JP3841309B2 - 流動床乾燥工程を含んでなるミクロスフェアの製造方法 - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、流動床乾燥を含む、ミクロスフェアの製造方法に関する。
背景および関連技術の説明
本発明は、ミクロスフェアの製造方法を提供し、該方法ではミクロスフェアを流動床中で乾燥する。本発明のミクロスフェアは、抗原、アジュバント、ペプチド、ポリペプチド、ホルモン、抗生物質等といったような、あらゆる種類の活性物質を封入することができる。
ミクロスフェアを形成するためのポリマーマトリックスは、文献に記載されている。米国特許第4,917,893号および同第4,652,441号は、水溶性薬剤、薬剤を保持する物質を含む内部水相、およびポリマー物質を含む油相を含んでなる油中水型エマルションを製造することにより製造したマイクロカプセルを開示している;内部または水相を増粘するか、または凝固して、粘度を約5000センチポアズ以上とする。その結果得られるエマルションを水中乾燥する。米国特許第4,954,298号は、内部水相として水溶性薬剤を含む溶液、および油相としてポリマーを含む溶液からなる油中水型エマルションを製造し、そのエマルションを水相中に分散させて、その結果得られる水中油中水型エマルションを水中乾燥することによるマイクロカプセルの製造を開示しており、ここでは、水中油中水型エマルションを製造する際に使用する油中水型エマルションの粘度を約150〜約10,000センチポアズに調節する。
当業界のミクロスフェアは一般に、減圧乾燥または凍結乾燥により乾燥されている。これらの方法は時間がかかって、結果的には、そのように乾燥したミクロスフェアの分解または「クラッキング」を起こすことが多い。
従って、本発明の目的は、ミクロスフェアを乾燥するための方法を提供することである。
他の目的は、乾燥するための時間量およびミクロスフェアの分解量を減らす、ミクロスフェアの乾燥方法を提供することである。
これらの目的および他の目的は、当業者に明白であろう。
発明の要約
従って、本発明は、ミクロスフェアの製造方法を提供し、該方法ではミクロスフェアを流動床中で乾燥する。本発明のミクロスフェアは、抗原、アジュバント、ペプチド、ポリペプチド、ホルモン、抗生物質といったような、あらゆる種類の活性物質を封入することができる。本発明のミクロスフェアの形成に好ましいポリマーマトリックスは、あらゆるポリエステルを使用することができるが、ポリ(D−L−ラクチド−コ−グリコリド)である。本発明のミクロスフェアは、水中油中水型エマルション法により形成するのが好ましい。本発明の乾燥工程は、より従来的な乾燥方法に必要とされる長い時間を短縮して、ミクロスフェアの分解量を減らす。
本発明の一態様は、活性物質をミクロスフェアに封入するための方法であって、
(a)ポリマーを有機溶媒に溶解して、溶液を製造し;
(b)活性物質を(a)の溶液に加えて、第一エマルションまたはサスペンションを含んでなるポリマー−活性物質混合物を製造し;
(c)工程(b)の混合物を乳化浴に加えて、第二エマルションを含んでなるミクロスフェアを製造し;
(d)工程(c)のミクロスフェアを硬化して、封入された活性物質を含んでなる硬化ミクロスフェアを製造し;
(e)工程(d)のミクロスフェアを流動床中で乾燥する
ことを含んでなる方法である。
本発明の他の態様は、活性物質を封入するミクロスフェアを含んでなる組成物であり、ミクロスフェアは流動床中で乾燥する。
本発明の他の態様は、ミクロスフェアを流動床中で乾燥することを含んでなるポリラクチドミクロスフェアを製造するための方法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ポリラクチド(PLGA)ミクロスフェアのバルク侵食(erosin)過程を示す図である。PLGAミクロスフェアは一般に、投与前に水和している。挿入図に示すように、水がPLGA主鎖中のエステル結合を加水分解する結果、経時的にポリマーのバルク侵食を起こす。加水分解速度は、ミクロスフェアの含水量、溶媒環境(例えば、pH)、および温度に左右される。ミクロスフェアのフラグメンテーションを引き起こすのに必要とされるポリマー主鎖中の切断数は、ポリマー分子量に左右される。
第2図は、Millerら[J.Biomed.Mater.Res.11:711−719,1977]を手本として改質したPLGAポリマーのインビボにおける分解速度を示す図である。X軸は、各々のPLGAについてのラクチドまたはグリコリドの相対比を表す。与えられたポリマー分子量に対して最も遅い分解速度は、ポリ乳酸(PLA)およびポリグリコール酸(PGA)システムに生ずる。最も速い分解速度は、等モル比のラクチドおよびグリコリドを含むPLGAで得られた。分解が完了するまでのインビボにおけるハーフタイムをラットにおける組織学試験により測定した。
第3図は、ダブルエマルション法を用いてのミクロスフェア製造法を示す図である。様々な分子量のPLGAポリマーを塩化メチレンに加えて、溶解した。次いで、その塩化メチレンにMN rgp120またはrhGH(ヒト成長ホルモン)の溶液をホモジナイズしながら注入した。そのホモジナイズした溶液をポリビニルアルコール(PVA)溶液に加えた。幾つかの実験に関しては、そのPVA溶液を塩化メチレン(1.5% v/v)で飽和した。そのPVAおよびポリマー溶液を1リットルの発酵槽内で混合して、水中油中水型最終エマルションを形成した。次いで、その結果得られたミクロスフェアを、過剰の水を含む硬化浴に移して、残留する塩化メチレンを抽出した。次いで、その硬化ミクロスフェアを洗浄し、凍結乾燥または低温(5℃)窒素(流動床)または減圧乾燥により乾燥して、インビボおよびインビトロ分析用の最終ミクロスフェアを製造した。イタリック体で記載した項目は、各々の工程段階についての変数である。
第4図は、PLGAミクロスフェアの窒素乾燥用のエアリフト(流動床)乾燥システムを示す図である。(a)ダイアフィルトレーション装置からのスラリーを、上部ピストン(b)が入口より上にあるチャンバー内へポンプ送入する。次いで、その上部ピストンを下に動かし、上部入口(C)を通して窒素を加えることにより、過剰の液体を圧出する。次いで、下部入口(d)を通して窒素でパージし、また上部入口(c)を通して窒素を放出することにより、ミクロスフェアを懸濁するために再び送風する。乾燥が完了した後(1〜2日)、出口に補集容器(枝付きフラスコ、図示せず)を置き、その補集容器を減圧にしながら、出口より上に上部ピストン(b)を動かして、下部入口(d)で窒素圧を加えることにより、乾燥粉末を除去する。あるいはまた、両方のピストンが適切な位置に溶接され、かつ上部ピストンがスラリーの入口より上に位置する乾燥装置を設計することができる。スラリーにポンプ送入した後、乾燥中にスラリー出口の側枝をバルブによりシールする。
好ましい態様の詳細な説明
A.定義
本明細書中で使用する「ポリラクチド」および「PLGA」という用語は、区別なく使用され、また乳酸単独のポリマー、グリコール酸単独のポリマー、そのようなポリマーの混合物、グリコール酸および乳酸のコポリマー、そのようなコポリマーの混合物、またはそのようなポリマーおよびコポリマーの混合物を示すことを意図する。本発明のミクロスフェアの形成に好ましいポリマーマトリックスは、ポリ(D−L−ラクチド−コ−グリコリド)である。
本明細書中で使用する「活性物質」という用語は、治療学的または生物学的活性化合物といったような、本発明のミクロスフェアに封入される重要な化合物を示す。例として挙げられる活性物質には、これらに制限されるものではないが、リガンド、抗原、アジュバント、ホルモン、抗生物質、酵素等が含まれる。「活性物質」とは、単一の薬剤に制限されるものではなく、抗原の組み合わせ、抗原およびアジュバントの組み合わせ等といったような、複数の活性物質が含まれることを意図する。
本明細書中で使用する「封入」という用語は、活性物質を、活性物質の放出を調節するのに有用な組成物へと製剤化するための方法を示す。本発明において有用な封入用物質の例には、あらゆる封入用物質が含まれ、好ましくはポリエステル、また特に本明細書中で「ポリラクチド」または「PLGA」と呼ばれるポリマーが含まれる。
本明細書中で使用する「流動床」とは、通例、ガスの流れがそれを通して徐々に上方へ流れている顆粒状粒子の床を示し、その結果、ガス速度がさらに増加すると、気孔および流路が拡大し、粒子がより広く分離するようになる。この定義には、これらに制限されるものではないが、スラリーおよび灌液充填塔式反応装置システムを含め、流動床または固定床の形態が含まれる。流動床中で使用するガスは、水および/または他の溶媒の除去を促進する、あらゆる乾燥ガスを使用することができるが、窒素、酸素、および二酸化炭素であるのが好ましい。本発明を実施する際に有用な流動床システムの例と同様、流動床または固定床システムを設計するための方法は、当業界で広く知られている[例えば、Perry & Chilton(Chemical Engineers's Handbook,R.H.Perry & C.H.Chilton編,第5版,4〜20−5〜52−5〜55頁,1973)を参照]。
本明細書中で使用する「賦形剤」という用語は、医薬的に許容し得る、すなわち、使用する用量および濃度でレシピエントに無毒である、医薬組成物に加える非治療用担体を示す。適当な賦形剤およびそれらの処方は、Remington's Pharmaceutical Sciences,第16版,1980,Mack Publishing Co., Osloら編に記載されている。
本明細書中で使用する「有機溶媒」という用語は、炭素化合物を含む、あらゆる溶媒を意味することを意図する。例として挙げられる有機溶媒には、例えば、塩化メチレン、酢酸エチル、酢酸エチル並びにベンジルアルコールまたはアセトンの混合物、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、およびエタノールといったような、ハロゲン化炭化水素、エーテル、エステル、アルコールおよびケトンが含まれる。
本明細書中で使用する「ポリペプチド」とは、通例、少なくとも約2個のアミノ酸を有するペプチドおよびタンパク質を示す。
本明細書中で使用する「乾燥」または「乾燥する」という用語は、最終生成物を残留水分20%(w/w)未満で得るのに十分な水の除去を示す。
ミクロスフェアに関して本明細書中で使用する「硬化」という用語は、ポリマー相からの過剰な有機溶媒の抽出を示す。
B.一般的方法
一般的に、抗原またはアジュバントの微量封入は、第3図に簡単に概要を示すプロトコルにより行われる。要約すると、まず最初に、ラクチド:グリコリドの望ましい比率(約100:0〜0:100重量%、さらに好ましくは約65:35〜35:65、最も好ましくは約50:50)および固有粘度(通例、約0.1〜1.2dl/g、好ましくは約0.2〜0.8dl/g)を有するPLGAを、塩化メチレン、またはベンジルアルコールもしくはアセトンを含む、もしくは含まない酢酸エチルといったような有機溶媒に溶解して、望ましい濃度(通例、約0.05〜1.0g/ml、好ましくは約0.3〜0.6g/ml)とする。次いで、そのポリマー溶液に、濃縮された抗原またはアジュバント溶液(例えば、一般に、ポリペプチドについて少なくとも0.1mg/ml、好ましくは約100mg/ml以上、例えば、ポリペプチドの種類および望ましいコア充填に左右される)を約15,000〜25,000rpmでホモジナイズしながら(例えば、25ゲージ針で)適当に注入する。乾燥抗原またはアジュバントを抗原またはアジュバント水溶液の代わりに使用することができる。ホモジナイズした後(通例、約0.5〜5分、さらに好ましくは1分間)、そのエマルションを反応がま(乳化浴)または静電ミキサー(図示せず)に加えて、第二エマルションを形成する。乳化浴は一般に、場合により酢酸エチルを含むポリビニルアルコール溶液である。その反応がまを高速(通例、約1700〜2500rpm)で混合して、小さなミクロスフェア(半径約20〜100mm)を生成した。十分な時間、通例、約0.5〜10分、好ましくは約1分経過した後、その第二エマルションを硬化浴に移して、適当な時間、通例、約1〜24時間、好ましくは約1時間穏やかに混合する。硬化が完了したら、ミクロスフェアを(例えば、150mmのメッシュで)あらかじめ濾過しておき、濃縮して、ダイアフィルトレーションする。ダイアフィルトレーションは、好ましくは約16または20μmのフィルターを用い、Amiconの撹拌セル(2500ml)内で適当に成される。そのミクロスフェアは一般に、あらかじめ濾過しておいた水 約1〜100L、好ましくは約15Lで、また一般に、0.1% Tween(商標)20 約1〜100L、さらに好ましくは15Lで洗浄する。最終ミクロスフェアをフィルターから除去し、水に再び懸濁させて、好ましくは3ccのバイアル中、約500ml/バイアルの割合でバイアルに充填する。次いで、そのミクロスフェアを乾燥することができる。乾燥には、凍結乾燥、減圧乾燥、および流動床乾燥といったような方法が含まれる。
ミクロスフェアを製造するために、他の例として挙げられる3つの方法を利用することができる。第一の方法は、溶媒蒸発技術を利用する。固体または液体の活性物質を、ポリマーを含む有機溶媒に加える。次いで、その活性物質を有機溶媒中で乳化させる。次いで、このエマルションをある表面上に噴霧して、ミクロスフェアを形成させ、残留有機溶媒を減圧下に除去する。第二の方法は、コアセルベーションと呼ばれることの多い、相分離法を伴う。ポリマーを含む有機溶媒中に分散させた水性または固体の活性物質よりなる第一エマルションを非溶媒の溶液、通常、シリコーン油に加える。次いで、ポリマーは溶解しない(非溶媒)が、ポリマーを溶解するために使用する有機溶媒(例えば、塩化メチレンまたは酢酸エチル)を抽出する溶媒を使用することによって、本工程を混合しながら行うなら、ポリマーが溶液から沈殿して、ミクロスフェアを形成するであろう。第三の方法は、コーティング技術を利用する。ポリマーを含む有機溶媒中に分散させた活性物質を含んでなる第一エマルションを、空気−懸濁液被覆装置を通して処理する結果、最終ミクロスフェアが生ずる。
本発明のミクロスフェアについての分解速度は、ポリマー中のラクチド:グリコリドの比率およびポリマーの分子量により部分的には決定される。様々な分子量(または固有粘度)のポリマーを混合して、望ましい分解プロフィールを得ることができる。
本発明のミクロスフェアは、撹拌速度、第二エマルション工程で使用する溶媒の体積、温度、ポリマーの濃度、およびポリマーの固有粘度といったような、工程パラメーターを変化させることにより、直径約0.1〜約100mm以上の範囲の、任意の望ましい大きさで製造することができる。
本発明の製剤は、防腐剤、緩衝液、トレハロースまたはマンニトールに加えポリエチレングリコール(PEG)といったような、多様な賦形剤、またはTween(商標)界面活性剤のような非イオン性界面活性剤を含み得る。非イオン性界面活性剤には、ポリソルベート20または80といったようなポリソルベート、およびポロキサマー184または188といったようなポロキサマー、Pluronic(商標)ポリオール、および他のエチレンオキシド/プロピレンオキシドブロックコポリマー等が含まれる。安定な水性製剤を得るのに有効な量は、通常、約0.1%(w/v)〜約30%(w/v)の範囲内で使用されるであろう。
本発明の製剤のpHは、通例、約5〜8、好ましくは約6.5〜7.5である。このpHを得るのに適当な緩衝液には、例えば、リン酸塩、Tris、クエン酸塩、コハク酸塩、酢酸塩、またはヒスチジン緩衝液が含まれ、望まれるpHに左右される。好ましくは、該緩衝液は約2mM〜約100mMの範囲内である。
該製剤に適当な防腐剤の例には、フェノール、ベンジルアルコール、メタクレゾール、メチルパラベン、プロピルパラベン、塩化ベンザルコニウム、および塩化ベンゼトニウムが含まれる。防腐剤の種類およびその濃度範囲は重要ではないが、好ましい防腐剤には、約0.2〜0.4%(w/v)フェノールおよび約0.7〜1%(w/v)ベンジルアルコールが含まれる。
一般的に、本発明の製剤は、安定な形の製剤を損なわない量で、また有効で安全な医薬品投与に適当な量で他の成分を含み得る。例えば、当業者に周知の、他の医薬的に許容し得る賦形剤は、本発明の組成物の一部をなし得る。これらには、例えば、塩、様々な充填剤、さらなる緩衝剤、キレート化剤、抗酸化剤、補助溶剤等が含まれる。これらの具体的な例には、トリス−(ヒドロキシメチル)アミノメタン塩(「Tris緩衝液」)、およびエデト酸二ナトリウムが含まれる。
ミクロスフェアは、必要とされる、あらゆる補助因子と共に、医薬的に許容し得る無菌の等張製剤中に入れ、また所望により、当分野において周知の標準的な方法により投与する。ミクロスフェア製剤は一般に、乾燥粉末として保存する。
さらに本発明の詳細を以下の実施例に見い出すことができ、これがさらに本発明を説明する。本明細書中に引用する文献は全て、そのまま本発明の一部をなす。
実施例
1.材料および方法
a.材料
ポリ(D−L−ラクチド−コ−グリコリド)(PLGA)をBoehringer Ingelheim(BI)およびMedisorb Technologies International L.P.(MTI)の両社から購入した。12kDおよび100kDのPLGAをBIから入手し、また18kDおよび100kDのPLGAをMTIから入手した。ポリマー組成は、ラクチド:グリコリドが50:50、65:35、または75:25のいずれかであった。固体のPVAを温水(約80℃)に溶解することにより、10%ポリビニルアルコール溶液(PVA Airvol 205、Air Products)を製造した。最終PVA溶液を、Milliporeから得た0.22μmのMillipakフィルターで濾過した。塩化メチレン(工業用)をBaxter S/Pから購入した。
MN rgp120(ロット番号Y16531/G90557)を、20mM Tris、0.120M NaCl(pH7.4)中、2.3mg/mlタンパク質でのバルクでGenentech, Inc.から得た。それを、YM30,000MWカットオフ膜を備えたAmiconの撹拌セル濃縮器を用いて4℃で濃縮し、最終濃度を154mg/mlとして、2〜8℃で保存した。
凍結乾燥されたQS21(純度約80%、ロット番号D1949)をCambridge Biotech(Cambridge、MA)から得た。凍結乾燥されたQS21の粉末を50%エタノール/水に溶解することにより、QS21を200mg/mlで製造した。封入効率および放出率が増加する試みで、QS21をまた20% Tween(商標)20を含む50%エタノールにも溶解した。QS21溶液を製造して、封入と同日に使用した。
rhGHを、10mMの重炭酸ナトリウム(pH 7)中、5−10mg/mlタンパク質でのバルクでGenentech,Inc.から得た。そのタンパク質を0.22μmのフィルターで濾過し、20mlを100ccのバイアルに充填し、凍結乾燥して、乾燥粉末を製造した。凍結乾燥されたタンパク質を、5mMリン酸カリウム緩衝液、2.5mg/mlトレハロース(pH 8)を含む10mg/mlタンパク質に再び構成した。次いで、そのタンパク質を0.22μmのフィルターで濾過し、20mlを100ccのバイアルに充填し、再び凍結乾燥して、乾燥粉末を製造した。この最終粉末を、5mMリン酸カリウム緩衝液(pH 8)を含む400mg/ml rhGHに再び構成した。このrhGH溶液は、100mg/mlトレハロースおよび約100mMリン酸カリウム(pH 8)を含んでいた。
b.微量封入
rgp120ミクロスフェアの製造は、先の一般用語で論じた水中油中水型(WOW)ダブルエマルション法により行った。より具体的には、塩化メチレン中のPLGA濃度は0.3または0.6g/mlであり、また水浴中、第一エマルションを15,000rpmおよび0〜1℃でホモジナイズした。1分ホモジナイズした後、第一エマルション(10ml)を、1.5%塩化メチレンを含む10% PVA溶液900mlに加えて、反応がま(2〜8℃)中、高速(800〜2500rpm)で1分間乳化した。封入効率を改善するために、第二エマルションをまた、塩化メチレンを含んでいない10% PVAでも行い、またその第二エマルションの温度を0〜3℃で維持した。低温とするために、反応がまの冷却ジャケット内のエチレングリコールを−15℃に保った。次いで、その第二エマルションを、あらかじめ濾過しておいた水(MilliQ水システム、Millipore Corp.)12リットルを含む2〜8℃の硬化浴に移した。ミクロスフェアを1時間硬化した。硬化ミクロスフェアを約1.5Lまで濃縮して、あらかじめ濾過しておいた水15Lに対してダイアフィルトレーションした後、0.1% Tween(商標)20 15Lに対してダイアフィルトレーションした。望ましい粒子経により、Amiconの撹拌セル(2.5L)を様々なフィルターシステムで操作した。洗浄した後、そのミクロスフェアを乾燥状態となるまで濃縮した。セルスクレーパーを使用することにより、濃縮されたミクロスフェアをフィルターから除去して、あらかじめ濾過しておいた水に再び懸濁させて、約0.3gm/mlとした。
Q21を、先に記載したTween(商標)20を含む、または含まない50%エタノールに溶解した。rgp120溶液の場合と同様に、QS21溶液をポリマー相に注入した。rgp120およびQS21の両方を含むミクロスフェア製剤の場合には、QS21溶液を注入した後、rgp120溶液をポリマー相に注入して、QS21溶液中のrgp120およびエタノールの間の相互作用の可能性を減じた。QS21の微量封入は、rgp120に関して先に記載した条件と類似の条件で行った。
PLGAにおけるrhGHの微量封入は、第3図で説明した水中油中水型(W/O/W)ダブルエマルションシステムを利用することにより行った。ポリマーを有機溶媒(塩化メチレンまたは酢酸エチル)に加えた後、その溶液を1℃まで冷却した。その溶液を1℃で維持しながら7000rpmでホモジナイズした。次いで、そのタンパク質溶液(水相)を、7000rpmで操作するホモジナイザーのチップ付近でポリマー相に30−60秒で注入した。さらに1分間ホモジナイズし続けて、第一エマルションを生成した。(塩化メチレンを含む、または含まない)6% PVA溶液を0〜3℃まで冷却し、一定速度(1800−2500rpm)で撹拌した。次いで、その第一エマルションを、(金属インジェクター、窒素加圧またはペリスタポンプにより)下部羽根車付近でPVA溶液に注入して、第二エマルションを製造した。さらに1分間乳化し続けた。次いで、ダブルエマルションを硬化浴に移し、これを一定速度で撹拌して、2〜8℃で維持した。ミクロスフェアを一定に撹拌しながら1〜5℃で1時間硬化した。硬化浴の内容物を、150μmのメッシュを通して保持タンクにサイフォンで吸い上げた。次いで、そのミクロスフェアを濃縮して、(25μmのメッシュが取り付けられた)2.5リットルのAmiconの撹拌セル内で洗浄した。撹拌セル中、低(low)体積および高(high)体積の洗浄溶液で数サイクル行って、25μmより小さいミクロスフェアを有効に除去した。25μmのフィルターを0.1% Tween 20約100mlで洗浄することにより、洗浄したミクロスフェアを収集し、250mlのビーカーに集めて、5℃で約1時間沈降させた。沈降しなかった小さいミクロスフェアを含む上清を吸引により除去して、残留するミクロスフェアを乾燥用に準備した。幾つかの実験では、硬化浴および洗浄工程を渦流濾過システムで代替した。ダブルエマルションを、MilliQ水6リットルを含む硬化浴に注ぎ入れて、渦流濾過システムに送り出した。内容物を供給入口を通してポンプ送入して、回転する25μmのカートリッジ膜を通過させた。25μmより小さいミクロスフェアがその膜を通過し(透過し)、一方残りのミクロスフェアをさらに硬化して濾過するために、硬化浴に再び循環して戻した。フレッシュな水(または0.1% Tween 20)を硬化浴に一定供給して、液体レベルを維持した。この工程の最後には、ミクロスフェアを集め、150μmのメッシュを通して濾過し、沈降させて、上清を除去した。次いで、最終ミクロスフェアを乾燥した。
c.乾燥方法
ミクロスフェアを乾燥するために、3つの違う乾燥方法を利用した:凍結乾燥、減圧乾燥、および第4図で示すシステムまたは5mlのAmiconの撹拌セルを使用することによる流動床乾燥。ミクロスフェアの水性懸濁液を、ベント式栓を備えた3mlのバイアルに入れることにより、凍結乾燥および減圧乾燥を行った。凍結乾燥の場合には、その懸濁液を−55℃で4.75時間凍結させた後、−20℃まで温めた。−20℃での間は、250mTorrの減圧を12時間適用した。バルク水除去段階(第一乾燥)が完了した後、試料を20℃まで温めて、250mTorrの減圧下に6時間保持した。そのバイアルをシールしたデシケーター内に2−8℃で置き、1週間減圧とすることにより、減圧乾燥を行って、残留水分を<20%とした。流動床乾燥の場合には、最終ミクロスフェアの懸濁液をエアリフト乾燥装置(第4図)または撹拌セルに加えて、僅かな(約2psi)窒素圧をカラム(下方窒素流れ)に加えることにより、残留液体を除去した。残留液体を除去した後、窒素の流れを、エアリフト乾燥装置またはAmiconの撹拌セルを通して上方に向けて、ミクロスフェアを懸濁させた。窒素ラインを、撹拌セル用のプレフィルター(0.22μm)およびエアリフト乾燥装置用のプレフィルターを備えた乾燥カラムに接続した。水浴をエアリフト乾燥装置のジャケットに接続して、そのシステムを5℃で維持した。Amiconの撹拌セル乾燥を2〜8℃の冷室内で行った。
d.ミクロスフェア充填
MN rgp120−PLGAおよびrhGH−PLGAミクロスフェアのタンパク質含量を以下のように測定した。乾燥ミクロスフェア(10〜20mg)を1N NaOH 1mlに加えて、室温で2〜16時間振盪することにより溶解した。5N NaOHを各々のタンパク質保存溶液(1.5mg/ml MN rgp120;5mg/ml rhGH)に加えることにより、MN rgp120またはrhGHの標準を製造して、1N NaOH溶液を得た。1N NaOH中、チロシンを脱プロトンすると、最大吸収の有意なシフトが起こることから、1N NaOHに溶解したタンパク質は、中性pHの緩衝液中の天然のタンパク質とは違う吸収スペクトルを有するであろう。1N NaOH中、様々な濃度のMN rgp120またはrhGHを含む標準溶液を使用して、この波長でシフトしたタンパク質の最大吸収および吸光係数を測定した。1N NaOH中、MN rgp120の吸光係数は、284nmで1.39cm-1(mg/ml)-1であった。1N NaOH中、rhGHの吸光係数は、294nmで1.114cm-1(mg/ml)-1であった。
ミクロスフェアから放出されたタンパク質の量をPierce Chemical Co.のBCA Protein Assayにより測定した。凍結乾燥したミクロスフェアおよび「湿った」ミクロスフェアの両方を分析した。「湿った」ミクロスフェアは、ダイアフィルトレーションセルから除去して、さらに処理することなく放出媒体に懸濁したミクロスフェアと定義した。次いで、放出されたタンパク質の量を利用して、放出装置内のミクロスフェアの質量、ミクロスフェアのタンパク質充填、および放出媒体の体積(10mM Hepes、100mM NaCl、0.02%(w/w)Tween (商標)20、0.02% NaN3(pH 7.4)300μl中、ミクロスフェア20mg)に基づき、ミクロスフェアから放出されたMN rgp120またはrhGHの%(全体の%)を計算した。
ミクロスフェアを1N NaOHに室温で一晩溶解することにより、PLGAミクロスフェアに封入されたQS21の量を測定した。完全に溶解した溶液を6N HClで中和した。次いで、試料を、0.4M KPO4(pH 7.0)中で平衡としたSECカラム、TSK G3000SW XL(0.78×30cm)に注入した。カラム操作条件は、rgp120のSEC分析に利用した条件と同じであった。QS21は1N NaOH中で分解するので、SEC分析から得られるクロマトグラフは幾つかのピークを含んでいた。QS21の全体量を定量するために、QS21およびその分解生成物に対応するピーク面積をコア充填の測定に利用した。標準として、既知量のQS21をプラセボのミクロスフェアに加えた後、1N NaOHで処理した。SEC分析を標準に関して行って、標準から得られたピーク面積を利用して、各々の試料中のQS21の量を計算した。
1ml/分の流量および214nmでの検出を用いる5μmのYMC C4(0.46×25cm)RP−HPLCにより、ミクロスフェアから放出されたQS21を定量した。リニアグラジエントを溶液Bの25から75%まで15分行った(溶液A:水中、0.1% TFA;溶液B:90%アセトニトリル中、0.1% TFA)。QS21のコントロールもまた同様に行った。RP−HPLC分析では、rgp120のピークがQS21のピークより前に溶出することから、この方法は、ミクロスフェアから放出されたQS21およびrgp120の同時定量を提供する。
2.結果
a.初期バーストおよびミクロスフェアの量に対する乾燥の影響
初期バースト、ポリマー、および乾燥技術の間の相関関係を調査するために、乾燥実験を幾つかのミクロスフェア製剤に対して行った。これらの研究で利用した乾燥技術は、凍結乾燥、減圧乾燥、および流動床乾燥であった。これらの技術各々で乾燥したミクロスフェアから放出された初期タンパク質の量(1時間インキュベーション)を、製造直後に分析した(湿った)ミクロスフェアから得られた初期バースト(1時間)と比較した。
ミクロスフェアの乾燥時間を減らすために利用する1つの方法は凍結乾燥であり、これは通常、1〜2日しか必要としない。低分子量のPLGA製剤の凍結乾燥および減圧乾燥が結果的には、初期バーストの1.5〜8倍の増加を起こす。ミクロスフェアの表面またはその付近に封入されたタンパク質水性小滴は恐らく、これらのミクロスフェアから初期バーストを引き起こすであろう。第一エマルションの粘度が増加するなら、ホモジナイズする間に形成される水性小滴は、ほとんど癒着しないらしい。従って、表面またはその付近の小滴は、同じ全体水量を含むミクロスフェアのタンパク質全体をほとんど放出しないであろう。第一エマルションの粘度を増加するために、塩化メチレン中のPLGAの濃度を上昇させることができる。PLGA(12kD)の濃度を0.3から0.6g/mlまで増加することにより、凍結乾燥したミクロスフェアまたは減圧乾燥したミクロスフェアから得られる初期バーストは、50%以上から30〜50%まで減少した。第一エマルション中、0.3g/ml 12kD(50:50 ラクチド:グリコリド)PLGAで製造した初期ミクロスフェアもまた、凍結乾燥後に分解して、破壊した。凍結乾燥する間、そのミクロスフェアを凍結して、過剰の水を昇華により除去する。ミクロスフェア内での氷の結晶の形成は、ミクロスフェアのクラッキングおよび完全な破壊の原因となり得る。温度の低下を介して第一エマルションの粘度を増加することにより、また第二エマルションから過剰の塩化メチレンを除去することにより、水性小滴の安定性を増大して、ミクロスフェアのより迅速な形成を引き起こすことができる。工程条件を変更して、これらの変化が両方とも含まれるようにした場合、ミクロスフェアは凍結乾燥または減圧乾燥後に破壊または分解されなかったが、大きな初期バーストを有していた(65%以上)。大きな初期バーストは、ミクロスフェア内に封入された第一エマルションの不安定性の結果であるらしい。ポリマーを2以上〜8℃まで温めると、より水性の小滴が表面に蓄積され、完全なミクロスフェアで観察された大きな初期バーストを提供する。
これとは対照的に、第二エマルション中、過剰の塩化メチレンなしに低温で製造した場合、凍結乾燥は、等質量比混合の高分子量および低分子量のPLGA、または高分子量のPLGA単独で製造したミクロスフェアのクラッキングまたは破壊を引き起こさなかった。これらのミクロスフェア製剤はまた、大きな初期バーストも有していなかった(30%未満、表1)。さらに、高分子量のPLGAで製造したミクロスフェアは、凍結乾燥または減圧乾燥後、ずっと低い初期バーストを有していた(表1)。等質量比混合の高分子量並びに低分子量のポリマー、および高分子量のポリマー製剤は両方とも、1.8〜3.9% w/wの範囲の充填に関してタンパク質充填および初期バーストの間に相関関係を示さなかった。しかし、非常に低いタンパク質充填(0.5% w/w)では、同じ条件で製造したミクロスフェアが大変低い初期バーストを有していた。タンパク質がミクロスフェアの外へ拡散することにより初期バーストが調節されるので、放出率(初期バースト)は、バルク溶液および水和された影響を受けやすいタンパク質(表面タンパク質)の間の濃度差に左右されるであろう。水性小滴中のタンパク質濃度が減少するので、その表面のタンパク質の量もまた減少するであろう。
b.乾燥方法の比較
各々の実験では、ミクロスフェアを様々な工程条件下に製造して、初期バーストに対する乾燥条件の影響に関して分析した。表2の結果は、凍結乾燥したミクロスフェアまたは減圧乾燥したミクロスフェアを、流動床中、窒素で乾燥したミクロスフェアと比較した場合の、初期バーストの一貫した減少を実証する。表3には、表2で使用した工程条件を記載する。これらの実験では、該工程を低温(第一エマルションに関しては1℃;第二エマルションに関しては3℃)で操作し、またタンパク質製剤は、400mg/ml rhGH、100mg/mlトレハロース、100mMリン酸カリウム(pH 8)であった。
表4は、固体のヒト成長ホルモンに関する同様のデータを提供する。出発原料である凍結乾燥されたタンパク質製剤(トレハロース、rhGH、およびリン酸塩)を迅速凍結法により製造した結果、小さな固体粒子の形成が起こった。PLGA(0.21dl/g)4gを酢酸エチル10mlに溶解して、凍結乾燥されたrhGH500mg(e)または750mg(f)を加えることにより、ミクロスフェアを製造した。次いで、その混合物を1℃、7000rpmで90秒間ホモジナイズした。次いで、PLGA相を静電ミキサーの入口に15ml/分の割合でポンプ送入すると同時に、10%酢酸エチルを含む9% PVA溶液を同じ入口に2L/分の割合でポンプ送入した。静電ミキサーの出口を、あらかじめ濾過しておいた水12Lを含む撹拌タンク(硬化浴)に取り付けた。硬化浴中で1時間経過した後、ミクロスフェアを150μmのメッシュで濾過し、次いで、20μmのメッシュおよび0.1% Tween 60Lを用い、2−8℃でダイアフィルトレーションした。次いで、最終ミクロスフェアを表に示すように乾燥した。
表5は、ダブルエマルション法により封入されたMN rgp120に関する同様のデータを提供する。PLGA 3gを塩化メチレン10mlに溶解することにより、ミクロスフェアを製造した。15,000rpmでホモジナイズしながら、MN rgp120 1mlをPLGA溶液に注入した。注入した後、エマルションを1分間ホモジナイズした。PLGAは、質量比50:50の、BIから得た0.21dl/g(48:52ラクチド:グリコリド)および0.76dl/g(48:52ラクチド:グリコリド)(e)、またはMTIから得た0.24dl/g(50:50ラクチド:グリコリド)および0.75dl/g(51:49ラクチド:グリコリド)(f)よりなっていた。第一エマルションは1℃で行った。その第一エマルションを、9% PVA溶液900mlを含む、十分混合した発酵槽に3℃で加えた。1分間混合した後、第二エマルションを、あらかじめ濾過しておいた水12Lに2−8℃で加えて、1時間硬化した。次いで、ミクロスフェアを150μmのメッシュで濾過した後、20μmのメッシュおよび0.1% Tween 30Lを用い、2−8℃でダイアフィルトレーションした。次いで、最終ミクロスフェアを表に示すように乾燥した。
表6は、アジュバントQS21およびMN gp120を封入するミクロスフェアに関する同様のデータを提供する。PLGA 3gを塩化メチレン10mlに溶解することにより、ミクロスフェアを製造した。15,000rpmでホモジナイズしながら、MN rgp120 0.5ml(バッチ1:76mg;バッチ2:56mg)およびQS21 0.5ml(バッチ1:94mg;バッチ2:105mg)をPLGA溶液に注入した。注入した後、エマルションを1分間ホモジナイズした。PLGAは、質量比50:50の、BIから得た12kD(75:25ラクチド:グリコリド)および100kD(85:25ラクチド:グリコリド)、またはBIから得た12kD(0.21dl/g;48:52ラクチド:グリコリド)および100kD(0.76dl/g;48:52ラクチド:グリコリド)よりなっていた。第一エマルションは1℃で行った。その第一エマルションを、9% PVA溶液900mlを含む、十分混合した発酵槽に3℃で加えた。1分間混合した後、第二エマルションを、あらかじめ濾過しておいた水12Lに2−8℃で加えて、1時間硬化した。次いで、ミクロスフェアを150μmのメッシュで濾過した後、20μmのメッシュおよび0.1% Tween 30Lを用い、2−8℃でダイアフィルトレーションした。次いで、最終ミクロスフェアを表に示すように乾燥した。
表7は、アジュバントQS21を封入するミクロスフェアに関する同様のデータを提供する。PLGA 3g(0.53dl/g;50:50ラクチド:グリコリド;MTI)を塩化メチレン10mlに溶解することにより、ミクロスフェアを製造した。15,000rpmでホモジナイズしながら、QS21 600μl(50%エタノール中、200mg/ml)をPLGA溶液に注入した。注入した後、エマルションを1分間ホモジナイズした。この第一エマルションは1℃で行った。次いで、その第一エマルションを静電ミキサーの入口に5ml/分の割合でポンプ送入すると同時に、10%酢酸エチルを含む9% PVA溶液(3℃)を同じ入口に1.5L/分の割合でポンプ送入した。静電ミキサーの出口を、あらかじめ濾過しておいた水12Lを含む撹拌タンク(硬化浴)に取り付けた。硬化浴中で1時間経過した後、ミクロスフェアを150μmのメッシュで濾過した後、20μmのメッシュおよび0.1% Tween 30Lを用い、2−8℃でダイアフィルトレーションした。次いで、最終ミクロスフェアを表に示すように乾燥した。
Claims (21)
- 活性物質を油中水型または油中固体型エマルション法によりポリマーマトリックス中に分散して、活性物質をミクロスフェアに封入する、ミクロスフェアの製造方法であって、
(a)ポリラクチドまたはポリ(D−L−ラクチド−コ−グリコリド)を含むポリマーを有機溶媒に溶解して、溶液を製造し;
(b)活性物質またはその水溶液を工程(a)の溶液に加えて、ポリマー−活性物質油中固体型または油中水型エマルションまたはサスペンションを製造し;
(c)ポリビニルアルコールを含む水溶液により該エマルションまたはサスペンションから過剰の有機溶媒を抽出して、ミクロスフェアを製造し;
(d)直径20μm〜150μmのミクロスフェアを回収し;
(e)工程(d)のミクロスフェアを流動床中で乾燥することにより、残存水分が20%未満の最終生成物を得るのに十分な水溶液を除去し;次いで
(f)ミクロスフェアを回収する
ことを含んでなる方法。 - 有機溶媒が塩化メチレンである、請求項1に記載の方法。
- 有機溶媒が酢酸エチルである、請求項1に記載の方法。
- 有機溶媒が酢酸エチルおよびベンジルアルコールまたはアセトンとの混合物である、請求項1に記載の方法。
- ポリビニルアルコール含有水溶液が酢酸エチルも含む、請求項1に記載の方法。
- 活性物質が乾燥固体である、請求項1に記載の方法。
- 活性物質の水溶液が工程(a)の溶液に添加される請求項1に記載の方法。
- 活性物質が抗原である、請求項1に記載の方法。
- 活性物質がアジュバントである、請求項1に記載の方法。
- 流動床が、乾燥ガスが湿ったミクロスフェアを通過するというシステムを含んでなる、請求項1に記載の方法。
- 活性物質がポリペプチドである、請求項1に記載の方法。
- ポリペプチドがヒト成長ホルモンである、請求項11に記載の方法。
- ポリペプチドがgp120である、請求項11に記載の方法。
- 請求項1の方法により製造された、活性物質を封入するミクロスフェアを含んでなる組成物。
- 活性物質が乾燥固体である、請求項14に記載の組成物。
- 活性物質の水溶液が工程(a)の溶液に添加される請求項14に記載の組成物。
- 活性物質が抗原である、請求項14に記載の組成物。
- 活性物質がアジュバントである、請求項14に記載の組成物。
- 活性物質がポリペプチドである、請求項14に記載の組成物。
- ポリペプチドが成長ホルモンである、請求項19に記載の組成物。
- ポリペプチドがgp120ある、請求項19に記載の組成物。
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