JP3647859B2 - 酵素的に制御された薬剤放出のための架橋されたポリヒドロキシ材料 - Google Patents
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Description
〔発明の分野〕
本発明は、徐放性マトリックスとしての架橋されたアミロース（CLA）およびこれに組み合わされたαアミラーゼを含む、固体の徐放性薬剤投与ユニット（solid slow release pharmaceutical dosage unit）に関する。この薬剤放出は、二つの異なった一連の分子メカニズムによって酵素的に制御される。
〔発明の背景〕
薬剤の制御された放出のための単一的なデバイスに対する興味は継続的に増大しており、長期に亘って遊離物質のより一定な放出速度を保証する新規な薬剤投与系を開発するために、多くの努力がなされてきている。
薬剤の制御された放出のために使用するマトリックスとして、ビニルポリマー、ポリエチレン、シリコーン、エチルセルロース、アシル置換セルロース、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）−PHEMA、アクリル共重合体等の種々のポリマーが提案されている（例えば米国特許第3,087,860号、同第2,987,445号、同4,761,286号およびPharm.Acta Helv.,1980,55,174−182,Salomon et al.）。これら多くのポリマーマトリックス（ヒドロゲル、親水性、疎水性等）が開発されているにもかかわらず、一定速度での持続的な薬剤放出を与える理想的なマトリックスは知られていない。このような状況において、多くの物理的および化学的システムが示唆されており、その殆どは拡散制御、膨潤制御または化学的制御（外的なバイオ浸食）された薬剤放出に基づいている。
拡散制御されたシステム（ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム等の親水性ポリマーを必要とする）は、薬剤の持続的放出を可能にするが、この放出速度は一定でないため、厳密な制御を可能とするものではない。
膨潤制御されたシステムは、内部チャンネルの無いガラス質の均一なポリマーマトリックスを基礎としており、その中へ水前線（ウォーターフロント）が侵入する。この前線の後方において、ポリマーはゴム状態にある。薬物の拡散係数が、ポリマーのガラス状態でよりも該ゴム状態での方が顕著に高ければ、ゼロ次の放出を得ることができる。しかし、これは制限された放出（通常は負荷された全薬剤量の略60％）についてのみであり、初期薬剤濃度が比較的低い場合についてのみである（N.Peppas and N.Franson,J.Polyme.Sci.,21,983−997,1983）。他の機構は、錠剤が胃腸内に滞留している間に、該錠剤の外的なバイオ浸食に媒介された緩徐な薬剤放出を可能にする（E.Doelker and P.Buri,Pharm.Acta Helv.,56,111−117,1981）。このシステムは、主に澱粉または脂質マトリックスを基礎とするものであり、薬剤放出の速度は胃液の複雑な組成（その酵素セットを含む）に関連するから、異なる個体間での変化を受けやすい。
これらのメカニズムは興味ある放出速度論を可能にするが、その放出時間および溶解曲線の線形性は更に改善されなければならない。
最近になって、架橋されたアミロース（CLA）、即ち、エピクロルヒドリンや2,3−ジブロモプロパノールのような架橋剤を用いたアミロースの架橋で得られた半合成材料が、制御された緩放性薬剤のためのマトリックスとして導入されている。ここで、該薬剤の溶解速度は、圧縮に続いて樹立されるアミロース鎖間の水素会合（hydrogen association）に基づく機構によって制御される（1992年５月28日に発行されたCA−Ａ−2,041,774号を参照のこと）。このようなCLAマトリックスは、実質的に線形の放出速度論を与える。
しかしながら、ある種の薬剤（主に、制限された水溶性またはCLAマトリックスとの何らかの親和性相互作用を有するもの）の放出時間は、或るときには大多数の薬物について観察される通常の放出時間（約15〜24時間）よりも高い。24時間を越える放出時間は、極く希れな場合を除いて一般には望ましくない。更に、最適放出時間が６〜12時間であるような幾つかの薬剤（心臓血管系薬剤、麻酔剤、鎮静剤、抗ヒスタミン剤等）が存在する。
従って、内部に存在する薬剤の制御された緩徐な放出を可能にする、徐放性薬剤投与ユニットを得ることが強く要望されている。このような薬剤投与ユニットは更に、所定の薬物に要求される最適時間に依存した、放出時間の制御を可能にするであろう。
〔発明の概要〕
本発明に従えば、
・60重量％までの治療的に有効な生成物と、
・エピクロルヒドリン及び2,3−ジブロモプロパノールからなる群から選択された架橋剤で架橋された、少なくとも40重量％の架橋アミロースポリマー
とを含有する固体の徐放性薬剤投与ユニットであって、
・前記架橋ポリマーは、アミロース100g当り約１〜20gの前記架橋剤で架橋することによって調製されることと、
・前記治療的に有効な生成物および前記架橋ポリマーに加えて、前記投与ユニットは、薬剤生成物の放出を調節する酵素をも含有しており、該酵素は投与ユニット当たり100EU以下の酵素活性に対応した量で存在するαアミラーゼであること
とを特徴とする投与ユニットが提供される。
錠剤中に存在するα−アミラーゼの量は、その酵素単位（EU）活性によって測定される。典型的には１錠当り100EU以下の活性で十分である。しかし、所定の薬物に望まれる放出時間に応じて、酵素活性は随意に変更することができる。
本発明の方針に従って用いられる架橋アミラーゼは、エピクロルヒドリンや2,3−ジブロモプロパノール等の適切な架橋剤を用いてアミロースを架橋することにより得られる。好ましくは、架橋度１〜20（即ちCLA−１〜CLA−20）に対応して、アミロース100g当り約１〜約20gの架橋剤が用いられる。CLA−６が最も好ましい架橋度である。
本発明の一つの側面において、アミロースの架橋されたポリマー粒子は、一般に約0.5ミクロン〜約５ミクロンの間で変化する大きさを有している。走査型電子顕微鏡（WEM）で観察すると、これらの粒子は略25〜7000ミクロンの凝集体を形成する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に従って製造された錠剤中におけるテオフィリンの放出プロファイルを示している。
図２は、本発明に従って製造された錠剤中における４−アセトアミノフェノール（アセトアミノフェン）の放出プロファイルを示している。
図３は、本発明に従って製造された錠剤中におけるアセトアニリドの放出プロファイルを示している。
図４は、錠剤中のαアミラーゼ含量に依存した、幾つかの薬剤の全放出時間を示している。
図５は、汗と兄り度の放出プロファイルに対する、溶解媒質中のαアミラーゼ活性の影響を示している。
〔発明の詳細な説明〕
本発明の投与ユニットに含まれるメカニズムは、αアミラーゼが特異的にCLAポリマーを半合成基質として認識でき、そのα−1,4−グルコシド結合の加水分解を触媒できることにある。酵素的加水分解の速度は水前線の侵入速度によって制限され、これは鎖間水素会合によって制御される。従って、アミロース鎖は徐々に且つ部分的に切断されるが、このポリマーは架橋剤で導入された多くのアミロース鎖間ブリッジによって、並びに錠剤の圧縮の際に形成された鎖間水素会合によって結ばれているので、三次元構造は長期間にわたって保持される。従って、上記メカニズムによって制御されるαアミラーゼ酵素速度論によって、薬剤の放出は容易に調節される。
本発明による固体の徐放性薬剤投与ユニットは、必要投与量の薬剤と、所定の酵素単位数およびCLAポリマーに対応する量のαアミラーゼとの混合物を直接圧縮することによって得ることができる。
CLAマトリックス中のαアミラーゼの量は、最適な放出条件下で所定の薬剤に要求される放出時間に依存する。本発明は、種々のタイプの薬剤について、その放出が制御される投与ユニットを可能にする。しかし、本発明による個体の徐放性薬剤投与ユニット中に存在する薬物は、αアミラーゼ活性を阻害してはならない。何故なら、この阻害はαアミラーゼの有利な効果を損なうからである。例えば、酸性薬剤を本発明の投与ユニットに含めるときは、該薬剤と酵素との間の上記のような望ましくない相互作用を回避するために、錠剤中に緩衝剤を含ませるのが望ましい。
アミロースは澱粉から得られる天然物質である。この澱粉は、非分岐のポリグリコース鎖に基づくアミロース（グルコースの繰り返し単位はα−1,4−グルコシド結合によって連結されている）と、分岐したポリグルコースポリマーのアミロペクチン（重大な頻度でα−1,6−グルコシド結合に基づく分岐点を有する）とから構成される二元性化合物である。
αアミラーゼ（EC3.2.1.1）は、澱粉、アミロース及びそれらの幾つかの誘導体のようなポリグルコースポリマーにおいて、内部のα−1,4−グルコシド結合の特異的な加水分解を触媒する酵素である。
架橋されたアミロース及びαアミラーゼ
架橋されたアミロース（CLA）は三次元構造を示す半合成材料であり、そのポリグルコース鎖は架橋反応で導入された横行ブリッジによって連結されている。架橋アミロースを得るためには、アミロースを遊星ミキサー内のアルカリ性媒質中で膨潤し、ホモジェナイズし、次いで温和に加熱（40−70℃）しながら必要な量の架橋剤を加え、反応を１時間継続させる。反応時間と同様に、架橋剤の種類および量は変化させ得る。次いで、得られたCLAを脱水し、乾燥し、篩分けして略75−297μｍの大きさを有する粒子を残留させる。
αアミラーゼが、親和性相互作用によって架橋アミロースを認識できることは周知である（Mateescu et al,Anal.Lett.,14,1501−1511,1981）。今回、本発明によって、αアミラーゼは錠剤形CLAのα−1,4−グルコシド結合を加水分解することができ、これによってシステムが可能になることが示された。
錠剤の製造
1991年10月31日に出願された米国特許出願第787,721号に示されているように、種々の薬剤をCLAマトリックスと共に直接圧縮して、放出の時間および速度が鎖間水素会合によって制御される持続的な放出形態とすることができる。この出願は新規な制御された放出システムを与えるが、このシステムでは、放出速度がCLAマトリックスの水和および酵素的加水分解と高度に関連している。このような酵素に制御された薬剤放出（ECDR）のメカニズムを実現するために、αアミラーゼを錠剤中に含有させる。１錠当り100EU（酵素単位）の酵素活性に対応して、20mgの量のαアミラーゼを含有する略500mgの錠剤が製造された。1EUは、典型的には、１分当り１μモルのマルトースの遊離を触媒するために必要な酵素の量として定義される。試験の目的で、異なった複数の薬剤、例えばテオフィリン、アスピリン、アセトアミノフェン、アセトアニリド及びカルニチンが選ばれた。本発明はこれら特別の薬物に限定されず、αアミラーゼの活性を阻害しない限り如何なる薬剤に対しても適用できることは当業者には自明であろう。
0.5T/cm2よりも高い水圧プレス中での直接圧縮によって、直径13mmで厚さ2.7−4.5mmの錠剤が製造された。予期に反して文献のデータのは異なり、水素会合によりマトリックスを安定化させる架橋範囲については、放出の速度論は錠剤の圧縮強さに影響されない。
アミロース100mg当りに使用される架橋剤の量（グラム）で表した架橋度は、水素会合による錠剤の安定化についての重要なパラメータである。架橋によって形成される鎖間グリセリンブリッジの長さは約8.7オングストロームなので、１〜20の低い架橋度のみが水素結合を可能にする。もし、これらが互いに十分に離れていなければ、水素結合（5.7オングストローム）は生じない。好ましいアミロース架橋度は６であるが、水素会合による錠剤の安定化（これは水和を制御し、結果的に加水分解酵素活性を制御する）を可能にするものであれば、他の架橋度を用いることもできることに留意しなければならない。水の侵入が遅ければ、酵素的加水分解の比率は極めて限定された数のα−1,4−グルコシド結合にまで減少される。こうして、構造の部分的な切断の進行は数点のみに制限され、従って薬剤放出は示唆された二つのメカニズム（水素会合およびECDR）によってうまく制御される。
in vitroにおける錠剤からの薬剤放出の研究
錠剤は個別に、ハンソン溶解装置（Hanson dissolution apparatus;パドルを100rpmで回転させる）に収容された37℃の１リットル緩衝溶液（リン酸塩、TRIS−HCl）中に投入された。溶解データは、溶解データシステムを装備したベックマンDU−65で記録された。
架橋アミロースおよびαアミラーゼは、薬剤放出が酵素的に制御される本発明の投与ユニットの製造に極めて効果的な物質種である。架橋アミロースは容易に製造され、直接圧縮によって単純に錠剤が調製される。更に、本発明の投与ユニットは、薬剤放出時間（錠剤中に含められる酵素単位数によって容易に調節される）の選択範囲が大きいので、著しく融通性に富んでいる。このシステムは、比較的高い薬剤濃度（60％まで）においても、制御された放出を維持する可能性を与える。同時に、CLAマトリックスは高い生体適合性を示し、またin vivoでの生物的分解性に優れている。
以下の例は、本発明を例示するために提示されるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲内における他の変形は、当業者によって容易に認識されるであろう。
例 １
＜架橋アミロースの合成＞
1kgのアミロース及び１リットルの1N水酸化ナトリウムを、55℃において、ホバルト（Hobart:商品名）遊星ミキサータンクＡ−200T内で20分間ホモジェナイズした。続いて、60g（50.8ml）のエピクロルヒドリンを添加した。20分間ホモジェナイズした後、混合物を酢酸で中和し、架橋アミロースを濾別して、まず水／アセトン（15:85）の溶液で洗浄し、次いで水／アセトン（60:40）で洗浄した。このCLAをアセトンで乾燥し、次いで３時間放置した。この乾燥ポリマーを篩にかけ（75−297μｍのメッシュ開口）、室温で保存した。このポリマーの架橋度は６であり、以後CLA−６と称する。
架橋度が１、４、12および20（即ち、エピクロルヒドリンの量が夫々１、４、12および20g/アミロース100g）の他のCLAポリマーを、同様の条件で製造した。
例 ２
＜活性薬剤としてテオフィリンを含有する錠剤＞
テオフィリン、αアミラーゼ及び例１で得たCLA−６の粉末を、得られるCLA−６錠剤が夫々100mgのテオフィリン及び０−5mgの量のαアミラーゼを含有し、残部がCLA−６となるような比率で、ターブラ（Turbula;商品名）ミキサー中で３分間混合した。これをカルバー（Carver;商品名）水圧プレス中において2.4T/cm2以上で直接圧縮することにより、錠剤（厚さ＝2.7mm、直径＝13mm、重量＝500mg）が得られた。使用した酵素は、シグマ化学コーポレーション（ミズリー州セントルイス市）が製造販売する5EU/mgタンパクの比活性を有する膵臓αアミラーゼである。この酵素の活性は、これを含有する錠剤を調整する前に確認された。これら錠剤の放出プロファイルは図１に示されている。
例 ３
＜活性薬剤として４−アセトアミノフェノール（アセエトアミノフェン）を含有する錠剤＞
例２と同じ方法で、500mgの錠剤を製造した。夫々の錠剤は、100mgの４−アセトアミノフェノール及び夫々0,1,2,3,5mgのαアミラーゼを含有するCLA−６からなっている。これら錠剤の放出プロファイルが図２に示されている。
例 ４
＜活性薬剤としてアセトアニリドを含有する錠剤＞
例２と同じ方法で、500mgの錠剤を製造した。夫々の錠剤は、100mgのアセトアニリド及び夫々0,1,2,3,5mgのαアミラーゼを含有するCLA−６からなっている。これら錠剤の放出プロファイルが図２に示されている。
例 ５
＜薬剤放出のモニター及びin vivoでの薬剤放出結果＞
夫々の錠剤を１リットルのNaHPO4/Na2HPO4緩衝液（100mM、pH7.0、37℃）中に投入する。全ての実験において、薬剤の放出は、機械的スターラー（100rmp）を装備したUSP溶解装置内でモニターされた。放出は、ベックマンDU−65スペクトロフォトメータを用いて、適切な波長（テオフィリン；λ＝290nm、アセトアミノフェン；λ＝280nm、アセトアニリド；λ＝270nm）で分光測光的に記録された。
全ての場合において、マトリックスに結合したαアミラーゼの酵素活性（酵素単位数）、即ち錠剤中のαアミラーゼの量を変化させることによって、薬剤の放出時間を調節することが可能なことは明らかである。本発明の効果を示すために選択された薬物について、αアミラーゼの不存在下での放出時間は、テオリフィンが30時間（図１）、アセトアミノフェンが25時間（図２）、およびアセトアニリドが23時間（図３）であった。
徐々に増大させたαアミラーゼ（0,1,2,3および5mg/錠）の存在下では、放出時間は略対数的かつ規則的に減少する（図４）。
（明らかに薬物−αアミラーゼの相互作用が起きないとすれば）薬剤の性質に関係なく、放出画分（Mt/M∞）対アミラーゼの曲線は同じ依存性を示す。図１〜４は、錠剤中のαアミラーゼの含量を変化させることによって、所定の薬剤についての放出時間が十分な正確さで容易に調節され得ることを示している。αアミラーゼを含まないがウシ血清アルブミン（BSA）を含有する、例２〜４に従って製造された錠剤を用いて行われた制御された実験は、BSAを含まず且つαアミラーゼを含まない対応の錠剤に関して極めて類似した溶解プロファイルを示した（図１〜３）。換言すれば、BSAは活性薬剤の放出プロファイルに対して何等影響をもたない。従って、これらの結果は、αアミラーゼの有利な効果が錠剤内容物の変化に起因するものでないことを示しめしており、これは放出時間の調節が専らαアミラーゼ・カイネティックスによることを意味している。
ここに提供された、錠剤中でCLAと結合されたαアミラーゼに基づく新規な酵素的に制御された薬剤放出（ECDR）は、放出制御システムとして、外的なバイオ浸食のアプローチとは異なっている。バイオ浸食のメカニズムは、溶解媒質（例えば、胃液）の外的成分（酵素、イオン等）の、境界層で開始される錠剤の段階的な浸食を生じさせる作用に基づいている。これらのシステムには、厳しい個々的な変化が含まれることが周知である。EDCR機構は、内部的な酵素の攻撃に基づいており、水前線の侵入によって開始され、制御される。水和およびCLAマトリックスの膨潤は、錠剤を製造する際の架橋アミロースの圧縮により形成された鎖間水素会合によって制御される。
従って、この出願で提案される薬剤放出のメカニズムは、相互に密接に関連した二つの別々な作用の結果である。
１）水素会合：これはアミロース／アミロース水素結合の解離およびアミロース／水会合の緩徐な平衡プロセスを制御し、アミロース水酸基の水和およびマトリックスの膨潤を生じさせる。
２）酵素に制御された薬剤放出：少量の水がマトリックスに侵入すると、αアミラーゼが徐々に活性化されて、CLAマトリックスにおけるα−1,4−グルコシド結合の制限された酵素的加水分解を制御する。
αアミラーゼ活性および水侵入の機能において、溶解点は統計学的に離間しているので、鎖は部分的に切断される。架橋アミロース鎖は多点架橋によって三次元構造に繋がれている（ビシナル・アミロース鎖の幾つかのグルコース単位が架橋剤反応によって同時に架橋に含まれる）ので、この溶解は、必ずしもマトリックス構造の全体的な崩壊、並びにオリゴ糖フラグメントの切断に導くものではない。
例えば、部分的な溶解を受けたとしても、架橋アミロースは球状の三次元構造を保持することができる。このような切断点レベルにおいては、オリゴグルシドフラグメント（oligoglucidic fragmentw）は未だ「ヒンジ結合」を保持しているが、可動性で水和状態になり、薬剤の放出を可能とする。熱量的研究と共に、酵素的投与量、赤外線およびＸ線のデータはこの考察を支持している。αアミラーゼの作用に関する限り、架橋アミロースが固相で且つ化学的に修飾されているという事実にもかかわらず、一般的な酵素カイネティク則が適用される。なお、酵素は水で飽和されない（これは水性媒質中での一般的な加水分解酵素の場合である）が、固体基質（即ち、架橋アミロース）で飽和されることに留意されたい。第二基質として作用する水の段階的な侵入にともなって、酵素はその触媒活性を開始する。酵素的加水分解の速度は、ミカエリス／メンテンの速度論に従って、水前線の段階的な侵入と共に増大する。これによって、溶解媒質中に浸漬した数時間後に放出曲線の傾斜が僅かに増大する（図１〜３）が説明される。放出曲線の一般的な特徴は直線に近いが、この僅かにＳ字型の特徴によって、架橋アミロースマトリックスからの酵素的に制御された薬剤放出には、ほぼ確実に二つのメカニズムが含まれることが明瞭に示されている。
αアミラーゼをCLAマトリックスと組合わせることによって、αアミラーゼの基質飽和の条件が形成される（例えば、5mg以下のアミラーゼと共に394−400mgのCLA−６を、乾燥重量0.4cm3の錠剤に圧縮する）。従って、薬剤放出の効果的な制御（例えば所要の放出時間）を得るための、独特の速度論的条件が達成される。これらの速度論的パラメータはまた、外的バイオ浸食による我々のアプローチとは実質的に異なっている。これらの相違は、図５に示した比較実験の結果によって立証されており、ここではトレーサとしてアセトアニリド（解熱剤）が選択された。この放出曲線は、増大するαアミラーゼ濃度（０−6000EU/lに対応して０−1200mg/l）を含有する溶解媒質（リン酸ナトリウム緩衝液、pH7）中において外的バイオ浸食を刺激しながら、400mgのCLAおよび100mgのアセトアニリドを含有する500mgの錠剤について記録された。この溶解曲線は、マトリックスに結合されたαアミラーゼ（溶解媒質１リットル中にαアミラーゼ1mg/錠１）については、少なくとも600倍高いαアミラーゼ活性（3000EU/lに対応して１リットルの溶解媒質中に600mgのαアミラーゼ）で、放出時間に対する同様の影響が得られることを示している。この相違は、速度論的メカニズムが実質的に異なることを明瞭に示している。
酵素カイネティック則に従って、酵素が基質で飽和した条件でのみ、反応速度の線形依存性が達成され得ることは周知である。結局、本発明で適用される手法は、酵素の飽和を確実にすることによって、錠剤中のαアミラーゼ活性を介しての、治療的要求の関連した放出時間の調節を可能にする。架橋アミロース錠剤についての同様の条件において、外的なバイオ浸食は、酵素を基質で確実に飽和させることは不可能であり、結局のところ放出時間を調節することはできない。更に、正常な患者では、膵臓αアミラーゼのレベルは120EU/lよりも低いことに留意する必要がある。換言すると、この生理学的レベルにおいては、αアミラーゼによる薬剤放出速度論に対する十分な相違は誘導されない。従って、薬剤放出の制御は、完全に、錠剤中の架橋アミロースに組み込まれたαアミラーゼに起因するものである。
本発明は、徐放性マトリックスとしての架橋されたアミロース（CLA）およびこれに組み合わされたαアミラーゼを含む、固体の徐放性薬剤投与ユニット（solid slow release pharmaceutical dosage unit）に関する。この薬剤放出は、二つの異なった一連の分子メカニズムによって酵素的に制御される。
〔発明の背景〕
薬剤の制御された放出のための単一的なデバイスに対する興味は継続的に増大しており、長期に亘って遊離物質のより一定な放出速度を保証する新規な薬剤投与系を開発するために、多くの努力がなされてきている。
薬剤の制御された放出のために使用するマトリックスとして、ビニルポリマー、ポリエチレン、シリコーン、エチルセルロース、アシル置換セルロース、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）−PHEMA、アクリル共重合体等の種々のポリマーが提案されている（例えば米国特許第3,087,860号、同第2,987,445号、同4,761,286号およびPharm.Acta Helv.,1980,55,174−182,Salomon et al.）。これら多くのポリマーマトリックス（ヒドロゲル、親水性、疎水性等）が開発されているにもかかわらず、一定速度での持続的な薬剤放出を与える理想的なマトリックスは知られていない。このような状況において、多くの物理的および化学的システムが示唆されており、その殆どは拡散制御、膨潤制御または化学的制御（外的なバイオ浸食）された薬剤放出に基づいている。
拡散制御されたシステム（ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム等の親水性ポリマーを必要とする）は、薬剤の持続的放出を可能にするが、この放出速度は一定でないため、厳密な制御を可能とするものではない。
膨潤制御されたシステムは、内部チャンネルの無いガラス質の均一なポリマーマトリックスを基礎としており、その中へ水前線（ウォーターフロント）が侵入する。この前線の後方において、ポリマーはゴム状態にある。薬物の拡散係数が、ポリマーのガラス状態でよりも該ゴム状態での方が顕著に高ければ、ゼロ次の放出を得ることができる。しかし、これは制限された放出（通常は負荷された全薬剤量の略60％）についてのみであり、初期薬剤濃度が比較的低い場合についてのみである（N.Peppas and N.Franson,J.Polyme.Sci.,21,983−997,1983）。他の機構は、錠剤が胃腸内に滞留している間に、該錠剤の外的なバイオ浸食に媒介された緩徐な薬剤放出を可能にする（E.Doelker and P.Buri,Pharm.Acta Helv.,56,111−117,1981）。このシステムは、主に澱粉または脂質マトリックスを基礎とするものであり、薬剤放出の速度は胃液の複雑な組成（その酵素セットを含む）に関連するから、異なる個体間での変化を受けやすい。
これらのメカニズムは興味ある放出速度論を可能にするが、その放出時間および溶解曲線の線形性は更に改善されなければならない。
最近になって、架橋されたアミロース（CLA）、即ち、エピクロルヒドリンや2,3−ジブロモプロパノールのような架橋剤を用いたアミロースの架橋で得られた半合成材料が、制御された緩放性薬剤のためのマトリックスとして導入されている。ここで、該薬剤の溶解速度は、圧縮に続いて樹立されるアミロース鎖間の水素会合（hydrogen association）に基づく機構によって制御される（1992年５月28日に発行されたCA−Ａ−2,041,774号を参照のこと）。このようなCLAマトリックスは、実質的に線形の放出速度論を与える。
しかしながら、ある種の薬剤（主に、制限された水溶性またはCLAマトリックスとの何らかの親和性相互作用を有するもの）の放出時間は、或るときには大多数の薬物について観察される通常の放出時間（約15〜24時間）よりも高い。24時間を越える放出時間は、極く希れな場合を除いて一般には望ましくない。更に、最適放出時間が６〜12時間であるような幾つかの薬剤（心臓血管系薬剤、麻酔剤、鎮静剤、抗ヒスタミン剤等）が存在する。
従って、内部に存在する薬剤の制御された緩徐な放出を可能にする、徐放性薬剤投与ユニットを得ることが強く要望されている。このような薬剤投与ユニットは更に、所定の薬物に要求される最適時間に依存した、放出時間の制御を可能にするであろう。
〔発明の概要〕
本発明に従えば、
・60重量％までの治療的に有効な生成物と、
・エピクロルヒドリン及び2,3−ジブロモプロパノールからなる群から選択された架橋剤で架橋された、少なくとも40重量％の架橋アミロースポリマー
とを含有する固体の徐放性薬剤投与ユニットであって、
・前記架橋ポリマーは、アミロース100g当り約１〜20gの前記架橋剤で架橋することによって調製されることと、
・前記治療的に有効な生成物および前記架橋ポリマーに加えて、前記投与ユニットは、薬剤生成物の放出を調節する酵素をも含有しており、該酵素は投与ユニット当たり100EU以下の酵素活性に対応した量で存在するαアミラーゼであること
とを特徴とする投与ユニットが提供される。
錠剤中に存在するα−アミラーゼの量は、その酵素単位（EU）活性によって測定される。典型的には１錠当り100EU以下の活性で十分である。しかし、所定の薬物に望まれる放出時間に応じて、酵素活性は随意に変更することができる。
本発明の方針に従って用いられる架橋アミラーゼは、エピクロルヒドリンや2,3−ジブロモプロパノール等の適切な架橋剤を用いてアミロースを架橋することにより得られる。好ましくは、架橋度１〜20（即ちCLA−１〜CLA−20）に対応して、アミロース100g当り約１〜約20gの架橋剤が用いられる。CLA−６が最も好ましい架橋度である。
本発明の一つの側面において、アミロースの架橋されたポリマー粒子は、一般に約0.5ミクロン〜約５ミクロンの間で変化する大きさを有している。走査型電子顕微鏡（WEM）で観察すると、これらの粒子は略25〜7000ミクロンの凝集体を形成する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に従って製造された錠剤中におけるテオフィリンの放出プロファイルを示している。
図２は、本発明に従って製造された錠剤中における４−アセトアミノフェノール（アセトアミノフェン）の放出プロファイルを示している。
図３は、本発明に従って製造された錠剤中におけるアセトアニリドの放出プロファイルを示している。
図４は、錠剤中のαアミラーゼ含量に依存した、幾つかの薬剤の全放出時間を示している。
図５は、汗と兄り度の放出プロファイルに対する、溶解媒質中のαアミラーゼ活性の影響を示している。
〔発明の詳細な説明〕
本発明の投与ユニットに含まれるメカニズムは、αアミラーゼが特異的にCLAポリマーを半合成基質として認識でき、そのα−1,4−グルコシド結合の加水分解を触媒できることにある。酵素的加水分解の速度は水前線の侵入速度によって制限され、これは鎖間水素会合によって制御される。従って、アミロース鎖は徐々に且つ部分的に切断されるが、このポリマーは架橋剤で導入された多くのアミロース鎖間ブリッジによって、並びに錠剤の圧縮の際に形成された鎖間水素会合によって結ばれているので、三次元構造は長期間にわたって保持される。従って、上記メカニズムによって制御されるαアミラーゼ酵素速度論によって、薬剤の放出は容易に調節される。
本発明による固体の徐放性薬剤投与ユニットは、必要投与量の薬剤と、所定の酵素単位数およびCLAポリマーに対応する量のαアミラーゼとの混合物を直接圧縮することによって得ることができる。
CLAマトリックス中のαアミラーゼの量は、最適な放出条件下で所定の薬剤に要求される放出時間に依存する。本発明は、種々のタイプの薬剤について、その放出が制御される投与ユニットを可能にする。しかし、本発明による個体の徐放性薬剤投与ユニット中に存在する薬物は、αアミラーゼ活性を阻害してはならない。何故なら、この阻害はαアミラーゼの有利な効果を損なうからである。例えば、酸性薬剤を本発明の投与ユニットに含めるときは、該薬剤と酵素との間の上記のような望ましくない相互作用を回避するために、錠剤中に緩衝剤を含ませるのが望ましい。
アミロースは澱粉から得られる天然物質である。この澱粉は、非分岐のポリグリコース鎖に基づくアミロース（グルコースの繰り返し単位はα−1,4−グルコシド結合によって連結されている）と、分岐したポリグルコースポリマーのアミロペクチン（重大な頻度でα−1,6−グルコシド結合に基づく分岐点を有する）とから構成される二元性化合物である。
αアミラーゼ（EC3.2.1.1）は、澱粉、アミロース及びそれらの幾つかの誘導体のようなポリグルコースポリマーにおいて、内部のα−1,4−グルコシド結合の特異的な加水分解を触媒する酵素である。
架橋されたアミロース及びαアミラーゼ
架橋されたアミロース（CLA）は三次元構造を示す半合成材料であり、そのポリグルコース鎖は架橋反応で導入された横行ブリッジによって連結されている。架橋アミロースを得るためには、アミロースを遊星ミキサー内のアルカリ性媒質中で膨潤し、ホモジェナイズし、次いで温和に加熱（40−70℃）しながら必要な量の架橋剤を加え、反応を１時間継続させる。反応時間と同様に、架橋剤の種類および量は変化させ得る。次いで、得られたCLAを脱水し、乾燥し、篩分けして略75−297μｍの大きさを有する粒子を残留させる。
αアミラーゼが、親和性相互作用によって架橋アミロースを認識できることは周知である（Mateescu et al,Anal.Lett.,14,1501−1511,1981）。今回、本発明によって、αアミラーゼは錠剤形CLAのα−1,4−グルコシド結合を加水分解することができ、これによってシステムが可能になることが示された。
錠剤の製造
1991年10月31日に出願された米国特許出願第787,721号に示されているように、種々の薬剤をCLAマトリックスと共に直接圧縮して、放出の時間および速度が鎖間水素会合によって制御される持続的な放出形態とすることができる。この出願は新規な制御された放出システムを与えるが、このシステムでは、放出速度がCLAマトリックスの水和および酵素的加水分解と高度に関連している。このような酵素に制御された薬剤放出（ECDR）のメカニズムを実現するために、αアミラーゼを錠剤中に含有させる。１錠当り100EU（酵素単位）の酵素活性に対応して、20mgの量のαアミラーゼを含有する略500mgの錠剤が製造された。1EUは、典型的には、１分当り１μモルのマルトースの遊離を触媒するために必要な酵素の量として定義される。試験の目的で、異なった複数の薬剤、例えばテオフィリン、アスピリン、アセトアミノフェン、アセトアニリド及びカルニチンが選ばれた。本発明はこれら特別の薬物に限定されず、αアミラーゼの活性を阻害しない限り如何なる薬剤に対しても適用できることは当業者には自明であろう。
0.5T/cm2よりも高い水圧プレス中での直接圧縮によって、直径13mmで厚さ2.7−4.5mmの錠剤が製造された。予期に反して文献のデータのは異なり、水素会合によりマトリックスを安定化させる架橋範囲については、放出の速度論は錠剤の圧縮強さに影響されない。
アミロース100mg当りに使用される架橋剤の量（グラム）で表した架橋度は、水素会合による錠剤の安定化についての重要なパラメータである。架橋によって形成される鎖間グリセリンブリッジの長さは約8.7オングストロームなので、１〜20の低い架橋度のみが水素結合を可能にする。もし、これらが互いに十分に離れていなければ、水素結合（5.7オングストローム）は生じない。好ましいアミロース架橋度は６であるが、水素会合による錠剤の安定化（これは水和を制御し、結果的に加水分解酵素活性を制御する）を可能にするものであれば、他の架橋度を用いることもできることに留意しなければならない。水の侵入が遅ければ、酵素的加水分解の比率は極めて限定された数のα−1,4−グルコシド結合にまで減少される。こうして、構造の部分的な切断の進行は数点のみに制限され、従って薬剤放出は示唆された二つのメカニズム（水素会合およびECDR）によってうまく制御される。
in vitroにおける錠剤からの薬剤放出の研究
錠剤は個別に、ハンソン溶解装置（Hanson dissolution apparatus;パドルを100rpmで回転させる）に収容された37℃の１リットル緩衝溶液（リン酸塩、TRIS−HCl）中に投入された。溶解データは、溶解データシステムを装備したベックマンDU−65で記録された。
架橋アミロースおよびαアミラーゼは、薬剤放出が酵素的に制御される本発明の投与ユニットの製造に極めて効果的な物質種である。架橋アミロースは容易に製造され、直接圧縮によって単純に錠剤が調製される。更に、本発明の投与ユニットは、薬剤放出時間（錠剤中に含められる酵素単位数によって容易に調節される）の選択範囲が大きいので、著しく融通性に富んでいる。このシステムは、比較的高い薬剤濃度（60％まで）においても、制御された放出を維持する可能性を与える。同時に、CLAマトリックスは高い生体適合性を示し、またin vivoでの生物的分解性に優れている。
以下の例は、本発明を例示するために提示されるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲内における他の変形は、当業者によって容易に認識されるであろう。
例 １
＜架橋アミロースの合成＞
1kgのアミロース及び１リットルの1N水酸化ナトリウムを、55℃において、ホバルト（Hobart:商品名）遊星ミキサータンクＡ−200T内で20分間ホモジェナイズした。続いて、60g（50.8ml）のエピクロルヒドリンを添加した。20分間ホモジェナイズした後、混合物を酢酸で中和し、架橋アミロースを濾別して、まず水／アセトン（15:85）の溶液で洗浄し、次いで水／アセトン（60:40）で洗浄した。このCLAをアセトンで乾燥し、次いで３時間放置した。この乾燥ポリマーを篩にかけ（75−297μｍのメッシュ開口）、室温で保存した。このポリマーの架橋度は６であり、以後CLA−６と称する。
架橋度が１、４、12および20（即ち、エピクロルヒドリンの量が夫々１、４、12および20g/アミロース100g）の他のCLAポリマーを、同様の条件で製造した。
例 ２
＜活性薬剤としてテオフィリンを含有する錠剤＞
テオフィリン、αアミラーゼ及び例１で得たCLA−６の粉末を、得られるCLA−６錠剤が夫々100mgのテオフィリン及び０−5mgの量のαアミラーゼを含有し、残部がCLA−６となるような比率で、ターブラ（Turbula;商品名）ミキサー中で３分間混合した。これをカルバー（Carver;商品名）水圧プレス中において2.4T/cm2以上で直接圧縮することにより、錠剤（厚さ＝2.7mm、直径＝13mm、重量＝500mg）が得られた。使用した酵素は、シグマ化学コーポレーション（ミズリー州セントルイス市）が製造販売する5EU/mgタンパクの比活性を有する膵臓αアミラーゼである。この酵素の活性は、これを含有する錠剤を調整する前に確認された。これら錠剤の放出プロファイルは図１に示されている。
例 ３
＜活性薬剤として４−アセトアミノフェノール（アセエトアミノフェン）を含有する錠剤＞
例２と同じ方法で、500mgの錠剤を製造した。夫々の錠剤は、100mgの４−アセトアミノフェノール及び夫々0,1,2,3,5mgのαアミラーゼを含有するCLA−６からなっている。これら錠剤の放出プロファイルが図２に示されている。
例 ４
＜活性薬剤としてアセトアニリドを含有する錠剤＞
例２と同じ方法で、500mgの錠剤を製造した。夫々の錠剤は、100mgのアセトアニリド及び夫々0,1,2,3,5mgのαアミラーゼを含有するCLA−６からなっている。これら錠剤の放出プロファイルが図２に示されている。
例 ５
＜薬剤放出のモニター及びin vivoでの薬剤放出結果＞
夫々の錠剤を１リットルのNaHPO4/Na2HPO4緩衝液（100mM、pH7.0、37℃）中に投入する。全ての実験において、薬剤の放出は、機械的スターラー（100rmp）を装備したUSP溶解装置内でモニターされた。放出は、ベックマンDU−65スペクトロフォトメータを用いて、適切な波長（テオフィリン；λ＝290nm、アセトアミノフェン；λ＝280nm、アセトアニリド；λ＝270nm）で分光測光的に記録された。
全ての場合において、マトリックスに結合したαアミラーゼの酵素活性（酵素単位数）、即ち錠剤中のαアミラーゼの量を変化させることによって、薬剤の放出時間を調節することが可能なことは明らかである。本発明の効果を示すために選択された薬物について、αアミラーゼの不存在下での放出時間は、テオリフィンが30時間（図１）、アセトアミノフェンが25時間（図２）、およびアセトアニリドが23時間（図３）であった。
徐々に増大させたαアミラーゼ（0,1,2,3および5mg/錠）の存在下では、放出時間は略対数的かつ規則的に減少する（図４）。
（明らかに薬物−αアミラーゼの相互作用が起きないとすれば）薬剤の性質に関係なく、放出画分（Mt/M∞）対アミラーゼの曲線は同じ依存性を示す。図１〜４は、錠剤中のαアミラーゼの含量を変化させることによって、所定の薬剤についての放出時間が十分な正確さで容易に調節され得ることを示している。αアミラーゼを含まないがウシ血清アルブミン（BSA）を含有する、例２〜４に従って製造された錠剤を用いて行われた制御された実験は、BSAを含まず且つαアミラーゼを含まない対応の錠剤に関して極めて類似した溶解プロファイルを示した（図１〜３）。換言すれば、BSAは活性薬剤の放出プロファイルに対して何等影響をもたない。従って、これらの結果は、αアミラーゼの有利な効果が錠剤内容物の変化に起因するものでないことを示しめしており、これは放出時間の調節が専らαアミラーゼ・カイネティックスによることを意味している。
ここに提供された、錠剤中でCLAと結合されたαアミラーゼに基づく新規な酵素的に制御された薬剤放出（ECDR）は、放出制御システムとして、外的なバイオ浸食のアプローチとは異なっている。バイオ浸食のメカニズムは、溶解媒質（例えば、胃液）の外的成分（酵素、イオン等）の、境界層で開始される錠剤の段階的な浸食を生じさせる作用に基づいている。これらのシステムには、厳しい個々的な変化が含まれることが周知である。EDCR機構は、内部的な酵素の攻撃に基づいており、水前線の侵入によって開始され、制御される。水和およびCLAマトリックスの膨潤は、錠剤を製造する際の架橋アミロースの圧縮により形成された鎖間水素会合によって制御される。
従って、この出願で提案される薬剤放出のメカニズムは、相互に密接に関連した二つの別々な作用の結果である。
１）水素会合：これはアミロース／アミロース水素結合の解離およびアミロース／水会合の緩徐な平衡プロセスを制御し、アミロース水酸基の水和およびマトリックスの膨潤を生じさせる。
２）酵素に制御された薬剤放出：少量の水がマトリックスに侵入すると、αアミラーゼが徐々に活性化されて、CLAマトリックスにおけるα−1,4−グルコシド結合の制限された酵素的加水分解を制御する。
αアミラーゼ活性および水侵入の機能において、溶解点は統計学的に離間しているので、鎖は部分的に切断される。架橋アミロース鎖は多点架橋によって三次元構造に繋がれている（ビシナル・アミロース鎖の幾つかのグルコース単位が架橋剤反応によって同時に架橋に含まれる）ので、この溶解は、必ずしもマトリックス構造の全体的な崩壊、並びにオリゴ糖フラグメントの切断に導くものではない。
例えば、部分的な溶解を受けたとしても、架橋アミロースは球状の三次元構造を保持することができる。このような切断点レベルにおいては、オリゴグルシドフラグメント（oligoglucidic fragmentw）は未だ「ヒンジ結合」を保持しているが、可動性で水和状態になり、薬剤の放出を可能とする。熱量的研究と共に、酵素的投与量、赤外線およびＸ線のデータはこの考察を支持している。αアミラーゼの作用に関する限り、架橋アミロースが固相で且つ化学的に修飾されているという事実にもかかわらず、一般的な酵素カイネティク則が適用される。なお、酵素は水で飽和されない（これは水性媒質中での一般的な加水分解酵素の場合である）が、固体基質（即ち、架橋アミロース）で飽和されることに留意されたい。第二基質として作用する水の段階的な侵入にともなって、酵素はその触媒活性を開始する。酵素的加水分解の速度は、ミカエリス／メンテンの速度論に従って、水前線の段階的な侵入と共に増大する。これによって、溶解媒質中に浸漬した数時間後に放出曲線の傾斜が僅かに増大する（図１〜３）が説明される。放出曲線の一般的な特徴は直線に近いが、この僅かにＳ字型の特徴によって、架橋アミロースマトリックスからの酵素的に制御された薬剤放出には、ほぼ確実に二つのメカニズムが含まれることが明瞭に示されている。
αアミラーゼをCLAマトリックスと組合わせることによって、αアミラーゼの基質飽和の条件が形成される（例えば、5mg以下のアミラーゼと共に394−400mgのCLA−６を、乾燥重量0.4cm3の錠剤に圧縮する）。従って、薬剤放出の効果的な制御（例えば所要の放出時間）を得るための、独特の速度論的条件が達成される。これらの速度論的パラメータはまた、外的バイオ浸食による我々のアプローチとは実質的に異なっている。これらの相違は、図５に示した比較実験の結果によって立証されており、ここではトレーサとしてアセトアニリド（解熱剤）が選択された。この放出曲線は、増大するαアミラーゼ濃度（０−6000EU/lに対応して０−1200mg/l）を含有する溶解媒質（リン酸ナトリウム緩衝液、pH7）中において外的バイオ浸食を刺激しながら、400mgのCLAおよび100mgのアセトアニリドを含有する500mgの錠剤について記録された。この溶解曲線は、マトリックスに結合されたαアミラーゼ（溶解媒質１リットル中にαアミラーゼ1mg/錠１）については、少なくとも600倍高いαアミラーゼ活性（3000EU/lに対応して１リットルの溶解媒質中に600mgのαアミラーゼ）で、放出時間に対する同様の影響が得られることを示している。この相違は、速度論的メカニズムが実質的に異なることを明瞭に示している。
酵素カイネティック則に従って、酵素が基質で飽和した条件でのみ、反応速度の線形依存性が達成され得ることは周知である。結局、本発明で適用される手法は、酵素の飽和を確実にすることによって、錠剤中のαアミラーゼ活性を介しての、治療的要求の関連した放出時間の調節を可能にする。架橋アミロース錠剤についての同様の条件において、外的なバイオ浸食は、酵素を基質で確実に飽和させることは不可能であり、結局のところ放出時間を調節することはできない。更に、正常な患者では、膵臓αアミラーゼのレベルは120EU/lよりも低いことに留意する必要がある。換言すると、この生理学的レベルにおいては、αアミラーゼによる薬剤放出速度論に対する十分な相違は誘導されない。従って、薬剤放出の制御は、完全に、錠剤中の架橋アミロースに組み込まれたαアミラーゼに起因するものである。
Claims (5)
- ・60重量％までの治療的に有効な生成物と、
・エピクロルヒドリン及び2,3−ジブロモプロパノールからなる群から選択された架橋剤で架橋された、少なくとも40重量％の架橋アミロースポリマー
との圧縮された混合物からなる放出を制御された固体の薬剤投与ユニットであって、
・前記架橋ポリマーは、アミロース100g当り１〜20gの前記架橋剤で架橋することによって調製されることと、
・前記治療的に有効な生成物および前記架橋ポリマーに加えて、前記投与ユニットは、薬剤生成物の放出を調節する酵素をも含有しており、該酵素は投与ユニット当たり、０より高く且つ100EU以下の酵素活性に対応した量で存在するαアミラーゼであること
とを特徴とする投与ユニット - 請求項１に記載の薬剤投与ユニットであって、前記架橋が、アミロース100g当たり１〜12gのエピクロルヒドリンで行われる薬剤投与ユニット。
- 請求項２に記載の薬剤投与ユニットであって、前記架橋が、アミロース100g当たり6gのエピクロルヒドリンで行われる薬剤投与ユニット。
- 錠剤形である請求項１〜３の何れか１項に記載の薬剤投与ユニット。
- 請求項４に記載の薬剤投与ユニットであって、前記錠剤が0.57T/cm2より大きい圧力での直接圧縮によって製造される薬剤投与ユニット。
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