KR20200126976A - 단백질 치료제의 캡슐화 및 지속 방출을 위한 중합성 나노입자 조성물 - Google Patents

단백질 치료제의 캡슐화 및 지속 방출을 위한 중합성 나노입자 조성물 Download PDF

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하이-콴 마오
사상크 리디
시유 케
첸후 추
다니엘 루세나 도밍게즈
그레고리 피. 하워드
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더 존스 홉킨스 유니버시티
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Abstract

확장 가능하고 재현 가능한 방법을 통해 단백질 치료제를 캡슐화 및 지속 방출하기 위한 새로운 생물분해성 나노입자 플랫폼이 기재된다. 구체적으로 단백질 또는 펩티드를 포함하는 복합체, 및 반대 이온 중합체를 포함하는 나노입자가 기술된다.

Description

단백질 치료제의 캡슐화 및 지속 방출을 위한 중합성 나노입자 조성물
관련 출원의 참조
본 출원은 2018년 1월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 62/623,018의 이익을 주장하며, 이는 본원에 충분히 설명된 것처럼 모든 목적을 위해 본원에 참조로서 포함된다.
발명의 배경
단백질 치료제는 점점 더 유행하는 치료 방식이다. 모노클로날 항체, 수용체 트랩, 성장 인자, 및 디자이너 프로틴은 특히 자가면역 질환, 암, 및 안과 질환에 대한 중요한 치료법이 되었다. 아바스틴(Avastin), 엔브렐(Enbrel), 리툭시맙(Rituximab), 루센티스(Lucentis), 에일레아(Eylea), 옵티보(Optivo), 케이트루다(Keytruda) 등과 같은 단백질 약물은 연간 매출에서 수십억 달러를 차지한다. 이러한 약물은 제약 파이프라인에서 크고 점점 증가하는 비중을 나타낸다. 작용의 특이성 및 표적 이탈 효과가 상대적으로 작다는 것은 이러한 약물을 특히 매력적으로 만든다. 이러한 방식의 중요성이 커지고 있음에도 불구하고, 시공간적으로 제어되는 투여 프로파일을 가능하게 하는 단백질에 대한 전달 비히클은 쉽게 구할 수 없다.
항체를 포함하는 단백질 치료제 전달의 경우, 성공적인 전달 시스템을 위한 이상적인 특징은 생물분해성, 높은 부하 능력, 제어되거나 지속적인 장기간 방출, 단백질 치료제의 높은 안정성 유지, 및 확장 가능한 생산 공정을 포함한다. 높은 부하 수준은 동일한 치료 효과를 달성하면서 전달 물질의 투여량을 감소시킬 것이기 때문에 바람직한데, 이러한 물질의 대부분은 생체내 고농도에서 건강한 조직에 부작용을 일으킬 수 있기 때문이다. 따라서, 독성을 줄이고 이러한 물질을 신체로부터 제거하기 위해 카고 방출 후 수술 과정을 피하려면 생물분해성 물질이 또한 바람직하다. 생체내 단백질 치료제의 낮은 안정성으로 인해, 전달 시스템이 연장된 기간 동안 체내 치료 농도를 유지하기 위해서는 지속적인 장기간 방출이 필요하며, 이는 투여 빈도를 감소시킬 것이다. 또한, 제형화 및 제조 공정은 단백질 치료제의 생물학적 활성을 유지해야 한다. 마지막으로, 확장 가능하고 편리한 생산 방법은 그러한 전달 시스템의 신뢰할 만한 제조 및 임상적 해석을 위해 매우 중요하다. 예를 들어, 장기간 인간 성장 호르몬인 소마트로핀-부하된 주사 가능한 중합성 데포인 뉴트로핀 데포(Nutropin Depot)는 높은 제조 비용으로 인해 2004년에 Genentech and Alkermes에 의해 시장에서 제외되었다.
상기 언급된 주요 요구 사항을 충족하는 단백질 전달 시스템을 개발하는데 있어 엄청난 진전이 이루어졌다. 그러나, 단백질 치료제의 생물물리학적 특성(즉, 높은 수용해도, 큰 분자량, 및 잔류 표면 전하)은 이들을 지속 방출 장치에 캡슐화하는 것을 더 어렵게 만든다. 가장 일반적으로 연구되는 단백질 치료제의 전달 시스템은 하이드로겔 및 고체 중합성 나노- 또는 마이크로입자를 포함한다. 제형 최적화를 위해 다양한 제조 방법이 개발되었다. 단백질 치료제의 전달을 위해 이러한 시스템 및 제조 방법을 사용할 때 유망한 결과가 나타났지만, 이들 중 소수만이 상기 언급된 모든 요구 사항들을 동시에 충족시킬 수 있었다.
폴리에틸렌 글리콜(PEG), 히알루론산, 덱스트란, 알기네이트 및 젤라틴과 같은 친수성 중합체로 제조된 하이드로겔 시스템은 친수성 특성과 간편한 단백질 부하 공정으로 인해 부하된 단백질 치료제 카고의 변성을 피하는 단백질 전달을 위한 매력적인 플랫폼이다. 지속 방출 프로파일을 달성하려면, 네트워크를 형성하기 위해 가교가 필요하며, 가교는 공유 결합, 이온 또는 소수성 상호작용을 통해 달성될 수 있다. 하이드로겔로부터 단백질 치료제의 방출 속도는 메쉬 크기와 하이드로겔의 중합체 부피 분율 및 부하된 단백질 치료제 분자의 크기에 의해 제어된다. 일반적으로, 더 작은 메쉬 크기, 더 높은 중합체 부피 분율, 및 더 많이 부하된 단백질 치료제를 갖는 하이드로겔은 더 느린 방출을 일으킨다. 하이드로겔 시스템의 한계는 사용되는 전달 물질의 친수성 특성으로 인해, 지속적인 장기간 방출을 달성하기 어렵다는 것이다.
단백질 전달을 위해 널리 사용되는 또 다른 담체 시스템은 소수성 또는 양친매성 중합체로 제조된 나노/마이크로입자이다. 폴리(락트산)(PLA), 폴리(글리콜산)(PGA), 및 이들의 공중합체인 폴리(락틱-코-글리콜산)(PLGA)은 생체적합성이고 조정 가능한 생물분해성으로 인해 입자 제조에 가장 널리 사용되는 중합체 중 하나이다. 단백질을 나노/마이크로입자로 캡슐화하는데 가장 일반적으로 사용되는 방법은 물/오일/물(w/o/w) 에멀젼 시스템을 형성하는 이중 에멀젼 방법이고; 오일상은 수-비혼화성 유기 용매에 용해된 담체 중합체의 용액이고, 제1 수상은 단백질 치료제의 수용액이고, 제2 수상은 분산상으로서의 수용액이다. 일부 드문 경우에, 수중유중 고체(s/o/w) 시스템이 대신 형성되는 반면, 제1 수성상은 유기 용매 중의 중합체 용액에 분산된 고체 단백질 입자로 대체된다. 둘 모두의 경우에, 이중 에멀젼 시스템은 유기 용매가 점차적으로 증발하거나 추출되는 동안 안정적으로 유지되어, 내부 단백질 용액을 포획하는 고체 중합체 입자를 생성한다. 하이드로겔과 비교하여, 이 시스템은 소수성 물질을 통한 단백질의 확산이 무시될 수 있고, 따라서 캡슐화된 단백질 치료제의 방출 속도가 중합체 매트릭스의 분해 속도에 크게 의존하기 때문에 방출 지속기간을 연장하는 이점이 있다. 그러나, 이 공정은 통상적으로 낮은 부하 수준을 생성한다. 또한, 이 공정에서 사용되는 유기 용매와 중합체 매트릭스의 소수성 환경은 부하된 단백질 치료제의 변성 위험을 증가시킨다. 이러한 입자로부터 부하된 단백질의 특징적인 방출은 3개의 단계를 따른다: 폭발 방출, 휴면 및 가변 역학을 갖는 연속 방출 단계. 그러한 방출 프로파일은 생체내 치료 결과를 제어하는 것을 어렵게 만든다.
최근에, Prud'homme 그룹은 부하 수준을 높이기 위해 플래시 나노침전(flash nanoprecipitation, FNP) 공정을 사용하여 단백질-부하된 나노입자를 제조하는 방법을 개발하였다[1]. FNP는 제한적 충돌 제트(CIJ) 또는 다중-입구 와류 혼합기(MIVM) 장치를 사용하여 연속적이고 확장 가능한 방식으로 나노입자를 생성하기 위해 운동 제어된 공정을 사용하며, 작은 분자량, 소수성 약물의 캡슐화를 위한 나노입자를 효과적으로 생성하는데 사용되었다. 수정된 FNP 공정을 사용하여, 단백질 치료제 및 양친매성 공중합체를 DMSO 또는 메탄올과 같은 수혼화성 유기 용매에 함께 용해시킨 다음, CIJ 또는 MIVM 장치에서 클로로포름 또는 아세톤과 같은 덜 극성인 비용매와 빠르게 혼합하여, 코어에 단백질 및 공중합체의 친수성 세그먼트 및 쉘에 공중합체의 소수성 세그먼트를 갖는 역상(즉, 소수성 쉘을 갖는 친수성 코어) 나노입자를 형성하였다. 이후 나노입자는 쉘 가교를 통해 안정화되었다. 예를 들어, 폴리(n-부틸아크릴레이트)7.5kDa-b-폴리(아크릴산)5.5kDa를 사용하여, 모델 단백질인 리소자임(14.3 kDa)을 높은 부하 수준으로(> 50%) 나노입자(< 100 nm)에 성공적으로 부하시켰다. 그러나, 이 나노입자 조립 공정에 따라 캡슐화된 단백질의 이차 구조에 변화가 있는지 여부가 불분명하고; 더 중요한 것은 이 시스템으로부터 캡슐화된 단백질의 방출 프로파일이 여전히 특성화되어야 한다는 것이다.
단백질 캡슐화를 위한 방법으로 소수성 이온 페어링(HIP)이 보고되었다. 고분자전해질 복합체화를 통해, 순 양전하를 갖는 단백질은 덱스트란 설페이트와 같이 반대로 하전된 제제와의 복합체화를 통해 중화되어 복합체 나노입자를 형성하고, 이는 단백질에 보호 효과를 제공할 뿐만 아니라 나노입자로의 캡슐화를 촉진한다. HIP 복합체는 소수성 또는 양친매성 중합체를 사용하여 제조된 나노입자에 나노침전 또는 이중 에멀젼 방법을 통해 부하되었다. Mitra 등은 덱스트란 설페이트 HIP 복합체와 리소자임의 성공적인 복합체화 이후, 이를 PLGA 나노입자에 부하시켜 30일에 걸쳐 거의 0차 방출 역학을 달성하였다고 보고하였다. 또 다른 연구에서, 동일한 그룹은 덱스트란 설페이트와 복합체화된 IgG-Fab 단편을 나노침전 또는 이중 에멀젼 방법을 통해 PLGA 나노입자에 약 85%의 높은 캡슐화 효율로 부하시켰다[2]. 이러한 HIP 복합체 및 나노입자는 수동 혼합 공정을 사용하여 제조되었고, 제한된 확장 가능성 및 보다 높은 배치-간 가변성을 갖는다. 결과적으로, 확장 가능하고 재현 가능한 방법을 통해 단백질 치료제를 캡슐화 및 지속 방출하기 위한 새로운 생물분해성 나노입자 플랫폼이 상업적으로 요구된다.
발명의 개요
본 발명은 확장 가능하고 재현 가능한 방법을 통해 단백질 치료제를 캡슐화 및 지속 방출하기 위한 새로운 생물분해성 나노입자 플랫폼이다. 리소자임(14.3 kDa, pI 11.3), 오브알부민(45 kDa, pI 4.5) 및 IgG(150 kDa, pI 6.8)를 단백질 치료제의 모델로 사용하였다. 이러한 나노입자 플랫폼을 제조하는 두 상이한 접근법이 있다. 한 구체예에서, 플래시 나노복합체화(FNC)라는 연속 공정을 통해 리소자임 또는 IgG와 덱스트란 설페이트의 고분자전해질 복합체(PEC)를 생성한 다음, 플래시 나노침전(FNP)이라는 용매 교환 공정에서 PEG-PLLA 또는 PEG-PCL과 같은 블록 공중합체와 함께 공동-침전시켰다. 별도의 구체예에서, PEC 복합체화(FNC) 및 플래시 나노침전(FNC)의 결과로서 중합체 나노입자 형성의 두 공정은 단일-단계 상 분리 공정에서 조합된다. 이 공정에서, 다양이온 용액(통상적으로 용액 pH가 pI 아래로 조정된 단백질 용액), 다음이온 용액(예를 들어, 덱스트란 설페이트, 헤파린 설페이트, 또는 핵산), 및 수혼화성 용매에 용해된 블록 공중합체(용매쌍은 적절한 속도의 상 분리를 적당하게 유도하도록 선택됨)는 효율적인 혼합을 달성하기 위해 최적화된 유속 세트로 정의된 챔버에 도입되어, PEC의 효율적인 부하로 고체 또는 미셀 나노입자를 수득한다. 나노입자(폴리에스테르를 사용하는 경우) 또는 미셀(PEG-코-폴리에스테르 블록 공중합체를 사용하는 경우)이 PEC(예를 들어, 단백질 및 DS) 및 소수성 중합체와 함께 공동-침전되고 균일하게 혼합되어, 나노입자로부터 단백질의 지속 방출을 달성하도록, 고분자전해질 복합체화 및 용매에 의해 유도된 상 분리 또는 자기-조립이 동시에 달성될 수 있다는 것은 이전에 보고된 적이 없다.
혼합 공정 및 혼합 챔버 형상의 유사성에도 불구하고, 본 발명자의 나노입자 제형화는 Prud'homme 등이 제조한 것들과 나노입자의 구조 및 조성의 측면에서 다르다. 본 발명자의 나노입자는 단백질이 나노입자 전체에 분포된 모놀리식 매트릭스로 구성되어 있는 반면, Prud'homme 등[1]이 제조한 역 미셀은 소수성 중합체 쉘에 의해 둘러싸인 미셀의 친수성 PEG 코어에 단백질을 패키징하였다. 본 발명자의 나노입자의 조성은 단백질과 다음이온(단백질 용액의 pH가 pI보다 낮을 때) 또는 다양이온(단백질 용액의 pH가 pI보다 높을 때)의 PEC 및 소수성 중합체 또는 PEG-b-중합체 블록 공중합체를 포함한다. 소수성 중합체는 친수성 블록을 포함할 필요가 없다. Prud'homme 등[1]의 미셀은 PEC, 즉, 반대 이온 고분자전해질을 포함하지 않는다.
단백질 캡슐화에 사용되는 원래 재료는 본 발명자의 나노입자와 Mitra 등[2]이 제조한 것들 사이에 유사하지만, 본 발명은 새로운 나노입자 제조 공정을 설명하며, 이는 나노입자의 새로운 제형을 통해 더 넓은 범위의 캡슐화 용량(부하 수준, 및 단백질 및 PEC의 유형)을 가능하게 한다. 본 발명자의 공정을 사용하여, 본 발명자는 소수성 중합체 나노입자에 별개의 PEC 나노입자를 캡슐화하며, 여기서 PEC은 소수성 중합체와 함께 공동-침전되는 핵 역할을 하여, PEC가 코어 전체에 균일하게 분포된 다중-코어 매트릭스 나노입자의 구조를 발생시킨다. 보다 구체적으로, 단일-단계 공정에서, PEC은 순간적으로 형성되고 소수성 중합체 고체 나노입자 또는 미셀의 공동-침전을 유도하는 핵 역할을 하여, 나노입자 전체에 PEC의 균일한 분포를 생성한다. 이것은 또한 더 넓은 범위의 PEC 캡슐화를 가능하게 한다.
본 발명의 한 구체예는 단백질 또는 펩티드, 및 반대 이온 중합체를 포함하는 복합체를 포함하는 나노입자이고, 상기 반대 이온 중합체는 단백질에 정전기적으로 결합할 수 있는 전하를 갖는다. 나노입자의 적합한 크기는 예로서 20 내지 2000 nm; 100 내지 1800 nm; 500 내지 1000nm; 20 내지 1000 nm; 20 내지 500 nm; 20 내지 150 nm의 범위이다. 본 발명에서 사용되는 단백질 또는 펩티드의 예는 2,000 내지 200,000; 10,000 내지 150,000; 20,000 내지 100,000; 30,000 내지 70,000; 2,000 내지 100,000; 또는 100,000 내지 200,000의 범위의 분자량을 가질 수 있다. 나노입자는 또한 생물분해성 중합체 전체에 균일하게 분포된 복합체를 포함하는 매트릭스를 포함한다. 적합한 매트릭스는 비수용성(또는 소수성)일 수 있다. 적합한 반대 이온 중합체는 양으로 및/또는 음으로 하전될 수 있다. 적합한 반대 이온 중합체의 예는 덱스트란 설페이트(DS), 헤파린(헤파린 설페이트), 히알루론산, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예로서, 폴리펩티드 및 항체를 포함하는 대부분의 단백질이 본 발명에서 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 적합한 생물분해성 중합체의 예는 PEG를 포함하는 공중합체를 포함한다. 공중합체의 예는 PLLA, PGA, PLGA, PCL, 이들의 PEG화된 블록 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 본 발명에서 사용되는 한 적합한 생물분해성 중합체는 PEG-b-PLLA이다.
본 발명의 또 다른 구체예는 (a) 제1 연속 혼합 공정을 사용하여 단백질과 반대 이온 중합체를 혼합시켜 고분자전해질 복합체를 형성하는 단계; (b) 제2 연속 혼합 공정을 사용하여 생물분해성 중합체와 함께 공동-침전시키는 단계; 및 (c) 생물분해성 중합체 매트릭스 전체에 균일하게 분포된 단백질-고분자전해질 복합체를 포함하는 나노입자를 형성하는 단계를 포함하는 나노입자를 제조하는 방법이다. 놀랍게도, 본 발명자는 단계 (a)와 (b)를 동시에 수행하여 나노입자가 형성될 수 있는 본 발명의 나노입자를 제조하는 한-단계 방법을 발견하였고, 제1 및 제2 연속 공정은 바람직하게는 플래시 나노복합체화(FNC)이다. 구체적으로, 한 단계 공정은 바람직하게는 용매-유도된 플래시 나노침전(FNP)에 의해 고분자전해질 복합체(PEC) 및 생물분해성 중합체를 혼합한다. 본 발명의 방법은 단백질과 반대 이온 중합체 사이의 정전기적 인력에 의해 고분자전해질 복합체(PEC)를 형성한다. 나노입자는 고분자전해질 복합체(PEC)와 함께 생물분해성 중합체의 침전에 의해 형성된다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 다음 참고문헌은 본 발명에서 사용되는 많은 용어의 일반적인 정의를 당업자에게 제공한다: Singleton et al., Dictionary of Microbiology and Molecular Biology (2nd ed. 1994); The Cambridge Dictionary of Science and Technology (Walker ed., 1988); The Glossary of Genetics, 5th Ed., R. Rieger et al. (eds.), Springer Verlag (1991); and Hale & Marham, The Harper Collins Dictionary of Biology (1991). 본원에서 사용되는 바와 같은 하기 용어는 달리 특정되지 않는 한 다음에 기술된 의미를 갖는다.
본 개시에서 사용되는 용어 "항체"는 면역글로불린 또는 이의 단편 또는 유도체를 지칭하고, 시험관내 또는 생체내 생산 여부에 관계 없이 항원-결합 부위를 포함하는 임의의 폴리펩티드를 포함한다. 이 용어는 폴리클로날, 모노클로날, 단일특이적, 다중특이적, 비특이적, 인간화, 단일-사슬, 키메라, 합성, 재조합, 하이브리드, 돌연변이, 및 그래프팅된 항체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 개시의 목적을 위해 "무손상 항체"에서와 같이 용어 "무손상"에 의해 달리 변형되지 않는 한, 용어 "항체"는 또한 Fab, F(ab')2, Fv, scFv, Fd, dAb, 및 항원 결합 기능, 즉, 예를 들어, PD-L1에 특이적으로 결합하는 능력을 보유하는 다른 항체 단편과 같은 항체 단편을 포함한다. 통상적으로, 그러한 단편은 항원-결합 도메인을 포함한다.
용어 "항원-결합 도메인", "항원-결합 단편" 및 "결합 단편"은 항체와 항원 사이의 특이적 결합을 담당하는 아미노산을 포함하는 항체 분자의 일부를 지칭한다. 항원이 큰 경우, 항원-결합 도메인은 항원의 일부에만 결합할 수 있다. 항원-결합 도메인과의 특이적 상호작용을 담당하는 항원 분자의 일부는 "에피토프" 또는 "항원성 결정인자"로 지칭된다. 항원-결합 도메인은 통상적으로 항체 경쇄 가변 영역(VL) 및 항체 중쇄 가변 영역(VH)을 포함하지만, 반드시 둘 모두를 포함할 필요는 없다. 예를 들어, 소위 Fd 항체 단편은 VH 도메인으로만 구성되지만, 여전히 무손상 항체의 일부 항원-결합 기능을 유지한다.
항체의 결합 단편은 재조합 DNA 기술, 또는 무손상 항체의 효소적 또는 화학적 절단에 의해 생산된다. 결합 단편은 Fab, Fab', F(ab')2, Fv, 및 단일-사슬 항체를 포함한다. "이특이적" 또는 "이기능성" 항체 이외의 항체는 각각의 결합 부위가 동일한 것으로 이해된다. 효소인 파파인으로 항체를 분해하면 "Fab" 단편으로도 알려진 2개의 동일한 항원-결합 단편, 및 항원-결합 활성은 없지만 결정화 능력이 있는 "Fc" 단편이 생성된다. 효소인 펩신으로 항체를 분해하면 항체 분자의 두 팔이 연결된 채로 남아 있고 2-항원 결합 부위를 포함하는 F(ab')2 단편이 생성된다. F(ab')2 단편은 항원을 가교시키는 능력을 갖는다. 본원에서 사용되는 "Fv"는 항원-인지 및 항원-결합 부위 둘 모두를 보유하는 항체의 최소 단편을 지칭한다. 본원에서 사용될 때 "Fab"은 경쇄의 불변 도메인 및 중쇄의 CHI 도메인을 포함하는 항체의 단편을 지칭한다.
"반대 이온 중합체"는 중합체가 단백질에 정전기적으로 결합할 수 있도록 하는 전하를 갖는 중합체를 의미한다. 예로는 순 음전하를 갖는 반대 이온 중합체에 결합하는 순 양전하를 띤 단백질 또는 그 반대의 경우를 포함한다.
"질병"은 세포, 조직, 또는 기관의 정상적인 기능을 손상시키거나 방해하는 임의의 질환 또는 장애를 의미한다. 질병의 예는 암을 포함한다.
"단편"은 폴리펩티드의 부분을 의미한다. 이 부분은 바람직하게는 참조 폴리펩티드 전체 길이의 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 90%를 포함한다. 단편은 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000개의 아미노산을 포함할 수 있다.
용어 "mAb"는 모노클로날 항체를 지칭한다. 본 발명의 항체는 전체 천연 항체, 이특이적 항체; 키메라 항체; Fab, Fab', 단일 사슬 V 영역 단편(scFv), 융합 폴리펩티드, 및 비통상적인 항체를 비제한적으로 포함한다.
용어 "폴리펩티드", "펩티드" 및 "단백질"은 아미노산 잔기의 중합체를 나타내기 위해 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 이 용어는 하나 이상의 아미노산 잔기가 상응하는 자연 발생 아미노산의 유사체 또는 모방체인 아미노산 중합체 뿐만 아니라 자연 발생 아미노산 중합체에도 적용된다. 폴리펩티드는, 예를 들어, 탄수화물 잔기를 첨가하여 당단백질을 형성함으로써 변형될 수 있다. 용어 "폴리펩티드", "펩티드" 및 "단백질"은 당단백질 뿐만 아니라 비-당단백질을 포함한다.
"참조 서열"은 서열 비교를 위한 기초로 사용되는 정의된 서열이다. 참조 서열은 지정된 서열의 서브세트 또는 전체일 수 있다. 폴리펩티드의 경우, 참조 폴리펩티드 서열의 길이는 일반적으로 적어도 약 16개 아미노산, 바람직하게는 적어도 약 20개 아미노산, 보다 바람직하게는 적어도 약 25개 아미노산, 및 더욱 더 바람직하게는 약 35개 아미노산, 약 50개 아미노산, 또는 약 100개 아미노산일 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "대상체"는 본원에 기재된 방법이 수행되는 임의의 개체 또는 환자를 지칭하는 것으로 의도된다. 일반적으로 대상체는 인간이지만, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 대상체는 동물일 수 있다. 따라서 설치류(마우스, 래트, 햄스터 및 기니피그 포함), 고양이, 개, 토끼, 소, 말, 염소, 양, 돼지 등을 포함하는 농장 동물, 및 영장류(원숭이, 침팬지, 오랑우탄 및 고릴라 포함)와 같은 포유동물을 포함하는 다른 동물이 대상체의 정의에 포함된다.
본원에 제공된 범위는 범위 내의 모든 값에 대한 속기인 것으로 이해된다. 예를 들어, 1 내지 50의 범위는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 50으로 구성된 군으로부터의 임의의 수, 수들의 조합, 또는 하위범위를 포함하는 것으로 이해된다.
본원에서 사용되는 용어 "치료하다", "치료하는", "치료" 등은 이와 관련된 장애 및/또는 증상을 감소 또는 개선하는 것을 지칭한다. 배제되지는 않지만, 장애 또는 질환을 치료하는 것은 장애, 질환 또는 그와 관련된 증상이 완전히 제거될 것을 요구하지 않는다는 것을 이해할 것이다.
구체적으로 언급하거나 문맥으로부터 명백하지 않는 한, 본원에서 사용되는 용어 "또는"은 포괄적인 것으로 이해된다. 구체적으로 언급되거나 문맥으로부터 명백하지 않는 한, 본원에서 사용되는 단수 형태는 단수 또는 복수인 것으로 이해된다.
구체적으로 언급되거나 문맥으로부터 명백하지 않는 한, 본원에서 사용되는 용어 "약"은 당 분야의 정상적인 공차 범위 내, 예를 들어, 평균의 2 표준 편차 내로 이해된다. 약이라 함은 명시된 값의 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05%, 또는 0.01% 이내로 이해될 수 있다. 문맥으로부터 달리 명확하지 않는 한, 본원에 제공된 모든 수치 값은 용어 약에 의해 수식된다.
본원에 제공된 임의의 조성물 또는 방법은 본원에 제공된 임의의 다른 조성물 및 방법 중 하나 이상과 조합될 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1. 단백질 치료제 및 반대 이온 고분자전해질의 캡슐화된 PEC를 갖는 나노입자의 2-단계(FNC-FNP) 제조 공정의 개략도. 제2 단계를 위해 여기에 3개-입구 장치가 도시된다. FNP 공정에서 용매 교환에 대한 특정 요구 사항에 따라 이를 2개-입구 또는 4개-입구 혼합 챔버로 전환할 수 있다.
도 2. 4개-입구 다중-입구 와류 혼합기를 사용한 단백질 치료제의 단일-단계 캡슐화의 개략도. PEC를 생물분해성 폴리에스테르 나노입자와 함께 공동-침전시키고, 중합체 나노입자 또는 미셀 코어 전체에 분포시킨다. 평균 30 nm 내지 1000 nm 및 PDI <0.3으로 조정 가능한 크기. 2 내지 25% 범위의 단백질 부하 수준. 2주 내지 3주의 기간에 걸친 단백질 치료제의 지속 방출.
도 3. 물에서 DLS에 의해 측정된 리소자임/DS PEC 나노입자(A) 및 리소자임/DS:PEG-b-PLLA 나노입자(B)의 크기 분포. 3개 배치의 코어-쉘 나노입자(NP1, NP2, 및 NP3)를 3개의 상이한 리소자임 대 중합체 중량 비로 제조하였고, 이는 좁은 크기 분포(PDI ~ 0.17-0.19)를 지닌 124 내지 170 nm 범위의 평균 입자 크기를 나타낸다(표 1). (C) 나노입자 크기 분포에 대한 리소자임 대 중합체 비의 효과. (D) DI 수에서 측정된 NP1 내지 NP3의 평균 제타 전위.
도 4A-4B. NP1(A) 및 NP2(B)의 TEM 이미지.
도 5. 37℃에서 PBS(pH 7.4) 중 NP1-NP3으로부터 리소자임의 시험관내 방출 프로파일.
도 6a-6b. (A) 37℃에서 PBS(pH 7.4) 중 NP4-NP7로부터 IgG의 시험관내 방출 프로파일. (B) 37℃에서 PBS(pH 7.4) 중 NP8-NP11로부터 IgG의 시험관내 방출 프로파일.
도 7. NP4 및 NP8의 방출 프로파일의 비교.
도 8a-8b. (A) 4개의 입구 모두에서 0.5 mL/분의 유속 및 (B) 4개의 입구 각각에서 2 mL/분(DS, 리소자임, mPEG-PCL) 및 4 mL/분(물)의 유속으로 리소자임만 있는 mPEG-PCL 나노입자, DS만 있는 mPEG-PCL 나노입자, 및 mPEG-PCL이 없는 리소자임/DS PEC 나노입자와 비교하여, 캡슐화된 리소자임/덱스트란 설페이트(DS) PEC을 갖는 mPEG-PCL 나노입자에 대해 동적 광 산란(DLS)에 의해 물에서 측정된 강도 평균 크기의 분포.
도 9a-9b. (A) 캡슐화된 NanoGold-표지된 면역글로불린 G(IgG)/DS PEC을 갖는 mPEG-PCL 나노입자의 투과 전자 현미경(TEM) 이미지. 눈금 바 = 100 nm. (B) 나노입자 내부의 IgG 분포를 나타내는 고배율 TEM. 화살표는 NanoGold 표지된 IgG의 예이다. 눈금 바 = 50 nm.
도 10a-10b. (A) NP19에서 방출되는 모델 단백질로서 IgG를 사용하고 (B) NP27에서 방출되는 모델 단백질로서 오브알부민(OVA)을 사용하여, 37℃에서 PBS(pH 7.4)에서 2주의 기간 동안 단백질/DS:mPEG-PCL 나노입자로부터 단백질 치료제의 시험관내 방출 프로파일.
발명의 상세한 설명
본 발명은 하나 이상의 단백질 및 반대 이온 고분자전해질의 캡슐화된 고분자전해질 복합체(PEC)를 갖는 나노입자를 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은 2개의 순차적인 단계를 포함한다: (1) 선택된 단백질 치료제는 단백질의 등전점(pI)보다 낮은 pH에서 다음이온(예를 들어, 덱스트란 설페이트(DS), 헤파린(헤파린 설페이트) 및 히알루론산 등)과 복합체화되어, 물 또는 수성 용매에 현탁된 PEC를 생성하고, (2) PEC 현탁액은 수혼화성 유기 용매(예를 들어, 아세틸 니트릴(ACN), 디메틸 설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로푸란(THF), 디메틸포름아미드(DMF), 및 이소프로필 알콜(IPA) 등)에 용해된 생물분해성 중합체 PEG-b-PLLA(또는 PLLA, PGA, PLGA, PCL, 또는 이들의 PEG와의 공중합체, 또는 이들의 조합)와 함께 공동-침전되며; 둘 모두의 단계는 제한된 충돌 제트 혼합기 또는 다중-입구 와류 혼합기를 통해 미리 결정된 유속 세트로 용액 제트를 주입함에 의해 달성된다. 이러한 2-단계 공정은 PEC-함유 나노입자를 형성한다(도 1).
대안적으로, 나노입자는 미리 결정된 유속 세트로 제한된 충돌 제트 혼합기 또는 다중-입구 와류 혼합기를 통해, (1) 단백질의 등전점(pI)보다 낮은 pH에서 수성 용매에 용해된 선택된 단백질 치료제, (2) 수성 용매에 용해된 다음이온, 예를 들어, 덱스트란 설페이트(DS), 헤파린(헤파린 설페이트) 및 히알루론산 등, (3) 수혼화성 유기 용매(예를 들어, 아세틸 니트릴(ACN), 디메틸 설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로푸란(THF), 디메틸포름아미드(DMF), 및 이소프로필 알콜(IPA) 등)에 용해된 생물분해성 중합체 PEG-b-PLLA(또는 PLLA, PGA, PLGA, PCL, 또는 이들의 PEG와의 공중합체, 또는 이들의 조합), 및 (4) 효율적인 상 분리 및 나노입자 형성을 유도하기 위해 특정 용매 극성을 유지 달성하는 추가 용매 제트의 연속적으로 주입되는 용액 제트를 포함하는 동시적 고분자전해질 복합체화 및 플래시 나노침전 공정에 의해 형성되어, PEC-함유 나노입자를 형성한다(도 2).
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 의해 제조된 나노입자 시스템을 포함한다. 이 나노입자 시스템은 다음의 특징을 갖는 단백질-다이온 PEC가 임베딩된 생물분해성 중합체 매트릭스를 포함한다: (1) 생물분해성 중합체 나노입자와 함께 공동-침전되는 다중 핵 역할을 하는 PEG 나노입자(임의로, 일부 나노입자는 PEG 코로나도 함유함), 한편 PEC는 중합체 나노입자 전체에 분포된다; (2) 평균 30 nm 내지 1000 nm의 조정 가능한 크기 및 0.3 이하의 다분산 지수(PDI); (3) 2 내지 25 w/w% 범위의 단백질 부하 수준; 및 (4) 2주 내지 3개월 범위의 기간에 걸친 단백질 치료제의 지속 방출.
본 발명을 예시하기 위해, 본 발명자는 리소자임-, 오브알부민-, 및 IgG-부하된 PLLA 나노입자, 또는 PEG-b-PLLA 또는 PEG-b-PCL 미셀 나노입자의 제조 및 특성화의 예를 설명한다.
실시예 1. 리소자임/DS:PEG- b -PLLA 나노입자의 제조
방법
PEC 나노입자 코어의 제조 및 특성화: 리소자임을 탈이온수(DI)에 5 mg/mL의 농도로 용해시킨 다음, 0.1 M HCl 용액을 첨가하여 pH를 4.0으로 조정하였다. 1 밀리리터의 리소자임 용액을 5 mL/분의 유속으로 2개의 입구가 있는 CIJ 혼합기를 통해 동일한 부피의 DS 용액(20 mg/mL, pH를 4.0으로 조정하였다)과 빠르게 혼합시켰다. 수득된 리소자임/DS PEC 나노입자의 크기를 동적 광 산란(DLS) Zetasizer Nano(Malvern Instruments, Worcestershire, UK)를 사용하여 특성화하였다. 각 샘플은 3회 실행으로 측정되었으며 데이터는 3회 판독 값의 평균 ± 표준 편차로 보고되었다.
PEG-b-PLLA 미셀 나노입자의 제조 및 특성화: 이전 단계에서 얻은 1 밀리리터의 리소자임/DS PEC 나노입자 현탁액(2.5 mg/mL)을 5 mL/분의 유속으로 2개-입구 CIJ 혼합기를 통해 다양한 농도(7.5, 12.5, 및 25 mg/mL)로 DMSO에 용해된 동일한 부피의 PEG5k-b-PLLA20k의 용액과 빠르게 혼합시켰다. 상이한 리소자임 대 중합체 중량 비(1:3, 1:5 및 1:10)를 갖는 3개의 나노입자(NP1, NP2, 및 NP3)를 수득하였다. 나노입자를 분자량 컷오프(MWCO) 3.5 kDa의 투석 막을 사용하여 12시간 동안 DI 수에 대해 투석하여 DMSO를 제거하고, 2시간마다 물을 교체하였다. 수득된 용액을 MWCO 100 kDa인 필터를 사용하여 4,500 rpm에서 20분 동안 한외여과에 의해 정제하여 과잉 단백질 및 DS를 제거하였다. 캡슐화되지 않은 리소자임의 양을 BCA 검정에 의해 측정하고, 캡슐화 효율(EE)을 다음 공식을 사용하여 계산하였다: EE (%) = (M - M유리) / M × 100%, 여기서 M은 총 공급 리소자임의 질량을 나타내고 M유리는 유리 리소자임의 질량을 나타낸다. 나노입자는 DLS Zetasizer Nano를 사용하여 입자 크기 및 제타 전위에 의해 특성화되었다. 각 샘플은 3회 실행으로 측정되었으며 데이터는 3회 판독 값의 평균 ± 표준 편차로 보고되었다. TEM 이미징을 위한 샘플은 10 마이크로리터의 나노입자 용액을 탄소 필름으로 덮인 이온화된 니켈 그리드에 첨가하여 제조되었다. 10분 후, 용액을 피펫으로 제거하고, 6-마이크로리터 방울의 2% 우라닐 아세테이트를 그리드에 첨가하였다. 30초 후, 용액을 제거하고, 그리드를 실온에서 건조되도록 두었다. 이후 샘플을 Technai FEI-12 전자 현미경을 사용하여 이미징하였다.
단백질의 시험관내 방출: 1 mg의 리소자임을 함유하는 1 mL의 리소자임-부하된 나노입자 현탁액을 1-mL 투석 튜브(SpectrumLab, MWCO 50 kDa)에 첨가한 다음, 이것을 5 mL의 PBS(pH 7.4)를 함유하는 바이알에 담갔다. 바이알을 37℃에서 100 rpm의 교반 속도로 인큐베이터에 넣었다. 외부 PBS 매질을 수집하고 매일 새로운 PBS로 교체하였다. 수집된 매질을 동결건조에 의해 농축하고 추가로 400 마이크로리터의 DI 수에서 재구성하였다. 방출된 리소자임의 양을 정량화하기 위해 Micro bicinchoninic acid(BCA) 검정을 사용하였다.
결과 및 논의
PEC 나노입자 제조 및 특성화: FNC를 통한 빠른 혼합 후, 리소자임 및 DS는 평균 입자 크기가 64 nm이고 다분산 지수(PDI)가 0.18인 균일한 PEC 나노입자를 수용액에서 형성하였다(도 3).
표 1. NP1 내지 NP3에서 입자 크기, PDI, 제타 전위, EE, 및 리소자임의 부하 수준의 요약
Figure pct00001
실시예 2. IgG-캡슐화된 PEG- b -PLLA 나노입자의 제조 및 특성화
방법
IgG/DS PEC 나노입자의 제조 및 특성화: IgG를 DI 수에 5 mg/mL의 농도로 용해시킨 다음, 0.1 M HCl 용액을 첨가하여 pH를 4.0으로 조정하였다. 1 밀리리터의 IgG 용액을 5 mL/분의 유속으로 2개의 입구가 있는 CIJ 혼합기를 통해 동일한 부피의 DS 용액(20 mg/mL, pH를 4.0으로 조정하였다)과 빠르게 혼합시켰다. 수득된 PEC 나노입자 현탁액을 바로 PEG-b-PLLA 나노입자 제조에 사용하였다.
IgG/DS:PEG-b-PLLA 나노입자의 제조 및 특성화: 이전 단계에서 얻은 1 mL의 IgG/DS PEC 나노입자 현탁액(2.5 mg/mL)을 5 또는 10 mL/분의 유속으로 2개-입구 CIJ 혼합기를 통해 두 상이한 농도(12.5 및 25 mg/mL)의 동일한 부피의 PEG5k-b-PLLA20k DMSO 용액과 빠르게 혼합시켜 두 상이한 IgG 대 중합체 비(1:5 및 1:10)를 갖는 코어-쉘 나노입자의 4개의 상이한 제형(NP4 내지 NP7, 표 2)을 수득하였다(도 5). 나노입자를 MWCO 3.5 kDa의 투석 막을 사용하여 12시간 동안 DI 수에 대해 투석하여 DMSO를 제거하고, 2시간마다 물을 교체하였다. 수득된 용액을 MWCO 100 kDa인 필터를 사용하여 4,500 rpm에서 20분 동안 한외여과에 의해 정제하여 과잉 IgG 및 DS를 제거하였다. 여과액 중 IgG의 양은 마이크로 BCA 검정으로 측정되었으며, EE는 다음 공식을 사용하여 계산되었다: EE (%) = (M - M유리) / M × 100%, 여기서 M은 총 공급 IgG의 질량을 나타내고 M유리는 유리 IgG의 질량을 나타낸다. 코어-쉘 나노입자는 DLS Zetasizer Nano를 사용하여 크기 및 제타 전위에 의해 특성화되었다. 각 샘플은 3회 실행으로 측정되었으며 데이터는 3회 판독 값의 평균 ± 표준 편차로 보고되었다.
IgG의 시험관내 방출: 1 mg의 IgG를 함유하는 1 mL의 IgG-부하된 나노입자 현탁액을 1-mL 투석 튜브(SpectrumLab, MWCO 300 kDa)에 첨가한 다음, 이것을 5 mL의 PBS(pH 7.4)를 함유하는 바이알에 담갔다. 바이알을 100 rpm의 교반 속도로 37℃의 인큐베이터에 넣었다. 배쓰에서 PBS 용액을 수집하고 매일 새로 채웠다. 수집된 매질을 동결건조에 의해 농축하고 추가로 400 마이크로리터의 DI 수를 사용하여 재구성하였다. 방출된 IgG의 양을 정량화하기 위해 마이크로 BCA 검정이 사용되었다.
결과
코어-쉘 나노입자 제조 및 특성화: IgG/DS:PEG-b-PLLA 나노입자(NP4 내지 NP7)를 두 상이한 IgG 대 중합체 비 및 두 상이한 유속으로 제조하였고, 이는 좁은 크기 분포(PDI 값 ~ 0.16-0.26)로 35 nm 내지 96 nm 범위의 Z-평균 입자 크기 범위를 나타낸다(표 2). IgG 대 중합체의 비 또는 유속을 줄이면 나노입자 크기가 크게 증가하였다. 이러한 결과는 나노입자의 입자 크기가 IgG 대 중합체의 중량 비를 조정함으로써 그리고 유속에 따라 변할 수 있음을 입증하였다. 모든 나노입자는 -24 내지 -33 mV 범위의 제타 전위를 갖는 음성 표면 전하를 나타내었다. 캡슐화 효율은 62 내지 88%의 범위였고, 이는 유속이 증가하거나 IgG 대 중합체 비가 감소함에 따라 증가하였다.
표 2. NP4 내지 NP7에서 평균 입자 크기, PDI, 제타 전위, EE 및 IgG의 부하 수준의 요약
Figure pct00002
시험관내 방출 프로파일: NP4 내지 NP7의 시험관내 방출 프로파일은 투석 방법을 사용하여 PBS(pH 7.4)에서 조사되었다. 도 5a에 나타낸 바와 같이, 4개 모두의 나노입자는 처음 2일 동안 폭발 방출에 이어, 34일 동안 거의 0차 방출을 갖는 유사한 2상 방출 프로파일을 나타내었다. 또한, NP4 내지 NP7은 34일까지 NP4 내지 NP7로부터 각각 약 57%, 54%, 53% 및 51% IgG가 방출되고; 76일까지 각각 95%, 87%, 85%, 82%가 방출되는 유사한 방출 속도를 나타내었다.
실시예 3. IgG/DS:PEG- b -PCL 나노입자의 제조
방법
IgG/DS:PEG-b-PCL 나노입자의 제조 및 특성화: PEG5k-b-PLLA20k가 PEG5k-b-PCL20k로 대체된 것을 제외하고는, IgG/DS:PEG-b-PCL 나노입자를 실시예 2의 방법 섹션에 설명된 것과 동일한 절차를 사용하여 제조하고 특성화하였다. 4개의 나노입자 NP8-NP11을 두 상이한 IgG 대 중합체 비(1:5 및 1:10) 및 두 상이한 유속(5 및 10 mL/분)으로 제조하였다(도 5b).
IgG의 시험관내 방출: 200 마이크로그램의 IgG를 함유하는 1 mL의 IgG/DS:PEG-b-PCL 나노입자 용액을 1-mL 투석 튜브(SpectrumLab, MWCO 300 kDa)에 첨가한 다음, 이것을 5 mL의 PBS(pH 7.4)를 함유하는 바이알에 담갔다. 바이알을 37℃에서 100 rpm의 교반 속도로 인큐베이터에 넣었다. PBS 여과액을 수집하고 매일 새로 채웠다. 수집된 매질을 동결건조에 의해 농축하고 추가로 400 마이크로리터의 DI 수를 사용하여 재구성하였다. 방출된 IgG의 양을 정량화하기 위해 마이크로 BCA 검정이 사용되었다.
결과
코어-쉘 나노입자 제조 및 특성화: NP8-NP11은 좁은 크기 분포(PDI 값 ~ 0.13-0.22)로 54 내지 69 nm 범위의 Z-평균 입자 크기를 나타내었다(표 3). 특히, 본 발명자는 IgG 대 중합체 비의 감소 또는 유속의 감소가 입자 크기를 증가시키는 것을 발견하였으며, 이는 IgG/DS:PEG-b-PLLA 나노입자의 결과와 일치한다. 모든 나노입자는 -24 내지 -30 mV 범위의 제타 전위를 갖는 음성 표면 전하를 나타내었다. NP8 내지 NP11의 EE는 69% 내지 90%의 범위였고, 이는 유속이 증가하거나 IgG 대 중합체 비가 감소함에 따라 증가하였다.
표 3. NP8 내지 NP11에서 Z-평균 크기, PDI, 제타 전위, 캡슐화 효율, 및 IgG의 부하 수준
Figure pct00003
IgG의 시험관내 방출: NP8 내지 NP11의 시험관내 방출 프로파일은 투석 방법을 사용하여 PBS(pH 7.4)에서 조사되었다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 4개 모두의 나노입자는 처음 2일 동안 폭발 방출에 이어, 27일 동안 거의 0차 방출을 갖는 유사한 2상 방출 프로파일을 나타내었다. 또한, 4개 모두의 나노입자 제형은 27일까지 40-45% IgG가 방출되는 유사한 방출 속도를 나타내었다. 이러한 나노입자는 4 내지 27일 사이의 유사한 방출 추세 이후에 더 긴 방출 기간을 가질 것으로 예상된다.
IgG/DS:PEG-b-PLLA 및 IgG/DS:PEG-b-PCL 나노입자의 비교: 동일한 조건에서 제조된 NP4 및 NP8의 방출 프로파일을 도 6에서 비교하였다. (1) NP4는 처음 2일에 20% IgG가 방출되는 폭발 방출을 보인 반면, NP8은 처음 4일 내에 단지 15% IgG를 방출하였고; (2) NP8은 방출 프로파일을 외삽하여 추정시, NP8보다 방출 기간이 더 길 수 있다는 것을 알 수 있다(도 6). 이러한 결과는 이 시스템의 방출 프로파일이 분해 속도가 상이한 다른 중합체를 선택함으로써 수정될 수 있음을 보여주었다.
실시예 4. 한-단계 방법에 의한 리소자임/DS:mPEG- b -PCL 나노입자의 제조
방법
리소자임/DS:mPEG-b-PCL 나노입자의 제조 및 특성화: 리소자임을 탈이온수(DI)에 0.5 mg/mL의 농도로 용해시키고 0.1 M NaOH를 사용하여 pH를 8.0으로 조정하였다. 1 밀리리터의 리소자임(pH 8.0, 0.5 mg/mL)을 다양한 유속 비율로 4개-입구 다중-입구 와류 혼합기(MIVM)를 통해 동일한 부피의 다양한 농도(DMSO에 용해된 1.5, 2.5, 5.0, 7.5 mg/mL)의 mPEG10K-b-PCL40K, 덱스트란 설페이트(DI 수에 용해된 0.5 mg/mL), 및 DI 수(pH 7.4)와 빠르게 혼합시켰다(표 4). 나노입자를 투석막(MWCO 3.5 kDa)에 대해 4리터의 DI에 대해 24시간 동안 투석하여 DMSO를 제거하고, 6시간마다 물을 교체하였다. 수득된 용액을 15 밀리리터의 재생 셀룰로스 필터(Amicon® Ultra, MWCO 100 kDa)를 사용하여 4,500 rpm에서 20분 동안 한외여과에 의해 농축시켰다. 통과액 중 유리 리소자임의 양은 마이크로-BCA 검정에 의해 측정되었다. 나노입자 유체역학적 직경 및 제타 전위는 Malvern Zetasizer를 사용하여 동적 광 산란(DLS)에 의해 결정되었고, 형태는 투과 전자 현미경(TEM)으로 분석되었다. 캡슐화 효율(EE%)은 실시예 1에 기재된 바와 같이 결정되었다.
리소자임:mPEG-b-PCL, DS:mPEG-b-PCL, 및 리소자임/DS 나노입자를 포함하는 대조군 나노입자를 제조하기 위해, 각 성분 용액을 제조하고 상기 기술된 바와 같이 특성화하였다. 리소자임:mPEG-b-PCL, DS:mPEG-b-PCL 및 리소자임/DS PEC 나노입자 각각에 대해, 누락된 성분-각각 DS, 리소자임, 및 mPEG-b-PCL-은 상응하는 성분의 용매만으로 대체되었다. 이후 나노입자는 리소자임/DS:mPEG-b-PCL 나노입자와 동일한 방식으로 제조되고 특성화되었다.
결과 및 논의
MIVM 챔버 내부에 난류 패턴을 생성하는 플래시 혼합 조건에서, 리소자임 및 DS는 복합체를 형성하였고, 이는 혼합 조건 하에서 용매 극성 변화로 인한 침전의 결과로서 mPEG-b-PCL로 코팅되었다. 리오소자임/DS 나노복합체는 mPEG-b-PCL 침전을 위한 핵형성 부위 역할을 하였으며, 이는 mPEG-b-PCL 나노입자의 빠르고 균일한 성장을 지속적이고 확장 가능한 방식으로 보장하였다. 리소자임 대 DS의 중량 비는 실시예 1에 설명된 대로 최적화되었다. mPEG-b-PCL 용액, DS 용액, 리소자임 용액, 및 DI 수의 유속은 9:9:9:1로 조절되었다. mPEG-b-PCL:리소자임 질량 비 및 용액의 유속을 변화시킴으로써, 다분산 지수(PDI)로 측정시 상대적으로 좁은 분포로 평균 크기가 70 내지 120 nm인 상이한 나노입자 배치가 생성되었다. 리소자임의 캡슐화는 표 4에서 시험된 모든 조건에서 거의 완전(>97.2%)하였다. 일반적으로, 유속이 높을수록 나노입자 크기는 작아졌다.
표 4. NP12 내지 NP18의 입자 크기, PDI, 제타 전위, EE, 및 LL의 요약
Figure pct00004
mPEG-b-PCL 나노입자 내 리소자임/DS 나노복합체의 캡슐화는 리소자임 대 DS의 중량 비를 일정하게(3:1) 유지하면서 최종 나노입자 제형에서 성분들을 제하고(표 5) 또한 mPEG-b-PCL 용액, DS 용액, 리소자임 용액, 및 DI 수의 유속을 1:1:1:1에서 1:1:1:2로 조절함에 의해 탐색되었다. 둘 모두의 유속 조건에서, 리소자임/DS:mPEG-b-PCL 나노입자는 유체역학적 직경이 가장 작았다. 성분이 없는 각 나노입자 제형은 모든 성분이 함께 혼합되었을 때보다 컸다. mPEG-b-PCL 코팅이 없는 리소자임/DS 복합체는 더 조밀한 입자 크기와 함께, mPEG-b-PCL 코팅의 첨가시 감소하는 매우 음성 제타 전위를 가졌고, 이는 복합체가 중합체 매트릭스 내에 포획되어 음전하를 보호하는 것을 시사한다.
표 5. 공제 성분 나노입자의 입자 크기, PDI, 및 제타 전위의 요약.
Figure pct00005
실시예 5. 한-단계 방법에 의한 오브알부민(OVA)/DS:mPEG- b -PCL 나노입자의 제조 및 특성화
방법
OVA/DS:mPEG-b-PCL 나노입자의 제조 및 특성화: 오브알부민(OVA)을 DI 수에 0.5 mg/mL의 농도로 용해시킨 후, 0.1 M HCl 용액을 첨가하여 pH를 2.0으로 조정하였다. 1 mL의 OVA 용액을 동일한 부피의 DS 용액(0.5 mg/mL), 다양한 농도(DMSO에 용해된 1.5, 2.5, 5.0, 7.5 mg/mL)의 mPEG10K-b-PCL40K, 및 DI 수(pH 7.4)와 혼합시켰다. 이러한 나노입자는 실시예 1에 기재된 바와 같이 특성화되었다.
결과
실시예 4에 기재된 것과 유사하게, OVA/DS:mPEG-PCL 나노입자는 중합체 대 OVA의 질량 비 뿐만 아니라 표 5에 열거된 상이한 용액의 유속 비율을 조정함으로써 상이한 플래시 혼합 조건 하에 제조되었다. 이러한 나노입자는 제타 전위가 -11.4 내지 -26.2 mV의 범위인 강한 음성 표면 전하를 나타내었다. 캡슐화 효율은 중합체:OVA 질량 비 또는 유속과 거의 상관 없이 77.9% 내지 88.6%의 범위였다.
표 5. NP19 내지 NP26에서 입자 크기, PDI, 제타 전위, EE 및 OVA의 부하 수준의 요약.
Figure pct00006
실시예 6. 한-단계 방법에 의한 IgG/DS:mPEG- b -PCL 나노입자의 제조 및 특성화
방법
IgG/DS:mPEG-b-PCL 나노입자의 제조 및 특성화: 인간 IgG를 DI 수에 0.5 mg/mL의 농도로 용해시킨 후, 0.1 M HCl 용액을 첨가하여 pH를 4.0으로 조정하였다. 이후 IgG/DS:mPEG-b-PCL 나노입자를 표 6에 열거된 조건 하에 실시예 4 및 5의 방법 섹션에 기재된 것과 동일한 절차를 사용하여 제조하고 특성화하였다.
TEM에 의한 IgG/DS:mPEG-b-PCL 나노입자 내의 IgG의 분포 특성화: IgG는 제조업체의 프로토콜에 따라 Mono-Sulfo-NHS-Nanogold(1.4-nm Au 나노입자, Nanoprobes)를 사용하여 먼저 표지되었다. 이후 Au-표지된 IgG는 표 5에 예시된 NP21에 대해 상기 설명한 것과 동일한 방법을 사용하여 캡슐화되었다. 이후 이러한 Au-IgG/DS:mPEG-b-PCL 나노입자를 실시예 1에 기술된 절차를 사용하여 우라닐 아세테이트(2% w/v) 음성 염색 후 투과 전자 현미경(FEI Tecnai 12)을 사용하여 이미징하였다.
결과
나노입자에서 IgG 캡슐화: 제조된 IgG/DS:mPEG-b-PCL 나노입자(NP27-NP36)는 실시예 5에 기재된 OVA 캡슐화에 대한 것과 유사한 방식으로 중합체 대 IgG의 질량 비 뿐만 아니라 유속을 조정함으로써 나노입자의 입자 크기가 변경될 수 있음을 보여주었다. 모든 나노입자는 -13.4 내지 -23.6 mV 범위의 제타 전위를 갖는 음성 표면 전하를 나타내었다. IgG의 캡슐화 효율은 중합체:IgG 질량 비 또는 유속과 상관 없이 91.3% 내지 95.6%의 범위였다.
표 6. NP27 내지 NP34의 입자 크기, PDI, 제타 전위, EE, 및 IgG의 부하 수준의 요약.
Figure pct00007
IgG/DS:mPEG-PCL 나노입자 내의 IgG의 분포: IgG/DS-mPEG-b-PCL 내의 IgG-Au(1.4 nm Au 나노입자 컨쥬게이션된 금)의 분포는 TEM에 의해 결정되었고(도 9), 이는 5:1(mPEG-b-PCL:IgG) 질량 비 이상에서, IgG-Au가 나노입자 매트릭스 전체에 분포되었음을 보여주었다. 여러 샘플의 이미지 분석은 IgG-Au의 상대적으로 균일한 분포가 mPEG-b-PCL:IgG 질량 비의 영향을 받는 것으로 보임을 시사하며, 이는 복합체가 높은 질량 비에서 덜 조밀하게 패킹되고 그 반대의 경우도 있음을 시사한다.
실시예 7. 한-단계 제조 방법에 의해 제조된 단백질/DS:mPEG-PCL 나노입자로부터 OVA 및 IgG의 시험관내 방출의 특성화
방법
1 mL의 0.3-0.5 mg/mL OVA/DS:mPEG-b-PCL 또는 IgG/DS:mPEG-b-PCL 나노입자를 1-mL Float-a-Lyzer 투석 튜브(SpectrumLab, MWCO 300 kDa)에 첨가한 다음, 이를 6 mL의 PBS(0.5 w/v% NaN3 함유, pH 7.4)를 포함하는 바이알에 넣었다. 이후 이 전체 투석 장치를 30 mL의 DI 수로 채워진 50 mL 원심분리 튜브에 넣고 Parafilm®을 사용하여 밀봉시켜 증발을 최소화하였다. 원심분리 튜브를 37℃에서 200 rpm의 진탕기 인큐베이터에 넣었다. 6 mL PBS 용액을 2 h, 6 h, 12 h, 24 h, 및 48 h 시점, 및 그 후 매일 수집하였다. 수집된 매질 샘플을 -80℃에서 냉동하고, 동결건조한 다음, DI 수를 사용하여 재구성하여 3x 및 6x 농축된 단백질 방출 샘플을 얻었다. 방출된 OVA 또는 IgG의 양을 정량화하기 위해 마이크로-BCA 또는 NanoOrange 검정을 사용하였다.
결과: 시험관내 방출 프로파일
NP19로부터 OVA의 시험관내 방출 프로파일: 투석 방법을 사용하여 PBS(pH 7.4)에서 NP19로부터 OVA의 시험관내 방출 프로파일을 조사하였다. 도 10a에 나타낸 바와 같이, NP19는 2-단계 제조 방법에 의해 제조된 NP와 유사하게 처음 2일에 이어 14일 동안 0차 방출이 뒤따르는 2상 방출 프로파일을 나타내었다. 14일까지, NP19는 약 38.8%의 누적 방출을 보였고 36일까지 완전 방출이 예상된다.
NP27로부터 IgG의 시험관내 방출 프로파일: NP27로부터 IgG의 시험관내 방출 프로파일을 동일한 방법을 사용하여 PBS(pH 7.4)에서 분석하였다. 도 10b에 도시된 바와 같이, NP27은 처음 2일 동안 가벼운 폭발 방출에 이어 다음 12일 동안 0차 방출이 뒤따르는 유사한 방출 프로파일을 나타내었다. 14일까지, NP27은 26.0%의 IgG의 누적 방출을 보였고 54일까지 완전 방출이 예상된다. 흥미롭게도, 이 방출 프로파일은 유사한 제형(NP19)의 OVA보다 약간 느렸다. 이러한 데이터는 일반적인 지속 방출 역학이 다른 단백질에 대해 유사하였지만, 단백질 치료제의 특성 크기가 나노입자로부터의 방출 속도에 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다.
나노입자를 제조하는 단일 단계 공정은 다음 공정의 단계 (a)와 (b)를 동시에 수행함으로써 놀라운 결과를 발견하였다. 공정의 제1 단계는 (a) 제1 연속 혼합 공정을 사용하여 단백질과 반대 이온 중합체를 혼합시켜 고분자전해질 복합체를 형성하는 것이다. 공정의 제2 단계는 (b) 제2 연속 혼합 공정을 사용하여 생물분해성 중합체와 함께 공동-침전시키는 것이다. 공정의 제3 단계는 (c) 생물분해성 중합체 매트릭스 전체에 분포된 단백질-고분자전해질 복합체를 포함하는 나노입자를 형성하는 것이다.
본 발명은 나노입자 전체에 걸쳐 단백질 PEC의 균일한 분포, 높은 페이로드 용량, 및 단백질 치료제의 지속 방출을 갖는 생물분해성 나노입자를 제조하는 연속적이고 확장 가능한 방법을 포함한다. 단백질 방출을 조절하고 효과적인 보호 및 캡슐화를 제공하기 위해, 단백질 치료제는 FNC라고 하는 연속 공정을 통해 반대 전하를 운반하는 고분자전해질과 함께 PEC 나노입자로 복합체화된다. 이후 생성된 PEC 나노입자(건조하지 않음)를 PEG-b-PLLA 또는 PEG-b-PCL 중합체와 함께 공동-침전시켜 FNP 방법을 사용하여 CIJ 혼합기 또는 MIVM을 통해 미셀 나노입자를 형성한다. 단백질-부하된 나노입자는 단백질 대 중합체 비율의 중량 비 및/또는 투입 용액의 유속을 변경함으로써 음성 표면 전하, 좁은 크기 분포 및 조정 가능한 입자 크기를 나타낸다. 가장 중요한 것은 이러한 나노입자가 단백질의 지속적이고 연장된 방출을 가능하게 한다는 것이다. 이러한 나노입자의 방출 속도는 단백질 대 중합체의 중량 비를 조작하거나 상이한 이중-블록 공중합체를 선택함으로써 조정될 수 있다. 나노입자 생산 공정의 재현성 및 확장성과 이러한 나노입자에 의해 달성된 지속적인 장기간 방출을 감안할 때, 이 플랫폼은 많은 항체 약제를 포함하는 다양한 단백질 치료제를 위한 나노입자의 제조에 큰 잠재력을 보유하고 있다.
본 개시의 특정 구체예에서, 대상체에게 단백질, 펩티드, 항체, 화학물질, 핵산, 또는 이들의 조합과 같은 약제를 포함하는 본 발명의 나노입자를 제공하거나 투여할 수 있다. 나노입자는 고체, 액체 또는 에어로졸 형태로 대상체에게 투여될 수 있다. 나노입자는 정맥내, 피내, 경피, 경막내, 동맥내, 복강내, 비내, 질내, 직장내, 국소, 근육내, 피하, 점막, 경구, 국소, 국부, 흡입(예를 들어, 에어로졸 흡입), 주사, 주입, 연속 주입, 표적 세포를 직접 국소 관류 목욕, 카테터를 통해, 세척을 통해, 크림, 지질 조성물(예를 들어, 리포좀), 또는 당업자에게 공지된 바와 같은 다른 방법 또는 상기의 임의의 조합(예를 들어, 본원에 참조로서 포함된 Remington's Pharmaceutical Sciences, 18th Ed. Mack Printing Company, 1990 참조)에 의해 투여될 수 있다.
추가로 본 개시에 따르면, 투여에 적합한 본 발명의 나노입자는 불활성 희석제를 포함하거나 포함하지 않고 약학적으로 허용되는 담체 중에 제공된다. 담체는 동화될 수 있어야 하고 액체, 반고체, 즉, 페이스트, 또는 고체 담체를 포함한다. 임의의 통상적인 매질, 제제, 희석제 또는 담체가 수용자 또는 그 안에 함유된 조성물의 치료적 효과에 해로운 경우를 제외하고는, 본 발명의 방법을 실행하는데 사용되는 투여 가능한 조성물에서 이의 사용은 적절하다. 담체 또는 희석제의 예는 지방, 오일, 물, 염수액, 지질, 리포좀, 수지, 결합제, 충전제 등, 또는 이들의 조합을 포함한다. 조성물은 또한 하나 이상의 성분의 산화를 지연시키기 위해 다양한 항산화제를 포함할 수 있다. 추가로, 파라벤(예를 들어, 메틸파라벤, 프로필파라벤), 클로로부탄올, 페놀, 소르브산, 티메로살 또는 이들의 조합을 비제한적으로 포함하는 다양한 항균 및 항진균제와 같은 보존제에 의해 미생물의 작용을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 나노입자는 임의의 편리하고 실용적인 방식, 즉, 용해, 현탁, 에멀젼화, 혼합, 캡슐화, 흡수 등에 의해 담체와 조합될 수 있다. 그러한 절차는 당업자에게 일상적인 일이다.
본 발명의 특정 구체예에서, 본 발명의 나노입자는 반고체 또는 고체 담체와 완전히 조합되거나 혼합될 수 있다. 혼합은 분쇄와 같은 임의의 편리한 방식으로 수행될 수 있다. 치료 활성의 손실, 즉, 위장에서의 변성으로부터 조성물을 보호하기 위해 안정화제를 또한 혼합 공정에 첨가할 수 있다. 조성물에 사용하기 위한 안정화제의 예는 완충제, 글리신 및 리신과 같은 아미노산, 덱스트로스, 만노스, 갈락토스, 프룩토스, 락토스, 수크로스, 말토스, 소르비톨, 만니톨 등과 같은 탄수화물을 포함한다.
추가 구체예에서, 본 발명은 본 발명의 나노입자 및 하나 이상의 지질, 및 수성 용매를 포함하는 약학적 지질 비히클 조성물의 사용에 관한 것일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "지질"은 특징적으로 물에 불용성이고 유기 용매로 추출할 수 있는 임의의 광범위한 물질을 포함하는 것으로 정의될 것이다. 이 광범위한 부류의 화합물은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 용어 "지질"이 본원에서 사용될 때, 임의의 특정 구조에 제한되지 않는다. 예는 장쇄 지방족 탄화수소 및 이들의 유도체를 포함하는 화합물을 포함한다. 지질은 자연적으로 발생하거나 합성될 수 있다(즉, 사람이 설계하거나 생산). 그러나, 지질은 일반적으로 생물학적 물질이다. 생물학적 지질은 당 분야에 잘 알려져 있으며, 예를 들어, 중성 지방, 인지질, 포스포글리세리드, 스테로이드, 테르펜, 라이소지질, 글리코스핑고리피드, 당지질, 설파티드, 에테르 및 에스테르-결합된 지방산을 갖는 지질 및 중합 가능한 지질, 및 이들의 조합을 포함한다. 물론, 당업자에 의해 지질로서 이해되는 본원에 구체적으로 기재된 화합물 이외의 화합물도 본 발명의 조성물 및 방법에 포함된다.
당업자는 지질 비히클에서 하나 이상의 나노입자를 분산시키기 위해 사용될 수 있는 다양한 기술에 익숙할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 하나 이상의 나노입자는 지질을 함유하는 용액에 분산되거나, 지질과 용해되거나, 지질과 에멀젼화되거나, 지질과 혼합되거나, 지질과 조합되거나, 지질에 공유 결합되거나, 지질에 현탁액으로 함유되거나, 미셀 또는 리포좀에 함유 또는 함께 복합체화되거나, 당업자에게 공지된 임의의 수단에 의해 지질 또는 지질 구조와 달리 회합될 수 있다. 분산액은 리포좀의 형성을 초래하거나 초래하지 않을 수 있다.
동물 환자에게 투여되는 본 발명의 나노입자의 실제 투여량은 체중, 질환의 중증도, 치료되는 질병의 유형, 이전 또는 동시 치료적 개입, 환자의 특발증 및 투여 경로와 같은 물리적 및 생리학적 요인에 의해 결정될 수 있다. 투여량 및 투여 경로에 따라, 바람직한 투여량 및/또는 유효량의 투여 횟수는 대상체의 반응에 따라 달라질 수 있다. 투여를 담당하는 의사는 모든 경우에 개별 대상체에 대한 조성물의 활성 성분(들)의 농도 및 적절한 용량(들)을 결정할 것이다.
특정 구체예에서, 본 발명의 나노입자를 포함하는 약학적 조성물은, 예를 들어, 적어도 약 0.1%의 활성 화합물을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 활성 화합물은 단위 중량의 약 2% 내지 약 75%, 또는 예를 들어, 약 25% 내지 약 60%, 및 그 안에서 추론 가능한 임의의 범위를 포함할 수 있다. 당연히, 각각의 치료학적으로 유용한 조성물에서 활성 화합물(들)의 양은 적합한 투여량이 화합물의 임의의 주어진 단위 용량에서 얻어지는 방식으로 제조될 수 있다. 용해도, 생체이용률, 생물학적 반감기, 투여 경로, 제품 저장 수명, 및 다른 약리학적 고려 사항과 같은 요인은 그러한 약학적 제형을 제조하는 당업자에 의해 고려될 것이며, 그에 따라 다양한 투여량 및 치료 요법이 바람직할 수 있다. 다른 비제한적인 예에서, 용량은 또한 투여 당 약 1 마이크로그램/kg/체중, 약 5 마이크로그램/kg/체중, 약 10 마이크로그램/kg/체중, 약 50 마이크로그램/kg/체중, 약 100 마이크로그램/kg/체중, 약 200 마이크로그램/kg/체중, 약 350 마이크로그램/kg/체중, 약 500 마이크로그램/kg/체중, 약 1 밀리그램/kg/체중, 약 5 밀리그램/kg/체중, 약 10 밀리그램/kg/체중, 약 50 밀리그램/kg/체중, 약 100 밀리그램/kg/체중, 약 200 밀리그램/kg/체중, 약 350 밀리그램/kg/체중, 약 500 밀리그램/kg/체중, 내지 약 1000 mg/kg/체중 또는 그 초과, 및 그 안에서 추론될 수 있는 임의의 범위를 포함할 수 있다. 본원에 열거된 수치로부터 추론될 수 있는 범위의 비제한적인 예에서, 약 5 mg/kg/체중 내지 약 100 mg/kg/체중, 약 5 마이크로그램/kg/체중 내지 약 500 밀리그램/kg/체중 등의 범위가 상기 기술된 수치에 기반하여 투여될 수 있다.
영양 조성물 및 제형
본 개시의 한 구체예에서, 본 발명의 나노입자는 소화 경로를 통해 투여되도록 제형화된다. 소화 경로는 조성물이 소화관과 직접 접촉하는 모든 가능한 투여 경로를 포함한다. 구체적으로, 본원에 개시된 약학적 조성물은 경구, 협측, 직장, 또는 설하로 투여될 수 있다. 이와 같이, 이러한 조성물은 불활성 희석제 또는 동화 가능한 식용 담체와 함께 제형화될 수 있거나, 경질- 또는 연질-쉘 젤라틴 캡슐에 봉입될 수 있거나, 정제로 압축될 수 있거나, 식단의 음식에 직접 통합될 수 있다.
특정 구체예에서, 활성 화합물을 포함하는 나노입자는 부형제와 함께 혼입될 수 있고 섭취 가능한 정제, 협측 정제, 트로키, 캡슐, 엘릭시르, 현탁액, 시럽, 웨이퍼 등의 형태로 사용될 수 있다(Mathiowitz et al., 1997; Hwang et al., 1998; 미국 특허 번호 5,641,515; 5,580,579 및 5,792, 451, 각각은 구체적으로 전문이 본원에 참조로서 포함됨). 정제, 트로키, 알약, 캡슐 등은 또한 다음을 함유할 수 있다: 결합제, 예를 들어, 이를 테면, 검 트라가칸트, 아카시아, 옥수수 전분, 젤라틴 또는 이들의 조합; 부형제, 예를 들어, 이를 테면, 디칼슘 포스페이트, 만니톨, 락토스, 전분, 마그네슘 스테아레이트, 소듐 사카린, 셀룰로스, 마그네슘 카르보네이트 또는 이들의 조합; 붕해제, 예를 들어, 이를 테면, 옥수수 전분, 감자 전분, 알긴산 또는 이들의 조합; 윤활제, 예를 들어, 이를 테면, 마그네슘 스테아레이트; 감미제, 예를 들어, 이를 테면, 수크로스, 락토스, 사카린 또는 이들의 조합; 향미제, 예를 들어, 이를 테면, 페퍼민트, 윈터그린 오일, 체리 향료, 오렌지 향료 등. 투여 형태가 캡슐인 경우, 상기 유형의 물질에 추가하여, 액체 담체를 함유할 수 있다. 다양한 다른 물질이 코팅으로서 존재할 수 있거나 투여 단위의 물리적 형태를 달리 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 정제, 알약, 또는 캡슐은 셸락, 당류, 또는 둘 모두로 코팅될 수 있다. 투여 단위 형태가 캡슐인 경우, 상기 유형의 물질에 추가하여, 액체 담체와 같은 담체를 함유할 수 있다. 젤라틴 캡슐, 정제, 또는 알약은 장용 코팅될 수 있다. 장용 코팅은 pH가 산성인 위 또는 상부 창자에서 조성물의 변성을 방지한다. 예를 들어, 미국 특허 번호 5,629,001 참조. 소장에 도달하면, 그 안의 염기성 pH는 코팅을 용해시키고 조성물이 방출되어 특수 세포, 예를 들어, 상피 창자세포 및 페이에르판 M 세포에 의해 흡수되도록 한다. 엘릭시르 시럽은 활성 화합물, 감미제로서 수크로스, 보존제로서 메틸 및 프로필파라벤, 염료 및 향미제, 예를 들어, 체리 또는 오렌지 향료를 함유할 수 있다. 물론, 임의의 투여 단위 형태를 제조하는데 사용되는 모든 물질은 약학적으로 순수하고 사용된 양에서 실질적으로 무독성이어야 한다. 또한, 활성 화합물은 지속-방출 제조물 및 제형에 혼입될 수 있다.
경구 투여를 위해, 본 개시의 나노입자를 포함하는 조성물은 대안적으로 구강세정제, 치약, 협측 정제, 구강 스프레이, 또는 설하 경구-투여 제형의 형태로 하나 이상의 부형제와 함께 혼입될 수 있다. 예를 들어, 소듐 보레이트 용액(도벨액)과 같은 적절한 용매에 필요한 양의 활성 성분을 포함하는 구강세정제를 제조할 수 있다. 대안적으로, 활성 성분은 소듐 보레이트, 글리세린 및 포타슘 바이카르보네이트를 함유하는 것과 같은 경구 용액에 혼입되거나, 치약에 분산되거나, 물, 결합제, 연마제, 향미제, 발포제, 및 습윤제를 포함할 수 있는 조성물에 치료학적 유효량으로 첨가될 수 있다. 대안적으로, 조성물은 혀 아래에 놓이거나 입에서 달리 용해될 수 있는 정제 또는 용액 형태로 제조될 수 있다.
다른 방식의 영양 투여에 적합한 추가 제형은 좌제를 포함한다. 좌제는 직장에 삽입하기 위해 일반적으로 약물처리된 다양한 중량 및 모양의 고체 투여 형태이다. 삽입 후, 좌제는 강의 유체에서 연화되거나, 녹거나, 용해된다. 일반적으로, 좌제의 경우, 전통적인 담체는, 예를 들어, 폴리알킬렌 글리콜, 트리글리세리드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 좌제는, 예를 들어, 약 0.5% 내지 약 10%, 및 바람직하게는 약 1% 내지 약 2% 범위의 활성 성분을 함유하는 혼합물로부터 형성될 수 있다.
비경구 조성물 및 제형
추가 구체예에서, 본 발명의 나노입자는 비경구 경로를 통해 투여될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "비경구"는 소화관을 우회하는 경로를 포함한다. 구체적으로, 본원에 개시된 약학적 조성물은, 예를 들어, 정맥내, 피내, 근육내, 동맥내, 경막내, 피하, 또는 복강내 투여될 수 있으나 이에 제한되지 않는다(미국 특허 번호 6,7537,514, 6,613,308, 5,466,468, 5,543,158; 5,641,515; 및 5,399,363 각각은 구체적으로 전문이 본원에 참조로서 포함됨).
유리 염기 또는 약리학적으로 허용되는 염으로서 활성 화합물을 포함하는 나노입자의 용액은 하이드록시프로필셀룰로스와 같은 계면활성제와 적합하게 혼합된 물에서 제조될 수 있다. 분산액은 또한 글리세롤, 액체 폴리에틸렌 글리콜, 및 이들의 혼합물 및 오일에서 제조될 수 있다. 일반적인 저장 및 사용 조건에서, 이러한 제조물은 미생물의 성장을 방지하기 위해 보존제를 함유한다. 주사용으로 적합한 약학적 형태는 멸균 주사 용액 또는 분산액의 즉석 제조를 위한 멸균 수용액 또는 분산액 및 멸균 분말을 포함한다(미국 특허 5,466,468, 구체적으로 전문이 본원에 참조로서 포함됨). 모든 경우에 형태는 멸균이어야 하며 주사가 용이할 정도로 유동적이어야 한다. 이는 제조 및 저장 조건 하에 안정적이어야 하고, 미생물, 예를 들어, 박테리아 및 진균의 오염 작용에 대해 보존되어야 한다. 담체는, 예를 들어, 물, 에탄올, 폴리올(즉, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 및 액체 폴리에틸렌 글리콜 등), 이들의 적합한 혼합물, 및/또는 식물성 오일을 함유하는 용매 또는 분산 매질일 수 있다. 적절한 유동성은, 예를 들어, 코팅, 예를 들어, 레시틴의 사용에 의해, 분산액의 경우 필요한 입자 크기의 유지에 의해, 그리고 계면활성제의 사용에 의해 유지될 수 있다. 미생물 작용의 예방은 다양한 항균제 및 항진균제, 예를 들어, 파라벤, 클로로부탄올, 페놀, 소르브산, 티메로살 등에 의해 달성될 수 있다. 많은 경우에, 등장제, 예를 들어, 당류 또는 소듐 클로라이드를 포함하는 것이 바람직할 것이다. 주사 가능한 조성물의 연장된 흡수는 조성물에서 흡수를 지연시키는 제제, 예를 들어, 알루미늄 모노스테아레이트 및 젤라틴의 사용에 의해 야기될 수 있다.
예를 들어, 수용액에서의 비경구 투여의 경우, 용액은 필요한 경우 적합하게 완충되어야 하며 액체 희석제는 먼저 충분한 염수 또는 글루코스로 등장성이 되어야 한다. 이러한 특정 수용액은 정맥내, 근육내, 피하, 및 복강내 투여에 특히 적합하다. 이와 관련하여, 사용될 수 있는 멸균 수성 매질은 본 개시에 비추어 당업자에게 공지될 것이다. 예를 들어, 하나의 투여량을 등장성 NaCl 용액에 용해시키고 피하주입 유체를 첨가하거나 제안된 주입 부위에 주사할 수 있다(예를 들어, "Remington's Pharmaceutical Sciences" 15th Edition, pages 1035-1038 and 1570-1580 참조). 투여량의 약간의 변화는 치료되는 대상체의 상태에 따라 필연적으로 발생할 것이다. 투여 책임자는 모든 경우에 개별 대상체에 대한 적절한 용량을 결정할 것이다. 더욱이, 인간 투여의 경우, 제조물은 FDA Office of Biologics Standards에서 요구하는 멸균성, 발열원성, 일반 안전성 및 순도 표준을 충족해야 한다.
멸균 주사 용액은 필요에 따라 상기 열거된 다양한 다른 성분과 함께 적절한 용매에 필요한 양의 활성 화합물을 혼입한 후, 여과 멸균하여 제조된다. 일반적으로, 분산액은 기본 분산 매질을 함유하는 멸균 비히클에 다양한 멸균 활성 화합물 및 상기 열거된 것들로부터의 필요한 다른 성분을 혼입시킴으로써 제조된다. 멸균 주사 용액의 제조를 위한 멸균 분말의 경우에, 바람직한 제조 방법은 활성 성분의 분말 및 이의 이전의 멸균-여과된 용액으로부터의 임의의 추가적인 요망되는 성분을 수득하는 진공-건조 및 냉동-건조 기술이다. 분말화된 조성물은 안정화제와 함께 또는 없이, 예를 들어, 물 또는 염수액과 같은 액체 담체와 조합된다.
여러 가지 약학적 조성물 및 제형
본 발명의 다른 바람직한 구체예에서, 활성 화합물 또는 제제를 포함하는 나노입자는 다양한 여러 경로, 예를 들어, 국소(즉, 경피) 투여, 점막 투여(비내, 질 등) 및/또는 흡입을 통한 투여를 위해 제형화될 수 있다. 국소 투여용 약학적 조성물은 연고, 페이스트, 크림 또는 분말과 같은 의약 적용을 위해 제형화된 활성 화합물을 포함하는 나노입자를 포함할 수 있다. 연고는 국소 적용을 위한 모든 유성, 흡착, 에멀젼 및 수용성 기반 조성물을 포함하며, 크림 및 로션은 에멀젼 기재만을 포함하는 조성물이다. 국소 투여되는 약물은 피부를 통한 활성 성분의 흡착을 촉진하기 위해 침투 향상제를 함유할 수 있다. 적합한 침투 향상제는 글리세린, 알콜, 알킬 메틸 설폭사이드, 피롤리돈 및 루아로카프람을 포함한다. 국소 적용을 위한 조성물의 가능한 기재는 폴리에틸렌 글리콜, 라놀린, 콜드 크림 및 페트롤라툼 뿐만 아니라 임의의 다른 적합한 흡수, 에멀젼 또는 수용성 연고 기재를 포함한다. 국소 제조물은 또한 활성 성분을 보존하고 균질한 혼합물을 제공하는데 필요한 에멀젼화제, 겔화제, 및 항균 보존제를 포함할 수 있다. 본 발명의 경피 투여는 또한 "패치"의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패치는 하나 이상의 활성 물질을 미리 결정된 속도로 고정된 기간 동안 연속적인 방식으로 공급할 수 있다.
특정 구체예에서, 본 발명의 나노입자를 포함하는 약학적 조성물은 점안제, 비내 스프레이, 흡입, 및/또는 다른 에어로졸 전달 비히클에 의해 전달될 수 있다. 비강 에어로졸 스프레이를 통해 조성물을 폐로 직접 전달하는 방법은, 예를 들어, 미국 특허 번호 5,756,353 및 5,804,212(각각은 구체적으로 전문이 본원에 참조로서 포함됨)에 기재되어 있다. 마찬가지로, 비내 마이크로입자 수지(Takenaga et al., 1998) 및 리소포스파티딜-글리세롤 화합물(미국 특허 번호 5,725,871, 구체적으로 전문이 본원에 참조로서 포함됨)을 사용하는 약물의 전달도 약학 분야에 잘 알려져 있다. 마찬가지로, 폴리테트라플루오로에틸렌 지지체 매트릭스 형태의 경점막 약물 전달은 미국 특허 번호 5,780,045(구체적으로 전문이 본원에 참조로서 포함됨)에 기재되어 있다.
에어로졸이라는 용어는 액화 또는 가압 가스 추진제에 분산된 액체 입자의 미분된 고체의 콜로이드 시스템을 지칭한다. 흡입을 위한 본 발명의 통상적인 에어로졸은 액체 추진제 또는 액체 추진제의 혼합물 및 적합한 용매 중 활성 성분의 현탁액으로 구성될 것이다. 적합한 추진제는 탄화수소 및 탄화수소 에테르를 포함한다. 적합한 용기는 추진제의 압력 요구 사항에 따라 달라질 것이다. 에어로졸의 투여는 대상체의 연령, 체중 및 증상의 중증도 및 반응에 따라 달라질 것이다.
본 개시의 키트
본원에 기재된 임의의 조성물은 키트에 포함될 수 있다. 비제한적인 예에서, 본 발명의 나노입자(예를 들어, 제제 또는 활성 조성물 포함)는 키트에 포함될 수 있다. 키트는 본 발명의 적절하게 분취된 나노입자 및, 일부 경우에, 하나 이상의 추가 제제를 포함할 수 있다. 키트의 성분(들)은 수성 매질 또는 동결건조된 형태로 패키징될 수 있다. 키트의 용기 수단은 일반적으로 적어도 하나의 바이알, 시험관, 플라스크, 병, 주사기 또는 다른 용기 수단을 포함할 것이며, 여기에 성분을 넣을 수 있고, 바람직하게는 적합하게 분취될 수 있다. 키트에 하나 초과의 성분이 있는 경우, 키트는 또한 일반적으로 추가 성분을 별도로 넣을 수 있는 제2, 제3, 또는 다른 추가 용기를 함유할 것이다. 그러나, 성분의 다양한 조합이 바이알에 포함될 수 있다. 본 발명의 키트는 또한 통상적으로 본 발명의 하나 이상의 나노입자 및 상업적 판매를 위해 밀폐된 임의의 다른 시약 용기를 함유하는 수단을 포함할 것이다. 그러한 용기는 요망되는 바이알을 보관하는 사출 또는 블로우 성형된 플라스틱 용기를 포함할 수 있다.
키트의 성분이 하나 및/또는 그 초과의 액체 용액으로 제공되는 경우, 액체 용액은 수용액이고, 멸균 수용액이 특히 바람직하다. 본 발명의 하나 이상의 나노입자는 주사 가능한 조성물로 제형화될 수 있다. 이 경우, 용기 수단은 그 자체가 주사기, 피펫, 및/또는 그러한 다른 유사한 기구일 수 있으며, 이로부터 제형을 신체의 감염된 부위에 적용하고/하거나, 동물에게 주사하고/하거나, 심지어 키트의 다른 성분에 적용하고/하거나 혼합할 수 있다. 그러나, 키트의 성분은 건조된 분말(들)로 제공될 수 있다. 시약 및/또는 성분이 건조 분말로 제공되는 경우, 적합한 용매를 첨가하여 분말을 재구성할 수 있다. 용매는 또한 다른 용기 수단에 제공될 수 있는 것으로 생각된다.
참고문헌
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본원에 인용된 간행물, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참고문헌은 각각의 참고문헌이 참조로서 포함되는 것으로 개별적 및 구체적으로 표시되고 그 전문에 개시된 것과 동일한 정도로 본원에 참조로서 포함된다.
본 발명을 기재하는 상황(특히, 하기 청구항의 상황)에서의 단수 용어 및 유사한 언급의 사용은 본원에서 달리 나타내거나 문맥에 명백히 모순되지 않는 한 단수 및 복수 둘 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "포함하는" 및 "함유하는"은 달리 언급되지 않는 한 개방형 용어(즉, "포함하지만, 이에 제한되지는 않음"을 의미함)로 해석되어야 한다. 본원에서의 값의 범위의 언급은 본원에서 달리 나타내지 않는 한 단지 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 속기 방법을 제공하기 위한 것이며, 각각의 개별 값은 개별적으로 본원에 언급되는 것처럼 명세서에 포함된다. 본원에 기재된 모든 방법은 본원에서 달리 나타내거나 문맥에 명백히 달리 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의 및 모든 예, 또는 예시적 언어(예를 들어, "예를 들어")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 예시하기 위한 것이며, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위에 대해 제한을 두고자 하는 것이 아니다. 명세서 내의 어떤 언어도 임의의 청구되지 않은 구성요소가 본 발명을 실시하는데 필수적인 것임을 나타내는 것으로 해석되어선 안 된다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자에게 공지된 최상의 방식을 포함하는 본 발명의 바람직한 구체예가 본원에 기재된다. 이들 바람직한 구체예의 변형은 상기 기재를 읽는 경우 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자는 당업자가 그러한 변형을 적절하게 이용할 것으로 예상하며, 본 발명자는 본원에 구체적으로 기재된 것과 달리 본 발명을 실시하고자 한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법에 의해 허용되는 바와 같이 본원에 첨부된 청구범위에 인용된 주제의 모든 변형 및 등가물을 포함한다. 또한, 모든 가능한 변형의 상기 기재된 요소의 임의의 조합은 본원에서 달리 지시되지 않는 한 또는 문맥에 의해 달리 명백히 모순되지 않는 한 본 발명에 의해 포함된다.

Claims (17)

  1. 약학적 제제 및 반대 이온 중합체를 포함하는 복합체로서, 상기 반대 이온 중합체가 상기 약학적 제제에 정전기적으로 결합할 수 있는 전하를 갖는 복합체; 및
    생물분해성 중합체 전체에 분포된 상기 복합체를 포함하는 매트릭스를 포함하는 나노입자.
  2. 제1항에 있어서, 반대 이온 중합체가 양으로 하전된 나노입자.
  3. 제1항에 있어서, 반대 이온 중합체가 음으로 하전된 나노입자.
  4. 제1항에 있어서, 약학적 제제가 양으로 하전된 나노입자.
  5. 제1항에 있어서, 약학적 제제가 음으로 하전된 나노입자.
  6. 제1항에 있어서, 약학적 제제가 단백질, 펩티드, 폴리펩티드, 항체, 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 나노입자.
  7. 제3항에 있어서, 반대 이온 중합체가 덱스트란 설페이트(DS), 헤파린(헤파린 설페이트), 히알루론산, 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 나노입자.
  8. 제1항에 있어서, 생물분해성 중합체가 PLLA, PGA, PLGA, PCL, 이들의 PEG화된 블록 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 공중합체인 나노입자.
  9. 제1항에 있어서, 생물분해성 중합체가 PEG-b-PLLA; PEG-b-PCL; 또는 이들의 조합인 나노입자.
  10. 나노입자를 제조하는 방법으로서,
    (a) 제1 연속 혼합 공정을 사용하여 약학적 제제와 반대 이온 중합체를 혼합시켜 고분자전해질 복합체를 형성하는 단계;
    (b) 제2 연속 혼합 공정을 사용하여 생물분해성 중합체와 함께 공동-침전시키는 단계; 및
    (c) 상기 생물분해성 중합체 매트릭스 전체에 분포된 고분자전해질 복합체를 포함하는 나노입자를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 단계 (a) 및 단계 (b)가 동시에 진행되는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 제1 연속 공정이 플래시 나노복합체화(FNC)인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 고분자전해질 복합체(PEC)를 형성하는 단계가 약학적 제제와 반대 이온 중합체 사이의 정전기적 인력에 의해 이루어지는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 고분자전해질 복합체(PEC)와 생물분해성 중합체를 혼합하는 단계가 용매-유도된 플래시 나노침전(FNP)에 의해 이루어지는 방법.
  15. 제10항에 있어서, 나노입자의 형성이 고분자전해질 복합체(PEC)와 함께 생물분해성 중합체의 침전에 발생하는 방법.
  16. 약물 전달의 방법으로서,
    약학적 제제 및 반대 이온 중합체를 포함하는 복합체로서, 상기 반대 이온 중합체가 상기 약학적 제제에 정전기적으로 결합할 수 있는 전하를 갖는 복합체; 및 생물분해성 중합체 전체에 분포된 상기 복합체를 포함하는 매트릭스를 포함하는 나노입자를 질병을 예방 또는 치료하기 위해 약학적 제제를 필요로 하는 대상체에 투여하는 단계; 및
    나노입자가 투여되지 않은 참조 대상체와 비교하여 질병을 치료 또는 예방하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 약학적 제제가 단백질, 펩티드, 항체, 화학물질, 핵산, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
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