PL177002B1

PL177002B1 - Preparat insuliny ludzkiej i sposób wytwarzania preparatu insuliny ludzkiej

Info

Publication number: PL177002B1
Application number: PL94304600A
Authority: PL
Inventors: James A. Hoffmann
Original assignee: Lilly Co Eli
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1999-09-30
Also published as: JPH07149660A; PE14495A1; TW326394B; HUT67853A; AU674975B2; PT646379E; PL304600A1; UA27874C2; CZ193794A3; CN1109364A; KR950005324A; YU50494A; BR9403204A; EP0646379B1; CO4230235A1; ZA945939B; RU2135205C1; CA2129763A1; NZ264197A; DE69428860T2

Abstract

1. Preparat insuliny ludzkiej zawierajacy insuline ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym, znamienny tym, ze zawiera zawiesine krysztalów insuliny ludzkiej ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym przy calkowitym stezeniu cynku od 0,5 miligrama do 20 miligramów na 100 jednostek insuliny. 6. Sposób wytwarzania preparatu insuliny ludzkiej zawierajacego insuline ze skoordy- nowanym cynkiem w buforze octanowym, znamienny tym, ze krysztaly insuliny ze skoordy- nowanym cynkiem w buforze octanowym laczy sie z cynkiem, przy czym stosuje sie cynk w calkowitym stezeniu wynoszacym od okolo 0,5 do okolo 20 miligramów na 100 jednostek insuliny. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazkujest preparat insuliny ludzkiej i sposób wytwarzaniapreparatu insuliny ludzkiej. W szczególności wynalazek dotyczy preparatu zawierającego cząsteczkę insuliny ludzkiej, który po podaniu lepiej naśladuje podstawowe poziomy insuliny występujące normalnie w organizmie człowieka.

Głównym celem terapeutycznym w leczeniu cukrzycy jest uzyskanie fizjologicznej regulacji poziomu glukozy we krwi. Do tego celu stosuje się wiele różnych produktów i preparatów handlowych. Przy szybkich zmianach stężenia glukozy we krwi, które występują w porach posiłków, najbardziej odpowiednie są szybko działające produkty insulinowe, takie jak Humulin Regular lub tak zwane monomeryczne analogi insuliny.

Innym ważnym źródłem obciążenia glukozą jest podstawowe wydzielanie glukozy na niskim poziomie przez wątrobę. Wydzielanie to następuje głównie w wyniku poposiłkowych procesów metabolicznych, takich jak glukoneogeneza i glikogenoliza. U chorych na cukrzycę to podstawowe wydzielanie insuliny może zwiększać się znacząco w ciągu nocy, czego skutkiem mogą być przedłużające się okresy hiperglikemii, zwłaszcza podczas wczesnych godzin porannych, co jest określane jako zjawisko poranka. Wykazano, że te okresy hiperglikemii są w znacznym stopniu odpowiedzialne za wysokie poziomy glikozylowanych białek, mierzonych klinicznie jako glikozylowana hemoglobina. Nagromadzanie się tych pochodnych produktów białkowych leży u podłoża długotrwałych komplikacji towarzyszących cukrzycy, takich jak neuropatia, nefropatia i retynopatia.

Idealnym preparatem insuliny do regulacji skutków tego podstawowego wydzielania insuliny byłby taki preparat, który zapewniałby powolną, ustaloną infuzję insuliny do krwi, odpowiadającą niskiemu poziomowi wydzielania glukozy przez wątrobę. Pod względem takiego idealnego czasu działania najlepszym dostępnym w handlu preparatem odpowiadającym temu opisowi jest insulina bydlęca Ultralente. Preparat ten po wstrzyknięciu raz dziennie daje niskie, ustalone uwalnianie insuliny do krwi bez jakichkolwiek zauważalnych pików stężenia insuliny.

177 002

Główny problem z bydlęcą insuliną Ultralente wynika jednakże z faktu, że sekwencja aminokwasów insuliny bydlęcej różni się od sekwencji aminokwasów insuliny ludzkiej. Organizm ludzki może rozpoznawać insulinę bydlęcą jako białko obce. Skutkiem przewlekłego wstrzykiwania chorym na cukrzycę tej substancji immunogennej może być wytworzenie się przeciwciał przeciwinsulinowych. Może to doprowadzić do zmian czasu działania i siły działania insuliny oraz innych problemów ze strony zaktywowanego układu immunologicznego pacjenta. Z tych powodów insulina bydlęca Ultralente nie jest idealnym pozajelitowym preparatem insuliny.

Różnice gatunkowe między insulinami Ultralente

Pojawienie się technologii rekombinacji DNA i nowych technik enzymatycznych przekształcania insuliny świńskiej w insulinę ludzką spowodowały wzrost podaży insuliny ludzkiej, która stała się dostępna od początku lat 80-tych. Logicznym krokiem na drodze przezwyciężenia wymienionych powyżej problemów związanych z bydlęcą insuliną Ultralente było otrzymanie kryształów insuliny ludzkiej Ultralente i na ich bazie handlowego preparatu pozajelitowego. Formy, kształty i wielkości kryształów oraz metody otrzymywania kompozycji i ich receptury dla ludzkich i bydlęcych preparatów Ultralente są zasadniczo jednakowe.

Jednakże kilka lat doświadczeń klinicznych doprowadziło do ostatecznego stwierdzenia, że produkty te nie są identyczne. Doniesienia kliniczne wskazywały, że ludzka insulina Ultralente charakteryzuje się szybszym działaniem niż preparat Ultralente insuliny bydlęcej, natomiast świńska insulina Ultralente ma czas działania pośredni między tymi dwoma gatunkami. W praktyce klinicznej może to doprowadzić do zalecania przez wielu lekarzy i diabetologów dwukrotnego wstrzykiwania ludzkiej insuliny Ultralente. Ponadto po 12 godzinach od podania podskórnego obserwuje się znaczący pik absorpcji insuliny do krwi. Zjawisko to nie tylko zmniejsza zdolność produktu do przeciwdziałania ustalonemu podstawowemu wydzielaniu glukozy z wątroby, ale również powoduje hiperinsulinemię, która sama może doprowadzić do komplikacji makronaczyniowych.

Powód różnicy czasu działania między ludzkim i bydlęcym preparatem Ultralente nie jest w pełni zrozumiały. Obecność przeciwciał przeciwko insulinie bydlęcej nie jest pierwotną przyczyną tej różnicy. Niektóre badania wykazały, że insulina z ludzkiego preparatu Ultralente jest szybciej absorbowana z miejsca wstrzyknięcia niż bydlęca insulina Ultralente. Dalszy wgląd w tę kwestię dały próby rozpuszczania opisane w niniejszym opisie patentowym. Te testy rozpuszczania, oparte na modyfikacjach testów uprzednio opisanych, wykazały, że rozpuszczenie kryształów wołowej insuliny Ultralente po rozcieńczeniu po prostu trwa znacznie dłużej niż rozpuszczenie porównywalnych kryształów ludzkiej insuliny Ultralente. Prawdopodobnie różnice w sekwencjach aminokwasów między insuliną bydlęcą i ludzką generują niewielkie różnice w upakowaniu heksamerów insuliny w kryształach, co powoduje wystąpienie różnic ich szybkości rozpuszczania. To opóźnienie rozpuszczania kryształów insuliny bydlęcej po wstrzyknięciu do tkanki podskórnej prowadzi prawdopodobnie do jej bardziej wydłużonej absorpcji i czasu działania biologicznego.

Jednym ze sposobów badania przedłużenia czasu działania jest synteza analogów insuliny ludzkiej. W szczególności dokonano takich modyfikacji jak GlyA¹⁾Arg^(B27)Thr-NH2^(B30)-insulina ludzka (Jorgensen i współpr., British Medical Journal, 299,415-419 (1989)) i modyfikacje w pozycji Glu(B·³) (Hansen, Biophysical Chemistry, 39, 107-110 (1991)). Jednakże w każdym z tych przypadków wprowadzenie nowej sekwencji aminokwasów nadaje cząsteczce charakter obcej dla organizmu ludzkiego i w związku z tym potencjalnie tak samo immunogennej lub nawet bardziej immunogennej niż insulina bydlęca. Wynika z tego wyraźnie, że stosowanie naturalnej cząsteczki insuliny ludzkiej jest lepsze niż wprowadzanie nowej cząsteczki insuliny. Nigdzie nie opisano preparatów ludzkiej insuliny Ultralente wzbogaconych w cynk ani też nie podano jakichkolwiek środków służących do wytworzenia takich preparatów w celu przedłużenia czasu działania korzystnego immunologicznie preparatu ludzkiej insuliny Ultralente do czasu działania równego lub lepszego niż czas działania biologicznego korzystnego farmakologicznie preparatu bydlęcej insuliny Ultralente.

Cynk a . insulina

Od wielu lat wiadomo jest, że insulina może być z powodzeniem ko-krystalizowana z atomami cynku, w wyniku czego otrzymuje się trwałe kryształy o dłuższym czasie działania niż amorficzna, niekrystalizowana insulina. Jako środek kompleksujący insulinę w celu przedłużenia jej czasu działania stosowano również rybie białko protaminę, ale heterogeniczność tego

177 002 białka i jego potencjalna immunogenność sprawia, że jest ono mniej atrakcyjne dla leku przewlekle podawanego podskórnie.

Na początku lat 50-tych opracowano nowy preparat krystalicznej insuliny bydlęcej, który zawierał tylko insulinę i cynk w buforze octanowym przy pH obojętnym (Hallas-Moller i współpr., Science 116, 394-398 (1952)). Ta insulina Lente nie zawierała jonów fosforanowych, które silnie oddziaływują z jonami cynku, tworząc nierozpuszczalne pochodne fosforanu cynku. Preparaty zawierające insulinę krystaliczną ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym zostały nazwane Ultralente. Kryształy otrzymane w ten sposób będą określane w tym opisie jako kryształy insuliny Ultralente.

Chociaż do utworzenia prawidłowych kryształów Ultralente wymagane jest skompleksowanie każdego heksameru insuliny tylko 2 atomami cynku, to w każdym preparacie Ultralente występuje określony nadmiar molowy cynku. Stwierdzono, że nadmiar ten jest odpowiedni przy podawaniu bydlęcego Ultralente przy jednej iniekcji dziennie działającej cały dzień (Schlichtkrull, w Insulin Crystals, Ejnar MunksgaardPublishers, Copehnhagen (1958)). W tej samej pracy (strona 92) podano: Wydaje się, że czas trwania działania jest nieco krótszy jeśli insulinę świńską w preparacie Ultralente zastąpi się insuliną bydlęcą. Stąd w celu zapewnienia ustalonych czasów podawania zawiesin terapeutycznych niezbędne jest trzymanie się ściśle jednego i tego samego gatunku lub znalezienie ustalonej proporcji między insulinami z różnych gatunków. Podobnie opisano, że świńska insulina Ultralente jest szybciej absorbowana przez cukrzyków niż bydlęca insulina Ultralente (Brange, w Galenics of Insulin, str. 28, Springer-Verlag, Berlin (1987)). Jednakże nawet jeśli zaobserwowano te różnice gatunkowe i chociaż insulina świńska jest bliższa strukturalnie insulinie ludzkiej i w związku z tym mniej immunogenna niż insulina wołowa, to nie zaproponowano żadnych ewentualnych zmian receptury, mających na celu przedłużenie czasu działania świńskiej insuliny Ultralente tak, aby był on równoważny lub dłuższy od czasu działania bydlęcej insuliny Ultralente. Wcześniejszy raport (Hallas-Moller, Diabetes 5,7-12 (1956)) sugerował w rzeczywistości, że poziomy cynku powyżej 0,2 mg na 100 jednostek insuliny nie spowodują dalszego przedłużenia czasu działania preparatów insuliny Lente (lub Ultralente) jakiegokolwiek z gatunków.

Podano, że w nierozpuszczalnych kryształach bydlęcej insuliny Ultralente związanych jest około 0,09 mg cynku na 100 jednostek insuliny (14 atomów cynku na heksamer insuliny), natomiast stosunkowo niskie jest stężenie cynku, równe około 0,05 mg na ml, który pozostaje niezwiązany w supernatancie. Oba te poziomy zostały zaprojektowane tak, aby pozostawały stałe nawet przy zwiększaniu dawki insuliny w preparacie od 40 j/ml do 100 j/ml (Brange, w Galenics of Insulin, str. 37, Springer-Verlag, Berlin (1987)).

W opisie patentowym USA nr 5070186 opisano, że preparaty insuliny zawierające wysokie stężenie (0,02-0,5M) innego dwuwartościowego kationu metalu charakteryzują się szybszym działaniem. Jednakże nieoczekiwanie odkryto, że dodanie stałego chlorku cynku lub stężonego roztworu chlorku lub octanu cynku bezpośrednio do preparatu ludzkiej insuliny Ultralente do końcowego stężenia cynku równego około 0,5 do 20 mg na 100 jednostek insuliny opóźnia rozpuszczanie kryształów i może przedłużyć czas jego działania biologicznego tak, aby preparat działał równie wolno lub wolniej od bydlęcej insuliny Ultralente. Odkryto również, że modyfikacji tej towarzyszy spadek pH od pH około 7,4 do pH 6,2. Odkryto następnie, że w wyniku tej modyfikacji większość dodanego cynku pozostaje w supematancie, niezwiązana z nierozpuszczalnymi kryształami insuliny. Nie ma to istotnego wpływu na zmianę kształtu lub wyglądu kryształów ani na trwałość chemiczną insuliny w preparacie po pewnym okresie przechowywanira

W poniższym opisie i zastrzeżeniach zastosowano poniższe określenia i skróty. Całkowite stężenie cynku w preparacie - całe stężenie cynku w preparacie, niezależnie od tego czy cynk ten jest skompleksowany z insuliną czy jest w postaci rozpuszczalnej.

Insulina Ultralente - prepaaaty zzwierającc kryształy innuliny, wytworzonn zggdnie z opisem zawartym w artykule Hallas-Mnllpr i współpr., Science -116, 394-398 (1952). Kryształy wytwoegnnp w ten sposób będą określone jako kryształy insuliny Ultralente.

- standart oatynednootkp nyindzynmΌdowa antywnośrt msuhny .

- cynk.

J

Zn

177 002

Wszystkie skróty aminokwasów stosowane w tym opisie są zaakceptowane przez Urząd Patentów i Znaków Towarowych USA.

Według wynalazku preparat insuliny ludzkiej, zawierający insulinę ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym (insulinę Ultralente) charakteryzuje się tym, że zawiera zawiesinę kryształów insuliny ludzkiej ze skoordynowanym cynkiem przy całkowitym stężeniu cynku od około 0,5 miligrama do około 20 miligramów na 100 jednostek insuliny. Preparat może zawierać środki konserwujące lub środki izotonizujące i może również zawierać bufor, który nie oddziałowuje silnie z cynkiem.

Powyżej pięćdziesięciu procent łącznej ilości cynku pozostaje we frakcji rozpuszczalnej i nie kompleksuje insuliny. Ten preparat insuliny ma pH generalnie w zakresie od około 6,0 do około 7,4. Ponadto preparat insuliny według wynalazku nie zawiera innych białek, takich jak protamina. Ten modyfikowany cynkiem preparat wykazuje charakterystykę preparatu insuliny o bardzo długim działaniu.

Sposób wytwarzania preparatu insuliny ludzkiej zawierającego insulinę ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym według wynalazku polega na tym, że do uprzednio wytworzonych kryształów ludzkiej insuliny ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym dodaje się cynk, lub dodatkowy cynk dodaje się po etapie krystalizacji w procesie wytwarzania insuliny ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym. Cynk dodaje się w postaci stałej lub w postaci roztworu.

Alternatywnie, zawiesinę kryształów Ultralente dodaje się do stałych soli cynku lub ich roztworów.

W preparacie według wynalazku można stosować różne sole cynku. Reprezentatywnymi przykładami soli cynku są octan cynku, bromek cynku, chlorek cynku, fluorek cynku, jodek cynku i siarczan cynku. Dla specjalisty będzie oczywiste, że do wytwarzania zmodyfikowanego cynkiem preparatu insuliny Ultralente według wynalazku można użyć wiele innych soli cynku. Korzystnie do wytworzenia zmodyfikowanego cynkiem preparatu insuliny Ultralente według wynalazku stosuje się octan cynku lub chlorek cynku, ponieważ sole te nie wprowadzają nowych chemicznie jonów do dostępnych w handlu preparatów Ultralente.

Celem opisanego tu wynalazku jest zatem znaczne zwiększenie stężenia cynku w supernatancie preparatu ludzkiej insuliny Ultralente bez istotnego modyfikowania samych kryształów Ultralente. Nieoczekiwanie stwierdzono, że taki wzbogacony w cynk preparat Ultralente może opóźniać szybkość rozpuszczania nierozpuszczalnych kryształów insuliny i przedłużać czas działania biologicznego w porównaniu z niemodyfikowanymi preparatami Ultralente.

Uniknięcie dramatycznej modyfikacji kryształu Ultralente może być ważne z kilku powodów. Po pierwsze preparaty Ultralente stosowane są do przewlekłego podawania chorym na cukrzycę od 40 lat, a ludzka insulina Ultralente od 10 lat. Stąd nowy modyfikowany cynkiem preparat, może skorzystać z udowodnionego w przeszłości bezpieczeństwa. Po drugie znaczny wzrost poziomu cynku przy kompleksowaniu kryształów insuliny może prowadzić do agregacji kryształów. W dłuższym okresie czasu może to prowadzić do tworzenia się zbryleń, co sprawia że preparat jest bezużyteczny. Badanie modyfikowanego cynkiem preparatu insuliny ludzkiej Ultralente według wynalazku wykazuje, że nie zawiera on istotnie zmodyfikowanych ani lub zbrylonych kryształów insuliny. Wreszcie modyfikacja kryształu insuliny może prowadzić do zmiany struktury samej insuliny, co mogłoby zmienić jej właściwości biologiczne lub nawet jej immunogenność.

Ważny może być również jednoczesny spadek pH, występujący w preparacie według wynalazku. Wiadomo jest, że zwiększanie poziomu rozpuszczonych jonów cynku zwiększa stopień rozszczepienia chemicznego insuliny między resztami A8 (treonina) i A9 (seryna), nawet wtedy gdy insulina jest obecna w postaci nierozpuszczalnych kryształów (Brange i współpr., Pharmaceutical Research 9, 715-726 (1992)). Niewielkie obniżenie pH preparatu insuliny poniżej pH 7 minimalizuje reakcję rozszczepienia i w związku z tym trwałość długoterminowa jest ulepszona. Możliwe jest również, że ten spadek pH może być częściowo odpowiedzialny za minimalne interakcje nadmiaru cynku z kryształem insuliny, ponieważ wiadomo jest, że interakcje cynku z białkami są zredukowane przy bardziej kwasowych pH (Schlichtkrull, w Insulin Crystals, Ęjnar Munksgaard Publishers, Kopenhaga, 91958)).

177 002

Nowy preparat insuliny ludzkiej Ultralente według wynalazku ma kilka dodatkowych zalet. Preparat ten może być wytwarzany długo po wytworzeniu oryginalnego preparatu ludzkiej insuliny Ultralente. W ten sposób można nawet dodawać różne ilości cynku w aptece lub w klinice, dopasowując preparat do żądanego czasu działania i potrzeb danego pacjenta. Ponadto preparat ten nie wymaga dodawania żadnych nowych zarobek, środków kompleksujących, chemikaliów ani rozpuszczalników, dzięki czemu unika się zastrzeżeń dotyczących nieznanej toksyczności przy przewlekłym podawaniu przez wiele lat nowej jednostki chemicznej. Wreszcie zakres pH roztworu końcowego, pH 6,0 do 7,4, jest dostatecznie bliski pH tkanki podskórnej (pH 7,4), tak że nie powinno występować żadne podrażnienie.

Preparat zawierający kryształy ludzkiej insuliny Ultralente według wynalazku nadaje się do leczenia cukrzycy na drodze iniekcji podskórnych, dających powolną absorpcję insuliny, tak że nie ma potrzeby podawania więcej niż jednej iniekcji dziennie. Preparat może zawierać również środek konserwujący, taki jak metyloparaben, środek nadający izotoniczność, takijak chlorek sodu oraz cynk w ilości łącznej około 0,5 do 20 mg na 100 jednostek insuliny, a pH preparatu wynosi około 6,0 do 7,4. Specjalista w tej dziedzinie uzna, że dostępnych jest wiele innych środków konserwujących i środków nadających izotoniczność do stosowania w preparacie według wynalazku. W korzystnej postaci łączne stężenie cynku wynosi około 0,5 do 7 mg na l00 jednostek insuliny, a pH około 6,2 do 7,2. W korzystnej postaci preparat ma dla wszystkich stężeń cynku takie pH, jakie powstaje gdy do uprzednio otrzymanego roztworu ludzkiej Ultralente doda się odpowiednią ilość stałego chlorku cynku, stałego octanu cynku lub stężonego wodnego roztworu wodnego tych reagentów, to jest gdy nie dokonuje się dalszych regulacji pH.

W celu porównania stężeń cynku i insuliny występujących w literaturze i innych dokumentach patentowych, a tabeli 1 zestawiono równoważniki insuliny i cynku w połączeniu, natomiast w tabeli 2 przedstawiono równoważniki cynku w roztworze.

Tabela 1

Połączenie cynk/insulina

mval Zn/g insuliny	%Zn w bezwodnych kryształach insuliny	μΜ Zn/μΜ insuliny	μΜ Zn/μΜ heksameru insuliny	mg Zn/100 jednostek insuliny	gg (gamma) Zn/jednostkę insuliny
0,12	0,38	0,33	2	0,013	0,13
0,31	1	0,90	5,4	0,035	0,35
0,89	2,75	2,51	15,1	0,1	1
2,66	8	7,75	46,5	0,3	3
4,43	12,7	12,8	77	0,5	5
66	68,5	192,5	1155	7,5	75
177	85,3	514,2	3086	20	200

Tabela 2 Cynk w roztworze

mval Zn/l	% Zn	mg Zn/ml	nM Zn/l
0,306	0,001	0,01	0,153
0,612	0,002	0,02	0,306
1,53	0,005	0,05	0,765
3,06	0,01	0,1	1,53
6,12	0,02	0,2	3,06
15,3	0,05	0,5	7,65
30,6	0,1	1	15,3
61,2	0,2	2	30,6
153	0,5	5	76,5
306	1	10	153
612	2	20	306

177 002

Poniższe przykłady przedstawiono w celu zilustrowania wynalazku. Nie należy ich rozumieć jako ograniczenia wynalazku.

Przykład I. Wytwarzanie preparatów insuliny ludzkiej Ultralente modyfikowanych cynkiem

Użyto preparatów Humulin Ultralente (Lilly, Indianapolis, IN) i zawiesiny insulina-cynk o przedłużonym działaniu Ultralente (bydlęcej) USP (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Dania), oba w dawce 100 jednostek insuliny na ml (J100). Preparaty te, zawierające łączne stężenie cynku równe około 0,15 mg/ml stosowano albo bezpośrednio albo rozcieńczone do dawki insuliny równej J40 za pomocą jałowego rozcieńczalnika do insuliny Ultralente (Lilly), który zawiera 0,05 mg/ml cynku. Do odważonych próbek stałego chlorku cynku (EM Science, Cherry Hill, NJ) dodano bezpośrednio roztwory insulin Ultralente o stężeniu J100 lub J40. Alternatywnie, do preparatów J100 Humulin Ultralente dodano różne ilości stężonych roztworów chlorku cynku lub octanu cynku o nieuregulowanym pH (100 mg/ml w wodzie) (J. T. Baker, Phillipsburg, NJ, stężenie w wodzie 200 mg/ml). Łączne poziomy cynku obliczano z połączenia obliczonych poziomów cynku w insulinie, rozcieńczalniku i reagentach, albo oznaczano eksperymentalnie za pomocą atomowej spektroskopii absorpcyjnej.

Przykład Π. pH modyfikowanych cynkiem preparatów ludzkiej insuliny Ultralente pH wszystkich preparatów farmaceutycznych Ultralente wynosi około 7,4. Przygotowano preparaty Ultralente modyfikowane cynkiem w sposób opisany w przykładzie I i oznaczono ich pH. Dane przedstawiono poniżej w tabeli 3.

Tabela 3

Próbka	Dawka insuliny (J/ml)	Sposób dodawania Zn	Użyty reagent Zn	Łącznea końcowe mg Zn/ml w preparacie	mg Zn/100 J insuliny	pH końcowe
1	40	brak	brak	0,09	0,23	7,38
2	40	stały	chlorek	0,25	0,63	7,30
3	40	stały	chlorek	0,59	1,48	7,03
4	40	stały	chlorek	1,09	2,73	6,80
5	40	stały	chlorek	2,40	6,00	6,75
6	40	stały	chlorek	7,31	18,28	6,34
7	100	brak	brak	0,15	0,15	7,37
8	100	stały	chlorek	2,60	2,60	6,84
9	100	stały	chlorek	7,40	7,40	6,41
10	100	stały	chlorek	12,20	12,20	6,21
11	97	wodny	chlorek	1 ,59	1,64	6,80
12	94	wodny	chlorek	2,92	3,11	6,73
13	93	wodny	chlorek	3,81	4,10	6,63
14	91	wodny	chlorek	4,55	5,00	6,59
15	83	wodny	chlorek	8,18	9,86	6,41
16	91	wodny	octan	5,60	6,15	6,75
17	83	wodny	octan	10,09	12,16	6,51

^a Obliczone

Wyraźnie widoczny jest niewielki spadek pH tych preparatów w miarę dodawania reagenta cynkowego. Próbki przygotowane z octanem cynku wykazują mniejszy spadek pH w porównaniu z próbkami otrzymanymi z chlorkiem cynku. W opisanych tu dalszych przykładach, z wyjątkiem przykładu IIIB, nie przeprowadzano dodatkowej regulacji pH roztworów otrzymanych w ten sposób.

Stwierdzono również, że w celu niewielkiego podwyższenia pH do preparatów wzmocnionych cynkiem po dodaniu reagentów cynkowych można dodać małe ilości roztworów wodorotlenku sodu. Ustawienie pH preparatu blisko 7,4 przez dodanie dużych ilości wodorot8

177 002 lenku sodu powoduje jednakże natychmiastowe tworzenie się zbitych precypitatów, prawdopodobnie wodorotlenku cynku, które sprawiają, że preparat nie nadaje się do dalszego stosowania. Z drugiej strony dodanie po przygotowaniu wzmocnionych cynkiem preparatów Ultralente roztworów kwasów, takich jak kwas chlorowodorowy lub kwas octowy, w celu obniżenia pH nie powoduje problemów z precypitacją, ale analiza HPLC supernalantów wykazuje, że niewielki, dodatkowy procent kryształów Ultralente ulega rozpuszczeniu podczas tego procesu zakwaszania. Zakwaszenie za pomocą rozcieńczonego kwasu octowego działa najlepiej jeśli chodzi o minimalizację lub eliminację solubilizacji insuliny, takjak w przykładzie IIIB. Zatem w związku z tym, że można z powodzeniem przeprowadzić niewielkie regulacje pH wzmocnionych cynkiem preparatów Ultralente, wynalazek ten jest ograniczony tylko do takiego pH, które uzyskuje się po dodaniu specyficznego reagenta cynkowego.

Przykład III. Poziomy cynku w modyfikowanych cynkiem preparatach ludzkiej insuliny Ultralente

A. Przygotowano trzy wzmocnionc cynkiem preparaty msulinyUltraUnte en sposób opisany dla próbki 8 w przykładzie U. Po jednym ml każdej z trzech zawiesin, o oszacowanym łącznym poziomie cynku 0,7 do 2,5 mg na 100 jednostek insuliny oraz niezmieniony preparat insuliny Humulin Ultralente wirowano ręcznie przez 30 minut w 25°C, po czym przechowywano w 5°C przez 20 godzin. Każdą z zawiesin przepuszczono następnie przez filtr 0,2 mikrona Aerndibc® (Gelman Sciences, Ann Arbor, MI). Filtrat rozcieńczono 9' ml 0,1N HCl. Nierozpuszczalne kryształy pozostałe na filtrze ponownie rozpuszczono przez wolne przepuszczanie przez każdy filtr 10 ml 0,1N HCl. Poziomy cynku w tych roztworach oznaczono za pomocą absorpcji atomowej i przeliczono na poziomy cynku w supernatancie oryginalnych preparatów lub kryształach insuliny. Dane z tych eksperymentów przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4

Próbka	Ilość cynku związanego mg/ml	Ilość cynku wolnego mg/ml	Procent cynku łącznie w super-natancie
1	0,12	0,07	36,8%
2	0,19	0,63	76,8%
3	0,18	1,30	87,8%
4	0,20	2,60	92,9%

Eksperyment ten wykazał, że większość ekstra dodanego cynku pozostaje w super-natancie i nie jest ani skompletowana ani związana kowalencyjnie z kryształami insuliny.

B. Przy gotrwaoo 20 ml p^amru raraieraiccegα ącoło 2,5 mg/ml myiimu wskusćbonisany dla próbki 8 w przykładzie II. Połowę tej zawiesiny (pH 6,81) pozostawiono bez regulowania pH, natomiast pH drugiej połowy ustawiono na 6,15 przez dodanie małej objętości kwasu octowego. Zawiesiny przechowywano w 5°C. Po różnych czasach oznaczano poziomy cynku w supernatantach i nierozpuszczalnych kryształach takjak opisano powyżej. Wyniki tych eksperymentów przedstawiono poniżej w tabeli 5.

Tabela 5

	Liczba dni w 5°C	Ilość cynku związanego w mg/ml	Ilość cynku wolnego w mg/ml	Procent cynku łącznego w bururnataneiu
1	2	3	4	5
	0	0,27	2,18	89,0%
	2	0,26	2,75	91,4%
próbka	4	0,37	2,14	85,3%
o pH 6,81	7	0,39	2,50	86,5%
	10	0,42	2,25	84,3%
	15	0,36	2,75	88,4%
	21	0,36	2,75	88,4%
	28	0,35	3,25	90,3%

177 002 cd. tabeli 5

1	2	3	4	5
	0	0,29	2,14	88,1%
	2	0,28	2,18	88,6%
próbka	4	0,25	2,12	89,4%
o pH 6,15	7	0,40	2,50	86,2%
	10	0,30	3,00	90,9%
	15	0,33	2,50	88,3%
	21	0,35	2,50	87,7%
	28	0,33	2,75	89,3%

Eksperyment ten wykazał, że regulacja pH rozcieńczonym kwasem octowym nie zmienia dystrybucji cynku między supernatantem a nierozpuszczalnymi kryształami insuliny. Wykazał on również, że dystrybucja cynku nie zmienia się w sposób istotny podczas przechowywania. W obu preparatach większość cynku pozostała we frakcji supernatanta.

Przykład IV. Trwałość modyfikowanych cynkiem preparatów ludzkiej insuliny Ultralente

A. Kilka wzmocnionych cynkiem preparatów ludzkiej insuliny Ultralente przy gotow anych w sposób opisany w przykładzie II badano mikroskopowo przy powiększeniu 43X. Wszystkie zawiesiny wykazywały typową, romboidalną postać kryształów Ultralente, występującą w preparatach niemodyfikowanych. Wielkość, kształt i integralność kryształów w zawiesinach modyfikowanych cynkiem były w zasadzie nieodróżnialne od zawiesiny niemodyfikowanej. W preparatach tych nie wykryto obecności znacznych ilości nierozpuszczalnych, niekrystalicznych cząstek obcych.

Preparaty wykazywały również takie samo zachowanie przy wirowaniu jak niemodyfikowane preparaty Ultralente. Po wirowaniu zawiesiny krystaliczne również wykazywały taką samą charakterystykę osiadania jak niemodyfikowany preparat Ultralente, zarówno pod względem czasu potrzebnego do całkowitego osiągnięcia kryształów, jak i pod względem przybliżonej objętości upakowania kryształów.

B. Przygotowano wzmocniony cynkiem preparat ludzkiej insuliny Ultralente, zawierający około 7,5 mg/ml cynku (podobnie jak próbka 9 z przykładu II). Jako kontrolę użyto niezmodyfikowaną insulinę Ultralente (próbka 7 z przykładu II). Obie próbki przechowywano w 5°C przez około 1 rok. Po tym czasie kryształy insuliny ponownie rozpuszczono w rozcieńczonym kwasie chlorowodorowym i oceniano ich czystość za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) w układzie z odwróconymi fazami. Użyto kolumnę Zorbax C-8 4,6 x 250 mm w temperaturze 40°C, zawierającą cząstki o wielkości porów 150 angstremów. Insulinę eluowano przy prędkości przepływu 0,7 ml/min w gradiencie acetonitrylu o zawartości 0,225M siarczanu amonu przy pH około 2.

Po 1 roku czystość niemodyfikowanej insuliny Ultralente wynosiła 96,4%. Stwierdzono obecność kilku niezidentyfikowanych pików w ilości po około 0,2% każdy i pik A²¹-dezamidoinsuliny w ilości około 1%. W preparacie Ultralente zawierającym 7,5 mg/ml cynku po 1 roku czystość insuliny wynosiła 96,8% i występowało w nim kilka niezidentyfikowanych pików w ilości w zakresie 0,1-0,2% oraz pik A²1-dezamidoinsuliny w ilości około 1%. Stwierdzono obecność nowego nieznanego piku, eluującego przed insuliną, w ilości 0,3%, który nie był obecny w próbce niemodyfikowanej insuliny Ultralente.

Eksperymenty te wykazały, że w preparatach zmodyfikowanych cynkiem trwałość kryształów Ultralente pod względem ich wielkości i kształtu jest utrzymana. Wysokie poziomy cynku w preparacie Ultralente nie powodują zmiany czystości chemicznej cząsteczki insuliny po 1 roku przechowywania w 5°C.

177 002

Przykład V. Badanie rozpuszczania preparatu złożonego

Test ten jest modyfikacją testu opisanego przez Grahama i Pomeroy w J. Pharm. Pharmacol. 36, 427-430 (1983). W teście tym wykorzystuje się szybkość rozpuszczania kryształu insuliny po znacznym rozcieńczeniu buforem niewiążącym cynku jako sposób przewidywania szybkości rozpuszczania preparatu krystalicznego po podskórnym wstrzyknięciu zwierzęciu. Jest to możliwe, ponieważ w przypadku zawiesin insuliny etapem limitującym generowanie odpowiedzi biologicznej jest głównie szybkość rozpuszczania nierozpuszczalnej insuliny po wstrzyknięciu. Zatem można przewidzieć, że preparat insuliny, który rozpuszcza się w tym teście wolniej niż ludzka insulina Ultralente będzie prawdopodobnie działać wolniej w modelach biologicznych.

W sposób podobny jak dla próbki 8 w przykładzie II przygotowano trzy wzmocnione cynkiem preparaty Ultralente, zawierające 0,35, 0,7 i 2,5 mg/ml cynku. Porcje po 0,5 ml tych zawiesin i porcje po 0,5 ml niezmienionej insuliny ludzkiej J100 oraz preparatu bydlęcej insuliny Ultralente dodawano do 50 ml buforu 0,1M Tris (trihydroksymetyloaminometan, Mallinckrodt, Paris, KY) o pH 7,5, mieszanego w 25°C w szklanej zlewce o pojemności 80 ml. Po 3 i 8 godzinach pobierano próbki mieszanych zawiesin i przepuszczano je poprzez filtr Acrodisc® 0,2 mikrona.

Ilość insuliny w przesączu oznaczano za pomocą HPLC z odwróconymi fazami. Maksymalną zawartość insuliny oznaczano w niepizesączonej zakwaszonej próbce. Na początku testu rozpuszczania nie było praktycznie rozpuszczonej insuliny. Wyniki tych eksperymentów przedstawiono w tabeli 6.

Tabela 6

Gatunek Ultralente	Oznaczony poziom cynku mg/ml	Maksymalny procent insuliny rozpuszczalnej (3 godziny)	Maksymalny procent insuliny rozpuszczalnej (8 godzin)
Ludzka	0,15	16,3%	44,7%
Ludzka	0,35	4,5%	10,7%
Ludzka	0,70	2,4%	6,3%
Ludzka	2,50	1,1%	3,2%
Bydlęca	0,15	3,2%	6,2%

Eksperyment ten wykazał, że niezmieniony preparat ludzkiej insuliny Ultralente rozpuszcza się znacznie szybciej niż niezmieniona wołowa insulina Ultralente. Wykazuje on również, że dodanie cynku do ludzkiej Ultralente do poziomu około 0,7 mg na 1 θ0 jednostek insuliny sprawia, że kryształy insuliny rozpuszczają się z tą samą mniej więcej szybkością co niezmieniona bydlęca insulina Ultralente. Dodanie do ludzkiej Ultralente cynku do stężenia około 2,5 mg na 100 jednostek insuliny obdarzają szybkością rozpuszczania mniejszą niż niezmieniona bydlęca insulina Ultralente.

Przykład VI. Badanie rozpuszczania przy przepływie ciągłym

Test poniższy jest modyfikacją testu przepływowego opisanego przez Brange w Galenics of Insulin, strona 46, Springer-Verlag, 36,427-430 (1987) oraz Grahama i Pomeroy w J. Pharm. Pharmacol. 36, 427-430 (1983). Próbki po 2 ml niezmienionych insulin ludzkiej i bydlęcej Ultralente oraz próbkę ludzkiej insuliny Ultralente zawierającej około 0,7 mg cynku na 100 jednostek insuliny (jak opisano w przykładzie V) rozcieńczono 48 ml buforu Tris o pH 7,5. Każdą z zawiesin 50-mililitrowych w całości przepuszczono przez filtr Acrodisc* 0,2 mikrona. Każdy z filtrów umieszczono następnie in-line na rurce eluenta układu FPLC (Pharmacia, Piscataway, NJ). Przez każdy z filtrów pompowano świeży bufor 0,1M Tris o pH 7,5 z prędkością przepływu 2 ml na minutę. Absorbancję eluatu za filtrem monitorowano w sposób ciągły spektroskopowo przez ponad dwie godziny, mierząc insulinę przy długości fali 214 nm. Różne części eluatów badano również za pomocą HPLC z odwróconymi fazami w celu potwierdzenia obecności insuliny ludzkiej lub wołowej.

177 002

Insulina krystaliczna z preparatu bydlęcej insuliny Ultralente w świeżym buforze tris rozpuszczała się bardzo wolno. Elucję insuliny bydlęcej potwierdzano przez analizę HPLC części eluatu. Insulina w niemodyfikowanych kryształach ludzkiej insuliny Ultralente rozpuszczała się szybciej, wykazując szczyt rozpuszczania po około 35 minutach i utrzymując stosunkowo wysoką szybkość rozpuszczania przez cały eksperyment. Preparat ludzkiej insuliny Ultralente zawierający 0,7 mg/ml cynku zachowywał się bardzo podobnie do niezmienionej próbki ludzkiej insuliny Ultralente ale niepodobnie do insuliny bydlęcej. To sugeruje, że we wczesnym etapie filtracji z preparatu tego usunięty został cały niezwiązany cynk, a kryształy pozostałe zachowywały się dokładnie tak jak niezmienione kryształy ludzkiej insuliny Ultralente. Dane te pokazują również bardzo wyraźnie różnicę w szybkościach rozpuszczania właściwych dla kryształów insuliny ludzkiej i bydlęcej. Wyniki tych eksperymentów przedstawiono w tabeli 7.

Tabela 7 Absorbancja względna

Czas (minuty)	Bydlęca Ultralente	Ludzka Ultralente	Ludzka Ultralente 0,7 mg/ml Zn
0	0	0	0
2,5	12,5	3,5	12,5
5	9,0	8,0	11,5
10	8,0	23,0	19,0
15	7,8	38,0	31,7
20	7,9	52,0	45,0
25	8,0	59,0	60,0
30	7,4	63,0	72,0
35	8,1	64,0	79,5
40	8,0	61,0	79,0
45	8,3	57,5	73,0
50	7,8	52,0	68,0
55	8,2	45,5	60,0
60	8,5	40,0	52,2
65	8,5	36,0	45,5
70	8,8	31,5	39,5
75	9,0	29,5	36,3
80	9,7	26,0	25,0
90	9,6	23,0	22,1
100	10,4	20,2	22,1
110	11,0	18,5	24,3
120	11,2	16,6	24,0
130	12,0	15,1	21,6

Przykład VII. Badania preparatów Ultralente na królikach

Bydlęcą insulinę Ultralente (J40) i ludzką insulinę Ultralente (J40) przygotowane jak pokazano dla próbek 1-6 z przykładu II testowano na normalnym modelu króliczym. W eksperymencie użyto białych królików New Zealand, w większości samic o wadze 2,7-4 kg w wieku 0,5-4 lat, karmionych na 16 godzin przed podaniem próbki. Zawiesiny insuliny wstrzykiwano 10 królikom podskórnie w tył szyi w dawce 0,2 jednostki na kilogram. Po różnych czasach z bocznej żyły usznej pobierano próbki po 100 pl krwi, mieszano je z 900 μΐ antykoagulanta (EDTA - fluorek sodu) i analizowano na zawartość glukozy. Wartości zawartości glukozy standaryzowano w celu uwzględnienia początkowego procentu glukozy przed wstrzyknięciem próbki. Wyniki tych eksperymentów przedstawiono w tabeli 8.

177 002

Tabela 8

Próbka	Rodzaj Ultralente	Obliczony poziom cynku mg/ml	% początkowego anzinmu glukozy
Godziny po iniekcji
1	2	3	4
1	Ludzka	0,09	60,6	65,2	89,0	90,4
2	Ludzka	0,25	56,7	67,8	91,4	91,4
3	Ludzka	0,59	60,4	58,9	78,1	85,5
4	Ludzka	1,07	81,8	78,6	95,2	95,6
5	Ludzka	2,40	92,8	80,9	80,3	88,6
6	Ludzka	7,31	96,0	84,1	80,9	85,9
7	Bydlęca	0,15	60,1	68,7	96,7	95,7

Czas działania w modelu króliczym jest znacznie krótszy niż u człowieka. Ta kompresja czasu działania prowadzi do tego, że w modelu tym nie można wykazać istotnej różnicy między preparatem niezmienionej insuliny ludzkiej a bydlęcej insuliny Ultralente (próbka 1 w porównaniu z 7). Mimo tego ograniczenia eksperyment ten pokazuje, że działanie biologiczne ludzkiej insuliny Ultealpnte po dodaniu do preparatu wystarczającej ilości cynku jest bardzo zmienione. Jak pokazują wyniki dla próbek 4-6, początek silnej odpowiedzi biologicznej jest opóźniony o ponad godzinę, dając wartość najniższą między godziną 2 a 4. Maksymalny spadek poziomu glukozy we krwi jest również zmniejszony, od około 40% w próbkach 1-3 (punkt najniższy po 1 godzinie) do tylko około 20% spadku dla próbek 4-6 (punkt najniższy po 2-4 godzinach). Stąd preparaty o wystarczającej zawartości cynku pnzianajc wyraźnie przedłużony czas działania, znacznie wolniejszy niż niezmienione preparaty ludzkiej lub bydlęcej insuliny Ultralente.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Preparat insuliny ludzkiej zawierający insulinę ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym, znamienny tym, że zawiera zawiesinę kryształów insuliny ludzkiej ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym przy całkowitym stężeniu cynku od 0,5 miligrama do 20 miligramów na 100 jednostek insuliny.
2. Preparat insuliny według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera środki konserwujące.
3. Preparat insuliny według zastrz. 2, znamienny tym, że dodatkowo zawiera środek izotonizujący.
4. Preparat insuliny według zastrz. 3, znamienny tym, że dodatkowo zawiera farmaceutycznie dopuszczalny bufor nie oddziaływujący silnie z cynkiem.
5. Preparat insuliny według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera cynk o całkowitym stężeniu wynoszącym od około 0,5 miligrama do około 7 miligramów na 100 jednostek.
6. Sposób wytwarzania preparatu insuliny ludzkiej zawierającego insulinę ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym, znamienny tym, że kryształy insuliny ze skoordynowanym cynkiem w buforze octanowym łączy się z cynkiem, przy czym stosuje się cynk w całkowitym stężeniu wynoszącym od około 0,5 do około 20 miligramów na 1 OOjednostek insuliny.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się cynk w postaci octanu cynku, bromku cynku, chlorku cynku, fluorku cynku, jodku cynku lub siarczanu cynku.