JPH11501628A - 硫酸カルシウムを含む溶解を制御されたペレット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は硫酸カルシウムの制御された放出、並びに薬剤または農薬のような硫酸カルシウムマトリックスへの添加剤の制御された放出に関する。制御された放出は、硫酸カルシウムを含むペレットにより得られる。該ペレットは、実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末、水を含む溶液及び、任意に、添加剤及び実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末を混合して混合物を形成し、前記混合物をペレットに成形することを含む方法により製造され、前記のα-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物粉末は、BET表面積、密度、平均粒子サイズ、及び純度等の特性について特定の値を有する。硫酸カルシウムペレットの溶解速度は、β-硫酸カルシウム半水和物粉末のα-硫酸カルシウム半水和物粉末に対する重量比を０〜約３の範囲で変化させることにより制御される。本発明はさらに、薬剤とともに製造されたペレットをヒトまたは動物に移植することによる、薬剤をin vivoでデリバリーする方法も提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 硫酸カルシウムを含む溶解を制御されたペレット 発明の背景 本発明は硫酸カルシウムマトリックスの制御された放出、並びに薬剤または農 薬のようなマトリックスへの添加剤の制御された放出に関する。in vivoにおけ る薬剤の放出を制御することは多くの研究の主題となっている。種々の方法及び 放出試薬が報告され、試験され、市販されている。硫酸カルシウムは、骨により 自発的に吸着され置換されるので、骨小腔の充填剤として用いられてきた。半水 和物から形成されている硫酸カルシウムが、放出制御試薬として、骨小腔の充填 のために単独で使用され、また薬剤や農薬のような添加剤と共に使用されてきた 。硫酸カルシウムは生体適合性があり、身体に徐々に吸収されるので二次的な外 科的手術の必要がないため、in vivoにおいて薬剤のキャリヤーとして有用であ る。 硫酸カルシウム放出制御剤の１つの用途としてin vivoにおける薬剤の局所的 デリバリーがある。局所的薬剤デリバリーシステムの理想的な特徴としては、(1 )生分解性、(2)生体適合性、(3)長時間の薬剤放出（最低４〜６週間）、(4)再現 性、(5)予測可能な薬物動力学、及び(6)制御可能性がある。用途としては、骨の 感染症に対する抗生物質のデリバリー、手術が実際的ではないかあるいは不可能 な場合の化学療法、増殖因子や鎮痛薬のデリバリー等がある。薬物デリバリーに ついて現在許容されている方法はある程度限界があり、予測できないものである 。静脈内抗生物質療法は最も効果的な経路であるが、感染部位で十分に高い濃度 を達成するためには薬剤の高い血清濃度が必要である。このため、腎臓や肝臓の ような臓器の重大な合併症につながる可能性がある。抗生物質の経口的デリバリ ーは、必要な場所に必要量の薬剤が摂取されるためには、胃腸による吸収という 予測不能な性質に支配される。移植ポンプによるデリバリーはもう１つの方法で はあるが、このポンプは侵襲的であり、除去されなければならず、身体が感染部 位で異物の存在に反応する可能性がある。局所的なデリバリーの最も普及した現 行の方法は、抗生物質を含浸させたポリメチルメタクリレート（骨セメント）の 使用である。この方法は、全身を害することなく、薬剤の高組織濃度の達成を可 能にする。しかし、骨セメントは非常に稠密な物質であり、短時間に は限られた量の薬剤をデリバリーすることしかできず、これもまた限界を有して いる。これに加えて骨セメントは非生分解性であるため、後日外科的に取り除く ことが必要であり、他の合併症にかかりやすい感染部位において異物として作用 する。このため、生体適合性及び漸進的吸収性を有する硫酸カルシウムを薬剤の キャリアーとして使用することは非常に望ましい。 しかしながら、硫酸カルシウムをキャリアーとして使用することの不利な点は 、in vivoであるとないとにかかわらず溶解速度が大きく、溶解速度の制御が不 可能であり、その結果としていかなる添加剤の放出速度の制御も不可能なことで ある。速度を制御する様々な方法、例えば硫酸カルシウムマトリックスの密度ま たは質量を変化させること等が試みられてきたが、これらの方法はあまり効果的 ではなかった。 従って本発明の目的は、硫酸カルシウムの制御された放出を提供することであ る。また、硫酸カルシウムマトリックスに混合することができる薬剤や農薬のよ うな添加剤の制御された放出を提供することも目的とする。さらに、任意に添加 剤を含む硫酸カルシウムのペレットを製造する方法も目的とする。 発明の要旨 本発明の目的は制御可能な溶解速度を有するペレットにより達成され、前記ペ レットは硫酸カルシウムを含み、 (a) 実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末及び、任意に、実質的に β-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末を水を含む溶液と混合して混合物を形 成し、 (b) 前記混合物をペレットに成形すること、 を含む方法により製造され、 前記の実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量％硫酸カル シウム半水和物より高い純度、約0.4 m²/g〜約0.9 m²/gの範囲のBET表面積、約2 .73〜約2.80 g/cm³の範囲の密度、約16μm〜約22μmの平均粒子サイズを有し、 実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の90〜95重量％は約1μm〜約4 5μmの粒子サイズ分布を有するものであり、 前記の実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量%硫酸カルシ ウム半水和物より高い純度、約4.5 m²/g〜約7.5 m²/gの範囲のBET表面積、約2.5 g/cm³〜約2.6 g/cm³の範囲の密度、及び約10μm〜約15μmの平均粒子サイズを 有し、 溶解速度は、実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の実質的にα-硫 酸カルシウム半水和物からなる粉末に対する重量比を０〜約３に変化させること により制御される。 α-及びβ-硫酸カルシウム半水和物の粉末はそれぞれ実質的にα及びβ結晶形 態からなる。硫酸カルシウム二水和物のような不純物が存在してもよいが、但し ペレットの溶解速度を制御することに重要ではない範囲である。α-硫酸カルシ ウム半水和物粉末の表面積の好適な範囲は、約0.4 m²/g〜約0.7 m²/gであり、β -硫酸カルシウム半水和物粉末の表面積の好適な範囲は、約5 m²/g〜約6 m²/gで ある。α-硫酸カルシウム半水和物粉末の平均粒子サイズは約18μm〜約22μmで あることが好ましく、β-硫酸カルシウム半水和物粉末では約13μm〜約14μmが 好ましい。ほとんどの薬剤の放出制御に対して、β-硫酸カルシウム半水和物粉 末のα-硫酸カルシウム半水和物粉末に対する好適な重量比は0〜約0.33の範囲で ある。この比より狭い範囲として、例えば、0〜約0.11、0〜約0.05、あるいは0 〜約0.02であってもよい。増殖因子を含ませるために使用する場合は、β-硫酸 カルシウム半水和物粉末のα-硫酸カルシウム半水和物粉末に対する重量比は約3 :1までの範囲とすることができる。 本発明は、薬剤や農薬のような添加剤を含むペレット、及び薬剤を用いたペレ ットを製造し、それをヒトや動物に移植することによりin vivoで薬剤をデリバ リーする方法も提供する。これらのペレットは、他の調製物によっては成功しな かった場合における放出制御マトリックスとして有望である。 図面の簡単な説明 本発明の利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することにより 明らかとなるであろう。 図１は、種々の硫酸カルシウム半水和物粉末("CSH")混合コンシステンシーに ついて、経時的な硫酸カルシウム("CS")ペレットの溶解重量を示す。 図２は、経時的なCSペレット溶解についての湿潤重量の減量(重量損失)率を示 す。 図３は、日毎のCSペレットの溶解重量を示す。 図４は、CSペレット溶解速度をサンプルの空隙率に対して示す。 図５は、塩水中でのCSペレットの溶解速度の比較を示す。 図６は、円柱形及び立方体のペレットの比較を示す。 図７は、37℃の生理食塩水中でのペレットの日毎の平均重量を示す。 図８は、37℃の生理食塩水中でのCSペレットの一日当たりの物質の平均減量を 示す。 図９は、37℃の生理食塩水中での物質溶解の累積パーセントを示す。 図10は、実施例１及び２の物質の溶解速度の比較を示す。 図11は、血清及び組織中のトブラマイシンの日毎のレベルを示す。 図12は、全インプラントについての平均組織トブラマイシンレベルを示す。 図13は、全インプラントについての平均血清トブラマイシンレベルを示す。 図14は、プレス成形インプラントと型成形インプラントについて初期のトブラ マイシン組織レベルを示す。 図15は、プレス成形インプラントと型成形インプラントの定常状態のトブラマ イシン組織レベルを示す。 図16は、プレス成形インプラントと型成形インプラントの初期のトブラマイシ ン血清レベルを示す。 図17は、プレス成形インプラントと型成形インプラントの定常状態のトブラマ イシン血清レベルを示す。 図18は、インプラント表面積対時間を示す。 図19は、in vivo及びin vitroにおける、α-硫酸カルシウム半水和物粉末を用 いて製造されたペレットの溶解速度の比較を示す。 発明の詳細な説明 本発明の硫酸カルシウムペレットは、単独であるいは添加剤用のマトリックス として、前記硫酸カルシウムマトリックス及び／または添加剤の放出速度を制御 するために使用することができる。 前記ペレットは、α-硫酸カルシウム半水和物粉末及び、任意に、β-硫酸カル シウム半水和物粉末を実質的に水からなる溶液中で混合し、型成形することによ りまたはプレスすることにより形成される。溶液は塩化ナトリウムも含むことが でき、即ち塩溶液であってもよい。硫酸カルシウム半水和物粉末に対する水の重 量比は約0.22〜約1の範囲であり、好ましくは約0.27〜約0.30の範囲である。硫 酸カルシウム半水和物粉末のコンシステンシー（即ち、mL溶液／グラム硫酸カル シウム半水和物）はその表面積に比例し、結晶の形態に依存している。粉末の表 面積が大きくなるほど必要とする水も多くなり、低コンシステンシーでは混合し ないかあるいは硬化しなくなる。水または塩水をα-又はβ-硫酸カルシウム半水 和物粉末と接触させると、半水和物は二水和物に変化する。 添加剤が所望される場合は、それらは粉状形態の硫酸カルシウムと混合した後 に水を含む溶液と混合するか、またはそのような溶液中に溶解してその後硫酸カ ルシウム粉末に含浸させることができる。添加剤はペレットの0〜約25重量%を占 め、好適には約2重量%〜約10重量%、最も好適には約2重量%〜約5重量%を占める 。硫酸カルシウムマトリックス中に混合できる添加剤の例としては薬剤または農 薬がある。硫酸カルシウムマトリックスと混合できる薬剤の例としては、抗生物 質、化学療法剤、増殖因子、鎮痛薬等がある。抗生物質の例としては、テトラサ イクリン塩酸塩、バンコマイシン、セファロスポリン及びトブラマイシンやゲン タマイシンのようなアミノグリコシドがある。化学療法剤の例としては、シスプ ラチナム、イホスファミド、メトトレキセート、ドキソルビシン塩酸塩(Adriamy cin β）、骨形成タンパク質(BMP)、塩基性線維芽細胞増殖因子、血小板由来増殖因 子、及びその他のポリペプチド増殖因子がある。鎮痛薬の例としては、リドカイ ステロイド抗炎症剤がある。 型成形またはプレス成形によって製造されるペレットは、、in vivoにおいて ほぼ同等の放出プロフィール及び溶解速度を示す。これにより特定の用途の要請 に合わせて作られる材料の能力を多様なものとすることができる。この材料は容 易に使用できるように予め形成しておいてもよく、あるいは手術室で外科医によ り決められる特定の放出速度またはプロフィールに合うように混合あるいはブレ ンドすることができる。 以下の実施例は、α-硫酸カルシウム半水和物粉末と、任意にβ-硫酸カルシウ ム半水和物粉末とから製造されたペレットが、in vivo及びin vitroのいずれに おいても、有効なデリバリー媒体である放出制御系であることを示す。これらの 実施例はまた、この系がin vivoでの使用に安全であり、薬剤を制御しながら局 所的にデリバリーするのに有効であることを示す。低く安全な全身作用を維持し ながら、長期間にわたって抗生物質の高い組織レベルを達成することができた。 再現性、生分解性及び生体適合性といったその他の利点も、これをきわめて魅力 的なin vivo系とするものである。ペレットは分解吸収性であるため、材料の除 去のための侵襲的な手術を行う必要が実質的になく、また理論的にはすべての薬 剤をその適用に使用できる。 実施例１ 特定の特性を有するα-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用し、特定の特性を 有するβ-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用しまたは使用しないで製造した硫 酸カルシウムペレットにより、ペレットの溶解速度を低下させ得ることを示すた めの実験を行った。 硫酸カルシウム("CS")ペレットを、100 gの硫酸カルシウム半水和物粉末当た り、27及び37 mLの生理食塩水と混合したα-硫酸カルシウム半水和物粉末、及び 100 gの硫酸カルシウム半水和物粉末当たり、65、80及び100 mLの生理食塩水と 混合したβ-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用して製造した。混合物は60秒間 濡らし、その後スパチュラで30秒間激しく混合した。スラリーを円筒形の型（直 径2 cm×高さ2 cm）に注ぎ、残りのスラリーについて300 gのビカー硬化を測定 した。ビカー硬化とは、針の上に置かれた特定の荷重、例えば300gを支えること ができるように混合物が硬化するのに要する時間を測定するものである。サンプ ルはビカー硬化を越えて約10分間水和させ、その後離型して重量を測定した。重 量が安定するまでサンプルを45℃のオーブン中で乾燥した。各実験は３つのサン プルについて行った。サンプルの平均初期湿潤重量、乾燥重量及びビカー硬化時 間(300 g)を表１に示す。 ペレットを塩溶液中に置き、定期的にその溶液から取り出して重量を測り、ペ レットの溶解速度を試験した。試験溶液は塩化ナトリウムを脱イオン水に加えて 製造した生理食塩水とした。この生理食塩水を、ヒーター／スターラープレート 上で撹拌し、約37.8℃に加熱した。200 mLの温められた生理食塩水をポリエチレ ン瓶に入れ、１個の円柱形のペレットを入れてペレットがその平坦な表面ではな く曲面で瓶に接触するように置いた。瓶にラベルを付して37℃に保った水浴中に 置いた。１日に１回、約24時間の間隔(+/-90分)でペレットを瓶から取り出し、 ペーパータオル上で余分な水分を除去し、重量を最も近いミリグラムまで記録し た。使用した生理食塩水を捨て、前述のように製造した新しい生理食塩水を各瓶 に入れた。ペレットを瓶に戻し、瓶を浴に戻した。 図１は各サンプルの日毎の平均重量を示す。図２は（当初湿潤重量からの）平 均累積減量率を示し、溶解は時間と実質的に直線的な関係にあることを示してい る。減量における直線性の例外が初日に見られ、サンプルの大きな部分の溶解が 生じている。初日における大きな減量は、生理食塩水に浸す前にサンプルを重量 が安定するまで乾燥させたことにより、いくらか大きい外部ペレット表面積を生 じたことによるものであり得る。 減量速度の減少は特に100コンシステンシーサンプルにおける最後の20%の溶解 において顕著である。図３は、各コンシステンシーのサンプルについての日毎の 平均減量を示す。初日以降に減量がほぼ一定になることが明らかである（但しや はり例外が認められ、特に後期の100コンシステンシーのサンプルについて認め られる）。表２は各コンシステンシーのサンプルについて２日〜18日までの１日 当たりの平均減量及びサンプル標準偏差を示す。表２から、コンシステンシーの 高いサンプルほど、日毎の絶対減量が大きく、かつ図２に見られるように日毎の 平均減量率が大きくなることが明らかである。偏差はコンシステンシーが高くな るほど大きくなるようである。 水中での硫酸カルシウムニ水和物("CSD")の溶解度は、対象となる温度範囲で は約0.0140Mである。これは水200 mL当たり0.482 gのCSDに対応する。25℃では 、CSD溶解度は純水に関して30%上昇することが見いだされている。これにより20 0mLの生理食塩水当たり0.627 gの溶解度となる。測定されたサンプルの重量の減 少は、65コンシステンシーのサンプルで平均0.744 gの最大減量が見られた初日 を除いては実質的にこの数字未満であった。この減量は自由水成分並びにCSD成 分を含むものである。上記に記載した溶解度は温度に対して補正されていない。 この結果は、観測された溶解速度に飽和効果が関与していないことを示している 。 溶解速度は図２の勾配から最もよくわかる。切片は、初日に観察される大きな 溶解のため、ゼロから幾分ずれている。最初の18日の溶解からの減量率のデータ の直線回帰分析を表３に示す。 コンシステンシーの増加に伴う溶解速度の増加は、有効表面積が同時に変化し ていることを示唆している。これは驚くべき結果ではない。しかし、これらの結 果の直線的な性質は、合理的に仮定された飽和効果の不在下においては、サンプ ルが半分以上溶解した後でもサンプルの有効表面積が一定のままであることを示 唆している。そしてこの結論は、溶解速度が37℃の生理食塩水溶液の拡散速度に より制御されていることを示唆するものである。約80%のサンプルが溶解した後 にのみ、実際の有効表面積が溶解速度を減少させ始める。g/日で表した絶対溶解 速度と空隙率との間の関係を図４にグラフにより示す。（空隙率は、平均乾燥サ ンプル密度のCSD理論密度に対する比を１から減ずることにより計算される。） 関連する実験において、α-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半 水和物を含む工業用石膏から製造されたCSDサンプルの水及び塩水の両者におけ る溶解を種々のコンシステンシーで観察した。40 mL/100 g CSHより大きいコン システンシーはβ-硫酸カルシウム半水和物を用いて製造し、40 mL/100 g CSH未 満のコンシステンシーはα-硫酸カルシウム半水和物を用いて製造した。サンプ ルは5.08 cmの立方体とした。６リットルの0.85%塩水を使用し、温度を23.9℃に 制御した。図５は、２つの実験について塩水中におけるサンプル溶解速度を混合 コンシステンシーの関数として比較するものである。既に上記で示唆されている ように、拡散が速度制御事象であるとすると、観測された差は本研究で使用され たより高い温度によるものと考えられる。しかし、サンプル総表面積の体積に対 する比は、正円の円柱形においては立方体よりも本質的に大きい。これは溶解速 度比を高めることにもなる。２組の実験のデータを100コンシステンシーのそれ ぞれのサンプルの各溶解速度に対して標準化すると、結果の内在的一致は明らか である。この標準化データを直線最小自乗法のフィットラインと共に図６に示す 。 これらのデータは、絶対的及び相対的のいずれの減量速度もCSH混合コンシス テンシーに依存していること、即ちコンシステンシーが高くなるほど、速度が大 きいことを示している。従って、有効表面積は相対溶解速度の重要な要因である と思われる。時間に対する溶解の直線性は、サンプルがほとんど消失するまで有 効表面積がサンプルの大きさには依存しないこと、及び溶液中で溶解された固体 の拡散が、使用した実験プロトコールにおける速度を制御することを示唆するも のである。 実施例２ 体内環境に近い条件での、吸収速度に対する混合コンシステンシーのin vitro 効果を測定するための実験を行った。サンプルの温度はヒト体温に維持した。水 は生理食塩水濃度を有するものとした。 α-硫酸カルシウム半水和物("α-CSH")及びβ-硫酸カルシウム半水和物粉末(" β-CSH")の種々の混合物と硫酸カルシウム二水和物("CSD")粉末で硫酸カルシウ ム("CS")ペレットを製造した。粉末を生理食塩水または脱イオン水と混合し、60 秒間湿潤させ、激しく混合してスラリーを形成した。その後スラリーをプラスチ ック型中にスプーンで取り、材料を高さ4 cm、直径1.2 cmの円柱形のペレットに 固めた。残りのスラリーは、手混合ビカー硬化時間(300 g)を測定するために使 用した。サンプルの製造に使用した粉末と溶液は以下の通りである。 ビカー硬化時間の約10分後、型を開けてペレットを取り出した。１時間再水和 した後、重量が安定するまでペレットを45℃のオーブン中に置いた。その後メー トル法のカリパスによりペレットの大きさを測定し、重量を記録した。 ペレットを塩溶液中に置き、実施例１に記載した方法によりそれらを溶液から 定期的に取り出すことにより溶解速度を試験した。 表４に、乾燥ペレットの重量、高さ、直径及び密度を示す。表５に日毎の平均 重量、減量及び累積パーセント減量を挙げる。表５の値は、図７、８及び９に示 す。 全てのペレットを37℃で維持するためには２つの水浴を必要とした。実験11日 目に、一つの浴において50℃に温度が上昇したことによる失敗があった。その結 果、サンプルＥ及びＦについて図７、８及び９で見られるように、物質の溶解が 増加した。問題が解決された後は、図中の勾配から判るようにペレットの溶解速 度は最初のものに戻った。試験の終了近くにおいて、週末の期間に溶液を交換せ ずに物質を放置したための中断が見られる。塩水を交換した後は、勾配と速度は やはり開始時と同じ「ペース」に戻った。 実施例１でそうであったように、各ペレットの減量の最初の80%においては物 質の溶解は直線的であり、残りの20%においては速度はいくらか低下する傾向を 示した。表６は、６種類のペレットの各々の一日平均減量と溶解の最初の80%に ついてのパーセント減量の直線回帰を示す。これはさらに、β-CSHを含むかある いは含まないα-CSHを使用して製造した本発明のペレット（サンプルＢ、Ｃ及び Ｄ）が、β-CSHで（サンプルＡ）あるいはα-CSH及びCSD（サンプルＥ及びＦ） で製造されたペレットよりもいかに長期の溶解プロフィールを有するかを示して いる。 図10は、この試験の結果をさらに、円柱形の型成形物の37℃の0.9%塩水中での 溶解速度を評価した実施例１の結果と比較するものである。２つの試験の間の有 意な差は、評価した半水和物塩基と円柱型成形物の表面積対体積比だけである。 勾配は明らかに同じであり、２組のデータの相関係数は実際に1.00である。 全ての配合物は、実験を通して一貫した予測できる挙動を示した。この結果に よれば、β-CSH物質を含むまたは含まないα-CSH物質を使用して製造したペレッ トは、溶解速度を制御するために、即ちin vivo及びin vitroにおける任意の添 加物の放出速度を制御するために特定の仕様で設計でき、in vivoにおける吸収 を、医薬品級のベース物質と使用するコンシステンシーの特定の選択により特定 の仕様に合致するようにできることが示されている。 実施例３ in vitro 試験：テトラサイクリン塩酸塩 硫酸カルシウム半水和物粉末がαのみからなり、薬物を含み、塩水の代わりに 純水の溶液を使用したことを除いて実施例１の手順により１グラムのペレットを 製造した。α-硫酸カルシウム半水和物粉末（800 mg）を、約200 mgのテトラサ イクリン塩酸塩と乾燥混合した。その後乾燥混合物を0.25 mLの純水に加え、加 圧（約50 psiを約５分間）することによりペレットに形成した。ペレットは80 w t.%のα-硫酸カルシウム半水和物粉末と20 wt.%のテトラサイクリン塩酸塩から なるものであった。ペレットを、37℃の水浴中に入れたプラスチック瓶中の120 mLの脱イオン水中に置いた。水は定期的に交換した。水を交換するときpHを測定 し、アリコートサンプルを採取して可視/紫外線吸光度分光分析により溶液中の テトラサイクリンの量を測定した。 アリコート浸漬時間、累積浸漬時間、pH、テトラサイクリンのミリグラム、当 初のテトラサイクリンのパーセント、及びテトラサイクリンの累積パーセントを 表７に示す。357ナノメートルにおける吸光度ピークを使用し、標準と比較する ことによってテトラサイクリンの濃度を決定した。pHの変化により、示したパー センテージはある程度不正確なものとなっている。 これらの結果は、硫酸カルシウムマトリックスからの局所的な領域における薬 物の徐放が長期間にわたって得られることを示している。 実施例４ in vivo 試験：ラット中のトブラマイシン硫酸塩 薬物をトブラマイシン硫酸塩としたことを除いて実施例３の手順により14のペ レットを製造した。表８に各ペレットの物理的寸法、重量及び密度を示す。標準 偏差から判るように、再現性は実験的方法に許容できるものと考えられる。 ペレットを３匹のSprague Dowleyラットに移植し、トブラマイシンの血清及び 組織レベルをモニターした。実験の結果を図11に示す。放出の持続は、この種類 の薬物投与における必要性に十分に適合している。低い全身（血清）レベルと高 い局所（組織）濃度が得られることから、これは外科的修復あるいは組織除去に おける抗生物質の放出の特に満足な方法、あるいは移植手術における補足手段と なる。 実施例３及び４の結果は、α-硫酸カルシウム半水和物粉末を使用してテトラ サイクリン塩酸塩及びトブラマイシン硫酸塩の徐放及び放出制御のための硫酸カ ルシウムペレットを形成することができることを示している。これらの結果は、 長期間にわたり血中の薬物を非常に低いレベルに維持しながら硫酸カルシウムマ トリックスからの局所的領域における薬物の徐放が得られることを示している。 実施例５ In vivo 試験：プレス成形インプラント及び型成形インプラント 放出速度がペレットの製造方法に依存するかどうかを見るための試験を行った 。プレス成形法及び型成形法によりいずれも37 mL水/100 gα-硫酸カルシウム半 水和物粉末のコンシステンシーにペレットを製造した。 プレス成形ペレット：83.4656グラムのα-硫酸カルシウム半水和物粉末、2.04 25グラムのトブラマイシン硫酸塩及び1.0052グラムの新たに粉砕した硫酸カルシ ウム二水和物を10分間よく混合した乾燥混合物を出発物質としてプレス成形ペレ ットを製造した。1.75グラムの粉末混合物を472μLの滅菌塩水（Model V200TE可 変容量ピペット、Ulster Scientific，Inc．により測定）を加え、均一なコンシ ステンシーになるまで攪拌し、混合物を５分間休ませ、ペレットパンチとダイを 使用してペレットを形成した。次いでCarver Laboratry Press(Model M)を使用 してペレットを50 psiで、混合物が硬化し（５分）、ダイから離型できるまで圧 縮した。最初の水和反応の30分後、ペレットを45℃のオーブンに置き、重量が安 定するまで乾燥した。最終的なペレットは、9.63 mmの高さと11.15 mmの直径の 平均の円柱形寸法を有し、２wt.%のトブラマイシン（約40 mg）を含んでいた。 試験のために合計30のペレットをこのようにして製造した。その後インプラント の重量を個別に測定し、寸法を測定し、包装して、ガンマ照射（2.5メガラド） により二次的に殺菌した。 型成形ペレット：以下に概略を示す方法と混合コンシステンシーを使用して、 物質が30分の時点で実質的に水和される（約６分のビカー硬化）ことを温度上昇 試験によって確認した。型成形インプラントは動物実験の際に手術室で製造した 。この手順のために、50.0グラムのα-硫酸カルシウム半水和物粉末と1.20グラ ムのバイアルのトブラマイシン硫酸塩を含むパッケージを、プレス成形インプラ ントに使用したものと同じ対応するロットから得た。これらの物質は、2.5メガ ラドのガンマ照射に曝すことにより個々のパッケージ中で殺菌した。 ペレットの型成形は以下のようにして行った。水溶性のトブラマイシン硫酸塩 の1.20グラムのバイアルを15 mLの滅菌水と混合した。次いでα-硫酸カルシウム 半水和物粉末の50.0グラムのパッケージを溶液に加え、滑めらかで均一なコンシ ステンシーが得られるまで小さい混合ボウル中で手操作により混合した。次いで この混合物を型に入れ、離型できるまで20分間放置した後にインプラントを取り 出した。この手順により３つのインプラントを製造し、トブラマイシン硫酸塩の 2wt.%の含有量（約170 mg／インプラント）を得た。表９に離型直後（混合開始 後約20分）の３つのペレットについての試験の結果を示す。 その後ペレットを45℃で重量が安定するまで乾燥した。結果を表10に示す。 表９及び10は均一で一貫した製品を示している。 主要動物確認試験(proof-of-principal animal)は以下のプロトコルにより行 つた。 1) ６匹の雑種の雄イヌ（それぞれ約25 kg）に、α-硫酸カルシウム半水和物粉 末とトブラマイシンから製造したペレットを移植した。 a)３匹のイヌに予め製造したプレス成形ペレットをイヌ１匹あたり４つ使用し た。 b)３匹のイヌに先に述べたように手術室中で型成形したペレットを１つ使用し た。 2) 1、3及び24時間、及び2、3、5、7、14、21、28、35及び42日においてトブラ マイシンレベルの測定のために動物から組織及び血清サンプルの両方を採取した 。 3) ０（手術後）、11、28及び35日にＸ線像を撮影した。 4) 42日で実験を終了し、インプラントに対する局所的組織応答を調べた。 各手順を行うのに約30〜40分かかった。手術では左前部上腕骨近位端上に小さ い切り込み（約５cm長）を形成し、被覆組織を切除して骨を露出した。骨の長さ 方向の軸にパイロットホール（直径約2 mm）をドリルにより開けた。その後これ を直径13 mm、深さ約4〜5 cmに拡張し、ペレットを移植するのに十分なスペース を得た。 最初の３匹のイヌに前もって製造した４つのプレス成形ペレットを大きい円柱 が形成されるように移植した。ペレットを所定の位置に配置した後、穴の上の軟 組織を縫合し、最後に皮膚を縫合することによってインプラントを覆った。前後 及び側方のＸ線像を撮り、手術後のインプラントを観察した。３番目のイヌにお いて、２番目に近いペレットが90°回転し、円筒の側面（曲面）が下のペレット の平坦な表面に接触したことがＸ線により明らかにされたことは興味深い。 残りの３匹のイヌについて、プレス成形ペレットについて使用したものと同じ 手順を使用して骨インプラント部位へ移植した。但しこの場合のインプラントは 先に記載したようにして手順を決めた成型方法を使用してその場で製造した。プ レス成形ペレットの場合と同様に手術を行い、同様に手術後のＸ線像を撮影した 。使用したインプラントの２つの種類の密度についてＸ線において明確な差違が あった。型成形されたインプラントでは、Ｘ線によりいくらかの小さい空隙が認 められ得るが、それらが表面及び内部のいずれにあるのかは確認するのが困難で あった。 全ての動物について、手術合併症及び有害な作用なく６週間の実験を終えた。 実験を通して血清及び組織のトブラマイシンレベルをモニターした。トブラマイ シンアッセイは、蛍光、偏光、イムノアッセイ法を使用して行った。血清レベル は、分析用静脈穿刺により肢背部から取った3〜5 mLの血液サンプルを試験する ことにより測定した。サンプルは手術前（コントロールとして）並びに上記した 時点で採取した。11日の後、Ｘ線コントロールを使用して、血清及び組織トブラ マイシンレベルのためのサンプルを吸引するためのインプラントに対する皮下注 射針の位置をモニターした。これは、実験結果の一貫性を維持するためにはサン プル採取方法が重要であることから必要であった。 組織アッセイにおける全ての６匹の動物についての平均のトブラマイシンレベ ルを図12に示す。時間ゼロから開始して、１時間で60μg/mLを超えるレベルへの 組織トブラマイシンの最大の上昇が見られ、３時間及び２４時間では約45μg/mL にゆっくりと減少する。24時間から５日まで安定した低下が見られ、実験の期間 中に見られたかなり安定した状態が続く（1〜3μg/mL）。血清レベルプロフィー ル（図13）は組織レベルのものに似ているが、ずっと低いレベルである。時間ゼ ロから開始して、0.7μg/mLの最大血清レベルに達し、３時間まで維持され、そ の後５日まで確実に低下する。５〜42日では、0.1μg/mL未満のトブラマイシン が血清中で検出され、検出可能な量が血清中に存在しなかった場合も多かった。 組織レベルでのプレス成形及び型成形インプラントの分解を比較すると、同様 なプロフィールを示している。型成形したインプラントは、約90μg/mLまでの高 い初期上昇と５日までの安定な低下（図14）から、７〜42日の比較的一定のレベ ル（図15）まで示す。プレス成形インプラントは同様なプロフィールを示し、約 50までの低めの初期上昇と同様な低下及び定常状態を示す。図16及び17は、２つ の種類のインプラントについての対応するトブラマイシンの血清レベルを示す。 Ｘ線像を使用して実験の間のインプラントの吸収の傾向をモニターした。測定 値は２次元Ｘ線から得、cm²で表した表面積に変換した。画像の倍率により値を 正規化し、開始時の既知の寸法に基づいた実際の寸法を反映させた。表面積対時 間のプロットを図18に示す。２つの種類のインプラントの吸収プロフィールが実 験の期間を通して同じ傾向を示すことが明らかである。 実験は、1〜2グラムの薬剤を移植のための骨セメントに混合する現在の外科療 法との比較として、比較的低いレベルのトブラマイシン（約160〜170 mg/処置） で行った。より高い薬剤レベル（5 wt.%のレベル）を使用してより大きい効果を 得ることも可能である。 これらのin vivoの結果を実施例２からのin vitroの結果と比較したものを表1 1に示す。in vivoインプラントの体積はＸ線像上の寸法から概算し（パーセント 残量に変換した）、in vitroでのペレットの重量は実際の測定から求め（パーセ ント残量に変換した）、従って溶解を時間に対してプロットすることができる（ 図19）。２組のデータの相関係数は0.923で、比較的良好な相関関係を示してい る。これらの結果は、長期間にわたり血中の薬物を非常に低いレベルに維持しな がら、硫酸カルシウムマトリックスからの局所的領域における薬物の徐放が得ら れることを示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 デヴィン，ティモシー アール. アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 ホワ イトフィッシュ ベイ，エヌ．ウッドバー ム ストリート 4819 (72)発明者 ジテリス，スティーブン アメリカ合衆国 イリノイ州 オーク ブ ロック，マラード 601

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．制御可能な溶解速度を有するペレットであって、前記ペレットは硫酸カルシ ウムを含み、 (a) 実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末及び、任意に、実質的に β-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末を水を含む溶液と混合して混合物を形 成し、 (b) 前記混合物をペレットに成形すること、 を含む方法により製造され、 前記の実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量%硫酸カルシ ウム半水和物より高い純度、約0.4 m²/g〜約0.9 m²/gの範囲のBET表面積、約2.7 3〜約2.80 g/cm³の範囲の密度、約16μm〜約22μmの平均粒子サイズを有し、実 質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の90〜95重量%は約1μm〜約45μ mの粒子サイズ分布を有するものであり、 前記の実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量%硫酸カルシ ウム半水和物より高い純度、約4.5 m²/g〜約7.5 m²/gの範囲のBET表面積、約2.5 g/cm³〜約2.6 g/cm³の範囲の密度、及び約10μm〜約15μmの平均粒子サイズを 有し、 溶解速度は、実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の実質的にα-硫 酸カルシウム半水和物からなる粉末に対する重量比を０〜約３に変化させること により制御される、前記ペレット。 ２．実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の表面積が約0.4 m²/g〜 約0.7 m²/gの範囲にある請求項１に記載のペレット。 ３．実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の平均粒子サイズが約18 μm〜約22μmの範囲にある請求項１に記載のペレット。 ４．実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の表面積が約5 m²/g〜約6 m²/gの範囲にある請求項１に記載のペレット。 ５．実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の平均粒子サイズが約13 μm〜約14μmの範囲にある請求項１に記載のペレット。 ６．実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の実質的にα-硫酸カルシ ウム半水和物からなる粉末に対する比率が0〜0.33の範囲である請求項１に記載 のペレット。 ７．ペレットがさらに薬剤を含む請求項１に記載のペレット。 ８．薬剤が、抗生物質、化学療法剤、増殖因子または鎮痛薬である請求項７に記 載のペレット。 ９．抗生物質が、テトラサイクリン塩酸塩、バンコマイシン、トブラマイシン、 ゲンタマイシンまたはセファロスポリンである請求項８に記載のペレット。 10．化学療法剤がシスプラチナム、イホスファミド、メトトレキセートまたはド キソルビシン塩酸塩である請求項８に記載のペレット。 11．増殖因子が、トランスフォーミング増殖因子β、骨形成タンパク質、塩基性 線維芽細胞増殖因子、血小板由来増殖因子またはその他のポリペプチド増殖因子 である請求項８に記載のペレット。 12．鎮痛薬が、リドカイン塩酸塩、ビピバカイン塩酸塩またはケトロラックトロ メタミンである請求項８に記載のペレット。 13．溶液がさらに塩化ナトリウムを含む請求項１に記載のペレット。 14．水のα-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物に対する重 量比が約0.22〜約1の範囲である請求項1に記載のペレット。 15．水のα-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物に対する重 量比が約0.27〜約0.30の範囲である請求項14に記載のペレット。 16．請求項1(a)の混合物に圧力にかけることを含む、制御可能な溶解速度を有す るペレットの製造方法。 17．請求項1(a)の混合物を型成形することを含む、制御可能な溶解速度を有する ペレットの製造方法。 18．ペレットがさらに薬剤を含む請求項６に記載のペレット。 19．薬剤が、抗生物質、化学療法剤、増殖因子または鎮痛薬である請求項18に記 載のペレット。 20．抗生物質が、テトラサイクリン塩酸塩、バンコマイシン、トブラマイシン、 ゲンタマイシンまたはセファロスポリンである請求項19に記載のペレット。 21．化学療法剤がシスプラチナム、イホスファミド、メトトレキセートまたはド キソルビシン塩酸塩である請求項19に記載のペレット。 22．鎮痛薬が、リドカイン塩酸塩、ビピバカイン塩酸塩またはケトロラックトロ メタミンである請求項19に記載のペレット。 23．硫酸カルシウム及び薬剤を含むペレットを、ヒトまたは動物に移植すること を含む、薬剤をin vivo でデリバリーする方法であって、前記ペレットが、 (a) 実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末、薬剤、水を含む溶液及 び、任意に、実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末を混合し、 (b) 前記混合物をペレットに成形すること、 を含む方法により製造され、 前記の実質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量%硫酸カルシ ウム半水和物より高い純度、約0.4 m²/g〜約0.9 m²/gの範囲のBET表面積、約2.7 3〜約2.80 g/cm³の範囲の密度、約16μm〜約22μmの平均粒子サイズを有し、実 質的にα-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の90〜95重量%は約1μm〜約45μ mの粒子サイズ分布を有するものであり、 前記の実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末は、98重量%硫酸カルシ ウム半水和物より高い純度、約4.5 m²/g〜約7.5 m²/gの範囲のBET表面積、約2.5 g/cm³〜約2.6 g/cm³の範囲の密度、及び約10μm〜約15μmの範囲の平均粒子サ イズを有し、 溶解速度は、実質的にβ-硫酸カルシウム半水和物からなる粉末の実質的にα-硫 酸カルシウム半水和物からなる粉末に対する重量比を０〜約３に変化させること により制御される、前記方法。 24．薬剤が、抗生物質、化学療法剤、増殖因子または鎮痛薬である請求項23に記 載の方法。 25．抗生物質が、テトラサイクリン塩酸塩、バンコマイシン、トブラマイシン、 ゲンタマイシンまたはセファロスポリンである請求項24に記載の方法。 26．化学療法剤がシスプラチナム、イホスファミド、メトトレキセートまたはド キソルビシン塩酸塩である請求項24に記載の方法。 27．増殖因子が、トランスフォーミング増殖因子β、骨形成タンパク質、塩基性 線維芽細胞増殖因子、血小板由来増殖因子またはその他のポリペプチド増殖因子 である請求項24に記載の方法。 28．鎮痛薬が、リドカイン塩酸塩、ビピバカイン塩酸塩またはケトロラックトロ メタミンである請求項24に記載の方法。 29．溶液が塩化ナトリウムも含む請求項23に記載の方法。 30．水のα-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物に対する重 量比が約0.22〜約１の範囲である請求項23に記載の方法。 31．水のα-硫酸カルシウム半水和物及びβ-硫酸カルシウム半水和物に対する重 量比が約0.27〜約0.30の範囲である請求項30に記載の方法。