Mikronadelsystem zur Applikation eines Hepatitis-Impfstoffes
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikronadelsystem (kurz: MNS) zur
intradermalen Applikation eines Hepatitis-Impfstoffes und zwar das Antigen HBsAg.
Hepatitis-Impfstoffe oder synonym Hepatitis-Vakzine können HBsAg enthalten. HBsAg ist ein Oberflächenprotein in der Virushülle des Hepatitis-B-Virus (HBV, 226 AA, 25,4 kDa, siehe Datenbank-UniProt: Q773S4). HBsAg ist zudem der wirksamste Bestandteil in den zugelassenen Hepatitis-B-Impfstoffen (z.B. Engerix-B, Fendrix, HBVAXPRO u.v.a.). HBsAG ist ein Transmembranprotein mit fünf
Membrandurchgängen und drei Disulfidbrücken auf der Membranaußenseite.
Gleichzeitig ist es ein Antigen, gegen das während einer Hepatitis-Infektion oder nach einer Hepatitis-Impfung neutralisierende Antikörper gebildet werden. HBsAG werden ebenfalls in Form von Virus-like particle (VLP, Viruspartikel) eingesetzt und weisen keine Nukleinsäuren auf (E.V. Grgacic und D.A. Anderson: Virus-like particles: passport to immune recognition. In Methods. 2006 Sep;40(1 ):60-5).
Die Haut besteht aus mehreren Schichten. Die äußerste Hautschicht, das Stratum Corneum, weist bekannte Sperreigenschaften auf, um ein Eindringen von
Fremdsubstanzen in den Körper und ein Austreten von Eigensubstanzen aus dem Körper zu verhindern. Das Stratum Corneum, das eine komplexe Struktur aus kompaktierten keratotischen Zellresten mit einer Dicke von ungefähr 10-30
Mikrometern ist, bildet hierzu eine wasserdichte Membran zum Schutz des Körpers aus. Die natürliche Undurchlässigkeit des Stratum Corneum verhindert das
Verabreichen der meisten pharmazeutischen Mittel und anderer Substanzen durch die Haut im Rahmen einer intradermalen Applikation. Langerhans-Zellen werden durchgehend in der basalen Granulaschicht des Epithels gefunden, die eine wichtige Rolle in der anfänglichen Verteidigung des Immunsystems gegen eindringende Organismen spielen. Diese Schicht der Haut stellt eine geeignete Zielzone für bestimmte Typen von Impfstoffen dar, wie das Hepatitis-Antigen HBsAg.
Mikronadelsysteme (MNS), die aus einem Mikronadelarray (MNA) und gegebenenfalls weiteren Komponenten bestehen, können mittels einer Druckkraft die Mikronadeln (auch: Hautdurchdringungselemente) des Arrays (MNA) gegen die Applikationsstelle auf die Haut pressen, um das Stratum Corneum zu durchdringen und auf diese Weise einen Fluidkanal herzustellen, so dass ein Hepatitis-Impfstoff intradermal appliziert werden kann. Solche Mikronadelarrays (MNA) in
Mikronadelsystemen (MNS) als auch deren Herstellung sind im Stand der Technik beschrieben und werden auch als Mikro(nadel)array-Pflaster (MAP,„Micro Array Patch") beschrieben.
Ebenfalls ist bekannt, dass Hepatitis-Impfstoffe über Mikronadeln appliziert werden können (z.B. DE60131688T2, WO200189622A1 , WO200219985A2).
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine intradermale Applikation zur Impfung mittels einem MNS enthaltend ein MNA auf Basis einer geeigneten
Formulierung zu ermöglichen.
Überraschender Weise ist Polyvinylpyrrolidon (kurz: PVP) zur Herstellung einer Formulierung für einen MNA zur Hepatitis-Impfung besonders geeignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mikronadelarray (MNA) nach Anspruch 1 gelöst, umfassend eine Formulierung aus Polyvinylpyrrolidon und HBsAg zur Verwendung in der intradermalen Applikation zur Hepatitis-Impfung.
Gegenstand der Erfindung ist daher ebenfalls ein Mikronadelsystem enthaltend ein MNA zur Verwendung in der intradermalen Applikation zur Hepatitis-Impfung, aufweisend eine Formulierung aus Polyvinylpyrrolidon und HBsAg.
Daher umfasst die Erfindung ein Mittel aufweisend ein Mikronadelarray umfassend oder bestehend aus einer Formulierung aus im Wesentlichen Polyvinylpyrrolidon und HBsAg.
Ein solches Mittel ist beispielsweise ein Arzneimittel, insbesondere ein Vakzin, umfassend ein vorstehendes Mikronadelarray (MNA) zur Verwendung in der intradermalen Applikation zur Hepatitis-Impfung.
Grundsätzliche Anforderung für eine erfolgreiche Immunisierung gegen Hepatitis-B ist die Erzeugung einer ausreichend hohen Antikörperkonzentration (Titer) im Körper bzw. Blut(plasma) der geimpften Personen. Als serologischer Zielwert wird seitens der WHO ein anti-HBsAg-Titer von > 10 [mLU/mL] als klinisch protektiv anerkannt, siehe Figur 1 .
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Mikronadelarray der einen HBsAg- Gehalt von 0,1 g bis 100 g pro Mikronadelarray aufweist.
Der Begriff„intradermale Applikation (synonym:„intrakutane Applikation") beschreibt erfindungsgemäß die Verabreichung von Impfstoffen, hier: HBsAg aus dem MNA in die Haut und erfordert ein Einstechen der Mikronadeln in die Haut.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur Durchführung einer intradermalen Applikation zur Verwendung in der intradermalen Applikation zur Hepatitis-Impfung umfassend a) Fixierung eines erfindungsgemäßen Mikronadelsystems an der Haut, b) Penetration eines Mikronadelarrays umfassend eine Formulierung aus PVP und HBsAg in die Haut.
Im Rahmen dieser Erfindung ist ein Mikronadelsystem ein solches System, welches eine Vorrichtung enthält, die bewirkt, dass der Mikronadelarray zur Verabreichung der Impfstoffe auf der Haut bereitgestellt und intradermal appliziert wird.
Das Mikronadelsystem kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Applikator, wie eine Auslösevorrichtung umfassen, die elektrisch oder mechanisch gesteuert wird. Der Applikator kann beispielsweise einen Kolben aufweisen, der den
Mikronadelarray auf die Haut aufsetzt oder aufbringt, so dass die Mikronadeln in die Haut penetrieren.
Die Auslösevorrichtung kann beispielweise eine Pumpe, eine Spritze oder eine Feder umfassen, so dass ein Kolbenstoß mit hinreichender Energie erfolgen kann. Der Kolben kann beliebiger Form und Natur sein und soll in erster Linie
bewerkstelligen, dass der Mikronadelarray von einer ersten Stellung in eine zweite
Stellung zur Verabreichung der Impfstoffe auf der Haut bereitgestellt wird. Der Applikator kann weiterhin einen Druckknopf oder Gewinde umfassen.
Der Mikronadelarray kann eine Vielzahl von Mikronadeln aufweisen, um einen Impfstoff über die Haut oder in die Haut eines Patienten abgeben zu können, wobei der Mikronadelarray auf die Haut des Patienten aufgebracht wird. Jede der
Mikronadeln des Mikronadelarrays weist vorzugsweise einen langgestreckten Schaft mit zwei Enden auf, das eine Ende des Schafts ist die Basis der Mikronadel, mit der die Mikronadel an dem flächigen Träger befestigt oder mit der die Mikronadel in den flächigen Träger integriert ist. Das der Basis gegenüberliegende Ende des Schafts ist vorzugsweise spitz zulaufend ausgestaltet, um ein möglichst leichtes Eindringen der Mikronadel in die Haut zu ermöglichen. Jede hohle Mikronadel weist mindestens einen Durchgang beziehungsweise Kanal oder mindestens eine Bohrung auf, der/die sich von der Basis der Mikronadel bis zur Spitze der Mikronadel oder bis annähernd zur Spitze der Mikronadel erstreckt. Die Durchgänge weisen vorzugsweise einen runden Durchmesser auf.
Die Mikronadeln können einen Schaft mit einem runden Querschnitt oder einen nicht runden Querschnitt aufweisen, beispielsweise mit einem dreieckigen, viereckigen oder einem polygonalen Querschnitt. Der Schaft kann einen Durchgang oder mehrere Durchgänge aufweisen, die von der Nadelbasis bis zur Nadelspitze oder annähernd zur Nadelspitze verläuft/verlaufen. Die Mikronadeln können als
(Wider-)Haken ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere dieser Mikronadeln einen oder mehrere solcher Haken aufweist. Weiterhin können die Mikronadeln
schraubenförmig gestaltet und drehbar angeordnet sein und dadurch beim
Anwenden einer rotierenden Bewegung das Eindringen in die Haut erleichtern und eine Verankerung in der Haut bewirken (DE 103 53 629 A1 ), insbesondere in der gewünschten Penetrationstiefe in der Epidermis.
Der Durchmesser einer Mikronadel beträgt üblicherweise zwischen 1 μιτι und 1000 μιτι, vorzugsweise zwischen 10 μιτι und 100 μιτι. Der Durchmesser eines
Durchgangs beträgt üblicherweise zwischen 3 μιτι und 80 μιτι und ist für das
Durchtreten von vorzugsweise flüssigen Stoffen, Lösungen und Stoffzubereitungen
geeignet. Die Länge einer Mikronadel beträgt üblicherweise zwischen 5 μηη und 6.000 μητι, insbesondere zwischen 100 μηη und 700 μηη.
Die Mikronadeln sind mit ihrer Basis an einem flächigen Träger befestigt oder in einen flächigen Träger integriert. Die Mikronadeln sind vorzugsweise im
Wesentlichen senkrecht zur Fläche des Trägers stehend angeordnet. Die
Mikronadeln können regelmäßig oder unregelmäßig angeordnet sein. Eine
Anordnung von mehreren Mikronadeln kann Mikronadeln mit unterschiedlichen Querschnittformen, unterschiedlich dimensionierten Durchmessern und/oder unterschiedlichen Längen aufweisen. Die Anordnung aus mehreren Mikronadeln kann zum Beispiel ausschließlich hohle Mikronadeln aufweisen.
Der Mikronadelarray kann einen flächigen Träger aufweisen, wobei der Träger im Wesentlichen eine scheibenförmige, plattenförmige oder folienförm ige Grundform hat. Der Träger kann eine runde, ovale, dreieckige, viereckige oder polygonale Grundfläche haben. Der Träger kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, beispielsweise aus einem Metall, einem keramischen Werkstoff, einem
Halbleiter, einem organischen Material, einem Polymer oder einem Komposit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind folgende Stoffe in einer Formulierung zur Herstellung der Mikronadeln neben PVP bevorzugt, die aus diesen bestehen oder umfassen: Disaccharid, vorzugsweise Trehalose, nichtionische Tenside, vorzugsweise Polysorbat (ethoxylierte Sorbitanfettsäureester, wie Tween), Polyalkohol, insbesondere Glycerol (Glycerin).
Tabelle 1
Stoff I Bezeichnung Funktion Konzentration / Dosis in
Gew. %
HBsAg / Impfantigen Wirkstoff / Impfstoff 0,1 μg bis 100 μg pro
MNA
Polyvinylpyrrolidon (PVP) Hilfsstoff 1 % bis 95% (m/m)
Trehalose Hilfsstoff 0,1 % bis 50% (m/m)
Polysorbat Hilfsstoff 0,01 % bis 10% (m/m)
Glycerol Hilfsstoff 0,1 % bis 10% (m/m)
Wasser Lösungsmittel 20% bis 95% (m/m)
Nach Trocknung der flüssigen Formulierung, z.B. zu einem Mikronadelarray (MNA) mit 1 -20% (m/m) Restwassergehalt, folgt eine entsprechend um den Wasserverlust veränderte Zusammensetzung des MNA.
Daher betrifft die Erfindung einen Mikronadelarray oder Mittel, insbesondere
Arzneimittel, zur Verwendung in der intradermalen Applikation zur Hepatitis-Impfung, wobei eine Formulierung bis 95 Gew. % Polyvinylpyrrolidon, insbesondere 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% Trehalose, insbesondere 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%
Polysorbat, insbesondere 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% Glycerin enthält.
Weiterhin ist besonders vorteilhaft, dass die erfindungsgemäßen MNA ohne
Adjuvantien auskommen können, siehe Figur 1 .
Beispiele und Figuren:
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mikronadeln können die bekannten
Verfahren angestrengt werden, wie McCrudden MT, Alkilani AZ, McCrudden CM, McAlister E, McCarthy HO, Woolfson AD, et al. Design and physicochemical characterisation of novel dissolving Polymerie microneedle arrays for transdermal delivery of high dose, low molecular weight drugs. J Control Release. 2014; 180: 71 - 80.
Die o.g. Formulierung zeigen im Rahmen einer präklinischen in-vivo Studie
(Meerschweinchen) hervorragende Ergebnisse der resultierenden Antikorpertiter im
Blut der geimpften Tiere nach Applikation der Mikro(nadel)array-Pflaster (MAP), siehe Figur 1 .
Das Studiendesign beinhaltet ein Prime/Boost/Boost (0/1/3 Monate) in 4 Gruppen x 12 Tieren, davon 3 MAP-Gruppen mit (20/40/60Mg HBsAg/MNA) und einer
Referenzgruppe mit intramuskulärer Injektion, i.m. mit 20 g HBsAg/i.m.). der primäre Endpunkt ist 4 Monate mit Folgetitern nach 6 und 12 Monaten.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass in sämtlichen MNA- und InjektionsGruppen eine ausreichende starke (>rote Line) Bildung der zur Bewertung des Impferfolges serologisch relevanten Anti-HBsAg Antikörper erzielt wurde.
Weiterhin weisen die Versuchsgruppen keine relevanten Unterschiede zwischen adjuvantierten (siehe Figur 1 , schaffriert) und nicht-adjuvantierten Formulierungen (siehe Figur 1 , nicht-schaffriert), sowie intradermaler Verabreichung des Antigens mittels Mikroarray und klassischer Applikation mittels Injektionsnadel auf.