich ist, und der Möglichkeit
einer ungleichmäßigen Verteilung
der Inhaltsstoffe in der Mischung.
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Ein
weiteres vorgeschlagenes Verfahren zur Verbesserung der Fließfähigkeit
besteht darin, die Größe kleiner
Partikel durch Agglomeration zu erhöhen, wobei die feinen Pulver
zu größeren aggregierten
Einheiten kombiniert werden. Derartige aggregierte Einheiten können durch
verschiedene Verfahren erzeugt werden, einschließlich einer Granulation mit
geringer Scherung, einer Granulation mit hoher Scherung, einer Walzverdichtung
oder Trockengranulation und einer Extrusion. Ein spezielles Problem
beim Formen von Inhalationspulvern zu aggregierten Einheiten ist
die resultierende Zerreibbarkeit der aggregierten Einheiten, d.h.
die Eignung der aggregierten Einheiten, zu dem feinen Pulver aufgebrochen
zu werden. Wenn die aggregierten Einheiten nicht ausreichend zerreibbar
sind, können
sie von einer Inhalationseinrichtung nicht ausreichend aufgebrochen
werden, wenn sie für
die pulmonale Zufuhr eingesetzt werden. Ein weiteres Problem beim
Formen von Inhalationspulvern zu aggregierten Einheiten ist ihre
resultierende Größe. Die
aggregierten Einheiten sollten eine enge Größenverteilung haben, so dass
sie in bestehenden Inhalationseinrichtungen verwendet werden können. Wenn
die aggregierten Einheiten zu groß sind, können sie beispielsweise in
dem Aufnahmebehälter
zurückgehalten
werden und werden nicht den Lungen zugeführt.
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Das
Extrusionsverfahren ist im Vergleich zu anderen Agglomerationsverfahren
dahingehend vorteilhaft, dass es die rasche Bildung aggregierter
Einheiten in einem spezifischen Größenbereich unter Verwendung
niedriger Drücke
ermöglicht.
Bei dem Extrusionsverfahren wird das feine Pulver mit einer als
Binderflüssigkeit
bezeichneten Flüssigkeit
benetzt und wird dann zur Bildung eines Extrudats durch ein Sieb
gedrückt. Das
Extrudat wird dann getrocknet und gesiebt, um das Extrudat in die
aggregierten Einheiten aufzubrechen. Typischerweise werden Wasser,
Ethanol, Glycerin, Isopropanol oder Methanol als Binderflüssigkeit
verwendet. Ein besonderer Nachteil beim Einsatz derartiger Flüssigkeiten
besteht darin, dass ein beträchtlicher
Teil von Proteinen dafür
empfindlich ist, auf einen Kontakt mit Alkanolen hin zu denaturieren.
Alkanole und Wasser können
darüber
hinaus Arzneistoffträger
in dem Pulver, wie z.B. Kohlenhydrate und Puffersalze lösen. Von
der Binderflüssigkeit
gelöste
Arzneimittelträger
können
zur Bildung starker kristalliner Brücken zwischen Partikeln führen, wodurch
die aggregierten Einheiten verstärkt
werden und sie dadurch schwieriger zu dispergieren sind.
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Daher
und aus anderen Gründen
wäre es
somit wünschenswert,
verbesserte Systeme und Verfahren zum Agglomerieren feiner Pulver
zu aggregierten Einheiten bereitzustellen, die derartige Probleme überwinden
oder stark verringern würden.
Die Systeme und Verfahren sollten es ermöglichen, dass aggregierte Einheiten
mit einer engen Größenverteilung
und einem geeigneten Zerreibbarkeitsniveau, d.h. weder zu hoch noch
zu niedrig, hergestellt werden können,
so dass die aggregierten Einheiten mit bestehenden Vorrichtungen
zur Inhalation eines trockenen Pulvers eingesetzt werden können, die
das Aufbrechen der aggregierten Einheiten vor der Inhalation erfordern.
Nach einem Aspekt wäre
es ferner wünschenswert,
Systeme und Verfahren zur Herstellung von Agglomeratpulvern mit
einer Binderflüssigkeit
bereitzustellen, die nicht mit den hydrophilen oder lipophilen Komponenten
des Pulvers in Wechselwirkung tritt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Vorrichtungen
zur Dispersion eines trockenen Pulvers für Medikamente sind in verschiedenen
Patentdokumenten beschrieben, einschließlich der US-Patente Nr. 4,137,914,
4,174,712, 4,524,769, 4,667,688, der britischen Patentanmeldung
Nr. 2,156,738, der europäischen
Patentanmeldung Nr. 87850060.2 und der PCT-Anmeldungen Nr. PCT/SE93/00389, PCT/SE93/01053
und PCT/DK90/00005.
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Ein
Verfahren zur Bereitstellung wasserlöslicher kolloider Substanzen
ist in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 92850062.8 beschrieben.
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Ein
System zur Verabreichung von Liposomen an Säugetiere ist in der europäischen Patentanmeldung
Nr. 87850273.1 beschrieben.
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Das
US-Patent Nr. 5,376,359 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
einer stabilisierten Aerosol-Medikamentenrezeptur.
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Das
britische Patent Nr. 1,151,017 beschriebt ein Verfahren zur Herstellung
fein verteilter Metallpulver.
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Verschiedene
Publikationen beschreiben verschiedene Pulverinhalationsvorrichtungen,
einschließlich S.
P. Newman et al., Deposition and clinical efficacy of turbutaline
sulphate from Turbuhaler, a new multidose powder inhaler, Eur Respir
J, 1989, 2:247–252;
S. Pedersen, How to use a Rotahaler, Arch Dis Child, 1986, 61:11–14.
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Dr.
Gabrie M. H. Meesters, Not so dusty, beschreibt eine Marktforderung
nach frei fließenden
Pulvern durch Agglomeration.
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Die
Produktbroschüren
Fine-granulation technology, LCI Corporation, Processing Division,
Charlotte, North Carolina und Agglomeration: sizing up the agglomeration
process, BEPEX Corporation, Minneapolis, Minnesota, ©1992
beschreiben Verfahren zur Herstellung agglomerierter Partikel.
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E.
M. Phillips et al., Formulation Development of Spray Dried Powders
for Inhalation (Abstract), Pharm. Res., 11(10), S-158, 1995 beschreibt
die Aerosolisierung von sprühgetrockneten
Pulvern.
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Die
US 4,161,516 lehrt das Formen
weicher Pellets mit einem Durchmesser zwischen 10 bis 1000 Mikrometer
aus einer Agglomeration einzelner Medikamentenpartikel, die jeweils
einen Durchmesser von weniger als 10 Mikrometer haben. Das bevorzugte
Verfahren zum Formen der Agglomerate ist durch Extrusion der Partikel
durch eine Öffnung.
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Die
WO 95/09615 lehrt ein Verfahren zur Behandlung eines feinen Medikamentenpulvers
mit Partikeln, die einen Durchmesser von weniger als 10 Mikrometer
aufweisen, um Agglomerate zu formen, die frei fließen und
zerbrechen, um das feinverteilte Medikament zu bilden. Die Partikel
werden zur Bildung der Agglomerate einem Schneckenzuführer und
dann einem Kugelformer zugeführt.
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Die
WO95/00128 lehrt die Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung,
die eine Mischung aktiver Komponenten enthält, welche Primärpartikel
mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikrometer aufweisen. Die
Primärpartikel
können
optional zu Agglomeraten geformt werden, die vor dem Eintritt in
den Atmungstrakt eines Patienten im Wesentlichen deagglomeriert
werden.
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zum Agglomerieren feiner Partikel
bereit, wie es in dem beigefügten Patentanspruch
1 definiert ist. Gemäß dem Verfahren
wird ein Pulver aus feinen Partikeln mit einer Binderflüssigkeit
zusammengeführt,
um eine benetzte Masse, wie z.B. eine Granulation oder eine Paste
zu erzeugen. Die benetzte Masse wird dann in kleine Volumina geteilt,
die getrocknet werden, um die Binderflüssigkeit zu entfernen und trockene
Pulveragglomerateinheiten mit einer ersten Größenverteilung zu erzeugen.
Die trockenen Pulveragglomerateinheiten werden dann adjustiert,
um eine zweite Größenverteilung
zu erhalten, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Binderflüssigkeit
ein nichtwässriges
Lösungsmittel
ist, das die Bildung kristalliner Brücken zwischen Partikeln minimiert,
wodurch die Agglomerateinheiten einen Zerreibbarkeitsindex im Bereich
von ungefähr
10 bis 60 haben.
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Die
Verwendung eines nichtwässrigen
Lösungsmittels
minimiert die Bildung kristalliner Brücken zwischen Partikeln. Die
Minimierung kristalliner Brücken
ermöglicht
es, dass die aggregierten Einheiten bei Bedarf zu dem feinen Pulver
aufgebrochen werden können.
Viele nichtwässrige
Lösungsmittel
haben darüber
hinaus einen niedrigen Siedepunkt und daher einen hohen Dampfdruck,
so dass sie rasch aus den aggregierten Einheiten entfernt werden
können.
Ferner haben die meisten nicht-wässrigen
Lösungsmittel
eine niedrige Oberflächenspannung
und bilden daher schwache Bindungen zwischen Partikeln, was es ermöglicht,
die agglomerierten Einheiten bei Bedarf zu feinen Partikeln zu zerbrechen.
Darüber
hinaus denaturieren einige nichtwässrige Lösungsmittel Proteine nicht.
Vorzugsweise umfassen nichtwässrige
Lösungsmittel
Toluol, Xylol, Benzol, Aceton, Hexan, Oktan, Chloroform, Methylenchlorid
und Fluorkohlenstoffe, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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Der
Einsatz einer Fluorkohlenstoffflüssigkeit
beim Bilden der aggregierten Einheiten ist besonders bevorzugt,
da die Fluorkohlenstoffflüssigkeit
lipophile und hydrophile Komponenten nicht löst. Darüber hinaus hat die Fluorkohlenstoffflüssigkeit
eine geringe Oberflächenspannung,
die eine relativ schwache Bindung zwischen den feinen Partikeln
der aggregierten Einheiten bildet, so dass die aggregierten Einheiten
bei Bedarf einfach in die feinen Partikel aufgebrochen werden können. Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
haben darüber
hinaus einen hohen Dampfdruck und können daher einfach während der
Bildung der aggregierten Einheiten von den Partikeln entfernt werden.
Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
sind darüber
hinaus mit vielen pharmazeutischen Rezepturen biokompatibel. Vorzugsweise
umfassen Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
Perfluordecalin und Perfluoroctylbromid, sie sind jedoch nicht darauf
beschränkt.
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Die
feinen Partikel haben eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 1 μm bis 5 μm. Wenn sie
zu der zweiten Größenverteilung
adjustiert sind, haben die trockenen Pulveragglomerateinheiten eine
mittlere Größe im Bereich
von 50 μm
bis 600 μm,
vorzugsweise zwischen ungefähr
150 μm und
500 μm und
besonders bevorzugt zwischen 200 μm
bis 500 μm.
Die aggregierten Einheiten sind vorzugsweise so geformt, dass im
Wesentlichen alle, d.h. ungefähr
90 % oder mehr, in eine enge Größenverteilung
fallen, d.h. in ungefähr ±250 μm, bevorzugt
in ungefähr ±150 μm und besonders
bevorzugt in ungefähr ±100 μm.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
wird die Paste oder Granulation in kleine Volumina geteilt, indem
die Paste oder Granulation durch ein Sieb extrudiert wird, dass Öffnungen
im Bereich von 40 μm
bis 650 μm
und vorzugsweise im Bereich von 150 μm bis 500 μm aufweist. Vorzugsweise weisen
die Öffnungen
eine runde Geometrie auf, wodurch langgestreckte zylindrische Extrudatabschnitte
erzeugt werden. Das Extrudat wird vorzugsweise bei einer Temperatur
im Bereich von 15°C
bis 40°C
getrocknet. Zu bevorzugende Umgebungen zum Trocknen des Extrudats
umfassen den Einsatz einer Zwangskonvektion mit trockener Luft oder das
Anordnen des Extrudats im Vakuum. Zum Adjustieren der Agglomerateinheiten
auf die zweite Größenverteilung
werden die trockenen Pulveragglomerateinheiten vorzugsweise gesiebt.
Optional können
die trockenen Pulveragglomerateinheiten ferner adjustiert werden,
um eine runde Geometrie zu erhalten, was häufig als Formen zu Kugeln bezeichnet
wird. In einer Ausführungsform
werden die Agglomerateinheiten durch Wälzen der Agglomerateinheiten
in einem Behälter
zu Kugeln geformt.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Binderflüssigkeit
aus einem nichtwässrigen Lösungsmittel
ein Fluorkohlenstoff und die feinen Partikel umfassen vorzugsweise
ein Medikamentenpulver. Die zugegebene Menge an Binderflüssigkeit
basiert vorzugsweise auf dem Oberflächeninhalt des Pulvers. Vorzugsweise
ist die Fluorkohlenstoffflüssigkeit
Perfluordecalin. Bei einer derartigen Konfiguration liegt die zugegebene
Menge an Fluorkohlenstoff vorzugsweise im Bereich von 0,5 Gramm
bis 5 Gramm pro Gramm feiner Partikel.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Fließdiagramm,
das ein beispielhaftes Verfahren zum Agglomerieren feiner Partikel
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Agglomerieren feiner
Partikel zur Erzeugung trockener Pulveragglomerateinheiten bereit.
Obwohl es in sehr verschiedenen Anwendungen nützlich ist, findet das Verfahren
seine wichtigste Anwendung bei der Herstellung solcher Einheiten
für pulmonale
Medikamentenzufuhrverfahren, die auf der Inhalation einer Medikamentendispersion
durch einen Patienten basieren, so dass das aktive Medikament in
der Dispersion die alveolaren Bereiche der Lunge erreichen kann.
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Das
Agglomerationsverfahren wird bereitgestellt, um die Eignung zur
Handhabung und Verarbeitung der feinen Partikel zu verbessern. Durch
Verbinden der feinen Partikel zur Bildung aggregierter Einheiten
wird die Fließfähigkeit
der Partikel verbessert. Eine verbesserte Fließfähigkeit ist dahingehend wünschenswert, dass
sie einen einfacheren Transfer und eine einfachere Dosierung der
Partikel ermöglicht.
Die aggregierten Einheiten werden geformt, indem die feinen Partikel
mit einer Bindung miteinander verbunden werden, die ausreichend
stark ist, um die feinen Partikel während der Handhabung und Verarbeitung
zusammenzuhalten, aber schwach genug ist, so dass die aggregierten
Einheiten bei Bedarf in die feinen Partikel aufgebrochen werden können, üblicherweise
bei einer Dispersion zu einem Aerosol zur Zufuhr der Partikel zu
den Lungen.
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Die
in der vorliegenden Erfindung eingesetzten feinen Partikel haben
eine Größe, die
klein genug ist, um den alveolaren Bereichen der Lunge wirksam zugeführt zu werden,
wenn sie von einem Patienten inhaliert werden. Derartige Partikel
sind sehr fein und haben üblicherweise
eine mittlere Größe im Bereich
von 1 μm
bis 5 μm.
Solch kleine Größen erschweren
die Handhabung und Dosierung der Partikel. Beispielsweise erfolgt
der Transfer der Partikel häufig
durch einen Trichter. Wenn sie sich durch den Trichter bewegen,
klumpen die Partikel häufig
zusammen und verstopfen den Trichter. Indem die Partikel zu Agglomeraten
geformt werden, wird die Fließfähigkeit
verbessert, was eine einfachere Bewegung der Partikel ermöglicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Partikel ein Medikamentenpulver. Beispielhafte
Medikamentenpulver enthalten Pulver, die aus Proteinen, Nukleinsäuren, Peptiden,
Puffersalzen, anderen Biomolekülen
und dergleichen bestehen und können
Trägermaterialien,
wie z.B. Kohlenhydrate umfassen. Ein besonders bevorzugtes Medikamentenpulver
ist Insulin, für
das es sich gezeigt hat, dass es bei einer Zufuhr in Pulverform
wirksam ist.
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Aggregierte
Einheiten gemäß der Erfindung
haben eine mittlere Größe im Bereich
von 50 μm
bis 600 μm,
vorzugsweise zwischen ungefähr
150 μm und
500 μm und
besonders bevorzugt zwischen 200 μm
und 500 μm.
Eine derartige Größe ermöglicht eine
verbesserte Handhabung und eine verbesserte Fließfähigkeit des Pulvers. Wie nachfolgend
detaillierter beschrieben werden wird, ist eine derartige Größe darüber hinaus klein
genug, dass die aggregierten Einheiten bei der Anwendung in Inhalationseinrichtungen
wirksam sind. Um die Fließfähigkeit
weiter zu verbessern, können
die aggregierten Einheiten optional mit einer kugelförmigen Geometrie
versehen werden. Beim Bilden der aggregierten Einheiten ist es wünschenswert,
dass im Wesentlichen alle, d.h. ungefähr 90% oder mehr, in eine enge
Größenverteilung
fallen, d.h. in ungefähr ±250 μm, vorzugsweise
in ungefähr ±150 μm und besonders
bevorzugt in ungefähr ±100 μm. Eine solche
enge Größenverteilung
erleichtert eine Dispersion der aggregierten Einheiten in einer
Inhalationsvorrichtung.
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Zum
Verbinden der feinen Partikel zu aggregierten Einheiten wird eine
Binderflüssigkeit
aus einem nichtwässrigen
Lösungsmittel
eingesetzt. Die Binderflüssigkeit
wird den Partikeln hinzugefügt,
wobei die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
die Partikel zusammenhält.
Im benetzten Zustand wird eine Granulation oder Paste geformt, die
es ermöglicht,
dass die Partikel zu einer aggregierten Einheit ausgebildet oder
geformt werden können,
die die gewünschte
Form und Größe aufweist.
Die aggregierte Einheit wird dann getrocknet, um die Binderflüssigkeit
zu entfernen und die aggregierte Einheit in der gewünschten
Form zurückzulassen.
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Die
resultierende aggregierte Einheit wird durch eine Reihe von Bindungen
zusammengehalten, die stark genug sind, um die aggregierte Einheit
während
normaler Handhabungs- und Dosierungsprozesse zusammenzuhalten. Gleichzeitig
sind die Bindungen schwach genug, so dass die aggregierte Einheit
bei Bedarf in die feinen Partikel aufgebrochen werden kann, d.h.
die aggregierten Einheiten weisen ein ge eignetes Maß an Zerreibbarkeit
auf. Eine ausreichende Zerreibbarkeit ist in Inhalationseinrichtungen
besonders wichtig, bei denen es wünschenswert ist, dass die aggregierten
Einheiten in die feinen Partikel aufgebrochen werden, wenn sie den
Lungen zugeführt
werden. Hier wird die Zerreibbarkeit der aggregierten Einheiten
durch den folgenden Zerreibbarkeitstest bestimmt. Der Zerreibbarkeitstest
misst den Abrieb der aggregierten Einheiten nach dem Schütteln der
Einheiten durch einen Siebstapel unter Verwendung einer spezifischen
Frequenz und Amplitude für
eine spezifizierte Zeit.
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Der
Siebstapel umfasst sieben vertikal angeordnete Siebe. Jedes Sieb
weist einen Durchmesser von 3 Inch auf und ist von einem benachbarten
Sieb 3,18 cm (1,25 Inch) beabstandet. In einer Reihenfolge von oben
nach unten sind die Siebgrößen: 1000 μm, 500 μm, 425 μm, 355 μm, 300 μm, 250 μm und 105 μm. Unter dem
150 μm-Sieb
befindet sich ein Sammeltiegel. Zur Untersuchung der Zerreibbarkeit
wird eine Menge der aggregierten Einheiten im Bereich von 0,4 g
bis 0,5 g gewogen, um ein Startgewicht W1 zu
erhalten. Die gewogenen aggregierten Einheiten werden dann auf dem
1000 μm-Sieb
platziert und der gesamte Stapel wird für 20 Minuten mit einer Amplitude
von ungefähr
1 cm und bei einer Frequenz von ungefähr 5 Hz in Vibrationen versetzt.
Nach den 20 Minuten wird die Vibration beendet und die aggregierten
Einheiten, die nicht zu dem feinen Pulver zerbrochen sind, werden
gesammelt und gewogen, um ein Gewicht W2 zu
erhalten. Die aggregierten Einheiten können einfach gesammelt werden,
indem sie aus dem Siebstapel geschüttet werden, da das feine Pulver
entweder in dem Tiegel gesammelt wurde oder die Siebe bedeckt. Das
Endgewicht W2 wird dann durch das Startgewicht
W1 geteilt, um einen Prozentsatz der aggregierten
Einheiten zu erhalten, die nicht zu den feinen Partikeln zerbrochen
sind. Die entsprechenden Zahlenwerte der Prozentsätze werden
als Zerreibbarkeitsindex bezeichnet. Wenn beispielsweise 50% der
aggregierten Einheiten beim Einsatz des Zerreibbarkeitstest zerbrochen
worden wären,
wäre der
Zerreibbarkeitsindex für
derartige aggregierte Einheiten 50. Ein bevorzugter Zerreibbarkeitsindex
für pulmonale
Pulverinhalationseinrichtungen, wie sie hier beschrieben werden,
liegt im Bereich von ungefähr
10 bis 60.
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Neben
dem Zusammenhalten des Agglomerats dient die Binderflüssigkeit,
wenn sie auf das Pulver aufgebracht ist, auch dazu, die Menge an
Staub oder den Produktverlust zu verringern. Auf diese Art und Weise
wird eine Verschwendung der pulverförmigen Medikamente verringert.
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Beispielhafte
nichtwässrige
Lösungsmittel
umfassen Fluorkohlenstoffflüssigkeit
und vorzugsweise Perfluordecalin oder Perfluoroctylbromid, wobei
Perfluordecalin besonders bevorzugt ist. Weitere beispielhafte nichtwässrige Lösungsmittel
umfassen Toluol, Xylol, Benzol, Aceton, Hexan, Octan, Chloroform
und Methylenchlorid. Die Verwendung eines nichtwässrigen Lösungsmittels ist wesentlich,
da Kohlenhydrate und Proteine üblicherweise
schlecht darin löslich
sind, wodurch die Bildung kristalliner Brücken zwischen Partikeln minimiert wird.
Darüber
hinaus haben die meisten nichtwässrigen
Lösungsmittel
eine niedrige Oberflächenspannung, die
es ermöglicht,
die Agglomerate bei Bedarf einfacher in die feinen Partikel aufzubrechen.
Darüber
hinaus haben viele nichtwässrige
Lösungsmittel
einen niedrigen Siedepunkt und folglich einen hohen Dampfdruck, was
es ermöglicht,
sie einfach von den Agglomeraten zu entfernen. Nach einem weiteren
Aspekt denaturieren einige nichtwässrige Lösungsmittel Proteine nicht.
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Der
Einsatz von Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
ist dahingehend besonders bevorzugt, dass sie hydrophob sind und
Kohlenhydrate oder Proteine nicht lösen. Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
sind darüber
hinaus lipophob und treten nicht mit den Proteinen in Wechselwirkung.
Darüber
hinaus haben Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
eine geringe Oberflächenspannung
und bilden daher schwache Bindungen zwischen den Partikeln, so dass
das gewünschte
Zerreibbarkeitsniveau für
die Agglomerate erhalten werden kann. Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
haben darüber
hinaus einen hohen Dampfdruck und sind daher einfach von den Agglomeraten
zu entfernen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
kein Fluor enthalten und daher ozonfreundlich sind. Nach einem weiteren
Aspekt sind Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
mit den meisten pharmazeutischen Rezepturen, wie z.B. Blutersatzstoffen
und Bildgebungshilfsmitteln biokompatibel. Geeignete Fluorkohlenstoffflüssigkeiten
sind von verschiedenen kommerziellen Anbietern erhältlich,
einschließlich
PCR, Inc. (Gainesville, FL), Sigma Chemical Company (St. Louis,
MO) und Aldrich Chemical Company, Inc. (Milwaukee, WI).
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Die
Zufuhr pulverförmiger
Medikamente zu den Lungen erfolgt üblicherweise durch den Einsatz
einer Inhalationsvorrichtung, die die pulverförmigen Medikamente in einem
Luftstrom fluidisiert, der dann von dem Patienten inhaliert werden
kann, um das Medikament den Lungen des Patienten zuzuführen. Vor
der pulmonalen Zufuhr müssen
die aggregierten Einheiten daher in das pulverförmige Medikament aufgebrochen
werden. Durch die Bereitstellung der aggregierten Einheiten mit
der gewünschten
Zerreibbarkeit können
die aggregierten Einheiten in der Inhalationsvorrichtung in die
pulverförmige
Form aufgebrochen werden. Auf diese Art und Weise können die
pulverförmigen
Medikamente zur Abmessung und Handhabung in Agglomeratform verbleiben,
bis sie für
die pulmonale Zufuhr durch die Inhalationsvorrichtung benötigt werden.
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Die
aggregierten Einheiten werden der Inhalationsvorrichtung üblicherweise
in Einheitsdosenbehältern
zugeführt,
die üblicherweise
als Blisterpackungen oder Kartuschen bezeichnet werden. Die Herstellung von
Blisterpackungen ist in der pharmazeutischen Verpackungstechnik
gut bekannt und muss nicht näher
beschrieben werden. Zur Entnahme der aggregierten Einheiten aus
dem Behälter
wird eine Wand des Behälters durchstochen,
wenn der Behälter
in der Inhalationsvorrichtung aufgenommen ist. Eine beispielhafte
Inhalationsvorrichtung ist in der US-Patentanmeldung Seriennr. 08/309,691,
eingereicht am 21. September 1994, beschrieben. Wenn der Behälter geöffnet ist,
werden die aggregierten Einheiten in einen Gasstrom extrahiert,
der ausreichende Zerreißkräfte aufbringt,
um die aggregierten Einheiten in die feinen Partikel zu zerbrechen.
Wenn sie die gewünschte
Zerreibbarkeit aufweisen, können
die aggregierten Einheiten in die feinen Partikel zerbrochen werden,
wenn der Gasstrom bei einer Geschwindigkeit geführt wird, die ausreichend ist,
um geeignete, zum Aufbrechen der aggregierten Einheiten erforderliche
Scherkräfte
aufzubringen. Vorzugsweise wird ein derartiger Gasstrom mit Schallgeschwindigkeit
geführt,
um die ausreichende Zerreißkraft
bereitzustellen. Wenn die aggregierten Einheiten in den Blisterpackungen
angeordnet sind, können
die Blisterpackungen optional einer Vibrationsenergie ausgesetzt
werden. Indem die aggregierten Einheiten einer Vibrationsenergie ausgesetzt
werden, wenn sie sich in den Blisterpackungen befinden, wird das
Zerbrechen der aggregierten Einheiten in die feinen Partikel unterstützt, bevor
sie von der Inhalationsvorrichtung entnommen werden. Auf diese Art
und Weise können
die aggregierten Einheiten mit einem kleineren Zerreibbarkeitsindex
hergestellt werden und bei pulmonalen Zufuhrverfahren immer noch
nützlich
sein.
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Die
aggregierten Einheiten sollten im Wesentlichen vollständig aufgebrochen
sein, d.h. mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50% und besonders
bevorzugt mindestens 70% der aggregierten Einheiten, die dem Behälter entnommen
werden, sollten auf 1 μm
bis 5 μm
zerbrochen sein, bevor sie von dem Patienten inhaliert werden. Eine
derartige Zersetzung in die feinen Partikel ist realisierbar, wenn
die aggregierten Einheiten einen Zerreibbarkeitsindex im Bereich
von ungefähr
10 bis 60 haben. Wenn sie die gewünschte mittlere Größe im Bereich
von 200 μm
bis 500 μm
haben, ist eine im Wesentlichen vollständige Entfernung der aggregierten
Einheiten (üblicherweise
mindestens 55 Gew.-% und vorzugsweise mindestens 70 Gew.-% und insbesondere
bevorzugt mindestens 90 Gew.-%) aus dem Inneren des Behälters möglich. Die
Bildung aggregierter Einheiten mit einer mittleren Größe im Bereich
von mehr als 600 μm
verringert den Prozentsatz des durch den Luftstrom aus dem Behälter entfernten
Pulvers, da die größeren aggregierten
Einheiten dazu neigen, hinter den durchstochenen Wänden des
Behälters
zurückgehalten
zu werden.
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Mit
Bezugnahme auf 1 wird ein beispielhaftes Verfahren
zum Agglomerieren feiner Partikel beschrieben. Gemäß dem Verfahren
wird eine Binderflüssigkeit
einem Pulver aus feinen Partikeln zugefügt, um eine benetzte Pulvermasse
zu erzeugen. Vorzugsweise sind die feinen Partikel ein Medikamentenpulver
mit einer mittleren Partikelgröße im Bereich
von 1 μm
bis 5 μm
und die Binderflüssigkeit
ist ein nichtwässriges
Lösungsmittel,
vorzugsweise ein Fluorkohlenstoff und besonders bevorzugt Perfluordecalin.
Die Granulation oder Paste wird gemischt, um eine gleichmäßige Verteilung
der Binderflüssigkeit
zu gewährleisten.
Nach dem Mischen wird die Granulation oder Paste extrudiert, um
die Granulation oder Paste in kleinere Volumina zu teilen. Die Granulation
oder Paste wird vorzugsweise durch Pressen der Granulation oder
Paste durch ein Sieb extrudiert, das Öffnungen im Bereich von 40 μm bis 650 μm, vorzugsweise
von ungefähr
150 μm bis
500 μm und
besonders bevorzugt von ungefähr
250 μm bis
400 μm aufweist.
Extrusionssiebe mit Öffnungen,
die kleiner als 500 μm
sind, können
durch mechanisches Stanzen, elektrisches Erodieren oder Laserbohren
eines dünnen
Metallblechs erzeugt werden, wie es aus dem Stand der Technik bekannt
ist. Die Öffnungen
in dem Extrusionssieb weisen vorzugsweise eine kreisförmige Geometrie
auf, so dass langgestreckte zylindrische Extrudatabschnitte geformt
werden, wenn die Paste durch das Sieb gepresst wird.
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Das
Extrudat wird dann getrocknet, um die Binderflüssigkeit aus dem Extrudat zu
entfernen. Das Trocknen kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen,
einschließlich
der Platzierung des Extrudats in einer Unterdruckkammer mit einem
Vakuum im Bereich von 250 mmHg bis 650 mmHg, wobei die Temperatur
in der Kammer im Bereich von 15°C
bis 40°C
liegt, oder durch Zwangskonvektion mit trockener Luft, die eine
Temperatur im Bereich von ungefähr
15°C bis
40°C aufweist.
Nach dem Trocknen wird das Extrudat gesiebt, um das Extrudat zu
agglomerierten Partikeleinheiten zu zerbrechen und die agglomerierten
Partikeleinheiten nach ihrer Größe zu klassifizieren.
Vorzugsweise hat das Sieb Öffnungen
in der Größenordnung
von 150 μm
bis 1000 μm
und vibriert entweder bei einer Frequenz im Bereich von 0,5 Hz bis
10 Hz und bei einer Amplitude im Bereich von ungefähr 5 mm
bis 50 mm oder die Vibration kann alternativ dazu durch Klopfen
in Kombination mit seitlichen und/oder kippenden Bewegungen oder
einer kreisförmigen
Rotation erreicht werden.
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Die
resultierenden aggregierten Partikeleinheiten haben vorzugsweise
eine mittlere Größe im Bereich von
50 μm bis
600 μm,
besonders bevorzugt zwischen ungefähr 150 μm und 500 μm und insbesondere bevorzugt
zwischen 200 μm
bis 500 μm.
Falls erforderlich, können
die agglomerierten Partikeleinheiten einem Verfahren zur Ausbildung
einer Kugelform unterzogen werden, um die agglomerierten Einheiten
zu Kugeln zu formen. Das Formen zu Kugeln ist häufig erwünscht, da es die Fließfähigkeit
der agglomerierten Partikeleinheiten verbessern kann. Das Formen
zu Kugeln kann durch Wälzen
der agglomerierten Partikeleinheiten beispielsweise in einem Metall-
oder einem Glasbehälter
erfolgen.
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Die
zu dem Medikamentenpulver hinzugefügte Menge an Binderflüssigkeit
basiert allgemein auf dem Oberflächeninhalt
der feinen Partikel, wie in den folgenden Beispielen gezeigt ist.
Wenn eine Fluorkohlenstoffflüssigkeit
als Bindermittel für
feine Partikel mit einer mittleren Partikelgröße im Bereich von 1 μm bis 5 μm eingesetzt
wird, liegt die zugegebene Menge an Fluorkohlenstoff vorzugsweise
im Bereich von 0,5 g bis 5 g pro Gramm feiner Partikel.
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Die
vorliegende Erfindung wird in den folgenden nicht beschränkenden
Beispielen detaillierter erläutert.
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BEISPIELE
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Feine
Pulver mit einem Gewicht von ungefähr 0,5 g bis 10 g wurden mit
einem nichtwässrigen
Lösungsmittel
zusammengeführt,
um eine benetzte Masse zu bilden. Die benetzte Masse wurde dann
durch ein Sieb extrudiert. Das resultierende Extrudat wurde anschließend bei
Raumtemperatur (durch Zwangskonvektion oder im Vakuum) für mindestens
eine Stunde getrocknet, um das nichtwässrige Lösungsmittel zu entfernen. Das
getrocknete Extrudat wurde dann gesiebt, um aggregierte Einheiten
zu erzeugen. Die Größe der aggregierten
Einheiten wurde gemessen, um den Prozentsatz zu bestimmen, der zwischen
200 μm und
500 μm liegt. Die
Zerreibbarkeit der ersten drei Chargen von Aggregateinheiten wurde
darüber
hinaus mit dem oben beschriebenen Zerreibbarkeitstest vermessen.
Die Ergebnisse waren akzeptabel, wenn die aggregierten Einheiten
einen Zerreibbarkeitsindex zwischen 10 und 60 aufwiesen. Die Zerreibbarkeit
der übrigen
Chargen von aggregierten Einheiten war akzeptabel, wenn die aggregierten
Einheiten in der in der US-Patentanmeldung Seriennr. 08/309,691
beschriebenen Einrichtung eingesetzt werden konnten. Die Er gebnisse
von sechs verschiedenen feinen Pulverzusammensetzungen sind in der
nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.
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Obwohl
die obige Erfindung zum Zwecke des besseren Verständnisses
detailliert mittels einer Illustration und eines Beispiels beschrieben
wurde, versteht es sich, dass bestimmte Änderungen und Modifikationen innerhalb
des Schutzbereichs der beigefügten
Ansprüche
durchgeführt
werden können.