JP4039686B2 - 噴霧乾燥したエリスロポエチン - Google Patents

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    • A61K38/1816Erythropoietin [EPO]

Description

これは1994年12月16日に出願された出願番号08/357,947の一部継続である。
本発明は噴霧乾燥したエリスロポエチンの製造方法およびそれにより製造される乾燥エリスロポエチン粉末に関する。
発明の背景
エリスロポエチン(EPO)は主として腎臓中で合成される糖蛋白質ホルモンでありそして体内での赤血球生成の主要な調節剤である。市販されているヒトEPOは組み換えDNA技術により製造されそして組み換えヒトEPO(rhEPO)として知られている。rhEPOはSDS−PAGE法により測定して約36,000ドルトンの分子量を有する。蛋白質骨格の分子量は18,398ドルトンであり、それは分子全体が大量にグリコルシル化されていることを示している。炭水化物基が生体内生物学的活性に関して重要である。
例えばrhEPOの如き蛋白質のそれらの元の状態での水溶液状または固相状での維持は薬品調合物分野における作業員にとって主要な難問である。その元の状態での蛋白質の存在は、蛋白質濃度、温度および溶媒の性質、緩衝液のイオン強度などに依存する。これらのパラメーターのいずれかにおける変化が溶液または固相状の蛋白質の安定性に影響を与えうる。
rhEPOの市販の調合物は現在は希釈水溶液状でまたは希釈水溶液を製造するために使用される凍結乾燥した形態で販売されており、それらの両者は身体に注射により投与される。これらの調合物中のrhEPOの濃度は非常に低くそしてrhEPOは投与後に身体からかなり急速に出される。調合物のこの限界のために、代替薬品分配システムにおいて使用することができるrhEPOの濃縮調合物、例えば比較的多量のrhEPOを含有するもの、に対する要望がある。我々はそのような調合物を製造するために噴霧乾燥技術を使用した。
薬品の噴霧乾燥は当技術において既知である。例えば、Broadhead, J. et al., "The Spray Drying of Pharmaceuticals,"in Drug Dev. Ind. Pharm. 18(11 & 12), 1169-1206(1992)を参照のこと。小分子薬品の他に、種々の生物学的物質も噴霧乾燥されておりそしてそれらには酵素、血清、血漿、微生物および酵母が包含される。噴霧乾燥は液体薬品調合物を微細な無塵性のまたは集塊化された粉末に一段階法で転化させることができる。基本的技術は下記の四段階を含んでなる:
a)スプレー中での原料溶液の霧状化、
b)噴霧-空気接触、
c)スプレーの乾燥、および
d)乾燥した生成物の乾燥用空気からの分離。
薬品分野において既知ではあったが、例えばrhEPOの如き治療用蛋白質のための噴霧乾燥はあまり多くは使用されていなかった。このための明らかな一つの理由はそのような蛋白質が噴霧乾燥法で使用される高温により熱的に変性するかもしれないことである。これは、ポリペプチド骨格の他に生物学的活性に関して必要な複雑な分枝鎖状の炭水化物部分も有する例えばrhEPOの如き複雑な糖蛋白質の場合に特にそうである。容易な代替法としての凍結乾燥の利用が、当分野における作業員が治療用蛋白質のために噴霧乾燥を使用しないようにさせている。しかしながら、噴霧乾燥は、経済的であり、迅速であり且つ規模拡大が容易である点で凍結乾燥より有利である。また、噴霧乾燥した粉末は凍結乾燥した粉末よりその後の処理のために受け入れやすい。
単に塊状薬品の凍結乾燥だけをベースとした調合物を設計することは一般的に実用的でない。その理由は低濃度で凍結乾燥する時には多くのポリペプチド類が相対的に不安定であり且つそれらは生成物の包装に吸着しそして活性を失うからである。これらの問題を克服するために、多くの凍結乾燥した薬品組成物は凍結乾燥工程中に存在する固体物質の量を増加させるために固体希釈剤、寒冷保護剤または塊状化剤の使用に頼ることとなる。その結果として、最終的な凍結乾燥した物質は大きな百分率(重量/重量)の他の固体物質と混合された小さい百分率の活性薬品を含有することとなる。
対照的に、本発明は塊状rhEPOからrhEPO粉末を製造する方法を提供し、そこでは製造される粉末は純粋であるかもしくは本質的に純粋なrhEPOであるかまたは伝統的な凍結乾燥技術を使用して製造できるものより高い百分率(重量/重量)のrhEPOを有する。
発明の要旨
本発明は安定な噴霧乾燥したrhEPOを製造する方法およびそれにより製造されるrhEPO粉末を提供する。
本発明の方法は最初に約20mg/ml〜約100mg/mlの範囲内の濃度を有するrhEPOの水溶液を提供することを含んでなる。この溶液を次にスプレー中で霧状化しそしてスプレーから水を蒸発させるためにスプレーを熱い空気で乾燥する。それにより生じた乾燥したrhEPOを次に乾燥用空気から分離する。
最初の水溶液は、rhEPOの他に、賦形剤、例えばマンニトール、グリシンおよび/または界面活性剤、を含有してもよい。本発明の方法により製造される乾燥rhEPO組成物はrhEPOを4.0%〜100%(重量/重量)の範囲内の濃度で含んでなりそして約3.0%〜約5.0%(重量/重量)の範囲内の残存水分含有量を有する。組成物の粒子寸法は約2.0ミクロン〜約6.0ミクロンの範囲内である。
発明の詳細な記述
少なくとも20mg/mlの濃縮rhEPO溶液を噴霧乾燥用に使用した。この濃縮水溶液を加圧空気と共にノズル中にポンプで送ることによりそれを微小滴に霧状にした。これらの小滴は次に乾燥室に入りそして原料溶液と同じ方向に流れる熱い乾燥用空気により水を蒸発させた。水が蒸発したら、固体rhEPOおよび存在するなら賦形剤を水の小滴から分離した。乾燥したrhEPOを乾燥用空気流により清澄化用のサイクロン分離器に送り、すなわち乾燥したrhEPOを乾燥用空気から分離し、そして乾燥した生成物をサイクロン分離器の底と連結された収集容器の中で集めた。乾燥用空気を次に微細物スクラッバーを通して大気に追い出した。
ここで使用されている「rhEPO」という句はU.S.4,703,008にrhEPOに関して記載されているポリペプチド骨格の全部および一部を有しそして骨髄細胞が網状赤血球および赤血球細胞の生成を増加させ且つヘモグロビン合成または鉄摂取を増加させるような生物学的性質を有する蛋白質を意味する。EPOの生物学的に活性な断片、同族体または化学的に合成された誘導体を、そのような断片または誘導体がrhEPOの生物学的活性を保有する限り、本発明においてむしろrhEPOより使用できることが考えられる。ある種のEPO同族体はU.S.4,703,008に記載されている。従って、そのような生物学的に活性なEPO同族体、断片、または誘導体は本発明の範囲内であると考えられる。
本発明により製造される濃縮rhEPO粉末はrhEPOを分配するための代替品分配システムの中で使用できる。一つのそのようなシステムはrhEPOを予め決められた速度で一定の期間にわたり身体中に分配させる調節放出分配システムである。或いは、濃縮rhEPO粉末を注射用の水または通常の食塩水で再構成して人間の治療用途に適する水溶液を形成してもよい。上記の調節放出システムは重合体状物質、小胞または小型ポンプ内に入れられたrhEPO、並びにrhEPOと他の重合体状物質との高分子共役物を包含することが想定される。これらのシステムを次に濃縮rhEPOの皮下受容器移植物として使用してもよい。これらのシステムの非限定的実施例には、rhEPOを取り囲んでいる固体の疎水性重合体のマトリックス、例えば非−変性エチレン−酢酸ビニル共重合体または変性乳酸−グリコール酸共重合体が包含される。そのような疎水性重合体はさらに微球の形態をとることもできる。
本発明は安定なrhEPO粉末を提供する。ここで使用されている「安定な」は、rhEPOがその生物学的活性を時間がたっても維持し且つその構造がその元の状態で保たれる、すなわちそれが酸化されたり他の方法で別の化学種に変性されないことを意味する。安定性はRIA、ウェスタンブロットおよび生体内もしくは試験管内バイオアッセイにより標準化することができる。
下記の実施例は当該発明を説明するために示す。本発明はこれらの実施例により限定されるものでなく添付の請求の範囲によってのみ限定されると考えるべきである。
実施例1
rhEPO用の噴霧乾燥方法
この実施例は専ら固体形態または不活性な薬理学的に許容可能な賦形剤と一緒になった非晶質rhEPOを製造するために使用される噴霧乾燥方法を記載する。このようにして調合された非晶質の塊状のrhEPOは5℃の貯蔵(冷蔵庫)において少なくとも6カ月間にわたり安定である。治療用蛋白質の噴霧乾燥を記載している最近の文献は限られておりしかも例えば25%(重量/重量)およびそれ以上の比較的高濃度における乾燥形態の治療用蛋白質の安定性は論じていない。例えば、Mumenthaler et al., Pharm. Res. 11:12-20(1994)を参照のこと。さらに、最近の文献は固体形態でのこれらの蛋白質の安定性の十分な証明を与えていない。実際に、文献の一部は使用された賦形剤または処理条件に起因するであろう不満足な安定性を示している。例えば、ある種の無機塩類、アミノ酸類、界面活性剤などが溶液中で蛋白質を安定化させることが知られている。しかしながら、塊状のrhEPO中でのクエン酸塩の存在は安定な噴霧乾燥したrhEPOを生じなかった。従って、塊状のrhEPOを噴霧乾燥前に注射用の水の中に透析した。噴霧乾燥時の生成物の満足のいく収率を得るためには、rhEPOの濃度が20−100mg/mLの範囲内になるまで透析を続けた。これらの注射用の水の中の濃縮塊状rhEPO溶液は5℃における貯蔵時に少なくとも6カ月間の満足のいく安定性を示した。乾燥蛋白質を製造するための代替技術、すなわち凍結乾燥、はクエン酸塩の存在と関係なくその劣悪な安定性のために、適していない(実施例2参照)。
賦形剤を用いて固体のrhEPOおよびrhEPO粉末を製造する方法は下記の二段階からなっていた:
A.塊状rhEPOの透析および濃縮;並びに
B.透析した塊状rhEPOの噴霧乾燥。
A.透析および濃縮
20mMクエン酸塩緩衝液中に供給された塊状rhEPOを透析して全てのクエン酸塩を除去しそして注射用の水により置換した。透析は下記の通りにして行われた:
クエン酸塩緩衝液中の塊状rhEPO(200mL)(概略濃度2.0mg/mL)を10,000の分子量を除去する透析膜を装備したAmiconR透析器の中に加えた。この透析室は注射用の水を含有するステンレス鋼容器と連結されておりそしてこの容器は窒素気体タンクと連結されていた。透析は30−40psiにおいて行われそして少なくとも2000mLの透析物が集められるまで続けられた。クエン酸塩を含まない生じた水溶液を次に約20〜約100mg/mLのrhEPOの最終濃度に濃縮した。生じたrhEPOの濃縮水溶液を次にそれを噴霧乾燥するまで5℃において貯蔵した。濃縮rhEPO溶液も5℃においてrhEPO安定性に関して監視した。
B.噴霧乾燥
噴霧乾燥方法は下記の段階からなっていた:
1.原料溶液の霧状化
2.噴霧−空気接触
3.溶媒の蒸発
4.乾燥した固体の乾燥用気体からの清澄化。この方法では研究室規模のスプレー乾燥器(BuchiR、モデル190)を使用した。
1.霧状化
rhEPO水溶液を室温において蠕動ポンプを用いてアトマイザーノズル(0.5mm内径)に供給した。液体原料を高圧空気により小滴状に霧状化した。そのような霧状化は回転ディスクを使用することによっても実施できる。
2.噴霧−空気接触および蒸発
小滴が蒸発室(105mm内径×450mm長さ)に入ったら、水を同一方向に流れる熱い乾燥用空気により蒸発させる。乾燥用空気の温度は64−80℃に変動する。水が蒸発したら、固体が球または半球の形状で水溶液から分離した。乾燥は向流技術により行うこともでき、そこでは乾燥用空気および原料溶液流が反対方向に流れる。
3.清澄化
乾燥した粉末は乾燥用空気流により清澄化のためにサイクロン分離器に運ばれた。サイクロン分離器の中で、乾燥した固体物体が乾燥用空気から分離された。乾燥した生成物をサイクロン物体の底と連結された収集容器の中で集めた。乾燥用空気(乾燥した生成物を含まない)は微細物スクラッバーを通って大気中に吐き出された。
C.化学的特徴
既知量の噴霧乾燥したrhEPOを注射用の水の中に溶解させた。この水溶液を次に下記の通りにして分析した:
1.放射−免疫検定(RIA)
使用した方法はEgrie et al., J Immunol Meth, 99: 235-241(1987)のものであった。この方法はrhEPOを兎のポリクローン性抗体(rhEPOに対して生産された)を用いて錯体形成することからなる。これはrhEPOを兎のポリクローン性抗体を冷蔵温度において一夜にわたり培養することによりなされた。125I−EPOを加えた後に培養をさらに1日間にわたり続けた。抗原−抗体錯体を山羊の抗−兎抗体、正常な兎の血清およびポリエチレングリコールにより沈澱させた。沈澱した錯体を洗浄しそして結合された125I−EPOの量をガンマカウンターを使用することにより測定した。この工程を既知濃度の標準rhEPO溶液および試験サンプル溶液に対して繰り返した。ガンマカウンターの読みを標準rhEPO溶液のものと比較することにより試験サンプルのrhEPO濃度を計算した。
2.ウェスタンブロット
使用した方法はEgrie et al., J Immunol Meth, 172: 213-224(1986)のものであった。0.5μgアリコートの変性rhEPOを標準的な(12.5%)ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル(SDS−PAGE)上に充填した。電気泳動を行いそしてニトロセルロース膜上でTRIS、グリシンおよびメタノールからなる転移緩衝液を用いてゲルに点をつけた。このニトロセルロース膜をTRIS緩衝食塩水中の5%無脂肪牛乳で阻止した。rhEPOを含有する阻止されたニトロセルロース点を次にマウス−抗−ヒトモノクローン性抗体と共役させそして次に山羊の抗−マウスポリクローン性抗体と共役させた。この錯体を次にアルカリ性ホスファターゼ共役基質キットを用いて染色した。各々の点は標準rhEPO、既知量のrhEPO集塊を含有する標準rhEPOおよび1個もしくは複数の試験サンプルを含有していた。rhEPO標準および集塊標準の強度を試験サンプルと比較した。
3.マウスのバイオアッセイ
既知量の噴霧乾燥したrhEPOを注射用の水の中で再構成した。rhEPO溶液の注射後のエクスハイポキシック(exhypoxic)マウスへの鉄の導入速度を監視することによりこの溶液の生物学的活性を測定した。使用した方法はCotes et al., Nature, 191:1065-1067(1961)のものであった。
Figure 0004039686
調合物番号IIは64および80℃の2種の入り口温度で噴霧乾燥された。
例えばマンニトール、グリシンおよび/またはTweenR80の如き賦形剤をrhEPO濃縮水溶液中に一度に穏やかに撹拌しながら溶解させることにより5種の溶液を製造した。調合物IIIの場合には、賦形剤は加えられなかった。これらの溶液に関する調合物は以上の表1に示されている。これらの溶液の全ては下記の噴霧乾燥パラメーターに従い噴霧乾燥された:
溶液供給速度: 1mL/分
空気霧状化速度: 600−700ノルムリットル/時
乾燥用空気速度: 32,000〜45,000リットル/時
入り口温度: 64−80℃
出口温度: 46−65℃。
噴霧乾燥後に、調合物IおよびIIに関する最終的な固体rhEPO含有量は約4%(重量/重量)であり、ホルマリンIIIは100%重量/重量でありそして調合物IVおよびVは25%(重量/重量)rhEPOであった。残存水分含有量はカール−フィッシャー法(USP XXIII−NF XVII、1840−1843頁、方法1a(1995))により測定して3.0%〜5.0%(重量/重量)に変動した。粒子寸法は噴霧乾燥した調合物IIIに関しては4.1ミクロン±1.89であった。
クエン酸塩緩衝液を含有する塊状rhEPOを使用する予備実験はマンニトール、グリシンおよび/またはTweenR80を用いては安定な噴霧乾燥したrhEPOを生成しなかった。従って、クエン酸塩を除去するための塊状rhEPOの透析が噴霧乾燥にとって必須であった。噴霧乾燥で良好な収率を得るためには、原料溶液は少なくとも2%の固体含有量を有していなければならない。従って、透析されたrhEPO溶液は20−100mg/mLに濃縮された。
調合物IおよびII並びに調合物IVおよびVに関する安定性データを比較することにより、安定な噴霧乾燥したrhEPOを製造するためにはTweenR80が必要なかったことが測定された。また、純粋なrhEPOに関する6カ月間の安定性データは、安定な噴霧乾燥したrhEPOを製造するためにマンニトールおよび/またはグリシンが必要ないかもしれないことも示唆している。それ故、使用する場合には、マンニトールおよびグリシンは最終的な噴霧乾燥したrhEPO調合物中のrhEPO濃度を変えるために使用できる塊状化剤(等張性/等浸透圧性調節剤)の機能を果すだけであると思われる。
本発明の噴霧乾燥したrhEPOは凍結乾燥したrhEPOに比べて利点を有する。比較用に、調合物I、IIおよびIIIも凍結乾燥した(実施例2)。しかしながら、5℃において2カ月間にわたり貯蔵した凍結乾燥したサンプルに関するRIAデータは表示値(LC)の73−78%の範囲であった。そのような短い貯蔵期間におけるこれらの低いEPO能力値(RIAにより測定した)は不安定性を示している。また、6カ月間の凍結乾燥したサンプルは再構成後にSDS−PAGE上で2%より多いEPO集塊を示した。これは再構成されたrhEPOの不安定性を示している。それ故、噴霧乾燥した調合物の方が同じ組成の凍結乾燥した調合物より安定であった。
上記の噴霧乾燥した調合物番号IIIおよびIVの安定性の表を以下に示す。両者の場合とも、サンプルは5℃において貯蔵されそして2%より少ない集塊を有するrhEPOの存在が各測定においてウェスタンブロット分析により確認された。
Figure 0004039686
Figure 0004039686
実施例2
EPOに関する凍結乾燥方法
この実施例は、純粋な形態でまたは薬理学的に許容可能な賦形剤と組み合わせて、乾燥したrhEPOを製造するために使用される凍結乾燥方法を記載する。凍結乾燥したrhEPOの安定性を測定しそして結果を以下に表す。この実施例で使用したrhEPO調合物の全ては上記の通りにして噴霧乾燥された。RIAおよびウェスタンブロット工程は本質的に噴霧乾燥したrhEPO例に関して以上で記載されている通りにして実施した。
賦形剤なしの凍結乾燥用rhEPO溶液に関する典型的な凍結乾燥サイクルは、溶液を約−40℃に凍結しそして溶液が完全に凍結するのを確実にするためにこの温度に約3時間にわたり保つことにより始まった。溶液が凍結したら、コンデンサー温度を約−50℃に下げた。最初の乾燥は乾燥室中の圧力を約200ミリトールに下げることにより行われ、そしてシステムを約3時間にわたりそのままにして安定化させた。温度を次に毎分約0.1℃の速度で約−30℃に高めた。(氷を水蒸気に昇華させることによる)乾燥を約60時間にわたり続けた。第二の乾燥は生成物の温度を毎分約0.5℃の速度で約15℃に高めることにより行われた。乾燥室中の圧力も約200ミリトールから約100ミリトールに下げた。第二の乾燥段階は完全な乾燥を確実にするために約16時間にわたり続けた。第二の乾燥後に、瓶にふたをしそして密封した。密封した瓶を下記の安定性試験のために取り出すまで約5℃において貯蔵した。安定性試験用に、瓶の内容物を水で再構成し、そしてRIAおよびウェスタンブロットにより分析した。安定性試験の結果をrhEPO残存率としてまとめた。低目のrhEPO残存率は劣悪な安定性を示す。ウェスタンブロットの結果はどのrhEPOが元の形態または変性した集塊形態であるかを判定する。2%より多い集塊を有するrhEPOのサンプルは、2%の集塊rhEPO標準と比べて、劣悪な安定性を有すると判定される。種々の調合物中で凍結乾燥したrhEPOに対して行った安定性試験の結果を表4に示す。
Figure 0004039686
表4に示されたデータは、凍結乾燥したrhEPOが噴霧乾燥したrhEPOほどの安定性を保たないことを示した。従って、rhEPOの噴霧乾燥は凍結乾燥と比べてより安定な生成物を生ずる。本発明は従って例えばシクロデキストリン類、グリシン、マンニトールまたはTween80の如き賦形剤または安定剤を添加せずに製造できる安定な噴霧乾燥したrhEPOを提供する。rhEPOの賦形剤を含まない調合物は、一般的にはできるだけ賦形剤を含まないことが望まれる例えば肺を経由する分配のようなある種の薬品分配システム用に望ましい。
本発明をここではある種の好適な態様および実施例を参照しながら記載してきた。明白な変更は当技術の専門家には自明であるため、本発明はそれらに限定されるものでなく下記の請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (13)

  1. a)20mg/ml〜100mg/mlの範囲内の濃度を有するrhEPO水溶液を準備し、
    b)該溶液をスプレー中で霧状化し、
    c)スプレーから水を蒸発させるために該スプレーを熱い乾燥用空気で乾燥し、そして
    d)乾燥したrhEPOを乾燥用空気から分離する
    ことを含んでなり、水溶液を段階b)の前に透析して塩を除去する、噴霧乾燥したrhEPOを製造する方法。
  2. rhEPOの水溶液が塩または他の添加剤を含有しない、請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 溶液を圧力下でノズル中に供給することにより溶液を霧状化する、請求の範囲第1項記載の方法。
  4. スプレーおよび乾燥用空気を同一方向で乾燥器の中に通す、請求の範囲第1項記載の方法。
  5. 乾燥したrhEPOがサイクロン分離器の中で分離される、請求の範囲第1項記載の方法。
  6. 乾燥が60℃〜85℃の温度範囲内で行われる、請求の範囲第1項記載の方法。
  7. 請求の範囲第1項記載の方法により製造された、5℃において貯蔵されそして2%より少ない集塊を有する乾燥rhEPO粉末
  8. 100%EPO(重量/重量)である請求の範囲第7項記載のrhEPO粉末
  9. 下記の組成:
    成分 %(重量/重量)
    a) rhEPO 25
    b) マンニトール 37.5
    c) グリシン 37.5
    を有する請求の範囲第7項記載のrhEPO粉末
  10. さらに界面活性剤も含有し、rhEPO、マンニトール及びグリシンの比が請求の範囲9項記載のとおりである請求の範囲第9項記載のrhEPO粉末
  11. 4.0%〜100%(重量/重量)の範囲内の濃度の請求の範囲第7項のrhEPO粉末を含んでなりそして3.0%〜5.0%(重量/重量)の範囲内の残存水分含有量を有する、乾燥rhEPO組成物。
  12. 粒子の寸法が2.0ミクロン〜6.0ミクロンの範囲内である、請求の範囲第11項記載の組成物。
  13. 請求の範囲第7項記載のrhEPO粉末を含む乾燥rhEPO粉末。
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