JP6308679B2 - 粘膜浸透が増強されたかまたは炎症が低減されたナノ粒子 - Google Patents
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Description
本発明は、ナノ粒子、特に、粘液(例えば、ヒト粘液)に迅速に浸透するナノ粒子、およびこれを作製および使用するための方法の分野にある。
生分解性ナノ粒子を介した治療剤の局所送達は、しばしば、全身薬物投与を超える利点(低下した全身性副作用および標的部位における制御された薬物レベルが挙げられる)を提供する。しかし、粘膜表面における制御された薬物送達は、保護粘液層の存在によって制限されてきた。
1種以上のコアポリマー、1種以上の表面改変物質、および1種以上の低分子量乳化剤のエマルジョンによって形成されるナノ粒子が、開発された。上記粒子は、上記1種以上のコアポリマーを有機溶媒に溶解する工程、上記1種以上のコアポリマーの溶液を、上記乳化剤の水性溶液もしくは懸濁物に添加して、エマルジョンを形成する工程、次いで、上記エマルジョンを、上記乳化剤の第2の溶液もしくは懸濁物に添加して、上記ナノ粒子の形成をもたらす工程によって作製される。上記コアおよび乳化剤は、別個であってもよいし、一緒に結合体化されてもよいし、上記表面改変物質の1個以上のブロックを含むブロックコポリマーの形態にあってもよい。好ましい実施形態において、上記表面改変物質は、約1kD〜約10kD、好ましくは、約1kD〜約5kD、より好ましくは、約5kDの分子量を有するポリエチレングリコールである。この実施形態において、上記ポリエチレングリコールの密度は、1H NMRによって測定される場合、約1〜約100鎖/nm2、好ましくは、約1〜約50鎖/nm2、より好ましくは、約5〜約50鎖/nm2、最も好ましくは、約5〜約25鎖/nm2である。
したがって、本発明は、以下の項目を提供する:
(項目1)
1種以上のコアポリマー、1種以上の表面改変物質、および1種以上の低分子量乳化剤のエマルジョンによって形成される、ナノ粒子。
(項目2)
上記表面改変物質は、....項目1に記載のナノ粒子。
(項目3)
上記コアポリマーおよび上記表面改変物質は、別個の成分である、項目1に記載のナノ粒子。
(項目4)
上記表面改変物質は、上記コアポリマーに共有結合される、項目1に記載のナノ粒子。
(項目5)
上記コアポリマーは、上記表面改変物質の1個以上のブロックを含むブロックコポリマーである、項目3に記載のナノ粒子。
(項目6)
上記コアポリマーは、上記コアポリマーの一方の末端において共有結合された上記表面改変物質の単一のブロックを含む、項目4に記載のナノ粒子。
(項目7)
上記コアポリマーは、上記表面改変物質に共有結合されていない1種以上のポリマーをさらに含む、項目1、3、4、または5のいずれか1項に記載のナノ粒子。
(項目8)
上記表面改変物質に共有結合されていない上記1種以上のポリマーは、上記1種以上のコアポリマーと同じ化学組成を有する、項目6に記載のナノ粒子。
(項目9)
上記表面改変物質は、ポリエチレングリコールである、項目1〜7のいずれか1項に記載のナノ粒子。
(項目10)
上記ポリエチレングリコールの分子量は、約1kD〜約10kD、好ましくは、約1kD〜約5kD、より好ましくは、約5kDである、項目8に記載のナノ粒子。
(項目11)
上記ポリエチレングリコールの密度は、 1 H NMRによって測定される場合、約1鎖/nm 2 〜約100鎖/nm 2 、好ましくは、約1鎖/nm 2 〜約50鎖/nm 2 、より好ましくは、約5鎖/nm 2 〜約50鎖/nm 2 、最も好ましくは、約5鎖/nm 2 〜約25鎖/nm 2 である、項目9または10に記載のナノ粒子。
(項目12)
上記1種以上の乳化剤の分子量は、1500amu、1300amu、1200amu、1000amu、800amu、600amuもしくは500amu未満である、項目1〜11のいずれか1項に記載のナノ粒子。
(項目13)
上記1種以上の乳化剤は、中性か、正に荷電されているか、負に荷電されているか、もしくはこれらの組み合わせである、項目12に記載のナノ粒子。
(項目14)
上記1種以上の低分子量乳化剤は、コール酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、サポニン、TWEEN 20、TWEEN 80、および糖エステルからなる群より選択される、項目13に記載のナノ粒子。
(項目15)
上記1種以上の表面改変物質は、上記1種以上の乳化剤を入れる場合に、上記粒子の表面電荷を中性もしくは本質的に中性にするために有効な量において存在する、項目13に記載のナノ粒子。
(項目16)
上記1種以上の乳化剤は、少なくとも約50%、好ましくは、少なくとも55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%もしくは95%の乳化能力を有する、項目1〜15のいずれか1項に記載のナノ粒子。
(項目17)
1種以上の治療剤、予防剤、もしくは診断剤をさらに含む、項目1〜16のいずれか1項に記載のナノ粒子。
(項目18)
項目1〜17のいずれか1項に記載のナノ粒子および1種以上の薬学的に受容可能なキャリアを含む、薬学的組成物。
(項目19)
1種以上の治療剤、予防剤、および/もしくは診断剤をそれを必要とする患者に投与する方法であって、上記方法は、有効量の項目1〜17のいずれか1項に記載の粒子を投与する工程を包含する、方法。
(項目20)
上記粒子は、経腸的に、非経口的に、もしくは局所的に投与される、項目19に記載の方法。
(項目21)
1種以上の治療剤、予防剤、もしくは診断剤をそれを必要とする患者に投与する方法であって、上記方法は、有効量の項目1〜16のいずれか1項に記載の粒子を投与する工程を包含する、方法。
(項目22)
上記粒子は、非経口的に投与される、項目21に記載の方法。
(項目23)
上記粒子は、静脈内注射、皮下注射、筋肉内注射、もしくは腹腔内注射によって投与される、項目22に記載の方法。
(項目24)
上記粒子は、結膜下に投与される、項目22に記載の方法。
(項目25)
上記粒子は、局所投与される、項目21に記載の方法。
(項目26)
上記粒子は、眼もしくはその区画に局所適用される、項目25に記載の方法。
(項目27)
上記粒子は、気道に、鼻内に、膣内に、直腸に、もしくは口内に投与される、項目25に記載の方法。
(項目28)
項目1〜17のいずれか1項に記載の粒子を作製する方法であって、上記方法は、有機溶媒中で1種以上のコアポリマーを溶解させる工程、上記1種以上のコアポリマーの溶液を乳化剤の水性溶液もしくは懸濁物に添加して、エマルジョンを形成する工程、および上記エマルジョンを上記乳化剤の第2の溶液もしくは懸濁物に添加して、上記ナノ粒子の形成をもたらす工程を包含する、方法。
(項目29)
項目28に記載の方法から調製されるナノ粒子。
I.定義
「ナノ粒子」とは、本明細書で使用される場合、一般に、約1nmから最大で(しかし含む)約1ミクロンまで、より好ましくは、約5nm〜約500nm、最も好ましくは、約5nm〜約100nmの直径を有する任意の形状の粒子をいう。球形状を有するナノ粒子は、一般に、「ナノスフェア」といわれる。
A.コアポリマー
生体適合性ポリマーの任意の数が、上記ナノ粒子を調製するために使用され得る。一実施形態において、上記生体適合性ポリマーは、生分解性である。別の実施形態において、上記粒子は、非分解性である。他の実施形態において、上記粒子は、分解性粒子および非分解性粒子の混合物である。
シクロデキストリン含有ポリマー、特に、カチオン性シクロデキストリン含有ポリマー(例えば、米国特許第6,509,323号に記載されるもの)、
ラクトンから調製されるポリマー(例えば、ポリ(カプロラクトン)(PCL))、ポリヒドロキシ酸およびそのコポリマー(例えば、ポリ(乳酸)(PLA)、ポリ(L−乳酸)(PLLA)、ポリ(グリコール酸)(PGA)、ポリ(乳酸−co−グリコール酸)(PLGA)、ポリ(L−乳酸−co−グリコール酸)(PLLGA)、ポリ(D,L−ラクチド)(PDLA)、ポリ(D,L−ラクチド−co−カプロラクトン)、ポリ(D−ラクチド−co−カプロラクトン−co−グリコリド)、ポリ(D,L−ラクチド−co−PEO−co−D,L−ラクチド)、ポリ(D,L−ラクチド−co−PPO−co−D,L−ラクチド)、およびこれらのブレンド)、
ポリアルキルシアノアクリレート(polyalkyl cyanoacralate)、
ポリウレタン、
ポリアミノ酸(例えば、ポリ−L−リジン(PLL)、ポリ(吉草酸)、およびポリ−L−グルタミン酸)、
ヒドロキシプロピルメタクリレート(HPMA)、
ポリ無水物、
ポリエステル、
ポリオルトエステル、
ポリ(エステルアミド)、
ポリアミド、
ポリ(エステルエーテル)、
ポリカーボネート、
ポリアルキレン(例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン)、
ポリアルキレングリコール(例えば、ポリ(エチレングリコール)(PEG)、ポリアルキレンオキシド(PEO))、
ポリアルキレンテレフタレート(例えば、ポリ(エチレンテレフタレート)、エチレンビニルアセテートポリマー(EVA))、
ポリビニルアルコール(PVA)、
ポリビニルエーテル、
ポリビニルエステル(例えば、ポリ(ビニルアセテート))、
ポリビニルハライド(例えば、ポリ(ビニルクロリド)(PVC)、ポリビニルピロリドン、ポリシロキサン)、
ポリスチレン(PS)、
誘導体化セルロースを含むセルロース(例えば、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、セルロースエーテル、セルロースエステル、ニトロセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、およびカルボキシメチルセルロース)、
アクリル酸のポリマー(例えば、ポリ(メチル(メタ)アクリレート)(PMMA)、ポリ(エチル(メタ)アクリレート)、ポリ(ブチル(メタ)アクリレート)、ポリ(イソブチル(メタ)アクリレート)、ポリ(ヘキシル(メタ)アクリレート)、ポリ(イソデシル(メタ)アクリレート)、ポリ(ラウリル(メタ)アクリレート)、ポリ(フェニル(メタ)アクリレート)、ポリ(メチルアクリレート)、ポリ(イソプロピルアクリレート)、ポリ(イソブチルアクリレート)、ポリ(オクタデシルアクリレート)(まとめて「ポリアクリル酸」といわれる))、
ポリジオキサノンおよびそのコポリマー、
ポリヒドロキシアルカノエート、
ポリプロピレンフマレート、
ポリオキシメチレン、
ポロキサマー、
ポリ(酪酸)、
トリメチレンカーボネート、ならびに
ポリホスファゼン。
上記ナノ粒子は、好ましくは、1種以上の表面改変剤もしくは表面改変物質で被覆されるかもしくはこれらを含む。「表面改変剤」とは、本明細書で使用される場合、上記表面に関する粒子の1種以上の特性(親水性(例えば、上記粒子をより親水性にするかより疎水性にする)、表面電荷(例えば、上記表面を中性もしくはほぼ中性にまたはより負にもしくは正にする)が挙げられる)を改変し、そして/または粘液のような、体液および/もしくは組織におけるもしくはこれらを通っての輸送を増強する作用物質もしくは物質をいう。いくつかの実施形態において、上記表面改変物質は、直接的な治療効果(例えば、炎症の低下)を提供する。
ナノ粒子上のポリ(エチレングリコール)(PEG)の表面密度は、インビボでのそれらの成功裏の適用を決定するにあたって重要なパラメーターである。粘膜表面への薬物の制御された送達は、保護粘液層が存在することが原因で難題であり、上記粘液浸透粒子は、粘膜表面における改善された薬物分布(drag distribution)、保持および効力における見込みを示す。生分解性ナノ粒子上のPEGの密な被覆は、粘液構成要素とナノ粒子との間の大いに低下した接着相互作用が原因で、粘液を通っての迅速な浸透を可能にし得る。しかし、上記表面PEG密度をどのように最適に制御し、インビボ適用のための生分解性粘液浸透ナノ粒子をどのように調製するかは、なお未知のままである。
本明細書で記載される粒子は、乳化剤(特に、低分子量乳化剤)を含む。上記乳化剤は、粒子形成の間に上記粒子へと組み込まれ、従って、仕上げられた粒子の成分である。上記乳化剤は、上記粒子内に被包され得るか、上記ポリマーマトリクス内に全てもしくは一部分散され得る(例えば、上記乳化剤の一部が上記ポリマーマトリクスから拡がる)か、そして/または上記粒子の表面と(例えば、共有結合的にもしくは非共有結合的に)会合される。
乳化能力=ナノ粒子の重量/(ナノ粒子の重量+凝集した粒子の重量)×100% 。
1.治療剤
いくつかの実施形態において、上記粒子は、1種以上の治療剤を、その中に被包したか、その中に分散させたか、そして/または粒子の表面と共有結合もしくは非共有結合している。上記治療剤は、低分子、タンパク質、ポリサッカリドもしくはサッカリド、核酸分子および/または脂質であり得る。
低分子治療剤の例示的クラスとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない:鎮痛剤、抗炎症薬、解熱剤、抗鬱剤、抗癲癇剤、抗精神病剤(antiopsychotic agent)、神経保護剤、抗増殖剤(例えば、抗癌剤)、抗感染症剤(例えば、抗菌剤および抗真菌剤)、抗ヒスタミン剤、抗片頭痛薬、抗ムスカリン剤、抗不安薬、鎮静剤、催眠剤(hypnotics)、抗精神病剤、気管支拡張剤、抗喘息薬、心血管薬、コルチコステロイド、ドパミン作用剤、電解質、胃腸薬、筋弛緩剤、栄養剤(nutritional agent)、ビタミン、副交感神経作用剤、興奮剤、食欲抑制剤および抗ナルコレプシー剤(anti−narcoleptics)。
いくつかの実施形態において、上記作用物質は、1種以上の核酸である。上記核酸は、内因性核酸配列を変化させ得るか、矯正し得るか、または置換し得る。上記核酸は、癌を処置するために、他の肺疾患および肺機能に影響を及ぼす代謝病における遺伝子、パーキンソンおよびALSの処置のためのもののような遺伝子(ここで上記遺伝子は、鼻送達を介して脳に達する)の欠損を矯正するために使用される。
・正常な遺伝子を、機能しない遺伝子を置換するために、ゲノム内の非特異的位置へと挿入し得る。このアプローチは、最も一般的である。
・異常な遺伝子を、相同組み換えを介して正常な遺伝子に交換し得る。
・異常な遺伝子を、上記遺伝子をその正常な機能に戻す選択的復帰変異を介して修復し得る。
・特定の遺伝子の調節(遺伝子のスイッチを入れたり遺伝子のスイッチを消す程度)を、変化させ得る。
例示的診断物質としては、常磁性分子、蛍光化合物、磁性分子、および放射性核種が挙げられる。適切な診断剤としては、以下が挙げられるが、これに限定されない:x線画像化剤および造影剤。放射性核種はまた、画像化剤として使用され得る。他の適切な造影剤の例としては、ガスもしくはガス放出化合物(これらは、放射線不透過性である)が挙げられる。ナノ粒子は、投与される粒子の位置を決定するために有用な作用物質をさらに含み得る。この目的で有用な作用物質としては、蛍光タグ、放射性核種および造影剤が挙げられる。
1.表面電荷および粒度
粘液を介したそれらの拡散を容易にするために、本明細書で記載されるナノ粒子は、代表的には、ほぼ中性の表面電荷を有する。特定の実施形態において、上記ナノ粒子は、約10mV〜約−10mVの間、好ましくは、約5mV〜約−5mVの間、好ましくは、約3mV〜約−3mVの間、より好ましくは、約2mV〜約−2mVの間のζ電位を有する。上記で考察されるように、本明細書で記載される粒子は、1種以上の低分子量乳化剤を含む。上記乳化剤は中性であり得、この場合、上記乳化剤は、上記粒子の表面電荷に対してほとんどもしくは全く影響を有しない。しかし、ある場合において、上記乳化剤は、正に荷電しているかもしくは負に荷電している。これら実施形態において、上記表面改変物質(例えば、PEG)は、上記正に荷電したもしくは負に荷電した乳化剤を保護し、効率的に中性の表面を生じるコロナを形成するために十分な密度において存在しなければならない。
いくつかの実施形態において、上記粒子は、粘膜への薬物送達のために粘液に浸透するように投与される。本明細書で記載される粒子は、粘液を通っての輸送を増強し得る表面改変物質を含む。例えば、PEG含有ブロックコポリマーは、密で、粘液不活性PEG被覆を、上記乳化法によって形成されるエマルジョン液滴の表面上に形成するように自己集合し得るが、低分子量(MW)乳化剤が従来のより高分子量のもしくは高分子量乳化剤(例えば、PVA)の代わりに使用され得る場合に限る。上記低MW乳化剤は、高MW乳化剤で調製したナノ粒子と比較して、1sの時間スケールにおいて、CVMにおけるナノ粒子の平均二乗変位(<MSD>)で平均して、数千倍もの増大を生じた。
本明細書で記載される処方物は、粘膜表面への投与のために適した薬学的キャリア中の有効量のナノ粒子を含む。上記処方物は、非経口的に(例えば、注射もしくは注入によって)、局所的に(例えば、眼に)、もしくは肺投与を介して、投与され得る。
薬学的処方物および患者への活性作用物質の肺投与のための方法は、当該分野で公知である。
乾燥粉末処方物は、肺投与に適したナノ粒子キャリアを含む微細に分割された固体処方物である。乾燥粉末処方物は、最低でも、1種以上の肺投与に適したナノ粒子キャリアを含む。このような乾燥粉末処方物は、空気もしくは適切な噴霧体以外のいかなるキャリアの恩恵を受けずとも、肺吸入を介して患者に投与され得る。
Exosurf − DPPCとヘキサデカノールおよび拡散剤(spreading agent)として添加されるチロキサポールとの混合物
Pumactant(人工肺拡張化合物(Artificial Lung Expanding Compound)もしくはALEC)−DPPCとPGとの混合物
KL−4 − DPPC、パルミトイル−オレオイルホスファチジルグリセロール、およびパルミチン酸から構成され、SP−Bの構造特性を模倣する21アミノ酸合成ペプチドと組み合される。
Venticute − DPPC、PG、パルミチン酸および組換えSP−C 。
Alveofact − ウシ肺洗浄液から抽出される
Curosurf − 切り刻んだブタ肺に由来する材料から抽出される
Infasurf − 仔ウシ肺洗浄液から抽出される
Survanta − 切り刻んだウシ肺からさらにDPPC、パルミチン酸およびトリパルミチンで抽出される
Exosurf、Curosurf、Infasurf、およびSurvantaは、米国において現在FDAが使用を承認している界面活性剤である。
液体処方物は、液体薬学的キャリア中に懸濁された1以上のナノ粒子キャリアを含む。
上記乾燥粉末処方物および液体処方物は、肺投与のためのエアロゾル処方物を形成するために使用され得る。治療剤を気道へ送達するためのエアロゾルは、当該分野で公知である。用語エアロゾルは、本明細書で使用される場合、気体に懸濁される固体粒子もしくは液体粒子の微細な霧の任意の調製物をいう。いくつかの場合において、上記気体は、噴霧体であり得る;しかし、これは、必要ではない。エアロゾルは、多くの標準的技術(超音波処理もしくは高圧処理として含まれる)を使用して生成され得る。
いくつかの場合において、デバイスは、上記処方物を肺へ投与するために使用される。適切なデバイスとしては、乾燥粉末吸入器、加圧式定量噴霧吸入器、ネブライザ、および電気流体力学式エアロゾルデバイス(electrohydrodynamic aerosol device)が挙げられるが、これらに限定されない。
上記の乾燥粉末処方物は、乾燥粉末吸入器(DPI)を使用して患者の肺に投与され得る。DPIデバイスは、代表的には、容器内部の乾燥粉末の雲状物(cloud)を作るために、ガスの噴出のような機構を使用し、次いで、これは、上記患者によって吸入され得る。
上記の液体処方物は、加圧式定量噴霧吸入器(pMDI)を使用して患者の肺に投与され得る。
上記の液体処方物はまた、ネブライザを使用して投与され得る。ネブライザは、上記の液体処方物、通常は、水性ベースの組成物を、小さな液滴の霧もしくは雲状物(好ましくは、下気道へと吸入され得る5ミクロン未満の空気力学的質量中央粒子径を有する)へと変換する液体エアロゾル生成器である。このプロセスは、霧化といわれる。上記液滴は、上記エアロゾルの雲状物が吸入される場合に、上記1種以上の活性作用物質を、鼻、上気道もしくは肺深部へと運ぶ。ネブライザの任意のタイプが上記処方物を患者に投与するために使用され得る(空気式(ジェット)ネブライザおよび電気機械式ネブライザが挙げられるが、これらに限定されない)。
上記の液体処方物はまた、電気流体力学式(EHD)エアロゾルデバイスを使用して投与され得る。EHDエアロゾルデバイスは、電気エネルギーを使用して、液体薬物溶液もしくは懸濁物をエアロゾルにする。EHDエアロゾルデバイスの例は、当該分野で公知である。例えば、米国特許第4,765,539号(Noakes et al.)および同第4,962,885号(Coffee, R.A.)を参照のこと。
いくつかの実施形態において、上記ナノ粒子は、溶液もしくは懸濁物の形態において、非経口送達(例えば、注射もしくは注入)のために処方される。上記処方物は、任意の経路(例えば、血流)を介して、もしくは処置される器官もしくは組織へと直接投与され得る。いくつかの実施形態において、上記ナノ粒子は、眼への非経口投与のために処方される。
さらに他の実施形態において、上記ナノ粒子は、粘膜への局所投与のために処方される。局所投与のための適切な投与形態としては、クリーム剤、軟膏剤、膏薬、スプレー、ゲル、ローション剤、エマルジョン、液剤、および経皮パッチが挙げられる。上記処方物は、経粘膜投与、経上皮投与、経内皮投与、もしくは経皮投与のために処方され得る。上記組成物は、1種以上の化学浸透増強剤、膜透過性剤、膜輸送剤、皮膚軟化剤、界面活性剤、安定化剤、およびこれらの組み合わせを含む。
「親水性」とは、本明細書で使用される場合、水と容易に相互作用する強力な極性基を有する物質に言及する。
適切な経口投与形態としては、錠剤、カプセル剤、液剤、懸濁物、シロップ剤、およびロゼンジが挙げられる。錠剤は、当該分野で周知の圧縮もしくは成形技術を使用して作製され得る。ゼラチンカプセル剤もしくは非ゼラチンカプセル剤は、硬質もしくは軟質のカプセル殻として調製され得、これらは、当該分野で周知の技術を使用して、液体、固体、および半固体の充填物質を被包し得る。
ナノ粒子を作製するための技術は、当該分野で公知であり、溶媒エバポレーション、溶媒除去、噴霧乾燥、相転換法(phase inversion)、低温キャスティング、およびナノ沈殿が挙げられるが、これらに限定されない。粒子処方の適切な方法は、以下に簡潔に記載される。
この方法において、上記ナノ粒子遺伝子キャリアのポリマー成分は、揮発性有機溶媒(例えば、塩化メチレン)に溶解される。次いで、上記ポリマー−薬物結合体を含む有機溶液は、表面活性作用物質(例えば、ポリ(ビニルアルコール))を含む水性溶液に懸濁される。得られたエマルジョンは、上記有機溶媒の大部分がエバポレートされ、固体ナノ粒子が残るまで撹拌される。得られたナノ粒子は、水で洗浄され、凍結乾燥機中で一晩乾燥される。種々のサイズおよび形態を有するナノ粒子は、この方法によって得られ得る。
この方法において、上記ナノ粒子遺伝子キャリアの成分は、適切な溶媒中に分散もしくは溶解される。次いで、この混合物は、有機性油(例えば、シリコーン油)中で撹拌して、エマルジョンを形成することによって懸濁される。固体粒子は、上記エマルジョンから形成し、これは、その後、上記上清から単離され得る。
この方法において、上記ナノ粒子遺伝子キャリアの成分は、適切な溶媒中に分散もしくは溶解される。上記溶液は、圧縮ガスの流れによって駆動される微粉化ノズルを介してポンプ輸送され、得られたエアロゾルは、加熱された空気旋風の中に懸濁され、上記溶媒が上記微小液滴からエバポレートされ、粒子を形成することを可能にする。
この方法において、上記ナノ粒子遺伝子キャリアの成分は、「良好な」溶媒中に分散もしくは溶解され、上記溶液は、上記ナノ粒子遺伝子キャリアのポリマー成分のための強力な非溶媒(non solvent)へと注がれて、好都合な条件下でナノ粒子を自発的に生成する。
ナノ粒子を非常に低温でキャスティングするための方法は、米国特許第5,019,400号(Gombotz et al.)に記載されている。この方法において、ナノ粒子遺伝子キャリアの成分は、溶媒中に分散もしくは溶解される。次いで、上記混合物は、上記ナノ粒子遺伝子キャリアの成分がごく小さな液滴として凍結する上記溶液の凝固点未満の温度において液体非溶媒を含む容器の中へと霧化される。上記液滴および上記成分のための非溶媒が加温されるにつれて、上記液滴中の溶媒は解凍し、上記非溶媒の中へと抽出され、上記ナノ粒子を硬くする。
この方法において、1種以上の核酸を含む溶液は、上記ナノ粒子遺伝子キャリアのポリマー成分を含む溶液へと滴下される。上記核酸がカチオン性ポリマーによって複合体化されるにつれて、ナノ粒子は、溶液から沈殿する。得られたナノ粒子は、例えば、濾過もしくは遠心分離によって溶液から単離され、洗浄され、凍結乾燥機を使用して乾燥される。
本明細書で記載されるデータは、粘膜薬物送達適用のために上記乳化法によって調製された粘液浸透ナノ粒子の多くの潜在的利点を強調する。第1に、主に使用される乳化剤PVAは、上記乳化法による類似の薬物被包で生分解性ナノ粒子を調製するために低MW乳化剤で置換され得る。上記ナノ粒子は、高い薬物負荷(例えば、クルクミンのような疎水性薬物についての5%より高い、および生体分子についての10%より高い)を示す。上記表面改変物質(例えば、PEG)は、目的の部位への上記ナノ粒子の送達を増強し得る。なぜならそれは、インビボで流体および物質を介する輸送を増強し得る中性もしくはほぼ中性の表面電荷を作り出すからである。
コール酸ナトリウム塩、TWEEN(登録商標)20、TWEEN(登録商標)80、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム(DSS)、Polyoxyl 35水素化ひまし油(Cremophor EL)およびD−α−トコフェロールポリエチレングリコール1000(ビタミンE−TPGS)を、Sigma(St.Louis,MO)から購入した。
(I3.65/4)/(I4.83/2)−(MWPEG/44)/(MWGA/58)
(I3.65/4)/(I5.22/1)=(MWPEG/44)/(MWLA/72)
MWPLGA−PAG=MWPEG+(MWGA+MWLA)、ここでMWPEGは、1kDa、2kDa、5kDaおよび10kDaである。
(I3.65/4)/(I5.22/1)=(MWPEG/44)/(MWLA/72)
MWPLA−PEG=MWPEG+MWLA;
(I3.65/4)/((I4.06+I2.31)/4)=(MWPEG/44)/(MWCL/114)
MWPCL−PEG=MWPEG+MWCL、
ここでMWPEGは、5kDaであり、I4.06およびI2.31は、それぞれ、4.06ppmおよび2.31ppmでのPCLからのピークの積分強度である。
[b] 上記ブロックコポリマー中のPEG含有量を、1H NMRによって決定した。
[c] PLGA−PEG分子量(Mn)を、5.22ppm(ラクチドの−CH−)、1.59ppm(ラクチドの−CH3)、4.83ppm(グリコリドの−CH2−)および3.65ppm(PEGの−CH2CH2−)における積分の比較を介する1H NMRによって、およびPEGの既知のMnを考慮に入れることによって決定した。PCL−PEGに関しては、4.06ppm(−O−CH2−)および2.31ppm(−CH2−CO−)での積分を分析した。
[d] Mn、Mwおよび多分散性(PDI)を、GPCによって測定した。
[e] PLGA−PEG10kDaナノ粒子を、PLGA15kDaとPLGA−PEG10kDa(21.6% PEG含有量)とのブレンドから作製したところ、ナノ粒子における全体PEG含有量は、6wt%であった。
材料および方法
生分解性ナノ粒子を、R. C. Mundargi et al, J. Control. Release 125, 193 (2008)、M. Li et al., Int. J. Pharm. 363, 26 (2008)、C. E. Astete and C. M. Sabliov, J. Biomater. Sci. Polymer Ed. 17, 247 (2006)、およびR. A. Jain, Biomaterials, 21, 2475 (2000)に記載されるとおりのo/w一重エマルジョンもしくはw/o/w二重エマルジョン法のいずれかによって調製した。
PLGA−PEGナノ粒子を、種々の目標PEG含有量(0wt%、2wt%、3wt%、5wt%、8wt%、10wt%および25wt%、PLGA、PLGA−PEG2%、PLGA−PEG3%、PLGA−PEG5%、PLGA−PEG8%、PLGA−PEG10%およびPLGA−PEG25%といわれる)で乳化を使用して調製した。PEG分子量5kDaを選択した。なぜなら、同じPEG含有量において、1kDa〜10kDaの範囲のPEGを有する6wt% PLGA−PEG ナノ粒子は全て、粘液に迅速に浸透し得るからである。上記目標PEG含有量を、ナノ粒子の調製の間にPLGAおよびPLGA−PEGの比を変化させることによって制御した。ナノ粒子の粒度を、ポリマー濃度および乳化手順を調整することによって約100nmへと制御したところ、全てのナノ粒子は、動的光散乱の下で小さな多分散性指数(0.1未満)を有する単分散した直径を示した。上記ナノ粒子を、TEM研究に基づいて球状に形作り、最高の目標PEG含有量を有するPLGA−PEG25% ナノ粒子が、粒子境界において低い対比(contrast)を示した。これはおそらく、表面に位置したより低い電子密度PEGの高い含有量から生じた。
表2は、上記のように調製された粒子の特徴を示す。
[b] 輸送速度はまた、時間スケールプロットに対する両対数MSDの傾きαによって示され得る(α=1は、妨げられていないブラウン輸送(Brownian transport)を表すのに対して、より小さいαは、粒子運動への増大した障害物を示す)。
[c] 粘液における集合平均拡散係数(Dm)をナノ粒子に関して水(Dw)と比較した比および有効拡散率値を、1sの時間スケールで計算した。
データは、平均±SDである。
[b] PEG密度/完全表面被覆率[Γ/Γ*]。完全マッシュルーム型被覆率[Γ*]は、100nm2あたりの拘束されていないPEG分子の個数を表す(値<1は、低PEG密度を有するマッシュルーム型被覆率を示すのに対して、>1は、ブラシ状の状況を表す;上記値>>1の場合は、非常に高いPEG密度を有する密なブラシ型の状況を表す)。
データ(平均±SD)は、サンプルの少なくとも3つの異なるバッチの平均である。
材料および方法
Alexa Fluor 555カダベリン(AF555)を、ポリマーに化学的に結合体化させた。ナノ粒子を、乳化を使用して調製した。代表的には、PLGA−PEG5kおよびAF555標識PLGA−PEG5kの混合物(合計50mg)を、1mL ジクロロメタン(DCM)中に溶解した。その油相を、超音波処理(VibraCell, Sonics & Materials Inc., Newtown, CT)下で、30% 振幅において2分間にわたって氷水バスの中で1% 乳化剤を含む5mL 水性溶液の中に注いで、水中油型エマルジョンを形成した。
種々の分子量のPEG(約6wt% PEG含有量)から調製されたナノ粒子の特性を、表5に示す。
[b] PEG密度 対 完全表面被覆率の比[Γ/Γ*]。完全表面被覆率[Γ*]は、100nm2表面を完全に被覆するために必要とされる拘束されていないPEG分子の理論数を示す([Γ/Γ*]<1は、低い表面PEG密度を有するマッシュルーム型の状況を示すのに対して、>1は、高い表面PEG密度を有するブラシ型の状況を示す)。
材料および方法
クルクミンを、モデル疎水性薬物として選択した。これは、DCM中のポリマーで溶解した。手順は、負荷されていないナノ粒子の調製のためのものに類似した。調製したクルクミン−ナノ粒子は、クルクミンの内因性蛍光が原因で、粘液中で可視化され得る。
クルクミンナノ粒子およびBSAナノ粒子に関する目標薬物負荷は、それぞれ、9.1%および16.7%であった。
材料および方法
PLGA−PEG5k(MW 約83kDa)を、モデルポリマーとして使用し、DCM中に50mg/mLにおいて溶解した。DCM中のPLGA−PEG5kの0.5ml溶液を、30% 振幅での超音波処理下で1%(w/v) 乳化剤を含む5ml水相に添加して、上記と同じ方法を使用してエマルジョンを調製した。その形成されたエマルジョンを、さらに20mlの1% 乳化剤溶液へと700rpmで3時間にわたる磁性撹拌下で添加した。各乳化剤の乳化能力を、凝集した粒子の形成を妨げるその能力によって見積もった。凝集した粒子を、500gにおいて20分間にわたる遠心分離によって集め、上清中に残っているナノ粒子を、30,000gにおいて25分間の遠心分離によって集めた。ナノ粒子 対 凝集した粒子の重量比を計算し、上記乳化剤の乳化能力を概算するための指標として使用した。
ナノ粒子の直径およびξ電位(表面電荷)を、Zetasizer Nano ZS90を使用して測定した。ナノ粒子を、10mM NaCl溶液中に再懸濁した。TEMサンプルを、TEMグリッド上にナノ粒子の希釈懸濁物を滴下することによって調製し、風乾させた。粒子形態を、H7600透過型電子顕微鏡(Hitachi, Japan)を使用して特徴づけた。
ナノ粒子中のクルクミンの被包効率を、DMSO中に凍結乾燥ナノ粒子を溶解し、430nmの吸光度をBiotek Synergy MXプレートリーダーを使用して測定することによって測定した。薬物含有量を、クルクミン較正曲線(濃度範囲0〜50μg/ml)に対して比較することによって決定した。同じポリマー濃度におけるDMSO中のブランクナノ粒子の吸光度を、差し引いた。BSA−FITCの被包効率を、アルカリ消化の後に分析した。既知の量の凍結乾燥ナノ粒子は、1M 水酸化ナトリウム中で完全な加水分解を受けた。得られた溶液を、490nm励起波長および525nm発光波長においてBiotek Synergy MXプレートリーダーを使用して分析した。同じ処理条件において同じ量のポリマーおよび漸増量のBSA−FITCを含む標準溶液を調製した。上記ナノ粒子中のBSAの量を、BSA−FITC較正曲線に対する比較によって決定した。
種々の乳化剤についての結果を、表7に示す。
[b] 薬物被包効率(EE%)は、理論的薬物負荷と比較した最終薬物負荷の比を表す。
ナノ粒子上の表面PEG密度を、400MHzにおいてBruker 400 REM機器を使用する1H NMRによって決定した。緩和時間を10sに設定し、ZGを90°に設定した。種々のPEG含有量を有するナノ粒子を、0.5% CHA D2O溶液中に直接調製し、D2O中に1H NMR分析のための内部標準物質として1wt% 3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸、ナトリウム塩を懸濁した。
[b] PEG密度/全表面被覆率[Γ/Γ*]。完全マッシュルーム型被覆率[Γ*]は、100nm2あたりの拘束されていないPEG分子の個数を意味する(<1は、低PEG密度を有するマッシュルーム型被覆率を示すのに対して、>1は、ブラシ型の状況を表し;値>>1である場合、非常に高いPEG密度を有する密なブラシ型の状況を表す)。
データ(平均±SD)は、サンプルの少なくとも3つの異なるバッチの平均である。
材料および方法
ヒト頚膣粘液(CVM)を集めた。簡潔には、正常膣細菌叢を有する女性の希釈していないヒト頚膣分泌物を、Institutional Review Board of the Johns Hopkins Universityによって承認されたプロトコルに従って、自己サンプリング月経収集デバイスを使用して得た。上記デバイスを、膣の中へと60sにわたって挿入し、取り出し、50ml 遠心分離管の中に入れ、1000rpmにおいて2分間にわたって遠心分離にかけて、上記分泌物を集めた。
乳化によって調製されたCHAおよびPVAを含むPLA−PEGナノ粒子およびPCL−PEGナノ粒子のヒトCVMの輸送の比較を、図1a〜hに示す。図1aおよび図1bは、CHAおよびPVAを含むPLA−PEGナノ粒子およびPCL−PEGナノ粒子の代表的軌跡を示す。図1cおよび図Idは、時間スケールの関数として、集合平均化した幾何平均二乗変位(<MSD>)を示すグラフである。図1eおよび図1fは、1sの時間スケールにおける個々の粒子有効拡散率(Deff)の対数分布を示すグラフである。図1gおよび図1hは、時間をわたっての生理学的な30μm厚の粘液層を浸透し得る粒子の推定された割合を示すグラフである。データは、各実験について≧120ナノ粒子を追跡した3回の独立した実験を表す。エラーバーは、s.e.m.として表される。このデータは、PVAを使用して作製されたナノ粒子の固定化、および低MW乳化剤であるCHAを使用して作製したナノ粒子の迅速な粘液浸透を示す。有効拡散率は、PLGA−PEG5k ナノ粒子について測定されたものに類似した。
材料および方法
粒子と粘液成分との間の接着性相互作用を最小限にすることによる粘液中のナノ粒子の安定性は、粘液浸透薬物キャリアとしてのインビボでのそれらの適用のために重要な基準である。ムチン結合の指標としてのムチンの存在下でのナノ粒子サイズの変化は、ムチンの存在での種々のPEG表面密度を有するナノ粒子の安定性を決定するために研究した。ウシ顎下腺から抽出したムチンを、モデルムチンとして選択した。なぜなら、ムチンは、粘液の主要成分であり、ウシ顎下腺由来のムチンは、構造特性および生理学的特性の両方の点でヒトCVMとの類似性を共有するからである。
PEG表面密度≧16.4 PEG/100nm2を有するPLGA−PEGナノ粒子は、ムチン溶液中で安定であり、全3時間のインキュベーションの間にそれらの流体力学的径を保持し、これらPEG表面密度において、上記PEG被覆は、高密度ブラシ型コンフォメーションにあった([Γ]/[Γ*]>3)。対照的に、表面密度 6.5 PEG/100nm2を有するPLGA−PEG5% ナノ粒子は、わずか5分間ムチン溶液とインキュベーションした後でも粒子直径が約5%増大を示し、これらPLGA−PEG5% ナノ粒子上のPEG表面密度は、ブラシ型PEG被覆([Γ]/[Γ*]>1)を既に生じた。従って、ブラシ型PEG被覆のみでは、ムチン結合を完全に保護するのに十分ではない。粒度が進行的に増大すると、ブラシ型コンフォメーションからマッシュルーム型コンフォメーションへとPEG表面密度が低下した。PEG被覆なしでは、PLGAナノ粒子は、ムチン中でインキュベートして5分以内に、109±2nmから207±9nmへと劇的なサイズ増大を示した。
Claims (35)
- 1種以上のコアポリマー、1種以上の表面改変物質、および1種以上の1500amu未満の分子量を有する乳化剤のエマルジョンによって形成される、ナノ粒子であって、前記1種以上の表面改変物質は、3を超える表面密度/完全表面被覆率(Γ/Γ*)を有し、前記表面改変物質は、ポリエチレングリコール(PEG)であり、Γは、100nm 2 のナノ粒子表面あたりのPEG分子の数であるPEGの表面密度であり、Γ * は、前記ナノ粒子表面の完全な被覆に必要とされる100nm 2 あたりの拘束されていないPEG分子の理論数である完全表面被覆率であり、前記ナノ粒子は、粘膜表面への投与のためのものである、ナノ粒子。
- 前記コアポリマーおよび前記表面改変物質は、別個の成分である、請求項1に記載のナノ粒子。
- 前記表面改変物質は、前記コアポリマーに共有結合される、請求項1に記載のナノ粒子。
- 前記コアポリマーは、前記表面改変物質の1個以上のブロックを含むブロックコポリマーである、請求項2に記載のナノ粒子。
- 前記コアポリマーは、前記コアポリマーの一方の末端において共有結合された前記表面改変物質の単一のブロックを含む、請求項3に記載のナノ粒子。
- 前記コアポリマーは、前記表面改変物質に共有結合されていない1種以上のポリマーをさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記表面改変物質に共有結合されていない前記1種以上のポリマーは、前記1種以上のコアポリマーと同じ化学組成を有する、請求項5に記載のナノ粒子。
- 前記ポリエチレングリコールの分子量は、1kD〜10kDである、請求項1に記載のナノ粒子。
- 前記ポリエチレングリコールの分子量は、1kD〜5kDである、請求項1に記載のナノ粒子。
- 前記ポリエチレングリコールの分子量は、5kDである、請求項1に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤の分子量は、1300amu、1200amu、1000amu、800amu、600amuもしくは500amu未満である、請求項1〜10のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、中性か、正に荷電されているか、負に荷電されているか、もしくはこれらの組み合わせである、請求項11に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、コール酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ポリソルベート、および糖エステルからなる群より選択される、請求項12に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の表面改変物質は、前記1種以上の乳化剤を入れる場合に、前記粒子の表面電荷を中性にするために有効な量において存在する、請求項12に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも50%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも55%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも60%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも65%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも70%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも75%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも80%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも85%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも90%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 前記1種以上の乳化剤は、少なくとも95%の乳化能力を有する、請求項1〜14のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 1種以上の治療剤、予防剤、もしくは診断剤をさらに含む、請求項1〜24のいずれか1項に記載のナノ粒子。
- 請求項1〜25のいずれか1項に記載のナノ粒子および1種以上の薬学的に受容可能なキャリアを含む、粘膜表面への投与のための薬学的組成物。
- 1種以上の治療剤、予防剤、および/もしくは診断剤をそれを必要とする患者の粘膜表面に投与するための組成物であって、前記組成物は、有効量の請求項1〜25のいずれか1項に記載のナノ粒子を含む、組成物。
- 前記組成物は、経腸的に、非経口的に、もしくは局所的に投与されることを特徴とする、請求項27に記載の組成物。
- 1種以上の治療剤、予防剤、もしくは診断剤をそれを必要とする患者の粘膜表面に投与するための組成物であって、前記組成物は、有効量の請求項1〜24のいずれか1項に記載のナノ粒子を含む、組成物。
- 前記組成物は、非経口的に投与されることを特徴とする、請求項29に記載の組成物。
- 前記組成物は、結膜下に投与されることを特徴とする、請求項30に記載の組成物。
- 前記組成物は、局所投与されることを特徴とする、請求項29に記載の組成物。
- 前記組成物は、眼もしくはその区画に局所適用されることを特徴とする、請求項32に記載の組成物。
- 前記組成物は、気道に、鼻内に、膣内に、直腸に、もしくは口内に投与されることを特徴とする、請求項32に記載の組成物。
- 請求項1〜25のいずれか1項に記載のナノ粒子を作製する方法であって、前記方法は、有機溶媒中で1種以上のコアポリマーおよび表面改変物質を溶解させる工程、前記1種以上のコアポリマーおよび表面改変物質の溶液を乳化剤の水性溶液もしくは懸濁物に添加して、エマルジョンを形成する工程、および前記エマルジョンを前記乳化剤の第2の溶液もしくは懸濁物に添加して、前記ナノ粒子の形成をもたらす工程を包含する、方法。
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