DE69736888T2

DE69736888T2 - Verfahren und zusammensetzungen zur verbesserung der bioadhäsiven eigenschaften von polymeren

Info

Publication number: DE69736888T2
Application number: DE69736888T
Authority: DE
Inventors: Edith Brookline MATHIOWITZ; S. Jules Taunton JACOB
Original assignee: Brown University Research Foundation Inc
Current assignee: Brown University Research Foundation Inc
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2017-01-25
Also published as: WO1997026864A3; US6123965A; JP2000504329A; EP0877603A2; EP0877603B1; CA2244205C; DE69736888D1; US5985312A; ATE344021T1; CA2244205A1; ES2279537T3; WO1997026864A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft generell das Gebiet polymerer Vorrichtungen für die Zufuhr von Arzneimitteln.
Systeme für eine verzögerte Freisetzung zur Arzneimittelzufuhr sind häufig so ausgelegt, dass sie Arzneimittel bestimmten Bereichen des Körpers zuführen. Im Falle der Arzneimittelzufuhr über den Gastrointestinaltrakt ist es kritisch, dass das Arzneimittel nicht über den gewünschten Wirkort hinaus verfrachtet und eliminiert wird, bevor es eine Gelegenheit hatte, eine topische Wirkung auszuüben oder in den Blutstrom überzutreten. Wenn ein System für die Arzneimittelzufuhr dazu gebracht werden kann, an der Auskleidung des entsprechenden inneren Organs zu haften, wird sein Inhalt dem Zielgewebe in Abhängigkeit von der Intensität und der Dauer des Kontaktes zugeführt.
Ein oral aufgenommenes Produkt kann entweder an der Epitheloberfläche oder am Mucus haften. Für die Zufuhr bioaktiver Substanzen kann es von Vorteil sein, über eine polymere Vorrichtung für die Arzneimittelzufuhr, die am Epithel oder der Mucusschicht haftet, zu verfügen. Die Bioadhäsion im Gastrointestinaltrakt verläuft über zwei Stufen: (1) eine viskoelastische Deformierung am Punkt des Kontaktes des synthetischen Materials mit dem Mucussubstrat und (2) die Ausildung von Bindungen zwischen dem adhäsiven synthetischen Material und dem Mucus oder den Epithelzellen. Im Allgemeinen kann eine Adhäsion von Polymeren an Gewebe erreicht werden über (i) physikalische oder mechanische Bindungen, (ii) primäre oder kovalente chemische Bindungen und/oder (iii) sekundäre chemischen Bindungen (d.h. ionische Bindungen). Zu physikalischen oder mechanischen Bindungen kann es über die Ablagerung und Einlagerung des adhäsiven Materials in die Spalten des Mucus oder die Falten der Mucosa kommen. Sekundäre chemische Bindungen, die zu bioadhäsiven Eigenschaften beitragen, bestehen aus dispersiven Wechselwirkungen (d.h. Van-der-Waals-Wechselwirkungen) und stärkeren spezifischen Wechselwirkungen, zu denen Wasserstoffbrückenbindungen gehören. Die hydrophilen funktionellen Gruppen, die primär für die Bildung von Wasserstoffbrücken verantwortlich sind, sind die Hydroxy- und die Carboxygruppen.
Verschiedene Formulierungen von Mikrokügelchen sind als Mittel für die orale Arzneimittelzufuhr vorgeschlagen worden. Diese Formulierungen dienen im Allgemeinen dazu, die verkapselte Verbindung zu schützen und die Verbindung dem Blutstrom zuzuführen. Enterisch beschichtete Formulierungen werden seit vielen Jahren zum Schutz von Arzneimitteln, die oral verabreicht werden, sowie zur Verzögerung der Freisetzung verwendet. Andere Formulierungen, die so ausgelegt sind, dass sie Verbindungen dem Blutstrom zuführen sowie das verkapselte Arzneimittel schützen, bestehen aus einem hydrophoben Protein, wie Zein, wie es in PCT/US90/06430 und PCT/US90/06433 beschrieben wird, „Proteinoiden", wie es im US-Patent Nr. 4 973 968 an Steiner beschrieben wird, oder synthetischen Polymeren, wie es in der Europäischen Patentanmeldung 0 333 523 von The UAB Research Foundation and Southern Research Institute beschrieben wird. EP-A-0 333 523 beschreibt Mikroteilchen von unter 10 Mikrometer im Durchmesser, die Antigene für einen Einsatz bei der oralen Verabreichung von Impfstoffen enthalten. Die Mikroteilchen bestehen aus Polymeren wie Poly(lactid-co-glycolid), Poly(glycolid), Polyorthoestern, Poly(esteramiden), Polyhydroxybuttersäure und Polyanhydriden, und sie werden durch die Peyer-Plaques des Darmes, in erster Linie als Funktion ihrer Größe, resorbiert.
Bei Duchene et al., Drug Dev. Ind. Pharm. 14, 283–318 (1988), findet sich ein Review der pharmazeutischen und medizinischen Aspekte bioadhäsiver Systeme für die Arzneimittelzufuhr. Für Polycarbophile und Acrylsäurepolymere wurde festgestellt, dass sie die besten adhäsiven Eigenschaften aufweisen. „Bioadhäsion" ist als die Fähigkeit eines Materials definiert, über einen längeren Zeitraum an einem biologischen Gewebe zu haften. Die Bioadhäsion ist eindeutig eine Lösung für das Problem der unzureichenden Verweildauer, die aus der Leerung des Magens und der Darmperistaltik sowie aus einer Verdrängung durch die Zilienbewegung resultiert. Damit es zu einer ausreichenden Bioadhäsion kommt muss ein enger Kontakt zwischen dem bioadhäsiven Material und dem Rezeptorgewebe vorliegen, das bioadhäsive Material muss in die Spalten der Gewebeoberfläche und/oder des Mucus eindringen, und es müssen sich mechanische, elektrostatische oder chemische Bindungen ausbilden. Die bioadhäsiven Eigenschaften von Polymeren werden sowohl von der Art des Polymers als auch von der Art des umgebenden Mediums beeinflusst.
Andere haben die Verwendung bioadhäsiver Polymere erforscht. PCT WO 93/21906 offenbart Verfahren zur Herstellung bioadhäsiver Mikrokügelchen und zur Messung der bioadhäsiven Kräfte zwischen Mikrokügelchen und ausgewählten Abschnitten des Gastrointestinaltrakts in vitro. Smart et al., J. Pharm. Pharmacol. 36, 295–299 (1984) berichteten ein Verfahren zur Testung der Adhäsion an die Mucosa mittels einer polymerbeschichteten Glasplatte, die mit einem Stück ausgestanzter Mucosa in Kontakt steht. Es wurden verschiedene polymere Materialien getestet, einschließlich von Natriumalginat, Natriumcarboxymethylcellulose, Gelatine, Pectin und Polyvinylpyrrolidon. Gurney et al., Biomaterials 5, 336–340 (1984) berichteten, dass eine Adhäsion über physikalische oder mechanische Bindungen, sekundäre chemische Bindungen und/oder primäre ionische oder kovalente Bindungen bewirkt werden kann. Park et al., „Alternative Approaches to Oral Controlled Drug Delivery: Bioadhesives and In-Situ-Systems", in J. M. Anderson und S. W. Kim, Hrsg., „Recent Advances in Drug Delivery", Plenum Press, New York, 1984, S. 163–183, berichteten über eine Untersuchung zur Verwendung fluoreszierender Sonden in Zellen für die Bestimmung der Adhäsivität von Polymeren an Mucin/Epithel-Oberflächen, die zeigte, dass anionische Polymere mit einer hohen Ladungsdichte als adhäsive Polymere offenbar bevorzugt sind.
Mikos et al., J. Colloid Interface Sci. 143, 366–373 (1991) und Lehr et al., J. Controlled Rel. Soc. 13, 51–62 (1990) berichteten eine Studie über die bioadhäsiven Eigenschaften von Polyanhydriden bzw. Polyacrylsäure bei der Arzneimittelzufuhr. Lehr et al. screenten Mikroteilchen aus Copolymeren von Acrylsäure mittels eines In-vitro-Systems und ermittelten, dass das Copolymer „Polycarbophil" eine erhöhte Adhäsion zeigt.
PCT WO 95/33434 und WO 91/14733 offenbaren polymere Zusammensetzungen, die als Haftmittel für künstliche Gebisse nützlich sind. Zu den Zusammensetzungen von WO 95/33434 gehören wasserlösliche polymere Salze eines Alkylvinylether-Maleinsäure-Copolymers, das mit Zink-, Calcium- oder Strontiumverbindungen umgesetzt wurde. Zu den Zusammensetzungen von WO 91/14733 gehören polymere Salze wasserlöslicher aminsubstituierter Vinylpolymere, die durch Umsetzungen mit wasserlöslichen Salzen und Alkaliverbindungen sowie mit Zinkoxid gebildet wurden. WO 91/17733 gibt eine Liste von Literaturstellen an, die Materialien offenbaren, die zuvor für den Einsatz in Haftmitteln für künstliche Gebisse vorgeschlagen worden waren. Die meisten der beschriebenen Polymere sind wasserlöslich und enthalten keine wasserunlösliche Metallverbindung. Keines dieser Materialien beinhaltet eine wasserunlösliche Metallverbindung und ein hydrophobes, biologisch abbaubares Polymer. WO 95/33434 und WO 91/14733 offenbaren nicht die Verwendung hydrophober, biologisch abbaubarer Polymere und auch nicht die Verwendung von Mikrokügelchen aus einem beliebigen Material. Diese Literaturstellen offenbaren auch nicht die Beschichtung einer beliebigen polymeren Vorrichtung mit einer Metallverbindung zur Verbesserung der Bioadhäsion des Polymers an einer Mucosamembran.
Im Allgemeinen besteht der gastrointestinale (GI) Mucus zu 95% aus Wasser und zu 5% aus Elektrolyten, Lipiden, Proteinen und Glycoproteinen, wie von Spiro, R. G., Annual Review of Biochemistry 39, 599–638 (1970) und Labat-Robert, J. und Decaeus, C., Pathologie et Biologie (Paris), 24, 241 (1979) beschrieben wurde. Die Zusammensetzung des letzteren Anteils kann jedoch stark variieren. Proteine, einschließlich des Proteinkerns der Glycoproteine, können etwa 60 bis 80% dieser Fraktion ausmachen (Horowitz, M. I., „Mucopolysaccharides and Glycoproteins of the Alimentary Tract" in Alimentary Canal (Hrsg. C. F. Code), S. 1063–1085 (Washington, American Physiological Society, 1967)). Die Glycoproteine haben typischerweise ein Molekulargewicht von ungefähr zwei Millionen und bestehen aus einen Proteinkern (ungefähr 18,6–25,6% Gew./Gew.) mit kovalent befestigen Kohlenhydratseitenketten (ungefähr 81,4–74,4% Gew./Gew.), die an ihren Enden entweder L-Fucose- oder Sialinsäurereste tragen (Spiro, R. G., Annual Review of Biochemistry 39, 599–638 (1970), Scawen, M. & Allen, A., „The Action of Proteolytic Enzymes on the Glycoprotein from Pig Gastric Mucus", Biochemical Journal 163, 363–368 (1977), Horowitz, M. I. und Pigman, W., The Glycoconjugates, S. 560 (New York, Academic Press Inc., 1977) und Pigman, W. & Gottschalk, A., „Submaxillary Gland Glycoproteins", in Glycoproteins: Their Composition, Structure and Function (Hrsg. A. Gottschalk), S. 434–445 (Amsterdam, Elsevier Publishing Company Inc., 1966). Unterschiede der Zusammensetzung dieser Glycoproteine in Abhängigkeit von der Spezies und der Lokalisation wurden von Horowitz, M. I. „Mucopolysaccharides and Glycoproteins of the Alimentary Tract" in Alimentary Canal (Hrsg. C. F. Code), S. 1063–1085 (Washington, American Physiological Society, 1967) berichtet.
Es ist gezeigt worden, dass die Dicke der Schleimschicht im Magen typischerweise bei der Ratte von 5 bis 200 μm und beim Menschen von 10 bis 400 μm variiert. Gelegentlich kann sie jedoch beim Menschen Dicken von über 1000 μm erreichen, wie von Spiro, R. G., „Glycoproteins", Annual Review of Biochemistry 39, 599–638 (1970), Labat-Robert, J. und Decaeus, C., Pathologie et Biologie (Paris) 24, 241 (1979) und Allen et al., „Mucus Glycoprotein Structure, Gel Formation and Gastrointestinal Mucus Function" in J. Nugent & M. O'Connor, Hrsg, Mucus and Mucosa, Ciba Foundation Symposium 109, Pitman, London, 1984, S. 137 beschrieben wurde.
Es besteht ein Bedarf an Verfahren zur Steuerung oder Erhöhung der Resorption pharmazeutischer Mittel aus polymeren Vorrichtungen für eine Arzneimittelzufuhr, wie polymeren Mikrokügelchen, durch Mucosamembranen. Es besteht auch ein Bedarf an Verfahren zur Verzögerung des Durchtritts der Vorrichtungen durch Passagen in der Nase und im Gastrointestinaltrakt. Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Verbesserung der bioadhäsiven Eigenschaften polymerer Vorrichtungen zur Arzneimittelzufuhr, wie Mikrokügelchen, Tabletten, Kapseln und Stents, bereitzustellen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, Verfahren zur Verbesserung der Adhäsion der Vorrichtungen zur Arzneimittelzufuhr, wie Mikrokügelchen, an Mucosamembranen, einschließlich von Membranen in der Mundhöhle und der Nase und Membranen des Gastrointestinaltrakts und des Reproduktionstrakts, bereitzustellen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, polymere Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr mit verbesserter Fähigkeit zur Bindung an Mucosamembranen, die dazu eingesetzt werden können, einen breiten Bereich an Arzneimitteln oder diagnostischen Mitteln in einer großen Vielzahl therapeutischer Anwendungen zuzuführen, bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt die Verwendung einer Zusammensetzung bei der Herstellung eines Medikaments für die Abgabe eines therapeutischen oder diagnostischen Mittels an einen Patienten bereit, wobei das Medikament einer Mucosamembran des Patienten zugeführt wird und wobei das Medikament einen pharmazeutisch annehmbaren Träger und die Zusammensetzung umfasst, wobei die Zusammensetzung ein therapeutisches oder diagnostisches Mittel in einem Polymer in Form eines Mikrokügelchens umfasst, wobei die Oberfläche des Mikrokügelchens das Polymer umfasst, das eine wasserlösliche Metallverbindung inkorporiert enthält, wobei die Metallverbindung bei der Verwendung an der Oberfläche des Polymers exponiert ist, so dass die Adhäsion des Polymers an der Mucosamembran verbessert wird.
Das Mikrokügelchen kann über einen Weg verabreicht werden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer nasalen, vaginalen, rektalen und oralen Zufuhr besteht, zum Beispiel einer Zufuhr auf eine Mucosamembran, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mucosamembranen des Gastrointestinaltrakts, des Respirationstrakts, aus exkretorischen Mucosamembranen und Mucosamembranen des Reproduktionstrakts besteht.
Die vorliegende Erfindung stellt auch die Verwendung einer wasserunlöslichen Metallverbindung zur Erhöhung der Bioadhäsivität eines Polymers bereit, wobei die Metallverbindung in das Polymer inkorporiert ist und bei der Anwendung in einer wirksamen Menge an der Oberfläche des Polymers exponiert ist, so dass die Fähigkeit des Polymers, an einer Mucosamembran zu haften, erhöht ist.
Die Metallverbindung kann mit dem Polymer über ionische Wechselwirkungen assoziiert sein. Die Metallverbindung kann von einem Metall abgeleitet sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Calcium, Eisen, Kupfer, Zink, Zirkonium und Titan besteht. Die Metallverbindung kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus einem wasserunlöslichen Metalloxid und einem wasserunlöslichen Metallhydroxid besteht.
Das Polymer kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Proteinen und Polysacchariden besteht. Das Polymer kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Polyamiden, Polycarbonaten, Polyalkylenen, Polyarylalkylenen, Polyalkylenglykolen, Polyalkylenoxiden, Polyalkylenterephthalaten, Polyvinylpolymeren, Polyphosphazenen, Polyacrylamiden, Polysiloxanen, Polyurethanen, Cellulosen, Polyanhydriden, Polyestern, Poly(hydroxysäuren) und Blends und Copolymeren von diesen besteht. Das Polymer kann eine Vorrichtung zur Arzneimittelzufuhr, die ein therapeutisches Mittel enthält, definieren oder überziehen.
Das Polymer kann in Form eines Mikrokügelchens vorliegen, wobei das Verfahren das Verbessern der Bioadhäsivität des Mikrokügelchens über das Inkorporieren einer wasserunlöslichen Metallverbindung in das Polymer während der Bildung des Mikrokügelchens umfasst, wodurch die Fähigkeit des Mikrokügelchens, an einer Mucosamembran zu haften, verbessert wird. Die Metallverbindung kann ein Metalloxid sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen(III)-oxid, Zinkoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid, Nickeloxid und Zirkoniumoxid besteht. Das Mikrokügelchen kann ferner ein therapeutisches oder diagnostisches Mittel umfassen, wie ein Gas, ein gasbildendes Mittel oder eine radioopake Verbindung. Das Mikrokügelchen kann einen Durchmesser von 2 bis 5 μm, weniger als ungefähr 2 μm und vorzugsweise weniger als ungefähr 1 μm haben. Das Polymer, das die Metallverbindung inkorporiert enthält, kann auf die Oberfläche eines Mikrokügelchens, das aus einem anderen Material besteht, aufgetragen sein.
Das Polymer kann eine Vorrichtung für eine chirurgische Implantation definieren oder überziehen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch die Verwendung eines wasserunlöslichen Metalloxids zur Erhöhung der Bioadhäsivität eines polymeren Mikrokügelchens bereit, wobei das Metalloxid während der Bildung des Mikrokügelchens in das Polymer inkorporiert wird, so dass das Metalloxid bei der Verwendung an der Oberfläche des Mikrokügelchens in einer Menge exponiert ist, die wirksam ist, die Adhäsion des Polymers an einer Mucosamembran zu verbessern. Das Metalloxid kann in Form einer Dispersion feiner Teilchen oder wenigstens an der Oberfläche des Mikrokügelchens vorliegen. Das Mikrokügelchen kann einen Durchmesser von unter 1 mm haben.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Zusammensetzung bereit, die ein Polymer und ein wasserunlösliches Metalloxid umfasst, wobei das Metalloxid in Form einer Dispersion feiner Teilchen auf der Oberfläche des Polymers in einer Menge vorliegt, die wirksam ist, die Adhäsion des Polymers an einer Mucosamembran zu verbessern.
Das Metalloxid kann mit dem Polymer über ionische Wechselwirkungen assoziiert sein. Das Metalloxid kann von einem Metall abgeleitet sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Calcium, Eisen, Kupfer, Zink, Zirkonium und Titan besteht. Das Metalloxid kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Eisen(III)-oxid, Zinkoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid, Nickeloxid und Zirkoniumoxid besteht.
Das Polymer kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Proteinen und Polysacchariden besteht. Das Polymer kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Polyamiden, Polycarbonaten, Polyalkylenen, Polyarylalkylenen, Polyalkylenglykolen, Polyalkylenoxiden, Polyalkylenterephthalaten, Polyvinylpolymeren, Polyphosphazenen, Polyacrylamiden, Polysiloxanen, Polyurethanen, Cellulosen, Polyanhydriden, Polyestern, Poly(hydroxysäuren) und Blends und Copolymeren von diesen besteht.
Das Polymer kann in Form eines Mikrokügelchens vorliegen, wie eines Mikrokügelchens, dass außerdem ein therapeutisches oder diagnostisches Mittel umfasst, wie ein Gas, ein gasbildendes Mittel oder eine radioopake Verbindung. Ein derartiges Mikrokügelchen kann einen Durchmesser von über oder gleich ungefähr 10 μm haben, oder von 2 bis 5 μm oder von weniger als ungefähr 2 μm, vorzugsweise von weniger als ungefähr 1 μm.
Das Polymer kann eine Vorrichtung für die Arzneimittelzufuhr, die ein therapeutisches Mittel enthält, definieren oder überziehen.
Die Zusammensetzung, die das Metalloxid inkorporiert enthält, kann auf die Oberfläche eines Mikrokügelchens, das aus einem anderen Material besteht, aufgetragen sein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch die oben definierte Zusammensetzung für den Einsatz in der Medizin bereit.
Somit werden Zusammensetzungen und deren Anwendungen zur Verbesserung der bioadhäsiven Eigenschaften von Polymeren bereitgestellt, die in Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr eingesetzt werden. Die bioadhäsiven Eigenschaften eines Polymers werden durch das Inkorporieren einer Metallverbindung in das Polymer zur Verbesserung der Fähigkeit des Polymers, an einer Gewebeoberfläche wie einer Mucosamembran zu haften, verbessert. Metallverbindungen, die die bioadhäsiven Eigenschaften eines Polymers verbessern, sind vorzugsweise wasserunlösliche Metallverbindungen, wie wasserunlösliche Metalloxide und -hydroxide, einschließlich der Oxide von Calcium, Eisen, Kupfer und Zink. Die Metallverbindungen können in eine Vielzahl hydrophiler und hydrophober Polymere inkorporiert werden, zu denen Proteine, Polysaccharide und synthetische biokompatible Polymere gehören. Bei einer Ausführungsform können Metalloxide in Polymere inkorporiert werden, die zur Bildung oder für die Beschichtung von Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr, wie Mikrokügelchen, die ein Arzneimittel oder ein diagnostisches Mittel enthalten, verwendet werden. Die Metallverbindungen können in Form einer Dispersion feiner Teilchen auf der Oberfläche eines Polymers bereitgestellt werden, das die Vorrichtungen überzieht oder ausmacht, was die Fähigkeit der Vorrichtungen zur Bindung an Mucosamembranen verbessert. Die Polymere, zum Beispiel in Form von Mikrokügelchen, haben eine verbesserte Fähigkeit zur Haftung an Mucosamembranen, und sie können somit dazu eingesetzt werden, ein Arzneimittel oder ein diagnostisches Mittel über eine beliebige aus einem Bereich von Mucosamembranoberflächen zuzuführen, zu denen diejenigen des Gastrointestinaltrakts, des Respirationstrakts, des exkretorischen Trakts und des Reproduktionstrakts gehören.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine graphische Darstellung, die die Blutglucosespiegel von Ratten nach der Verabreichung von Insulin in einer Salinelösung und in Poly(fumarsäure)/Poly(lactid-co-glycolid)-Mikrokügelchen, die FeO enthalten, vergleicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es werden Zusammensetzungen und deren Verwendungen zur Verbesserung der bioadhäsiven Eigenschaften von Polymeren bereitgestellt. Es werden Polymere, die eine Metallverbindung inkorporiert enthalten und die eine verbesserte Fähigkeit zur Haftung an Gewebeoberflächen wie Mucosamembranen aufweisen, bereitgestellt. Die in das Polymer inkorporierte Metallverbindung kann zum Beispiel ein wasserunlösliches Metalloxid sein. Bei einer Ausführungsform können die Polymere zur Bildung von Vorrichtungen für eine Arzneimittelzufuhr, wie polymeren Mikrokügelchen, die ein therapeutisches oder diagnostisches Mittel enthalten, verwendet werden. Die Inkorporation von Metallverbindungen in eine Vielzahl unterschiedlicher Polymere, die normalerweise nicht bioadhäsiv sind, verbessert ihre Fähigkeit, an Gewebeoberflächen wie Mucosamembranen zu haften, dramatisch. Die Polymere, die eine Metallverbindung inkorporiert enthalten, können zur Bildung einer großen Vielzahl von Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr verwendet werden, wie von polymeren Mikrokügelchen, die dazu verwendet werden können, therapeutische und diagnostische Mittel Mucosamembranen überall im Körper, einschließlich des Gastrointestinaltrakts, des Respirationstrakts und des Reproduktionstrakts, zuzuführen. Die Metallverbindung kann in Polymere inkorporiert werden, die Tabletten, osmotische Pumpen oder jede beliebige Vorrichtung, die imstande ist, mit Mucosamembranen in Wechselwirkung zu treten, bilden oder überziehen.
Metallverbindungen
Zu Metallverbindungen, die in Polymere zur Verbesserung ihrer bioadhäsiven Eigenschaften inkorporiert werden können, gehören bei einer bevorzugten Ausführungsform wasserunlösliche Metallverbindungen, wie wasserunlösliche Metalloxide und Metallhydroxide, die in der Lage sind, in ein Polymer inkorporiert und mit ihm assoziiert zu werden, so dass die Bioadhäsivität des Polymers verbessert wird. So, wie sie hier definiert ist, ist eine wasserunlösliche Metallverbindung als eine Metallverbindung mit geringer oder keiner Löslichkeit in Wasser, zum Beispiel von unter ungefähr 0,0–0,9 mg/ml, definiert.
Die wasserunlöslichen Metallverbindungen, wie Metalloxide, können über einen der folgenden Mechanismen inkorporiert werden: (a) physikalische Mischungen, die zu einem Einbau der Metallverbindung führen, (b) ionische Wechselwirkungen zwischen der Metallverbindung und dem Polymer, (c) eine Oberflächenmodifikation des Polymers, die zu einer Exposition der Metallverbindung auf der Oberfläche führt, und (d) Beschichtungstechniken, wie mittels eines Fließbetts, einer Trogbeschichtung oder beliebiger ähnlicher Verfahren, die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind und eine mit der Metallverbindung angereicherte Schicht auf der Oberfläche der Vorrichtung liefern.
Zu bevorzugten Eigenschaften, die die Metallverbindung definieren, gehören: (a) eine hohe Unlöslichkeit in wässrigen Umgebungen, wie sauren oder basischen wässrigen Umgebungen (wie solchen, die im Magenhohlraum vorhanden sind), und (b) eine ionische Oberflächenladung beim pH der wässrigen Umgebung.
Der pKa für die Ionisierung der Metallverbindung kann die Bindung der Polymere unter unterschiedlichen pH-Bedingungen beeinflussen. Die Tabelle 1 zeigt die Säure-Ionisationskonstanten für bestimmte aquatisierte Metallionen (CRC Handbook of Food Additives (T. E. Furia, Herausgeber) 1968, Cleveland, Ohio).
Tabelle 1 Säure-Ionisierungskonstanten (pKa bei 25°C) für aquatisierte Ionen
Die wasserunlöslichen Metallverbindungen können von Metallen abgeleitet sein, zu denen Calcium, Eisen Kupfer, Zink, Cadmium, Zirkonium und Titan gehören. Zum Beispiel können verschiedene Pulver von wasserunlöslichen Metalloxiden, wie Eisen(III)-oxid, Zinkoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Bariumhydroxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid, Nickeloxid, Zirkoniumoxid und Cadmiumoxid, dazu eingesetzt werden, die bioadhäsiven Eigenschaften von Polymeren zu verbessern. Die Inkorporation wasserunlöslicher Metallverbindungen, wie Eisen(III)-oxid, Kupferoxid und Zinkoxid, kann die Adhäsion des Polymers an Gewebeoberflächen wie Mucosamembranen, zum Beispiel im Gastrointestinalsystem, enorm verbessern. Die Polymere, die eine Metallverbindung inkorporiert enthalten, können somit dazu eingesetzt werden, Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr zu bilden oder zu überziehen, um deren bioadhäsive Eigenschaften zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform wird die Metallverbindung in Form einer Dispersion feiner Teilchen eines wasserunlöslichen Metalloxids bereitgestellt, das in das gesamte Polymer inkorporiert ist oder wenigstens auf die Oberfläche des Polymers, die an einer Gewebeoberfläche haften soll. Zum Beispiel werden bei einer Ausführungsform Teilchen aus einem wasserunlöslichen Metalloxid in ein Polymer inkorporiert, das ein Mikrokügelchen oder eine Mikrokapsel, die für die Arzneimittelzufuhr eingesetzt wird, definiert oder überzieht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Metalloxid in Form einer Dispersion feiner Teilchen auf der Oberfläche der Mikrokügelchen vor. Die Metallverbindung kann auch in eine Schicht im Inneren der polymeren Vorrichtung inkorporiert werden und nur nach dem Abbau oder einer sonstigen Auflösung der „schützenden" äußeren Schicht exponiert werden. Zum Beispiel kann ein Kernteilchen, das ein Arzneimittel und ein Metall enthält, mit einer enterischen Beschichtung überzogen sein, die so ausgelegt ist, dass sie sich, wenn sie mit Magenflüssigkeit in Kontakt kommt, auflöst. Der mit der Metallverbindung angereicherte Kern wird dann exponiert und steht für die Bindung an die Mucosa des Gastrointestinaltrakts zur Verfügung.
Die feinen Teilchen aus dem Metalloxid können zum Beispiel über das Mikronisieren eines Metalloxids mit Hilfe eines Mörsers und eines Pistills zur Erzeugung von Teilchen, deren Größe zum Beispiel von 10,0–300 nm reicht, erzeugt werden. Die Teilchen aus dem Metalloxid können zum Beispiel durch das Auflösen oder Dispergieren der Teilchen in einer Lösung oder Dispersion des Polymers vor der Bildung der Mikrokapsel in das Polymer inkorporiert werden, und sie können dann während der Bildung der Mikrokapsel unter Einsatz eines Verfahrens zur Bildung von Mikrokapseln, wie eines derjenigen, die detailliert weiter unten beschrieben werden, in das Polymer inkorporiert werden. Die Inkorporation von Teilchen aus einem Metalloxid in die Oberfläche des Mikrokügelchens verstärkt auf vorteilhafte Weise die Fähigkeit des Mikrokügelchens, an Mucosamembranen oder andere Gewebeoberflächen zu binden, und verbessert die Eigenschaften des Mikrokügelchens bezüglich der Arzneimittelzufuhr.
Vorteilhafterweise können Metallverbindungen, die zur Verbesserung ihrer bioadhäsiven Eigenschaften in Polymere inkorporiert werden, Metallverbindungen sein, die bereits von der FDA entweder als Nahrungsmittelzusätze oder pharmazeutische Zusätze zugelassen sind, wie zum Beispiel Zinkoxid. Ohne dass wir uns auf irgendeine Theorie festlegen wollen, erscheint es möglich, dass der Mechanismus, über den die Metallverbindungen die Adhäsion fördern, die ionische Wechselwirkung teilweise ionisierter, divalenter oder trivalenter Kationen auf der Oberfläche der Metallteilchen mit negativ geladenen Molekülen auf Gewebeoberflächen, wie den Glycosubstanzen, die im Mucus vorkommen, einschließlich von Sialinsäuren, beinhalten.
Bindung an Gewebe
Die Inkorporation von Metallverbindungen in viele verschiedene Polymere erhöht die Bioadhäsion der Polymere an Gewebeoberflächen, einschließlich der Oberflächen von Mucosamembranen, beträchtlich. Die Polymere, die die Metallverbindung enthalten, binden aktiv an Gewebe und Substanzen, bei denen es sich nicht um Mucosa handelt, einschließlich von Mesenterialgewebe, Bindegewebe und Fettgewebe (siehe Beispiel 7).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform können wasserunlösliche Metallverbindungen in Polymere inkorporiert werden, um die Adhäsion der Polymere an Mucosamembranen, die überall im Gastrointestinaltrakt, Respirationstrakt, Exkretionstrakt und Reproduktionstrakt vorhanden sind, zu verbessern. Polymere, die wasserunlösliche Metallverbindungen enthalten, binden fest an Mucosamembranen. Die Polymere, die eine wasserunlösliche Metallverbindung inkorporiert enthalten, können somit zur Bildung polymerer Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr zur Zuführung eines Arzneimittels über eine bestimmte Mucosamembran im Körper eingesetzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Polymere, die ein wasserunlösliches Metalloxid inkorporiert enthalten, bereitgestellt, die dann dazu verwendet werden, eine Vorrichtung für die Arzneimittelzufuhr, wie ein polymeres Mikrokügelchen, für die Zuführung eines therapeutischen oder diagnostischen Mittels über die Mucosa des Gastrointestinaltrakts zu bilden oder zu überziehen.
Die Darmmucosa besteht aus einer zusammenhängenden Schicht von Epithelzellen aus resorbierenden und Mucin-sekretierenden Zellen. Über der Mucosa liegt ein diskontinuierlicher schützender Überzug, der Mucus, der zu über 95% aus Wasser sowie aus Elektrolyten, Proteinen, Lipiden und Glycoproteinen besteht. Die Glycoproteine sind für die gelartigen Eigenschaften des Mucus verantwortlich. Diese Glycoproteine bestehen aus einem Proteinkern mit kovalent befestigten Kohlenhydratketten, die entweder endständige Sialinsäure- oder L-Fucose-Gruppen tragen. Die Glycoproteine des Mucus wirken als „Rezeptorattrappe" für an Kohlenhydrat bindende Liganden, die sich in der Natur entwickelt haben und es Mikroorganismen und Parasiten ermöglichen, sich auf der Darmwand zu etablieren. Eine Funktion des Mucus besteht darin, diese Liganden und assoziierte unwirksame Mittel abzufangen und dadurch die Mucosa zu schützen.
Ohne dass wir uns auf irgendeine Theorie festlegen wollen, erscheint es möglich, dass die verbesserte Bindung der Polymere, die eine Metallverbindung inkorporiert enthalten, auf dem Vorliegen teilweise ionisierter Metallverbindungen, wie divalenter oder trivalenter Kationen, auf der Oberfläche des Polymers beruht, die zum Beispiel über eine ionische Bindung mit negativ geladenen Glycosubstanzen wie Sialinsäure und L-Fucose-Gruppen auf der Oberfläche der Mucosamembran in Wechselwirkung treten. Multivalente Ionen, wie divalente oder trivalente Kationen der Metallverbindungen, haben generell die stärkste Affinität für die negativ geladenen Mucinketten.
Polymere
Metallverbindungen können in eine Vielzahl unterschiedlicher Polymere zur Verbesserung der Fähigkeit der Polymere, an Gewebe zu binden, inkorporiert werden. Zum Beispiel können wasserunlösliche Metallverbindungen, wie wasserunlösliche Metalloxide, in Polymere inkorporiert werden, die dazu verwendet werden, Vorrichtungen wie polymere Mikrokügelchen für eine Arzneimittelzufuhr zu bilden oder zu beschichten. Zu geeigneten Polymeren, die eingesetzt werden können und in die Metallverbindungen inkorporiert werden können, gehören lösliche und wasserunlösliche und biologisch abbaubare und nicht biologisch abbaubare Polymere, einschließlich von Hydrogelen, thermoplastischen Stoffen und Homopolymeren, Copolymeren und Blends natürlicher und synthetischer Polymere.
Zu repräsentativen Polymeren, die verwendet werden können, gehören hydrophile Polymere, wie diejenigen, die Carboxygruppen enthalten, einschließlich von Polyacrylsäure. Biologisch abbaubare Polymere, einschließlich von Polyanhydriden, Poly(hydroxysäuren) und Polyestern, sowie Blends und Copolymere von diesen können ebenfalls eingesetzt werden. Zu repräsentativen biologisch abbaubaren Poly(hydroxysäuren) und Copolymeren von diesen, die eingesetzt werden können, gehören Poly(milchsäure), Poly(glykolsäure), Poly(hydroxybuttersäure), Poly(hydroxyvaleriansäure), Poly(caprolacton), Poly(lactid-co-caprolacton) und Poly(lactid-co-glycolid). Polymere, die labile Bindungen enthalten, wie Polyanhydride und Polyorthoester, können gegebenenfalls in einer modifizierten Form mit reduzierter hydrolytischer Reaktivität eingesetzt werden. Positiv geladene Hydrogele, wie Chitosan, und thermoplastische Polymere, wie Polystyrol, können ebenfalls eingesetzt werden.
Zu repräsentativen natürlichen Polymeren, die ebenfalls verwendet werden können, gehören Proteine, wie Zein, modifiziertes Zein, Casein, Gelatine, Gluten, Serumalbumin oder Collagen, und Polysaccharide, wie Dextrane, Polyhyaluronsäure und Alginsäure. Zu repräsentativen synthetischen Polymeren gehören Polyphosphazene, Polyamide, Polycarbonate, Polyacrylamide, Polysiloxane, Polyurethane und Copolymere von diesen. Cellulosen können ebenfalls eingesetzt werden. So, wie der Begriff hier definiert ist, schließt „Cellulosen" natürlich vorkommende und synthetische Cellulosen, wie Alkylcellulosen, Celluloseether, Celluloseester, Hydroxyalkylcellulosen und Nitrocellulosen ein. Zu exemplarischen Cellulosen gehören Ethylcellulose, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxybutylmethylcellulose, Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Celluloseacetatbutyrat, Celluloseacetatphthalat, Cellulosetriacetat und das Cellulosesulfat-Natriumsalz.
Es können Polymere von Acryl- und Methacrylsäuren oder -estern und Copolymere von diesen eingesetzt werden. Zu repräsentativen Polymeren, die verwendet werden können, gehören Poly(methylmethacrylat), Poly(ethylmethacrylat), Poly(butylmethacrylat), Poly(isobutylmethacrylat), Poly(hexylmethacrylat), Poly(isodecylmethacrylat), Poly(laurylmethacrylat), Poly(phenylmethacrylat), Poly(methylacrylat), Poly(isopropylacrylat), Poly(isobutylacrylat) und Poly(octadecylacrylat).
Zu weiteren Polymeren, die verwendet werden können, gehören Polyalkylene, wie Polyethylen und Polypropylen, Polyarylalkylene, wie Polystyrol, Poly(alkylenglykole), wie Poly(ethylenglykol), Poly(alkylenoxide), wie Poly(ethylenoxid), und Poly(alkylenterephthalate), wie Poly(ethylenterephthalat). Außerdem können Polyvinylpolymere eingesetzt werden, die, wie es hier definiert ist, Polyvinylalkohole, Polyvinylether, Polyvinylester und Polyvinylhalogenide einschließen. Zu exemplarischen Polyvinylpolymeren gehören Poly(vinylacetat), Polyvinylphenol und Polyvinylpyrrolidon.
Polymere, die ihre Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur oder den Scherkräften oder anderen physikalischen Kräften verändern, können ebenfalls eingesetzt werden. Poly(oxyalkylen)-Polymere und -Copolymere, wie Poly(ethylenoxid)-Poly(propylenoxid)-(PEO-PPO-) oder Poly(ethylenoxid)-Poly(butylenoxid)-(PEO-PBO)-Copolymere, und Copolymere und Blends dieser Polymere mit Polymeren wie Polyalpha-hydroxysäuren), einschließlich von, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein, Milchsäuren, Glykolsäure und Hydroxybuttersäuren, Polycaprolactonen und Polyvalerolactonen können synthetisiert oder kommerziell bezogen werden. Zum Beispiel werden Polyoxyalkylen-Copolymere in den US-Patenten Nr. 3 829 506, 3 535 307, 3 036 118, 2 979 578, 2 677 700 und 2 675 619 beschrieben.
Polyoxyalkylen-Copolymere werden zum Beispiel von der BASF unter dem Handelsnamen Pluronics^TM verkauft. Diese Materialien werden bei Raumtemperatur oder darunter als visköse Lösungen eingesetzt, die bei der höheren Körpertemperatur fest werden. Es sind andere Materialien mit diesem Verhalten in diesem Fachgebiet bekannt, und sie können eingesetzt werden, wie es hier beschrieben wird. Zu ihnen gehören Klucel^TM (Hydroxypropylcellulose) und gereinigter Konjac-Glucomannangummi.
Polymerlösungen, die bei einer erhöhten Temperatur flüssig sind, aber fest oder geliert bei Körpertemperatur, können ebenfalls eingesetzt werden. Es sind verschiedene thermoreversible Polymere bekannt, einschließlich natürlicher gelbildender Materialien wie Agarose, Agar, Furcellaran, Beta-Carrageenan, Beta-1,3-Glucanen, wie Curdlan, Gelatine oder Polyoxyalkylen-haltige Verbindungen, wie sie oben beschrieben werden. Spezifische Beispiele sind wärmehärtbare biologisch abbaubare Polymere für den Einsatz in vivo, wie sie im US-Patent Nr. 4 938 763 an Dunn et al. beschrieben werden.
Diese Polymere können von Quellen sie Sigma Chemical Co., St. Louis, Missouri, Polysciences, Warrenton, Pennsylvania, Aldrich, Milwaukee, Wisconsin, Fluka, Ronkonkoma, New York, und BioRad, Richmond, Kalifornien, bezogen werden, oder sie können unter Einsatz von Standardverfahren aus Monomeren synthetisiert werden, die von diesen oder anderen Firmen bezogen werden können.
Bildung polymerer Mikrokügelchen
Eine große Vielzahl von Polymeren kann zur Bildung von Mikrokügelchen eingesetzt werden, wobei die Polymeroberfläche des Mikrokügelchens eine Metallverbindung inkorporiert enthält, die die bioadhäsiven Eigenschaften des Mikrokügelchens, wie die Fähigkeit des Mikrokügelchens, an Mucosamembranen zu haften, verbessert. Die Metallverbindungen, wie wasserunlösliche Metalloxide, die die bioadhäsiven Eigenschaften des Polymers verbessern, werden vorzugsweise vor der Bildung der Mikrokügelchen in das Polymer inkorporiert. So, wie der Begriff hier verwendet wird, schließt „Mikrokügelchen" Mikroteilchen und Mikrokapseln mit einem Kern aus einem anderen Material als dem der Außenwand ein. Im Allgemeinen haben die Mikrokügelchen einen Durchmesser vom Nanometerbereich bis ungefähr 5 mm. Das Mikrokügelchen kann vollständig aus einem bioadhäsiven Polymer, das eine Metallverbindung, wie ein wasserunlösliches Metalloxid, inkorporiert enthält, bestehen, oder es kann lediglich eine äußere Beschichtung aus einem bioadhäsiven Polymer, das die Metallverbindung inkorporiert enthält, aufweisen.
Bei einer Ausführungsform können Mikrokügelchen aus Polymilchsäure mittels Verfahren hergestellt werden, zu denen eine Lösemittelverdampfung, eine Heißschmelzmikroverkapselung und ein Sprühtrocknen gehören. Polyanhydride aus Bis-carboxyphenoxypropan und Sebacinsäure oder Poly(fumarsäure-co-sebacinsäure) können über eine Heißschmelzmikroverkapselung präpariert werden. Mikrokügelchen aus Polystyrol können über eine Lösemittelverdampfung präpariert werden. Mikrokügelchen aus einem Hydrogel können durch das Tropfen einer Polymerlösung, wie Alginat, Chitosan, Alginat/Polyethylenimin (PEI) und Carboxymethylcellulose (CMC), aus einem Reservoir durch eine Vorrichtung, die Mikrotröpfchen bildet, in ein gerührtes ionisches Bad hergestellt werden, wie es in PCT WO 93/21906, veröffentlicht am 11. November 1993, offenbart wurde.
Es kann eine oder es können mehrere Metallverbindung(en) in die polymeren Mikrokügelchen inkorporiert werden, und zwar entweder vor oder nach ihrer Bildung. Zum Beispiel können wasserunlösliche Metallverbindungen, wie ein wasserunlösliches Metalloxid, in die Mikrokügelchen inkorporiert werden, indem eine feingemahlene Dispersion von Teilchen eines Metalloxids in einer Lösung oder Dispersion mit dem Polymer vor der Bildung des Mikrokügelchens über Verfahren, wie sie weiter unten beschrieben werden, vereinigt wird. Alternativ kann die Metallverbindung nach der Bildung des Mikrokügelchens in das Polymer inkorporiert werden, zum Beispiel durch das Dispergieren des Mikrokügelchens in einer Lösung oder Dispersion der Metallverbindung und das anschließende Entfernen des Lösemittels über eine Verdampfung oder Filtration. Die Metallverbindung kann zum Beispiel über ionische Wechselwirkungen in das Polymer inkorporiert werden. Es ist nur erforderlich, dass die Metallverbindung in die Oberfläche der Mikrokapsel inkorporiert wird, um es der Metallverbindung zu ermöglichen, die Bioadhäsion der Mikrokapsel an Gewebeoberflächen, wie Mucosamembranoberflächen, zu ermöglichen, oder dass ein Abbau, eine Auflösung oder eine Schwellung der äußeren Schichten erfolgen kann, damit die Metallverbindung mit der Zeit exponiert wird.
A. Lösemittelverdampfung
Verfahren zur Bildung von Mikrokügelchen mit Hilfe von Techniken einer Lösemittelverdampfung werden bei E. Mathiowitz et al., J. Scanning Microscopy 4, 329 (1990), L. R. Beck et al., Fertil. Steril. 31, 545 (1979) und S. Benita et al., J. Pharm. Sci. 73, 1721 (1984) beschrieben. Das Polymer wird in einem flüchtigen organischen Lösemittel, wie Methylenchlorid, aufgelöst. Es wird eine Substanz, die inkorporiert werden soll, zu der Lösung gegeben, und die Mischung wird in einer wässrigen Lösung suspendiert, die ein oberflächenaktives Mittel, wie Poly(vinylalkohol), enthält. Die resultierende Emulsion wird gerührt, bis der größte Teil des organischen Lösemittels verdampft ist, wobei feste Mikrokügelchen zurückbleiben. Es können Mikrokügelchen mit unterschiedlichen Größen (1–1000 μm) und Morphologien mittels dieses Verfahrens erhalten werden. Dieses Verfahren ist für relativ stabile Polymere, wie Polyester und Polystyrol, nützlich. Labile Polymere, wie Polyanhydride, können sich jedoch während des Herstellungsprozesses als Folge der Gegenwart von Wasser zersetzen. Für diese Polymere sind einige der folgenden Verfahren, die in vollständig wasserfreien organischen Lösemitteln durchgeführt werden, nützlicher.
B. Heißschmelzmikroverkapselung
Mikrokügelchen können aus Polymeren, wie Polyestern und Polyanhydriden, über Heißschmelzmikroverkapselungsverfahren hergestellt werden, wie es bei Mathiowitz et al., Reactive Polymers 6, 275 (1987), beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird der Einsatz von Polymeren mit Molekulargewichten zwischen 3 000 und 75 000 Dalton bevorzugt. Bei diesem Verfahren wird das Polymer zuerst geschmolzen und dann mit den festen Teilchen einer Substanz, die inkorporiert werden soll, die auf eine Größe von unter 50 μm gesiebt wurden, gemischt. Die Mischung wird in einem Lösemittel, in dem sie nicht löslich ist (wie Siliconöl), suspendiert und unter kontinuierlichem Rühren auf eine Temperatur von 5°C über dem Schmelzpunkt des Polymers erhitzt. Sobald sich die Emulsion stabilisiert hat, wird sie abgekühlt, bis die Polymerteilchen fest werden. Die resultierenden Mikrokügelchen werden durch Dekantieren mit Petrolether gewaschen, wodurch ein freifließendes Pulver erhalten wird. Mikrokügelchen mit Größen zwischen 1 und 1000 μm werden mit diesem Verfahren erhalten.
C. Lösemittelextraktion
Diese Technik ist in erster Linie für Polyanhydride ausgelegt, und sie wird zum Beispiel in PCT WO 93/21906, veröffentlicht am 11. November 1993, beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Substanz, die inkorporiert werden soll, in einer Lösung des ausgewählten Polymers in einem flüchtigen organischen Lösemittel, wie Methylenchlorid, dispergiert oder gelöst. Diese Mischung wird durch Rühren in einem organischen Öl, wie Siliconöl, unter Bildung einer Emulsion suspendiert. Mikrokügelchen im Bereich zwischen 1 und 300 μm können mittels dieses Verfahrens erhalten werden.
D. Sprühtrocknen
Verfahren zur Bildung von Mikrokügelchen mittels Sprühtrocknungstechniken werden in USSN 08/467 811, eingereicht am 7. August 1995, beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das Polymer in einem organischen Lösemittel, wie Methylenchlorid, gelöst. Eine bekannte Menge einer Substanz, die inkorporiert werden soll, wird in der Polymerlösung suspendiert (unlösliches Mittel) oder gelöst (lösliches Mittel). Die Lösung oder die Dispersion wird dann sprühgetrocknet. Es werden Mikrokügelchen im Bereich zwischen 1 und 10 μm erhalten. Dieses Verfahren ist für die Herstellung von Mikrokügelchen für eine bildgebende Darstellung des Intestinaltrakts nützlich. Mittels des Verfahrens können zusätzlich zu Metallverbindungen diagnostische Mittel für bildgebende Verfahren, wie Gase, in die Mikrokügelchen inkorporiert werden.
E. Phaseninversion
Mikrokügelchen können aus Polymeren mittels eines Phaseninversionsverfahrens hergestellt werden, bei dem ein Polymer in einem guten Lösemittel gelöst wird, feine Teilchen einer Substanz, die inkorporiert werden soll, wie eines Arzneimittels, werden mit der Polymerlösung gemischt oder in ihr gelöst, und die Mischung wird in ein ausgeprägtes Nichtlösemittel für das Polymer gegossen, wobei sich unter günstigen Bedingungen spontan polymere Mikrokügelchen bilden, bei denen das Polymer entweder die Teilchen überzieht oder die Teilchen im Polymer dispergiert sind. Das Verfahren kann zur Erzeugung von Mikrokügelchen mit einem breiten Bereich an Größen eingesetzt werden, die zum Beispiel von ungefähr 100 nm bis ungefähr 10 μm reichen. Zu exemplarischen Polymeren, die verwendet werden können, gehören Polyvinylphenol und Polymilchsäure. Zu Substanzen, die inkorporiert werden können, gehören zum Beispiel Mittel für eine bildgebende Darstellung, wie fluoreszierende Farbstoffe, oder biologisch aktive Moleküle, wie Proteine oder Nukleinsäuren.
F. Mikroverkapselung von Proteinen
Proteinmikrokügelchen können über eine Phasentrennung in einem Nichtlösemittel, an die sich die Entfernung des Lösemittels anschließt, gebildet werden, wie es im US-Patent Nr. 5 271 961 an Mathiowitz et al. beschrieben wird. Zu Proteinen, die eingesetzt werden können, gehören Prolamine, wie Zein.
Es können außerdem Mischungen von Proteinen oder eine Mischung von Proteinen und einem biologisch abbaubaren polymeren Material, wie einem Polylactid, eingesetzt werden. Bei einer Ausführungsform werden eine Prolaminlösung und eine Substanz, die inkorporiert werden soll, mit einer zweiten Flüssigkeit von eingeschränkter Mischbarkeit mit dem Lösemittel des Prolamins in Kontakt gebracht, und die Mischung wird zur Bildung einer Dispersion gerührt. Das Lösemittel des Prolamins wird dann zur Erzeugung von stabilen Prolamin-Mikrokügelchen ohne eine Vernetzung oder Wärmedenaturierung entfernt. Zu weiteren Prolaminen, die eingesetzt werden können, gehören Gliadin, Hordein und Kafirin. Zu Substanzen, die in die Mikrokügelchen inkorporiert werden können, gehören, zusätzlich zur Metallverbindung, Pharmazeutika, Pestizide, Nährstoffe und Mittel für eine bildgebende Darstellung.
G. Tieftemperaturgießen von Mikrokügelchen
Verfahren für das Tieftemperaturgießen von Mikrokügelchen für eine verzögerte Freisetzung werden im US-Patent Nr. 5 019 400 an Gombotz et al. beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein Polymer in einem Lösemittel zusammen mit einer gelösten oder dispergierten Substanz, die inkorporiert werden soll, gelöst, und die Mischung wird in ein Gefäß, das ein flüssiges Nichtlösemittel bei einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes der Lösung aus dem Polymer und der Substanz enthält, atomisiert, wobei die Polymertröpfchen gefrieren. Beim Erwärmen der Tröpfchen und des Nichtlösemittels für das Polymer taut das Lösemittel in den Tröpfchen und wird in das Nichtlösemittel extrahiert, was zur Härtung der Mikrokügelchen führt.
Zusätzlich zur Metallverbindung können biologische Mittel, wie Proteine, kurzkettige Peptide, Polysaccharide, Nukleinsäuren, Lipide, Steroide und organische und anorganische Arzneimittel, in die Mikrokügelchen inkorporiert werden. Zu Polymeren, die zur Bildung der Mikrokügelchen eingesetzt werden können, gehören, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein, Poly(milchsäure), Poly(milchsäure-co-glykolsäure), Poly(caprolacton), Polycarbonate, Polyamide und Polyanhydride. Die mittels dieses Verfahrens gebildeten Mikrokügelchen haben im Allgemeinen eine Größe von 5 bis 1000 μm, vorzugsweise zwischen ungefähr 30 und 50 μm.
H. Doppelwandige Mikrokapseln
Verfahren zur Herstellung polymerer Mikrokügelchen mit mehreren Wänden werden in USSN 08/478 103, eingereicht am 7. Juni 1995, beschrieben. Bei einer Ausführungsform werden zwei hydrophile Polymere in einer wässrigen Lösung gelöst. Eine Substanz, die inkorporiert werden soll, wird in der Polymerlösung dispergiert oder gelöst, und die Mischung wird in einer kontinuierlichen Phase suspendiert. Das Lösemittel wird dann langsam abgedampft, wobei Mikrokügelchen mit einem inneren Kern, der aus einem Polymer besteht, und einer äußeren Schicht aus dem zweiten Polymer erzeugt werden. Die kontinuierliche Phase kann entweder ein organisches Öl, ein flüchtiges organisches Lösemittel oder eine wässrige Lösung sein, die ein drittes Polymer enthält, das nicht in der ersten Mischung der Polymere löslich ist und beim Rühren der Mischung zu einer Phasentrennung der ersten beiden Polymere führt.
Mehrschichtige polymere Vorrichtungen für die Zuführung von Arzneimitteln, Proteinen oder Zellen können mittels dieses Verfahrens aus zwei oder mehr hydrophilen Polymeren gebildet werden. Es können beliebige zwei oder mehr unterschiedliche, biologisch abbaubare oder nicht abbaubare, wasserlösliche Polymere, die bei einer bestimmten Konzentration, die von ihren Phasendiagrammen vorgegeben wird, nicht ineinander löslich sind, eingesetzt werden. Die mehrschichtigen Mikrokapseln haben gleichförmig dicke Polymerschichten und können zusätzlich zur Metallverbindung verschiedene Substanzen enthalten, einschließlich biologisch aktiver Mittel, wie Arzneimittel oder Zellen, oder diagnostischer Mittel, wie Farbstoffe.
Mikrokügelchen, die einen Polymerkern aus einem ersten Polymer und eine gleichmäßige Beschichtung aus einem zweiten Polymer sowie eine Substanz, die in wenigstens eines der Polymere inkorporiert ist, enthalten, können hergestellt werden, wie es im US-Patent Nr. 4 861 627 beschrieben ist.
I. Mikrokügelchen aus einem Hydrogel
Mikrokügelchen aus Polymeren vom Geltyp, wie Alginat, werden über herkömmliche Techniken einer ionischen Gelbildung erzeugt. Das Polymer wird zuerst in einer wässrigen Lösung gelöst, mit einer Substanz gemischt, die inkorporiert werden soll, und dann durch eine Vorrichtung, die Mikrotröpfchen bildet und die in bestimmten Fällen einen Strom von Stickstoffgas zur Zerkleinerung der Tröpfchen einsetzt, extrudiert. Ein langsam gerührtes ionisches Härtungsbad ist unterhalb der Extrudiervorrichtung angeordnet, um die sich bildenden Mikrotröpfchen aufzufangen. Man lässt die Mikrokügelchen 20 bis 30 Minuten im Bad inkubieren, um genügend Zeit für eine Gelbildung bereitzustellen. Die Teilchengröße der Mikrokügelchen wird über die Verwendung von Extrudern unterschiedlicher Größe oder durch das Variieren der Flussgeschwindigkeiten entweder des Stickstoffgases oder der Polymerlösung gesteuert.
Mikrokügelchen aus Chitosan können durch das Auflösen des Polymers in einer sauren Lösung und Vernetzen mit Tripolyphosphat hergestellt werden. Mikrokügelchen aus Carboxymethylcellulose (CMC) können durch das Auflösen des Polymers in einer sauren Lösung und das Ausfällen der Mikrokügelchen mit Bleiionen hergestellt werden. Es kann Alginat/Polyethylenimid (PEI) zur Verminderung der Zahl der Carboxygruppen auf der Alginatmikrokapsel präpariert werden. Der Vorteil dieser Systeme liegt in der Möglichkeit, ihre Oberflächeneigenschaften über den Einsatz unterschiedlicher chemischer Verfahren weiter modifizieren zu können. Im Falle negativ geladener Polymere (z.B. Alginat, CMC) können positiv geladene Liganden (z.B. Polylysin, Polyethylenimin) mit unterschiedlichen Molekulargewichten ionisch befestigt werden.
Therapeutische und diagnostische Mittel
Polymere, die eine Metallverbindung inkorporiert enthalten, die die bioadhäsiven Eigenschaften des Polymers verbessert, können zur Bildung oder zur Beschichtung von Vorrichtungen für eine Arzneimittelzufuhr, wie von Mikrokügelchen oder Tabletten, verwendet werden, die ein beliebiges aus einer großen Zahl therapeutischer und diagnostischer Mittel enthalten. Die Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr können z.B. oral, rektal, nasal oder vaginal verabreicht werden.
Bei einer Ausführungsform können die Polymere, die eine wasserunlösliche Metallverbindung inkorporiert enthalten, dazu eingesetzt werden, bioadhäsive Mikrokügelchen zu bilden, die ein Arzneimittel enthalten, das entweder im gesamten Polymer dispergiert ist oder das in einem Bereich oder mehreren Bereichen im Inneren des Mikrokügelchens dispergiert ist. Ein beliebiges Material aus einer großen Vielzahl von Materialien kann unter Einsatz von Standardtechniken in die Mikrokügelchen inkorporiert werden, einschließlich von organischen Verbindungen, anorganischen Verbindungen, Proteinen, Polysacchariden und Nukleinsäuren, wie DNA. Beispiele für nützliche Proteine sind Hormone, wie Insulin, Wachstumshormone einschließlich von Somatomedinen, Transforming Growth Factors und andere Wachstumsfaktoren, Antigene für orale Impfstoffe, Enzyme, wie Lactase oder Lipasen, und Verdauungshilfen, wie Pancreatin. Die Polymere, die die Metallverbindung und das diagnostische oder therapeutische Mittel inkorporiert enthalten, können mittels Verfahren, die in diesem Gebiet zur Verfügung stehen, auch als Tablette formuliert werden.
Die Inkorporation von Metallverbindungen in Polymere erhöht ihre Fähigkeit zur Bindung an Mucosamembranen. Somit kann die Inkorporation von Metallverbindungen in die Polymere die Adhäsion der Polymere an Mucosamembranen von Säugetieren erhöhen, einschließlich derjenigen des gesamten Gastrointestinaltrakts, des Respirationstrakts, des Exkretionstrakts und des Reproduktionstrakts, und somit kann sie die Zufuhr von Arzneimitteln, die in die Polymere inkorporiert sind, verbessern. Die Arzneimittelzufuhrsysteme können somit für eine gastrointestinale, vaginale oder respiratorische Zuführung eines ausgewählten Arzneimittels oder diagnostischen Mittels eingesetzt werden. Polymere in Form von, zum Beispiel, Mikrokügelchen können in einem pharmazeutisch annehmbaren Träger als, zum Beispiel, eine Suspension oder Salbe den Mucosamembranen über, zum Beispiel, die Nase, den Mund, das Rektum oder die Vagina zugeführt werden. Pharmazeutisch annehmbare Träger für, zum Beispiel, orale oder topische Verabreichungen sind bekannt, und sie werden auf der Basis ihrer Kompatibiliät mit dem Polymermaterial ausgewählt. Zu weiteren Trägern gehören Füllmittel, wie Metamucil^TM.
Zu therapeutischen oder diagnostischen Mitteln, die in Mikrokügelchen oder andere Vorrichtungen für eine Arzneimittelzufuhr zur Applikation auf die Auskleidung der Vagina oder anderer, mit Mucosamembranen ausgekleideter Körperöffnungen, wie des Rektums, inkorporiert werden können, gehören spermizide Mittel und solche gegen Hefen oder Trichomonaden und Mittel gegen Hämorrhoiden. Die die Metallverbindung enthaltenden Polymere können in jedem beliebigen, an der Schleimhaut haftenden Zufuhrsystem eingesetzt werden, einschließlich von Systemen für eine gastrointestinale und eine vaginale Zufuhr. Zum Beispiel können die Polymere, die eine Metallverbindung inkorporiert enthalten, zur Verbesserung der Adhäsion von Vaginalringen, die für die Zuführung von Kontrazeptiva oder Hormonen eingesetzt werden, oder zur Verbesserung der Verweildauer von osmotischen Pumpen verwendet werden. Mikrokügelchen können auch für eine Adhäsion und Zufuhr chemotherapeutischer Mittel an bzw. zu Tumorzellen formuliert sein.
Polymere Materialien, wie Mikrokügelchen, die die Bioadhäsivität fördernde Metallverbindungen inkorporiert enthalten, sind für die orale Verabreichung einer großen Vielzahl von Arzneimitteln nützlich, wie von Sulfonamiden (z.B. Sulfasalazin) und Glucocorticoiden (z.B. Betamethason), die zur Behandlung von Darmerkrankungen verwendet werden. Beispiele für andere nützliche Arzneimittel sind Mittel gegen Geschwüre, wie Carafat^TM von Marion Pharmaceuticals, Neurotransmitter, wie L-DOPA, Antihypertensiva oder Saluretika, wie Metolazon von Searle Pharmaceuticals, Carboanhydraseinhibitoren, wie Acetazolamid von Lederle Pharmaceuticals, insulinartige Arzneimittel, wie Glyburid, ein die Blutglucose senkendes Arzneimittel der Sulfonylharnstoffklasse, synthetische Hormone, wie Android F von Brown Pharmaceuticals und Testred (Methyltestosteron) von ICN Pharmaceuticals, und Mittel gegen Parasiten, wie Mebendzol (Vermox^TM, Jannsen Pharmaceutical) und Wachstumsfaktoren, wie der Fibroblast Growth Factor („FGF"), der Platelet-derived Growth Factor („PDGF"), der Epidermal Growth Factor („EGF") und der Tissue Growth Factor-β ("TGF-β").
Polymere Mikrokügelchen, die eine Metallverbindung zur Verbesserung der Bioadhäsion und ein Arzneimittel wie Sulfasalazin enthalten, sind besonders für die Behandlung entzündlicher Darmkrankheiten, wie der ulzerativen Colitis und der Crohn-Krankheit, nützlich. Bei der ulzerativen Colitis ist die Entzündung auf das Colon beschränkt, währen bei der Crohn-Krankheit die entzündlichen Schäden im gesamten Gastrointestinaltrakt, vom Mund bis zum Rektum, auftreten können. Sulfasalazin ist eines der Arzneimittel, das zur Behandlung dieser Erkrankungen eingesetzt wird. Sulfasalazin wird durch Bakterien im Colon zur Sulfapyridin, einem Antibiotikum, und 5-Aminosalicylsäure, einem entzündungshemmenden Mittel gespalten. Die 5-Aminosalicylsäure ist das aktive Arzneimittel und wird lokal benötigt. Die polymeren Systeme für die Arzneimittelzufuhr können die Therapie verbessern, indem sie das Arzneimittel für eine längere Zeit im Intestinaltrakt zurückhalten. Für die Crohn-Krankheit ist die Zurückhaltung von 5-Aminosalicylsäure im oberen Darmabschnitt von großer Bedeutung, da Bakterien das Sulfasalazin im Colon spalten, und der übliche Weg zur Behandlung von Entzündungen im oberen Darm ist die lokale Verabreichung von 5-Aminosalicylsäure.
Die polymeren Mikrokügelchen können auch für orale Impfstoffe verwendet werden. Mikrokügelchen, die Antigene für den Einsatz als Impfstoff inkorporiert enthalten, können so hergestellt werden, dass sie im Gastrointestinaltrakt unterschiedliche Verweilzeiten haben. Die unterschiedlichen Verweilzeiten können unter anderem die Produktion von mehr als einem Antikörpertyp (IgG, IgM, IgA, IgE etc.) stimulieren.
Die Größe der Mikrokügelchen kann so gewählt werden, dass die Aufnahme der Mikrokügelchen optimiert wird, allein oder in Kombination mit anderen Faktoren, einschließlich der Polymerzusammensetzung. So, wie der Begriff hier verwendet wird, sind „Mikrokügelchen" definiert als polymere Teilchen oder Kapseln mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 5 mm (5000 μm) oder weniger, einschließlich von Teilchen oder Kapseln mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm, im Mikrometerbereich, oder, zum Beispiel, von weniger als 1 μm, im Nanometerbereich, zum Beispiel von 100–1000 nm.
Bei einer Ausführungsform können Mikrokügelchen mit einem Durchmesser von unter ungefähr 10 μm eingesetzt werden. Eine verbesserte Aufnahme wird erreicht, wenn die polymeren Mikrokügelchen mit einem Metalloxid beladen sind und so hergestellt werden, dass sie kleiner als 3 μm sind. Bei einer Ausführungsform können Mikrokügelchen mit einem Durchmesser zwischen ungefähr 2 und 5 μm verwendet werden, um die Aufnahme in darmassoziiertes lymphatisches Gewebe, insbesondere in lymphatische Zellen und phagozytierende Zellen, zu verbessern. Außerdem können Mikrokügelchen von weniger als ungefähr 2 μm oder, gegebenenfalls, weniger als ungefähr 1 μm im Durchmesser verwendet werden, um die Aufnahme durch nicht-lymphathische Zellen und nicht-phagozytierende Zellen zu verbessern. Zur Verminderung der Aufnahme können Mikrokügelchen mit einem Durchmesser von über 10 μm verwendet werden, zum Beispiel zur Verbesserung der Zuführung eines Arzneimittels oder diagnostischen Mittels in den Mikrokügelchen in den Gastrointestinaltrakt.
Polymere, die eine Metallverbindung enthalten, können auch dazu verwendet werden, Mikrokügelchen für die orale oder intravenöse Verabreichung radioopaker Materialen zur bildgebenden Darstellung zu beschichten oder zu bilden. Bei einer bevorzugten Methode der bildgebenden Darstellung wird ein radioopakes Material, wie Barium, mit dem Polymer, das die Metallverbindung inkorporiert enthält, beschichtet. Beispiele für andere radioopaken Materialien sind Gase oder gasfreisetzende Materialien. Es können andere radioaktive Materialien oder magnetische Materialien anstelle der radioopaken Materialien oder zusätzlich zu diesen verwendet werden.
Polymere, die Metallverbindungen inkorporiert enthalten, können auch zur Bildung oder Beschichtung von Vorrichtungen eingesetzt werden, die für eine perivaskuläre Behandlung zur Verhinderung einer Restenose von Blutgefäßen nach einer Ballonangioplastie eingesetzt werden können. Die die Metallverbindung enthaltenden Vorrichtungen können außerhalb der Wände des geschädigten Blutgefäßes implantiert werden, und die bioadhäsiven Eigenschaften können dazu eingesetzt werden, die Vorrichtungen an der Implantationsstelle zu halten und der Gefäßwand antiproliferative oder thrombolytische Arzneimittel zuzuführen, wie von E. Edelman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 30, 1513–1517, beschrieben wird.
Die Polymere, die eine wasserunlösliche Metallverbindung inkorporiert enthalten, können auch in Anwendungen für eine verzögerte Freisetzung von Antiarrhythmika eingesetzt werden. R. Levy et al., J. Pharm. Sci. 83, 156–1643 (1994), beschreiben den Einsatz am Herzen befestigter, nicht-bioadhäsiver polymerer Implantate für die Zufuhr von Arzneimitteln zur Verhinderung von Arrhythmien. Bioadhäsive Mikrokügelchen, die wasserunlösliche Metalloxide inkorporiert enthalten, könnten für die ortsspezifische Zufuhr von Wachstumsfaktoren oder anderen bioaktiven Arzneimitteln zum Herzen nach der Befestigung am Herzbeutel eingesetzt werden. Die Zufuhr bioaktiver Arzneimittel zum Herzen unter Verwendung von Mikrokügelchen aus Alginat wurde von K. Harada of al., J. Clin. Invest. 94, 623–630 (1994), beschrieben.
Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr
Die Bioadhäsion einer beliebigen aus einer großen Vielzahl verschiedener polymerer Vorrichtungen für die Arzneimittelzufuhr kann über die Inkorporation einer wasserunlöslichen Metallverbindung in das Polymer verbessert werden. Bei einer Ausführungsform können Polymere, die eine wasserunlösliche Metallverbindung inkorporiert enthalten, zur Bildung von Zufuhrvorrichtungen aus Mikrokügelchen oder zur Beschichtung fertiger Mikrokügelchen verwendet werden. Folien, Beschichtungen und andere Vorrichtungen können ebenfalls aus Polymeren, die eine wasserunlösliche Metallverbindung inkorporiert enthalten, zur Verbesserung der Bioadhäsivität der Vorrichtungen erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein polymerer Überzug aus einem Polymer, das eine wasserunlösliche Metallverbindung inkorporiert enthält, auf Vorrichtungen für eine verzögerte Arzneimittelzufuhr aufgetragen werden, die von Mikrokügelchen im Mikrometerbereich zu Pumpen, wie osmotischen Pumpen, im Millimeterbereich reichen, oder auf Zufuhrvorrichtungen wie Vaginalringe. Die Bioadhäsivität der Vorrichtungen kann dadurch verbessert werden, und somit kann ihre Wirksamkeit hinsichtlich Anwendungen für eine Arzneimittelzufuhr verbessert werden.
Die Folien und Beschichtungen können mittels Verfahren gebildet werden, die auf diesem Gebiet zur Verfügung stehen und zu denen, zum Beispiel, ein Filmgießen, ein Extrudieren, ein Schmelzgießen, ein Pressen, ein Formen und Beschichtungstechniken wie ein Trogbeschichten gehören. Bei einer Ausführungsform kann die Metallverbindung zum Beispiel für die Beschichtung großer Tabletten in Beschichtungen inkorporiert werden, die über Fließbetten aufgetragen wurden. Zu den Vorteilen der bioadhäsiven Vorrichtungen für eine Arzneimittelzufuhr gehören eine erhöhte Bioverfügbarkeit, der Schutz labiler Arzneimittel vor einer Inaktivierung durch Verdauungsenzyme oder andere hydrolytische Prozesse und eine verbesserte Compliance der Patienten aufgrund reduzierter Dosierungsregimen. Vorteilhafterweise können von der FDA zugelassene Metallverbindungen, wie Zinkoxid, eingesetzt werden. Zur Erhöhung der Bioadhäsion sollte die Metallverbindung auf der Oberfläche der Vorrichtung vorliegen, aber immer noch im Polymer eingeschlossen sein. Außerdem muss die Beladung mit der Metallverbindung ausreichen, die Bioadhäsion ohne eine Störung der strukturellen Integrität der Vorrichtung zu erhöhen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele noch klarer werden.
Beispiel 1: Verbesserung der bioadhäsiven Eigenschaften eines Polymers durch die Inkorporation wasserunlöslicher Metalloxide
Die Wirksamkeit von Metalloxiden bezüglich der Verbesserung der bioadhäsiven Eigenschaften der Polymere wurde mittels eines quantitativen In-vitro-Bioassays am gewendeten Darm getestet, der ein Maß für die Adhäsion des Polymers an der Darmmucosa liefert.
A. Präparation von Mikrokügelchen
Mikrokügelchen aus Poly(caprolacton) (PCL) wurden mittels der Technik der Lösemittelverdampfung hergestellt. Es wurde eine 10%ige Lösung von PCL (MG = 76 kDa) in Methylenchlorid hergestellt. Kontroll-Mikrokügelchen aus PCL wurden durch das Rühren der Polymerlösung in einer wässrigen Lösung von 0,2% (Gew./Vol.) Polyvinylalkohol präpariert. Die Mikrokügelchen wurden 1 Stunde gerührt, um die Verdampfung des Lösemittels zu ermöglichen, mit destilliertem Wasser gewaschen, eingefroren und lyophilisiert. FeO, CuO und NiO wurden mit Hilfe eines Mörsers und eines Pistills mikronisiert, um Teilchen im Größenbereich von 100–300 nm zu erzeugen. Zur Herstellung Metalloxid-beladener Mikrokügelchen wurde das Metalloxidpulver in der Polymerlösung durch Mischen und Sonifizieren dispergiert, ehe es zum PVA-Bad gegeben wurde, und der restliche Teil des Prozesses wurde durchgeführt, wie es für die Kontroll-Mikrokügelchen beschrieben wurde. Eine Untersuchung der Mikrokügelchen mittels Scanning-Elektronenmikroskopie („SEM") unter Verwendung eines S2700-Mikroskops von Hitachi zeigte, dass Eisen(III)-oxid- und Nickeloxid- Mikrokügelchen die meisten exponierten Teilchen auf der Oberfläche der Mikrokügelchen aufwiesen, und dass die Teilchen als Klumpen einzelner Teilchen auftraten.
Mikrokügelchen aus Poly(acrylnitril-vinylchlorid) (PAN-PVC) wurden durch das Sprühtrocknen einer 1,5%igen (Gew./Vol.) Lösung des Polymers in Aceton mit und ohne Eisen(III)-oxid (60% Gew./Gew.) hergestellt. Die resultierenden Mikrokügelchen hatten Größen im Bereich von 1 bis 20 μm. Die SEM zeigte, dass die Mikrokügelchen eine hohe Dichte von Eisenoxid, das in Form von Clustern auf der Oberfläche der Kügelchen exponiert war, sowie eine ausgeprägte Oberflächentextur aufwiesen.
B. In-vitro-Test auf bioadhäsive Eigenschaften
Die Wirksamkeit von Metalloxiden bezüglich der Verbesserung der bioadhäsiven Eigenschafen der polymeren Mikrokügelchen wurde mittels eines quantitativen In-vitro-Bioassays am gewendeten Darm getestet, der ein Maß für die Adhäsion der Polymere an die Darmmucosa liefert. Bei dem Test wurde der Darm einer Ratte mit Saline gewaschen, gewendet und zu flüssigkeitsgefüllten Säckchen mit einer Länge von 3 cm verarbeitet. Die Säckchen wurden 30 Minuten bei 37°C in 5 ml physiologischer Saline mit einem 60-mg-Aliquot der mit dem Metalloxid behandelten Mikrokügelchen oder mit dem Metalloxid unter einer rotierenden Bewegung inkubiert. Nach 30-minütiger Inkubation wurde die Menge der nicht-gebundenen Kügelchen nach dem Lyophilisieren gravimetrisch bestimmt und zur Berechnung des prozentualen Anteils der an die Darmmucosa gebundenen Kügelchen verwendet. Der Parameter „%" gebunden" wurde somit als ein Indikator für die Bioadhäsion der Mikrokügelchen bestimmt.
Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des In-vitro-Tests der bioadhäsiven Eigenschaften der Metalloxid-behandelten polymeren Mikrokügelchen aus PCL und PAN-PVC. Mikrokügelchen aus Palycaprolacton und Polacrylnitril-vinylchlorid haben im Allgemeinen eine begrenzte Bioadhäsivität im Vergleich zu, zum Beispiel, Kügelchen aus Polymilchsäure, die eine beträchtliche Bioadhäsivität aufweisen. Die in der Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse veranschaulichen, dass sogar relativ niedrige Beladungen mit Eisen(III)-oxid (13% Gew./Gew.) in Mikrokügelchen aus nicht-bioadhäsiven Polymeren, wie Polycaprolacton, die bioadhäsiven Eigenschaften stark verbessern können.
TABELLE 1: Bioadhäsion von Polymeren
Wie in der Tabelle 1 gezeigt ist, wurde eine dreifache Zunahme der Bioadhäsion für Eisen(III)oxid-beladene Mikrokügelchen aus Polycaprolacton erhalten (29% gebunden für die Eisen-beladenen Kügelchen gegenüber 9% für die Kontrollkügelchen), und eine 1,5-fache Erhöhung der Bioadhäsion wurde für Kupferoxid- und Nickeloxid-beladene Mikrokügelchen gefunden (15% und 12% gebunden für Kupferoxid bzw. Nickeloxid gegenüber 9% für die Kontrolle). Das nicht verkapselte mikronisierte FeO-Pulver zeigte die gleiche Bioadhäsion wie die mit FeO beladenen polymeren Kügelchen (29%). Eine vierfache Erhöhung der Bioadhäsion wurde für Eisen(III)oxid-beladene Mikrokügelchen aus PAN-PVC erhalten (27% gebunden für die Eisen-beladenen Kügelchen gegenüber 7% für die Kontrollkügelchen).
Beispiel 2: Eisen(III)-oxid-beladene Mikrokügelchen aus Zein
Mikrokügelchen aus Zein (Prolamin) wurden über die Wärmehärtung einer emulgierten alkoholischen Zeinlösung in einem Maisölbad hergestellt. Die Kügelchen wurden entweder als Kontrollen oder mit einer Eisen(III)-oxidbeladung (54,5% Gew./Gew.) hergestellt und mit Petrolether zur Entfernung von restlichem Öl gewaschen und luftgetrocknet. Die resultierenden Mikrokügelchen lagen im Größenbereich von 1–30 μm. Die Kügelchen wurden mittels des im Beispiel 1 beschriebenen Bioassays am gewendeten Rattendarm getestet, und die Ergebnisse zeigten, dass das Eisen(III)-oxid die Bioadhäsion auf das Doppelte erhöhte (48% für Eisen(III)-oxid-beladene Kügelchen gegenüber 28% für Kontrollkügelchen). Die SEM zeigte, dass die beladenen Kügelchen aus Zein im Vergleich zur glatten Oberflächenmorphologie der Kontrollkügelchen eine sehr hohe Dichte von Eisenclustern zeigten.
Beispiel 3: Eisen(III)-oxid-beladene Mikrokügelchen aus Poly(fumarsäure-co-sebacinsäure)
Poly(fumarsäure-co-sebacinsäure) 20:80 (P(FA:SA) 20:80, 6 kDa), ein über die Schmelzkondensation von Präpolymeren synthetisiertes Polyanhydrid, wurde mittels der Heißschmelztechnik zu Mikrokügelchen verarbeitet. Das Polymer wurde bei 80°C geschmolzen, mit Eisen(III)-oxidpulver unter Erzeugung einer 12%igen (Gew./Gew.) Beladung gemischt und unter Rühren in 90°C heißem Siliconöl dispergiert. Die resultierende Emulsion des schmelzflüssigen Polymers in Öl wurde durch das Abkühlen des Systems auf Raumtemperatur gehärtet, und die festen Kügelchen wurden durch Filtration gewonnen und mit Petrolether zur Entfernung des Öls gewaschen. Die Kügelchen wurden auf einen Größenbereich von 106–500 μm gesiebt und mittels des im Beispiel 1 beschriebenen Bioassays am gewendeten Rattendarm getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass 44% der Ausgangsdosis der Kügelchen am Dünndarm hafteten. Die SEM zeigte, dass das Eisenoxid gleichmäßig über die Kügelchen verteilt war und Eisen(III)-oxid in hoher Dichte auf der Oberfläche vorlag.
Beispiel 4: Eisen(III)-oxid-beladene Mikrokügelchen aus Polystyrol
Mikrokügelchen aus Polystyrol (2 kDa), die 40% (Gew./Gew.) Eisen(III)-oxid enthielten, wurden mit einem Größenbereich von 10–300 μm durch eine Lösemittelverdampfung hergestellt. Die Mikrokügelchen wurden mittels des im Beispiel 1 beschriebenen Bioassays am gewendeten Rattendarm getestet, der zeigte, dass 38% der Ausgangsdosis der Mikrokügelchen an den Dünndarm gebunden waren.
Beispiel 5: Eisen(III)-oxid-beladene Polycaprolacton-beschichtete Glaskügelchen – In-vivo-Studie
Glaskügelchen (212–300 μm) wurden mit einer „dünnen" (10–50 μm) Beschichtung aus Polycaprolacton (PCL), die Eisen(III)-oxid enthielt, mittels eines „Tauch-Phaseninversion"- Verfahrens überzogen. Es wurden, um das Ganze kurz zusammenzufassen, 300 mg der Kügelchen 10 s in 5 mL einer Lösung von 20% PCL in Methylenchlorid (Gew./Vol., MG = 76 kDa), die mikronisiertes Eisen(III)-oxid in einer Beladung von 16,7% (Gew./Gew. des Polymers) eingetaucht, und anschließend ließ man die Polymerlösung abtropfen. Die Kügelchen wurden in 20 mL Petrolether gespült, einem Nichtlösemittel für die Polymerlösung (bei gleichzeitiger Mischbarkeit mit Methylenchlorid), kurz durch Schütteln und Sonifizieren in einem Bad für 30 s bewegt, aus der Flüssigkeit entnommen und luftgetrocknet. Da das Methylenchlorid die visköse Polymerlösung an den Glaskügelchen haften lässt und in das Nichtlösemittel (Petrolether) übertritt, fällt das PCL als zusammenhängender Überzug auf den Glaskügelchen über den Mechanismus einer „Phaseninversion" aus.
200 mg der beschichteten Kügelchen wurden in 1,5 mL Saline resuspendiert und über eine Magensonde einer 400 g schweren, nicht gehungerten Ratte verabreicht, die leicht mit Metofan (Methoxyfluran, hergestellt von Pitman-Moore, Mundelein, Illinois) anästhesiert worden war. Das Tier wurde nach 2,5 h getötet, und der gesamte Gastrointestinaltrakt wurde herausgeschnitten und untersucht. Beinahe 90% der Ausgangsdosis waren im Magen lokalisiert, vermischt mit dem Mageninhalt. Nach der Entfernung des Inhalts wurde beobachtet, dass sich viele Kügelchen in engem Kontakt mit der Mucosaauskleidung des Magens befanden, und dass die das Metalloxid enthaltende Polymerbeschichtung intakt war. Einzelne Gruppen der Kügelchen fanden sich im Jejunum, meistens in Form von im Mucus und im Darminhalt eingebetteten Klümpchen, aber immer noch in enger Nachbarschaft zur Mucosa. Keine Kügelchen fanden sich im unteren Gastrointestinaltrakt distal zum Ileum.
Beispiel 6: Eisen(III)-oxid-beladene Mikrokügelchen aus Zein – In-vivo-Studie
Eine nicht gehungerte Ratte von 400 g wurde mit Metofan anästhesiert und erhielt 100 mg Mikrokügelchen aus Zein, die 55% Eisen(III)-oxid (Gew./Gew.) enthielten und in 1,0 mL Saline suspendiert waren, über eine Magensonde verabreicht. Das Tier wurde nach 22 h getötet, und der gesamte Gastrointestinaltrakt wurde herausgeschnitten und untersucht. Die Teilchen wurden, in den Mucus und den Darminhalt eingebettet, über die gesamte Länge des Gastrointestinaltrakts beobachtet. Viele Kügelchen befanden sich in engem Kontakt mit dem Mucosaepithel. Die histologische Untersuchung ergab, dass sich die Kügelchen an den Spitzen der Villi mit den Zellen in Kontakt befanden.
Beispiel 7: Adhäsion von Mikrokügelchen an Abschnitte der Schweineaorta in vitro
Kleine Abschnitte der Schweineaorta (1,5 cm × 1,5 mm) wurden aufgeschlitzt und mit 50–60 mg der Mikrokügelchen, die unterschiedliche Polymere oder Metalloxid-haltige Beschichtungen enthielten, inkubiert. Die Proben wurden mittels der in den Beispielen 1 und 5 beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Ergebnisse des Tests sind in der Tabelle 2 unten gezeigt.
Tabelle 2: Adhäsion der Mikrokügelchen
Von allen getesteten Formulierungen zeigte nur das sprühgetrocknete PAN-PVC, das 60% FeO (Gew./Gew.) enthielt, eine Haftung an der lumenseitigen Oberfläche des Blutgefäßes, und das Ausmaß der Adhäsion war minimal. Die Adhäsion der Metall-beladenen Mikrokügelchen erfolgte in erster Linie an die Adventitia der Blutgefäße, das Bindegewebe, das Mesenterialgewebe und das Fettgewebe, das der Außenseite der Aorta anhaftete. Neun Prozent der Ausgangsdosis der PCL-Mikrokügelchen hafteten an den Gefäßen. Der Zusatz von FeO zu den Kügelchen (13 Gew./Gew.) erhöhte die Adhäsion auf 15% der Ausgangsdosis. Der Zusatz von 20% CuO zu den PCL-Mikrokügelchen verbesserte die Bioadhäsion nicht signifikant, und eine SEM-Analyse zeigte, dass keine CuO-Partikel auf der Oberfläche der Kügelchen vorhanden waren. Zur Erhöhung der Menge des CuO auf der Oberfläche der Kügelchen wurden Glasmikrokügelchen mit einer Beschichtung aus PCL überzogen, die 17% (Gew./Gew.) CuO enthielt, und die Bindung stieg auf 95% der Ausgangsdosis der Kügelchen an. Sprühgetrocknetes PAN-PVC mit 60% FeO (Gew./Gew.) zeigte eine Bindung von 38%, und die Oberfläche der Mikrokügelchen war sehr rau.
Beispiel 8: Sichtbarmachung der Aufnahme Eisen(III)-oxid-beladener Mikrokügelchen durch die Gastrointestinalmucosa nach oraler Fütterung mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM)
Mikrokügelchen aus Polystyrol (PS), die Eisen(III)-oxid enthielten, wurden über eine Lösemittelverdampfung hergestellt. Es wurde, um das Ganze kurz zusammenzufassen, eine Lösung von 20% PS in Methylenchlorid (Gew./Vol., MG = 2 kDa), die eine 30%ige Beladung (Gew./Polymergewicht) an mikronisiertem Eisen(III)-oxid enthielt, in 1 L einer gerührten Lösung von 0,5% Poly(vinylalkohol) (PVA, MG = 30–70 kDa) gegossen und mittels einer Kombination aus einem Scherrühren mit einem Virtis-Rotor (20 000 Upm mit flachen Schaufelblättern) und einer Sonifizierung mit einer Sonde dispergiert, um Mikrokügelchen zu erzeugen, die kleiner als 10 μm waren. Die Teilchen wurden zur Entfernung des PVA mit destilliertem Wasser gewaschen und durch Zentrifugation gesammelt.
Ungefähr 50 mg der Mikroteilchen in 1 mL Saline wurden über eine Magensonde einer Metofan-anästhesierten, nicht gehungerten Ratte von 800 g verabreicht. Das Tier wurde nach 1 h getötet, und Abschnitte des Dünndarms wurden entnommen und für die TEM präpariert. Es wurden Dünnschnitte (80–90 nm) des in Epoxidharz eingebetteten Gewebes mittels eines Mikrotoms mit Diamantmesser hergestellt und mit und ohne eine Färbung mit Uranylacetat-Bleiacetat bei einer Beschleunigungsspannung von 100 kV mit einem TEM EM 410 von Philips untersucht.
Eisenbeladene Mikroteilchen wurden im gesamten Dünndarm, sowohl im Lumen als auch in der resorptiven Mucosa, gefunden. Viele Mikrokügelchen fanden sich in engem Kontakt mit den Mikrovilli, aber überraschend viele Kügelchen wurden in den resorptiven Zellen des Darmes und zwischen den Verbindungen aneinandergrenzender Zellen gefunden. Die Kügelchen, die im Zytoplasma der resorptiven Zellen gefunden wurden, lagen im Bereich zwischen 30 und 300 nm und waren folgendermaßen verteilt: (1) unterhalb des terminalen Gewebes der Mikrovilli, gelegentlich beobachtet in pinozytotischen Vesikeln, (2) im gesamten Bereich oberhalb des Kernes, zwischen der Membranstruktur des endoplasmatischen Retikulums (ER) und dem Golgi-Apparat lokalisiert, (3) in der Nähe der lateralen Membranen auf der Höhe des Nucleus. Die Kügelchen wurden nicht im Zytoplasma unterhalb des Nucleus an der Zellbasis beobachtet. Es war nicht ungewöhnlich, wenigstens 100 – 200 Kügelchen in einer TEM-Aufnahme einer einzigen resorptiven Zelle, die eine Schnittfläche repräsentierte, darzustellen.
Außerdem wurden größere Mikrokügelchen (über 1 μm) häufig in Gobletzellen, die die Villi des Darmes auskleiden, beobachtet. Die Kügelchen befanden sich entweder im Inneren von Mucintröpfchen (bei „vollen" Gobletzellen) oder ansonsten im Zytoplasma von Gobletzellen, die ihr Sekret abgegeben hatten (bei „leeren" Gobletzellen).
Beispiel 9: Insulinzufuhr in mittels einer Phaseninversion erzeugten Nanoteilchen
Nanoteilchen wurden über einen Prozess der Phaseninversion erzeugt.
Fumarsäure wurde von Fisher Chemical gekauft und einmal aus einer 5%igen Lösung in 95% Ethanol umkristallisiert. Die Fumarsäure wurde durch Refluxieren für ungefähr 3,5 h in Essigsäureanhydrid (20 g pro 250 mL) polymerisiert. Nach dem Rückfluss wurde überschüssiges Essigsäureanhydrid durch Abziehen im Vakuum entfernt und bei 4°C über Nacht gelagert. Überschüssige flüssige Essigsäure wurde, wenn es erforderlich war, über eine Filtration entfernt, und das Retentat wurde durch Lösen in Toluol unter Erhitzen gereinigt. Die resultierende Lösung wurde dann im warmen Zustand filtriert, und das Retentat wurde verworfen. Man ließ das Filtrat bei 4°C über Nacht kristallisieren, und dann wurde es zur Entfernung von möglicherweise verbliebenem Toluol zweimal mit Ether gewaschen. Der Niederschlag aus dem Fumarsäurepolymer wurde durch Filtration gesammelt, im Vakuum getrocknet und bei –20°C in einem verschlossenen Gefäß aus gelbem Glas aufbewahrt.
Anschließend wurden 0,1 g der polymerisierten Fumarsäure und 0,2 g Poly(lactid-co-glycolid) (PLGA, 50:50) in 10 mL Methylenchlorid gelöst. Es wurden 0,22 g mikronisiertes FeO zu der Polymerlösung gegeben.
20 mg Zink-Insulin (US Biochemicals) wurden zu 1,0 mL 100 mM Tris, pH 10,0 gegeben, es wurden 0,25 mL 0,3 N HCl zugesetzt, um das Insulin zu lösen, was zu einer Lösung mit einem pH von 5,5 führte, und weitere 0,75 mL entionisiertes wurden Wasser zu dieser Lösung gegeben, die klar blieb. Die letztendliche Insulinkonzentration lag bei 10 mg/mL. 50 μL 10%iges ZnSO₄ wurden zu 0,5 mL der Insulinlösung gegeben, was zur Bildung von Kristallen führte.
Die Zink-Insulin-Suspension wurden dann zur Polymerlösung gegeben und mit einem Virtis-Gerät bei der höchsten Einstellung geschert, was zur Bildung einer Emulsion führte. Diese Emulsion wurde schnell in 1 L eines Petroletherbades in Ultraschall getropft, wo man sie sich 15 Minuten absetzen ließ. Die Nanokügelchen wurden durch Vakuumfiltration gesammelt, luftgetrocknet, mit flüssigem Stickstoff eingefroren und 24 Stunden lyophilisiert. Das FeO in den resultierenden Mikrokügelchen aus P(FA)/PLGA stellte auch einen elektronendichten Tracer für die visuelle Darstellung mittels Transmissionselektronenmikroskopie („TEM") bereit.
Die Verwendung von Nanokügelchen aus P(FA)/PLGA ermöglichte es, die Insulinfreisetzung auf über drei Tage auszudehnen. Eine In-vitro-Studie zur Freisetzung aus Nanokügelchen, die mit 1,6% Insulin beladen waren, zeigte, dass 60% des Insulins innerhalb von 2 Stunden freigesetzt wurden, und dass 95% innerhalb von 72 Stunden freigesetzt wurden. Um sicherzustellen, dass das verkapselte Insulin nicht durch den Herstellungsprozess inaktiviert wurde, wurden 25 mg der Nanokügelchen zwei gehungerten Ratten von 300 g i.p. in PBS injiziert, und Blutproben aus der Schwanzvene der Ratten wurden 1,5, 4 und 6 Stunden nach der Injektion getestet. Der durchschnittliche Glucosespiegel im Hungerzustand lag bei 87 ± 0,5 mg/dL. Nach 1,5 h fiel der Spiegel auf 48 ± 2 mg/dL, nach 4 h lag der Spiegel bei 8 ± 0,5 mg/dL, und nach 6 h stieg der Spiegel auf 38 ± 14 mg/dL.
In-vivo-Studie

Die Zufuhr von Insulin nach der Verabreichung der Nanoteilchen, die mit 10% (Gew./Gew.) FeO beladen waren, wurde in einem Rattenmodell untersucht. Fünf gehungerte Ratten von 300 g wurden mit Metofan anästhesiert, und dann wurde ihnen die folgenden Formulierungen über eine Magensonde verabreicht:

Ratten 1 und 2:	0,5 mL Saline
Ratte 3:	24 IE Insulin 10,5 mL Saline (amorphe Suspension)
Ratten 4 und 5:	50 mg Nanokügelchen aus P(FA)/PLGA, die 20 IE Insulin und 10% (Gew./Gew.) FeO enthielten

Blutproben aus der Schwanvene wurden zur Festlegung eines Ausgangswertes abgenommen, und die Ratten wurden anschließend auf ihre Glucosetoleranz nach der Injektion einer subkutanen Glucosebelastung getestet, die aus 5 mL einer 5%igen sterilen Glucoselösung bestand (Tutwiler et al., Diabetes 27, 856–867 (1978)). 1, 3, 4 und 5 Stunden nach der Verabreichung wurden wiederum Blutproben entnommen, und die Glucosespiegel im Plasma wurden spektralphotometrisch bei 505 nm mittels des Trinder-Glucose-Assays bestimmt. Die auf den Blutglucosespiegel im Hungerzustand als Ausgangwert normalisierten Glucosespiegel sind in Abhängigkeit von der Zeit in der 1 dargestellt.
Die Negativkontrollen, die Ratten 1 und 2, zeigten die erwarteten Reaktionen auf die Glucosebelastung. Die Blutglucosespiegel stiegen um 35% und 31% und begannen dann wieder auf die Basislinie abzunehmen. Die Ratte Nr. 3, die eine orale Insulinlösung erhielt, zeigte eine größere Zunahme des Glucosespiegels im Serum (um 62% nach 3 Stunden), und dann fiel der Wert ebenfalls wieder auf den Ausgangswert ab, was eine sehr begrenzte Bioverfügbarkeit des unverkapselten Insulins anzeigte.
Die Ratte 5 zeigte nur eine 4%ige Zunahme des Blutzuckers nach 3 Stunden, und dann fielen die Glucosespiegel unter den Ausgangswert. Die Ratte 4 hatte einen sehr hohen Glucosespiegel im Hungerzustand, zeigte auch sehr erratische Blutspiegelwerte und starb nach 5 Stunden.
Die Ratten, denen Insulin-beladene Nanokügelchen oral verabreicht worden waren, waren offenbar besser imstande, eine Glucosebelastung zu kontrollieren, als die Ratten, denen die Nanokügelchen nicht verabreicht worden waren (4%ige Zunahme nach 3 Stunden gegenüber einer ~30%igen Zunahme), was eine Aufnahme und Aktivität des verkapselten Insulins implizierte. Außerdem zeigten nach 5 Stunden nur diejenigen Ratten, denen die Insulinkügelchen verabreicht worden waren, Glucosespiegel, die signifikant unter den Ausgangswerten im Hungerzustand lagen.
Die lichtmikroskopische Untersuchung von Gewebeproben der Ratte 4, die nach 5 Stunden entnommen worden waren, zeigte eine ausgedehnte Verteilung Insulin-beladener Nanokügelchen. Die Kügelchen wurden, nachdem sie das Mucosaepithel durchquert hatten, in großer Zahl im Dünndarm, den Peyer-Plaques („PP"), der Lamina propria, den Darmlymphgefäßen und den Blutgefäßen der Darmwand und auch in der Milz und in Gewebeproben beobachtet.

Claims

Zusammensetzung, die ein Polymer und ein nicht wasserlösliches Metalloxid umfasst, wobei das Metalloxid in Form einer Dispersion feiner Partikel auf der Oberfläche des Polymers in einer Menge vorliegt, die eine Verbesserung der Adhäsion des Polymers an einer Mucosamembran bewirkt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Metalloxid mit dem Polymer über ionische Wechselwirkungen assoziiert ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Metalloxid von einem Metall stammt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Calcium, Eisen, Kupfer, Zink, Zirkonium und Titan besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Metalloxid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen(III)oxid, Zinkoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid, Nickeloxid und Zirkoniumoxid besteht.
Zusammensetzung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Proteinen und Polysacchariden besteht.
Zusammensetzung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyamiden, Polycarbonaten, Polyalkylenen, Polyarylalkylenen, Polyalkylenglycolen, Polyalkylenoxiden, Polyalkylenterephthalaten, Polyvinylpolymeren, Polyphosphazenen, Polyacrylamiden, Polysiloxanen, Polyurethanen, Cellulosen, Polyanhydriden, Polyestern, Poly(hydroxysäuren) und Blends und Copolymeren von diesen besteht.
Zusammensetzung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer in Form eines Mikrokügelchens vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das Mikrokügelchen ferner ein therapeutisches oder diagnostisches Mittel, wie ein Gas, ein gasbildendendes Mittel oder eine radioopake Verbindung, umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Mikrokügelchen einen Durchmesser von über oder von ungefähr 10 Mikrometer hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Mikrokügelchen einen Durchmesser von 2 bis 5 Mikrometer hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Mikrokügelchen einen Durchmesser von unter ungefähr 2 Mikrometer, vorzugsweise unter ungefähr 1 Mikrometer, hat.
Zusammensetzung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Polymer eine Vorrichtung für die Arzneimittelzufuhr, die ein therapeutisches Mittel enthält, definiert oder überzieht.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei die das Metalloxid enthaltende Zusammensetzung auf die Oberfläche eines aus einem anderen Metall gebildeten Mikrokügelchens aufgetragen ist.
Zusammensetzung gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in der Medizin.
Verwendung einer Zusammensetzung bei der Herstellung eines Medikaments für die Abgabe eines therapeutischen oder diagnostischen Mittels an einen Patienten, wobei das Medikament einer Mucosamembran des Patienten zugeführt wird und wobei das Medikament einen pharmazeutisch annehmbaren Träger und die Zusammensetzung umfasst, wobei die Zusammensetzung ein therapeutisches oder diagnostisches Mittel in einem Polymer in Form eines Mikrokügelchens umfasst, wobei die Oberfläche des Mikrokügelchens das Polymer, das eine nicht wasserlösliche Metallverbindung enthält, umfasst, wobei die Metallverbindung bei der Verwendung an der Oberfläche des Polymers exponiert ist, so dass die Adhäsion des Polymers an der Mucosamembran verbessert wird.
Verwendung der Zusammensetzung gemäß Anspruch 15, wobei das Mikrokügelchen über einen Weg zugeführt wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer nasalen, vaginalen, rektalen oder oralen Zufuhr besteht, zum Beispiel einer Zufuhr auf eine Mucosamembran, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mucosamembranen des Gastrointestinaltrakts, des Respirationstrakts, aus exkretorischen Mucosamembranen und Mucosamembranen des Reproduktionstrakts besteht.
Verwendung einer nicht wasserlöslichen Metallverbindung zur Erhöhung der Bioadhäsivität eines Polymers, wobei die Metallverbindung in das Polymer inkorporiert ist und bei der Verwendung in einer wirksamen Menge auf einer Oberfläche des Polymers exponiert ist, so dass die Fähigkeit des Polymers, an einer Mucosamembran zu haften, verbessert wird.
Verwendung nach Anspruch 17, wobei die Metallverbindung und/oder das Polymer so sind, wie es in einem beliebigen der Beispiele 2, 3, 5, 6 oder 12 definiert ist.
Verwendung nach Anspruch 17, wobei die Metallverbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem nicht wasserlöslichen Metalloxid und einem nicht wasserlöslichen Metallhydroxid besteht.
Verwendung nach Anspruch 17, wobei das Polymer in Form eines Mikrokügelchens vorliegt und wobei das Verfahren das Verbessern der Bioadhäsivität des Mikrokügelchens über das Inkorporieren einer nicht wasserlöslichen Metallverbindung in das Polymer während der Bildung des Mikrokügelchens umfasst, wodurch die Fähigkeit des Mikrokügelchens, an einer Mucosamembran zu haften, verbessert wird.
Verwendung nach Anspruch 20, wobei die Metallverbindung und/oder das Polymer so sind, wie es in einem beliebigen der Ansprüche 4, 8, 9, 10, 11 oder 13 definiert ist.
Verwendung nach Anspruch 20, wobei das Polymer ein chirurgisches Implantat definiert oder überzieht.
Verwendung eines nicht wasserlöslichen Metalloxids zur Erhöhung der Bioadhäsivität eines polymeren Mikrokügelchens, wobei das Metalloxid während der Bildung des Mikrokügelchens in das Polymer inkorporiert wird, so dass das Metalloxid bei der Verwendung auf der Oberfläche des Polymers in einer Menge exponiert ist, die eine Verbesserung der Adhäsion des Polymers an einer Mucosamembran bewirkt.
Verwendung nach Anspruch 23, wobei die Metallverbindung in Form einer Dispersion feiner Partikel wenigstens auf der Oberfläche des Mikrokügelchens vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 23, wobei das Mikrokügelchen einen Durchmesser von unter 1 Millimeter hat.