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Hintergrund
der Erfindung
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Suspensionen
von Mikropartikeln finden zunehmende Anwendung in der pharmazeutischen
Industrie zur Herstellung diagnostischer und therapeutischer Mittel.
In manchen Fällen
ist es wünschenswert
oder notwendig, eine Suspension von Mikropartikeln in trockener
Pulverform bereitzustellen, die unmittelbar vor Gebrauch in ein
wässriges
System rekonstituierbar ist. Ein Verfahren zum Trocknen eines wässrigen
Mediums ist die Gefriertrocknung, bei der das Medium gefroren wird
und das Wasser durch Sublimation unter Vakuum entfernt wird. Wenn
das wässrige
Medium eine Suspension von Mikropartikeln enthält, neigen diese Mikropartikel
dazu, sich zu Beginn des Ausfrierschritts bei der Gefriertrocknung aufgrund
der Fortpflanzung der Kristallisierungsfront zusammen zu klumpen.
Oftmals klumpen die Mikropartikel permanent aneinander und verteilen
sich bei der Rekonstituierung nicht mehr. Bei Anwendungen, welche
die intravenöse
Injektion einer Mikropartikel-Suspension erfordern, ist das Vorhandensein
von Verklumpungen unannehmbar, da sie dazu neigen, sich mit möglicherweise
schädlichen
Effekten im Kapillarsystem zu verfangen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Wirkstoffträger
zur Gefriertrocknung einer Suspension von Mikropartikeln wird geschaffen, aufweisend
eine Öl-in-Wasser-Emulsion bestehend aus
einer wässrigen
Phase, welche geeignete Füllstoffe,
Frostschutzmittel und oberflächenaktive
Mittel enthält
und einer organischen Phase, wobei die organische Phase einen Gefrierpunkt
von ungefähr
gleich oder größer als
der Gefrierpunkt der wässrigen
Phase hat und welche während
des Gefriertrocknungsprozesses im wesentlichen oder vollständig entfernt wird.
Das Verhältnis
der wässrigen
Phase zur organischen Phase liegt typischerweise im Bereich 80:20 und 30:70
v/v. Die Konzentration der in der Emulsion suspendierten Mikropartikel
sollte so sein, dass die Anzahl von Emulsionströpfchen die Anzahl von Mikropartikeln
bei weitem übersteigt.
Dies stellt sicher, dass jeder Mikropartikel von einem Tröpfchenüberschuss
umgeben ist. Die Emulsionströpfchen
wirken somit als ein Schutzkolloid, welches einen direkten Kontakt
von Mikropartikel zu Mikropartikel verhindert, während sie sich während des
Gefrierschritts im Gefriertrocknungsprozess zu Verklumpungen zusammenballen.
Die sich ergebenden Verklumpungen bestehen dann aus den Mikropartikeln,
welche mit den gefrorenen Emulsionströpfchen der organischen Phase
vermengt sind.
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Während der
Trocknungsschritte im Gefriertrocknungsprozess werden sowohl das
Wasser als auch die organischen Phasen entfernt, was einen Trockenkuchen
zurücklässt, der
aus den in der wässrigen
Phase gelösten
Stoffen erhalten wird. Innerhalb des Kuchens sind die Mikropartikel
suspendiert, welche von hohlen Leerräumen umgeben sind, wo vorher
die gefrorenen Mikrokügelchen
der inneren organischen Phase waren. Da die Mikropartikel voneinander
durch die Leerräume
getrennt sind, ist die rekonstituierte Zusammensetzung eine wässrige Suspension
einzelner Mikropartikel, welche im wesentlichen frei von Verklumpungen
ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung
einer Suspension von Mikropartikeln mit einer verringerten Tendenz,
sich vom Suspensionsmedium durch Sedimentation oder Aufrahmen zu
trennen. Bei der Rekonstitution wird die Mikropartikel-Suspension
ein rein wässriges
System mit einer Viskosität,
welche alleine durch die gelösten Stoffe
bestimmt ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Mikrophotographie einer Suspension von gasgefüllten Mikropartikeln,
welche gemäß Beispiel
1 in einem wässrigen
Medium aufbereitet und gefriergetrocknet wurden.
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2 ist
eine Mikrophotographie einer Suspension von gasgefüllten Mikropartikeln,
welche auf eine Weise ähnlich
Beispiel 2 in einem Emulsionsmedium aufbereitet und gefriergetrocknet
wurden.
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3 ist
ein Vergleich der Partikelgrößenverteilung
von rekonstituierten gasgefüllten
Mikropartikeln, gefriergetrocknet in einer wässrigen Wirkstoffträgerausbildung
und einer emulgierten Wirkstoffträgerausbildung.
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4 ist
eine Rasterelektronen-Mikrophotographie eines gefriergetrockneten
Kuchens einer gasgefüllten
Mikropartikel-Suspension,
aufbereitet aus einer emulgierten Wirkstoffträgerausbildung.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Der
Wirkstoffträger
zur Gefriertrocknung einer Suspension von Mikropartikeln gemäß der Erfindung
weist eine Öl-in-Wasser-Emulsion auf, wobei die
organische Phase einen Gefrierpunkt von ungefähr gleich oder höher als
der Gefrierpunkt der wässrigen
Phase hat und im wesentlichen oder vollständig während des Gefriertrocknungsprozesses
entfernt werden kann. Die organische Phase weist typischerweise
Alkane, Cycloalkane, Cycloalkanone, Cycloalkohole etc. mit wenigstens
ungefähr
6 Kohlenstoffatomen und bis zu ungefähr 20 Kohlenstoffatomen auf.
Beispiele umfassen Cyclooktan, Cyclohexan, Cyclohexanon, n-Pentadekan,
n-Hexadekan, Cyclohexanol etc. Die wässrige Phase der Emulsion enthält Bestandteile,
welche typischerweise in Gefriertrocknungs-Wirkstoffträgern zu
finden sind, um Füllung
und Gefrierschutz zu schaffen, beispielsweise Po lyethylenglykol,
Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Dextran, Zucker wie Dextrose,
Mannit, Sucrose, Lactose, Trehalose und Sorbit; Aminosäuren wie
Glycin, Argenin, Aspartinsäure;
und lösliche
Proteine wie Collagen, Gelatine oder Serumalbumin. Ebenfalls enthalten
in der wässrigen
Phase befinden sich oberflächenaktive
Mittel, um als Emulgator für
die innere organische Phase zu wirken, beispielsweise Polyoxamere
(Pluronicâ),
Polyoxyalkylen-Fettsäureester (Tweenâ), Polyoxyethylenester
(Myrjâ),
Polyoxyethylenäther
(Brijâ)
etc.
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Die
Mikropartikel der Suspension können fest,
porös oder
kapselförmig
mit einer äußeren Schale
und einer Innenwand sein. Die Mikropartikel müssen nicht notwendigerweise
neutral schwimmfähig
sein, um sicher zu stellen, dass sie vor dem Gefrierschritt des
Gefriertrocknungsprozesses in Suspension bleiben, da die relativ
höhere
Viskosität
des Emulsions-Wirkstoffträgers
die Suspensionsstabilität verbessert.
Die Mikropartikel enthalten typischerweise einen therapeutigen Stoff,
beispielsweise ein Medikament oder ein diagnostisches Material,
beispielsweise ein Gas zur Verwendung als Kontrastmittel bei der
Echokardiographie. Wenn die rekonstituierte Mikropartikel-Suspension
für eine
intravenöse
Injektion gedacht ist, ist es bevorzugt, dass die Mikropartikel diskret
sind, in einem Durchmesserbereich von 1-10 Mikron liegen und aus
biokompatiblen Materialien sind, beispielsweise einem synthetischen
biologisch abbaubaren Polymer, einem Protein oder einer Kombination
hieraus. Beispiele eines synthetischen, biologisch abbaubaren Polymers
enthalten Polycaprolacton, Polyactid, Polyglykolid oder Copolymere
hiervon. Verwendbare Proteine umfassen Gelatine, Serumalbumin und
Collagen.
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Zur
Herstellung des Emulsions-Wirkstoffträgers kann eine Vielzahl von
Vorrichtungen verwendet werden. Beispiele geeigneter Geräte umfassen
Kolloidmühlen,
Rotor/Stator-Homogenisierer, Hochdruck-Homogenisierer, Mikroporenmembran-Homogenisierer
und Ultraschall-Homogenisierer. Das volumetrische Verhältnis der
wässrigen
Phase zur organischen Phase liegt typischerweise im Bereich von 80:20
bis 30:70. Bei Verhältnissen
von ungefähr 50:50
und mehr können
die wässrige
Phase und die organische Phase einfach zusammengemischt und dann
homogenisiert werden. Wenn eine Emulsion wesentlich verbesserter
Viskosität
erwünscht
ist, muss das Volumen der organischen Phase wesentlich größer als
dasjenige der wässrigen
Phase sein. Die Bearbeitung einer solchen Emission kann dann das
langsame Hinzufügen
der organischen Phase in die wässrige
Phase während
der Emulsionsbildung notwendig machen, um eine Phasenumkehr in eine Wasser-in-Öl-Emulsion
zu verhindern. Die Viskosität in
einer Emulsionsausbildung kann erhöht werden, indem das Verhältnis von
innerer Phase zur äußerer Phase
erhöht
wird. Bei Verhältnissen,
welche 1 übersteigen,
ist die Viskosität
der Emulsion typischerweise weit größer als die Viskosität einer
alleinig durchgängigen
Phase. Ein stärker
viskoses Medium ist vorteilhaft bei der Erhöhung der Stabilität einer
Mikropartikal-Suspension. Dies erlaubt eine längere "Haltbarkeitsdauer" des Mediums vor der Gefriertrocknung.
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Die
Tröpfchengröße der organischen
inneren Phase der Emulsion sollte für beste Ergebnisse überwiegend
in der gleichen Größenordnung
wie bei den Mikropartikeln der Suspension sein, bevorzugt im Bereich
von 1-10 Mikron. Bevorzugter sind Tröpfchengrößen in der Größenordnung
von 0,2-2 Mikron.
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Sobald
die Emulsion hergestellt worden ist, werden die Mikropartikel der
Emulsion hinzugefügt und
gründlich
verteilt. Die Anzahl von Mikropartikeln in Suspension wird durch
die beabsichtigte Anwendung bestimmt, solange ihre numerische Konzentration
weitaus geringer als die numerische Konzentration der Tröpfchen der
inneren organischen Phase ist, so dass jedes Mikropartikel von Emulsionströpfchen umgeben
ist, wobei eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass Mikropartikel
in direktem Kontakt miteinander sind.
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Der
Emulsions-Wirkstoffträger,
der die Mikropartikel in Suspension enthält, wird in geeignete Behälter verbracht
und dann gefriergetrocknet. Der Gefriertrocknungszyklus enthält typischerweise
einen Gefrierschritt, einen ersten Trocknungsschritt und einen zweiten
Trocknungsschritt. Die Temperatur und Dauer des Gefrierschrittes
wird so gewählt,
dass sicher gestellt ist, dass alle Bestandteile des Emulsions-Wirkstoffträgers vollständig gefroren
sind. Dies kann bestimmt werden, indem der Gefrierpunkt der organischen
Phase untersucht wird und durch ein Studium der Gefrierpunkte der
eutektischen Mischungen in der wässrigen
Phase. Typischerweise liegt er unterhalb –40°C. Der erste Trocknungsschritt umfasst
die Sublimation der flüssigen
Bestandteile der Emulsion in vacuo. Die Temperatur des Trocknungsschrittes
muss hoch genug sein, um eine ausreichende Sublimationsrate der
flüssigen
Bestandteile zu ergeben, jedoch niedrig genug sein, um sicher zu
stellen, dass alle Bestandteile des Emotions-Wirkstoffträgers gefroren
verbleiben. Da eine Sublimation eine erhebliche Abkühlung des
Produkts erzeugt, sind die Temperaturen für den Trocknungsschritt üblicherweise
viel höher
als diejenigen für
den Gefrierschritt. Trocknungstemperaturen im Bereich von –30°C bis –5°C sind typisch.
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Nach
dem ersten Trocknen werden Restmengen an Flüssigkeit, welche durch Sublimation nicht
entfernt werden konnten, durch einen zweiten Trocknungsschritt entfernt.
Um diese Reste zu entfernen, wird die Temperatur nahe der Umgebungstemperatur
oder höher
gebracht. Nachdem der Gefriertrocknungszyklus abgeschlossen ist,
verbleibt ein trockener weißer
Kuchen, der aus den gelösten Stoffen
der wässrigen
Phase erhalten wird und der ein formstabiles Suspensionsmedium für die Mikropartikel
liefert. Eine Rekonstitution des gefriergetrockneten Kuchens mittels
eines wässrigen
Mediums führt
zu einer Sus pension einzelner im wesentlichen unverklumpter Mikropartikel.
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Die
folgenden Beispiele werden als illustrativ angegeben und beabsichtigen
nicht, die Erfindung irgendwie einzuschränken.
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Vergleichsbeispiel 1
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Mikrokapseln
mit einer zweischichtigen Gelatine/Caprolacton-Hülle,
die einen flüssigen
organischen Kern einkapselte, wurden in einer wässrigen Lösung suspendiert, die 5% Polyethylenglykol-3400, 1,5%
Glycin und 0,1% Polyoxamer 407 in einer Konzentration von annähernd 5 × 108 Mikropartikeln/ml enthielt. Die Mikrokapseldurchmesser
lagen im Bereich zwischen 1 und 10 Mikron mit einem volumetrischen
mittleren Durchmesser von annähernd
4 Mikron. Aliquote von 2 ml der Suspension wurden in 10 ml-Fläschchen
unter Verwendung eines FTS-Systems Dura-Stop Gefriertrockners gefriergetrocknet. Nach
der Gefriertrocknung wurde der Wassergehalt des sich ergebenden
Kuchens zu weniger als 5% gemessen. Der Kuchen wurde dann mit 2
ml deionisiertem Wasser rekonstituiert und 30 Sekunden lang mittels
eines Vortex-Mischers gerührt.
Eine mikroskopische Untersuchung ergab, dass nur eine geringe Minderheit
von Mikrokapseln diskret war, während der
Hauptanteil in großen
Verklumpungen vorlag. 1 ist eine Mikrophotographie
der rekonstituierten Mikrokapsel-Suspension, die den hohen Grad
an Verklumpungen zeigt. Bemerkenswert ist, dass die flüssigkeitsgefüllten Mikrokapseln
der Zubereitung nach der Gefriertrocknung gasgefüllt waren.
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Beispiel 2
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Eine
Emulsion enthaltend 6 Volumenteile einer wässrigen äußeren Phase bestehend aus 5%
Polyethylenglykol-3500, 2.1 Glycin und 0.5% Polyoxamer 188 und 4
Volumenteilen Cyclooktan als innere Phase wurde unter Verwendung
eines Omni Rotor/Stator-Homogenisierers aufbereitet. Mikropartikel ähnlich denjenigen
gemäß Beispiel
1 wurden in der Emulsion suspendiert. Die Mikrokapselkonzentration in
dem Emulsions-Wirkstoffträger
betrug annähernd 5 × 108 Mikrokapseln/ml. Aliquote von 3 ml der
Suspension wurden in 10 ml-Fläschchen
gefriergetrocknet und der sich ergebende Kuchen wurde mit 2 ml deionisiertem
Wasser rekonstituiert und von Hand gerührt.
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Eine
mikroskopische Untersuchung ergab, dass im wesentlichen alle gasgefüllten Mikrokapseln diskret
vorlagen. 2 ist eine Mikrophotographie der
rekonstituierten Mikrokapselsuspension, welche das vollständige Fehlen
von Mikropartikelverklumpungen zeigt.
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Beispiel 3
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Eine
rekonstituierte Mikrokapsel-Suspension, welche ähnlich wie in Beispiel 1 aufbereitet
wurde und eine rekonstituierte Mikrokapsel-Suspension, welche auf
eine Weise ähnlich
Beispiel 2 aufbereitet wurde, wurden getestet, um ihre Partikelgrößenverteilung
zu bestimmen, wobei ein Malvern Mastersizer Micro Particle Size
Analyzer verwendet wurde. Dieses Instrument misst das Diffraktionsmuster
von Licht, welches durch eine Suspension von Mikropartikeln läuft. Eine
Software analysiert dann die Messungen durch Anwendung einer Fraunhofer-Streutheorie, um
Ergebnisse zu erzeugen und um ein Histogramm der Durchmesser der
getesteten Mikropartikel anzuzeigen. Die in beiden Testproben vorliegenden
Mikrokapseln waren hinsichtlich Größe und Eigenschaft im wesentlichen
identisch. 3 vergleicht das volumetrische
Partikelgrößenhistogramm der
beiden Suspensionen. Das Histogramm der rekonstituierten Mikropartikelsuspension,
welche aus dem Emulsions-Wirkstoffträger aufbereitet wurde, hat
eine viel geringere Spannweite als der rekonstituierten Mikropartikel-Suspension,
welche aus einem zu 100% wässrigen
Wirkstoffträger
aufbereitet wurde. Auch liegt der Spitzendurchmesser der Mikropartikel-Suspension,
die aus dem zu 100% wässrigen Wirkstoffträger aufbereitet
wurde, in der Größenordnung
von 10 Mikron, wohingegen der Spitzendurchmesser der Suspension,
die aus dem Emulsions-Wirkstoffträger aufbereitet
wurde, annähernd
4 Mikron beträgt.
Da der Malvern Particle Size Analyzer ein einzelnes Partikel nicht
von einem Partikelklumpen unterscheiden kann, liefern die Ergebnisse eine
gute Darstellung im Unterschied der Verklumpungen zwischen den beiden
Aufbereitungen.
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Beispiel 4
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Eine
Emulsion enthaltend 6 Volumenteile einer wässrigen äußeren Phase bestehend aus 3% Glyzin,
0.3% menschlichem Serumalbumin und 0.5% Polyaxomer 188 und 4 Volumenteilen
Cyclooktan als innere Phase wurde unter Verwendung eines Virtis VirSonic
Sonicator bei einer Einstellung 6 für annähernd 30 Sekunden aufbereitet.
Mikropartikel ähnlich denjenigen
von Beispiel 1 wurden in der Emulsion suspendiert. Die Mikrokapselkonzentration
in dem Emulsions-Wirkstoffträger
betrug annähernd
5 × 108 Mikrokapseln/ml. Aliquote von 3 ml der
Suspension wurden in 10 ml-Fläschchen
gefriergetrocknet und der sich ergebende Kuchen wurde mit 2 ml deionisiertem
Wasser rekonstituiert und von Hand gerührt. Eine mikroskopische Untersuchung
ergab, dass im wesentlichen alle gasgefüllten Mikrokapseln diskret vorlagen.
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4 ist
eine Rasterelektronenmikrophotographie eines Teils des gefriergetrockneten
Kuchens. Klar erkennbar ist eine Mikrokapsel, die in einem Netzwerk
kugelförmiger
Leerräume
suspendiert ist, welche Reste der organischen inneren Phase des Emulsions-Wirkstoffträgers sind.