KR20200002937A - 물질의 실질적으로 단분산성 입자를 제조하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

제1 유체는 평균 액적 크기를 갖고, 상기 평균 액적 크기 및 최대 액적 크기 이하 정도에서 액적 크기 분포를 갖는 마이크로액적의 에멀젼을 형성하기 위해 제2 유체에 분산된다. 상기 마이크로액적은 평균 입자 크기 및 실질적으로 최대 허용 입자 크기 이하 정도에서 입자 크기 분포를 나타내는 마이크로구체로 변형되기 위해 용매가 제거된다. 상기 마이크로구체는 평균 공극 크기 정도의 비교적 좁은 공극 크기 분포를 갖는 마이크로필터에 적용되며, 상기 평균 공극 크기는 상기 평균 입자 크기 및 상기 최대 입자 크기 사이에 있다. 상기 마이크로필터의 여과액은 최대 허용가능한 입자 크기를 초과하는 입자 크기를 갖는 마이크로구체가 실질적으로 없는 상기 마이크로구체의 대부분을 포함한다.

Description

물질의 실질적으로 단분산성 입자를 제조하는 방법 및 시스템

본 발명은 물질의 실질적으로 단분산성 입자의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 입자를 제조하는 시스템에 관한 것이다. 단분산성 입자는 실질적으로 동일한 입자 또는 입자 크기를 갖는, 즉 집단 사이에서 매우 좁은 입자 크기 분포를 나타내는 입자 집단을 지칭하도록 의도된다. 배타적이지는 않지만, 본 발명은 구체적으로 예를 들어 환자의 혈관 시스템에서 표적 기관 또는 조직의 상류에 투여될 때, 생체 내 특정 조직 및/또는 기관(들)을 표적화하기에 적합한 약제학적 제제 및 제제화된 활성 성분(active ingredient)으로 단분산성 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

대부분의 의약품/제약은 전신으로, 예를 들어, 경구, 정맥 내, 백신에 의해, 근육 내 등으로 투여된다. 그럼에도 불구하고, 적절한 경우, 필요한 용량을 감소시키고 부작용을 최소화하기 때문에 제약을 주로 병든 조직 또는 기관으로 전달할 수 있는 것이 유리하다. 이는 예를 들어, 특정 조직에서 상주 줄기 세포의 성장 및 분화를 활성화시킬 수 있는 성장 인자 및 사이토카인의 투여와 구체적으로 관련될 수 있다. 이들 분자의 강력한 생물학적 활성으로 인해, 신체의 나머지 부분으로의 최소한의 유출이나 또는 유출 없이, 의도된 조직으로 그들의 작용을 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 암 화학요법제(chemotherapeutic agent)의 전달에 있어, 적절한 세포증식 억제성 약물(cytostatic drug)의 국소 전달은 가장 바람직하며, 암성 조직이 구체적으로 표적화될 수 있다면 표적 세포에 더 많은 용량의 투여를 허용하면서도 적어도 상당한 정도로 상기 약물의 끔찍한 독성 부작용을 최소화할 수 있기 때문이다.

심장마비나 뇌졸중과 같은 보다 심각한 상황에서는, 영향을 받는 장기가 구체적으로 표적화될 수 있다면, 보다 나은 치료, 구체적으로 손상된 조직을 재생하도록 지시된 치료가 가능할 수 있다. 파킨슨병, 당뇨병 또는 폐 섬유증과 같은 만성 상황에서, 결손된 세포 유형(들)을 재구성할 수 있는 시약(agent)의 국소 투여는 질환의 예후를 개선시킬 가능성이 있다.

재생 의학에서 국소 조직 재생을 위한 흥미로운 전략은 표적화된 부위의 혈액 공급으로 실질적으로 단분산성인 마이크로구체(micro-sphere)를 투여하는 것이며, 상기 마이크로구체에는 적절한 성장 인자가 로딩된다. 상기 목표는 입자가 평균 크기를 가져서 표적화된 부위, 예를 들어 장기 또는 근육과 같은 표적화된 부위의 모세혈관계(capillary bed)에 부착하고, 점진적으로 관련 성장 인자를 방출하는 것이다. 이러한 경우, 관련 있는 마이크로구체의 크기 분포가 너무 좁아서 마이크로구체의 무시할만한 정도만이 모세혈관계를 통과하여 조직적으로 손실될 수 있는 반면, 더욱 중요한 것은 마이크로구체가 표적 부위의 전-모세혈관(pre-capillaries)을 막아 거시-경색증(macro-infarct)을 유발할 수 있으므로 그렇게 크지 않아야 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 그 중에서도 매우 좁은 입자 크기 분포로 입자를 제조할 수 있게 하는 방법 및/또는 시스템을 제공하는 것이며, 이는 이들 입자를 인간 또는 동물 신체에서 약제학적 시약의 이러한 국소 전달에 특히 적합하게 한다. 본 발명의 기초가 되는 중요한 인식은 특정 크기를 초과하는 입자가 이러한 방법의 최종 생성물에 절대적으로 존재하지 않는 것이 가장 중요하다는 점이며, 상기 방법은 또한 바람직하게는 원료 물질의 소비와 관련하여 경제적이고 효율적이어야 한다. 구체적으로 특정 약제학적 약물 및 생명공학 제품의 경우, 상기 원료 물질은 매우 귀중하거나 비쌀 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 물질의 실질적으로 단분산성 입자를 제조하는 방법은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:

용매에 상기 물질을 용해시켜서 상기 물질을 함유하는 제1 유체를 형성하는 단계;

상기 제1 유체를 적어도 하나의 제2 유체에 분산시켜서 제2 유체에서 상기 제1 유체를 함유하는 마이크로액적(micro-droplet)의 에멀젼을 형성하되, 상기 마이크로액적은 평균 액적 크기를 갖고, 상기 평균 액적 크기 및 최대 액적 크기 이하의 정도에서 액적 크기 분포를 갖는 단계;

상기 제1 유체를 함유하는 상기 마이크로액적이 상기 제2 유체에서 용매를 잃게 하고, 상기 제2 유체에서 상기 물질을 함유하는 마이크로구체(micro-sphere)를 형성하되, 상기 마이크로구체는 평균 입자 크기 및 실질적으로 전적으로 최대 허용 가능한 입자 크기 이하 정도에서 입자 크기 분포를 갖는 단계;

상기 마이크로구체를 함유하는 상기 제2 유체를 평균 공극 크기 정도에서 비교적 좁은 공극 크기 분포를 갖는 마이크로필터로 처리하되, 평균 공극 크기는 상기 평균 입자 크기 및 상기 최대 허용가능한 입자 크기 사이인 단계; 및

상기 마이크로구체의 대부분을 포함하고, 상기 최대 허용 가능한 입자 크기를 초과하는 입자 크기를 갖는 마이크로구체가 실질적으로 없는 여과액을 수득하는 단계.

본 발명의 다른 구체예에서, 물질의 마이크로구체를 제조하는 방법은 하기 단계를 포함한다:

(a) 용매에 상기 물질을 용해시켜서 상기 물질을 포함하는 제1 유체를 형성하는 단계;

(b) 상기 제1 유체를 적어도 하나의 제2 유체에 분산시켜 제2 유체에서 상기 제1 유체의 마이크로액적의 에멀젼을 형성하되, 상기 마이크로액적은 평균 액적 크기를 갖고, 상기 평균 액적 크기 및 최대 액적 크기 이하 정도에서 액적 크기 분포를 갖는 단계;

(c) 상기 제1 유체의 상기 마이크로액적이 상기 제2 유체에서 용매를 잃게 하고, 상기 제2 유체에서 상기 물질을 함유하는 마이크로구체를 형성하되, 상기 마이크로구체는 평균 입자 크기를 갖고, 상기 평균 입자 크기 및 최대 입자 크기 이하 정도에서 입자 크기 분포를 갖는 것인, 단계;

(d) 상기 마이크로구체를 함유하는 상기 제2 유체를 평균 공극 크기 정도에서 비교적 좁은 공극 크기 분포를 갖는 마이크로필터로 처리하여 최대 허용 가능한 입자 크기를 초과하는 입자 크기를 갖는 마이크로구체가 실질적으로 없는 상기 마이크로구체의 대부분을 포함하는 여과액을 형성하되, 상기 평균 공극 크기는 상기 평균 입자 크기 및 상기 최대 입자 크기 사이인 단계.

본 발명에 따른 방법은 우선 상기 물질의 제1 유체를 함유하는 마이크로액적의 에멀젼을 생성한다. 이 제1 유체는 상기 마이크로액적에 걸쳐 상기 물질의 균일하고 균질한 분포를 제공하며, 즉 이들 액적은 상기 물질을 동일한 농도로 함유할 것이다. 상기 액적 크기는, 예를 들어 그 내용이 본원에 참조로 포함되는 출원인에 의해 공개된 유럽 특허 출원 EP 1.755.773에 기술된 방법을 적용함으로써 이러한 에멀젼을 형성하는 동안 매우 높은 수준으로 조절될 수 있다. 결과적으로, 상기 크기 분포는 평균 액적 크기 정도로 극히 좁아질 수 있다. 따라서 이 방법에 의해 생성된 마이크로구체는 실질적으로 최대 허용 가능한 입자 크기 이하인 평균 입자 크기 정도에서 유사하고 정교한 크기 분포를 공유할 것이다. 일반적으로, 비교적 좁은 또는 정교한 입자 크기 분포는 예를 들어, 오늘날 반도체 기술과 같이 포토리소그래피 또는 이와 유사한 매우 정확하고 조절 가능한 기술의 도움으로 제조된 생성 및 여과 장치를 사용함으로써 본 발명에 따라 달성된다.

공정의 다음 단계에서, 상기 최대 허용 가능한 입자 크기를 초과하는 가장 큰 입자는 마이크로필터 상에서 상기 마이크로구체를 필터링함으로써 제거되며, 상기 마이크로필터는 상기 허용 가능한 크기를 초과하는 입자가 없는 여과액을 만들기 위해 상기 평균 입자 크기 및 상기 최대 허용 가능한 입자 크기 사이에 있는 평균 공극 크기 정도에서 비교적 좁은 공극 크기 분포를 갖는다. 입자를 형성하기 위해 본 방법에서 사용되는 특정 생성 단계 및 특정 필터레이션 단계 모두로 인해 원료 물질은 거의 낭비되지 않는다. 실질적으로 모든 입자는 대략 동일한 크기를 가져 유사한 효능을 나타내지만, 어떠한 입자도 상기 최대 허용 입자 크기를 초과하는 입자 크기를 갖지 않을 것이다.

본 발명이 제2 유체에서 생성된 마이크로구체를 언급하지만, 이들 마이크로구체는 정확히 수학적으로 구형일 필요는 없음에 유의해야 한다. 또한, 상기 마이크로구체는 마이크로액적으로부터 용매가 배출된 이후 제2 유체에서 액상 또는 고형 형태로 존재할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "마이크로구체(micro-sphere)"는 "입자(particle)" "마이크로입자(micro-particle)" 또는 "마이크로 구형 입자(micro-spherical particle)"와 상호 교환될 수 있으며, 서브마이크론 (submicron) 내지 밀리미터(millimeter)까지의 크기 범위(평균 길이, 폭 또는 직경)에 있는 입자를 지칭한다. 예를 들어 쿨터 카운터, 레이저 회절 입자 크기 분석기 또는 CPS 디스크 원심 분리기를 사용하는 공지된 입자 크기 분석 방법은 입자 크기를 결정하는데 적합하다.

본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 마이크로구체는 현탁된, 또는 적어도 습윤한 상태로 유지될 수 있지만, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 구체예는 상기 마이크로구체가 고형 마이크로입자를 포함하는 것을 추가의 특징으로 하며, 상기 여과액(filtrate)은 건조되어 상기 마이크로입자로부터 상기 제2 유체를 제거하고, 상기 마이크로입자는 수집되어 고형 마이크로입자의 건조 분말을 수득한다. 상기 건조 단계의 결과로서, 고형 마이크로 구형 입자는 낮은 중량 및 부피와 함께 관련 물질의 긴 저장 수명(shelve-life)을 특징으로 하는 건조 단분산성 분말의 형태가 된다.

상기 방법에 의해 수득된 입자는 구체적으로 생체 내 국소 약물 전달에 적합하다. 이를 위해 본 발명에 따른 방법의 특정 구체예는 상기 물질이 약제학적 활성제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 약제학적 산물은 순수 형태이거나 또는 담체(carrier)에링크되거나, 매립되거나 또는 그 외에 적재될 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방법의 추가의 특정 구체예는 상기 물질이 중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 중합체는 현장에서 방출되는 활성 시약을 포획하거나, 캡슐화하거나, 결합하거나 또는 이외에 함유하는 담체 매트릭스로 사용될 수 있거나, 또는 대안적으로 약제학적 활성제 자체일 수 있다. 어느 경우에나, 본 발명에 따른 방법의 추가의 특정 구체예에 의해 수행될 수 있는 관련된 약제학적 산물의 시간에 따른 조절되고 연장된 생체 내 방출은 상기 중합체가 생체적합성 및/또는 생분해성인 것을 특징으로 한다. 중합체의 예는 폴리(글리콜산), 폴리(d,1-락틱산), 폴리(l-락틱산), 이들의 공중합체 및 기타 등을 포함한다.

일단 제2 유체에 마이크로액적이 형성되면 응집되지 않도록 하는 것이 중요하다. 이를 위해, 본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 구체예는 상기 제2 유체가 상기 마이크로액적의 응집을 실질적으로 방지하는 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 결과적으로, 상기 액적의 단분산성 특성은 제2 유체에서 유지되고 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 방법의 특정 구체예는 상기 계면활성제가 폴리비닐 알코올이고, 상기 제2 유체가 수용액인 것을 특징으로 한다.

마이크로액적의 에멀젼을 생성하는 방법에는 여러 가지가 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 구체예에서 상기 마이크로액적은 마이크로채널 장치에서 특정 크기의 횡단면 직경을 가지고, 유출구를 가지는 적어도 하나의 마이크로채널에 상기 제1 유체를 주입하고, 및 상기 제2 유체에서 상기 적어도 하나의 마이크로채널의 상기 유출구에서 나오는 액적을 배출하여 생성되는 것을 특징으로 한다. 마이크로액적의 형성을 위해 이러한 방식으로 사용될 수 있는 마이크로채널 장치의 특정 구체예는 본 명세서에 참조로 포함된 출원인에 의한 유럽 특허출원 EP 1.755.773에 기재되어 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 상기 마이크로채널 장치가 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 포함하는 채널 플레이트를 포함하고, 상기 유출구가 상기 채널 플레이트의 출력 표면에서 상기 액적을 전달하는 것을 특징으로 하는 구체예를 포함하고, 및 상기 채널 플레이트는 유입구 표면 및 상기 마이크로채널 이내의 개구부 아래의 제1 말단 및 상기 채널 플레이트의 상기 출력 표면으로 열려 있는 제2 말단 사이에서 연장되는 적어도 하나의 제2 채널을 포함하며, 보다 구체적으로 상기 제2 채널은 상기 마이크로채널과 개방된 연결로 상기 유입구 표면으로부터 상기 유출구 표면 아래로 채널을 연장한다. 이러한 장치는 매우 안정적인, 즉 일정하고, 재현 가능한 직경을 갖는 마이크로액적을 생성하여 액적이 서로 높은 수준으로 동등한 에멀젼을 생성한다. 액적 형성의 이러한 단분산성 특성은 상기 제2 채널이 상기 유출구 또는 유출구 표면을 향해 확장되는 물결 모양의 벽, 구체적으로 톱니형 물결 주름을 갖는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 방법의 특정 구체예에 의해 추가로 향상된다.

구체적으로, 본 발명에 따른 방법의 추가 구체예는 상기 마이크로채널 장치가 마이크로시브를 포함하고, 보다 구체적으로는 상기 제1 유체가 포토리소그래피로 결정된 엄격히 한정된 마이크로채널, 공극을 갖는 마이크로시브를 통해 상기 제2 유체에 주입되는 것을 특징으로 한다. 제1 유체를 제2 유체로 안내하는 마이크로채널을 규정하는 공극은, 예를 들어 포토리소그래피 마스킹 기술을 이용한 식각(etching)의 수단 또는 포토리소그래피에 의해 결정된 패턴 상에 증착 후 리프트 오프 공정의 수단과 같이 여러 가지 방법으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여 본 발명의 방법의 특정 구체예는 상기 마이크로시브가 시브층 또는 필터층을 보유하는 고형 기판을 포함하고, 상기 공극은 상기 시브층 또는 필터층에 식각되며, 및 상기 고형 기판은 상기 공극의 적어도 다수를 포함하는 상기 시브층 또는 필터층의 영역을 노출시키는 적어도 하나의 창을 상기 시브층 또는 필터층 아래에 가지고, 및 보다 구체적으로 상기 고형 기판은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로, 일반적인 반도체 기술을 사용하여 본 발명에 따른 방법에 의해 단 분산성 마이크로액적의 생산을 위한 가능한 공차(tolerances) 내에서 매우 정밀한 마이크로채널 장치를 제조할 수 있다.

주입 장치와 마찬가지로, 본 발명에 따른 방법에 사용된 마이크로필터는 예를 들어 식각 또는 리프트-오프 공정 같은 포토리소그래피 식각 및/또는 증착 기술을 사용하여 형성된 엄격히 한정된 공극을 갖는 시브층 또는 필터층을 포함한다. 또한, 마이크로필터의 시브층 또는 필터층은 바람직하게는 쉘프 반도체 기술과 호환되는 재료(material)의 고형층을 포함한다.

실제 셋업(setup)에서, 본 발명의 방법은 상기 제2 유체는 상기 마이크로필터의 제1 표면을 따라 통과되는 반면, 상기 마이크로구체를 포함하는 상기 여과액은 상기 마이크로필터의 제2 반대 표면에 수집되는 것을 특징으로 한다. 이러한 셋업은 제2 유체가 액체의 비교적 적은 부피의 폐쇄 순환으로 유지될 수 있는 반면, 상기 최대 허용 가능한 수준 이하 크기의 마이크로구체는 필터의 상기 유출구 표면에서 지속적으로 제공되고 추출된다는 이점을 갖는다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 방법의 보다 구체적인 구체예는 상기 제2 유체가 무균 폐쇄 순환에서 제1 펌프 수단에 의해 상기 제1 표면 상으로 순환되고 상기 여과액은 상기 여과액에 존재하는 마이크로구체를 수집하는 추가 필터를 통해 무균 제2 펌프 수단에 의해 상기 제2 표면으로부터 배출되는 한편, 상기 추가 필터의 여과액은 상기 폐쇄 순환으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 추출된 유체의 액체상은 상기 유체로부터 마이크로구체가 제거되고 회수된 후 1차 순환으로 되돌려질 수 있다. 취약한 마이크로구체에 대한 임의의 손상을 피하기 위해, 구체적으로 그들의 단분산성 개별 크기를 왜곡시키지 않기 위해, 본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 구체예는 그러므로 상기 제1 및 제2 펌프 수단이 연동 펌프, 원심 펌프, 기어 펌프 및 피스톤 펌프를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 펌프임을 특징으로 한다. 연동 펌프 수단의 사용은 관련 단분산성 입자의 완전성(integrity)을 악화시킬 수 있는 입자에 대한 기계적 충격의 위험을 피하는 한편, 또한, 연동 펌프 수단은 내부 유체 흐름에 폐쇄 환경을 제공하여 결과적으로 무균 상태로 유지될 수 있게 한다.

이 방법은 바람직하게는 현저한 방해 없이 연속 공정으로 수행된다. 특히 공정 전체에서 마이크로필터의 올바른 작동이 요구된다. 이를 위해 본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 구체예는 상기 마이크로필터에 역세척 수단이 제공되는 것을 특징으로 한다. 이러한 역세척 수단은 여러 가지 방법으로 고안될 수 있다. 이와 관련하여 성공적으로 입증된 본 발명에 따른 방법의 특정 구체예는 상기 역세척 수단이 상기 마이크로필터의 상기 제2 반대 표면에 결합되고 가압 가스, 구체적으로 희소 가스 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스를 상기 마이크로필터의 상기 제2 반대 표면 상으로 방출하는데 사용되는 제어 가능한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반면, 본 발명에 따른 방법의 대안적인 구체예는 상기 역세척 수단이 상기 마이크로필터를 가로질러 상기 제2 반대 표면으로부터 흐름을 생성하는데 사용되는 연동 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법은 단분산성 입자의 목적 크기에 관한 한 넓은 공정 윈도우를 제공한다. 단분산성 입자의 마이크로 내지 서브마이크로 크기의 넓은 범위는 마이크로액적을 전달하는 주입 수단의 치수(dimension), 및 마이크로필터에서 공극의 치수를 다른 것으로 개조하고, 관련된 입자의 목적하는 목표 크기로 이들 치수를 조정하여 수득될 수 있다. 이와 관련하여, 이에 제한되지는 않지만, 본 발명에 따른 방법의 특정 구체예는 상기 마이크로필터가 5 내지 200 마이크론(micron) 사이의 평균 공극 크기와 함께 상기 표준 공극 크기 정도에서 0.1 및 5 마이크론 사이의 표준 편차 이내의 공극 크기 분포를 갖고, 상기 마이크로구체는 5 내지 150 마이크론 사이, 바람직하게는 10 내지 125 마이크론 사이, 보다 바람직하게는 12.5 내지 100 마이크론 사이의 평균 입자 크기와 함께 최대한 25%, 바람직하게는 최대한(at most) 15%, 및 보다 바람직하게는 최대한 10% 사이의 표준편차 이내에서 입자 크기 분포를 갖고, 상기 입자 크기 분포는 상기 마이크로필터의 평균 공극 크기 이하에서 85%, 바람직하게는 90% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 95% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 전술한 하나 이상의 구체예에서 특히 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 사용될 수 있는 물질의 입자를 생성하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 물질의 실질적으로 단분산성 입자를 생성하기 위한 시스템은 제2 유체에서 제1 유체를 함유하는 실질적으로 단분산성 마이크로액적의 에멀젼을 형성하는 수단 및 상기 평균 입자 크기 및 상기 최대 허용가능한 입자 크기 사이인 실질적으로 좁은 공극 크기 분포의 필터 공극을 갖는 필터레이션 수단 및 상기 최대 허용가능한 입자 크기 이하의 입자 크기를 갖는 상기 에멀젼에서 상기 마이크로구체의 분획을 회수하는 회수 수단을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 마이크로액적은 평균 크기 및 실질적으로 최대허용가능한 입자 크기 이하 정도에서 비교적 좁은 크기 분포를 나타낸다.

본 발명의 목적은 그 중에서도 매우 좁은 입자 크기 분포로 입자를 제조할 수 있게 하는 방법 및/또는 시스템을 제공하는 것이며, 이는 이들 입자를 인간 또는 동물 신체에서 약제학적 시약의 이러한 국소 전달에 특히 적합하게 한다.

도면은 순수한 도식이며 실제 크기대로 도시되지 않았다. 특히, 일부 치수는 전반적인 명료성을 향상시키기 위해 다소 과장될 수 있다. 도면에서, 동일한 부분은 동일한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 실질적으로 단분산성 마이크로구체의 에멀젼의 형성을 위해 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 주입 장치의 개략도이다.
도 2은 모두가 최대 허용 입자 크기 미만인 실질적으로 단분산성 마이크로구체의 회수를 제공하는 본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있는 마이크로필터 장치의 개략도이다.
도 3은 도 1의 주입 장치에 의해 수득된 마이크로구체의 예시적인 입자 크기 분포를 나타낸다.
도 4A는 도 2의 마이크로필터 장치로 필터레이션한 후 수득된 마이크로 입자의 예시적인 입자 크기 분포를 나타낸다.
도 4B는 마이크로입자의 입자 크기 분포의 비교를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 특히 적합한 본 발명에 따른 시스템의 스타트업시 실제 셋업의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법을 수행한 후에 도 5의 셋업의 개략도이다.

실시예 1

물질을 고형 또는 액상으로 용매에 용해시켜 상기 물질의 균질한 제 1 유체를 얻는다. 본 실시예에서, 상기 물질은 폴리카보네이트를 포함하고 상기 물질은 용매로서 디클로로메탄 (DCM 또는 염화메틸렌)에 용해된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 주입 장치를 사용하여, 상기 제1 유체는 이어서 제2 유체에 주입되어 상기 제2 유체에서 상기 제1 유체의 에멀젼을 형성한다. 본 실시예에서, 탈염수(demineralized water)는 상기 제2 유체로 사용된다. 이는 물에 분산된 폴리카보네이트 용액(제1 유체)의 마이크로액적을 생성한다. 상기 마이크로액적은 실질적으로 동일한 폴리카보네이트 마이크로구체를 형성하기 위해 물에 잠겨 있는 동안 용매를 잃을 것이다.

원칙적으로, 상기 에멀젼화 단계에 다양한 장치가 사용될 수 있지만, 바람직하게는 출원인에 의한 전술한 상기 특허 출원에 기재된 바와 같은 주입 장치가 사용된다. 상기 출원의 내용은 본원에 참고로 포함되며, (제 2) 유체에서 마이크로액적의 단분산성 에멀젼을 얻는 방법에 대한 추가 세부 사항을 제공한다.

본 실시예에서 사용된 주입 장치는 식각 마스크에 의한 포토리소그래피로 정의되고 통상적인 기술자에게 익숙한 일반적인 반도체 생산 기술을 사용하여 상기 시브층에서 상기 마스크를 사용하여 식각되는 다수의 주입 채널을 갖는 실리콘 기판(10) 상에 마이크로시브층(micro-sieve layer)을 포함하는 마이크로채널 장치를 포함한다. 이것은 반도체 기술과 관련하여 극도로 작은 공차 내에서 서로 동일하게 엄격하게 정의된 직경을 갖는 마이크로채널을 생성할 것이다. 상기 시브층은 실리콘과 같은 반도체 재료 또는 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물과 같은 재료를 포함할 수 있으며, 이들 모두는 오늘날의 진보된 반도체 공정 기술과 호환된다.

상기 미세 채널 장치의 상기 고정밀도(high precision)는 서로 실질적으로 동일한, 즉 대략 동일한 크기 및 형태를 갖는 마이크로액적(20)의 회수의 생성으로 해석된다. 마이크로액적이 용매를 잃은 후, 생성된 폴리카보네이트의 마이크로구체는 평균 입자 크기 및 거의 완전히 최대 허용가능한 입자 크기 이하 정도에서 비교적 예리하고 잘 정의된 입자 크기 분포를 동일하게 공유할 것이다. 본 실시예에서, 상기 마이크로채널은 도 3에서 크기 분포에 도시된 바와 같이 15-16 마이크론 정도의 평균 크기 정도에서 거의 모두가 10 내지 40 마이크론 사이의 동일한 크기를 갖는 고형 폴리카보네이트 마이크로구체를 생성하기 위해 모두 15 마이크론의 직경을 갖는다. 본 실시예에서 최대 허용가능한 입자 크기는 30 마이크론이다.

불가피하게도, 15 마이크론 정도의 상기 목표 크기보다 더 큰 크기를 갖는 일부 마이크로액적(20)이 생성될 것이며, 이는 도 3의 입자 크기 분포의 꼬리에 의해 도시된 것과 같이 생성된 모든 마이크로액적의 4% 정도를 차지한다. 표적화된 최종 산물에서 30 마이크론의 최대 허용가능한 입자 크기를 초과하는 입자를 제거하기 위해, 상기 마이크로구체를 함유하는 에멀젼은 도 2에 나타낸 것과 같은 마이크로필터로 마이크로필터레이션 공정을 거친다. 도 1에 도시된 것과 같은 본 발명에 따라 사용되는 주입 장치와 같이, 마이크로필터 또한 고정밀도 기술을 사용하여 제조되어 정확하게 정의되고 구성된 필터 포어를 갖는 필터층을 생성한다. 이와 같이, 마이크로필터는 지지체(30)에 프레임된 주입 장치로서 사용되는 것과 같은 마이크로시브층, 또는 본 실시예에서와 같이, 적절한 금형(mould)의 반도체 가공 후 리프트 오프 공정에 의해 생성되는 거의 동일한 천공(perforation) 또는 개구부(opening)를 갖는 금속층을 포함할 수 있다.

상기 형성의 고정밀도로 인해, 상기 필터층은 평균 공극 크기 정도에서 극히 좁은 필터 공극 크기 분포를 나타내며, 상기 평균 공극 크기는 상기 평균 입자 크기와 상기 최대 허용 가능한 입자 크기 사이에 있다. 본 실시예에서, 금속층의 공극 또는 천공은 약 20 마이크론의 앞에 언급한 평균 직경을 공유한다. 이 마이크로필터는 도 1의 주입 장치의 수단에 의해 생성된 폴리카보네이트 마이크로구체를 함유하는 유체를 처리하기 위해 크로스필터(cross-filter)로 사용된다. 15분의 필터레이션 후, 상기 마이크로필터로부터 회수되어 생성된 여과액/투과액은 도 4a에 도시된 바와 같은 입자 크기 분포를 특징으로 한다. 이 생성물은 30 마이크론을 초과하는 크기의 모든 입자가 필터를 통과하지 않기 때문에 30 마이크론의 상기 최대 허용 가능한 입자 크기를 초과하는 입자 크기를 갖는 입자를 함유하지 않으며, 생성된 거의 모든 입자는 입자 형성의 좁은 크기 분포와 입자 필터레이션의 좁은 입자 크기 분포의 조합으로 인해 최종 여과액에 포함된다. 실제로 원료 생성물(source product)의 실제 사용 측면과 관련하여 99% 이상의 수율 또는 효율이 달성된다. 주입 장치(즉, 마이크로필터레이션 전)에 의해 수득되거나, 마이크로필터레이션 후(즉, 투과물 및 잔류물)에 수득된 마이크로입자의 입자 크기 분포의 비교는 도 4B에 도시되어 있다.

실시예 2

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 실용적이고 예시적인 셋업이 도 5 및 6에 도시되어있다. 본 실시예에서, 이 셋업은 생분해성 마이크로입자의 형성에 사용된다. 보다 구체적으로, 이들 생분해성 입자는 약제학적 활성제(pharmaceutically active agent)가 로딩되거나 이와 연결된 생분해성 중합체를 포함한다. 적합한 생분해성 및 생흡수성 중합체는 폴리(L 및/또는 D) 락타이드(lactide)에 기반한 다양한 중합체 및 공중합체로부터 얻을 수 있다. 이 중합체는 생체에서 경험될 수 있는 수용성 환경에 있는 동안 서서히 분해되고 용해되며, 염증 반응을 피하기 위해 생체 적합성인 것으로 입증되었다. 이러한 생분해성 중합체(매트릭스)에 약제학적 활성제를 로딩 또는 연결함으로써, 상기 시약의 점진적인 국소 방출이 신체의 특정 부위에서 실현될 수 있으며, 이는 이들 생분해성 입자가 재생 의학에서와 같이 국소 상해를 치료하는데 특히 유용하게 한다. 그러나 이러한 처리에 사용되는 성장 인자는 매우 비싸므로 낭비되는 경우 그러한 물질의 재료 손실은 최소화해야 한다. 본 발명의 방법 및 셋업(setup)은 구체적으로 이들 및 다른 요구를 해결한다.

활성제(active agent)가 적재된 적절한 양의 출발 생분해성 중합체 물질은 용매로서 디클로로메탄에 용해되지만, 예를 들어 테트라하이드로퓨란(THF) 및 에틸아세테이트부틸과 같은 다른 용매도 사용될 수 있다. 제1 유체는 전술한 바와 같은 주입 장치(10)를 사용하여 제2 유체 상인 물에 주입되어 15 마이크론 정도의 평균 액적 크기 및 상기 평균 크기 정도에서 정교한 크기 분포를 갖는 거의 단분산성인 마이크로액적(20)의 에멀젼을 생성한다. 적은 퍼센트의 폴리비닐 알코올(PV A)이 계면활성제로 상기 물에 첨가되어 이 수상(water phase)에서 회수된 마이크로액적의 응집을 방지할 것이다. 이후, 상기 마이크로액적으로부터 용매를 추출하여 활성제가 로딩된 중합체의 무용매(solvent free) 마이크로구체를 수득한다. 추출이 완료되면, 상기 마이크로구체는 더 이상 액적이 아니고 고형 마이크로입자이다. (거의) 단분산성 마이크로 입자의 에멀젼이 생성되고, 필요한 경우 컨테이너(51)에 일시적으로 보관되며 제어 밸브(53)의 작동에 의해 공정 용기(50)로 이동될 수 있다. 상기 공정 용기(50)(process vessel)는 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 사용될 수 있고 이하에서 추가로 설명될 본 발명에 따른 실제 셋업의 일부이다.

상기 공정 용기(50)는 현탁된 마이크로입자의 에멀젼을 유지하기 위해 도 5의 러더(rudder)(54)로 도시된 교반 수단을 포함한다. 충분한 수성 환경을 유지하기 위해, 이 목적을 위해 제공된 제어 밸브(56)를 열어 보조 용기(55)로부터 공급될 수 있는 바과 같이 0.05% 폴리소르베이트 20(Tween®20) 수용액을 이 에멀젼에 첨가할 수 있다.

공정 용기(50)에는 상기 에멀젼을 크로스필터(60)의 1차 측면에 걸쳐 순환시키고 용기(50)로 다시 되돌아 오게 하는 연동 펌프(52)가 연결되어 있다. 상기 크로스필터는 17 마이크론의 컷오프 공극 크기를 갖는 전술한 유형의 마이크로필터(30)를 포함한다. 90분의 필터링 후, 이 필터의 여과액은 20 마이크론의 최대 허용 가능한 입자 크기를 초과하는 입자를 함유하지 않는 입자 크기 분포를 나타내며, 초기 생성물/물질의 99% 이상이 상기 여과액에 유지된다. 고가의 중합체 제품의 부주의한 폐기물로 인한 경제적 손실은 최소로 유지된다.

필터 공극에 너무 큰 입자가 붙어 마이크로필터가 막히는 것을 방지하기 위해, 역세척(back-flush) 수단이 제공된다. 상기 역세척 수단은 제어 밸브(75)를 작동시킴으로써 상기 마이크로필터의 제2 반대 표면 상에 방출될 수 있는 가압 가스의 실린더(70)를 포함한다. 이산화탄소 및 공기와 같은 일반적인 가스를 포함하여 많은 가스가 이러한 목적으로 사용될 수 있지만, 생성물과의 임의의 반응을 피하기 위해 질소와 같은 불활성 가스 또는 헬륨 또는 아르곤과 같은 희소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 제어 밸브(75)는 필터의 공극을 통해 가스의 백-펄스 (back-pulse)를 가하는 동안 주기적으로 짧게 개방되어 필터에 끼어 있는 입자를 들어 올리며 이들은 필터의 다른 면을 거쳐 용기로 되돌아오는 흐름인 주 액체 스트림에 의해 흡수된다.

크로스필터(30)의 여과액은 마이크로필터(60)의 여과액으로부터 모든 마이크로입자를 포획 및 회수하기 위해 추가의 필터(80)에 의해 농축된다. 본 실시예에서, 이 추가의 필터(80)는 마이크로필터(60)의 여과액에 존재하는 사실상 모든 고형 입자를 포획하는 마이크로막 필터(micro-membrane filter)를 포함한다. 예를 들어 머크 밀리포어(Merck Millipore)에 의한 울트라 필터인 Amicon® 범위와 같이 상업적으로 이용가능한 임의의 적절한 필터를 이러한 목적으로 사용할 수 있다. 정상 작동 모드에서, 제2 연동 펌프(58)에 대한 제어 밸브(59)는 폐쇄 위치에 있고, 폐기물 용기(90)에 대한 밸브(95)는 개방되어 있다. 필터(80)의 수성 여과액 배출물은 상기 폐기물 용기(90)에 수집된다. 마지막으로, 밸브(57, 59, 95)의 적절한 설정에 의해 제2 연동 펌프(58)를 사용하여 역세척 펄스를 제공하여 필터(80) 표면 상에 축적된 귀중한 잔류물을 생성물 용기(100) 내로 강제로 이동시킨다.

상기 울트라 필터의 잔류물은 귀중한 마이크로입자를 함유한다. 이 생성물은 동결 건조되어, 예를 들어 성장 인자 또는 세포증식 억제성 시약과 같은 약제학적 활성제를 함유하는 생분해성 중합체의 고형 입자의 단분상성 분말을 형성한다. 실질적으로 단분산성인 마이크로구체와 같은 이들 입자를 함유하는 에멀젼을 생성하기 위한 주입 수단 및 이의 후처리를 위한 여과 수단의 선별적인 선택으로 인해, 결과적인 생성물은 사실상 모든 입자가 동일한 크기를 갖는다는 점에서 극단적인 범위의 단분산성이며, 더 중요한 것은 결과적인 생성물이 (사실상) 최대 허용가능한 크기를 초과하는 크기를 갖는 입자가 없다는 점에서 안전하는 것이다.

본 발명은 이들 실시예만을 참조하여 더욱 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 제공된 실시예에 한정되는 것이 아님을 이해할 것이다. 반대로, 당업자는 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 더 많은 대안, 변형 및 추가 실시예를 생각할 수 있다.

Claims (22)

1. 하기 단계를 포함하는 물질의 마이크로구체(micro-spheres)를 제조하는 방법:
   (a) 용매에 상기 물질을 용해시켜 상기 물질을 포함하는 제1 유체를 형성하는 단계;
   (b) 상기 제1 유체를 적어도 하나의 제2 유체에 분산시켜 제2 유체에서 상기 제1 유체의 마이크로액적(micro-droplet)의 에멀젼을 형성하되, 상기 마이크로액적은 평균 액적 크기를 갖고, 상기 평균 액적 크기 및 최대 액적 크기 이하의 정도에서 액적 크기 분포를 갖는 단계;
   (c) 상기 제1 유체의 상기 마이크로액적이 상기 제2 유체에서 용매를 잃게 하고, 상기 제2 유체에서 상기 물질을 포함하는 마이크로구체를 형성하되, 상기 마이크로구체는 평균 입자 크기를 갖고, 상기 평균 입자 크기 및 최대 입자 크기 이하의 정도에서 입자 크기 분포를 갖는 단계; 및
   (d) 상기 마이크로구체를 포함하는 상기 제2 유체를 평균 공극 크기 정도에서 비교적 좁은 공극 크기 분포를 갖는 마이크로필터로 처리하여 최대 허용 가능한 입자 크기를 초과하는 입자 크기를 갖는 마이크로구체가 실질적으로 없는 상기 마이크로구체의 대부분을 포함하는 여과액을 형성하되, 상기 평균 공극 크기는 상기 평균 입자 크기와 상기 최대 입자 크기 사이에 있는 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기 물질은 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 물질은 약제학적 활성제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 중합체는 생분해성인 것을 특징으로 하는, 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 유체는 마이크로액적이 응집되는 것을 실질적으로 방지하는 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리비닐 알코올을 포함하고, 상기 제2 유체는 수용액인 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제1항에 있어서, 단계 (d) 이후 상기 여과액을 건조하여 상기 마이크로구체로부터 상기 제2 유체를 제거하고, 상기 마이크로구체를 회수하여 분말을 수득하는 단계가 이어지는 것을 특징으로 하는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 마이크로액적은 마이크로채널 장치의 특정 크기의 횡단면 직경을 가지고, 유출구를 가지는 적어도 하나의 마이크로채널에 상기 제1 유체를 주입하고, 및 상기 제2 유체에서 상기 적어도 하나의 마이크로채널의 상기 유출구에서 나오는 액적을 배출하여 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 마이크로채널 장치는 상기 적어도 하나의 마이크로채널을 포함하는 채널 플레이트를 포함하고, 상기 유출구는 상기 채널 플레이트의 출력 표면에서 상기 액적을 전달하며, 상기 채널 플레이트는 유입구 표면 및 상기 적어도 하나의 마이크로채널의 마이크로채널 내의 개구부 아래의 제1 말단 및 상기 마이크로채널 플레이트의 상기 출력 표면으로 열려 있는 제2 말단 사이에서 확장되는 적어도 하나의 제2 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 채널은 상기 유출구를 향해 확장되는 물결 모양의 벽(corrugated wall)을 갖고, 구체적으로 톱니형 물결 주름(toothed corrugation)을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 마이크로채널장치는 마이크로시브(microsieve)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 마이크로시브는 포토리소그래피로 결정된 엄격히 한정된 공극을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 마이크로시브는 필터층을 수반하는 고형 기판을 포함하고, 상기 공극은 상기 필터층에서 식각되며, 상기 고형 기판은 상기 필터층 아래에 상기 공극의 적어도 대부분을 포함하는 상기 필터층의 영역을 노출시키는 적어도 하나의 창을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 고형 기판은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 마이크로필터는 포토리소그래피 식각 및/또는 증착 기술을 사용하여 형성된 엄격히 한정된 공극을 갖는 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 필터층은 리프트-오프(lift-off) 공정의 수단으로 생성되는 개구부를 갖는 금속층인 것을 특징으로 하는, 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 마이크로구체를 함유하는 상기 제2 유체는 상기 마이크로필터의 제1 표면을 따라 통과하고, 반면에 상기 마이크로구체를 포함하는 상기 여과액은 상기 마이크로필터의 제2 반대 표면(opposite surface)에서 회수되는 것을 특징으로 하는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 마이크로필터는 상기 마이크로필터의 제2 반대 표면에 연결된 역세척(back-flush) 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 역세척 수단은 가압 가스, 구체적으로 희소 가스 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스를 상기 마이크로필터의 상기 제2 반대 표면으로 방출하는 제어 가능한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 역세척 수단은 상기 마이크로필터의 상기 제2 반대 표면에 연동 펌프에 의한 흐름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
21. 제1항에 있어서, 상기 마이크로필터는 5 내지 200 마이크론 사이의 평균 공극 크기와 함께 상기 평균 공극 크기 정도에서 0.1 내지 5 마이크론 사이의 표준편차 이내인 공극 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
22. 제1항에 있어서, 상기 마이크로구체는 5 내지 150 마이크론 사이 및 바람직하게는 10 내지 125 마이크론 사이 및 보다 바람직하게는 12.5 내지 100 마이크론 사이의 평균 입자 크기와 함께 최대한 25%, 바람직하게는 최대한 15%, 및 보다 바람직하게는 최대한 10%의 표준편차 이내인 입자 크기 분포를 갖고, 상기 입자 크기 분포는 상기 마이크로필터의 평균 공극 크기 이하에서 85%, 바람직하게는 90% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 95% 이상인 것을 특징으로 하는, 방법.

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