JP2004525713A - 全身吸収のために皮膚の皮内層中に物質を投与するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

全身吸収のために皮膚の皮内層中に物質を投与するための方法及び装置。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、全身吸収のために皮膚の皮内層中に物質を投与するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
診断用薬剤および薬物などの薬剤物質を効率的かつ安全に投与することの重要性は、長年認識されてきた。すべての薬剤物質に対して考慮することが重要ではあるが、バイオテクノロジー産業から生み出されるタンパク質などの巨大分子の適切な生物学的利用能を得ることは、近年の効率的で再現性のある吸収を得ることの必要性を強調するものである（例えば、非特許文献１参照）。従来の針を使用することによって、ヒトおよび動物に経皮投与して薬剤物質を送達する一手法が長年提供されてきた。注射のし易さを改善し従来の針に伴なう対象の不安および／または苦痛を軽減しつつ、再現性があり有効な経皮送達を達成することに多大な努力が払われてきた。さらに、ある種の送達システムではまったく針を使用せず、化学媒体またはイオン泳動電流、熱穿孔（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｒａｔｉｏｎ）、超音波導入などの外部駆動力によって皮膚の最外層である角質層を破り、皮膚の表面を通して物質を送達させる。しかし、このような送達システムは、皮膚のバリアを破り、あるいは皮膚表面下の所与の深度に薬剤物質を送達する再現性に乏しく、その結果、臨床結果が変動する恐れがある。したがって、針などで角質層を機械的に突破することが、皮膚表面を通して物質を投与する最も再現性のある方法を提供し、投与物質の配置において制御され信頼性が高いと考えられている。
【０００３】
皮膚表面下に物質を送達するための手法は、もっぱら経皮投与、すなわち皮膚の下の部位に皮膚を通して物質を送達するものである。経皮送達には、皮下、筋肉内、静脈内などの投与経路があり、そのうち筋肉内（ＩＭ）および皮下（ＳＣ）注射が最も一般的に使用される。
【０００４】
解剖学的には、体の最外表面は、２つの主要な組織層、すなわち、外表皮およびその下にある真皮からなり、それらが一緒に皮膚を構成している（総説として、例えば、非特許文献２参照）。表皮は、全体の厚さが７５〜１５０μｍの５つの層（ｌａｙｅｒｓ）または層（ｓｔｒａｔａ）に分けられる。表皮の下には真皮があり、これは２層、すなわち、真皮乳頭層と称する最外部分およびそれよりも深い位置にある真皮網状層と称する層を含んでいる。真皮乳頭層は、膨大な微小循環血およびリンパ叢を含んでいる。これに対し、真皮網状層は比較的無細胞、無血管性であり、コラーゲン性で弾性のある緻密結合組織からなる。表皮および真皮の下は皮下の組織であり、皮下組織とも称し、結合組織および脂肪組織からなる。筋肉組織がこの皮下組織の下にある。
【０００５】
上述したように、皮下組織と筋肉組織は、薬剤物質を投与するための部位として一般に使用される。しかし、真皮は、物質を投与するための部位としてほとんど標的にされず、少なくともその一因は、皮内のスペースに針を正確に置くことが困難なためと考えられる。さらに、真皮、特に、真皮乳頭層は血管が高度に分布していることが知られているにもかかわらず、この高度の血管分布を利用して皮下投与よりも優れた投与物質の吸収プロファイルを得ることができることはこれまで理解されていなかった。これは、小さな薬物分子は、通常、真皮よりも極めて容易かつ予測通りに標的とされる皮下組織に投与後速やかに吸収されるためである。一方、タンパク質などの巨大分子は、血管分布の程度にかかわらず、一般に、毛細血管上皮を通して十分には吸収されず、その結果巨大分子であっても、実施のより困難な皮内投与によって、皮下投与を上回る大幅な吸収の利点が得られることを予測できなかったはずである。
【０００６】
皮膚表面下および皮内スペース領域に投与する一手法は、マントーツベルクリン試験でごく普通に使用されてきた。この手順では、精製したタンパク質誘導体を２７または３０ゲージの針を用いて皮膚表面に浅い角度で注射する（例えば、非特許文献３参照）。しかし、注射の位置がやや不正確なため、試験結果が偽陰性になる可能性がある。また、この試験は、注射部位で応答を誘発させるために局所注射を必要とし、マントーの手法は、物質を全身投与するために皮内注射を使用することには至らなかった。
【０００７】
いくつかのグループは、「皮内」注射とされる注射による全身投与について報告している。このような報告の１つで、皮下注射と「皮内」注射として記述された注射との比較試験が実施された（例えば、非特許文献４参照）。試験された薬剤物質は、分子量約３６００のタンパク質であるカルシトニンであった。この薬物が皮内に注射されたと述べられているが、この注射には４ｍｍの針が用いられ６０°の角度で根元まで押し込まれた。これは、約３．５ｍｍの深度であり、血管が新生する真皮乳頭層中ではなく、真皮網状層の低層部または皮下組織に注入物（ｉｎｊｅｃｔａｔｅ）を入れる結果となったはずである。実際に、このグループが、皮下組織内ではなく真皮網状層の低層部に注射したならば、物質は比較的血管の少ない真皮網状層中に低速で吸収されるか皮下領域に拡散して皮下投与および吸収と機能的に同じことになったと予想される。皮下投与と皮内投与とされる投与とでは血しょう中濃度が最高になる時間、各アッセイ時間での濃度、および曲線下面積に差がないという報告は、このように実際には、すなわち機能上は皮下投与であったことで説明されるはずである。
【０００８】
同様に、Ｂｒｅｓｓｏｌｌｅ等は、４ｍｍの針を用いて「皮内」注射とされる注射でセフタジジムナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ｃｅｆｔａｚｉｄｉｍｅ）を投与した（例えば、非特許文献５参照）。これは皮膚表面下４ｍｍの深度に注射したことになり、実際には、すなわち機能上は皮下注射となったはずである。ただし、この場合、セフタジジムナトリウムは親水性で分子量が比較的低いので皮下吸収は良好であったと予想される。
【０００９】
別のグループは、皮内薬物送達装置として記述される装置について報告した（例えば、特許文献１参照）。注射は低速であったと示され、注射部位は表皮下のある領域、すなわち、表皮と真皮の界面または真皮内部または皮下組織を意図したものであった。しかし、この参考文献は、真皮への選択的投与を示唆する教示を提供するものではなく、このような選択的投与から得ることができる何らかの可能な薬物動態的利点を示唆するものでもない。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５，９９７，５０１号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，９２８，２０７号明細書
【非特許文献１】
Cleland et al., Curr. Opin. Biotechnol. 12: 212-219, 2001
【非特許文献２】
Physiology, Biochemistry, and Molecular Biology of the Skin, Second Edition, L. A. Goldsmith Ed., Oxford University Press, New York, 1991
【非特許文献３】
Flynnet al., Chest 106: 1463-5, 1994
【非特許文献４】
Autret et al., Therapie 46: 5-8, 1991
【非特許文献５】
Bressolle et al., J. Pharm. Sci. 82: 1175-1178, 1993
【非特許文献６】
Hwang et al., Ann Plastic Surg 46: 327-331, 2001
【非特許文献７】
Southwood, Plast. Reconstr. Surg 15: 423-429, 1955
【非特許文献８】
Rushmer et al., Science 154: 343-348, 1966
【非特許文献９】
Arildsson et al., Microvascular Res. 59: 122-130, 2000
【非特許文献１０】
Physiology, Biochemistry, and Molecular Biology of the Skin, Second Edition, L. A. Goldsmith Ed., Oxford Univ. Press, New York, 1991, p.1060
【非特許文献１１】
Wilhem, Rev. Can. Biol. 30: 153-172, 1971
【非特許文献１２】
Skobe et al., J. Investig. Dermatol. Symp. Proc. 5: 14-19, 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、薬剤物質を投与するための効率的で安全な方法および装置が依然として求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示は、表皮スペースを直接標的とすることに基づく新しい非経口投与方法に関し、このような方法によって投与物質の薬物動態（ＰＫ）および薬力学（ＰＤ）の各パラメータが劇的に変わる。これ以後は表皮アクセス手段と称する皮内（ＩＤ）直接投与、例えば、マイクロニードルベースの注射および注入システム（または、皮内スペースを正確に標的にする他の手段）を使用することによって、従来の皮下および静脈内送達の非経口投与経路に比べ、薬物および診断物質を含めた多数の物質の薬物動態などを改変することができる。これらの知見は、マイクロデバイスベースの注射手段だけでなく、流体または粉体のＩＤスペースへの無針またはニードルフリーの弾動注入（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）、マントータイプのＩＤ注射、マイクロデバイスを介した強化イオン泳動、流体、固体または他の投与形状物の皮膚への直接的な付着など他の送達方法にも当てはまる。ＩＶアクセスを要さずに非経口投与薬物の取り込み速度を増加させる方法を開示する。この送達方法の有意な有益効果の１つは、Ｔ_max（薬物の血中濃度が最高に達する時間）がより短くなることである。それに付随する潜在的な利点には、所定単位投与量に対する最高濃度（Ｃ_max）の増加、生物学的利用能の増加、取り込みまたは吸収速度（ｋ_a）の迅速化、薬力学または生物学的効果のオンセットの迅速化、および薬物蓄積作用（ｄｅｐｏｔ ｅｆｆｅｃｔｓ）の低下などが挙げられる。本発明によれば、薬物動態の向上とは、薬物送達の皮下、筋肉内または他の非ＩＶ非経口手段に比べ、生物学的利用能の増加、遅延時間の短縮（Ｔ_lag）、Ｔ_maxの短縮、吸収速度の増加、オンセットの迅速化および／または所定量の投与化合物に対するＣ_maxの増加を意味する。
【００１３】
生物学的利用能（Ｆ）とは、非ＩＶ手段で投与したときに、同一物質のＩＶ投与に対する、血液コンパートメントに到達する所定投与総量の割合または百分率を意味する。この量は、一般に、濃度−時間プロットの曲線下面積として測定される。「遅延時間」（Ｔ_lag）とは、化合物の投与から血中濃度または血しょう中濃度が測定可能または検出可能になる時間までの遅延を意味する。吸収速度とは、物質が投与部位から吸収され、体の他の部分、例えば、血液、リンパまたは組織に分配される速度を意味する。Ｔ_maxは化合物が最高血中濃度に達する時間を示す値であり、Ｃ_maxは所定投与量および投与方法で到達する最高血中濃度である。オンセット時間は、Ｔ_lag、Ｔ_maxおよびＣ_maxの関数であり、これらのパラメータはすべて、生物学的効果を実現するのに必要な血中（または標的組織中）濃度に到達するのに必要な時間に影響する。Ｔ_maxおよびＣ_maxは、結果のグラフを目視検査して決定することができ、２通りの化合物投与方法を比較するのに十分な情報を提供できることが多い。ただし、これらの数値は、（下記のような）動力学モデルおよび／または当業者に既知の他の手段を用いた解析によってより正確に決定することができる。
【００１４】
本発明によって教示される真皮スペースの直接ターゲティングにより、薬物および診断物質の効果のオンセットがより迅速になる。本発明者らは、真皮の血管およびリンパの微細毛細血管に選択的にアクセスする制御されたＩＤ投与によって、物質を急速に吸収し全身に分配することができ、したがってその物質がＳＣ投与よりも迅速にその有益効果を発揮することができることを見出した。これは、血中グルコースを低下させるインシュリン、癌の痛みの克服、片頭痛の軽減などの苦痛軽減、アドレナリン、抗毒素などの緊急救命薬物など迅速なオンセットを要する薬物で特に重要である。天然ホルモンはパルス状に放出され、やはり急速なオンセットの突発後急速にクリアランスされる。例としては、生物学的刺激、例えば高いグルコース濃度に応答して放出されるインシュリンが含まれる。他の例は女性生殖ホルモンであり、これはパルス状の時間間隔で放出される。ヒト成長ホルモンも正常な対象において睡眠中にパルス状に放出される。本発明の利点により、合成薬物化合物を用いて体の自然のリズムを模倣することによってより良い治療が可能になる。同様に、これは、インシュリン送達による血中グルコース制御などいくつかの現行の治療法をより容易にすることができる。「閉ループ」インシュリンポンプを調製する現在の多数の試みが、インシュリン投与と生物学的効果が生じるまでの待機時間との遅延期間によって妨げられている。これは、十分なインシュリンが投与されているかどうかを、過剰滴定（ｏｖｅｒｔｉｔｒａｔｉｎｇ）および低血糖のリスクなしにリアルタイムで確認することを困難にしている。ＩＤ送達のＰＫ／ＰＤがより迅速になることで、この種の問題の多くが解消される。
【００１５】
哺乳動物の皮膚は、上述のように２層、具体的には表皮と真皮からなる。表皮は、角質層、淡明層、顆粒層、有棘層および基底層の５層からなり、真皮は上部の真皮乳頭層およびその下の真皮網状層の２層からなる。真皮および表皮の厚さは個体間で変わり、また、個体内でも体の部位が異なると変わる。例えば、具体的な研究報告により、ヒトの表皮の厚さは約４０から約９０μｍで変動し、真皮の厚さは表皮のすぐ下から、体のある領域で１ｍｍ未満、体の別の領域でほぼ２未満から約４ｍｍの深度で変動する（例えば、非特許文献６〜８参照）。ヒトへの投与に関する本発明は、体の任意所望の位置で真皮へ物質を送達することを包含する。したがって、物質を配置する深度は、所望の位置にある真皮の深度によって決まることになる。このような配置はおそらく、例えば、腹部の皮膚の場合では最高約１ｍｍ（例えば、非特許文献６参照）、背部の皮膚の場合は最高約４ｍｍ（例えば、非特許文献８参照）である。
【００１６】
本明細書で使用する皮内とは、多数の血管が新生する真皮乳頭層に物質が容易に到達し、毛細血管および／またはリンパ管に迅速に吸収されて全身で生物利用可能になるように、物質を真皮中に投与することを意味するものである。このようなことは、真皮の上部領域、すなわち真皮乳頭層に、または比較的血管の少ない真皮網状層の上部に物質を配置した結果可能となり、物質は真皮乳頭層中に容易に拡散する。少なくとも約０．３ｍｍ、より好ましくは少なくとも約０．４ｍｍ、最も好ましくは少なくとも約０．５ｍｍから、約２．５ｍｍ以下、より好ましくは約２．０ｍｍ以下、最も好ましくは約１．７ｍｍ以下の深度に主として物質を配置することが、巨大分子および／または疎水性物質を迅速に吸収することになると考えられている。これよりも深い位置および／または真皮網状層のより下層部に主として物質を配置すると、物質はより血管の少ない真皮網状層または皮下領域に低速で吸収される結果となり、いずれの場合も巨大分子および／または疎水性物質の吸収が減少することになると考えられる。真皮乳頭層内、真皮乳頭層と真皮網状層の界面、または真皮乳頭層の下の真皮網状層内の、ただし真皮と皮下組織の界面よりは十分上部にあるこの真皮スペースに物質を制御して送達すると、（真皮乳頭層内の、邪魔されない(undisturbed)）血管およびリンパの微細毛細血管床へ物質を効率的に（外部へ）移動させることが可能になるはずであり、移動中他のいかなる皮膚組織コンパートメントによっても隔離されることなく、これらの微細毛細血管を介して物質を体循環に吸収させることができる。
【００１７】
本発明の別の利点は、薬物または診断薬のより迅速な全身への分配およびオンセットが達成されることである。これは体内でパルス状に分泌される多数のホルモンにも関係する。多数の副作用が投与物質の持続循環濃度を保持することに付随して起こる。極めて適切な例は、血中に継続して存在すると（不妊症を起こす）逆の効果を実際に有する女性生殖ホルモンである。同様に、継続した高濃度のインシュリンは、インシュリン受容体を量および感受性ともに下方制御する疑いがある。
【００１８】
本発明の別の利点は、薬物または診断薬のより高い生物学的利用能が達成されることである。この効果は、高分子量の物質、特にタンパク質、ペプチドおよび多糖類のＩＤ投与で最も顕著であった。直接の利点は、生物学的利用能の高いＩＤ投与によって、より活性の低い薬剤を使用して同じ生物学的効果が可能になることである。これは薬物製造者およびおそらく消費者、特に高価なタンパク質治療および診断にとって直接経済的な利点となる。同様に、生物学的利用能が高いと、全体の投与量を削減し、高投与量に付随する対象の副作用を軽減することができる。
【００１９】
本発明の別の利点は、薬物または診断物質の最高濃度がより高くなることである。本発明者らは、ＩＤ投与物質がより迅速に吸収され、ボーラス投与の初期濃度がより高くなることを見出した。これは、その効力が最高濃度に関係する物質に最も利点がある。オンセットがより迅速になると、より少量の物質でより高いＣ_max値に到達することが可能になる。したがって、投与量を削減することができ、経済的利点、ならびにより少量の薬物または診断薬を体で処理すればよいので生理的利点がもたらされる。
【００２０】
本発明の別の利点は、薬物または診断薬の全身除去速度または固有のクリアランス機序に変化がないことである。出願人らのこれまでの試験すべてで、ＩＶまたはＳＣ投与経路によって試験した物質の全身除去速度は同じであった。この投与経路が全身性クリアランスの生物学的機序を変えないことをこれは示している。これは、ＦＤＡの認可を申請する前に分解およびクリアランスの経路を再調査する必要がないので、規制の点で有利である。投与計画の予測が可能になるので、これは薬物動態の点でも利点がある。それらのクリアランス機序が濃度に依存する場合、体からより迅速に除去することができる物質もある。ＩＤ送達はより高いＣ_maxをもたらすので、固有の機序が不変のままであっても、クリアランス速度が変わる可能性がある。
【００２１】
本発明の別の利点は、薬力学機序または生物学的応答機序に変化がないことである。上述したように、本出願人らが教示する方法による投与薬物は、他の送達手段に固有な同じ生物学的経路によっても依然としてその効果を発揮する。あらゆる薬力学変化は、出現、消失パターンの違いおよび生体系に存在する薬物または診断薬濃度のみに関係する。
【００２２】
本発明の別の利点は、薬物が全身に吸収される前に皮膚組織コンパートメントを通りそこに捕捉されると引き起こされる物理的または動力学的バリアが除去されることである。このようなバリアが除去されると、様々なクラスの薬物を極めて広範に適用できるようになる。皮下投与される多数の薬物は、この蓄積作用が働く。すなわち、薬物は、脂肪組織に対する親和性または脂肪組織を通る緩慢な拡散のために、全身に吸収される前の律速段階として、それが捕捉されているＳＣスペースから低速で放出される。この蓄積作用の結果、ＩＤよりもＣ_maxが低くＴ_maxが長くなり、個体間の吸収の変動が大きくなる恐れがある。この作用は、浸透促進剤を含むまたは含まない受動パッチ技術、イオン泳動技術、超音波導入または角質層切除もしくは破壊法を含めた経皮送達方法との比較にも関係している。経皮パッチ技術は、極めて不浸透性の角質層および表皮のバリアを通した薬物の分配を基にしている。親油性の高い化合物を除き、このバリアを突破できる薬物はほとんどなく、突破できた薬物は、薬物の組織飽和および捕捉、ならびにそれに応じた緩慢な吸収速度のために、生物学的寿命が延長されることが多い。能動的経皮手段は、受動的移入手段よりも速いことが多いが、電荷の反発または他の電気的または静電気的手段によって移動できる、または音波の適用中に組織のキャビテーションによって発生する過渡的な細孔を通して受動的に搬送できるクラスの化合物に依然として限定される。角質層および表皮は、依然として、この輸送を抑制する効果的な手段である。熱またはレーザー切除、研磨手段などによる角質層の除去は、薬物の浸透または取り込みを容易にするにはまだ推進力を欠いている。機械的手段によるＩＤ直接投与は、皮膚の動力学的バリア特性を克服し、薬物またはその製剤の賦形剤の薬剤的または物理化学的特性によって制限されない。
【００２３】
本発明の別の利点は、高度に制御可能な投与計画にある。本出願人らは、この経路によって送達される薬物または診断薬の迅速なオンセットおよび予測可能なオフセット動力学のために、ＩＤ注入試験が高度に制御可能で予測可能な投与プロファイルを示したことを突き止めた。これにより、流体制御手段または他の制御システムとＩＤ送達を組み合わせて体内への薬物または診断薬の計量を調節すると、所望の投与計画を通してほぼ完全な制御が可能になる。この単一の利点は単独で、ほとんどの薬物または診断薬の送達方法の主要な目標の１つになる。物質のＩＤボーラス投与は、ＩＶ注射に最も類似した動力学となり、鎮痛化合物、食事時のインシュリン、救命薬物、勃起不全化合物または迅速なオンセットを要する他の薬物にとって最も望ましい。単体でまたは相乗的に作用可能な物質の併用も含まれる。注入によるＩＤ投与期間を延長すると、ＳＣ取り込みパラメータを効果的に、ただしより優れた予測性をもって模倣することができる。このプロファイルは、成長ホルモン、鎮痛薬などの物質に特によい。一般には低注入速度でのより長時間の注入は、抗凝血薬、基礎インシュリンおよび慢性痛治療に必要とされる持続した低い基礎薬物レベルとなる可能性がある。これらの動力学プロファイルは、複数組み合わせてほぼあらゆる所望の動力学プロファイルを示すことができる。一例は、妊娠誘発用生殖ホルモン（ＬＨＲＨ）のパルス状送達であり、これにはパルス間での総クリアランスを含む９０分ごとの断続的なピークが必要である。別な例は、片頭痛の軽減用薬物の迅速なピークのオンセットであり、その後より低濃度で痛みが予防される。
【００２４】
本発明の別の利点は、薬物および診断薬の分解および／または望ましくない免疫原性を抑えることである。他の送達方法には、物質が移動中にしばらくの間存在可能な表皮中に存在することを必要とするものがあり、それによって物質は代謝作用を受けたり、免疫応答を誘発したりする恐れがある。表皮中での物質の代謝転換または免疫グロブリンによる除去によって、吸収に利用できる薬物の量が減少する。また、表皮中でのいくつかの組換えタンパク質に対する抗体の産生が有害な場合がある。ＩＤ投与は、薬物を直接真皮中に置き、それによって表皮を完全に迂回することによりこの問題を回避する。
【００２５】
本発明のこれらの利点および他の利点は、真皮乳頭層による吸収を直接標的とすること、および皮膚の真皮スペースへの薬物、診断薬および他の物質の制御された送達によって達成される。本発明者らは、皮内スペースを特異的に標的とし、送達の速度およびパターンを制御することによって、特定の薬物が示す薬物動態が予期せずして改善され、多くの状況で変わり臨床的な利点をもたらし得ることを見出した。このような薬物動態は、ＩＶアクセスを除き、他の非経口投与経路ではこれほど容易には得られず、あるいは制御することができない。
【００２６】
本発明は、ヒトまたは動物への薬物、診断薬および他の物質のＩＤ送達の臨床的有用性を向上させるものである。本方法は、真皮アクセス手段（例えば、小ゲージ針、特にマイクロニードル）を用いて皮内スペースを直接標的とし、物質を皮内スペースにボーラスとしてまたは注入によって送達する。真皮内へ真皮アクセス手段を配置することによって、活性物質の効果的な送達および薬物動態的な制御が可能になることが発見された。真皮アクセス手段は、皮膚からの物質の漏洩を防止し、皮内スペース内への吸着を増大するように設計されている。真皮アクセス手段を皮内スペース内の適切な深度に配置し、流体送達の体積および速度を制御する送達装置は、物質を漏洩することなく所望の位置に正確に送達することを可能にする。
【００２７】
ＩＶアクセスを要さずに、非経口投与薬物の取り込み速度を増加させる方法が開示される。この効果によりＴ_maxが短くなる。その結果生じる潜在的な利点には、所定単位投与量に対する最高濃度（Ｃ_max）の増加、吸収速度の増加、生物学的利用能の増加、薬力学または生物学的効果のオンセットの迅速化および薬物蓄積作用の抑制などがある。
【００２８】
皮内スペース内の真皮アクセス手段の深度を適切に制御することにより、本発明の方法に従って送達されるホルモン薬物の薬物動態によって、必要ならば、従来の薬物のＳＣ送達と同様の臨床結果が得られることも見出された。例えば、本発明の方法に従って送達されるホルモン薬物の薬物動態は、従来のホルモン薬物のＳＣ送達の薬物動態とは大いに異なることが見出され、本発明の方法によるＩＤ投与により臨床結果が改善されることが示された。
【００２９】
ＩＤ投与と他の非ＩＶ非経口方法との個々の化合物に対する薬物動態的プロファイルの変化は、化合物の化学的諸性質によって変わる。というのは、これらの諸性質が、真皮内よりも筋肉内または皮下組織のコンパートメント内で、相互作用、分布および貯留を支配するからである。例えば、比較的大きく分子量が少なくとも１０００ダルトンの化合物、ならびに少なくとも２０００ダルトン、少なくとも４０００ダルトン、少なくとも１０，０００ダルトン以上のより大きな化合物および／または疎水性化合物は、筋肉内、皮下、真皮下注射などの従来の非経口投与方法と比較して、最も大きな変化を示すと予想される。小さな親水性物質は、概して、他の方法と類似したＩＤ送達の動力学を示すと予想される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明は、皮内スペースを直接標的にすることによって、薬物または他の物質をヒトまたは動物の対象に送達して治療処置するための方法を提供する。薬物または物質は、装置に組み込まれた１種または複数の真皮アクセス手段を介して皮内スペースに投与される。本発明の方法に従ってボーラスまたは注入により投与された物質は、ＳＣ注射によって投与された同じ物質で認められるよりも優れた、より臨床的に望ましい薬物動態を示すことが判明した。
【００３１】
本発明によるＩＤ投与に使用する真皮アクセス手段は、対象の皮膚を皮内スペース内の所望の標的深度でそこを通過することなく貫入する限り、重要なものではない。ほとんどの場合、装置は、深度約０．３〜２ｍｍまで皮膚に貫入する。真皮アクセス手段には、慣用のすべての公知のタイプの注射針、カテーテルまたはマイクロニードルが含まれ、単針または複数のニードルアレイとして使用される。真皮アクセス手段は、弾動注入装置または物質推進手段と組み合わせた熱深度穿孔（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｐｔｈ ｐｏｒａｔｉｏｎ）装置を含めた無針またはニードルフリーの装置を含むことができる。本明細書で使用する「針（ニードル）」という用語は、このような針状構造体すべてを包含するものである。本明細書で使用するマイクロニードルという用語は、このような構造体が本質的にシリンダー状のときには、約３０ゲージよりも小さく、通常約３１〜５０ゲージの構造体を包含するものである。したがって、マイクロニードルという用語に包含される非シリンダー状の構造体は、同等の直径を有し、ピラミッド状、矩形、八角形、くさび形および他の幾何形状を含んでいる。真皮アクセス手段には、皮膚に直接貫入して送達するためのアクセスを提供する、または真皮スペース内の標的位置に物質を直接送達する、弾道流体注射装置、パウダージェット送達装置、圧電、電動および電磁による送達装置、ガスによる送達装置などもある。真皮アクセス手段による物質送達の標的深度を変えることによって、薬物または物質の薬物動態的および薬力学的（ＰＫ／ＰＤ）挙動を、個別の対象の病状に対して最も適切な所望の臨床的処理に合わせることができる。真皮アクセス手段による物質送達の標的深度は、所望の深度に到達したことを示す表示手段の助けを借りても借りなくても、専門家が手動で制御することができる。しかし、装置は、皮内スペースの所望の深度への皮膚貫入を制御する構造上の手段を有することが好ましい。これは、針が装着されている支持構造体（ｂａｃｋｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）またはプラットホームの形をとることができる真皮アクセス手段のシャフトが連結した拡張面積すなわちハブによって最も一般的に達成される。真皮アクセス手段としてのマイクロニードルの長さは、製造プロセス中に容易に変えることができ、通常２ｍｍ未満で製造される。マイクロニードルも、注射または注入中の苦痛および他の知覚をさらに緩和するために極めて先鋭で極めて小さなゲージである。これらは、本発明では個別の単一内腔（ｓｉｎｇｌｅ−ｌｕｍｅｎ）マイクロニードルとして使用することができ、あるいは複数のマイクロニードルを線状アレイまたは２次元もしくは３次元のアレイ状に集めまたは組み立てて送達速度または所定時間内に送達する物質の量を増加させることができる。マイクロニードルは、貫入の深度を限定する働きもできるホルダー、ハウジングなどの多様な装置に組み込まれることができる。本発明の真皮アクセス手段は、送達前に物質を入れる貯蔵器またはポンプまたは薬物もしくは他の物質を圧力下に送達するための他の手段も実装することができる。あるいは、真皮アクセス手段を収容する装置を、このような追加の部品に外付けすることもできる。
【００３２】
ＩＶ様の薬物動態は、毛細血管微小血管系およびリンパ微小血管系と密着している真皮コンパートメントに薬物を投与することによって達成される。微細毛細血管または毛細血管床という用語は、真皮域内の血管またはリンパの排液経路を称すると理解すべきである。
【００３３】
いかなる理論的作用機序にも拘泥するつもりはないが、真皮に投与すると観測される急速な吸収は、真皮中の血管およびリンパ管の豊富な集網叢の結果として達成されると考えられる。しかし、真皮中の血液およびリンパの集網叢の存在は、それ自体では巨大分子の吸収を促進することは期待できない。これは、毛細血管内皮が、通常、タンパク質、多糖類、核酸ポリマー、ポリエチレングリコール結合タンパク質などポリマーを付けた物質などの巨大分子に対しては透過性が低いか不透過性であるからである。このような巨大分子は、少なくとも１０００ダルトンの分子量、またはそれよりも高い少なくとも２０００ダルトン、少なくとも４０００ダルトン、少なくとも１０，０００ダルトン、またはそれ以上の分子量を有する。また、間質から血管コンパートメント中へのリンパ排液が比較的遅いことから、薬剤物質を真皮中に置くことにより血しょう中濃度が急速に増加することも期待できない。
【００３４】
本明細書で報告する予期せぬ吸収増大に対する可能な説明の１つは、物質を注射すると、物質は容易に真皮乳頭層に到達し、血流および毛細血管透過性が増加するということである。例えば、３ｍｍの深さまで針を挿入すると血流が増加することが知られており、これは痛覚刺激とは無関係で、組織がヒスタミンを放出するためであるとみなされている（例えば、非特許文献９参照）。これは、皮膚の傷害に応答して誘発される急性の炎症反応が血流および毛細血管透過性に過渡的な増加をもたらすという知見と一致する（例えば、非特許文献１０、１１参照）。同時に、皮内層へ注射すると間質の圧力が高くなると考えられる。間質の圧力が通常の約−７から約＋２ｍｍＨｇの範囲を超えて高くなると、リンパ管が膨張し、リンパ流が増大することが知られている（例えば、非特許文献１２参照）。したがって、皮内層への注射によって誘発されて間質の圧力が高くなると、リンパ流が増加し、真皮に注射された物質の吸収が増大すると考えられる。
【００３５】
「改善された薬物動態」とは、例えば、最高血しょう中濃度に達するまでの時間（Ｔ_max）、最高血しょう中濃度の高さ（Ｃ_max）または最低限の検出可能な血中または血しょう中濃度を誘発するまでの時間（Ｔ_lag）、投与部位からの吸収速度など標準の薬物動態パラメータで測定される薬物動態的プロファイルの向上が達成されることを意味する。吸収プロファイルが向上するということは、このような薬物動態パラメータによって測定される吸収が改善、すなわち増大することを意味する。薬物動態パラメータを測定し、最低有効濃度を決定することは、当分野では日常的に行われている。得られる値は、例えば、皮下投与、筋肉内投与などの標準投与経路よりも向上していると考えられる。このような比較においては、必ずしも本質的ではないが、皮内層への投与、および皮下投与などの基準部位への投与が、同じ投与レベル、すなわち同じ薬物量および薬物濃度、同じ担体ビヒクル、ならびに単位時間当たりの量および体積の点で同じ投与速度であることが好ましい。したがって、例えば、所与の薬剤物質を真皮中に濃度１００μｇ／ｍｌ、速度１００μＬ／分で５分間投与することは、同じ薬剤物質を皮下スペース中に同じ１００μｇ／ｍｌの濃度および１００μＬ／分の速度で５分間投与することと比較することが好ましい。
【００３６】
吸収プロファイルの向上は、例えば、巨大分子および／または疎水性物質など皮下に注射したときに吸収が不十分な物質の場合に特に明白であると考えられる。巨大分子は、一般に、皮下に十分吸収されない。これは、毛細血管細孔サイズに対するそのサイズのためだけでなく、そのサイズのために間質を通って拡散するのが遅いためでもあると考えられる。巨大分子は、疎水性および／または親水性の不連続ドメインを有することができると考えられる。これに対し、親水性小分子は、一般に、皮下投与したときに十分吸収されるので、真皮に注射すると皮下に投与した後の吸収に比べて吸収プロファイルに向上が見られないこともあり得る。本明細書の疎水性物質とは、低分子量物質、例えば分子量１０００ダルトン未満の物質であり、水溶性が低く実質的に不溶な物質を意味するものである。
【００３７】
上述のＰＫおよびＰＤの各利点は、真皮毛細血管床を正確に直接標的とすることによって最もよく達成される。これは、例えば、外径約２５０μｍ未満で露出部の長さが２ｍｍ未満のマイクロニードルシステムを用いて達成される。このようなシステムは、スチール、ガラス、シリコン、セラミック、他の金属、プラスチック、ポリマー、糖、生物学的およびまたは生分解性材料、および／またはそれらの組合せを含めた様々な材料から既知の方法により作製することができる。
【００３８】
皮内投与方法の特定の特徴が、臨床的に有益なＰＫ／ＰＤおよび正確な投与をもたらすことを見出した。例えば、針の放出口を皮膚の中に置くとＰＫ／ＰＤパラメータが大いに影響を受けることが判明した。傾斜面を有する通常のまたは標準のゲージ針の放出口は、露出部分の高さ（放出口の縦方向の立ち上がり）が比較的高い。針の先端は皮内スペース内の所望の深度に置くことができるが、針の放出口の露出部分の高さが高いと、送達される物質がより皮膚表面に近いかなり浅い深度のところに付着することになる。その結果、物質は、皮膚自体が及ぼす背圧および注射または注入でたまった流体により蓄積された圧力のために皮膚から浸出し易くなる。すなわち、貫入深度が大きいと、露出部分の高さの高い針の放出口は、それでも効率的に塞ぐことができるが、露出部分の高さが同じ放出口では、皮内スペース内の浅い深度に置かれたときに効率的に塞ぐことができない。通常、針の放出口の露出部分の高さは、０から約１ｍｍである。露出部分の高さが０ｍｍの針の放出口は傾斜面をもたず、針の放出口は針の先端である。この場合、放出口の深度は針の貫入深度と同じである。傾斜面または針の側面を通る開口部によって形成される針の放出口は、測定可能な高さの露出部分を有する。単一の針が、真皮スペースへの物質送達に適した１つ以上の開口部または放出口を有することができることを理解されたい。
【００３９】
注射または注入の圧力を制御することによって、高い背圧がＩＤ投与中に作用するのを回避できることがわかった。圧力を直接液体界面にかけることによって、送達速度をより一定にすることができ、それによって吸収を最適化し、薬物動態を向上させることができる。送達速度および体積を制御して、送達部位に膨疹が形成されるのを防止し、背圧が皮膚から真皮アクセス手段を押し出すのを防止することもできる。選択物質に対してこれらの効果を得るために適切な送達速度および体積は、通常の技術だけで実験的に決定することができる。複数の針の間のスペースを広げると、流体分布をより広くし、送達速度を上げまたは流体体積を大きくすることが可能になる。また、ＩＤ注入または注射は、特に、インビボで分解またはクリアランスされ易い薬物、ＳＣ脂肪組織に親和性がある化合物、またはＳＣマトリックスを低速で拡散する巨大分子で、血しょう中の初期薬物濃度が従来のＳＣ投与よりも高くなることが多いことが判明した。このため、多くの場合、ＩＤ経路を介して投与しようとする物質の投与量をより少なくすることができる。
【００４０】
本発明を実施するのに有用な投与方法としては、ヒトまたは動物の対象への薬物および他の物質のボーラスおよび注入送達などがある。本発明の方法を用いて、薬剤化合物をボーラスとしてまたは注入によって投与することができる。本明細書で使用する「ボーラス」という用語は、１０分以内に送達される量を意味するものである。「注入」は、１０分を超えて物質を送達することを意味するものである。ボーラス投与または送達は、速度制御手段、例えばポンプを用いて実施することができ、または具体的な速度制御手段を持たず、例えば使用者自身が注射することができることを理解されたい。このような速度制御手段には、例えばパルス状にプログラムされた物質送達などがあり、例として示すと、物質はボーラス投与後、短時間または長時間注入される。ボーラス投与量は、単一体積単位（ｓｉｎｇｌｅ ｖｏｌｕｍｅ ｕｎｉｔ）で比較的短時間、通常約１０分未満で送達される単一投与量である。注入投与は、一定でも可変でもよい選択速度で、比較的より長い時間、通常約１０分を超えて流体を投与するものである。物質を送達するために、真皮アクセス手段を対象の皮膚に隣接して置き、皮内スペース内の直接標的アクセスができるようにする。１つまたは複数の物質が皮内スペースに送達または投与され、そこで物質は局部的に作用するか、血流またはリンパ循環に吸収され全身に分配される。真皮アクセス手段は、送達しようとする１つまたは複数の物質を入れた貯蔵器に接続することができる。送達または投与する１つまたは複数の物質の形態には、溶液、エマルジョン、懸濁液、ゲル、懸濁または分散ミクロ粒子、ナノ粒子などの粒子、ならびにその、その場形成媒体（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｆｏｒｍｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などがある。貯蔵器から皮内スペースへの送達は、送達しようとする１つまたは複数の物質に外部圧力または他の駆動手段を使用せず受動的に、および／または圧力もしくは他の駆動手段を用いて能動的に行うことができる。好ましい圧力生成手段の例としては、ポンプ、シリンジ、エラストマーメンブレン、ガス圧力、圧電または電動または電磁ポンピング、皿ばねまたはワッシャーまたはそれらの組合せなどがある。望むならば、物質の送達速度を圧力生成手段によって可変制御することができる。その結果、物質は皮内スペースに入り、臨床的に有効な結果をもたらすのに十分な量および速度で吸収される。
【００４１】
本明細書の「臨床的に有効な結果」とは、１つまたは複数の物質を投与して得られる、診断上および治療上有用な応答を含めた臨床的に有用な生物学的応答を意味する。例えば、疾患または症状の診断検査または予防または治療は、臨床的に有効な結果である。このような臨床的に有効な結果には、イヌリン注射後の糸球体ろ過圧の測定、ＡＣＴＨ注射後の子供の副腎皮質機能の診断、コレシストキニン注射による胆のう収縮および胆汁排出の誘発などの診断結果、ならびにインシュリン注射による血糖値の臨床的に適切な制御、副甲状腺ホルモンまたは成長ホルモンなどのホルモン注射後のホルモン欠乏の臨床的に適切な管理、抗毒素などの注射による毒性の臨床的に適切な処置などの治療結果が含まれる。
【００４２】
本発明に従って皮内送達できる物質には、診断薬、薬物および例えば栄養補助食品などの治療上または健康上の利点をもたらす他の物質を含めて、薬剤的または生物学的に活性な物質が含まれる。本発明で有用な診断物質には、例えば、インシュリン、ＡＣＴＨ（例えば、コルチコトロピン注射）、黄体形成ホルモン放出ホルモン（例えば、ゴナドレリン塩酸塩）、成長ホルモン放出ホルモン（例えば、セルモレリン酢酸塩）、コレシストキニン（シンカリド（Sincalide））、副甲状腺ホルモンおよびそのフラグメント（例えば、テリパラタイド酢酸塩）、甲状腺放出ホルモンおよびそのアナログ（例えば、プロチレリン）、セクレチンなどの巨大分子物質がある。
【００４３】
本発明で使用できる治療物質には、アルファ−１抗トリプシン、抗血管形成剤、アンチセンス、ブトルファノール、カルシトニンおよびアナログ、セレデース、ＣＯＸ−ＩＩ阻害剤、外皮用薬、ジヒドロエルゴタミン、ドーパミン作用薬および拮抗薬、エンケファリンおよび他のオピオイドペプチド、上皮成長因子、エリスロポイエチンおよびアナログ、卵胞刺激ホルモン、Ｇ−ＣＳＦ、グルカゴン、ＧＭ−ＣＳＦ、グラニセトロン、（成長ホルモン放出ホルモンを含めた）成長ホルモンおよびアナログ、成長ホルモン拮抗薬、ヒルジンおよびヒルログなどのヒルジンアナログ、ＩｇＥ抑制因子、インシュリン、インシュリノトロピンおよびアナログ、インシュリン様成長因子、インターフェロン、インターロイキン、黄体形成ホルモン、黄体形成ホルモン放出ホルモンおよびアナログ、ヘパリン、低分子量ヘパリンおよび他の天然、変性または合成グリコアミノグリカン、Ｍ−ＣＳＦ、メトクロプラミド、ミダゾラム、モノクローナル抗体、ポリエチレングリコール結合抗体、ポリエチレングリコール結合タンパク質または親水性または疎水性ポリマーまたは追加の官能基で修飾したタンパク質、融合タンパク質、単鎖抗体断片または任意の組合せの付加タンパク質を含む単鎖抗体断片、巨大分子、またはその追加の機能グループ、麻薬性鎮痛薬、ニコチン、非ステロイド系抗炎症薬、オリゴ糖、オンダンセトロン、副甲状腺ホルモンおよびアナログ、副甲状腺ホルモン拮抗薬、プロスタグランジン拮抗薬、プロスタグランジン、組換え可溶受容体、スコポラミン、セロトニン作用薬および拮抗薬、シルデナフィル、テルブタリン、血栓溶解剤、組織プラスミノゲンアクチベーター、ＴＮＦ−、およびＴＮＦ拮抗薬、耽溺、関節炎、コレラ、コカイン耽溺、ジフテリア、破傷風、ＨＩＢ、ライム病、髄膜炎菌、麻疹、流行性耳下腺炎、風疹、水痘、黄熱病、ＲＳウイルス、ダニ媒介日本脳炎、肺炎球菌、連鎖球菌、腸チフス、インフルエンザ、Ａ、Ｂ、ＣおよびＥ型肝炎を含めた肝炎、中耳炎、狂犬病、ポリオ、ＨＩＶ、パラインフルエンザ、ロタウイルス、エプスタインバーウイルス、ＣＭＶ、クラミジア、無きょう膜ヘモフィルス、モラクセラカタラーリス、ヒト乳頭腫ウイルス、ＢＣＧを含めた結核、淋疾、喘息、アテローム性動脈硬化症、マラリア、大腸菌、アルツハイマー病、ヘリコバクターピロリ、サルモネラ、糖尿病、癌、単純ヘルペス、ヒト乳頭腫などに関連して、予防薬および治療用抗原を含む、担体／アジュバントを伴なうまたは伴なわないワクチン（サブユニットタンパク質、ペプチドおよび多糖類、多糖複合体、トキソイド、遺伝子ベースのワクチン、弱毒化、再集合（ｒｅａｓｓｏｒｔａｎｔ）、不活化、善細胞、ウイルスおよび細菌ベクターを含むが、これらに限定されない）、感冒薬、抗耽溺剤、抗アレルギー薬、制吐薬、抗肥満薬、抗骨粗鬆症剤、抗感染薬、鎮痛薬、麻酔薬、摂食障害剤、抗関節炎薬、抗喘息薬、鎮痙薬、抗うつ薬、抗糖尿病薬、抗ヒスタミン薬、抗炎症薬、抗片頭痛薬、乗物酔い治療薬、制吐薬、抗腫瘍薬、抗パーキンソン病薬、鎮痒薬、抗精神病薬、解熱薬、抗コリン作用薬、ベンゾジアゼピン拮抗薬、一般用、冠状動脈用、末梢用および大脳用を含む血管拡張薬、骨刺激剤、中枢神経興奮薬、ホルモン薬、催眠薬、免疫抑制薬、筋弛緩薬、副交感神経遮断薬、副交感神経作用薬、プロスタグランジン、タンパク質、ペプチド、ポリペプチドおよび他の巨大分子、精神刺激薬、鎮静薬および性機能不全用薬およびトランキライザーなど主要な治療薬のすべてを含めた他の物質などがある。
【００４４】
インシュリン注入データの薬物動態的な解析を以下のように実施した。逐次の非線形最小二乗回帰を用いて、個々の動物それぞれのインシュリン濃度−時間データを解析した。まず、経験的な複指数方程式（ｂｉｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ）を負の対照条件でのインシュリン濃度−時間データに合わせた。この解析では、残留インシュリンの１次放出を仮定し、放出に対する１次速度定数、放出部位での残留インシュリン濃度、放出の遅延時間、および体循環からのインシュリンの消失に対する１次速度定数の各パラメータを得た。この解析段階で得られたパラメータは、本質的には重要でなく、内在の供給源に由来する循環インシュリンの割合を単に説明するにすぎない。
【００４５】
解析の第２段階は、明確なコンパートメントモデルを皮下または皮内注入中および注入後のインシュリン濃度−時間データに合わせることであった。インシュリンの注入をｔ＝０からｔ＝２４０分まで行った。遅延時間（ｔ_lag,2）経過後、注入部位からの吸収は吸収速度定数ｋ_aで決まる一次プロセスによって媒介された。体循環に吸収されたインシュリンは、未知の生物学的利用率Ｆにより混成された（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ）見掛け体積Ｖ中に分配され、１次速度定数Ｋに従って消失する。型通りのフィッティングによって、ｔ_lag,2、ｋ_a、Ｖ／ＦおよびＫの推定値を得た。第１段階の解析で得た内因性インシュリンの処理に関連するパラメータ（Ｃ_R，Ｔ_lag,1，ｋ_R）を定数として取り扱った。
【００４６】
パラメータ推定値を平均値±ＳＤで記録する。２つの異なるインシュリン投与モード（皮下と皮内注入）間の特定のパラメータの差の有意性を対応スチューデントのｔ検定で評価した。
【００４７】
インシュリン注入データの薬力学解析を、以下のように計算して行った。グルコースの血しょう中濃度を、インシュリンの薬理効果に代わるものとして使用した。応答変数Ｒ（血しょうグルコース濃度）の時間ｔに対する変化を、
【００４８】
【数１】

【００４９】
としてモデル化した。
【００５０】
式中、ｋ_inはグルコースの０次注入、ｋ_outはグルコースの消失をもたらす１次速度定数、ＥはＳ字形のヒルの式（Ｈｉｌｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）
【００５１】
【数２】

【００５２】
に従うインシュリンの効果である。
【００５３】
式中、Ｅ_maxはインシュリンによるｋ_outの最大刺激値（ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、ＥＣ₅₀はｋ_outの刺激値が最大値の半分になるインシュリン濃度、Ｃはインシュリン濃度、γはヒルの式のヒル係数である。最初のモデル化の試みでは、インシュリンの血しょう中濃度を薬理応答のメディエータとして利用した。しかし、この手法では、インシュリンの血しょう中濃度の増加に対する血しょうグルコースの応答の遅れをとらえられなかった。したがって、全身の薬物動態的コンパートメントの周辺にある仮想の効果コンパートメントからインシュリンの効果を決める効果−コンパートメントモデル化の手法を最終的に採用した。
【００５４】
薬力学解析を２段階で実施した。解析の第１段階では、グルコースの処理に関連する薬物動態パラメータ（ｋ_outおよびグルコース分布体積Ｖ_{グルコース}）の初期推定値を負の対照条件でのグルコース濃度−時間データから決定した。次いで、負の対照条件および各動物に対する各インシュリン送達条件でのグルコース濃度−時間データに、完全に統合された薬物動態−薬力学モデルを同時に適合させた（すなわち、各動物に対し２組の薬力学パラメータを得た。すなわち、１つは皮下インシュリン注入／負の対照データの同時解析から、もう１つは皮内インシュリン注入／負の対照データの同時解析からである）。すべての薬力学解析において、各動物からのインシュリン濃度−時間データの薬物動態的な解析中に得られるインシュリンの処理を支配するパラメータを一定に保った。
【００５５】
他の薬物動態的解析のすべてを、当分野で既知の同様のソフトウエアプログラムおよび技術を用いた非コンパートメント方法（ｎｏｎ−ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ）により計算した。
【００５６】
本発明の概略を説明してきたが、以下の具体的な、ただし非限定的な実施例および添付図面を参照して、真皮にアクセスし、直接標的とする薬物投与方法を行うための様々な実施例および真皮に投与したＰＫおよびＰＤ効果を改善する薬物物質の実施例を明らかにする。
【００５７】
単針を備える真皮アクセスマイクロデバイスの代表的な例を、３４ゲージ鋼材（ＭｉｃｒｏＧｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．、Ｍｅｄｗａｙ、ＭＡ）で調製し、単一の２８°の傾斜面を８００グリットのカーボランダム砥石車を用いて研磨した。針は、アセトンと蒸留水で順次超音波処理して洗浄し、蒸留水で流れを調べた。マイクロニードルを小さなゲージカテーテルチューブ（Ｍａｅｒｓｋ Ｍｅｄｉｃａｌ）にＵＶ硬化エポキシ樹脂で固定した。針の長さを、機械的位置合わせプレート（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｐｌａｔｅ）を用い、カテーテルチューブのハブを深度制限制御として動作させてセットし、光学顕微鏡で確認した。様々な長さの単針を用いて実験をするために、露出した針の長さを位置合わせプレートで０．５または１ｍｍに調節した。流体計量装置、ポンプまたはシリンジを、内蔵ルアーアダプターを介してカテーテル入口で接続した。注射している間、針を皮膚表面に垂直に入れておき、ボーラス送達のために静かに手で圧力をかけて所定の位置に保持し、またはより長時間の注入では医療用接着テープで垂直に保持した。注射の直前および直後に装置の機能および流体の流れをチェックした。以後、このルアーロック単針カテーテル設計をＳＳ１＿３４と称する。
【００５８】
アクリルポリマーから切り出した直径１”（２．５４ｃｍ）のディスクからなり、中央入口から個々の針それぞれに分岐する小容積流体経路を有するさらに別の真皮アクセスアレイマイクロデバイスを調製した。小容積カテーテルラインを介して流体入口をハミルトンのマイクロシリンジに接続し、送達速度をシリンジポンプで制御した。直径１５ｍｍの環状パターンを有するディスク中に針を配列した。針と針の間隔がそれぞれ１２および７ｍｍである３針および６針の各アレイを作製した。単一の２８°傾斜面、長さ１ｍｍの３４Ｇステンレススチール製マイクロニードルをすべてのアレイ設計に用いた。以後、３針１２ｍｍ間隔のカテーテル設計をＳＳ３＿３４、６針７ｍｍ間隔のカテーテル設計をＳＳ６＿３４と称する。
【００５９】
アクリルポリマーから切り出した直径１１ｍｍのディスクからなり、中央入口から個々の針それぞれに分岐する小容積流体経路を有するさらに別の真皮アクセスアレイマイクロデバイスを調製した。小容積カテーテルラインを介して流体入口をハミルトンのマイクロシリンジに接続し、送達速度をシリンジポンプで制御した。直径５ｍｍの環状パターンを有するディスク中に針を配列した。約４ｍｍ間隔の３点式針アレイを上述のようにしてカテーテルに接続した。以後、これらの設計を、針の長さ１ｍｍ、２ｍｍおよび３ｍｍそれぞれに対し、ＳＳ３Ｓ＿３４＿１、ＳＳ３Ｓ＿３４＿２およびＳＳ３Ｓ＿３４＿３と称する。
【００６０】
皮膚貫入の有効長が１〜２ｍｍとなるように先端近くで９０°の角度で曲げたステンレススチール製３０ゲージ針を用いて、さらに別の真皮アクセスＩＤ注入装置を作製した。針を挿入したときの針の放出口（針の先端）は皮膚中１．７〜２．０ｍｍの深度であり、針の放出口の全露出部分の高さは１．０〜１．２ｍｍであった。以後、この設計をＳＳＢ１＿３０と称する。
【実施例１】
【００６１】
当分野で既知の方法（例えば、特許文献２参照）を用いて作製し、マイクロボアカテーテル（Ｄｉｓｅｔｒｏｎｉｃ）に接続した、先端から１．０μｍに放出口を有する（露出部分の高さ１００μｍ）中空のシリコンベースの単一内腔マイクロニードル（全長２ｍｍ、外径２００×１００μｍで約３３ゲージに相当）を用いて、低速注入ＩＤインシュリン送達をブタで実施した。マイクロニードルの遠位端をプラスチックカテーテル中に置き、エポキシ樹脂で所定の位置に接合して深度制限用ハブを形成した。針の放出口をエポキシハブから約１ｍｍのところに置き、こうして針の放出口の皮膚への貫入をブタの皮内スペースの深度に相当する約１ｍｍに制限した。カテーテルを流体送達制御用ＭｉｎｉＭｅｄ ５０７インシュリンポンプに接続した。流体流れ経路の開通性を目視観察して確認し、標準１ｃｃシリンジで生成される圧力で閉塞物は認められなかった。カテーテル放出口で内蔵ルアー接続を介して外部インシュリン注入ポンプ（ＭｉｎｉＭｅｄ ５０７）にカテーテルを接続した。Ｈｕｍａｌｏｇ（商標）（Ｌｉｓｐｒｏ）インシュリン（インディアナ州、インディアナポリス、Ｅｌｉ Ｌｉｌｌｙ社）をポンプに充填し、製造者の指示に従ってカテーテルおよびマイクロニードルにインシュリンを入れた。麻酔をしたブタにＳａｎｄｏｓｔａｔｉｎ（登録商標）（ニュージャージー州、イーストハノーバー、Ｓａｎｄｏｚ社）溶液をＩＶ注入により投与して、すい臓の基本的な機能およびインシュリン分泌を抑制した。適切な誘導期間をおき、ベースラインのサンプリングをした後、準備したマイクロニードルをブタのわき腹の皮膚表面にハブで停止するまで垂直に挿入した。インシュリンを速度２Ｕ／ｈで注入し４時間維持した。血液試料を一定間隔で採取し、血清インシュリン濃度および血中グルコース値を分析した。注入前のベースラインのインシュリン濃度は、アッセイのバックグラウンド検出レベルであった。注入開始後、血清インシュリン濃度は、プログラムした注入速度に応じた増加を示した。それに対応して、血中グルコース濃度も、インシュリンを注入しない負の対照（ＮＣ）よりも低下し、この低下は従来のＳＣ注入よりも改善された。この実験において、マイクロニードルは、皮膚バリアを適切に突破し、薬物をインビボで薬剤的に妥当な速度で送達することが示された。インシュリンのＩＤ注入が薬物動態的に許容される投与経路であることが示され、血中グルコース低下の薬力学応答も実証された。ＩＤ注入に対して計算したＰＫパラメータから、インシュリンがＳＣ投与よりも極めて速く吸収されることが示唆される。ＩＤスペースからの吸収はほぼすぐに始まり、吸収までの遅延時間（Ｔ_lag）はＩＤおよびＳＣでそれぞれ０．８８、１３．６分であった。投与部位からの取り込み速度も約３倍に増加し、ＩＤおよびＳＣでそれぞれｋ_a＝０．０６６６、０．０２２５／分^-1である。ＩＤ投与によって送達されるインシュリンの生物学的利用能は、ＳＣ投与の約１．３倍に増加する。
【実施例２】
【００６２】
Ｌｉｌｌｙ Ｌｉｓｐｒｏ速効型インシュリンのボーラス送達を、ＩＤおよびＳＣボーラス投与により実施した。ＩＤ注射マイクロデバイスは、真皮アクセスアレイ設計ＳＳ３Ｓ＿３４＿１であった。それぞれ体積１００ｕＬに相当する１０国際インシュリン単位（Ｕ）を糖尿病のＹｕｃａｔａｎ Ｍｉｎｉブタに投与した。試験動物は、前もってすい島細胞が化学的に切除されて糖尿病になり、もはやインシュリンを分泌できなかった。ＳＣ組織スペースに横から挿入したマイクロニードルアレイまたは標準の３０Ｇ×１／２インチ（１．２７ｃｍ）の針を介して試験動物にインシュリンを注射した。市販の化学発光アッセイキット（カルフォルニア州、ロサンゼルス、Ｉｍｍｕｌｉｔｅ）を用いて循環血清インシュリン濃度を検出し、血中グルコース測定用細片を用いて血中グルコース値を決定した。分析用マイクロシリンジを用いて手動圧力によりＩＤ注射を行い、約６０秒間投与を行った。比較のために述べると、ＳＣ投与にはわずか２〜３秒しかかからなかった。図１を参照すると、ＩＤ経路を介して投与したときに、注射したインシュリンがより迅速に取り込まれ分配されることが、ボーラス投与後の血清インシュリン濃度からわかる。ＳＣ投与よりもＩＤ投与は、最高濃度に達するまでの時間（Ｔ_max）が短く、得られる最高濃度（Ｃ_max）が高い。また、図２は、血中グルコース（ＢＧ）の減少によって測定される投与インシュリンに対する薬力学的生物学的応答を示したもので、ＩＤ投与後の初期にはより多くのインシュリンが利用可能なので、ＢＧがより速くより大きな変化を示す。
【実施例３】
【００６３】
Ｌｉｌｌｙ Ｌｉｓｐｒｏは速効型インシュリンとみなされ、自然のヒトインシュリンに比べてわずかに変化したタンパク質構造を有する。ヘキスト（Ｈｏｅｃｈｓｔ）のレギュラーインシュリンは、通常のＳＣ経路で投与したときにＬｉｓｐｒｏと化学的に類似し、ただし取り込みがより遅い自然のヒトインシュリンタンパク質構造を保持している。両方のタイプのインシュリンをＩＤ経路を介してボーラス投与して、この経路で取り込みに違いが認められるかどうかを測定した。各タイプのインシュリン５Ｕを真皮アクセスマイクロデバイス設計ＳＳ３Ｓ＿３４＿１を用いてＩＤスペースに投与した。インシュリン濃度と時間のデータを図３に示した。ＩＤ経路で投与するとき、レギュラーインシュリンと速効型インシュリンの各ＰＫプロファイルは本質的に同じであり、どちらのタイプのインシュリンも通常のＳＣ経路で投与したＬｉｓｐｒｏより取り込みが速かった。このことから、ＩＤ投与の取り込み機序は投与物質における軽微な生化学的変化にほとんど影響されず、ＩＤ送達はレギュラーインシュリンに対し有利なＰＫ取り込みプロファイルをもたらし、これはＳＣ投与した速効型インシュリンを上回ることが明らかである。
【実施例４】
【００６４】
様々な長さの針を有するマイクロニードルアレイを介したＬｉｌｌｙ Ｌｉｓｐｒｏ速効型インシュリンのボーラス送達を行い、薬物を真皮スペースに正確に蓄積することがＳＣに対してＰＫの優位性および卓越性を得るために必要であることが示された。そこで、Ｌｉｌｌｙ Ｌｉｓｐｒｏ速効型インシュリン５Ｕを真皮アクセス設計ＳＳ３Ｓ＿３４＿１、ＳＳ３Ｓ＿３４＿２、ＳＳ３Ｓ＿３４＿３を用いて投与した。Ｙｕｃａｔａｎ Ｍｉｎｉブタの真皮全体の平均厚みは１．５〜２．５ｍｍである。したがって、長さｌｍｍ、２ｍｍおよび３ｍｍの針それぞれに対し、インシュリンは真皮中、ほぼ真皮／ＳＣ界面および真皮下のＳＣ内に蓄積されると予想される。インシュリンを実施例２と同様にボーラス投与した。平均インシュリン濃度と時間の関係を図４に示す。マイクロニードルの長さが増加するにつれ、得られるＰＫプロファイルはＳＣ投与に類似してくることがデータから明白に示される。このデータは、真皮スペースを直接標的にすることの利点を示しており、そのような利点としては迅速な取り込みおよび分配および初期濃度が高いことが挙げられる。データは複数の例の平均であるので、より長い２ｍｍおよび３ｍｍマイクロニードルのＰＫプロファイルにおける各個体間の変動が増加していることは示されていない。皮膚の厚みは個体間でも、また単一の個体内でさえ変わりうるので、針が短いほど真皮スペースを正確に標的にし、ＰＫプロファイルの再現性がより高いことをこのデータは示している。なぜならば、より短い針は、より一貫して同一組織コンパートメント内に薬物を蓄積するからである。真皮スペースのより深部、または部分的にもしくは完全にＳＣスペース中に物質を蓄積または投与するより長いマイクロニードルは、高度に血管新生する真皮領域の浅い直接標的投与よりも、ＰＫの利点が減少または消失することをこのデータは示している。
【実施例５】
【００６５】
ランタス（Ｌａｎｔｕｓ）持続型インシュリンのボーラスをＩＤ経路を介して送達した。Ｌａｎｔｕｓは、注射により投与部位に微細な沈殿物を形成するインシュリン溶液である。これらの微粒子は、（製造者の文献によれば）体内で低速で分解して、結晶性亜鉛沈殿物（例えば、Ｌｅｎｔｅ、ＮＰＨ）など他の現行の持続型インシュリンよりも安定な低濃度の循環インシュリンを与える。Ｌａｎｔｕｓインシュリン（投与量１０Ｕ、１００ｕＬ）を糖尿病のＹｕｃａｔａｎ Ｍｉｎｉブタに、上述したように真皮アクセス設計ＳＳ３Ｓ＿３４＿１を用いて、また、標準のＳＣ法により投与した。図５を参照すると、ＩＤ経路を介して投与したとき、ＳＣと類似したＰＫプロファイルが得られた。わずかな違いは、ＩＤインシュリン送達直後のわずかに高い「バースト」などである。このことは、極めて高分子量の化合物または小粒子でさえ、ＩＤ投与による取り込みが実現可能であることを示している。体内の生物学的クリアランス機序が、投与経路だけでなく、薬物物質の利用方法によってもかなり変化するという事実をこのことが支持していることはより重要である。これは、長い循環半減期を有する薬物化合物（例えば、巨大可溶受容体化合物または抗体、またはポリエチレングリコール結合薬物などの化学的に変性された種）にとって、極めて重要である。
【実施例６】
【００６６】
ヒト顆粒球コロニー刺激因子（ＧＣＳＦ）（ノイポゲン（Ｎｅｕｐｏｇｅｎ）（登録商標））のボーラスを、真皮アクセスマイクロデバイス設計ＳＳ３＿３４（アレイ）またはＳＳ１＿３４（単針）を介してＹｕｃａｔａｎ ｍｉｎｉブタにＩＤ送達により投与した。送達速度をハーバードシリンジポンプで制御して１〜２．５分間投与した。図６に、ＧＣＳＦに特異的なＥＬＩＳＡ免疫アッセイで検出される血しょう中のＧＣＳＦのＰＫ利用能を示す。対照としてＩＶ投与およびＳＣ送達を行った。図６を参照すると、ＧＣＳＦのボーラスＩＤ送達は、ＩＤ送達に伴なう取り込みがより迅速なことを示している。ＩＤ投与では約３０から９０分でＣ_maxに到達するのに対し、ＳＣ投与では１２０分である。生物学的利用能も、より大きな曲線下面積（ＡＵＣ）で証明されるとおり約２倍に劇的に増加する。ＧＣＳＦ循環濃度は長時間検出可能であり、ＩＤ送達が薬物固有の生物学的クリアランス機序または速度を変えないことを示唆している。これらのデータは、装置設計がＩＤスペースからの薬物の迅速な取り込みに対してごくわずかな効果しかもたないことも示している。また、図７に示すデータは、ＧＣＳＦ投与の結果、負の対照（ＧＣＳＦ投与せず）に対して白血球が増大する程度および時間経過を示している。白血球（ＷＢＣ）数を、標準の血球計算の臨床獣医的方法により決定した。ＩＤ送達は、同じ臨床的に有意な生物学的結果を示している。すべての送達手段がほぼ等しいＰＤ結果を示しているが、ＩＤ送達は、生物学的利用能が約２倍に増加するため、ＳＣ投与量の半分の使用で本質的に同じ生理結果が達成できることをこのデータは示唆している。
【実施例７】
【００６７】
ペプチド薬物であるヒト副甲状腺ホルモン１−３４（ＰＴＨ）を用いてＩＤ投与実験を実施した。ＰＴＨを４時間注入し、その後２時間クリアランスを行った。「摘み上げ（ｐｉｎｃｈ−ｕｐ）」法により皮膚側面のＳＣスペースに挿入した標準の針を通して対照のＳＣ注入を行った。真皮アクセスマイクロデバイス設計ＳＳＢ１＿３０（皮膚貫入の有効長が１〜２ｍｍになるように先端で９０°に曲げたステンレススチール製３０ゲージ針）を通してＩＤ注入を行った。針の放出口（針の先端）の深度は、針を挿入したとき皮膚中１．７〜２．０ｍｍであった。ＰＴＨ溶液０．６４ｍｇ／ｍＬを速度７５μＬ／ｈで注入した。流速をハーバードシリンジポンプで制御した。重量で規格化したＩＤ投与送達プロファイルは、より大きな曲線下面積（ＡＵＣ）を有しており、生物学的利用能がより高いことが示唆され、また、初期サンプリング時点（例えば、１５および３０分）でより高いピーク値を有しており、ＩＤ送達からのより迅速なオンセット、および注入終了後の迅速な減少が示唆される（ＳＣ投与に比べ蓄積作用のない迅速な取り込みも示している）。
【実施例８】
【００６８】
図８は、分子量約１０００から９０００ダルトンの硫酸化グリコサミノグリカンからなる低分子量ヘパリン（ＬＭＷＨ）混合物のフラグミン（Ｆｒａｇｍｉｎ）（登録商標）（Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の様々な真皮アクセスマイクロデバイス構成によるＹｕｃａｔａｎ ｍｉｎｉブタへのボーラス送達を示す代表的な重量規格化血しょうプロファイルである。それぞれの場合で、フラグミン（登録商標）のＩＤ送達投与量は２５００ＩＵ（国際単位）（２５０００ＩＵ／ｍＬ製剤１００ｕｌ）であった。摘み上げ法によりＳＣ組織スペース中に横から挿入した標準の針を通して標準のＳＣ送達を行った。カテーテルチューブに接続した針の長さが０．５または１．０ｍｍの真皮アクセスマイクロデバイス設計ＳＳ１＿３４を使用して投与した。マイクロニードルの露出全長を使用中皮膚表面に垂直に深度リミッタまで挿入し、薬物を滴下する間機械的手段により所定の位置に保持した。マイクロニードルボーラス注射を手動圧力によりガラスマイクロシリンジで１〜２．５分間行った。表１の薬物動態的計算結果は、マイクロデバイス送達によりＣ_maxが増加し、Ｔ_maxが減少したことを示している。
【００６９】
【表１】

【００７０】
両方のマイクロニードル装置から得られたプロファイルは、本質的に同じであり、送達プロファイルが、装置の適切なアクセスと標的真皮組織コンパートメント内への薬物物質送達を可能にする装置構成に本質的に無関係であることが示唆される。上記と同じ大きさおよび装填深度（ｓｅａｔｉｎｇ ｄｅｐｔｈｓ）の３および６マイクロニードルからなるアレイを含めた他の真皮アクセスマイクロデバイスシステムを用いて、薬物動態的取り込みに同じ変化をもたらすことができる。
【実施例９】
【００７１】
図９は、Ｙｕｃａｔａｎ ｍｉｎｉブタに短時間注入送達したフラグミン（登録商標）ＬＭＷＨの代表的な重量規格化血しょうプロファイルである。体積２００ｕＬ中の全量２５００ＩＵ（濃度１２５００ＩＵ／ｍＬ）のＬＭＷＨを０．５〜２．０時間にわたり注入した。注入体積速度は１００〜４００ｕＬ／ｈであった。真皮アクセスアレイマイクロデバイスは、流体送達制御用シリンジポンプに接続された設計ＳＳ３＿３４のものであった。アレイ中の各マイクロニードルは、挿入するために長さ１ｍｍの延長部を有した。同様のマイクロニードルアレイを介した等投与量（２５０００ＩＵ／ｍｌを１００ｕＬ）のＬＭＷＨの２分未満のＩＤボーラス注射および標準のＳＣボーラス投与を比較として示す。得られた血しょうプロファイルは、マイクロデバイス皮内システムを用いて得られる高度に制御可能な薬物送達プロファイルを実証している。このデータは、この注入制御手段が注入速度によって薬物動態を調節できることを示している。注入体積速度が減少するにつれ、Ｃ_maxおよびＴ_maxがそれぞれ減少および増加する。実験誤差の範囲内で、フラグミン（登録商標）のＴ_maxが注入期間の停止時に決まって得られた。この短時間注入投与の結果は、標準のＩＤ投与（Ｍａｎｔｏｕｘ法は、約１００から１５０ｕＬ／投与に制限される）と比べて通常の全流体体積よりも多量に送達できることを示している。
【実施例１０】
【００７２】
図１０は、Ｙｕｃａｔａｎ ｍｉｎｉブタに低速注入送達したフラグミン（登録商標）ＬＭＷＨの代表的な重量規格化血しょうプロファイルである。体積８０ｕＬ中の全量２０００ＩＵ（濃度２５０００ＩＵ／ｍＬ）のＬＭＷＨを５時間にわたり注入した。注入体積速度は１６ｕＬ／ｈであった。注入手段は、設計ＳＳ１＿３４のＩＤマイクロデバイスまたは市販のインシュリン注入カテーテルに接続した市販のインシュリンポンプであった。得られた血しょうプロファイルは、マイクロデバイスにより注入されるＬＭＷＨのオンセットがより迅速なことをやはり示唆した。カテーテルセットを５時間で取り外すと、検出可能な血しょうの活性が即座に低下したことによって証明されるとおり、ＩＤ送達は蓄積作用を示さなかった。これに対し、ＳＣ注入したＬＭＷＨの血しょう中濃度は、注入停止から少なくとも２時間後の７時間まで最高値に達しなかった。どちらの注入方法も実験期間では定常状態に到達しなかったが、これはＰＫモデル化によってすでに予測されたことであった。この実施例は、制御されたＩＤ送達のＰＫの利点が低注入速度で有効であること、および投与プロファイルにおいて達成できる制御の程度を容易に示している。この特別なプロファイルは、ＬＭＷＨ、インシュリン、高いピーク濃度をもたず低い連続循環基底濃度を必要とする他の物質などの薬物に最適なはずである。
【実施例１１】
【００７３】
表２は、分子量約２２，６００ダルトンの組換えヒト成長ホルモンであるジェノトロピン（Ｇｅｎｏｔｒｏｐｉｎ）（登録商標）（Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）３．６ＩＵを皮内マイクロデバイスおよび標準皮下注射法によってボーラス送達した後のｈＧＨの重量規格化血清濃度である。注射体積は１００ｕＬ、薬物濃度は３６ＩＵ／ｍＬであった。真皮アクセスアレイマイクロデバイスは、１ｍｍ長の露出した針を備えたＳＳ１＿３４およびＳＳ３＿３４設計のものであった。単針と３点式針アレイ両方のマイクロデバイス注射速度を、シリンジポンプを用いて、２．２２分間の表示上のボーラス注入時間にわたり、４５ｕＬ／分に制御した。ＳＣ送達は、２７Ｇインシュリンカテーテルを介して表示上１０秒間の注射で流速１．０ｍＬ／分で行った。得られた薬物動態的な特徴は極めて明確であり、ＩＤ送達ではＴ_maxが劇的に減少しＣ_maxが増加する結果となった。生物学的半減期および生物学的利用能は、ＩＤおよびＳＣ各経路で統計的に同じであった。単針またはアレイ皮内真皮アクセスマイクロデバイス構成による各投与は、同等の薬物動態的成果をもたらした。
【００７４】
【表２】

【実施例１２】
【００７５】
表３のデータから、低分子量の高水溶性抗片頭痛化合物であるアルモトリプタン（Ａｌｍｏｔｒｉｐｔａｎ）（Ａｌｍｉｒａｌｌ−Ｐｒｏｄｅｓｆａｒｍａ）を皮内マイクロデバイスおよび標準の皮下方法でボーラス送達すると、統計的に同一なＰＫプロファイルを示した。下記の表は、アルモトリプタン３．０ｍｇを注射した後に測定した血清濃度から決定したＰＫパラメータ計算値である。ＳＣおよびＩＤの注射体積は１００ｕＬ、薬物濃度は３０ｍｇ／ｍＬであった。マイクロデバイス設計ＳＳ１＿３４およびＳＳ６＿３４を用い、約２〜２．５分間投与した。アルモトリプタンは、親水性の小化合物であり、ＳＣ注射による明白な蓄積は示さなかった。したがって、ＩＤ投与とＳＣ投与の薬物動態的な取り込みの差は認められなかった。この薬物物質は、組織スペースを通って容易に分配され、どちらの経路でも迅速に吸収することができる。それでも、ＩＤ投与は、対象の知覚が軽減され、適切な投与部位に容易かつ迅速にアクセスできることから依然として有利であると考えられる。
【００７６】
【表３】

【００７７】
上記の実施例および結果は、マルチポイントアレイＩＤ投与および単針ＩＤ投与を用いた本発明の送達方法が、ＳＣ注射よりも取り込みが迅速で高いＣ_maxを有することを示している。ＩＤ取り込みおよび分配は、針の長さ約０．３から約２．０ｍｍで、針数および針間隔など装置の幾何パラメータによって表面上影響を受けない。生物学的吸収には濃度限界は見られず、ＰＫプロファイルを主として濃度ベースの送達速度によって規定した。ＩＤ投与の主要な制限は、外来物質を密な組織コンパートメントに漏れなく滴下するために全体積および注入体積速度が制限されることである。ＩＤスペースからの薬物の吸収は、装置設計および注入体積速度のどちらにも影響を受けないと考えられるので、製剤と装置の多数の組合せを使用してこれらの制限を克服し、所定のまたは所望の治療プロファイルを提供することができる。例えば、体積の制限された投与療法は、より濃縮した製剤を用いまたは滴下部位の総数を増やして回避することができる。また、物質の注入または投与速度を操作することによって効果的なＰＫ制御が得られる。
【００７８】
一般に、本明細書に記載した本方法によって教示される真皮アクセス装置によるＩＤ送達は、容易にアクセス可能で再現性があり、高い生物学的利用能を有し、また、取り込み速度が生物学的取り込みパラメータによってほとんど制限を受けないので、装置注入パラメータを調整することによって血しょうプロファイルを調節できる、非経口送達経路を提供する。
【００７９】
前述の実施例は、本発明によって実施される方法が、大いに改善された薬剤的に妥当な速度で薬物をインビボで送達できることを実証している。このデータは、記載した方法によって教示される、ヒトにおける他の薬物のＩＤ投与に対する薬理結果の改善が、本発明の方法によって期待されることを示唆している。
【００８０】
本明細書に引用する参考文献のすべてを、参照により本明細書に組み込む。本明細書における参考文献の考察は、それらの著者によってなされた主張を単に要約することを意図したにすぎず、いずれかの参考文献が特許性に関する従来技術を構成することを認めるものではない。出願人は、引用した参考文献の正確性および妥当性を忌避する権利を保有する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】速効型インシュリンの皮内ボーラス投与と皮下ボーラス投与の血しょうインシュリン濃度の時間経過を示すグラフである。
【図２】速効型インシュリンの皮内ボーラス投与と皮下ボーラス投与の血中グルコース濃度の時間経過を示すグラフである。
【図３】速効型インシュリンとレギュラーインシュリンのボーラスＩＤ投与を比較したグラフである。
【図４】インシュリン濃度の時間経過に対する速効型インシュリンのボーラス投与の様々な皮内注射深度の効果を示すグラフである。
【図５】皮下または皮内投与した持続型インシュリンのボーラス投与に対するインシュリン濃度の時間経過を比較したグラフである。
【図６】単針または３点式針アレイ（ｔｈｒｅｅ ｐｏｉｎｔ ｎｅｅｄｌｅ ａｒｒａｙ）による皮内、皮下、または静脈内に送達した顆粒球コロニー刺激因子の薬物動態的利用能および薬力学結果を比較したグラフである。
【図７】単針または３点式針アレイによる皮内、皮下、または静脈内に送達した顆粒球コロニー刺激因子の薬物動態的利用能および薬力学結果を比較したグラフである。
【図８】ボーラスによる低分子量ヘパリン皮内送達と皮下ボーラスとを比較したグラフである。
【図９】ボーラス、短時間、長時間注入による低分子量ヘパリン皮内送達と皮下ボーラスとを比較したグラフである。
【図１０】低分子量ヘパリン皮内注入と皮下注入とを比較したグラフである。
【図１１】単針およびアレイマイクロニードルを介したボーラス投与で投与したｈＧＨの血清中濃度の時間経過を示す図である。

Claims (66)

1. 物質を哺乳動物の皮内スペース中に直接送達する方法であって、前記物質を真皮中にボーラス投与することを含み、それにより投与した物質が、同一物質の皮下投与によって生じる同じ薬物動態パラメータと比べて、少なくとも１つの改善された薬物動態パラメータを有することを特徴とする方法。
2. 投与は少なくとも１つの小ゲージの中空針を経由することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 針は露出部分の高さが０〜１ｍｍである放出口を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 投与は表面下少なくとも約０．３ｍｍから表面下約２ｍｍ以下に物質を送達する深度に針を挿入することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 投与は少なくとも約０．３ｍｍから約２ｍｍ以下の深度で皮膚内に針を挿入することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 改善された薬物動態はＴ_maxの短縮であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 改善された薬物動態はＣ_maxの増加であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 改善された薬物動態はＴ_lagの短縮であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 改善された薬物動態は吸収速度の増大であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 物質は１０分以下の時間にわたって投与されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 物質は速度１ｎＬ／分〜２００ｍＬ／分で投与されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記物質はホルモンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. ホルモンは成長ホルモンであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 成長ホルモンはヒト成長ホルモンであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 物質は分子量が１０００ダルトンより大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 前記物質は疎水性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 前記物質は親水性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 針は皮膚に実質的に垂直に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. １０分以下の時間にわたって真皮中に物質を選択的に送達するのに適した、長さおよび放出口を有する１つまたは複数のマイクロニードルを経由して、物質を皮内に投与して真皮中で物質を吸収させ、それによって皮下投与と比較して改善された全身性薬物動態をもたらすことを特徴とする薬剤物質を投与する方法。
20. 改善された薬物動態はＴ_maxの短縮であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 改善された薬物動態はＣ_maxの増加であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
22. 改善された薬物動態はＴ_lagの短縮であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 改善された薬物動態は吸収速度の増大であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
24. マイクロニードルの長さは約０．３ｍｍから約２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
25. マイクロニードルは３０から５０ゲージの針であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
26. マイクロニードルは０から１ｍｍの放出口を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
27. マイクロニードルは、皮膚表面に実質的に垂直にマイクロニードルを位置取りする送達装置内に配置されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
28. マイクロニードル針はマイクロニードルのアレイ中に含まれることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
29. アレイは３本のマイクロニードルを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. アレイは６本のマイクロニードルを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
31. 巨大分子および／または疎水性薬剤物質を患者に投与するための方法であって、物質を皮内に選択的にボーラス送達して、物質の薬剤的効果を得るために、同一投与量および送達速度での物質の皮下投与と比較して、実質的により高いＣ_maxおよび／または実質的により短いＴ_maxおよび／または実質的により短い血清しきい濃度到達時間を達成することを特徴とする方法。
32. 物質を皮内に選択的に送達することは、物質を皮内に選択的に注射することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 投与は約２分から約１０分の期間にわたって物質を注入することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
34. 投与は１０分未満の期間にわたって物質のボーラスを送達することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
35. 物質を皮内に投与することは、物質の選択的皮内送達を可能にする長さおよび放出口配置を有する針を経由して、物質を投与することを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
36. マイクロニードルは約０．３ｍｍから約２．０ｍｍの長さであることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
37. マイクロニードルは３０から５０ゲージの針であることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
38. マイクロニードルは、皮膚表面に実質的に垂直にマイクロニードルを位置取りする送達装置内に配置されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
39. マイクロニードル針はマイクロニードルのアレイ中にあることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
40. アレイは３本のマイクロニードルを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
41. アレイは６本のマイクロニードルを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
42. 物質は約２μｌ／分から約２００ｍＬ／分の体積速度で投与されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
43. 物質は約２μｌ／分から約１０ｍＬ／分の体積速度で投与されることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
44. 物質は約１０μｌ／分から約２００ｍＬ／分の体積速度で投与されることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
45. 物質は多糖を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
46. 物質はヘパリン分子または抗凝血活性を有するその断片を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
47. 物質はフラグミン（登録商標）を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
48. 物質はタンパク質を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
49. タンパク質はヒト成長ホルモンを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
50. 物質はジェノトロピン（登録商標）を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
51. 速度は一定、可変またはその組合せであることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
52. 物質はポリエチレングリコール結合タンパク質を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
53. 生理活性物質を対象に送達するための方法であって、有効量の生理活性物質で対象の真皮スペースを正確に標的とするための真皮アクセス手段を有する装置に対象の皮膚を接触させること、および真皮中に物質のボーラスを投与することを含み、生理活性物質の薬物動態が皮下に投与したときの物質の薬物動態と比べて、改善されていることを特徴とする方法。
54. 改善された薬物動態はＴ_maxの短縮であることを特徴とする請求項５３に記載の方法。
55. 改善された薬物動態は皮下注射と比較して物質のＣ_maxの増加を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
56. 改善された薬物動態はＴ_lagの短縮であることを特徴とする請求項５３に記載の方法。
57. 装置はシリンジ、注入ポンプ、圧電ポンプ、電動ポンプ、電磁ポンプまたは皿ばねを含めた流体駆動手段を有することを特徴とする請求項５３に記載の方法。
58. 真皮アクセス手段は、長さが約０．３から約２．０ｍｍの１本または複数の中空マイクロカニューレを含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
59. 前記真皮アクセス手段は、露出部分の高さが０から１ｍｍである放出口を有する１本または複数の中空マイクロカニューレを含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
60. 生理活性物質を対象に送達するための方法であって、有効量の生理活性物質を１ｎＬ／分から２００ｍＬ／分の速度で対象の真皮スペースを正確に標的とするための真皮アクセス手段を有する装置に対象の皮膚を接触させること、および物質を真皮中に１０分以下の時間にわたって送達することを含み、生理活性物質の迅速なオンセット薬物動態が皮下注射に比べ、実質的に改善されていることを特徴とする方法。
61. 薬物動態はＴ_maxの短縮であることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
62. 薬物動態はＣ_maxの増加であることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
63. 薬物動態はＴ_lagの短縮であることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
64. 薬物動態は吸収速度の増大であることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
65. 真皮アクセス手段は、前記対象の皮膚中の深度約０．３から約２．０ｍｍに挿入する１本または複数の中空マイクロカニューレを有することを特徴とする請求項６０に記載の方法。
66. 真皮アクセス手段は、露出部分の高さが０から１ｍｍの放出口を有する１本または複数の中空マイクロカニューレを有することを特徴とする請求項６０に記載の方法。

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