JP2005508881A - 肺用製剤 - Google Patents

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Abstract

鼻腔内または肺内送達用医薬の調製におけるシリコンおよび特に吸収性および／または光ルミネセントなシリコン微粒子の使用。エアゾール製剤およびその調製も記載し特許請求する。これらの製剤は、例えば医薬化合物用の担体としてならびに診断適用を有するとして使用し得る。

Description

本発明は、製剤における、特に鼻腔内または肺内送達のためのシリコン微粒子の使用に関する。これらの微粒子、特に多孔性シリコン微粒子は、例えば、医薬品または治療化合物の送達に使用し得る。本発明はまた、これらの微粒子を含む製剤、特にエアゾール製剤およびそれらを使用した処置法にも関する。
肺内または鼻腔内送達による多種多様な物質の投与は多くの点から次第に好まれるようになってきている。該送達法は比較的非侵襲的であり、例えば医療学センターの専門家による補助を必要としないことが多い。それ故、患者のコンプライアンスも良好であり得る。
この方法で慣用的に投与される薬物には、喘息、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）または嚢胞性線維症などの疾患の処置に使用される気管支拡張剤、枯草熱などのアレルギーの処置に使用するための抗炎症剤などの化合物が含まれる。しかし、肺感染の処置に使用するための抗生物質および新生児呼吸促迫症候群の処置用の肺界面活性剤も評価されつつある。
さらに、肺内送達は、各種治療用ペプチドおよびタンパク質の全身送達を行うに良好な方法であることに注目すべきである。これは、血液に対するバリヤが薄く（上皮内膜は０．２ミクロンの厚さ）タンパク分解酵素の濃度が低いという事実と合わせて、３億個の肺胞の表面積が広い（３０ｍ２を超える）ことに起因する。
さらに、予防用ワクチン治療薬の肺内または鼻腔内送達が提案されている（例えばＷＯ００／５６３６２を参照されたい）。特に粘膜表面に罹患または進入口として粘膜表面を利用する病原体に対する免疫化に関して、呼吸粘膜は他の経口部位に比べて、ある種の形態学的、生理学的および免疫学的利点を与える。これらの病原体に対する効果的なワクチン接種では、通常、粘膜が、局部で産生される分泌型ＩｇＡ（ｓＩｇＡ）アイソタイプ抗体で適切に保護されている必要があるからである。粘膜表面は通常、ワクチンの非経口投与後、ＩｇＡによってあまり保護されないが、粘膜付属リンパ組織（ＭＡＬＴ）における免疫応答エレメントに抗原物質を成功裏に送達することにより、免疫系の粘膜部分を大きく刺激することができることが現在明らかである。共通粘膜免疫機構（ＣＭＩＳ）により、１部位にワクチンを粘膜投与することにより、いくつかの解剖学的には離れた粘膜表面を保護することができる。粘膜ワクチン接種では、上皮下区分から脾臓などの全身免疫応答組織へと抗原物質が転位置することによって、局所応答と共にある程度の全身免疫が誘導できるという、さらなる利点が得られる。
吸入による薬物送達には長い歴史があり、精巧ではない吸入器は少なくとも２００年前から薬用に使用されている。これらには単純なネブライザーおよび加圧定量式吸入器（ＭＤＩ）が含まれる。吸入器の基本的なデザインには、正しい吸入技術を促進するスペーサー器具が取り入れられ、呼吸によって作動する吸入器は、近年大いに改良された。製剤には液体が含まれており、近年には乾燥粉末製剤が含まれている。
過去に使用されていたクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）などの噴射剤は、モントリオール会議後に廃止されつつあり、現在では乾燥粉末製剤がはるかに好ましい。これらは水性エアゾール（１〜２％）と比べて活性成分の含量が高い可能性がある（例えば５０〜９５％）。また、微生物増殖のリスクも低い。
現在の肺内送達システムの多くは問題をいくつか抱えている。特に、乾燥粉末製剤では、送達前に粒子が凝集し分散が困難となる場合がある。投与量は患者の技術に極度に依存するので、再現性が低い場合が多い。
気道自体が困難な標的領域である。気道には、中咽頭および喉頭を含む上気道と、次に気管を含み気管支と細気管支へと二又に分かれる下気道が包含される。これらは共に誘導気道を形成する。その後、終末細気管支は、より小さな呼吸細気管支へと分かれ、これはその後、深部の肺のさらにより小さい肺胞管および肺胞嚢となる。全身薬物送達用の吸入治療エアゾールの主なる標的は肺胞である。
呼吸口の物理的寸法によって、微粒子のサイズに応じて、微粒子の侵入に上限が明らかに付与される。気管の直径は約２ｃｍであるが、大きな方の気管支の直径は６ないし１２ｍｍであり、これらは肺の最も遠い部位に到達するまで２３回二又に分かれる。呼吸細気管支の幅は５００〜６００ミクロンであり肺胞管は４００〜５００ミクロンである。終末の空気球状嚢である肺胞チャンバーは直径約４００ミクロンである。しかし、実際には、これらの位置まで引き続き空気で運ばれることのできる粒子の最大サイズははるかに小さい。
いくつかの物理的過程、化学的過程および生物学的過程が、肺に入る粒子の運命を定める。慣性力、重力および拡散という３つの異なる物理的力が呼吸器系内で働いている。これらが、気道の種々の部位に侵入できる粒子の最大サイズを制約する。流動空気が肺内および肺外へと移動するときに、鼻咽頭チャンバー内および流れの向きが変化する気道の分岐点における慣性力は、表面との衝突を促進する。気道が細くなるにつれて、粒子は、重力による沈降により表面と接触するようになる。最も細い気道における非常に細かい粒子の表面による取り込みを促進する第３の機序は、気体分子による拡散衝撃である。
誘導気道の粘液性内膜と接触しているあらゆる不溶性粒子は、繊毛の作用により咽頭に向けて押し出され、咽頭で最終的に嚥下される。
それ故、一般的に、粒子は、典型的には、気管支樹の入り口に到達するのにさえ６０ミクロンより小さい直径であることが必要であり、終末細気管支に到達するのには２０ミクロン未満の直径であることが必要であり、呼吸細気管支に到達するのには６ミクロンより小さい直径であることが必要である。さらに肺胞管を経由して肺胞チャンバーへと通過するには、３ミクロンより小さい、例えば１〜３ミクロンの空気力学直径を有する固体有機粒子において可能である。球粒子の空気力学的直径は、幾何学的直径と、粒子密度の平方根の積として表現することができる。８〜１０ミクロンの空気力学的直径を有する粒子は、主に、慣性による衝突により気管に沈着し、３〜５ミクロンの粒子は重力による沈着により中心気道に沈着する。１ミクロンより小さい空気力学幅を有する粒子は殆ど吐き出され、１０ミクロンを超える空気力学的幅を有する粒子は、効率的に口に到達しない。
純粋な薬物製剤を使用してこのような特性を達成することは困難であることが多く、関与する薬物の物理的特性に極度に依存する。
米国特許第６，１３６，２９５号は、肺系に薬物送達するための空気力学的に軽い粒子の調製を記載している。これらの粒子には、ポリマー、脂肪酸またはセラミックなどの生分解性担体も含まれ得る。
生物学的適用における、半導体であるシリコンの使用が例えばＷＯ９７／０６１０１に記載されている。種々の特性をもつ種々のタイプのシリコンがこの出願に記載されている。特に、いくつかの形の多孔性シリコン、特にメソポーラスシリコンがどのように吸収性であるかが記載されている。吸収性シリコンは、体液を模した溶液に浸漬した場合に一定時間かけて溶解するシリコンとして定義されている。
本出願人は、シリコン微粒子、特に多孔性シリコンの微粒子は、エアゾールにより効率的に送達されえ、生物学的に活性な化合物に対する良好な担体である可能性があることを見出した。
本発明によると、鼻腔内または肺内送達用の医薬の調製におけるシリコン微粒子の使用が提供される。特に、シリコン微粒子は吸収可能および／または光ルミネセントである。
一貫したサイズおよび形状をもつシリコン微粒子を調製でき、これらは気道に効率的に送達するのに良好な物理的特性を有する。
本明細書に使用したような「薬物」なる語は、治療または診断に使用するあらゆる物質を意味する。薬物が治療に使用する物質である場合、シリコン微粒子は好ましくは吸収性であり、場合によっては光ルミネセントであってもよい。いくつかの診断目的では、特に生体外で実施する試験または動物試験では、微粒子は好ましくは光ルミネセントであり、より好ましくは下記に概略を示すように光ルミネセントかつ吸収性である。
本明細書に使用したような「吸収性」なる語は、体液、特に肺間質液などの肺液に溶解する材料に関する。このような材料は、一般に、普通の生理的温度（３７℃±１℃）で、模倣体液中で、ある期間、例えば８週間まで、一般には２週間未満かけて溶ける。この場合の模倣体液は、下記の表１に示すように、イオン濃度がヒト血漿に含まれるイオン濃度を反映するように脱イオン水に試薬等級の塩溶液を含んでも、あるいは代わりに模倣肺粘液、特に模倣肺間質液を含んでもよい。ヒト血漿を反映する模倣体液では、混合物を生理的ｐＨ値（７．３±０．０５）まで、好ましくは有機的に、例えばトリヒドロキシメチルアミノメタンおよび塩酸を使用して緩衝する。
Figure 2005508881
深部の肺に吸入された非生分解性のケイ酸含有材料粒子が広範な繊維化を引き起こしうる、よく知られている疾患ケイ肺症の疾患を考えると、本発明に使用する粒子は、適切な時間内に適切に完全に生分解性である。
好ましくは、使用する吸収性シリコンは、１４日間まで、好ましくは１０日間までの期間内で、３７℃で、Ｍｏｓｓ（Ｈｅａｌｔｈ Ｐｈｙｓ Ｖｏｌ ３６ ３月発刊ｐ．４４７〜４４８、１９７９）により記載されたような模倣肺間質液に完全に溶けるシリコンである。この液体は以下のように調製する：
１リットルの脱イオン水に、以下の順序で、
２０３．３ｍｇの塩化マグネシウム六水和物
６０１９ｍｇの塩化ナトリウム
２９８．２ｍｇの塩化カリウム
１４２ｍｇの無水リン酸二ナトリウム
３６７．６ｍｇの塩化カルシウム二水和物
９５２．６ｍｇの酢酸ナトリウム三水和物
２６０４ｍｇの重炭酸ナトリウム
９７ｍｇのクエン酸ナトリウム二水和物を加える。
特に、この目的では非常に多孔性のシリコンを使用することが好ましい場合がある。
本発明の脈絡で使用する吸収性シリコンの微粒子は、単結晶でも、多結晶（ポリ−Ｓｉ）でも、または無定形シリコンでもよい。
これらの粒子はより容易に吸収される傾向があり、種々の治療材料または診断材料用の担体として使用され得るので、多孔性であることが好ましい。
多孔性シリコンは、有孔性に応じて分類できる。マイクロポーラスシリコンは、２０Å未満の直径を有する孔を含み、メソポーラスシリコンは２０Åから５００Åの範囲の直径を有する孔を含み、マクロポーラスシリコンは５００Åより大きい直径を有する孔を含む。本発明に使用したシリコン微粒子の有孔性は、鼻腔内送達が求められているかもしくは肺内送達が求められているか、粒子と合わせる任意の生物学的に活性な薬剤のサイズおよび特性などに応じて変化する場合がある。
しかし、肺内送達では一般に、吸収性シリコン微粒子は適切にはメソポーラスシリコンである。
シリコンは純粋なシリコンであっても、または例えばホウ素が添加されていてもよい。シリコンウェハは、添加レベルに応じてｐ−またはｐ＋と分類する。ｐ−ウェハはホウ素添加レベルが比較的低く、例えば１〜３オーム．ｃｍ−１という高い抵抗をもたらす。ホウ素添加レベルの高いウェハは、ｐ＋ウェハであり、例えば０．００５オーム．ｃｍ−１という抵抗を有し得る。
好ましくは本発明において、使用したシリコン粒子はｐ−シリコンから得られる。これらはより安定性が低いようであり、模倣肺液中により容易に吸収されるようであるためである。
使用するシリコンの微粒子のサイズは、前記に広義に概略を示したように、目的の適用形態（鼻腔または肺）および気道の標的領域に依存する。それ故、粒子は、一般に、６０ミクロン未満の平均直径、特に１〜２０ミクロン、例えば１〜１０ミクロンの範囲の平均直径、最も好ましくは、肺送達では１〜３ミクロンの平均直径を有する。
適切には、粒子集合間のサイズの範囲は小さい。好ましくは、粒子の少なくとも４０％、より好ましくは少なくとも７０％、最も好ましくは少なくとも９０％が、平均直径に関して前記に明記した範囲内の直径を有する。
シリコン粒子（多孔性であろうと非多孔性であろうと）のみの肺送達が、ある環境では必要となる場合がある。特に、シリコンはＸ線に比較的不透明である。それ故、Ｘ線の前にシリコン粒子を吸入して気道の表面を覆膜することは診断に有用である場合がある。さらに、非常に多孔性のシリコンのもつ眼に見える蛍光性を使用して、気管支鏡の使用により投与後にインビボで微粒子の分布を調査することができる。
したがって、本発明はさらに、エアゾール製剤により投与した粒子を検出する方法を提供し、前記方法は前記の製剤に光ルミネセントなシリコン微粒子を含め、その後、前記の粒子がルミネセンスを示すようにそれらを照射することによって前記粒子を検出するステップが含まれる。
これは、例えば医薬品の動物試験の段階で、上気道に捕捉された粒子を評価する迅速な手段、または、薬物を添加した粒子が特定の肺組織に標的化される効果を評価するための迅速な手段を提供する。例えば、抗菌薬を添加した粒子の肺感染への標的化、または細胞毒性薬の気管支内腫瘍への標的化をモニタリングできる。この特性はまた、生体外におけるエアゾール密度を定量するのにも使用し得る。
したがって、特定の実施形態において、使用したシリコン粒子は光ルミネセントな粒子である。これらが治療における薬物として使用される場合、吸収可能でもあるが、いくつかの診断適用ではこれは必要でない場合もある。吸収可能かつ光ルミネセントである粒子は、模倣肺間質液中への溶解中でも紫外線光により引き続き光ルミネセントであることを特筆する。
しかし、特に、本発明の粒子は、生物学的に活性な薬剤の担体として使用される。生物学的に活性な薬剤は、種々の方法でシリコン微粒子に添加し得る。例えば、シリコン粒子の表面上に沈着させてもよいし、多孔性シリコン微粒子またはシリコン粒子（これはその後、微粒子へと変換する）の孔に取り込んでもよく、または、シリコンの表面に結合または他の方法で会合させてもよい。
特に、活性薬剤を適切な溶媒中に溶解または懸濁し、吸収性シリコン微粒子を、ある期間の間、得られた溶液中でインキュベートしてもよい。溶媒を除去すると、活性物質が微粒子の表面上に沈着する。しかし、微粒子が多孔性シリコンを含む場合、一般に、活性薬剤の溶液は、毛細管作用により多孔性シリコンの孔へと透過し、よって溶媒除去後には、薬剤は孔内に存在する。溶媒除去は、凍結乾燥を含む種々の方法を使用して行い得る。
浸漬過程および乾燥過程は、所望の添加レベルを達成するために２回以上繰り返してよい。
活性薬剤は固体であるが２０℃において十分に高い蒸気圧を有する場合、微粒子の表面上に昇華し得る。
代わりに、活性薬剤を、リンカーによりシリコンの表面に結合させてもよい。リンカーは、水素結合などの共有結合、イオン結合または他の結合により、生物学的に活性な材料への結合を受け入れるような、シリコンの表面と結合または会合するようになる任意の基である。
それ故、リンカーを最初にシリコンに付着させ、その後、生物学的に活性な薬剤をそれと反応させ得る。または、生物学的に活性な薬剤を最初に適切なリンカー基にカップリングさせ、その後、シリコンの表面と反応させてもよい。
適切なリンカーの例は、当分野で知られているか、または化学者には明らかである。
例えばＷＯ００／２６０１９は、シリコンを、場合によっては置換されているアルケンまたはアルキンと接触させ、例えばタングストンＥＬＨ光で表面を照射することによる、多孔性シリコン表面の誘導体化を記載している。ＷＯ００／６６１９０は、ルイス酸の存在下におけるヒドロシリコン化などの方法を使用した、シリコンの表面の誘導体化を記載している。その場合、誘導体化は、表面におけるシリコン原子の酸化を遮断し、よってシリコンを安定化するために行う。
本発明の吸収可能な微粒子の安定化は、例えば、生物学的に活性な薬剤の肺における遅延放出が必要とされる場合に望ましい場合がある。この場合、微粒子の表面においてＳｉ−Ｃ結合を形成する誘導体化が役立つ可能性がある。これは、下記のように単純なアルカンまたはアルケンを用いた誘導体化により達成され得る。または、誘導体化は、保存中の凝集を最小限にするために、疎水性などの微粒子の特性を修飾するために使用し得る。
しかし、特に、誘導体化は、生物学的に活性な薬剤を表面に共有結合するために行われる。
したがって、特定の実施形態において、本発明の微粒子は、ルイス酸の存在下または光照射の存在下で式（Ｉ）
Figure 2005508881
 （式中、
Ｒ１は有機基であり、これは場合によっては生物学的に活性な薬剤に結合しているか、または、場合によっては生物学的に活性な薬剤と結合し得る保護されている官能基を含み、Ｒ２およびＲ３は水素であるか、または一緒に三重結合を形成している）
で示される化合物と反応させることにより前処理する。
Ｒ１の具体例は、官能基により場合によっては置換されている炭化水素基である。「炭化水素」なる語は、炭素原子および水素原子を含む任意の構造を意味する。例えば、これらは、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、例えばフェニルまたはナフチル、アリールアルキル、例えばベンジル、シクロアルキル、シクロアルケニル、またはシクロアルキニルであり得る。適切には、それらは２０個まで、好ましくは１０個までの炭素原子を含む。
本明細書に使用した「官能基」なる語は、ハロ、シアノ、ニトロ、オキソ、−ＯＣ（Ｏ）Ｒａ、−ＯＲａ、−Ｃ（Ｏ）ＯＲａ、Ｓ（Ｏ）ｔＲａ、ＮＲｂＲｃ、ＯＣ（Ｏ）ＮＲｂＲｃ、Ｃ（Ｏ）ＮＲｂＲｃ、ＯＣ（Ｏ）ＮＲｂＲｃ、−ＮＲ７Ｃ（Ｏ）ｎ’Ｒ６、−ＮＲａＣＯＮＲｂＲｃ、−Ｃ＝ＮＯＲａ、−Ｎ＝ＣＲｂＲｃ、Ｓ（Ｏ）ｔＮＲｂＲｃ、Ｃ（Ｓ）ｎＲａ、Ｃ（Ｓ）ＯＲａ、Ｃ（Ｓ）ＮＲｂＲｃまたは−ＮＲｂＳ（Ｏ）ｔＲａなどの反応基を意味し、ここでＲａ、ＲｂおよびＲｃは、独立的に、水素または場合によっては置換されているヒドロカルビルから選択されるか、あるいは、ＲｂおよびＲｃは一緒に、場合によっては置換されている環を形成し、この環は場合によっては、Ｓ（Ｏ）ｓ、酸素および窒素などのヘテロ原子をさらに含み、ｎ’は１または２の整数であり、ｓは０、１または２であり、ｔは０または１〜３の整数である。特に官能基は、ハロ、シアノ、ニトロ、オキソ、Ｃ（Ｏ）ｎＲａ、ＯＲａ、Ｓ（Ｏ）ｔＲａ、ＮＲｂＲｃ、ＯＣ（Ｏ）ＮＲｂＲｃ、Ｃ（Ｏ）ＮＲｂＲｃ、ＯＣ（Ｏ）ＮＲｂＲｃ、−ＮＲ７Ｃ（Ｏ）ｎＲ６、−ＮＲａＣＯＮＲｂＲｃ、−ＮＲａＣＳＮＲｂＲｃ、−Ｃ＝ＮＯＲａ、−Ｎ＝ＣＲｂＲｃ、Ｓ（Ｏ）ｔＮＲｂＲｃ、または−ＮＲｂＳ（Ｏ）ｔＲａなどの基であり、ここでのＲａ、ＲｂおよびＲｃ、ｎおよびｔは、前記に定義した通りである。
ヒドロカルビル基Ｒａ、ＲｂおよびＲｃに適切な場合によって選択される置換基は、ハロ、シアノ、ニトロ、オキソ、カルボキシまたはそのアルキルエステル、アルコキシ、アルコキシカルボニル、アミド、モノまたはジアルキルアミド、アミノ、モノもしくはジアルキルアミノ、アルキルスルホニル、またはチオアルキルである。
特に、Ｒ１は、少なくとも１つの官能基により置換されている炭化水素基を含み、これによりその後生物学的に活性な薬剤とのカップリング結合が可能となる。例えば、Ｒ１が、ハロ、メシレートまたはトシレートなどの脱離基である置換基を含む場合、続いて、塩基の存在下における従来の求核性カップリング反応を使用した生物学的に活性な薬剤への結合を行うことができる。しかし必要であれば、官能基を、ヒドロシリコン化反応中に保護してもよい。適切な保護基は熟練の化学者には明らかであるが、例えば酸性基はエステル化し得、ヒドロキシ基はエーテル化し得る。
または、ヒドロシリコン化反応に使用する条件下で反応性ではない官能基を使用し得、続いて、従来の化学的方法を使用して異なる官能基に変化させ得る。
このような反応を行うことのできる条件は、参照として本明細書に取り込んだＷＯ００／２６０１９およびＷＯ００／６６１９０に記載されている。例えば、ルイス酸、例えば塩化アルキルアルミニウム、例えば塩化エチルアルミニウムを使用する場合、ルイス酸は好ましくは最初にヘキサンに溶かし、得られた溶液を不活性雰囲気下、例えば窒素下で、式（Ｉ）の化合物と共に、吸収性シリコンの微粒子と接触させる。反応は中程度の温度で、簡便には周囲温度で約１時間続け得、反応はテトラヒドロフランを使用して、その後ジクロロメタンを使用してクエンチできる。その後、微粒子をエタノール中で洗浄し、窒素ガス気流中で乾燥し得る。
表面に結合させ得る生物学的に活性な薬剤には、前記に列挙した医薬品などが含まれる。しかしさらに、それには、特異的または非特異的に肺内の特定の部位を標的とすることのできる抗体またはその結合断片などの標的化部分が含まれ得る。例えば、細胞毒を有する粒子を、腫瘍細胞エピトープに特異的な抗体または結合断片を使用して、肺内の腫瘍細胞に特異的に標的化することができる。同様に、抗菌剤を添加した粒子を、標的微生物に特異的に結合する部分を使用して誘導体化できる。
特に、本発明に使用するシリコン粒子の、任意の生物学的に活性な薬剤を添加する前における、シリコン粒子のタップ密度は約０．４ｇ／ｃｍ３未満、より好ましくは０．２ｇ／ｃｍ３未満である。タップ密度は、粒子の質量を、粒子を封入できるエンベロープ体積で割った標準的な目安である。粒子のタップ密度は、例えばＧｅｏＰｙｃ登録商標（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐ．、ノルクロス、Ｇａ３００９３）を使用して測定し得る。
本発明に使用する生物学的に活性な薬剤は、タンパク質、例えば抗体、ペプチド、および遺伝子構築体、例えばＤＮＡ、ＲＮＡもしくはプラスミドもしくはベクターを含む、任意の医薬としてまたは診断に有用な化合物であり得る。具体例には、気管支拡張剤、抗菌化合物、遺伝子治療ベクターを含む遺伝子材料、放射性材料、ＤＮＡワクチンを含むワクチン、およびサブユニットタンパク質またはペプチド、ホルモン、例えばインスリン、エリスロポエチン、カルシトニンおよび成長ホルモン、サイトカイン、例えばインターフェロンおよびインターロイキン、および細胞毒を含む抗癌化合物が含まれる。
しかし特に、生物学的に活性な薬剤は、アルブテロール、ビトルテロール、サルメテロール、イプラトロピウム、フルチカゾン、クレンブテロール、エフェドリン、およびテルブタリンなどの気管支拡張剤を含む。
リン酸カルシウム層が生物学的環境でシリコン上に沈着する石灰化過程は、リン酸カルシウム相自体が最終的に吸収可能でないならば、肺中では望ましくない。生物学的に活性な薬剤の他に、抗石灰化試薬をシリコン微粒子と合わせることができ、特に、生物学的に活性な薬剤と類似の方法で多孔性シリコン粒子に取り込むことができる。適切には、これらの薬剤は、溶液浸潤および溶媒除去により最終調製段階に多孔性粒子に導入される。
石灰化が頻繁で重要な問題である心臓血管生体材料用のこのような薬剤に関する研究が活発になされている（例えばＬｅｖｙら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ １２、７０７〜７１４（１９９１）による総説および米国特許第５，６９７，９７２号にを参照されたい）。適切な化学的薬剤には、アルミニウム、鉄、マグネシウムおよび亜鉛イオン（例えば医薬的に許容される塩の形態）、ホスホネート、シトレート、高濃度のフッ化物イオン、ジメチルスルホキシド、ドデシル硫酸ナトリウム、アミノ酸、ポリアクリル酸、およびメタロセンジクロライドが含まれる。
吸入による投与用組成物は、微細に分割された固体を含むエアゾールとしてシリコン微粒子を施薬するように構成された従来の加圧エアゾールの形であり得る。したがって、さらなる態様において、本発明は、前記したような生物学的に活性な薬剤を場合によっては含む吸収性シリコン微粒子を含む、エアゾール組成物を提供する。
組成物はさらに、噴射剤および分散剤などの従来のエアゾール成分も含み得る。当分野で知られている揮発性フッ化炭化水素または炭化水素などの従来のエアゾール噴射剤ならびに分散剤を使用し得る。しかし、好ましくは、組成物は乾燥粉末の形である。
本発明の組成物は、適切には、活性組成物の一定量を施薬するように調整されているエアゾール装置に含まれる。
吹入による投与用の組成物は、例えば３０ミクロン以下の平均直径のシリコンの微粒子を含む微細に分割された粉末の形態であり得る。粉末は、前記したような１つまたは複数の活性成分を場合によっては添加した吸収性シリコンのみ、または、これも粉末形の活性成分と混合されたこれらの吸収性シリコン粉末の混合物を含み得る。その後、吹入用の粉末は、例えば知られている薬剤であるクロモグリク酸ナトリウムの吹入に使用するなどのターボ吸入装置と共に使用する１〜５０ｍｇの粉末を含むカプセルに保持することが好都合である。これらのカプセルは本発明のさらなる態様を形成する。
本発明に使用するシリコン微粒子は種々の方法で調製し得る。例えば、それらはフォトリソグラフィーを使用して、続いて等方性化学エッチング、その後ステインエッチングにより調製し得る。エアゾールに使用するための特に高い有孔度を有するシリコン微粒子は、エッチング溶液が除去される時の骨格の崩壊を防ぐために、特異な乾燥技術、例えば超臨界乾燥（例えば米国特許第５，９１４，１８３号を参照されたい）、凍結乾燥またはペンタン乾燥を必要とし得る。
特に、絶縁体上のシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ、ＳＯＩ）ウェハは、ＰＣＴ／ＧＢ９９／０２３８１号に記載のような、標準的な湿式エッチングまたは乾式エッチング技術によりフォトリソグラフィー的にエッチングし得る。エッチングは、シリコン微粒子のアレイが、酸化物基質上に形成されるように行い得る。微粒子は１０〜２５０μｍの範囲の寸法を有し得る。微粒子は標準的なＨＦ浸漬により酸化物基質から脱着できる。その後、微粒子をろ別し、洗浄し、孔形成前に乾燥できる。このように、単分散サイズおよび形状の多孔性シリコン粒子を含む粒状製品が得られ得る。その後、これらの粒子のサイズを等方的にエッチングして小さくでき、適切な湿式エッチングにより孔形成できる。
所望のタップ密度を有する粒子を達成するための上記シリコン粒子の孔形成は、Ｊ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ７８（６）ｐ．４２７３〜４２７５（１９９５）に記載のような標準的なステインエッチングにより、またはＰｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２（２）：２７７〜２８１、２０００に記載のような光補助ステインエッチングにより達成し得る。リソグラフィーに基づいたアプローチにより、十分に明確な形状および狭いサイズ分布を有するシリコン粒子の細工が可能となる。
ステインエッチングの使用は、適用したシリコン試料の孔形成を引き起こし得るだけでなく、このようにして形成される多孔性シリコンの少なくともいくつかを溶解し得る。結果として、粒子サイズは、下記に説明するように、本発明に使用するに好ましいレベルまで減少できる。エッチング条件は、必要とされる多孔性粒子の直径、形状およびタップ密度に従って修飾できる。特に、出願人は、一般的には１ステップで、ＨＦと硝酸の組合せを使用して、好ましくは４０重量％ＨＦと７０％硝酸の組合せを使用してエッチングが容易に達成し得ることを見出した。
または、非常に低いタップ密度を有する粒子は、中空コアをもつシリコン微粒子を作製することにより達成し得る。これは、単分散な犠牲コア材料上にシリコンを沈着し、その後シェル材料を転換することにより達成できる。
例えば、シリコン粒子はまた、多結晶性シリコンを使用して細工し得る。ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）層は、シリコン基質上に沈着させ得る。沈着は、純粋なシランおよびリンを窒素気流中で酸素と反応させることにより、大気圧ＣＶＤを使用して実施し得る。その後、ＰＳＧは、基本構造のアレイを形成する従来の技術により模様を付ける。その後、多結晶性シリコン層は、低圧ＣＶＤを使用してシランの熱分解により沈着できる。多結晶性シリコン層は、各基本構造が多結晶性シリコンの島層に包まれるように、そして、島層がまた基本構造に隣接するシリコン基質に結合するように、標準的なエッチング技術により模様を付ける。ポリシリコン層を９５０ないし１１００℃の温度まで１０ないし３０分間加熱すると、ポリシリコン層は、ＰＳＧからＰ２Ｏ５を放出する結果として変形する。正しい形の模様付けおよび条件を選択することにより、シェルのような構造を含む脱着したシリコン粒子は、本発明の使用する微粒子に使用し得る。
特に好ましい実施形態において、必要なサイズのシリコン粒子は、シリコン粉末、特に結晶性シリコンのウェハの間の多孔性シリコン粉末を粉砕することにより製造される。多孔性シリコンはバルク結晶性シリコンよりも硬度が低く、結晶性シリコンウェハは超純粋で超滑らかな表面を有しているので、シリコンウェハ／多孔性Ｓｉ粉末／シリコンウェハサンドイッチは、例えば、陽極酸化により得られた、はるかに大きな多孔性シリコン粒子から１〜１０ミクロンの粒子サイズを達成する簡便な手段である。したがって、これは、シリコン粒子サイズを、本発明の脈絡で使用するのに必要なレベルまで低減する良好な方法を提供する。シリコン粒子が多孔性であり、生物学的に活性な材料の存在が必要である場合、これは、粉砕過程の前または後に多孔性粒子に添加し得る。この方法は、本発明のさらなる態様を形成する。
またさらなる態様において、本発明は、治療剤または診断剤をそれを必要とする患者に送達する方法を提供し、前記方法は、患者に前記したような組成物を送達することを含む。
本発明はここで、例として、添付の図面を参照して具体的に記載する。
約０．１１６５ｇ／ｃｍ３タップ密度を有する９５％の有孔度のシリコン微粒子の試料を調製できる。１０ミクロン厚のｐ＋＋上面層を有する２０〜３０Ωｃｍのｐタイプ（１００）シリコンウェハを、１００ｎｍの酸化シリコンで両面コーティングする。その後、ウェハの裏のシリカ層を、メンブランフォトマスクで模様を付け、反応性イオンでエッチングして、薄くするウェハ領域を明確にする。その後、支持１０ミクロン厚メンブランを、ウェハの裏からｐ＋＋／ｐ−界面に湿式エッチングすることにより得る。４７５ミクロン厚のウェハおよびＫＯＨで８０℃では、これは１０〜１５時間要する。その後、厚いフォトレジストをメンブランの支持体として、シリコン粒子を除去し得る基質として、裏にエッチングした空洞に沈着する。ポジ型フォトレジストはウェハの前面で紡ぎ、数千個の１０×１０ミクロンの間隔で四角を含むフォトマスクで模様を付ける。その後、シリカおよびｐ＋＋メンブランを反応性イオンでエッチングする。その後、厚いフォトレジスト／小さい角切りのシリコンメンブランをウェハから取り出し、遠心管に入れる。その後、シリコンキューブを、フォトレジストをアセトンに溶かすことにより遊離し、遠心分離により収集できる。その後、所望のサイズの微粒子を分離する。
その後、これらを、ステインエッチング法を使用して、標的レベルまで孔を開けることができる。フッ化水素酸および硝酸を含むステインエッチング溶液を使用し得る。ステインエッチング溶液は、１００体積の４０％フッ化水素酸水溶液を、１体積の７０％硝酸水溶液と合わせることにより形成し、このステインエッチング溶液は「１００：１溶液」と称される。１００：１溶液は、所望のレベルの有孔度を有するシリコン粒子を生じるに十分な期間粒子状生成物に適用し得る。高い有孔度のステインエッチングした微粒子は、Ｃａｎｈａｍら、Ｎａｔｕｒｅ、３６８、１３３〜１３５（１９９４）および米国特許第５，９１４，１８３号に記載のような超臨界液体技術により乾燥する。
このようにして製造した粒子は、前記したような医薬組成物の形成に使用し得る。
非常に高い（８０〜９５％）有孔度を有する微粒子も、米国特許第５，３４８，６１８号に記載のような標準的な方法によりフォトリソグラフィー的に模様を付けたウェハの陽極酸化により調製できる。１０ミクロン厚の０．０１オームｃｍエピタキシャルｐ＋＋上面層を有する２０〜３０オームｃｍのｐタイプ（１００）ウェハを最初に光模様を付け、ｐ＋＋支柱を突出している１０ミクロン直径のアレイに乾式エッチングする。その後、支柱の上面からのフォトレジストを除去し、構造を、粘度の低い電気絶縁材料でスピンコーティングすることにより平面化する。その後、簡潔な２回目の乾式エッチングステップは、１０％エタノール性ＨＦ中における陽極酸化の調製において、シリコン支柱の上面を再暴露する。これは、必要な粒子有孔度に応じて、５０〜５００ｍＡ／ｃｍ２の範囲の電流密度で実施する。一旦、孔前面がｐ＋＋構造を通って基礎のｐ−ウェハに進行すると、電流密度は、少なくとも５ミクロンというさらなる距離まで等方的に孔の開いた値に変化する。その後、電流密度は傾斜して上がり電解研磨を開始し、これにより、一方側に多孔性で円筒形の粒子および絶縁材料を含むメンブラン、他方側に多孔性ｐ−層を発進する。その後、より化学的に反応性の高い多孔性層は、希アルカリまたはＨＦ系の溶液中で選択的に除去される。その後、単分散多孔性円筒を、適切な溶媒に絶縁有機物を溶かすことにより遊離する。
陽極酸化および多孔性シリコン（ｐＳｉ）粉末／結晶性シリコン（ｃ−Ｓｉ）ウェハ粉砕
０．００５オームｃｍのｐ−タイプのウェハを、２０分間、２５ｍＡ／ｃｍ２で、等体積の４０％ＨＦおよびエタノール中、陽極酸化した。その後、はるかに高い電流の流れがあり（３０秒間で１５０ｍＡ／ｃｍ２）、基礎ウェハへの高い有孔度で構造的に弱い付着が創造された。電解質からウェハを除去し、エタノール中で濯ぎ、風乾すると、後者の薄層は崩壊し、大きなフレークとして第１層を遊離した。これらを回収し、同じ起源の陽極酸化していないウェハの磨いた上面に配置した。
その後、その高度に磨いた表面を有する第２の陽極酸化していないウェハを第１のウェハの上面に配置した。その後、２つのウェハを、８の字形で軽く手で圧力をかけて互いにこすった。滑らかであるために、２つのウェハ表面は共に徐々に良好に合体し、ｐＳｉ粒子は小さくなるにつれて、ｐＳｉ超微細粉末を効率的に捕捉した。５分間粉砕した後、ウェハサンドイッチをエタノールに入れ、これによりその表面からの多孔性シリコン粒子除去および回収が容易になった。
エタノール／ｐＳｉ懸濁は明茶色であり、１０ミクロン直径より大きい望ましくない粒子が重力静置により除去されるように２４時間放置した。その後、上清を回収し、エタノールを蒸発した後、光学電子顕微鏡で調べた。図１（ａ）は、５００倍の光学画像であり、全ての粒子が１０ミクロン幅未満であることが分かる。図１（ｂ）は、１０，０００倍のＳＥＭ画像であり、種々の形状の粒子が分かる。図１（ｃ）および１（ｄ）は非常に高度な拡大画像（５０，０００倍）であり、超小粒子はその多孔性を保持していたことを実証する。
フォトリソグラフィー的な乾式エッチングおよびステインエッチング
３０ミクロン厚のＳｉ層を有する絶縁体上のシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ、ＳＯＩ）ウェハは、３０ミクロンの四角な光学マスクおよび厚さ１．５５ミクロンのＨＰＲ−５０５フォトレジストを使用して模様を付け、その後、酸化層まで２４分間乾式エッチングした。これは、図２（ａ、ｂ）に示した３０ミクロンのキューブのアレイを生じた。その後、これらの粒子は、基礎の酸化物支持体を溶かすＨＦ中に浸漬することによりウェハから遊離した。その後、さらなるサイズ減少、コーナーの丸みおよび孔形成は、ＨＦ、硝酸および水を含む溶液中におけるステインエッチングにより行う。図２（ｃ）は、５０：１の体積比の４０％重量％ＨＦと７０％硝酸を使用して、１つのエッチングステップで、大きくサイズを減少し、孔を形成した１００ミクロンの完全なシリコンキューブの一例を示す。
模倣肺液における多孔性シリコンの安定性
多孔性シリコンの薄表面膜を含む陽極酸化ウェハのセグメントを、１時間から１０日間の範囲の期間３７℃で封をしたポリプロピレン瓶中でインキュベートし、前記したような模倣間質肺液を充填して完了した。溶液のｐＨをモニタリングし、３７℃で７．４〜７．６の範囲に維持した。
図３は、模倣肺液（ＳＬＦ）における、時間の関数としての１ミクロン未満の多孔性膜の横断面画像を示す。８０％有孔度の０．７６ミクロンの厚さの膜（図３（ａ））は、等体積の４０％ＨＦおよびエタノール中、２０ｍＡ／ｃｍ２で１分間、１〜３オームｃｍ抵抗度ｐ−タイプＳｉウェハの陽極酸化により製造された。ＳＬＦ中でわずか９０分後に（図３（ｂ））、膜の約９０％が溶け、約０．１ミクロンの残留した粗い多孔層が残った。１日以内に（図３（ｃ））全ての多孔性シリコンがケイ酸に変換され、明らかな約０．０３ミクロンの狭い白色層が、酸化したバルクシリコン支持体ウェハから生じた。
図４は、同じタイプのウェハで、同じ電流密度で、同じ電解質で作製した、同じ多孔度の２．５ミクロン厚の膜について類似の画像を示す。陽極酸化時間はここでは４分間であった。図４（ｂ）により、約９０％の溶解がこの場合約１８時間かかることが分かる。図３と図４の比較により、所与のミクロ構造について完全な生分解時間は、多孔性シリコン膜厚と比例しないことが示唆される。これは、１０ミクロン直径粒子は溶解するのに５ミクロン粒子の実質的に２倍を超える時間がかかり得ることを意味する。
さらに、ｐ−ウェハではなくｐ＋ウェハから得られたメソポーラスシリコンは、はるかに高い安定性を有することが判明した。実際に、図５（ａ）に示したはるかに厚いが（１０．７ミクロン）高い有孔度（８０％）の層は、約１０日間のインキュベートにおいて、その厚さの僅か２０％しか失わないことが判明した。このような構造は、その厚さの崩壊を受けているが、リン酸カルシウム上層の核をなし支持するに十分なほど安定であった（図５（ｂ））。
本発明の方法に従って製造したシリコン粒子の種々の拡大度の画像を示す図である。 本発明の方法に従って製造したシリコン粒子の種々の拡大度の画像を示す図である。 本発明の方法に従って製造したシリコン粒子の種々の拡大度の画像を示す図である。 本発明の方法に従って製造したシリコン粒子の種々の拡大度の画像を示す図である。 フォトリソグラフィー的な乾式エッチング手順およびステインエッチング手順を使用して得られた粒子の画像を示す図である。 フォトリソグラフィー的な乾式エッチング手順およびステインエッチング手順を使用して得られた粒子の画像を示す図である。 フォトリソグラフィー的な乾式エッチング手順およびステインエッチング手順を使用して得られた粒子の画像を示す図である。 模倣肺液（ＳＬＦ）における、時間の関数としての１ミクロン未満の多孔性シリコン膜の横断面画像を示す図である。 模倣肺液（ＳＬＦ）における、時間の関数としての１ミクロン未満の多孔性シリコン膜の横断面画像を示す図である。 模倣肺液（ＳＬＦ）における、時間の関数としての１ミクロン未満の多孔性シリコン膜の横断面画像を示す図である。 同じタイプのウェハで、同じ電流密度で、同じ電解質で製造された、同じ有孔度の２．５ミクロン厚の膜の類似の画像を示す図である。 同じタイプのウェハで、同じ電流密度で、同じ電解質で製造された、同じ有孔度の２．５ミクロン厚の膜の類似の画像を示す図である。 同じタイプのウェハで、同じ電流密度で、同じ電解質で製造された、同じ有孔度の２．５ミクロン厚の膜の類似の画像を示す図である。 模倣肺液中で高い有孔度（８０％）を有する１０．７ミクロンの高い有孔度（８０％）のシリコン層をインキュベートした結果を示す図である。 模倣肺液中で高い有孔度（８０％）を有する１０．７ミクロンの高い有孔度（８０％）のシリコン層をインキュベートした結果を示す図である。

Claims (39)

  1. 鼻腔内または肺内送達用医薬の調製におけるシリコン微粒子の使用。
  2. 微粒子は、鼻腔内または肺内送達用医薬の調製において、吸収性または光ルミネセントなシリコンである請求項１に記載の使用。
  3. 微粒子は吸収性シリコンである請求項２に記載の使用。
  4. 吸収性シリコンは多孔性シリコンである請求項３に記載の使用。
  5. 吸収性多孔性シリコンはメソポーラスシリコンである請求項４に記載の使用。
  6. 生物学的に活性な薬剤が、シリコンの孔に取り込まれている請求項３から５のいずれか一項に記載の使用。
  7. シリコン微粒子はｐ−シリコンウェハから得られる請求項１から６のいずれか一項に記載の使用。
  8. シリコンの表面は誘導体化されている請求項１から７のいずれか一項に記載の使用。
  9. 生物学的に活性な薬剤は、リンカー基によりシリコンの表面に結合している請求項８に記載の使用。
  10. 生物学的に活性な薬剤は、気道の標的細胞に特異的に結合する標的化部分を含む請求項９に記載の使用。
  11. 誘導体化は微粒子の安定性または疎水性を増大する請求項８に記載の使用。
  12. 生物学的に活性な薬剤は、医薬としてまたは診断に有用な化合物から選択される請求項６または請求項９に記載の使用。
  13. 前記の生物学的に活性な薬剤は、気管支拡張剤、抗菌化合物、遺伝子材料、放射性材料、ワクチン、ホルモン、サイトカイン、または抗癌化合物である、請求項１２に記載の使用。
  14. 生物学的に活性な薬剤は気管支拡張剤である、請求項１３に記載の使用。
  15. シリコン粒子の平均直径は１から２０ミクロンの範囲である請求項１から１４のいずれか一項に記載の使用。
  16. 粒子の直径は１から１０ミクロンである請求項１５に記載の使用。
  17. シリコン微粒子のタップ密度は０．４ｇ／ｃｍ３未満である請求項１から１６のいずれか一項に記載の使用。
  18. シリコン粒子はさらに抗石灰化剤を含む請求項１から１７のいずれか一項に記載の使用。
  19. 生物学的に活性な薬剤を場合によっては含んでいる吸収可能および／または光ルミネセントなシリコン粒子を含む、エアゾール製剤。
  20. シリコン粒子は吸収可能である請求項１９に記載のエアゾール製剤。
  21. シリコン粒子は多孔性である請求項１９または２０に記載のエアゾール製剤。
  22. さらに分散剤を含む請求項１９から２１のいずれか一項に記載のエアゾール製剤。
  23. さらに噴射剤を含む請求項１９から２２のいずれか一項に記載のエアゾール製剤。
  24. 乾燥粉末形である請求項１９から２３のいずれか一項に記載のエアゾール製剤。
  25. 請求項１９から２４のいずれか一項に記載の製剤を含むエアゾール送達装置。
  26. 装置は製剤の定量を送達するように構成されている請求項２５に記載の装置。
  27. 請求項１から１８のいずれか一項に記載の吸収性シリコン微粒子を含む、ターボ吸入器を使用した吹入により送達するためのカプセル。
  28. 治療剤または診断剤を必要とする患者の鼻または肺に、請求項１から１８のいずれか一項に記載の吸収性シリコン微粒子を含む組成物を適用することを含む、治療剤または診断剤を必要とする患者に送達する方法。
  29. 結晶性シリコンウェハの表面間でシリコン粉末を粉砕することを含む、シリコン粒子の調製法。
  30. シリコン粉末は多孔性シリコン粉末である請求項２９に記載の方法。
  31. シリコン粉末に、粉砕前に生物学的に活性な薬剤が添加されている、請求項３０に記載の方法。
  32. シリコン粉末はシリコンウェハの陽極酸化により得られる請求項２９から３１のいずれか一項に記載の方法。
  33. シリコンウェハはｐ−ウェハである請求項３２に記載の方法。
  34. 得られたシリコン粒子の平均直径は１から１０ミクロンである請求項２９から３３のいずれか一項に記載の方法。
  35. エアゾール製剤に光ルミネセントなシリコン微粒子を含めること、その後、前記粒子がルミネセンスを示すように前記粒子を照射することによって前記粒子を検出することを含む、エアゾール製剤により投与した粒子の検出方法。
  36. 粒子を動物の上気道に投与し、粒子を紫外線光で照らした気管支鏡を使用して検出する請求項３５に記載の方法。
  37. 薬物を添加したシリコン粒子が特定の肺組織に標的化される効率を評価するために使用される請求項３５に記載の方法。
  38. 生体外でエアゾール密度を定量するための請求項３５に記載の方法。
  39. シリコン粒子を投与して、Ｘ線の前に患者の気道表面を覆膜するステップを含む、気道のＸ線診断を実施する方法。
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