ITRM20070327A1 - COLLOIDAL VECTORS WITH POLYAMINOACIDIC STRUCTURE FOR THE ORAL RELEASE OF PEPTIDES AND PROTEINS AND ITS RELATED PRODUCTION METHOD. - Google Patents
COLLOIDAL VECTORS WITH POLYAMINOACIDIC STRUCTURE FOR THE ORAL RELEASE OF PEPTIDES AND PROTEINS AND ITS RELATED PRODUCTION METHOD. Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: accompanying a patent application for an industrial invention entitled:
"Vettori colloidali a struttura poliamminoacidica per il rilascio orale di peptidi e proteine e relativo metodo di produzione" "Colloidal vectors with polyaminoacidic structure for the oral release of peptides and proteins and related production method"
La presente invenzione riguarda vettori colloidali a struttura poliamminoacidica il rilascio orale di peptidi e proteine e il relativo metodo di produzione. Più in particolare, l'invenzione concerne sistemi di rilascio di principi attivi, in modo specifico peptidi e proteine, attraverso la loro incorporazione in nanoparticelle, nanoaggregati o complessi costituiti da poliamminoacidi sintetici opportunamente derivatizzati. Tali sistemi polimerici vengono proposti per rilasciare in maniera efficace farmaci peptidici e proteine da forme di dosaggio per la via orale, oltre che per aumentare la stabilità chimico-fisica di proteine in formulazioni farmaceutiche liquide e solide. The present invention relates to colloidal vectors with a polyaminoacidic structure, the oral release of peptides and proteins and the related production method. More specifically, the invention relates to systems for the release of active ingredients, specifically peptides and proteins, through their incorporation into nanoparticles, nanoaggregates or complexes consisting of suitably derivatized synthetic polyamino acids. Such polymeric systems are proposed to effectively release peptide drugs and proteins from oral dosage forms, as well as to increase the chemical-physical stability of proteins in liquid and solid pharmaceutical formulations.
Come è noto, l’interesse nei confronti di peptidi e proteine ad attività terapeutica è cresciuto negli ultimi decenni in maniera estremamente significativa. Le ragioni di tale attenzione sono facilmente comprensibili: da un lato, la disponibilità di quantità sempre maggiori di peptidi e proteine, sia di origine naturale che di sintesi, e più comunemente di prodotti ottenuti con la tecnologia del DNA ricombinante, ha consentito di superare, se pur con alcune riserve di carattere economico, le limitazioni quantitative del recente passato; dall’altro lato l'approfondimento delle conoscenze neN’ambito della biologia molecolare e delle biotecnologie farmaceutiche hanno dato input continui neN’identificare peptidi e proteine dotati di attività terapeutica in patologie di varia natura, tra cui anche tumori ed infezioni virali. I progressi biotecnologici sono stati peraltro, negli ultimi anni, ben supportati da successi in ambito tecnologico, nella progettazione e realizzazione di sistemi terapeutici in grado di veicolare in maniera sicura ed efficace i nuovi farmaci proteici. As is known, interest in peptides and proteins with therapeutic activity has grown extremely significantly in recent decades. The reasons for this attention are easily understood: on the one hand, the availability of ever greater quantities of peptides and proteins, both of natural and synthetic origin, and more commonly of products obtained with recombinant DNA technology, has made it possible to overcome, albeit with some reservations of an economic nature, the quantitative limitations of the recent past; on the other hand, the deepening of knowledge in the field of molecular biology and pharmaceutical biotechnology has given continuous inputs in identifying peptides and proteins with therapeutic activity in diseases of various kinds, including tumors and viral infections. Furthermore, biotechnological advances have been, in recent years, well supported by successes in the technological field, in the design and implementation of therapeutic systems capable of delivering the new protein drugs in a safe and effective manner.
La rilevanza dell’aspetto tecnologico e preformulativo è ben nota, dal momento che i farmaci proteici necessitano di un’attenzione particolare per le molteplici cause di instabilità sia di tipo fisico (denaturazione, aggregazione, adsorbimento su superfici) che chimico (deamminazione, ossidazione, racemizzazione, formazione di ponti disolfuro) che possono portare a diminuzione o a totale scomparsa dell’attività biologica. The relevance of the technological and preformulative aspect is well known, since protein drugs require particular attention due to the multiple causes of instability, both physical (denaturation, aggregation, adsorption on surfaces) and chemical (deamination, oxidation, racemization, formation of disulfide bridges) which can lead to a decrease or total disappearance of biological activity.
Oltre alle limitazioni dovute all’instabilità di queste molecole, ulteriori problematiche scaturiscono dalla scelta di vie di somministrazione alternative a quella parenterale, che è in ogni caso a tutt’oggi la più praticata. Numerosi sono gli studi aventi come obiettivo la valutazione di forme di dosaggio non convenzionali che possano essere utili per la somministrazione di proteine per vie diverse da quella parenterale. In addition to the limitations due to the instability of these molecules, further problems arise from the choice of alternative routes of administration to the parenteral one, which is still the most widely practiced today. There are numerous studies aiming at the evaluation of unconventional dosage forms that may be useful for the administration of proteins by routes other than parenteral.
La via orale è la via di somministrazione che offre certamente i vantaggi più significativi, tra cui accuratezza di dosaggio, facilità di impiego ed elevata compliance da parte dei pazienti. Nonostante ciò, alcurii inconvenienti inerenti la somministrazione di peptidi e proteine per via orale sono di non facile soluzione. Oltre a dover tenere conto, infatti, degli eventuali fenomeni di instabilità chimica e fisica intrinseci alla molecola proteica, il transito attraverso il tratto gastrointestinale pone tali molecole a contatto con mezzi il cui pH e contenuto enzimatico risultano incompatibili con la loro permanenza in forma intatta in tale ambiente, e con il loro eventuale assorbimento. Per tali motivi la somministrazione per via orale potrebbe essere effettuata solo ricorrendo a forme gastroresistenti, e con l’eventuale co-somministrazione di inibitori enzimatici delle peptidasi. The oral route is the route of administration that certainly offers the most significant advantages, including dosing accuracy, ease of use and high patient compliance. Despite this, some drawbacks inherent in the oral administration of peptides and proteins are not easy to solve. In addition to having to take into account, in fact, any phenomena of chemical and physical instability intrinsic to the protein molecule, transit through the gastrointestinal tract places these molecules in contact with media whose pH and enzymatic content are incompatible with their permanence in an intact form in this environment, and with their possible absorption. For these reasons, oral administration could only be carried out by resorting to gastro-resistant forms, and with the possible co-administration of enzymatic inhibitors of peptidases.
Inoltre, bisogna tener conto del fatto che proteine e peptidi sono caratterizzati generalmente da un peso molecolare relativamente alto e da una discreta idrofilia e pertanto presentano limitata permeabilità attraverso le membrane cellulari e basso assorbimento. Furthermore, it must be taken into account that proteins and peptides are generally characterized by a relatively high molecular weight and by a discrete hydrophilicity and therefore have limited permeability through cell membranes and low absorption.
È quindi di facile intuizione che, se pur estremamente interessante, la somministrazione per via orale di peptidi e proteine rappresenta ancora oggi un obiettivo di non facile realizzazione, nonostante la presenza di ampia ed autorevole letteratura, sia in termini di pubblicazioni scientifiche che di brevetti [rassegna in: des Rieux A., Fievez V., Grarinot M., Scheider Y-J., Préat V., Nanoparticles as potential orai delivery systems of proteins and vaccines: A mechanistic approach, J. Control. Release 116 (2006) 1-27], It is therefore easy to understand that, although extremely interesting, the oral administration of peptides and proteins still represents a goal that is not easy to achieve, despite the presence of extensive and authoritative literature, both in terms of scientific publications and patents [ review in: des Rieux A., Fievez V., Grarinot M., Scheider Y-J., Préat V., Nanoparticles as potential orai delivery systems of proteins and vaccines: A mechanistic approach, J. Control. Release 116 (2006) 1-27],
Ad esempio, il brevetto US 5641515 (cessionaria Elan Corporation) descrive nanoparticelle biodegradabili per il rilascio controllato di insulina, che vengono proposte anche per la somministrazione orale di questa proteina, convenzionalmente assunta dai pazienti diabetici più volte al giorno in forma di iniezione sottocutanea. Nella formulazione proposta dal brevetto citato, l'insulina è intrappolata all'interno di nanoparticelle di un policianoacrilato, attuando la polimerizzazione del monomero cianoacrilico di partenza in presenza di insulina, a basso pH. For example, US patent 5641515 (assignee Elan Corporation) describes biodegradable nanoparticles for the controlled release of insulin, which are also proposed for the oral administration of this protein, conventionally taken by diabetic patients several times a day in the form of subcutaneous injection. In the formulation proposed by the cited patent, the insulin is trapped inside nanoparticles of a polycanoacrylate, carrying out the polymerization of the starting cyanoacrylate monomer in the presence of insulin, at low pH.
È comunque una assunzione ampiamente condivisa che una possibile soluzione al problema di mettere a punto un efficiente sistema di rilascio per la somministrazione orale di principi attivi polipeptidici possa essere trovata nell’attenta combinazione tra sistemi terapeutici di differente natura chimica e di opportuna composizione. However, it is a widely shared assumption that a possible solution to the problem of developing an efficient release system for the oral administration of polypeptide active ingredients can be found in the careful combination of therapeutic systems of different chemical nature and of suitable composition.
Un approccio di rilevante interesse nella veicolazione di peptidi e proteine per via orale è rappresentato dall’impiego di carrier polimerici opportunamente derivatizzati, in cui la derivatizzazione è tale da conferire al sistema veicolante, da essi costituito, una serie di proprietà vantaggiose, tra cui la capacità di essere mucoadesivi e/o di essere essi stessi capaci di agire come inibitori delle proteasi [si veda, ad es., Valenta C., Marschutz M.K., Egyed C., Bernkop-Schnurch A., Evaluation of thè inhibitory effect of thiolated poly(acrylates) on vaginal membrane bound aminopeptidase N, J. Pharm. Pharmacol. 54 (2001) 603-610.; Bernkop-Schnurch A., Thaler S.C., Polycarbophil-cysteine conjugates as platforms for orai polypeptide delivery systems, J. Pharm. Sci. 89 (2000) 901-909]. Un’altra proprietà che può essere conferita ai polimeri dalla derivatizzazione è la capacità di agire essi stessi come promotori di assorbimento [si veda, ad es., Clausen A.E., Bernkop-Schnurch A., In vitro evaluation of thè permeation-enhancing effect of thiolated poiycarbophil, J. Pharm. Sci. 89 (2000) 1253-1261 ; Kast C.E., Bernkop-Schnurch A., Influence of thè molecular mass on thè permeation enhancing effect of different poly(acrylates), STP Pharma Sci. 12 (2002) 351-356]. Simili vettori polimerici offrono pertanto il vantaggio di una minore degradazione del farmaco proteico da essi veicolato nel tratto gastrointestinale e di un maggiore assorbimento. An approach of significant interest in the oral delivery of peptides and proteins is represented by the use of suitably derivatized polymeric carriers, in which the derivatization is such as to confer a series of advantageous properties to the carrier system constituted by them, including ability to be mucoadhesive and / or to be capable of acting as protease inhibitors themselves [see, e.g., Valenta C., Marschutz M.K., Egyed C., Bernkop-Schnurch A., Evaluation of the inhibitory effect of thiolated poly (acrylates) on vaginal membrane bound aminopeptidase N, J. Pharm. Pharmacol. 54 (2001) 603-610 .; Bernkop-Schnurch A., Thaler S.C., Polycarbophil-cysteine conjugates as platforms for orai polypeptide delivery systems, J. Pharm. Sci. 89 (2000) 901-909]. Another property that can be conferred on polymers by derivatization is the ability to act as absorption promoters themselves [see, e.g., Clausen A.E., Bernkop-Schnurch A., In vitro evaluation of the permeation-enhancing effect of thiolated poiycarbophil, J. Pharm. Sci. 89 (2000) 1253-1261; Kast C.E., Bernkop-Schnurch A., Influence of the molecular mass on the permeation enhancing effect of different poly (acrylates), STP Pharma Sci. 12 (2002) 351-356]. Such polymeric carriers therefore offer the advantage of a lower degradation of the protein drug conveyed by them in the gastrointestinal tract and of a greater absorption.
La mucoadesività di un polimero, cioè la sua capacità di aderire alle membrane mucose deN’organismo (e, in particolare, alla mucosa del tratto gastrointestinale) costituisce una proprietà importante nello sviluppo di sistemi di rilascio di farmaci, specie di natura peptidica, dal momento che grazie alle proprietà mucoadesive si può instaurare un intimo contatto tra il sistema di veicolazione e la mucosa, prevenendo la metabolizzazione presistemica dei peptidi durante l’assorbimento nel tratto gastrointestinale. Conseguentemente aumenterà anche il tempo di permanenza del farmaco nel sito di assorbimento, dove si formerà un gradiente di concentrazione tale da consentire la diffusione del farmaco. The mucoadhesiveness of a polymer, that is its ability to adhere to the mucous membranes of the organism (and, in particular, to the mucous membrane of the gastrointestinal tract) constitutes an important property in the development of drug delivery systems, especially of a peptide nature, from the moment that thanks to the mucoadhesive properties it is possible to establish an intimate contact between the transport system and the mucosa, preventing the presystemic metabolization of the peptides during absorption in the gastrointestinal tract. Consequently, the residence time of the drug in the absorption site will also increase, where a concentration gradient will form such as to allow the drug to diffuse.
Un esempio di questi polimeri mucoadesivi è rappresentato dai polimeri tiolati (tiomeri, o tiopolimeri), cioè polimeri alla cui struttura centrale (o “backbone” polimerico) sono legati gruppi tiolici, da utilizzare quali eccipienti nella composizione di forme orali solide [Bernkop-Schnurch A., Krauland A.H., Leitner V.M., Palmberger T., Thiomers: potential excipients for non-invasive peptide delivery systems, Eur. J. Pharm. Biopharm. 58 (2004), 253-263]. Tali polimeri, tra cui la rassegna da ultimo citata menziona, ad esempio, chitosan-cisteina, polycarbophilcisteamina, acido poliacrilico-omocisteina, presentano forti proprietà mucoadesive grazie al l’instaurarsi di legami covalenti (ponti S-S) tra i gruppi tiolici del polimero e i domini ricchi in cisteina delle glicoproteine di cui il muco è costituito. Non meno importanti sono i legami covalenti che si formano anche tra gli stessi tiomeri. Tale fenomeno, che porta alla diminuzione di gruppi tiolici liberi rispetto a quelli totali, comporta un aumento di viscosità del mezzo in cui essi sono dispersi. Questa ulteriore proprietà dei polimeri tiolati, ovvero la capacità di dare origine a ponti S-S, inter- e intramolecolari, può essere sfruttata positivamente, qualora essi vengano impiegati come eccipienti per la formazione di compresse [Bernkop-Schnurch A.,. Kast C.E, Richter M.F., Improvement in thè mucoadhesive properties of alginate by thè covalent attachment of cysteine, J. Control. Release 71 (2001) 277-285]. Infatti, il tempo di disintegrazione di tali compresse può essere prolungato notevolmente rispetto a quello osservato utilizzando lo stesso eccipiente non tiolato; ciò poiché i ponti disolfuro intercatena che si formano conferiscono alta stabilità al sistema farmaco-carrier a base di tiomeri e incrementano la viscosità del mezzo. An example of these mucoadhesive polymers is represented by thiolated polymers (thiomers, or thiopolymers), ie polymers whose central structure (or polymeric "backbone") are linked to thiol groups, to be used as excipients in the composition of solid oral forms [Bernkop-Schnurch A., Krauland A.H., Leitner V.M., Palmberger T., Thiomers: potential excipients for non-invasive peptide delivery systems, Eur. J. Pharm. Biopharm. 58 (2004), 253-263]. These polymers, among which the last mentioned review mentions, for example, chitosan-cysteine, polycarbophilcysteamine, polyacrylic acid-homocysteine, have strong mucoadhesive properties thanks to the establishment of covalent bonds (S-S bridges) between the thiol groups of the polymer and the domains rich in cysteine of the glycoproteins of which the mucus is made up. No less important are the covalent bonds that are also formed between the same thiomers. This phenomenon, which leads to the reduction of free thiol groups with respect to the total ones, leads to an increase in the viscosity of the medium in which they are dispersed. This further property of thiolated polymers, ie the ability to give rise to S-S, inter- and intramolecular bridges, can be positively exploited if they are used as excipients for the formation of tablets [Bernkop-Schnurch A.,. Kast C.E, Richter M.F., Improvement in the mucoadhesive properties of alginate by the covalent attachment of cysteine, J. Control. Release 71 (2001) 277-285]. In fact, the disintegration time of these tablets can be considerably prolonged with respect to that observed using the same non-thiolated excipient; this is because the inter-chain disulfide bridges that are formed give high stability to the drug-carrier system based on thiomers and increase the viscosity of the medium.
D’altro canto, sia polimeri ionici che neutri possono presentare la proprietà di interagire con molecole proteiche, formando aggregati macromolecolari: i primi, attraverso la formazione di legami a idrogeno, interazioni di van der Waal’s ed elettrostatiche con i gruppi funzionali polari delle proteine; i secondi per l’instaurarsi prevalentemente di interazioni di natura idrofobica. La presenza di porzioni idrofobiche in un polimero può inoltre favorire la formazione di interazioni di natura idrofobica con le porzioni lipofile delle membrane biologiche, incrementando in questo modo la permeabilità del complesso polimero-proteina. Con riferimento a sistemi di rilascio proposti per la veicolazione di principi attivi preferibilmente di tipo peptidico e proteico in cui la catena polimerica centrale è derivatizzata con gruppi idrofobi e ionizzabili, il Brevetto europeo EP 0734720 (Flamel Technologies), corrispondente al brevetto US 5904936, descrive (micro)particelle di rilascio di tipo poliamminoacidico, basate su α-amminoacidi e ottenute per polimerizzazione a blocchi o statistica di due tipi diversi di α-amminoacidi: un tipo idrofobico o neutro (come Leu, Val, Ala, Pro, Phe) e un tipo avente una catena laterale ionizzabile (come acido aspartico e acido glutammico). In modo specifico, i polimeri poliamminoacidici preferiti descritti nel documento sono del tipo poli(Leu/Glu), con rapporto Leu/(Glu+Leu) non inferiore al 6% se si tratta di poliamminoacidi a blocchi, e non inferiore al 20% se si tratta di poliamminoacidi statistici, e peso molecolare non inferiore a 4000 Da. In pratica, negli esempi preferiti qui riferiti, la frazione di leucina deve essere sufficientemente alta da impedire che il polimero sia completamente solubile in acqua e fornire opportune proprietà idrofobiche, in modo che le catene polimeriche possano associarsi a formare sistemi nanoparticellari. Le particelle formatesi costituiscono una dispersione colloidale in mezzo acquoso, che può essere poi caricata con il principio attivo peptidico da veicolare. In alternativa, le particelle contenenti il principio attivo possono essere ottenute disperdendo direttamente gli α-poliamminoacidi nella soluzione di principio attivo, prima dell’aggregazione. On the other hand, both ionic and neutral polymers can have the property of interacting with protein molecules, forming macromolecular aggregates: the former, through the formation of hydrogen bonds, van der Waal's and electrostatic interactions with the polar functional groups of proteins; the second for the establishment of mainly hydrophobic interactions. The presence of hydrophobic portions in a polymer can also favor the formation of hydrophobic interactions with the lipophilic portions of biological membranes, thus increasing the permeability of the polymer-protein complex. With reference to proposed release systems for the delivery of active ingredients preferably of the peptide and protein type in which the central polymer chain is derivatized with hydrophobic and ionizable groups, the European Patent EP 0734720 (Flamel Technologies), corresponding to the US patent 5904936, describes (micro) release particles of polyamino acid type, based on α-amino acids and obtained by block or statistical polymerization of two different types of α-amino acids: a hydrophobic or neutral type (such as Leu, Val, Ala, Pro, Phe) and a type having an ionizable side chain (such as aspartic acid and glutamic acid). Specifically, the preferred polyaminoacidic polymers described in the document are of the poly (Leu / Glu) type, with a Leu / (Glu + Leu) ratio of not less than 6% in the case of block polyamino acids, and not less than 20% if these are statistical polyaminoacids, and molecular weight not less than 4000 Da. In practice, in the preferred examples referred to here, the leucine fraction must be high enough to prevent the polymer from being completely soluble in water and to provide suitable hydrophobic properties, so that polymer chains can associate to form nanoparticulate systems. The particles formed constitute a colloidal dispersion in an aqueous medium, which can then be loaded with the peptide active principle to be conveyed. Alternatively, the particles containing the active ingredient can be obtained by directly dispersing the α-polyamino acids in the active ingredient solution, before aggregation.
Come ulteriore evoluzione del sistema citato, il Brevetto europeo EP 1131056 (Flamel Technologies), corrispondente al brevetto US 6630171, descrive un analogo sistema di rilascio, che è poi stato denominato “Medusa<®>” verosimilmente per richiamare il meccanismo d’azione dei vettori polimerici nell’incorporare i principi attivi polipeptidici, ovvero la loro capacità di interagire con il principio attivo e di “avvolgerlo” proteggendolo da fenomeni di degradazione e veicolandolo sotto forma di particella (nano- o micro-) fino al sito d’azione. In tale sistema i vettori poliamminoacidici che costituiscono la catena polimerica principale delle particelle sono costituiti da omopolimeri o copolimeri di acido glutammico (AcGlu) e/o acido aspartico (AcAsp) e loro sali (amminoacidi ricorrenti, entrambi del tipo ionizzabile), e una certa percentuale di essi porta una catena idrofobica laterale, legata alla funzione carbossilica di AcGlu o AcAsp attraverso legami esterei (o ammidici). La lunghezza della catena polimerica è variabile tra 200 e 1000 amminoacidi, che si traduce in un peso molecolare di 26000-65000 nell’ipotesi di un omopolimero di AcGlu e di 23000-57000 nell’ipotesi di un omopolimero di AcAsp. As a further evolution of the aforementioned system, the European Patent EP 1131056 (Flamel Technologies), corresponding to the US patent 6630171, describes a similar release system, which was then called "Medusa <®>" probably to recall the mechanism of action of polymeric vectors in incorporating the polypeptide active ingredients, that is their ability to interact with the active principle and to “wrap” it, protecting it from degradation phenomena and conveying it in the form of a particle (nano- or micro-) to the site of action. In this system, the polyaminoacidic carriers that make up the main polymer chain of the particles consist of homopolymers or copolymers of glutamic acid (AcGlu) and / or aspartic acid (AcAsp) and their salts (recurrent amino acids, both of the ionizable type), and a certain percentage of them carry a lateral hydrophobic chain, linked to the carboxyl function of AcGlu or AcAsp through ester (or amide) bonds. The length of the polymer chain varies between 200 and 1000 amino acids, which translates into a molecular weight of 26000-65000 in the hypothesis of an AcGlu homopolymer and of 23000-57000 in the hypothesis of an AcAsp homopolymer.
I raggruppamenti idrofobi (R) legati al backbone polimerico possono essere catene carboniose lineari o ramificate o contenere doppi legami, e preferibilmente sono gruppi lineari C2-Ci8. La percentuale in moli di amminoacidi ricorrenti derivatizzati con funzioni idrofobe è variabile tra il 3 e il 70 %. Alcuni esempi di polimeri derivatizzati descritti nel brevetto sono: poliglutammato di sodio-bloc-glutammato di metile; poliglutammato di sodio-bloc-glutammato di esadecile; poliglutammato di sodio-co-glutammato di etile; poliaspartato di sodio-blocaspartato di propile; poliaspartato di sodio-bloc-aspartato di benzile. La preparazione delle particelle di rilascio a partire dai polimeri sopra descritti awiene sostanzialmente facendo diminuire la solubilità della frazione idrofoba, per aggiunta di soluzione salina, in modo tale che ciò induca la precipitazione del polimero formando delle particelle (nano). Per aumentare la dimensione delle particelle ed ottenere microparticelle è prevista, nella preparazione della sospensione, una fase supplementare di aggregazione, con l’aiuto di un agente aggregante, come un sale, acido, base o un polimero ionico (polisina, polietilenimmina). Come nel caso precedente, le particelle possono essere caricate con il principio attivo proteico realizzando la formazione delle stesse direttamente in un mezzo contenente il principio attivo oppure per dispersione ed incubazione delle particelle vuote già formate, liofilizzate, in un mezzo contenente il principio attivo disciolto o disperso. The hydrophobic groupings (R) bonded to the polymeric backbone can be linear or branched carbon chains or contain double bonds, and preferably are linear C2-Ci8 groups. The percentage in moles of recurrent amino acids derivatized with hydrophobic functions is variable between 3 and 70%. Some examples of derivatized polymers described in the patent are: sodium-bloc-methyl glutamate polyglutamate; sodium-bloc-glutamate hexadecyl polyglutamate; sodium polyglutamate-ethyl co-glutamate; sodium polyaspartate-propyl blocaspartate; sodium polyaspartate-benzyl bloc-aspartate. The preparation of the release particles starting from the polymers described above substantially decreases the solubility of the hydrophobic fraction, by adding saline solution, so that this induces the precipitation of the polymer forming particles (nano). To increase the size of the particles and obtain microparticles, an additional aggregation step is provided in the preparation of the suspension, with the help of an aggregating agent, such as a salt, acid, base or an ionic polymer (polysine, polyethyleneimine). As in the previous case, the particles can be loaded with the protein active principle by forming them directly in a medium containing the active principle or by dispersion and incubation of the empty particles already formed, freeze-dried, in a medium containing the dissolved active principle or missing.
Alla luce di quanto precede, obiettivo principale dell’invenzione è quindi quello di aumentare la biodiponibilità orale di farmaci peptidici e proteine, come ad esempio l’insulina, sfruttando la capacità dei copolimeri carrier di interagire con le molecole proteiche, di ridurne la degradazione ad opera degli enzimi digestivi e del pH gastrico e di favorirne l’assorbimento. In light of the foregoing, the main objective of the invention is therefore to increase the oral bioavailability of peptide drugs and proteins, such as insulin, by exploiting the ability of carrier copolymers to interact with protein molecules, to reduce their degradation to work of digestive enzymes and gastric pH and favor their absorption.
Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è quello di utilizzare i copolimeri proposti come eccipienti nella produzione di formulazioni farmaceutiche sia liquide che solide, contenenti molecole peptidiche o proteine al fine di prolungarne la stabilità nel tempo sia nella formulazione stessa che in ambiente fisiologico. A further object of the present invention is to use the copolymers proposed as excipients in the production of both liquid and solid pharmaceutical formulations, containing peptide molecules or proteins in order to prolong their stability over time both in the formulation itself and in a physiological environment.
Come già notato, è evidente che per migliorare le prestazioni dei sistemi di rilascio di principi attivi peptidici o proteici basati su vettori polimerici colloidali (sia nel senso di aumentare la biodisponibilità di proteine dopo somministrazione per via orale, sia nel senso di aumentare la stabilità chimico-fisica di proteine in formulazioni farmaceutiche liquide e solide) appare necessario combinare su uno stesso polimero funzioni chimiche diverse, ognuna delle quali sia dotata di proprietà tecnologiche specifiche. In tal modo si può cercare di ottimizzare e modulare le proprietà favorevoli di polimeri biocompatibili per il loro impiego nella realizzazione di sistemi farmaceutici per il rilascio di peptidi e proteine, anche per la via orale. As already noted, it is evident that to improve the performance of the release systems of peptide or protein active ingredients based on colloidal polymeric vectors (both in the sense of increasing the bioavailability of proteins after oral administration, and in the sense of increasing chemical stability -physics of proteins in liquid and solid pharmaceutical formulations) it appears necessary to combine different chemical functions on the same polymer, each of which is endowed with specific technological properties. In this way it is possible to try to optimize and modulate the favorable properties of biocompatible polymers for their use in the realization of pharmaceutical systems for the release of peptides and proteins, also for the oral route.
A tale scopo la presente invenzione propone di utilizzare, per la realizzazione di vettori polimerici utili come carrier per principi attivi di tipo polipeptidico, particolari strutture polimeriche di tipo poliaspartammidico, a cui siano collegate come catene laterali sia funzioni idrofobiche che funzioni ionizzabili e tioliche, ciascuna singolarmente o in combinazione tra loro. In particolare, l'approccio utilizzato nella presente invenzione è stato quello di sintetizzare copolimeri a base di poliidrossietil-aspartammide o PHEA, più propriamente α,β poli(N-2-idrossietil)-D,L-aspartammide avente la seguente formula di struttura For this purpose, the present invention proposes to use, for the realization of polymeric vectors useful as carriers for active principles of the polypeptide type, particular polymeric structures of the polyaspartamide type, to which both hydrophobic functions and ionizable and thiol functions are connected as side chains, each individually or in combination with each other. In particular, the approach used in the present invention was to synthesize copolymers based on polyhydroxyethyl-aspartamide or PHEA, more properly α, β poly (N-2-hydroxyethyl) -D, L-aspartamide having the following structural formula
o suoi copolimeri, che presentano nelle catene laterali, legate covalentemente attraverso la funzione ossidrilica che è presente in questi polimeri in ragione di una per ogni unità monomerica di partenza, funzioni idrofobiche, ionizzabili e tioliche. I copolimeri così formati sono capaci di formare sistemi farmaceutici per il rilascio di peptidi e proteine attraverso la loro incorporazione in nanoparticelle o nanoaggregati o complessi, costituiti appunto dall'interazione tra i copolimeri stessi e le proteine di interesse. or its copolymers, which present in the side chains, covalently linked through the hydroxyl function which is present in these polymers at the rate of one for each starting monomer unit, hydrophobic, ionizable and thiol functions. The copolymers thus formed are capable of forming pharmaceutical systems for the release of peptides and proteins through their incorporation in nanoparticles or nanoaggregates or complexes, constituted precisely by the interaction between the copolymers themselves and the proteins of interest.
Come è noto, il PHEA è un derivato di una polisuccinimmide (PSI) ad alto peso molecolare ottenuto per amminolisi di quest’ultima, mediante reazione con etanolammina. Come si può rilevare nella formula di struttura che precede ed è più evidente in quella che segue, che rappresenta in una diversa forma grafica lo stesso polimero, a causa della struttura ciclica della polisuccinimmide di partenza, l’attacco deN’etanolammina può avvenire in modo da lasciare indifferentemente un gruppo metilenico nel corpo della catena principale oppure nel gruppo funzionale pendente. Pertanto, l’unità ripetitiva può avere una strut As is known, PHEA is a derivative of a high molecular weight polysuccinimide (PSI) obtained by aminolysis of the latter, by reaction with ethanolamine. As can be seen in the structural formula above and it is more evident in the one that follows, which represents the same polymer in a different graphic form, due to the cyclic structure of the starting polysuccinimide, ethanolamine etching can occur in a different way. to leave indifferently a methylene group in the body of the main chain or in the pendant functional group. Therefore, the repetitive unit can have a strut
tura leggermente diversa nell’uno o nell’altro caso, pur avendo sempre lo stesso peso molecolare. slightly different in one or the other case, while always having the same molecular weight.
È noto che il PHEA è un polimero che possiede eccellenti proprietà biofarmaceutiche, in termini di biocompatibilità, tanto che è stato proposto in passato come plasma expander [Neri P., Antoni G., Benvenuti F., Cocola F., Gazzei G., Synthesis of a,p-poly[(2-hydroxyethyl)-DL-aspartamide], a new plasma expander, J. Med. Chem., 16 (1973) 893-897; Antoni G., Arezzini G., Cocola F., Gazzei G., Neri P., Pharmacological and toxicological evaluation of poly-hydroxyethylaspartamide (PFIEA) as a plasma substitute, Il farmaco 34 (1978) 146-156]. Il polimero è anche caratterizzato da una ottima reattività, dal momento che è dotato in catena laterale di gruppi ossidrilici. It is known that PHEA is a polymer that has excellent biopharmaceutical properties, in terms of biocompatibility, so much so that it has been proposed in the past as a plasma expander [Neri P., Antoni G., Benvenuti F., Cocola F., Gazzei G., Synthesis of a, p-poly [(2-hydroxyethyl) -DL-aspartamide], a new plasma expander, J. Med. Chem., 16 (1973) 893-897; Antoni G., Arezzini G., Cocola F., Gazzei G., Neri P., Pharmacological and toxicological evaluation of poly-hydroxyethylaspartamide (PFIEA) as a plasma substitute, The drug 34 (1978) 146-156]. The polymer is also characterized by an excellent reactivity, since it is endowed with hydroxyl groups in the side chain.
La tecnologia proposta con la presente invenzione consiste nella incorporazione di molecole proteiche in nanoparticelle, nanoaggregati o complessi costituiti da poliamminoacidi lineari sintetici, in modo specifico del tipo delle poliaspartammidi, opportunamente derivatizzati con gruppi tiolici, idrofobi e ionizzabili. L’opportuna combinazione di queste funzioni in catena laterale al copolimero conferisce a quest’ultimo la proprietà di interagire con la proteina di interesse, attraverso interazioni non covalenti di tipo idrofobico, elettrostatico e legami idrogeno, e di formare sistemi supramolecolari di dimensioni colloidali, dotati di elevata stabilità cinetica e mu coadesività, nonché di tutte le proprietà favorevoli dei tiomeri, quali la capacità di agire come inibitori delle proteasi e come promotori di assorbimento. The technology proposed with the present invention consists in the incorporation of protein molecules in nanoparticles, nanoaggregates or complexes consisting of synthetic linear polyamino acids, specifically of the type of polyaspartamides, suitably derivatized with thiol, hydrophobic and ionizable groups. The appropriate combination of these side chain functions to the copolymer gives it the property of interacting with the protein of interest, through non-covalent interactions of hydrophobic, electrostatic and hydrogen bonds, and of forming supramolecular systems of colloidal dimensions, with of high kinetic stability and mu coadhesion, as well as of all the favorable properties of thiomers, such as the ability to act as inhibitors of proteases and as absorption promoters.
Oltre al PHEA, altri polimeri a struttura poliaspartammidica con gruppi nucleofili pendenti lungo la catena possono essere ugualmente utilizzati e opportunamente derivatizzati con funzioni idrofobiche, ionizzabili e tioliche, in modo tale da dare composizioni e materiali secondo l'invenzione, di volta in volta dotati di specifici requisiti. In addition to PHEA, other polymers with a polyaspartamide structure with nucleophilic groups hanging along the chain can be equally used and suitably derivatized with hydrophobic, ionizable and thiol functions, in such a way as to give compositions and materials according to the invention, each time provided with specific requirements.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un vettore polimerico colloidale per la veicolazione e il rilascio di peptidi e proteine, in forma di nanoparticelle, aggregati o complessi, costituito da un polimero o copolimero a struttura poliaspartammidica portante in catena laterale, ciascuna singolarmente o in combinazione tra loro, funzioni idrofobiche, funzioni ionizzabili e funzioni tioliche. Therefore, the specific object of the present invention is a colloidal polymeric vector for the delivery and release of peptides and proteins, in the form of nanoparticles, aggregates or complexes, consisting of a polymer or copolymer with a polyaspartamide structure carrying in the side chain, each individually or in combination among them, hydrophobic functions, ionizable functions and thiol functions.
I vettori polimerici proposti sono ottenuti a partire da macromolecole a struttura portante polipeptidica (in modo specifico, poliaspartammidica) aventi gruppi nucleofili in ragione di uno ogni unità ripetitiva della catena, e loro copolimeri. A tali gruppi nucleofili vengono legate covalentemente le fuzioni prima riportate, che neN’ambito della stessa macromolecola, sono sia di tipo idrofobico, sia di tipo ionizzabile sia di tipo tiolico, laddove ciascuna di dette funzioni può essere collegata al backbone polimerico individualmente oppure in combinazione con altre diverse di tali funzioni. The proposed polymeric vectors are obtained starting from macromolecules with a polypeptide bearing structure (specifically, polyaspartamide) having nucleophilic groups in the ratio of one for each repeating unit of the chain, and their copolymers. The above mentioned functions are covalently linked to these nucleophilic groups, which within the same macromolecule are both hydrophobic, ionizable and thiol type, where each of said functions can be connected to the polymeric backbone individually or in combination with several other such functions.
Preferibilmente, secondo l’invenzione, detto polimero o copolimero a struttura poliaspartammidica è l’alfa, beta-poli(N-2-idrossietil)aspartammide (PHEA, e i suoi copolimeri, portante in catena laterale funzioni idrofobiche, ionizzabili e tioliche, legate ai gruppi ossidrilici del polimero di partenza attraverso legami ammidici, enamminici, uretanici o esterei), a seconda del tipo di gruppo coniugato. Preferably, according to the invention, said polymer or copolymer with a polyaspartamide structure is alpha, beta-poly (N-2-hydroxyethyl) aspartamide (PHEA, and its copolymers, carrying in the side chain hydrophobic, ionizable and thiol functions, linked to hydroxyl groups of the starting polymer through amide, enamine, urethane or ester bonds), depending on the type of conjugate group.
La lunghezza della catena poliamminoacidica è preferibilmente tale che il peso molecolare è compreso tra 10.000 e 60.000 dalton. Nel caso preferito del PHEA, ciò equivale ad un numero di unità ripetitive di idrossietil-aspartammide, compreso tra 63 e 315 unità. The length of the polyamine acid chain is preferably such that the molecular weight is between 10,000 and 60,000 daltons. In the preferred case of PHEA, this is equivalent to a number of repetitive units of hydroxyethyl-aspartamide, comprised between 63 and 315 units.
I raggruppamenti idrofobici legati al backbone polimerico possono essere scelti, preferibilmente, dal gruppo consistente in: alchile lineare, ramificato o ciclico con fino a 18 atomi di carbonio, alchenile lineare, ramificato o ciclico con fino a 18 atomi di carbonio, alchinile lineare, ramificato o ciclico con fino a 18 atomi di carbonio, un gruppo aromatico o aralchilico isociclico con fino a 18 atomi di carbonio. Secondo alcune forme di realizzazione specifiche dell’invenzione, detti gruppi idrofobici sono scelti tra gruppi etilici (C2), propilici (C3), butilici (C4), dodecilici (Ci2) 0 esadecilici (0Ί6) lineari, gruppi propilici (C3), butilici (C4), dodecilici (C12) 0 esadecilici (Ci6) ramificati 0 contenenti doppi legami e gruppi aromatici. Il rapporto molare tra le moli di molecole portanti il gruppo idrofobico e le moli di unità ripetitive di polimero è preferibilmente compreso tra 0,01 e 0,6. The hydrophobic groupings bonded to the polymeric backbone can be preferably selected from the group consisting of: linear, branched or cyclic alkyl with up to 18 carbon atoms, linear, branched or cyclic alkenyl with up to 18 carbon atoms, linear, branched alkynyl or cyclic with up to 18 carbon atoms, an isocyclic aromatic or aralkyl group with up to 18 carbon atoms. According to some specific embodiments of the invention, said hydrophobic groups are selected from ethyl (C2), propyl (C3), butyl (C4), dodecyl (Ci2) or hexadecyl (0Ί6) linear groups, propyl (C3), butyl groups (C4), dodecyl (C12) 0 hexadecyl (Ci6) branched 0 containing double bonds and aromatic groups. The molar ratio between the moles of molecules carrying the hydrophobic group and the moles of repeating units of polymer is preferably comprised between 0.01 and 0.6.
Le funzioni ionizzabili che preferibilmente sono legate alla struttura poliaspartammidica dell’invenzione sono costituite da gruppi alchili ci, alchenilici o alchiniclici lineari o ramificati con numero di atomi di carbonio compreso tra 2 e 20, portanti funzioni carbossiliche (-COOH); gruppi portanti funzioni fosforiche (-P03H2), come o-fosfocolamina; funzioni solforiche (-S04H) o solfoniche (-S03H) come taurina; funzioni amminiche primarie (-NH2), amminiche secondarie (-NHR) o amminiche terziarie (-NR’R”) o sali di ammonio quaternario [-<+>N(R)3], Il rapporto molare tra le moli di molecole portanti il gruppo ionizzabile e le moli di unità ripetitive di polimero è compreso tra 0,01 e 0,6. The ionizable functions that are preferably related to the polyaspartamide structure of the invention consist of linear or branched alkyl, alkenyl or alkynyclic groups with a number of carbon atoms between 2 and 20, carrying carboxylic functions (-COOH); groups carrying phosphoric functions (-P03H2), such as o-phosphocolamine; sulfuric (-S04H) or sulphonic (-S03H) functions such as taurine; primary amino functions (-NH2), secondary amino (-NHR) or tertiary amino functions (-NR'R ") or quaternary ammonium salts [- <+> N (R) 3], The molar ratio between the moles of carrier molecules the ionizable group and the moles of repeating units of polymer is comprised between 0.01 and 0.6.
Le funzioni tioliche legate al backbone polimerico possono essere derivate da molecole tiolate come cisteina, omocisteina, cisteamina e loro derivati (preferibilmente cisteina). Il rapporto molare tra le moli di molecole portanti il gruppo tiolico e le moli di unità ripetitive di polimero è compreso tra 0,01 e 0,5. The thiol functions linked to the polymeric backbone can be derived from thiolated molecules such as cysteine, homocysteine, cysteamine and their derivatives (preferably cysteine). The molar ratio between the moles of molecules carrying the thiol group and the moles of repeating units of polymer is between 0.01 and 0.5.
Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione, il vettore polimerico colloidale, recante sulla catena poliaspartammidica funzioni idrofobiche di tipo alchilico lineare, funzioni ionizzanili di tipo carbossilico e funzioni tioliche derivate dalla cisteina, è costituito dal polimero (a,p-poli(N-2-idrossietil)-co-[N-2-(butilcarbammato)etilen]-co-[N-2(2'carbossisuccinil)etilen]-co-[N-2-(2'-L-cistein-succinilammide)etilen]aspartammide). Tale polimero è stato denominato sinteticamente PHEA-C4-CS-Cist. According to a preferred embodiment of the invention, the colloidal polymeric vector, bearing on the polyaspartamide chain hydrophobic functions of the linear alkyl type, ionizing functions of the carboxylic type and thiol functions derived from cysteine, is constituted by the polymer (a, p-poly (N -2-hydroxyethyl) -co- [N-2- (butylcarbamate) ethylene] -co- [N-2 (2'carboxysuccinyl) ethylene] -co- [N-2- (2'-L-cysteine-succinylamide) ethylene] aspartamide). This polymer has been synthetically named PHEA-C4-CS-Cist.
La preparazione di alcuni dei suddetti copolimeri può essere effettuata attraverso una serie di reazioni successive che consentono di legare ai gruppi ossidrilici del polimero poliaspartammidico di partenza, in sequenza, le seguenti molecole: The preparation of some of the aforesaid copolymers can be carried out through a series of successive reactions that allow the following molecules to be linked in sequence to the hydroxyl groups of the starting polyaspartamide polymer:
• gruppi idrofobici • hydrophobic groups
• gruppi con funzioni ionizzabili; • groups with ionizable functions;
• gruppi portanti funzioni tioliche. • groups carrying thiol functions.
Secondo un suo ulteriore aspetto, pertanto, la presente invenzione ha ad oggetto un procedimento per la produzione di vettori polimerici colloidali come sopra definiti, comprendente le seguenti operazioni in successione: According to a further aspect, therefore, the present invention relates to a process for the production of colloidal polymeric vectors as defined above, comprising the following operations in succession:
a) attivazione dei gruppi reattivi di un polimero a struttura poliaspartammidica di partenza con agenti attivanti; a) activation of the reactive groups of a starting polyaspartamide structure polymer with activating agents;
b) reazione del polimero così attivato con ammine corrispondenti a dette funzioni idrofobiche desiderate nelle catene laterali, utilizzando un rapporto molare tra moli di ammina e moli di unità ripetitive di polimero compreso tra 0,01 e 0,6; b) reaction of the polymer thus activated with amines corresponding to said desired hydrophobic functions in the side chains, using a molar ratio between moles of amine and moles of repeating units of polymer comprised between 0.01 and 0.6;
c) coniugazione del polimero ottenuto dall’operazione precedente con molecole portanti dette funzioni ionizzabili, utilizzando un rapporto tra moli di molecole portanti le funzioni ionizzabili e moli di unità ripetitive di polimero compreso tra 0,01 e 0,6; c) conjugation of the polymer obtained from the previous operation with molecules carrying said ionizable functions, using a ratio between moles of molecules carrying the ionizable functions and moles of repetitive units of polymer between 0.01 and 0.6;
d) coniugazione del polimero ottenuto dall’operazione precedente con molecole portanti dette funzioni tioliche, in presenza di agenti attivanti, utilizzando un rapporto tra moli di molecole portanti le funzioni tiolche e moli di unità ripetitive di polimero compreso tra 0,1 e 0,5. d) conjugation of the polymer obtained from the previous operation with molecules carrying said thiol functions, in the presence of activating agents, using a ratio between moles of molecules carrying thiol functions and moles of repeating units of polymer between 0.1 and 0.5 .
Preferibilmente, come notato, il polimero a struttura poliaspartammidica di partenza è alfa,beta-poli(N-2-idrossietil)aspartammide o PHEA. Preferably, as noted, the starting polyaspartamide structure polymer is alpha, beta-poly (N-2-hydroxyethyl) aspartamide or PHEA.
Secondo alcune soluzioni preferite per la metodica sintetica dell’invenzione, gli agenti attivanti dell’operazione a) sono costituiti da bis(4-nitrofenil)carbonato (4-NPBC) in soluzione di dimetilformammide (DMF), e detta operazione è condotta a temperatura costante, compresa tra 25 e 60 °C. Preferibilmente, inoltre, gli agenti attivanti dell’operazione d) sono costituiti da N-idrossisuccinimmide (NHS) e N-3(3-dimetilamminopropil)-N-etil-carbodiimmide cloridrato (EDC-HCI) in soluzione acquosa, e detta operazione è condotta a temperatura compresa tra 15 e 40°C. According to some preferred solutions for the synthetic method of the invention, the activating agents of operation a) consist of bis (4-nitrophenyl) carbonate (4-NPBC) in a solution of dimethylformamide (DMF), and said operation is carried out at temperature constant, between 25 and 60 ° C. Furthermore, the activating agents of step d) preferably consist of N-hydroxysuccinimide (NHS) and N-3 (3-dimethylaminopropyl) -N-ethyl-carbodiimide hydrochloride (EDC-HCI) in aqueous solution, and said operation is conducted at a temperature between 15 and 40 ° C.
In un caso specifico riportato a titolo illustrativo, ai gruppi ossidrilici del polimero poliaspartammidico di partenza sono stati legati, in successione: In a specific case reported for illustrative purposes, the hydroxyl groups of the starting polyaspartamide polymer were linked, in succession:
• una catena alifatica a quattro atomi di carbonio (C4) (ottenendo il copolimero che è stato denominato PHEA-C4); • an aliphatic chain with four carbon atoms (C4) (obtaining the copolymer which has been called PHEA-C4);
• gruppi succinici (ottenendo il copolimero che è stato denominato PHEA-C4-CS); • succinic groups (obtaining the copolymer which has been called PHEA-C4-CS);
• molecole portanti gruppi tiolici quali la cisteina (ottenendo il copolimero denominato PHEA-C4-CS-Cist). • molecules carrying thiol groups such as cysteine (obtaining the copolymer called PHEA-C4-CS-Cist).
Nel primo step della sintesi, i gruppi ossidrilici del PHEA sono stati attivati mediante reazione con bis(4-nitrofenil)carbonato (4-NPBC) in soluzione di dimetilformammide (DMF), a temperatura costante (preferibilmente tra 25 e 60°C). Di seguito la reazione con butilammina, utilizzando un rapporto molare tra moli di butilammina e moli di unità ripetitive di PFIEA compreso tra 0,01 e 0,6, ha permesso di derivatizzare il polimero con gruppi butilici in catena laterale, ottenendo il copolimero PHEA-C4(a,p-poli(N-2-idrossietil)-co-[N-2-(butilcarbammato)etilen]-aspartammide) In the first step of the synthesis, the hydroxyl groups of PHEA were activated by reaction with bis (4-nitrophenyl) carbonate (4-NPBC) in a solution of dimethylformamide (DMF), at a constant temperature (preferably between 25 and 60 ° C). Following the reaction with butylamine, using a molar ratio between moles of butylamine and moles of repeating units of PFIEA between 0.01 and 0.6, allowed to derivatize the polymer with butyl groups in the side chain, obtaining the PHEA copolymer- C4 (a, p-poly (N-2-hydroxyethyl) -co- [N-2- (butylcarbamate) ethylene] -aspartamide)
L’introduzione delle catene butilamminiche nel backbone polimerico del PHEA è stata confermata mediante analisi<1>H-NMR e FT-IR del polimero PHEA-C4dopo purificazione con dialisi esaustiva contro acqua distillata e liofilizzazione. La percentuale di funzioni alchilamminiche legate nel copolimero PHEA-C4(espressa come numero di moli di butilammina legata/numero di moli di unità ripetitive del polimero x 100), determinata tramite<1>H-NMR, è variabile e può essere compresa tra N% e il 60% in moli (preferibilmente il 15-20 %). The introduction of butylamine chains into the PHEA polymeric backbone was confirmed by <1> H-NMR and FT-IR analysis of the PHEA-C4 polymer after purification with exhaustive dialysis against distilled water and lyophilization. The percentage of alkylamine functions bound in the PHEA-C4 copolymer (expressed as the number of moles of bound butylamine / number of moles of repeating units of the polymer x 100), determined by <1> H-NMR, is variable and can be between N % and 60% by moles (preferably 15-20%).
Il peso molecolare medio del derivato PHEA-C4, determinato tramite cromatografia ad esclusione molecolare (SEC) è compreso tra 30 e 50 kDa, a seconda del grado di derivatizzazione, rispetto ad una calibrazione effettuata con standard molecolari di PEO/PEG. The average molecular weight of the PHEA-C4 derivative, determined by molecular exclusion chromatography (SEC), is between 30 and 50 kDa, depending on the degree of derivatization, compared to a calibration carried out with molecular standards of PEO / PEG.
Nel secondo step della sintesi, il copolimero PHEA-C4, ottenuto come precedentemente descritto, è stato posto a reagire in soluzione di DMF con anidride succinica (AS) in presenza di trietilammina (TEA) per un tempo compreso tra 4 e 24 ore, a seconda del rapporto tra moli di AS e moli di unità ripetitive del PHEA, e a temperatura costante, preferibilmente tra 15 e 40 °C. Il rapporto tra moli di AS e le moli di unità ripetitive del PHEA può essere compreso tra 0,01 e 0,6. In tali condizioni i gruppi ossidrilici ancora liberi del PHEA-C4reagiscono facilmente con l’anidride, secondo lo schema di seguito riportato. In the second step of the synthesis, the PHEA-C4 copolymer, obtained as previously described, was placed to react in a DMF solution with succinic anhydride (AS) in the presence of triethylamine (TEA) for a time between 4 and 24 hours, to depending on the ratio between moles of AS and moles of repeating units of PHEA, and at a constant temperature, preferably between 15 and 40 ° C. The ratio of moles of AS to moles of repeating units of PHEA can be between 0.01 and 0.6. In such conditions, the still free hydroxyl groups of PHEA-C4 easily react with the anhydride, according to the scheme below.
PHEA-C, PHEA-C,
Dopo purificazione, tramite dialisi esaustiva contro acqua distillata, il copolimero PHEA-C4-CS (a,p-poli(N-2-idrossietil)-co-[N-2-(butilcarbammato)etilen]-co-[N-2(2'carbossisuccinil)etilen]-aspartammide) ottenuto è stato caratterizzato tramite analisi FT-IR e<1>H-NMR. I dati spettroscopici confermano l’introduzione del gruppo succinico nel copolimero. After purification, by exhaustive dialysis against distilled water, the copolymer PHEA-C4-CS (a, p-poly (N-2-hydroxyethyl) -co- [N-2- (butylcarbamate) ethylene] -co- [N-2 (2'carboxysuccinyl) ethylene] -aspartamide) obtained was characterized by FT-IR and <1> H-NMR analysis. The spectroscopic data confirm the introduction of the succinic group in the copolymer.
La percentuale di funzioni succiniche legate nel copolimero PHEA-C4-CS (espressa come numero di moli di acido succinico legato/numero di moli di unità ripetitive del polimero x 100), determinata tramite<1>H-NMR, è variabile e può essere compresa tra Γ1 e il 60% in moli (preferibilmente il 30-50 %). The percentage of bound succinic functions in the PHEA-C4-CS copolymer (expressed as the number of moles of bound succinic acid / number of moles of repeating units of the polymer x 100), determined by <1> H-NMR, is variable and can be between Γ1 and 60% by moles (preferably 30-50%).
Il peso molecolare medio del derivato PHEA-C4-CS, determinato tramite cromatografia ad esclusione molecolare (SEC) è compreso tra 30 e 50 kDa, a seconda del grado di derivatizzazione, rispetto ad una calibrazione effettuata con standard molecolari di PEO/PEG. The average molecular weight of the PHEA-C4-CS derivative, determined by molecular exclusion chromatography (SEC), is between 30 and 50 kDa, depending on the degree of derivatization, compared to a calibration performed with PEO / PEG molecular standards.
Nel terzo step della sintesi, il copolimero PHEA-C4-CS ottenuto come precedentemente descritto è stato fatto reagire in presenza degli attivanti N-idrossisuccinimmide (NHS) e N-3(3-dimetilamminopropil)-N-etil-carbodiimmide cloridrato (EDC-HCI) in soluzione acquosa, per un tempo compreso tra 1 e 18 ore, a seconda del rapporto tra moli di cisteina e le moli di acido succinico legate al PHEA, a temperatura costante, preferibilmente tra 15 e 40 °C. Il rapporto tra moli di cisteina e le moli di acido succinico legate al PHEA può essere compreso tra 0,5 e 2, corrispondente a un rapporto molare tra le moli di molecole portanti il gruppo tiolico e le moli di unità ripetitive di polimero di 0,1 -0,8. In queste condizioni i gruppi amminici della cisteina reagiscono con i gruppi carbossilici delle catene succiniche del PHEA-C4-CS dando origine al copolimero PHEA-C4-CS-Cist (a,p-poli(N-2-idrossietil)-co-[N-2-(butilcarbammato)etilen]-co-[N-2(2'carbossisuccinil)etilen]-co-[N-2-(2'-L-cistein-succinilammide)etilen]aspartammide). In the third step of the synthesis, the PHEA-C4-CS copolymer obtained as previously described was reacted in the presence of the activators N-hydroxysuccinimide (NHS) and N-3 (3-dimethylaminopropyl) -N-ethyl-carbodiimide hydrochloride (EDC- HCl) in aqueous solution, for a time ranging from 1 to 18 hours, depending on the ratio between moles of cysteine and moles of succinic acid bound to PHEA, at a constant temperature, preferably between 15 and 40 ° C. The ratio of moles of cysteine to moles of succinic acid bound to PHEA can be between 0.5 and 2, corresponding to a molar ratio between the moles of molecules carrying the thiol group and the moles of polymer repeating units of 0, 1 -0.8. Under these conditions, the amino groups of cysteine react with the carboxyl groups of the succinic chains of PHEA-C4-CS giving rise to the copolymer PHEA-C4-CS-Cist (a, p-poly (N-2-hydroxyethyl) -co- [ N-2- (butylcarbamate) ethylene] -co- [N-2 (2'carboxysuccinyl) ethylene] -co- [N-2- (2'-L-cysteine-succinylamide) ethylene] aspartamide).
PHEA-C4-CS PHEA-C4-CS
r r
Dopo purificazione, tramite dialisi esaustiva contro acqua, il copolimero PHEA-C4-CS-Cist ottenuto è stato caratterizzato tramite analisi FT-IR e 1H-NMR. After purification, by exhaustive dialysis against water, the obtained PHEA-C4-CS-Cist copolymer was characterized by FT-IR and 1H-NMR analysis.
La percentuale di funzioni tioliche legate nel copolimero PHEA-C4-CS-Cist (espresse come numero di moli di cisteina legata/numero di moli di unità ripetitive del polimero x 100), è stata determinata mediante saggio di Ellman, che permette di determinare il numero di funzioni tioliche (SH) e quindi la percentuale di molecole di cisteina legate al polimero. Tale percentuale può essere compresa tra Γ1 e il 50% in moli (preferibilmente il 10% in moli rispetto alle unità ripetitive del PHEA ovvero di circa il 30% rispetto ai gruppi succinici). The percentage of bound thiol functions in the PHEA-C4-CS-Cist copolymer (expressed as the number of moles of bound cysteine / number of moles of repetitive units of the polymer x 100), was determined by Ellman's assay, which allows to determine the number of thiol functions (SH) and therefore the percentage of cysteine molecules bound to the polymer. This percentage can be between Γ1 and 50% by moles (preferably 10% by moles with respect to the repeating units of the PHEA or approximately 30% with respect to the succinic groups).
Il peso molecolare medio del derivato PHEA-C4-CS-Cist, determinato tramite cromatografia ad esclusione molecolare (SEC) è compreso tra 30 e 50 kDa, a seconda del grado di derivatizzazione, rispetto ad una calibrazione effettuata con standard molecolari di PEO/PEG. The average molecular weight of the PHEA-C4-CS-Cist derivative, determined by molecular exclusion chromatography (SEC) is between 30 and 50 kDa, depending on the degree of derivatization, compared to a calibration carried out with molecular standards of PEO / PEG .
Per tutti i copolimeri sintetizzati le rese sono state nel campo 94-100% rispetto al copolimero di partenza. For all the synthesized copolymers the yields were in the range 94-100% with respect to the starting copolymer.
Secondo un suo ulteriore aspetto, l'invenzione ha ad oggetto i preparati farmaceutici che si ottengono caricando i vettori polimerici proposti con i principi attivi, preferibilmente ma non esclusivamente di natura peptidica. L’invenzione pertanto concerne una composizione farmaceutica per il rilascio di uno o più principi attivi, in modo specifico di natura peptidica o proteica, in forma di nanoparticelle, aggregati o complessi, in cui detti uno o più principi attivi sono veicolati in un vettore polimerico colloidale come sopra definito. According to a further aspect, the invention relates to pharmaceutical preparations which are obtained by loading the proposed polymeric carriers with the active ingredients, preferably but not exclusively of peptide nature. The invention therefore concerns a pharmaceutical composition for the release of one or more active ingredients, specifically of a peptide or protein nature, in the form of nanoparticles, aggregates or complexes, in which said one or more active ingredients are conveyed in a polymeric vector colloidal as defined above.
Vantaggiosamente, la composizione farmaceutica proposta può essere formulata per la somministrazione orale. Detti uno o più principi attivi inclusi ne vettore polimerico colloidale secondo l’invenzione possono essere accompagnati, inoltre, da uno o più eccipienti farmaceutici accettabili per la somministrazione orale. Advantageously, the proposed pharmaceutical composition can be formulated for oral administration. Said one or more active ingredients included in the colloidal polymeric carrier according to the invention can also be accompanied by one or more pharmaceutical excipients acceptable for oral administration.
L’invenzione concerne, ulteriormente, composizioni farmaceutiche a base di o di uno o più principi attivi di natura peptidica o proteica come sopra definiti, comunque formulata in una forma di rilascio liquida o solida. The invention further concerns pharmaceutical compositions based on either one or more active ingredients of a peptide or protein nature as defined above, however formulated in a liquid or solid release form.
L’interazione tra i copolimeri oggetto dell’invenzione e le molecole proteiche da essi veicolate consente di proteggere queste ultime da fenomeni di degradazione sia enzimatica che chimica e di rilasciarle intatte nel sito di somministrazione, offrendo quindi il vantaggio di una minore degradazione del farmaco proteico e di un maggiore assorbimento. The interaction between the copolymers object of the invention and the protein molecules conveyed by them allows to protect the latter from both enzymatic and chemical degradation phenomena and to release them intact at the administration site, thus offering the advantage of a lower degradation of the protein drug and greater absorption.
I sistemi di rilascio polimerici secondo l’invenzione si sono mostrati in grado di aumentare la biodisponibilità orale dell’insulina, impiegata come proteina modello, e di indurre un abbassamento dei livelli plasmatici di glucosio nei ratti pari al 30% dell’effetto ipoglicemizzante osservabile dopo somministrazione sottocutanea dell’insulina. In più tali vettori non hanno evidenziato alcuna citotossicità cellulare in vitro e ottima tollerabilità in vivo sui modelli impiegati. Inoltre, i sistemi proposti si sono mostrati capaci di aumentare la stabilità chimica dell’insulina in presenza di enzimi proteolitici come Γα-chimotripsina e in mezzi mimanti i fluidi gastrointestinali. The polymeric delivery systems according to the invention have been shown to increase the oral bioavailability of insulin, used as model protein, and to induce a lowering of plasma glucose levels in rats equal to 30% of the hypoglycemic effect observed after subcutaneous administration of insulin. In addition, these vectors did not show any cellular cytotoxicity in vitro and excellent tolerability in vivo on the models used. Furthermore, the proposed systems have been shown to be capable of increasing the chemical stability of insulin in the presence of proteolytic enzymes such as Γα-chymotrypsin and in means mimicking gastrointestinal fluids.
L’impiego dei vettori secondo l’invenzione, pertanto, consente di aumentare la biodiponibilità orale di farmaci peptidici e proteine, come ad esempio l’insulina, e di prolungare la stabilità di molecole peptidiche e proteine quando siano impiegati come eccipienti in formulazioni sia liquide che solide. The use of the vectors according to the invention, therefore, allows to increase the oral bioavailability of peptide drugs and proteins, such as insulin, and to prolong the stability of peptide molecules and proteins when they are used as excipients in both liquid formulations that solid.
Le caratteristiche specifiche dell’invenzione, così come i vantaggi della stessa e le relative modalità operative, risulteranno più evidenti con riferimento alla descrizione dettagliata presentata a titolo meramente esemplificativo nel seguito, assieme ai risultati delle sperimentazioni effettuate su di essa e ai dati di confronto con la tecnica anteriore. Alcuni risultati sperimentali sono anche illustrati nei disegni allegati, in cui: The specific characteristics of the invention, as well as the advantages of the same and the relative operating methods, will be more evident with reference to the detailed description presented by way of example below, together with the results of the experiments carried out on it and the comparison data with the prior art. Some experimental results are also illustrated in the attached drawings, in which:
la Figura 1 mostra l’andamento della vitalità cellulare, valutata mediante MTS test, di cellule di epitelio intestinale umano dopo 24 ore di incubazione con concentazioni crescenti (0,1, 0,5 e 1 mg/ml) dei copolimeri PHEA-C4-CS e PHEA-C4-CS-Cist; Figure 1 shows the trend of cell viability, assessed by MTS test, of human intestinal epithelium cells after 24 hours of incubation with increasing concentrations (0.1, 0.5 and 1 mg / ml) of the PHEA-C4- copolymers CS and PHEA-C4-CS-Cist;
la Figura 2 mostra l’andamento della trasmittanza in funzione del tempo dei campioni insulina, PHEA-C4e dei complessi insulina/PHEA-C4nei diversi rapporti in peso (1/1, 1/3, 1/6); Figure 2 shows the trend of transmittance as a function of time of the insulin samples, PHEA-C4 and of the insulin / PHEA-C4 complexes in different weight ratios (1/1, 1/3, 1/6);
la Figura 3 mostra l’andamento della trasmittanza in funzione del tempo dei campioni insulina, PHEA-C4-CS e dei complessi insulina/PHEA-C4-CS nei diversi rapporti in peso (1/1, 1/3, 1/6); Figure 3 shows the trend of transmittance as a function of time of the insulin samples, PHEA-C4-CS and of the insulin / PHEA-C4-CS complexes in the different weight ratios (1/1, 1/3, 1/6) ;
la Figura 4 mostra l’andamento della trasmittanza in funzione del tempo dei campioni insulina, PHEA-C4-CS-Cist e dei complessi insulina/PHEA-C4-CS-Cist nei diversi rapporti in peso (1/1, 1/3, 1/6); Figure 4 shows the trend of transmittance as a function of time of the insulin samples, PHEA-C4-CS-Cist and of the insulin / PHEA-C4-CS-Cist complexes in the different weight ratios (1/1, 1/3, 1/6);
la Figura 5 rappresenta l’elettroforesi su gel di agarosio di insulina, PHEA-C4/insulina, PHEA-C4-CS/insulina, PHEA-C4-CSCist/insulina per confermare l’integrità della struttura della proteina complessata; Figure 5 represents the electrophoresis on agarose gel of insulin, PHEA-C4 / insulin, PHEA-C4-CS / insulin, PHEA-C4-CSCist / insulin to confirm the integrity of the complexed protein structure;
la Figura 6 mostra la percentuale di insulina intatta rilasciata nel tempo dai complessi insulina/copolimero dopo incubazione in presenza di a-chimotripsina; Figure 6 shows the percentage of intact insulin released over time from the insulin / copolymer complexes after incubation in the presence of a-chymotrypsin;
la Figura 7 mostra la percentuale di insulina rilasciata dalle compresse contenenti i diversi sistemi insulina/copolimero in mezzo mimante i fluidi g.i. (pH 1, fino a 120 min, pH 6.8 da 121 a 360 min); e Figure 7 shows the percentage of insulin released from the tablets containing the different insulin / copolymer systems in the fluid mimicking medium g.i. (pH 1, up to 120 min, pH 6.8 from 121 to 360 min); And
la Figura 8 mostra l’andamento dei livelli sierici di glucosio in ratti dopo somministrazione orale di capsule contenenti il complesso insulina/PHEA-C4-CS (P1); l’insulina non complessata (insulina os); il copolimero (P1 os) e l’insulina per via sottocutanea (insulina se) come controllo positivo. Figure 8 shows the trend of serum glucose levels in rats after oral administration of capsules containing the insulin / PHEA-C4-CS (P1) complex; non-complexed insulin (os insulin); the copolymer (P1 os) and subcutaneous insulin (insulin se) as a positive control.
I copolimeri oggetto della presente invenzione sono stati sottoposti a studi di biocompatibilità in vitro su cellule di epitelio intestinale umano al fine di valutare gli eventuali effetti citotossici mediante saggio all’MTS. Come mostrato nella Figura 1 allegata, i dati di vitalità cellulare dopo 24 ore di incubazione con concentazioni di copolimero di 0,1, 0,5 e 1 mg/ml non hanno mostrato alcun effetto citotossico sul modello cellulare impiegato. The copolymers object of the present invention were subjected to in vitro biocompatibility studies on human intestinal epithelial cells in order to evaluate any cytotoxic effects by means of an MTS assay. As shown in the attached Figure 1, cell viability data after 24 hours of incubation with copolymer concentrations of 0.1, 0.5 and 1 mg / ml did not show any cytotoxic effect on the cell model employed.
A solo titolo di esempio vengono riportati nel seguito i risultati relativi ad una serie di copolimeri, utilizzati come vettori di proteine modello per gli studi di interazione e di rilascio orale. Allo scopo di valutare la possibilità di utilizzare i copolimeri sintetizzati come agenti per la veicolazione di proteine, e tra queste l’insulina, scelta come proteina modello, sono stati effettuati studi sull’interazione tra i copolimeri secondo l’invenzione e l’insulina: By way of example only, the results relating to a series of copolymers, used as model protein vectors for interaction and oral release studies, are reported below. In order to evaluate the possibility of using the synthesized copolymers as agents for the delivery of proteins, and among these insulin, chosen as a model protein, studies were carried out on the interaction between the copolymers according to the invention and insulin:
• studi turbidimetrici; elettroforesi su gel d’agarosio, misure di light scattering e potenziale zeta. • turbidimetric studies; electrophoresis on agarose gel, measurements of light scattering and zeta potential.
Alcuni risultati sperimentali sono illustrati nelle figure allegate. Some experimental results are illustrated in the attached figures.
Gli studi turbidimetrici sono stati effettuati registrando le trasmittanze, a 500 nm, dell’insulina, dei singoli copolimeri e dei complessi insulina/copolimero a diversi rapporti in peso insulina/copolimero, in tampone fosfato pH 7,4. The turbidimetric studies were performed by recording the transmittances, at 500 nm, of insulin, individual copolymers and insulin / copolymer complexes at different insulin / copolymer weight ratios, in phosphate buffer pH 7.4.
I sistemi insulina/PHEA-C4o insulina/PHEA-C4-CS descritti esemplificativamente sopra mostrano una diminuzione della trasmittanza in funzione del tempo. Molto più marcato è questo fenomeno nel caso del complesso insulina/PHEA-C4-CS-Cist, con una drastica diminuzione della trasmittanza in funzione del tempo (fino alle 24 ore) e in funzione del rapporto insulina/copolimero. I dati sono riportati come trasmittanza in funzione del tempo nelle Figure 2, 3 e 4. The insulin / PHEA-C4 or insulin / PHEA-C4-CS systems described by way of example above show a decrease in transmittance as a function of time. This phenomenon is much more marked in the case of the insulin / PHEA-C4-CS-Cist complex, with a drastic decrease in transmittance as a function of time (up to 24 hours) and as a function of the insulin / copolymer ratio. The data are reported as transmittance versus time in Figures 2, 3 and 4.
In tutti i casi tale comportamento può essere spiegato ipotizzando la formazione di aggregati colloidali tra la proteina e i copolimeri che, per le loro dimensioni, risultano essere “opachi” al raggio di luce incidente rispetto ai singoli copolimeri e alla proteina nuda, anche se invisibili ad occhio nudo. Nel caso del copolimero PHEA-C4-CS-Cist in particolare, sono coinvolti nella formazione degli aggregati oltre a legami fisici, quali interazioni di Van der Waals e idrofobiche, anche legami chimici, quali ponti S-S tra le stesse catene di copolimero. In all cases, this behavior can be explained by assuming the formation of colloidal aggregates between the protein and the copolymers which, due to their size, are "opaque" to the incident light beam with respect to the single copolymers and the naked protein, even if invisible to naked eye. In the case of the PHEA-C4-CS-Cist copolymer in particular, in addition to physical bonds, such as Van der Waals and hydrophobic interactions, also chemical bonds, such as S-S bridges between the copolymer chains themselves, are involved in the formation of the aggregates.
Al fine di verificare l’integrità strutturale della proteina complessata è stata effettuata l’analisi elettroforetica su gel di agarosio dei complessi insulina/copolimeri. Nella Figura 5 allegata è riportato che la corsa elettroforetica, condotta per 30 min a 150 V non ha mostrato variazioni della mobilità elettroforetica dell’insulina complessata con i copolimeri rispetto all’insulina nativa (controllo) e non si evidenziano inoltre ulteriori bande, indice di eventuale degradazione della proteina. In order to verify the structural integrity of the complexed protein, the electrophoretic analysis of the insulin / copolymer complexes was carried out on agarose gel. In Figure 5 attached it is reported that the electrophoretic run, conducted for 30 min at 150 V, did not show changes in the electrophoretic mobility of the insulin complexed with the copolymers compared to the native insulin (control) and no further bands were evident, index of possible degradation of the protein.
Si deduce pertanto che in seguito all’interazione della proteina con tutti i copolimeri, la struttura chimica della stessa, nonché quella secondaria e terziaria rimangono inalterate. It is therefore deduced that following the interaction of the protein with all the copolymers, the chemical structure of the same, as well as the secondary and tertiary ones, remain unaltered.
Sono state infine eseguite delle analisi di tight scattering e misure del potenziale zeta in tampone fosfato a pH 7,4 in funzione del tempo, al fine di valutare il diametro idrodinamico dei complessi polimerici e ottenere informazioni sulla carica superficiale degli stessi complessi. Finally, tight scattering analyzes and measurements of the zeta potential in phosphate buffer at pH 7.4 as a function of time were performed, in order to evaluate the hydrodynamic diameter of the polymeric complexes and obtain information on the surface charge of the same complexes.
I complessi con PHEA-C4e PHEA-C4-CS mostrano dimensioni minori rispetto all’insulina tal quale, suggerendo il verificarsi di fenomeni di compattazione della proteina grazie all’interazione con i copolimeri stessi. Tale comportamento sembra essere tempo dipendente per il copolimero PHEA-C4-CS-Cist. Infatti, le dimensioni dei complessi diminuiscono nel tempo in modo molto marcato, probabilmente per l’instaurarsi di ponti S-S tra le catene degli stessi copolimeri. Tali risultati sono peraltro in accordo con quelli ricavati dagli studi turbidimetrici. The complexes with PHEA-C4 and PHEA-C4-CS show smaller dimensions than insulin as it is, suggesting the occurrence of protein compaction phenomena thanks to the interaction with the copolymers themselves. This behavior appears to be time dependent for the PHEA-C4-CS-Cist copolymer. In fact, the dimensions of the complexes decrease over time very markedly, probably due to the establishment of S-S bridges between the chains of the same copolymers. Moreover, these results are in agreement with those obtained from turbidimetric studies.
Le misure di potenziale zeta inoltre, mostrano una diminuzione del potenziale superficiale nei complessi, rispetto all’insulina nativa. Ciò conferma un effetto schermante della carica superficiale presente sulla molecola di insulina in seguito alla complessazione con il copolimero. The zeta potential measurements also show a decrease in the surface potential in the complexes, compared to native insulin. This confirms a shielding effect of the surface charge present on the insulin molecule following complexation with the copolymer.
Stabilità dei complessi proteina/copolimero in presenza di achimotripsina Stability of protein / copolymer complexes in the presence of achymotrypsin
La capacità dei copolimeri oggetto della presente invenzione di migliorare la stabilità di molecole proteiche nei confronti della degradazione neN’ambiente intestinale, è stata valutata incubando i complessi proteina/polimero precedentemente preparati e liofilizzati, in presenza di α-chimotripsina e determinando, ad intervalli di tempo regolari, la percentuale di proteina intatta nel mezzo di reazione. The ability of the copolymers object of the present invention to improve the stability of protein molecules against degradation in the intestinal environment was evaluated by incubating the previously prepared and lyophilized protein / polymer complexes in the presence of α-chymotrypsin and determining, at intervals of regular time, the percentage of intact protein in the reaction medium.
Come mostrato nella Figura 6, i copolimeri oggetto dell’invenzione presentano un effetto di protezione riducendo la degradazione enzimatica dell'insulina in presenza di α-chimotripsina. Questo effetto di protezione è risultato crescente nell’ordine PHEA-C4 < PHEA-C4-CS < PHEA-C4-CS-Cist. In quest’ultimo caso, infatti, si osserva la presenza di insulina intatta fino a 140 minuti dall’inizio dell'incubazione con l’enzima. Al contrario l’insulina nativa subisce una degradazione completa in presenza di α-chimotripsina neN’arco di 40 minuti. As shown in Figure 6, the copolymers object of the invention have a protective effect by reducing the enzymatic degradation of insulin in the presence of α-chymotrypsin. This protective effect was found to be increasing in the order PHEA-C4 <PHEA-C4-CS <PHEA-C4-CS-Cist. In the latter case, in fact, the presence of intact insulin is observed up to 140 minutes from the start of incubation with the enzyme. On the contrary, native insulin undergoes complete degradation in the presence of α-chymotrypsin within 40 minutes.
La differente entità dell’effetto di protezione dei copolimeri, nei confronti dell’insulina può essere spiegata considerando una diversa natura e forza delle interazioni tra l’insulina e i tre copolimeri, ovvero principalmente interazioni idrofobiche con il PHEA-C4, interazioni idrofobiche e legami a idrogeno con il PHEA-C4-CS; interazioni idrofobiche, legami a idrogeno e legami disolfuro con il PHEA-C4-CS-Cist. The different extent of the protective effect of the copolymers towards insulin can be explained by considering a different nature and strength of the interactions between insulin and the three copolymers, i.e. mainly hydrophobic interactions with PHEA-C4, hydrophobic interactions and bonds to hydrogen with PHEA-C4-CS; hydrophobic interactions, hydrogen bonds and disulfide bonds with PHEA-C4-CS-Cist.
Studi di rilascio in vitro in fluidi gastrointestinali simulati In vitro release studies in simulated gastrointestinal fluids
La possibilità di utilizzare i complessi proteina/copolimero come sistemi per il rilascio di proteine da forme di dosaggio solide (es. compresse), è stata valutata determinando il rilascio di proteine modello in funzione del tempo in un mezzo mimante l’ambiente gastro-intestinale. The possibility of using the protein / copolymer complexes as systems for the release of proteins from solid dosage forms (e.g. tablets), was evaluated by determining the release of model proteins as a function of time in a medium mimicking the gastrointestinal environment. .
A titolo di esempio si riportano i dati relativi ad una formulazione di compresse contenenti i complessi insulina/copolimero a rapporti in peso insulina/copolimero di 1/6, utilizzando come eccipienti amido di riso e silice microcristallina. I risultati mostrano un lento rilascio di insulina intatta dalle compresse contenenti i complessi insulina/copolimero. Come mostrato nella Figura 7, tale ritardo è particolarmente evidente nel caso dei complessi PHEA-C4-CS/insulina e PHEA-C4-CS-Cist/insulina. By way of example, the data relating to a formulation of tablets containing the insulin / copolymer complexes with insulin / copolymer weight ratios of 1/6 are reported, using rice starch and microcrystalline silica as excipients. The results show a slow release of intact insulin from tablets containing the insulin / copolymer complexes. As shown in Figure 7, this delay is particularly evident in the case of the PHEA-C4-CS / insulin and PHEA-C4-CS-Cist / insulin complexes.
Da questi dati si evince che i copolimeri sintetizzati sono in grado di controllare la velocità di rilascio dell’insulina dalle compresse, nonché la loro velocità di disgregazione nei fluidi gastrointestinali simulati. From these data it can be seen that the synthesized copolymers are able to control the release rate of insulin from the tablets, as well as their disintegration rate in simulated gastrointestinal fluids.
Inoltre si evidenzia un effetto del pH sulla velocità di liberazione dell’insulina relativamente ai complessi dell’insulina con i copolimeri PHEA-C4-CS e PHEA-C4-CS-Cist. Questi copolimeri, infatti, possedendo una certa quantità di gruppi carbossilici liberi, presentano una solubilità in mezzo acquoso che aumenta all’aumentare del pH. Nei complessi, questo comportamento porta a una più facile liberazione dell’insulina complessata al pH intesinale (pH 6,8); al contrario un rilascio e una degradazione trascurabili al pH gastrico (pH 1). In addition, there is an effect of pH on the rate of insulin release relative to the insulin complexes with the PHEA-C4-CS and PHEA-C4-CS-Cist copolymers. These copolymers, in fact, possessing a certain amount of free carboxyl groups, have a solubility in an aqueous medium that increases with increasing pH. In complexes, this behavior leads to easier release of complexed insulin at intestinal pH (pH 6.8); on the contrary, negligible release and degradation at gastric pH (pH 1).
Studi di rilascio in vivo su ratti In vivo release studies in rats
La possibilità di utilizzare i complessi proteina/copolimero come sistemi per il rilascio di proteine da forme di dosaggio solide orali, è stata valutata determinando il rilascio di insulina, utilizzata come proteina modello, dopo somministrazione orale a ratti di capsule contenenti insulina complessata con i copolimeri oggetto della presente invenzione. The possibility of using the protein / copolymer complexes as systems for the delivery of proteins from oral solid dosage forms was evaluated by determining the release of insulin, used as a model protein, after oral administration to rats of capsules containing insulin complexed with the copolymers. object of the present invention.
A titolo di esempio si riportano i dati relativi alla somministrazione orale di capsule di gelatina contenenti i complessi insulina/copolimero a rapporti in peso insulina/copolimero di 1/6, utilizzando come eccipiente silice microcristallina. By way of example, the data relating to the oral administration of gelatin capsules containing the insulin / copolymer complexes at insulin / copolymer weight ratios of 1/6 are reported, using microcrystalline silica as excipient.
Gli esperimenti in vivo sono stati condotti su ratti maschi in condizioni di salute ottimali, del peso medio di 250 g, tipo Wistar. Gli animali sono stati mantenuti a digiuno per una notte (circa 12 ore) in modo tale da presentare tutti livelli costanti di glucosio nel sangue. Prima della somministrazione ad ogni animale sono stati prelevati 5 μΙ di sangue dalla vena della coda e i livelli di glucosio immediatamente misurati utilizzando un lettore dei livelli di glucosio nel sangue tipo Comelab 20 sistema Thermo (GODPOD). In vivo experiments were conducted on healthy male rats weighing an average of 250 g, Wistar type. The animals were fasted overnight (approximately 12 hours) in such a way that they all had constant blood glucose levels. Before administration to each animal, 5 μΙ of blood was taken from the tail vein and the glucose levels were immediately measured using a blood glucose reader type Comelab 20 Thermo system (GODPOD).
Gli animali sono stati suddivisi in 4 gruppi da 3, ciascun gruppo trattato separatamente con differenti forme di dosaggio, previa sedazione con a2Agonisti, Medetomidina (Domitor) al dosaggio suggerito dalla casa farmaceutica. Le diverse formulazioni sono state somministrate sotto forma di capsula da 0,13 mi, posizionata nella parte interna della gola per stimolare il riflesso di deglutizione. The animals were divided into 4 groups of 3, each group treated separately with different dosage forms, after sedation with a2Agonists, Medetomidine (Domitor) at the dosage suggested by the pharmaceutical company. The different formulations were administered in the form of a 0.13ml capsule, placed in the inner part of the throat to stimulate the swallowing reflex.
Al primo gruppo (denominato P1 os) è stata somministrata la forma di dosaggio costituita soltanto dagli eccipienti inerti e priva di in sulina, mentre al secondo gruppo (denominato insulina SC) è stata somministrata una soluzione fisiologica sterile contenente 2 mg (56 USP units) (~ 8 mg/kg) di insulina bovina (pancreas, Sigma) per via sottocutanea (controllo positivo). Al terzo gruppo (denominato insulina/P1 os) è stata somministrate la formulazione preparata con il complesso insulina/PHEA-C4-CS, contenente 2 mg (56 USP units) (~ 8 mg/kg) di insulina bovina (pancreas, Sigma). Infine, all’ultimo gruppo (denominato insulina os) sono stati somministrati 200 μΙ di una soluzione acquosa controllo di insulina contenente 2 mg (56 USP units) (~ 8 mg/kg) di insulina bovina (pancreas, Sigma), sempre per via orale (controllo negativo). The first group (called P1 os) was administered the dosage form consisting only of the inert excipients and free of in sulin, while the second group (called SC insulin) was administered a sterile physiological solution containing 2 mg (56 USP units) (~ 8 mg / kg) of bovine insulin (pancreas, Sigma) subcutaneously (positive control). The third group (named insulin / P1 os) was given the formulation prepared with the insulin / PHEA-C4-CS complex, containing 2 mg (56 USP units) (~ 8 mg / kg) of bovine insulin (pancreas, Sigma) . Finally, the last group (called os insulin) was administered 200 μΙ of a control aqueous insulin solution containing 2 mg (56 USP units) (~ 8 mg / kg) of bovine insulin (pancreas, Sigma), again by route oral (negative control).
Tutti i ratti sono stati mantenuti a digiuno per 12 ore, lasciando libero accesso all’acqua, durante i quali, ad intervalli di tempo di 1 ora e per 8 ore sono stati prelevati 5 μΙ di sangue dalla coda previa anestesia locale con Lidocaina al 2% in gel (LUAN) e monitorati immediatamente i livelli di glucosio nel sangue. Dopo 12 ore dalla somministrazione, tutti i ratti sono stati nutriti; si è proceduto quindi, dopo 24 ore complessive ad effettuare un ultimo prelievo e dosaggio della glicemia. All rats were fasted for 12 hours, leaving free access to water, during which 5 μΙ of blood from the tail were taken at 1 hour intervals and for 8 hours under local anesthesia with Lidocaine at 2. % gel (LUAN) and immediately monitored blood glucose levels. After 12 hours of administration, all the rats were fed; therefore, after a total of 24 hours, a final blood glucose sampling and dosage was carried out.
I risultati di tale studio sono riportati in Figura 8. The results of this study are shown in Figure 8.
Gli studi hanno evidenziato che l’insulina complessata con i copolimeri descritti nella presente invenzione induce un effetto ipoglicemizzante che si protrae fino a 5 ore successive alla somministrazione orale del complesso nei ratti. Il dato è significativo, tenuto conto che l’insulina si degrada in ambiente gastrico entro due ore dalla somministrazione a parità di dose. Inoltre, l’abbassamento del livello glicemico è pari ad almeno il 30% dell’effetto osservato dopo somministrazione dell’insulina per la via tradizionale (S.C.) a parità di tempo; questi risultati rendono il sistema proponibile anche per la somministrazione orale di insulina in pazienti diabetici. The studies have shown that insulin complexed with the copolymers described in the present invention induces a hypoglycemic effect that lasts up to 5 hours following the oral administration of the complex in rats. The data is significant, taking into account that insulin degrades in the gastric environment within two hours of administration at the same dose. In addition, the lowering of the glycemic level is equal to at least 30% of the effect observed after administration of insulin by the traditional route (SC) for the same amount of time; these results make the system feasible also for the oral administration of insulin in diabetic patients.
La presente invenzione è stata descritta con riferimento ad alcune sue forme di realizzazione specifiche, ma è da intendersi che variazioni o modifiche potranno essere ad essa apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione. The present invention has been described with reference to some specific embodiments thereof, but it is to be understood that variations or modifications may be made to it by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection.
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