JP4226649B2 - 製造規模の微粒子生成方法 - Google Patents

Description

背景技術
多くの疾患又は状態は、最も有効な予防、治療又は診断結果を提供するために、インビボでの一定レベルの医薬又は作用剤を必要とする。過去においては、医薬は、変動する投与レベルを生じる間隔で投与された。
ごく最近の投与レベルを調節及び安定させるための試みとしては、医薬を含むポリマー及び蛋白質微小球等の多くの生分解性物質の使用が挙げられる。これらの微小球の使用は、医薬の放出を改良し、よりむらのない制御された投与レベルを提供するために、ポリマー本来の生分解能を利用することにより、医薬の制御放出における改良を提供する。
しかしながら、これらの方法の多くは、方法と使用する装置との組み合わせにより微小球の低い収量を生じる。さらに、実験室レベルから商業的な製造レベルに規模を拡大できない工程がある。
従って、生物学的作用剤のより低減した損失、高い製品収量及び商業的規模の実行性を有する微小球生成方法に対する要求が存在する。
発明の概要
本発明は、溶液が溶媒に溶解した材料を含む、溶液の微小液滴から材料の微粒子の生成方法に関する。本発明の方法は、凍結ゾーンが液化ガスで囲まれ、微小液滴が凍結する、微小液滴を凍結ゾーンに注ぐ工程を含む。次いで、凍結微小液滴を液体非溶媒と混合し、それにより、次いで、溶媒が非溶媒中に抽出され、そうすることにより微粒子が生成する。
本発明は、例えば、本発明の方法と装置により、高収量、商業的な製造レベルの制御放出微粒子、無菌工程のための閉じた系、微粒子の大きさの制御及び工程制御製造再現性が提供される等の多くの有利性を有する。
また、本発明の方法は、本方法を行なう間の温度プロフィールのより大きな調節を可能にする。
【図面の簡単な説明】
図１は、液化ガスの包囲流により冷却された凍結ゾーン内で溶媒中の材料の溶液の微小液滴を凍結させ、次いで、液体非溶媒に曝すことにより凍結微小液滴から溶媒を抽出することによる、本発明の方法の材料の微粒子を生成するために好適な本発明の装置の側面切断の正面図である。
図２は、液化ガスの包囲流により冷却された凍結ゾーン内で溶媒中の材料の溶液の微小液滴を凍結させ、次いで、液体非溶媒に曝すことにより凍結微小液滴から溶媒を抽出することによる、本発明の方法の材料の微粒子を生成するために好適な本発明の装置の別の態様の側面切断の正面図である。
図３は、液化ガスの包囲流により冷却された凍結ゾーン内で溶媒中の材料の溶液の微小液滴を凍結させ、次いで、液体非溶媒に曝すことにより凍結微小液滴から溶媒を抽出することによる、本発明の方法の材料の微粒子を生成するために好適な本発明の装置のさらに別の態様の側面切断の正面図である。
図４は、液化ガスの包囲流により冷却された凍結ゾーン内で溶媒中の材料の溶液の微小液滴を凍結させ、次いで、液体非溶媒に曝すことにより凍結微小液滴から溶媒を抽出することによる、本発明の方法の材料の微粒子を生成するために好適な本発明の装置の交互の態様の側面切断の正面図である。
発明の詳細な説明
本発明の装置及び方法の特徴及びその他の詳細を、添付の図面を参照してより具体的に述べ、請求の範囲で指摘する。本発明の具体的な態様を図面により示すが、本発明を限定するものではないことと解する。本発明の原理的な特徴は、本発明の範疇から離れることなく種々の態様に用いることができる。
本発明は、材料溶液から材料の微粒子を生成するための方法及び装置に関する。本明細書で定義するところの微粒子とは、約１ミリメーター未満の直径を有する材料粒子をいう。微粒子は、球状、非球状又は不規則形を有してもよい。微粒子が微小球であることが好ましい。
本発明の微粒子を生成させるために好適な材料としては、例えば、ポリマー、ペプチド、ポリペプチド、蛋白質、低分子薬剤及びプロドラッグ等が挙げられる。
微粒子は、微粒子内に分散された１以上の追加の物質をも含んでよい。材料がポリマーからなる場合、ポリマー溶液は少なくとも１つの生物学的作用剤を含む。
本明細書で定義するところの生物学的作用剤とは、投与時又は代謝後に該作用剤の型で（例えば、ヒドロコルチゾンスクシネート等のプロドラッグ）、インビボで治療、予防若しくは診断特性を有する作用剤又は作用剤代謝物である。
本発明の方法を行なうために好適な本発明の装置の１つの態様を、図１に示す。該装置は、具体的には筒型で、側壁１２、容器上部１４、容器底部１６及び内壁１８を有する容器１０を含む。側壁１２及び容器底部１６は、通常の隔離方法を用いて通常隔離され、外部環境から容器１０内への熱漏れを最小にし、それにより容器１０内の改良された温度調節を提供する。通常の隔離方法としては、例えば、側壁１２及び容器底部１６の外側表面を覆うための少なくとも１層の隔離材料１７の適用が挙げられる。他の隔離手段としては、例えば、輻射遮蔽で側壁１２及び容器底部１６の真空被覆が挙げられる。好適な隔離材料としては、鉱物繊維、ポリスチレン、ポリウレタン、ラバーフォーム、バルサ材又はコルクボード等の通常の隔離材料が挙げられる。
本態様において、容器上部１４は、具体的には隔離されてなく、それにより該装置の成分を容器上部１４に又は近傍に配置することを可能にし、容器１０内への熱漏れにより温められる。別法として、容器上部１４は、好適な隔離材料で隔離されてもよい。
容器１０は、蒸気滅菌の間、容器１０の内側の条件に耐えることができ、微粒子１１を生成するために本発明の方法を行なう間、容器１０で体験される温度及び気圧にも耐えることができる材料で組み立てられる。容器１０にとって好適な材料としては、例えば、ステンレススチール、ポリプロピレン及びガラス等が挙げられる。
本態様において、容器１０は、凍結セクション２０及び抽出セクション２２に分割された一つの単一容器である。凍結セクション２０は、側壁１２、容器上部１４及び内壁１８内に配置され、かつ、実質的に包囲されている。抽出セクション２２は、側壁１２、容器底部１６及び内壁１８内に配置され、かつ、実質的に包囲されている。
別の態様において、凍結セクション２０及び抽出セクション２２は、別々の容器からなり、ここで、凍結セクション容器は、一般に抽出セクション容器の上部に配置され、凍結セクション容器の底部は、抽出セクション容器の上部又は側部と連結している。
また、容器１０は、液化ガスを凍結セクション２０に注いで液化ガス流２４を生成するための手段を含む。液化ガス流２４は、液化ガスの噴霧及び／又は少なくとも１つの液化ガス流出からなる。液化ガス流２４は、容器上部１４で又は近傍での凍結セクション２０で開始し、次いで、通常下向き方向で内壁１８に向かって流れる。凍結セクション２０内で、少なくとも一部の液化ガス流２４は実質的に側壁１２と並行して流れる。液化ガス流２４は、具体的には、側壁１２に又は近傍に配置される。側壁１２は、一般的には液化ガス流２４により湿っていることが好ましい。さらに、液化ガス流２４は、実質的に凍結ゾーン２６を包囲し、凍結セクション２０の放射状中心線の回りにおよそ位置する。液化ガス流２４が凍結ゾーン２６の回りの包囲流でギャップを有する程度は、用いた液化ガスの注入手段の種類と数に依存する。
少なくとも１つの好適な液化ガスの注入手段は、容器上部１４の中心から放射状に配置した位置で、容器上部１４に又は近傍に位置する。液化ガスの注入手段を放射状に配置することは、微小液滴２８を微小液滴生成手段３０で生成する溶液の一部を凍結させ、それにより少なくとも一部で微小液滴生成手段３０が詰まる等の液化ガスの注入手段が微小液滴２８の生成を有為に妨害しないならば十分である。また、液化ガス注入手段は、微小液滴２８の有為な部分が該液化ガス注入手段を詰まらせるならば、妨害することもできる。
図１に示した態様において、好適な液化ガス注入手段は、排出ライン又は好ましくは排出扇を有する（例えば、約２０ｐｓｉｇの液化ガス圧で操作するフルードジェットアトマイザーモデル１／８−Ｋ−ＳＳ−１、Spray Systems Co.,ウイトン、イリノイ州）、液化ガスを噴霧して少なくとも一部の液化ガス流２４を生成可能な少なくとも２個の噴霧ノズル３２を含む。噴霧ノズル３２は、容器上部１４で凍結セクション２０中に位置し、容器上部１４の中心の周りの中心の円におよそ位置する位置に、又は該容器上部中心から放射状に位置するならば微小液滴生成手段３０の付近の中心の位置におよそ等距離の間隔にある。用いた噴霧ノズル３２の数は、排出ノズルのアーク及びノズル３２から液化ガス流２４の側壁１２の衝撃点までの距離に依存する。
凍結セクション２０の上部の中心から等距離に位置する２個の噴霧ノズルで、液化ガス流２４の包囲は、１８０°のアークよりも大きく噴霧ノズル３０を通常噴霧できないため、具体的には約１８０°離れた２つのギャップを有する。好ましい態様において、少なくとも３個の噴霧ノズルを凍結セクション２０に置いて、包囲流のいかなる有為なギャップもなく具体的に凍結ゾーン２４を包囲する液化ガス流２３を生成させる。
具体的には、等間隔の３個の噴霧ノズル３２により、３６０°の液化ガス流２４が提供される。より好ましい態様において、凍結セクション２０のおよそ中心に６個の噴霧ノズルを等距離に置く。
液化ガスの注入手段は、少なくとも１個の液化ガス入口３４から液化ガスを受け取る。液化ガス入口３４は、液化ガス源３６と液化ガス注入手段との間の伝達流を提供する。液化ガス注入手段への液化ガス流の注入が可能な他の好適な液化ガス導入手段を、液化ガス入口３４の代わりに、又はそれと組み合わせて用いることができる。
図２は、本発明の装置の好適な液化ガス注入手段の別の態様を示す。図２の装置は、図１と同じ要素を多く有し、類似の要素は類似の数字で示す。該装置において、好適な液化ガス注入手段は、セキ（Ｗｅｉｒ）１０２及び液化ガス空間１０４からなる。セキ１０２は、側壁１２と凍結ゾーン２６との間の凍結セクション２０内に位置する。セキ１０２は、内壁１８から広がるかまたは別法として側壁１２から広がり、容器上部１４へ上向きに広がる。１つの態様において、セキ１０２の上の部分は、容器上部１４と接触せず、従って、液化ガスがセキ１０２の上部を超えてさらに凍結セクション２０内へ流れることを可能にする。別法として、セキ１０２が容器上部１４と接触する場合、セキ１０２はセキ１０２の上部に孔があるか溝が付いていて（示されていない）、液化ガスがセキ１０２の上部セクションを通過してさらに凍結セクション２０内へ流れることを可能にする。
液化ガス空間１０４は、セキ１０２と側壁１２との間の凍結セクション内に位置する。液化ガス空間１０４は、少なくとも１個の液化ガス入口３４から液化ガスを受け取る。次いで、液化ガスは、セキ１０２を超え又は通過してさらに凍結セクション２０の中心へと注入される。
図１に戻って、容器１０は、容器上部１４で凍結セクション２０に位置し、適当な溶液から微小液滴２８を生成するための微小液滴生成手段３０をも含む。本明細書において微小液滴とは、溶液の溶媒の凍結、続いて抽出後に微粒子を生成する溶液の液滴と定義される。好適な微小液滴生成手段３０の例としては、アトマイザー、ノズル及び種々のゲージの針が挙げられる。好適なアトマイザーとしては、例えば、外部空気（又はガス）アトマイザー（Model SUE15A; Spray Systems Co.,ウイトン、イリノイ州等）、内部空気アトマイザー（SU12; Spray Systems Co.）、ロータリーアトマイザー（円盤、ボール、杯状及び車輪状；Niro, Inc.,コロンビア、メリーランド州等）及び超音波アトマイザー（Atomizing Probe 630-0434; Sonics & Materials, Inc.，ダンパリー、コネチカット州等）が挙げられる。好適なノズルの例としては、圧噴霧化ノズル（Type SSTC Whirl Jet Spray Drying Nozzles; Spray Systems Co.,ウイトン、イリノイ州等）が挙げられる。微小液滴２８を生成させるために用いられる針の具体的なゲージの例としては、約１６〜約３０間のゲージの針が挙げられる。
好ましい態様において、微小液滴生成手段３０は、約１μｍ以下と約３００μｍ間の直径の範囲を有する微粒子１１を生成できる空気アトマイザーである。微粒子の平均の大きさは、空気アトマイザーに供給される噴霧ガス圧（窒素ガス圧等）を調節することにより、変えることが可能である。ガス圧を増加させるほど、微粒子の平均直径が小さくなる。
微小液滴生成手段３０は、蒸気滅菌に耐性で、凍結セクション２０で実験される低温にも耐性な材料または材料の組み合わせから構成される。
微小液滴生成手段３０は、少なくとも１つの溶液入口３８から溶液を受け取る。溶液入口３８は、溶液源４０と凍結セクション２０との間の伝達流を提供する。冷却環境への溶液の注入が可能な槍又は他の装置等の他の好適な溶液導入手段を、溶液入口３８の代わりに、又はそれと組み合わせて用いることができると解する。
容器１０は、内壁１８に位置し、凍結セクション２０と抽出セクション２２との間の伝達流を提供する少なくとも１つの三層の出入り口４２をも含む。三層の出入り口４２は、凍結セクション２０から抽出セクション２２への凍結微小液滴４４、液化ガス及び揮発性ガスの組み合わせの流れを可能にする大きさに作られる。
抽出セクション２２は、凍結微小液滴４４から液化ガスを分離するための手段を含む。１つの態様において、好適な分離手段は、加熱抽出セクション２２のための手段からなり、これは、次いで、液化ガスを蒸発させ、従って、それを通常、抽出セクション２２の比較的低い部分内に含まれる凍結微小液滴４４から分離する。該加熱手段を用いて、凍結微小液滴４４内の凍結した溶媒を温めることも可能である。加熱のための好適な手段としては、外部環境から側壁１２及び容器底部１６を通じての熱の漏れが挙げられる。任意に、加熱手段としては、例えば、加熱コイル等の電気的手段、又は流体が循環して、第１に液化ガスを蒸発させ、次いでその後に溶媒抽出速度を制御するために凍結微小液滴４４中の溶媒を温めるために抽出セクション２２内の温度を調節可能にする再循環熱交換チューブ４６等を挙げることができる。
別の分離手段は、抽出セクション２２の比較的低い部分から広がるフィルター底部蛇口４８からなる。フィルター５０を含み、微粒子１１の直径よりも小さい孔サイズ、具体的には１μｍ以下を有するフィルター底部蛇口４８は、抽出セクション２２内で凍結微小液滴４４及び恐らく微粒子１１を保持するが、液化ガス等の液体を抽出セクション２２から除去するために好適である。
内壁１８で抽出セクション２２に位置するガス出口５２は、容器１０から出て、液化ガスを蒸発させることにより製造されるガスを出すために適する。ガス出口５２は、ガスを推進させるために好適な真空送風機（CP-21低温送風機、Barber Nichols, Arvada, CO等）又は真空ポンプ（E2M18真空ポンプ、Edwards High Vacuum International, Crawley, West Sussex, England等）等の容器10内の圧力を低減させるための手段を任意に含んでもよい。さらに、ガス出口５２は、具体的には、無菌工程を支持し、生成した微粒子１１が滅菌要求性を満たすという保証を提供するためにガス通過流中にフィルター５３（０．２μｍの滅菌フィルター等）を含む。
容器１０は、任意に、抽出セクション２２及び／又は凍結セクション２０に位置したガス出口５２（示していない）を含むことができる。凍結セクション２０から出て発散するガスが、製造される微粒子１１の収量を低下させることが可能なガス循環流を生じる可能性があるので、ガス出口は、凍結セクション２０に位置しないことが好ましい。
また、容器１０は、液化ガスの蒸発により生じる過剰圧力から容器１０の材料の無傷を保護するために、任意に、少なくとも１つの過剰圧力保護装置（示していない）を含んでもよい。具体的な過剰圧力保護装置としては、例えば、破裂ディスク又は圧安全弁が挙げられる。
抽出セクション２２は、内壁１８に及び／又は側壁１２中に位置する少なくとも１個の非溶媒入口５４をも含む。抽出セクション２２は、非溶媒入口５４から流出又は噴霧状で液体の非溶媒を受け取る。抽出セクション２２中の非溶媒は、少なくとも抽出セクション２２の比較的低い部分に位置する抽出槽５６を形成することが好ましい。非溶媒入口５４は、冷却非溶媒源５８及び抽出槽５６間の伝達流を提供する。冷却条件下で液体を導入することが可能な槍又は他の装置等の冷却条件下で容器内に液体を導入するための他の好適な手段を、非溶媒入口５４の代わりに又はそれと組み合わせて用いることができると解する。
別の態様として、凍結微粒子４４及び非溶媒を混合するための好適な混合手段６０を、抽出槽５６中に置く。混合手段６０は、凍結微小液滴４４が抽出セクション２２の底で固まる場合に起こるような、抽出槽５６内の抽出勾配を生成する電位を低下させるために提供される。好適な混合手段６０の例としては、タービン（約0〜175rpmで操作するA310推進機を有するLightning Sealmaster P6X05E等）、船舶推進機、水かき混合機又は低剪断ポンプを有する外部再循環ループ等の低剪断混合装置が挙げられる。
さらに、容器１０は、抽出セクション２２の比較的低い部分から広がる底部蛇口６２を含む。底部蛇口６２は、容器１０から微粒子１１及び非溶媒等の液体を除去するのに適する。別法として、ディップチューブ（示していない）を用いて、容器１０から微粒子１１及び液体を除去してもよい。
薬剤送達のために必要な場合、最終産物の滅菌性を保証するために各使用の間、本発明の装置の関連した内部を清掃し、衛生的にし又は滅菌する。
本発明の方法において、材料の微粒子を適当な溶媒中の材料溶液から生成させる。本方法において使用に好適な材料としては、溶媒よりも低融点で、凍結微粒子から固体を抽出及び／又は液体溶媒を融解させるために溶媒との十分な混和性を有する非溶媒が利用できるという条件で、いかなる可溶性材料をも含んでよい。本方法に用いられる材料は、ペプチド、ポリペプチド、蛋白質、ポリマー、低分子薬剤及びプロドラッグを含むことが好ましい。
いかなる型の好適なポリマーを用いても、微粒子を生成することが可能である。好ましい態様において、本方法に用いられるポリマーは、生体適合性である。ポリマー、及び代謝産物等のポリマーのいかなる分解産物もポリマーが投与されるヒト又は動物に対して非毒性であり、注入部位での免疫学的反応等の受容者の身体に有為に有害で又は都合の悪い効果も存在しないならば、ポリマーは生体適合性である。生体適合性ポリマーは、生分解性ポリマー、非生分解性ポリマー、それらの混和物又はそれらのコポリマーであってもよい。
好適な生体適合性、非生分解性ポリマーとしては、例えば、ポリアクリレート、エチレンビニルアセテート及び他のアシル置換セルロースアセテートのポリマー、非分解性ポリウレタン、ポリスチレン、ポリビニルクロリド、ポリビニルフルオリド、ポリ（ビニルイミダゾール）、クロロスルホネートポリオレフィン、ポリエチレンオキシド、それらの混和物並びにそれらのコポリマーが挙げられる。
好適な生体適合性生分解性ポリマーとしては、例えば、ポリ（ラクチド）、ポリ（グリコリド）、ポリ（ラクチド−コ−グリコリド）、ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリカーボネート、ポリエステルアミド、ポリ無水物、ポリ（アミノ酸）、ポリオルトエステル、ポリアセタール、ポリシアノアクリレート、ポリエーテルエステル、ポリカプロラクトン、ポリ（ジオキサノン）、ポリ（アルキレンアルキレート）、ポリウレタン、それらの混和物及びそれらのコポリマーが挙げられる。ポリ（ラクチド）、ラクチドとグリコリドのコポリマー、それらの混和物又はそれらの混合物からなるポリマーがより好ましい。該ポリマーは、単一のイソマー型のモノマー又はイソマーの混合物から形成される。
本方法に用いられるポリマーは、ブロックされてもブロックされなくてもよく、ブロックされたポリマーとブロックされないポリマーとの混和物であってもよい。ブロックされないポリマーは、当該技術分野で古典的に定義されたようなものであり、具体的には、遊離のカルボキシ末端基を有するものである。ブロックされたポリマーも、当該技術分野で古典的に定義されたようなものであり、具体的には、ブロックされたカルボキシ末端基を有するものである。一般的には、ブロック基は、重合反応の開始剤から由来するものであり、具体的にはアルキル基である。
本発明に用いられるポリマーの許容分子量は、微粒子の使用、所望のポリマー分解速度、機械的強度及び溶媒中のポリマーの解離速度等の物理学的性質等の因子を考慮して、当業者により決定することができる。具体的には、治療上使用するポリマー微粒子に対する分子量の許容範囲は、約２，０００ダルトン〜約２，０００，０００ダルトンの間である。
さらにより好ましい態様において、ポリマーは、ラクチド：グリコリドの比が約１：１で、分子量が約５，０００ダルトン〜約７０，０００ダルトンを有するポリ（ラクチド−コ−グリコリド）である。さらにより好ましい態様において、本発明に使用されるポリ（ラクチド−コ−グリコリド）の分子量は、約５，０００ダルトン〜約４２，０００ダルトンの分子量を有する。
具体的には、好適なポリマー溶液は、約１％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）の好適な生体適合性ポリマーを含有し、ここでは、生体適合性ポリマーは、具体的には好適なポリマー溶媒に溶解している。ポリマー溶液が、約５％（ｗ／ｗ）〜約２０％（ｗ／ｗ）のポリマーを含有することが好ましい。
連続凍結及び抽出法によるか、又は第１の工程で凍結微小液滴のバッチを生成し、次いで、別の第２の工程でバッチの凍結微小液滴を抽出して微粒子を生成するバッチ法のいずれかにより、微粒子を生成することができる。
本発明の方法において、凍結ゾーン２６は、液化ガス流２４で実質的に包囲された凍結セクション２０の一部を含む。実質的に下向きの方向で少なくとも２個の噴霧ノズル３２から側壁１２の方へ適当な液化ガス流２４を注ぐことにより、容器１０の凍結セクション２０内に凍結ゾーン２６を生成する。具体的には、液化ガスが側壁１２に対して衝突して側壁１２の内側表面に沿って液化ガス流２４を生成し、よって側壁１２を湿らせるように、噴霧ノズル３２から排出した液化ガスを曲げる。好ましい態様において、６個の噴霧ノズル３２のそれぞれから、液化ガスを側壁１２に対して約３０°未満の角度で側壁１２に注ぎ、側壁１２の液化ガスのはね又は偏りを低下させる。
別法として、液化ガス流２４を側壁１２と実質的に平行に注ぐが、側壁１２の内側表面から置き換えて、噴霧ノズル３２から内壁１８へと広がる独立した液化ガスの壁を有効に生成させる。
液化ガスは、液化ガス源３６から液化ガス入口３４を通って噴霧ノズル３２に提供される。
本方法での使用に適する液化ガスとしては、液体アルゴン（−１８５．６℃）、液体窒素（−１９５．８℃）、液体ヘリウム、又は微小液滴２８が凍結ゾーン２６又は液化ガス流２４中に含まれる間に溶液の微小液滴２８を凍結させるために十分な低温を有する他のいかなる液化ガスをも含む。液体窒素が好ましい。
別の態様において、図２に示したように、液化ガス源３６から液化ガス入口３４を通って液化ガス空間１０４へ液化ガスを注ぐことにより、凍結セクション２０内に凍結ゾーン２４を生成させ、ここで、次いで、液化ガスがセキ１０２を超えて上に流れるか、セキ１０２の溝（示していない）を通過して液化ガス流２４を生成する。次いで、液化ガス流２４は、セキ１０２の内側表面に沿って実質的に下に流れる。
図１に戻って、次いで、溶液、好ましくはポリマー溶液の微小液滴２８を実質的に下の方向に、凍結ゾーン２６を通して注ぎ、ここで、微小液滴２８が凍結して凍結微小液滴４４を生成する。微小液滴２８の一部を、液化ガス流２４中で液化ガスと接触させることにより凍結してもよい。溶液源４０から溶液入口３８を通って適当な微小液滴生成手段３０内へ溶液を注ぐことにより、微小液滴２８を前もって生成した。具体的には、微小液滴２８から液化ガスへの熱漏れ及び／又は熱移動により、凍結セクション２０内で少なくとも液化ガスの一部が蒸発する。
次いで、蒸発ガス、液化ガス及び凍結微小液滴４４の三相流が凍結セクション２０の底部から三相出入り口４２を通って抽出セクション２２へ流れる。
１つの態様において、少なくとも一部の凍結微小液滴４４が、液化ガス流２４に乗り、次いで、凍結微小液滴４４を抽出セクション２２へ運ぶ。側壁１２及び／又は内壁１８に付着することによる、及び／又は容器１０からガス出口５２を通って空輸した凍結微小液滴４４の損失低下による等の凍結セクション２０内に残存するかもしれない凍結微小液滴４４を抽出セクション２２へ輸送することにより、凍結微小液滴４４が液化ガス流２４に乗ることは、本発明の方法により製造された微粒子１１の最終収量を改善する。
次いで、適当な分離手段により抽出セクション２２の比較的低い部分に位置する放置された凍結微小液滴４４から液化ガスを分離する。
１つの態様において、凍結微小液滴４４の融点以下の温度であるが液化ガスの沸点で又は沸点を超えて液化ガスを加熱し、それにより、液化ガスが蒸発しで凍結微小液滴４４から分離する。
別法として、抽出セクション２２の部分真空をガス出口５２を通して抜き、液化ガスの沸点以下であるが液化ガスの蒸気圧を上昇させるのに十分な高さの温度に液化ガスを加熱し、それによって液化ガスが蒸発することにより液化ガスを分離することができる。
加熱後、液化ガスを蒸発させ、それにより凍結微小液滴４４から液化ガスを分離する。液化ガスは、外部環境から側壁１２及び容器底部１６を通して熱漏れにより加熱することができる。抽出セクション２２が電熱源又は熱交換チューブ４６を通過する窒素ガス若しくは窒素ガス／液体窒素混合物等の暖流により加熱されることが好ましい。また、抽出セクション２２内の温度を調節して、まず制御様式で液化ガスを蒸発させ、次いでその後、液体非溶媒中への溶媒抽出が可能なように凍結微小液滴４４中の溶媒をゆっくり温めるために、流れを熱交換チューブ４６を通して循環させることができる。
別法として、液化ガスをフィルター５０を通して、次いで、抽出セクション２２からろ過底部蛇口４８を通って注ぐことにより、凍結微小液滴４４から液化ガスを分離する。それにより、フィルター５０を通す液化ガスの注入は抽出セクション２２から液化ガスを除去するが、抽出セクション２２の底部内に凍結微小液滴４４を保持する。
ここで、液化ガスを加熱して蒸発させることにより液化ガスが分離され、次いで、生じた蒸発ガスは少なくとも１個のガス出口５２を通って抽出セクション２２の外に向けられる。容器１０内の圧は、本来、抽出セクション２２内で蒸発する液化ガスの量及びガス出口５２を通過するガスの排出速度に依存する。容器１０は、気圧を超える圧、等気圧又は気圧を超えない圧で操作することができる。本発明の方法を行なうための上限圧は、容器１０の圧評価に依存する。
凍結微小液滴４４の生成の間、部分真空下で本発明の方法を行なうことが好ましい。抽出セクション２２内及び従って容器１０全体の部分真空の達成は、ポンプ又は送風機を用いて抽出セクション２２上のガス出口５２を通して吸引を行なうこと等の当業者に公知の手段で達成される。
液化ガスから凍結微小液滴４４の分離後、次いで、凍結微小液滴４４を、凍結微小液滴４４の融点未満の温度である適当な冷却液体非溶媒と接触させる。好ましい態様において、凍結微小液滴４４の融点未満で凍結非溶媒を維持し、約１〜約２４時間の期間にわたり固体の状態から液体非溶媒中に抽出して多孔性微粒子を生成させる。固体状態の溶媒の抽出は、抽出工程を遅らせ、それにより抽出及び微粒子１１の生成のより良い調節を提供する。
別の態様において、凍結微小液滴４４の融点以上の温度に凍結非溶媒を温める。それにより凍結微小液滴４４中の溶媒が融解し、次いで、非溶媒中に抽出される。それにより、凍結微小液滴４４中の溶媒の体積、凍結微小液滴４４が曝される非溶媒の体積及び凍結微小液滴４４を温める速度等の種々の因子に依存して固体及び／又は液体として溶媒を抽出する。温める速度に依存して、温める速度をより低くすることに対して、製造される微粒子は多孔性又は急速な溶媒抽出後の部分的な粒子濃縮により有為に少ない孔を有する微粒子１１であってもよい。
非溶媒は、噴霧状、流れ及び／又は抽出槽５６であってもよい。凍結微小液滴４４を抽出槽５６の非溶媒内に浸すことが好ましい。
好適な非溶媒とは、溶液の溶媒と十分混和できて、溶媒を温めるにつれて凍結微小液滴４４から該溶媒を抽出し、それにより微粒子１１を生成する溶液中の材料の非溶媒として定義される。また、非溶媒は、凍結微小液滴４４の融点未満の融点を有する。
別の態様において、ヘキサン等の第２の非溶媒をエタノール等の第１の非溶媒に添加して、ポリ（ラクチド−コ−グリコリド）等のある種のポリマーから溶媒抽出速度を増加させる。
好ましい態様において、少なくとも一部の凍結微小液滴４４を非溶媒内に乗せ、凍結微小液滴４４を抽出槽５６へ輸送することにより、本発明の方法により製造される微粒子１１の最終収量を改良する。そうでなければ、凍結微小液滴は、側壁１２への付着により及び／又はガス出口５２を通って容器１０からの空輸凍結微小液滴４４の損失から工程で失われてしまう。
さらなる態様において、凍結微小液滴４４を、次いで、抽出槽５６内で混合手段６０によりかき混ぜ、各凍結微小液滴４４の回りの非溶媒内で溶媒の濃度勾配を低下させ、それによって、抽出工程の有効性を改良する。
さらに別の態様において、抽出工程は、各分離したアリコートへ溶媒を抽出するために抽出セクション２２への連続添加及びそれからの非溶媒の分離したアリコートの排出を含む。それにより、抽出はステップワイズ様式で行なう。融解速度は、溶媒及び非溶媒の選択並びに抽出セクション２２中の非溶媒の温度に依存する。表１は、本方法で使用可能な典型的なポリマー／溶媒／非溶媒系並びにその融点を提供する。

蛋白質に対しては、ポリマー溶媒を抽出して微粒子を製造する間、凍結微小液滴４４をゆっくり融解させることが好ましい。
例えば、ノズルの直径又は空気アトマイザーへの空気流を変化させることによる液滴の大きさを変えることにより、広範囲の微小球の大きさをなすことができる。非常に大きな直径の微粒子１１を所望するならば、それらを直接凍結ゾーン２４へシリンジを通して押し出すことができる。ポリマー溶液固有の粘度を増加させることも微粒子の大きさを増加させることになり得る。本工程により製造される微粒子１１の大きさは、直径約１０００μｍを超えるものから約１μｍ又は約１μｍ未満にわたることが可能である。通常、微粒子はヒト又は他の動物への注射に適する大きさのものである。微粒子１１の直径は、約１８０μｍ未満であることが好ましい。
抽出後、当業者に公知の手段により微粒子１１をろ過し、乾燥させて非溶媒を除去する。ポリマー微粒子に対しては、マンニトール等の添加剤が微粒子間の付着を低下させるために存在しなければ、微粒子間の付着を最小にするために該微粒子をそのガラス転移温度を超えて加熱しないことが好ましい。
別の態様において、材料溶液は、溶液内に分散した１以上の追加の物質も含む。該追加の物質は、溶液中に共溶解させることにより、凍結乾燥粒子等の固体の粒子として溶液内で又は該溶液と混和できずに該溶液と混合してエマルジョンを生成する第２の溶媒に溶解することにより分散される。溶液中に懸濁した固体粒子は、３００μｍを超える直径を有する大きな粒子又は約１μｍ程度の小さな直径を有するミクロ化粒子であってもよい。具体的には、追加の物質は、非溶媒中で溶解しない。
材料がポリマーを含む場合、ポリマー溶液は、少なくとも１つの生物学的作用剤を含む。治療用及び／又は予防用生物学的作用剤の好適な例としては、イムノグロブリン様蛋白質；抗体；サイトカイン（リンホカイン、モノカイン及びケモカイン等）；インターロイキン；インターフェロン；エリスロポエチン（erythopoietin）；ホルモン（成長ホルモン及び副腎皮質ホルモン等）；成長因子；ヌクレアーゼ；腫瘍壊死因子；コロニー刺激因子；インシュリン；酵素；抗原（細菌抗原及びウイルス抗原等）等の蛋白質；及び癌抑制遺伝子が挙げられる。治療用及び／又は予防用生物学的作用剤の好適な他の例としては、アンチセンス分子等の核酸；並びに抗生物質、ステロイド、うっ血除去剤、神経作用剤、麻酔薬、鎮静薬、心臓血管剤、抗癌剤、抗腫瘍剤、抗ヒスタミン剤、ホルモン（サイロキシン等）及びビタミン等の小分子が挙げられる。
好適な診断用及び／又は治療用生物作用剤の例としては、放射性同位体及び放射線不透過性剤が挙げられる。
本工程により作製された微小球は、ポリマーと作用剤との均質な混合物又は不均質な混合物のいずれであってもよい。ステロイド等のある種の疎水性薬剤の場合のような作用剤とポリマーが両方とも溶媒に可溶なときに、均質な混合物が製造される。作用剤がポリマー／溶媒に不溶性で、塩化メチレン中の蛋白質等の親水性材料とともにポリマー／溶媒溶液中に懸濁物又は乳化物として導入されたときに、ポリマーと作用剤との分離したゾーンを有する不均質な二相系が製造される。
微粒子の特定のバッチに含まれる生物学的作用剤の量は、治療上、予防上、診断上有効な量であり、それは、体重、治療対象の状態、使用するポリマーの種類及び微粒子からの放出速度等の考慮因子を考えつく当業者により決定できる。
１つの態様において、制御された放出ポリマー微粒子は、約０．０１％（ｗ／ｗ）〜約５０％（ｗ／ｗ）の生物学的作用剤を含む。使用される作用剤の量を、所望の作用剤の効果、計画された放出レベル及び作用剤が放出される時間に依存して変える。生物学的作用剤の負荷の好ましい範囲は、約０．１％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）である。
所望ならば、生物学的作用剤とともに他の材料を微粒子内に取り込むこおができる。これらの材料の例は、塩、金属、糖、界面活性剤である。また、界面活性剤等の添加物は、微粒子の凝集の可能性を低下させるために溶媒抽出の間に非溶媒に添加してもよい。
生物学的作用剤は、安定化剤、可溶化剤及び充填剤等の他の賦形剤と混合することもできる。安定化剤は、作用剤の放出期間にわたって作用剤の能力を維持するために添加する。好適な安定化剤の例としては、炭水化物、アミノ酸、脂肪酸及び界面活性剤等が挙げられ、当業者に公知である。使用する安定化剤の量は、重量に基づき作用剤に対する比に基づく。アミノ酸、脂肪酸並びにシュークロース、ラクトース、マンニトール、デキストラン及びヘパリン等の炭水化物に対して、炭水化物対作用剤のモル比は、具体的には約１：１０〜２０：１である。界面活性剤Ｔｗｅｅｎ^TM及びＰｌｕｒｏｎｉｃ^TM等の界面活性剤に対しては、界面活性剤対作用剤のモル比は、具体的には約１：１０００〜１：２０である。
別の態様において、作用剤を安定化させ、微粒子からの生物学的作用剤の放出速度を調節するために、１９９４年７月２５日に出願された同時係属出願中の米国特許出願出願番号第０８／２７９，７８４号明細書、この教示は参照により本願明細書に取り込まれる、に記載のように、生物学的作用剤を金属カチオン成分とともに凍結乾燥することができる。
可溶化剤は、作用剤の溶解性を緩和させるために添加される。好適な可溶化剤としては、ポリマー又は蛋白質マトリックスからの作用剤の放出速度を調節するために用いることができるアルブミン及びプロタミン等の複合剤が挙げられる。可溶化剤対生物学的作用剤の重量比は、通常約１：９９〜２０：１である。
充填剤は、具体的には不活性材料からなる。好適な充填剤は、当業者に公知である。
さらに、ポリマーマトリックスからの生物学的作用剤の放出を調節するために、分散された金属カチオン成分を含むことができるポリマーマトリックスは、１９９４年５月３日に出願された同時係属出願中の米国特許出願出願番号第０８／２３７，０５７号明細書及び１９９５年５月３日に出願された同時係属出願中の国際出願出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９５／０５５１１号パンフレット、これらの教示は参照により本願明細書に取り込まれる、に記載されている。
さらに別の態様において、水溶性塩、糖又はアミノ酸等の少なくとも１つの孔生成剤が、微粒子の微小構造を改変するために微粒子に含まれる。ポリマー溶液に添加される孔生成剤の比率は、約１％（ｗ／ｗ）〜約３０％（ｗ／ｗ）である。本発明の非生分解性ポリマーマトリックス中に、少なくとも１つの孔生成剤が含まれることが好ましい。
図３は、本発明の方法を行なうために適する本発明の装置のさらに別の態様を示す。図３の装置は、図１の同じ要素の多くを有し、類似の要素を類似の番号で示す。この装置において、凍結セクション２０は、凍結容器２０２内に位置し、実質的に側壁１２、容器上部１４及び凍結容器底部２０４で囲まれている。抽出セクション２２は、同様に、抽出容器２０６内に位置し、実質的に側壁１２（ａ）、抽出容器上部２０８及容器底部１６で囲まれている。凍結容器２０２は、一般に前記抽出容器２０６の上方に位置している。導管２１０は、凍結容器２０２と抽出容器２０６の間に位置している。導管２１０は、凍結容器底部２０４に又は近くに位置する導管入口２１２及び抽出容器上部２０８に又は近くに位置する導管出口２１４を含む。導管２１０は、凍結セクション２０と抽出セクション２２との間での具体的には固体、液体及び気体の三相の伝達を提供する。
導管２１０は、任意に、三相流の３つの相を混合するための三相混合手段２１６を含んでもよく、それにより気相に含まれる少なくとも一部の凍結微小液滴４４を液相で捕捉し、そうすることによって換気ガスからガス出口を通る凍結微小液滴４４の損失を低下させることにより製品の収量を増加させる。好適な三相混合手段２１６は、カスケード調節装置を含み、より好ましくは、１以上の静的混合機（Model # KMR-SAN; Chemineer, Inc.等）を含む。好ましい三相混合手段２１６は、曲がった流れを提供する。より好ましくは、三相混合手段２１６は、乱流を生成するのに十分な多くの連続静的混合機要素、具体的には4つの要素からなる。
さらなる態様において、溶液源４０は、第２の混合手段（示していない）及び破砕ループ２２２を有する混合タンク２１８を含む。溶液の混合、懸濁又は乳化に対するいかなる手段も第２の混合手段に適する。第２の混合手段にとって、高剪断混合が好ましい。
破砕ループ２２２は、分散タンク２１８の底に又は近くに位置している破砕入口２２４を含み、分散タンク２１８に位置している破砕出口２２６は、一般に、破砕入口２２４の上方に上げている。また、破砕ループ２２２は、破砕入口２２４と破砕出口２２６との間に位置し、材料溶液に懸濁した粒子の大きさを小さくしたり微小化し、より細かくより良く混合した混和できない液体の乳化物を生成する破砕手段２２８も含む。好適な破砕手段２２８は、固体を直径約１μｍ又はそれ以下と約１０μｍとの間に破砕可能な手段を含む。好適な破砕手段２２８の例としては、ローター／ステーター（stater）ホモジナイザー、コロイドミル、ボールミル、サンドミル、メディアミル、高圧ホモジナイザーが挙げられる。
別の態様において、超音波プローブ、高剪断混合機又はホモジナイザーにより提供されるような破壊エネルギーの使用により、破砕は混合タンク２１８内で起こる。
分散タンク２１８及び／又は破砕ループ２２２の温度は、蛋白質又は他の熱感受性材料を含むときに、蛋白質の変性を最小にするために当該技術分野で公知の手段により具体的に調節される。
図３に示される方法において、蒸発ガス、液化ガス及び凍結微小液滴４４を凍結セクション２０から、三相を激しく混合して気相に乗って液化ガスに入り、そうすることによって収量を改良する凍結微小液滴４４をこするために三相混合手段２１６、好ましくは４つ以上の静的混合機を含む導管２１０を通して流す。
別の態様において、固体状であるか溶媒との乳化物を生成する追加の物質を含む溶液を、固体粒子を微小化、好ましくは約１〜１０μｍの直径の粒子にするために、又はさらに乳化物を混和してより小さい乳化物液滴を生成するために、ホモジナイザー等の破砕手段２２８を通して再循環させる。
溶液が懸濁粒子を有さないとき、又はより大きな懸濁粒子を所望するときは、破砕化は必要でない。
別法として、高速／高剪断混合機を第２の混合手段に用いるときのように、第２の混合手段を破砕手段として用いることができる。
図４は、本発明の方法を行なうために好適な本発明の装置のさらに別の態様を示す。図４の装置は、図１及び３と同じ要素の多くを有し、類似の要素を類似の番号で示す。この装置は、別々の凍結セクション２０をそれぞれ含有する多くの凍結容器２０２含む。該装置は、抽出セクション２２を有する１つの抽出容器２０６をも含む。別々の導管２１０により、各凍結セクション２０から抽出セクション２２へ三相伝達が提供される。各導管２１０は、別々の三相混合手段２１６を含む。
図４に示された方法において、凍結微小液滴４４を、各凍結セクション中で生成し、次いで、通常の抽出セクション２２へ移す。
本発明の方法により作製した組成物は、経口で、坐剤により、皮下、筋肉内、腹腔内、頭蓋内及び皮内に注射若しくは移植により、鼻腔内等の粘膜への投与により又は坐剤により、又はインサイチュ送達（浣腸又はエアロゾル噴霧等により）によりヒト又は他の動物に投与して、種々の医学的状態の治療のための公知のパラメーターに基づき所望の用量の生物学的作用剤を提供することができる。
均等物
当業者であれば、単なる日常的実験手法により、本明細書に記載された発明の具体的態様に対する多くの均等物を認識し、あるいは確認することができるであろう。かかる均等物は下記請求の範囲に記載されるような本発明の範疇に含まれるものである。

Claims (10)

1. 下記工程からなる、材料と溶媒との混合物の微小液滴から材料の微粒子を生成させる方法：
   ａ）液化ガスを含む凍結セクションまたは容器内に微小液滴を注ぎ、それにより微小液滴が凍結する工程；及び
   ｂ）抽出セクションまたは容器内で液体非溶媒と凍結微小液滴を接触させて、溶媒を非溶媒中へ抽出し、それにより該微粒子を生成する工程；ここで、凍結セクションと抽出セクションは内壁によって分離され、または凍結容器と抽出容器は分離されている。
2. 材料が生物学的作用剤又は安定化生物学的作用剤を含む請求項１記載の生成方法。
3. 生物学的作用剤又は安定化生物学的作用剤が、蛋白質、ペプチド、薬剤又はプロドラッグから選択される請求項２記載の方法。
4. 該生物学的作用剤が、イムノグロブリン様蛋白質、インターロイキン、インターフェロン、エリスロポエチン、抗体、サイトカイン、ホルモン、抗原、成長因子、ヌクレアーゼ、腫瘍壊死因子、コロニー刺激因子、インシュリン、酵素、癌抑制遺伝子、アンチセンス分子、抗生物質、ステロイド、うっ血除去剤、神経作用剤、麻酔薬、鎮静薬、心臓血管剤、抗癌剤、抗腫瘍剤、抗ヒスタミン剤及びビタミンからなる群より選ばれたものである請求項２記載の生成方法。
5. 該材料がさらにポリマーを含む請求項２記載の生成方法。
6. 該ポリマーが、ポリ（ラクチド）、ポリ（グリコリド）、ポリ（ラクチド−コ−グリコリド）、ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリカーボネート、ポリエステルアミド、ポリ無水物、ポリ（アミノ酸）、ポリオルトエステル、ポリアセタール、ポリシアノアクリレート、ポリエーテルエステル、ポリカプロラクトン、ポリ（ジオキサノン）、ポリ（アルキレンアルキレート）、ポリウレタン、それらの混和物及びそれらのコポリマーからなる群より選ばれたものである請求項５記載の生成方法。
7. 工程（ａ）の温度が、工程（ｂ）の温度よりも低い請求項１記載の生成方法。
8. 液化ガスが、凍結セクション又は容器内へ噴霧される請求項１記載の生成方法。
9. 微小液滴が、材料の混合物を凍結セクション又は容器内へ噴霧することにより生成される請求項１記載の生成方法。
10. 凍結微小液滴が、凍結セクション又は容器の底に集められ、抽出セクション又は容器へ注がれる請求項１記載の生成方法。

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