TW201417845A - 應用微囊化化學試劑延時產生一氧化氮的系統和方法 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種透過微囊化的水溶性化學試劑在聚合物基質中的反應、長時間持續產生和應用治療性一氧化氮氣體的組合物和方法，所述組合物包含由兩種或更多種次毫米尺寸的分別微囊化之試劑顆粒組合的混合物，包含至少一種微囊化的亞硝酸鹽顆粒、至少一種微囊化的酸顆粒以及至少一種微囊化的還原劑顆粒，分別微囊化的試劑在透過添加足夠體積的水溶液來初期濕潤這些次毫米尺寸的顆粒時，緩慢地分解釋放以呈現足夠的量來參與反應而生成一氧化氮。

Description

應用微囊化化學試劑延時產生一氧化氮的系統和方法

本發明涉及用於局部產生和應用一氧化氮的組合物和方法。

在不限制本發明範圍的情況下，本發明的背景係描述有關一氧化氮在醫學上之應用，和局部延時產生和應用一氧化氮(一氧化氮)的組合物和方法。

一氧化氮的生物學重要性已被證實，可見於Lancaster JR, Proc Natl Sci (1996) 91:9137-41; Ignarro et al, Proc Natl Acad Sci (1987) 84:9265-69; reviewed in Bredt DS, J CellScience (2003) 115:9-15; reviewed in Murad F, N Eng J Med (2006) 355: 2003-11。在哺乳動物中，一氧化氮在神經系統、免疫系統和心血管系統的很多生理過程中是一種內源性的生理調節物質。這些作用包含血管平滑肌鬆弛，導致動脈的血管舒張和血流增加。一氧化氮是種神經傳導物質，與神經元的活動和各種功能有關，從迴避學習到男性和女性生殖器勃起(Kim et al. J Nutrition 134 (2004)2873S)。一氧化氮也具有部分調節巨噬細胞對微生物和腫瘤細胞的細胞毒性作用。一氧化氮除了介導正常的生理功能外，還涉及感染性休克、高血壓、中風和神經退行性疾病等不同的病理生理狀態。

一氧化氮以各種形式應用於藥理學上，可見於Butler and Feelish, Circulation (2008) 117:2151-59。然而，值得注意的是，一氧化氮本身是高活性的，在空氣中或在體內的化學性質是不穩定的。因此，其藥理方面之應用幾乎都是涉及其產生方法，藉由不同的各項單獨穩定的前驅化合物之化學反應產生。利用有機硝酸鹽和無機硝酸鹽作為一氧化氮之供體，如硝酸甘油和硝普鈉，已長期用於改善一氧化氮缺乏狀態或調節許多組織的活動。局部應用一氧化氮可以幫助創傷和燒傷的傷口癒合、毛髮生長、陽痿以及在需要血管擴張的地方(例：促進由於糖尿病或其他條件受損之患者的患部血液流通和懷孕期子宮頸)。史密斯等人敘述了被認為是有利於促進癒合的聚合物一氧化氮源(U.S. Pat. No. 5,519,020)。

在局部應用的範圍內，所需之一氧化氮劑量是微量的但需持久性的。一氧化氮是一種有效的殺菌劑，對於已經對抗生素具有抗藥性的細菌仍是有效的。在抗菌和其他的局部應用中，需要延長一氧化氮與皮膚接觸的時間。在抗菌應用中，一氧化氮有效治療劑量是微量的，只有百萬分之幾(ppm)(見Ghaffari et al., Nitric Oxide Biology and Chemistry 14 (2006) 21-29))，但一氧化氮的有效性取決於維持與皮膚接觸的時間長短(Ormerod et al., BMCResearch Notes 4 (2011)458-465)。

Seitz等的U.S. Pat. No. 6,103,275和一項專利申請(US Ser. No. 13/688,511, filed 11-29-2012)揭露了一種局部釋放一氧化氮的技術，其公開內容透過引用包含於此。然而應用這種技術所能提供局部產生一氧化氮之持續性往往不到一小時，因此需要一個更有效的延遲方法，以提供許多治療性應用所需長時間的一氧化氮與皮膚之接觸時間。

本發明揭露了於治療上有效劑量的一氧化氮局部藥物應用的組合物、方法和醫療設備，一氧化氮是透過試劑反應所產生，然其中之部份或全部試劑的初始狀態是微囊化。

在一個實施例中，微囊化試劑在膠狀組合物(包含與微囊化試劑反應的試劑溶液)中反應，緩慢地從微囊中釋放，這個實施例提供了一種可延長時間的緩釋一氧化氮之方式。

在另一實施例中，揭露了利用兩個或更多的微囊化的水溶性試劑，可以藉由反應以形成更長時間的緩慢釋放出一氧化氮之治療劑。

於本發明說明書所揭露之實施例中可發現，利用含有水溶性試劑的微粒與僅足以濕潤微粒的表面的定量水接觸。這個方法的效果是特別顯著的，因為能大幅度地延長試劑的釋放時間，超出了將只有一種類型的微囊浸漬於過量的水中時所觀測到的釋放時間。反而言之，與利用直接釋放之微囊化供體的之單一治療劑相比，本發明說明書所揭露之方法能確實地延長了治療劑可用的時間。

在一個實施例中，揭露了一種產生延時釋放治療性一氧化氮的方法，包含提供了由兩種或更多種次毫米級尺寸微粒組成的混合物，其中每個類型的顆粒只包含一種微囊化試劑。此混合物包含至少一種微囊化的亞硝酸鹽、至少一種微囊化的酸、至少一種微囊包封的還原劑以及體積足以進行活化反應(能濕潤微囊試劑顆粒)的水，此體積足以進行活化反應的水，是添加在微囊化試劑中，然延長時間的一氧化氮釋放係透過亞硝酸中間物來促發。在一個實施例中，抗壞血酸可同時作為酸和還原劑。

在某些實施例中揭露了在傷口敷料或繃帶上使用次毫米級尺寸微囊化試劑的混合物。這個次毫米級微囊化試劑是密封保存在具防潮功能之單位劑量的容器中。當需要時打開容器時，利用試劑給藥到需要治療的組織部位。此容器可以是傷口敷料或繃帶，或者是可直接倒灑在組織上的乾燥粉末試劑包。在一個實施例說明中，配合給藥說明，一起提供足以進行活化反應的無菌水體積和單位劑量的微囊化試劑。在某些實施例中，使用了超過多倍於活化體積的水，包含一個活化反應體積的水或多個再活化體積的水，按照說明書在活化開始後，間隔一定時間加入再活化體積的水。在一些實施例中試劑、活化/再活化的水或水凝膠以及使用說明是以套裝形式提供。

本發明中透過化學試劑的微囊化生成一氧化氮的方法是有用的，因為它揭露了透過化學穩定的前驅體來延長產生不穩定化合物(如一氧化氮)的時間。多個微囊化試劑在乾燥的環境中混合儲存和彼此接觸，一氧化氮然後透過將少量的水添加到前軀體混合物藉由簡單的促發以產生一氧化氮。這樣的微囊化試劑的混合物可以被直接施加在傷口，其中傷口環境本身提供了足夠量的水，以釋放治療數量的一氧化氮。一個更大的優勢是，所用的試劑和水佔據的體積相對較小，促進本發明可以結合到尺寸有限的物品上。這樣的物品包括傷口敷料、繃帶和其他體型輕薄的醫療用品，如血管支架和其他支架、導尿管、心臟起博器、除顫器、心臟輔助裝置、人工瓣膜、電極、外科螺絲(例：骨釘和插銷)、以及其他常規植入或插入體內的醫療物品。

在另一實施例中，微囊化亞硝酸鹽與凝膠型態的活化試劑混合。凝膠型態能減緩亞硝酸鹽和活化試劑之間的相互作用，以反應溶解出更高劑量的一氧化氮，同時延長了一氧化氮的釋放時間。與將兩種或更多種分別含有適當試劑的顆粒一起浸入到過量的水或水性溶液中時所觀察的量相比，本實施例所揭露的材料和方法能使在幾個小時的時間內一氧化氮產生量有顯著地增加。

1．．．微粒混合物

2．．．不透氣層

3．．．透氣層

4．．．隔離層

5．．．吸水材質

6．．．不透水層

第1圖之(A)部分係為一個實施例中含有微囊化試劑的混合物(反應生成一氧化氮)的襯墊之剖視圖。
第1圖之(B)部分係為一個包含使微粒保持在適當位置的內部組件的襯墊之剖視圖。
第1圖之(C)部分顯示一個實施例中吸收層包含微囊化試劑用以反應產生一氧化氮的襯墊之剖視圖。
第2圖係為將含有亞硝酸鈉與玉米蛋白(一種植物蛋白)的微囊化顆粒10mg加入到如範例1中所述之抗壞血酸的酸性溶液中時一氧化氮的釋放情況。
第3圖顯示範例3中的amiNO-700探針和所用的微囊化粉末混合物的配置。
第4圖顯示將乙基纖維素基質中含有抗壞血酸的微囊化顆粒10mg與乙基纖維素基質中含有亞硝酸鈉的微囊化顆粒10mg進行混合，如範例3中所描述之初期濕潤時一氧化氮之釋放情況。
第5圖顯示將玉米蛋白基質中含有抗壞血酸的微囊化顆粒10mg與玉米蛋白基質中含有亞硝酸鈉的微囊化顆粒10mg進行混合，在範例4中所描述之使用200毫升的水使其成為潮濕的糊狀物時之一氧化氮釋放情況。在設定為零之時間 透過加入水到該混合物顆粒中，以形成糊狀物。
第6圖顯示範例5之數據，即在第一組(圓圈)較低濃度的羥乙基纖維素和第二組(十字)較高濃度的乙基纖維素溶液中，加入實施例1中所用類型的亞硝酸鈉微粒10毫克(10mg)後所量測得到的一氧化氮之濃度，第一組和第二組的羥乙基纖維素的濃度分別為0.73g/100ml和2.18g/100ml。第一組和第二組測得的一氧化氮濃度之峰值分別是0.022微莫爾/升和0.324微莫爾/升。如兩條曲線所示，在設定為零之時間時加入微囊化的亞硝酸鈉。

本發明揭露了透過微囊化一氧化氮產生試劑來釋放長效劑量的一氧化氮在局部應用中的方法、裝置以及試劑組合物。在一個實施例中，微囊化供體是一種聚合物基質。試劑和基質係一起置放於次毫米級的結構內，這個結構至少有一個維度不到1毫米。這種結構可以是微粒、纖維或薄膜。

本發明採用藥理學理中藉由於亞硝酸(HNO2)化學性質的方式以產生一氧化氮。根據下列的反應式(1)，透過無機亞硝酸鹽與酸(HA)反應以產生亞硝酸。亞硝酸於低溫環境時在水溶液中是穩定的，但在室溫下，則容易分解成一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，如反應式(2)所示。

在加入還原劑(如抗壞血劑、二羥基抗壞血酸(Asc(OH)2))後，二氧化氮(NO2)則很容易轉化成一氧化氮(NO)，如反應式(3)所示。
2HA+NaNO2→2HNO2+2NaA　　　　　 (1)
，其中HA是一種有機酸，
2HNO2→NO+ NO2+H2O　　　　　　　 (2)
，亞硝酸分解，生成二氧化氮，
NO+ NO2+H2O+Asc(OH)2→2NO+2H2+AscO2 (3)
，抗壞血酸反應以轉化二氧化氮為一氧化氮。

本發明的一個實施例中，微囊化的試劑與一個組合物混合，提供了一個適當的環境以延時產生一氧化氮的釋放和反應。當微囊化材料與水(或水溶液)接觸時，液體緩慢地滲透微粒表面，隨著時間的推移，能進行反應產生一氧化氮的試劑被緩慢地釋放出來，以持續參與反應生成一氧化氮。

本發明如上述的一個實施例中，利用微囊化的亞硝酸鹽和足夠酸度的酸化水凝膠接觸以轉化亞硝酸鹽為一氧化氮。更佳地，在凝膠中包含還原劑，以幫助保持一氧化氮之生物活性。雖然無機酸如硼酸，也可能是合適的，但較佳的酸化劑係採用有機酸，如檸檬酸。其他酸化劑還包括乳酸、甘油酸、甲酸或在本技術領域的技術人員已知的其他有機酸種類。也可以採用生物學上可接受的有適當pKa值的無機酸(例如上述之硼酸)。酸化劑同時也可以是還原劑，如抗壞血酸(維生素C)或抗壞血酸衍生物。上述之抗壞血酸衍生物包括但不限於3-O-乙基抗壞血酸以及其他3-烷基抗壞血酸、6-O-辛酰基-抗壞血酸、6-O-十二烷酰基-抗壞血酸、6-O-十四烷酰基-抗壞血酸、6-O-十八烷酰基-抗壞血酸和6-O-癸二酰-抗壞血酸。較佳的還原劑具有防止或減緩一氧化氮再次氧化為二氧化氮的還原能力，並且還具有直接還原二氧化氮為一氧化氮的能力，使組合物中釋放的氣體是一氧化氮。較佳的還原劑包含抗壞血酸、抗壞血酸衍生物、抗壞血酸的鹽類、生育酚、異抗壞血酸或α-生育酚。凝膠劑包括羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、明膠、瓊膠、天然樹膠、澱粉和果膠等物質。

溶解酸和還原劑的介質可以是水介質或非水介質。較佳之水介質係容易製備成凝膠。酸凝膠組合物可以是另外含有一個或多個所使用的酸之共軛鹼。雖然較佳的鹼是使用的酸類之共軛鹼，但也可以是那些本技術領域的技術領域已知的其他有機鹼或無機鹼。本發明的實施例可直接應用於促進皮膚的循環、加速傷口癒合，放置在頭皮上保持一段時間作為一種治療方法以促進頭髮生長，並且可被應用在其他局部釋放一氧化氮有益的位置。

本發明的另一個實施例揭露了一種套裝的酸化凝膠和微囊化的亞硝酸鹽。酸化的凝膠和微囊化的亞硝酸鹽都是單獨包裝在防潮包裝中，在欲使用前方才打開包裝將其混合。在另一個可供選擇的實施例中，微囊化的亞硝酸鹽和酸化劑被一起或單獨包裝在防潮包裝中。在應用時，打開包裝用定量的水或中性酸鹼度的含水凝膠將其混合以成糊狀物。

另一實施例，揭露了兩種或兩種以上微粒的混合物，其中每個類型的微粒只包括一種微囊化試劑。該混合物中的微粒全部彼此反應以產生一氧化氮。例：在該混合物中，一種類型的顆粒包含亞硝酸鈉，另一種類型的顆粒包含抗壞血酸，當它們在溶液中同時釋放時會反應產生一氧化氮。微囊化試劑的顆粒在限定體積內保持相互接觸，該限定體積內存在的活化體積的水係用來萃取和促發試劑，以產生具醫療效果的治療劑。

活化體積的水是指足夠初期潤濕乾燥的微囊化的試劑顆粒從而允許試劑相互作用發生化學反應的水。初始潤濕是指乾燥的試劑顆粒加入液體後，這些液體足夠潤濕試劑顆粒但不存在多餘的液體。

本發明的一個實施例，揭露了微囊化的亞硝酸鹽、微囊化的酸以及微囊化的還原劑。各種亞硝酸鹽中，最常見的無機亞硝酸鹽如亞硝酸鈉、亞硝酸鉀、亞硝酸鈣或任何的鹼金屬亞硝酸鹽或鹼土金屬亞硝酸鹽都是可用的。某些情況下選用還原劑從而具有防止或減緩一氧化氮再次氧化為二氧化氮的還原能力，並且還具有直接還原二氧化氮為一氧化氮的能力，從而使由該組合物釋放的氣體主要是一氧化氮。合適的還原劑包括抗壞血酸、抗壞血酸鹽、生育酚(α-生育酚)、異抗壞血酸、類胡蘿蔔素、生育三烯酚和硫醇。

檸檬酸是一種可接受的有機酸。其他酸可包含乳酸、甘油酸、甲酸或其他本技術領域的技術人員已知的有機酸。也可以用有適當pKa值的、生物學上可接受的無機酸(例如硼酸)。一個實施例揭露了用抗壞血酸作為酸，此時抗壞血酸可作為酸化劑亦能作為還原劑。對於亞硝酸鹽，抗壞血酸(維生素C)是一種生物相容性的還原劑。

微囊的一種製作方法是將一種試劑的溶解液或聚合物溶液噴霧乾燥，產生細小分散的單顆微粒(內部包含分散在聚合物基質內的試劑)的粉末。也可以使用其他微囊的製作方法，如旋轉披覆造粒、流化披覆造粒、離心擠壓、纖維紡絲、纖維擠壓、噴嘴振動、離子型凝膠化、凝聚相分離、界面交聯、原位聚合法和基質聚合。

為了適用於醫療適應症，本文揭露的封裝聚合物是生物相容的聚合物，適合的聚合物包括乙基纖維素、天然聚合物如玉米蛋白(一種在某些禾本科植物如玉米或穀物中發現的醇溶種子儲存蛋白)、脫乙酰殼多糖、透明質酸、藻酸、可生物降解的聚酯、聚酐、聚乙烯(原酸酯)、聚磷腈或多糖(見Park Et al., Molecules 10 (2005) 146-161)。

上述的試劑微囊化的組合物用在藥物試劑的傳送是眾所皆知的。見Shalaby and Jamiolkowski, US Pat. No. 4,130,639; Buchholz and Meduski, US Pat. No. 6,491,748。然而在所有這些組合物中，治療劑本身即是微囊化的試劑，治療劑並不是透過微囊化試劑的反應所產生。涉及一氧化氮混合物/供體的一氧化氮釋放聚合物在醫學文獻中已有描述，例如Ar nold, US Pat. No. 7,829,553(二醇二氮烯碳基）附著在疏水聚合物上)；Knapp, US Pat. No. 7,135,189(亞硝基硫醇的前驅物和一氧化氮供體)。

本發明實施例的應用包括直接應用微膠囊化試劑到傷口、傷口敷料、外科敷料、褥瘡患者(或可能發展成患者)的床上護具、襪子、適合糖尿病和其他循環障礙患者的其他服裝、骨科石膏以及用於血管擴張劑在治療性功能障礙等需要局部傳遞一氧化氮之處。本發明還能滿足與常規植入或插入身體的之相關醫療用品(如血管支架、導管、心臟起博器、除顫器、心臟輔助裝置、人工閥、電極、以及外科螺絲（例：骨釘和插銷)相關的、對少量而持久的一氧化氮劑量的需要。

本發明可以是一個傷口敷料包或繃帶包，傷口敷料的一部分包含由一種微囊化試劑的顆粒和另一種含微囊化試劑的顆粒所組成的混合物。這部分敷料還結合了一種有保水性能的材料，以保持使顆粒處於潮濕環境所需的適當水分。當潤濕敷料啟動試劑反應時，敷料則開始釋放一氧化氮。然敷料經設計使其得在傷口附近釋放一氧化氮。

本發明的一個實施例揭露了一種用於多用途之分層襯墊結構的延時釋放一氧化氮技術。如第1圖之(A)部分所示之剖視圖：兩種或多種類型的微粒混合物1包含在不透氣層2和透氣層3之間，其中透氣層3是面相身體層以傳送氣態一氧化氮，同時不透氣層2是面朝外的結構層，這個面朝外的結構層具有不滲透或有保留水分功能(允許本應用的液體傳輸到微粒裡和/或維護微粒處於潮濕環境)。在襯墊一側提供一氧化氮的應用中，不透氣層2是無法讓一氧化氮滲透的。在兩種或多種的次毫米級的微粒混合物1中，每種的顆粒只包含一種微囊化試劑，在水溶液環境中，從顆粒轉化形成的試劑相互反應以生成一氧化氮。當水分被引入到該襯墊時，試劑則開始產生反應以生成一氧化氮。

在第1圖之(B)部分中所示的實施例中，不透氣層2和透氣層3被一個隔離層4所分離，隔離層4用於維持不透氣層2與透氣層3之間的距離，以及保持微粒混合物1的適當位置。試劑微粒係可被嵌入或以其他方式固定在隔離層4上，或者不透氣層2與透氣層3中的任一內表面上。

如第1圖所示類型的襯墊可以製備成任何指定的尺寸或形狀。第1 圖之(A)部分、(B)部分與(C)部分中的垂直尺寸並非真實尺寸，故吸水材質5之厚度可以比含有試劑的襯墊來著厚。

這樣的襯墊有多種應用，可以簡單地放置在傷口上並覆蓋一個適宜的黏合醫用膠帶層，也可以放置於預先裁製成的繃帶或敷料之中。舉例說明，繃帶或敷料之中可包含一個含有反應生成一氧化氮的微囊化試劑。此外，試劑可以被附著至不同的材料層，然後組裝在一起形成完整繃帶或敷料。

第1圖所示之襯墊亦可以做為長期持久的抗菌襯墊。這種襯墊可以依實際需求編改尺寸，放入到循環障礙患者的服裝如襪子或緊身褲。透過對材料邊緣和包含顆粒的襯墊結構進行適當處理，襯墊本身也可以做為循環障礙患者的襪子、手套和其他服裝的織物。這些服裝可以透過來自患者皮膚的自然水分活化或透過添加的水分活化。

本發明的另一實施例是如第1圖之(C)部分中所示之層墊，該層墊由微粒混合物1、不透氣層2、透氣層3、吸水材質5以及不透水層6所組成。這種具吸收效果的層墊適合於已經或正在產生褥瘡的患者。這類患者透過尿失禁和汗水，會產生適量的水分。襯墊中的水分將活化試劑以產生一氧化氮，並且多餘的水分則會被層墊的吸水材質5吸收。這樣的安排可使褥瘡患處被一氧化氮環境中所包覆，藉由一氧化氮來刺激促使褥瘡癒合，並能防止潰瘍面積進一步擴大。

在不同的應用中，微小劑量的一氧化氮應用於快速刺激雄性大鼠之陰莖勃起已被證明是非常有效的(Han et al., Journal of Sexual Medicine 7 (2010) 224)。本發明揭露了用於人類的類似效果之應用。目前性功能障礙的全身性藥物都具有有多種副作用，而且需要一段時間才能生效。針對可控制性以及沒有預期之全身性副作用而言，一種快速有效、局部治療的藥物是非常需要的。產生一氧化氮的試劑可以被作為適於放置在勃起組織的敷料上的乾燥塗層。一個實施例是用作男用或女用避孕套的內部敷料，將應用到勃起組織的敷料潤濕從而活化試劑進而延時釋放一氧化氮。

本發明的另一個實施例，避孕套內表面塗有塗層，所述之塗層包含由分別微囊化的試劑組成的混合物，當在水溶液中時，微囊化試劑相互反應產生一氧化氮。本實施例的微粒尺寸範圍可以是0.01到100微米，較佳範圍為1~10微米。較小的微粒尺寸有利於製備塗層時附著於避孕套內表面，釋放一氧化氮所需花費時間長短為分鐘，而不是小時。在採用這樣的實施例中，用戶在戴上避孕套之前將一個含水化合物如K-Y膠狀物(由McNEIL-PPC, Inc., Ft. Washington, PA生產)應用到勃起組織上，當微粒接觸到含水化合物開始釋放一氧化氮。釋放的一氧化氮被限制在避孕套內直到被勃起組織透過皮膚吸收以刺激和延長勃起時間。

本發明的另一實施例，是一種性喚起的凝膠試劑套裝，包含一種類似K-Y膠狀物的含水凝膠化合物包裝和一種含分別微囊化試劑混合物的防潮包裝，所述之試劑在水溶液中一起反應產生一氧化氮。使用前，打開包裝混合含水凝膠，將其應用於男性/女性使用者的外生殖器，刺激其血液流動，進而促使陰莖和陰蒂勃起。這種套裝可用於治療性功能障礙以及提高男性與女性的性生活滿意度。

雖然目前尚未有人體試驗的臨床研究，但是對大鼠的研究表明，Seitz等(US Pat. No. 6,103,275)所描述之凝膠組合物能夠刺激毛髮生長。眾所周知，局部血管擴張藥如米諾地爾能有效地緩解人類的脫髮速率並刺激頭部毛髮生長，因此持久且低劑量一氧化氮(一氧化氮是一種有效的血管舒張劑)對於脫髮將具有治療效果。因此，在這裡所揭露了另一個延時釋放的規劃應用在於緩解脫髮和刺激頭髮再生的設備和組合物。一種具體的實施例是由如第1圖所示材料所製成之帽子以用於治療脫髮。將帽子製成適合於在病人頭部的禿頭區域應用，用水來濕潤活化微粒混合物。

範例1：一種類型顆粒緩釋試劑展示

透過噴霧乾燥由亞硝酸鈉、玉米醇溶蛋白和揮發性溶劑組成的溶液來製備以玉米醇溶蛋白為基質的含有10% (重量百分比)亞硝酸鈉的微粒。玉米醇溶蛋白是從玉米中獲得的富含脯氨酸的蛋白質，可用於加工食品和藥品作為包殼和封裝的基質。它由美國食品藥物管理局(FDA)列為一般公認安全(GRAS)。該溶液為10%的玉米醇溶蛋白(FloChemicals, 29 Puffer St., Ashburmham, MA 01430 (Lot F40000111C6))分散在由乙醇：水(90：10)比例組合的混合物中。將該溶液分散到使用旋轉盤霧化器的乾燥器中，以這種方式所製成的微粒直徑範圍在10至100微米之間，這些微粒包含亞硝酸鈉分散於其中的玉米醇溶基質。玉米醇溶基質是不溶於水的，當微粒暴露於水時，水慢慢地擴散到玉米醇溶蛋白基質中溶解亞硝酸鈉，含有亞硝酸鈉的溶液緩慢地從顆粒中擴散出來，進而產生了亞硝酸鈉相當長時間的釋放。

製備100毫升(100ml)的水溶液，其中含有5.6g檸檬酸、5.2g抗壞血酸和0.3g的PE9010(一種防腐劑，由Schu and Mayr 所生產, 30 Two Bridges Road Suite 225, Fairfield, NJ 07004, USA)。將40毫升(40ml)的該溶液放置於燒杯中，用配置amiNO-700探針的inNO-T的一氧化氮測量系統(Innovative Instruments, Inc. Tampa, FL 33637)檢測溶液中一氧化氮濃度。將10毫克(10mg)包含玉米醇溶蛋白微囊化的亞硝酸鈉微粒，在指定的時間零時(0)加入到該溶液中，紀錄溶液中的一氧化氮含量，其實驗結果如第2圖所示。第2圖中之曲線顯示了在3小時的期間內，在加入微粒後一氧化氮的生成速率迅速地上升到峰值，然後顯著地減少。約20分鐘時，產生的一氧化氮從溶液中形成，因此測量得到的一氧化氮輪廓線代表一氧化氮之生產率，所述之一氧化氮源於從微囊化顆粒中散發的亞硝酸鈉和溶液中的酸按照前述之反應式(1)~(3)所發生之反應。

範例2：當微囊化試劑暴露於過量的水中時最小限度一氧化氮產生的展示

透過噴霧乾燥由亞硝酸鈉（抗壞血酸）、玉米醇溶蛋白和揮發性溶劑組成的溶液來製備以玉米醇溶蛋白為基質的含有10% (重量百分比)亞硝酸鈉（抗壞血酸）的微粒。所述之微粒直徑在10至100微之間。將10毫克(10mg)的抗壞血酸微粒與10mg實施例1中所使用的亞硝酸鈉微粒混合。將該混合物加入到含有40毫升去離子水的燒杯中持續攪拌。水中的一氧化氮含量採用與範例1中使用的相同裝置監測。在三小時的監測中，沒有觀察到可檢測到的一氧化氮。

範例3：當微囊化試劑初期濕潤時一氧化氮長時間生成的展示

透過噴霧乾燥由亞硝酸鈉、乙基纖維素和揮發性溶劑所組成的溶液製備以乙基纖維素為基質的亞硝酸鈉微粒顆粒(亞硝酸鈉重量比10%)。該溶液是將12.5%的乙基纖維素(Ethocel Standard 7 from Dow Chemicals (LotU105013T01))分散於乙醇中製得的。將該溶液使用旋轉盤霧化器分別乾燥由抗壞血酸、乙基纖維素和揮發性溶劑組成的溶液製備以乙基纖維素為基質的抗壞血酸顆粒(抗壞血酸重量比10%)。該溶液是將12.5%的乙基纖維素(Ethocel Standard 7 from Dow Chemicals (LotU105013T01))分散於乙醇中製得的。將該溶液使用旋轉盤霧化器分散到乾燥器中，所得微粒之直徑在10至100微米之間。

將每種類型的10毫克微粒混合到一起，放置於一個有小皺褶的稱量紙上。如第3圖所示，amiNO-700的探針針尖插入並完全由粉末混合物覆蓋。用200微升(200μl)的去離子水濕潤粉末混合物(在第4圖標註”1”的時間)，用紙吸收多餘的水。這樣微粒在處於初始濕潤狀態時，水主要保留在微粒表面和微粒之間的狹窄間隙。接下來紀錄一氧化氮之生成信號達5.5小時，如第4圖所示，在前0.5小時內一氧化氮含量上升，在接下來的4小時裡緩慢地下降，在總時間為4.5小時後，一氧化氮信號突然地呈直線下降趨近於歸零。然信號中突然下降的原因推論是由於樣品中的水已全部反應完畢。信號下降之後(在第4圖標註”2”的時間)，額外加入100微升(100μl)去離子水，信號再次升高，證實了這個結論。與範例1中所觀察到的相比，此一氧化氮釋放的長效性結果是令人驚奇的。

範例4：在潮濕的糊劑狀態中微囊化試劑之一氧化氮長時間生成的展示

在範例1和範例2中使用的每個微粒(即玉米醇溶蛋白基質中含有10%(重量百分比)亞硝酸鈉的微粒和玉米醇溶蛋白基質中含有10%(重量百分比)抗壞血酸的微粒)各10毫克(10mg)混合到一起，置於一個小的塑料半圓柱中。如第3圖所示，amiNO-700的探針針尖完全由粉末混合物覆蓋，類似於範例3之運用。用200微升的去離子水濕潤混合物，達到一致的濕潤糊劑狀態，接下來紀錄一氧化氮之生成信號8小時。

如第5圖所示之實驗數據紀錄，第一小時一氧化氮產量緩慢上升然後在接下來至少7個小時(在此時中斷實驗)內保持相對穩定。與範例1中所觀察到的相比，此一氧化氮釋放的恆定性與長效性結果是令人驚奇的。

首先，值得注意的是，在範例2(其中沒有觀察到一氧化氮的釋放)、範例3和範例4(大量釋放一氧化氮)之間，即使用於實驗的試劑是同重量的，測量的一氧化氮量卻有顯著的差異。這種差異是令人驚訝的，為何會出現這種情況推論可能是下列幾種可能性。在範例2中一氧化氮生產過程的環境，本質上與範例3和範例4中不同，而這些差異凸顯出本發明的一些層面。

一氧化氮在空氣與體內是不穩定的，作為治療劑的使用要求單獨穩定的前驅體透過化學反應以產生一氧化氮。在範例3和範例4中，化學前驅體(如試劑微囊化的微粒)的儲層在有限的體積內保持彼此近距離的實體接觸，存在於同一體積內的有限量溶劑用來提取和處理試劑以形成一氧化氮。如上所述的這些化學前驅體被微囊化，推動持續的長時間釋放一氧化氮。範例2的特點是在試圖透過簡單的將兩個微囊化試劑引入具有較大體積的水性藥物治劑中，或簡單地將它們引入血液和消化道，以產生延時釋放劑量的一氧化氮。試劑從密封的供體中迅速釋放，它們之間的相互反應速率顯著減慢。此外，在如反應式(1)~(3)所示的生成一氧化氮的特定情況下，反應速率對於酸鹼值是敏感的，當溶劑酸鹼值接近中性值7時，反應速率降低為零。在範例2中，降低溶液酸鹼值的試劑只有從微囊供體中釋放出的抗壞血酸。當抗壞血酸很稀時，它不能引起整個溶液的酸鹼值降到一個允許反應以顯著速率繼續產生一氧化氮的酸鹼值。然而，在範例3和範例4(本發明的範例)的情況下，試劑被分配到彼此靠近的顆粒中，並且溶解該試劑的溶劑量是非常小的。因此，局部的試劑濃度高於範例2幾個數量級。產生一氧化氮的反應可以更迅速地進行，因為高的試劑濃度能讓反應的酸鹼值濃度大幅降低局部抗壞血酸濃度，使得反應可以繼續以更快的速率進行，在單位時間內產生更多的一氧化氮。

進一步令人驚訝的結果是，範例1(其中一氧化氮釋放在3小時內大幅度減少)、範例3(其中一氧化氮釋放持續約5小時)和範例4(一氧化氮釋放持續相對穩定的水平至少8小時)在具有時間依賴性的一氧化氮釋放方面之對比相當顯著。

在範例1中，含有微囊化的亞硝酸鈉顆粒被引入到包含檸檬酸和抗壞血酸的酸溶液中。引入這些顆粒後，溶液立即開始擴散到顆粒中，溶解封裝的NaNO2。其後，如反應式(1)~(3)所示的產生一氧化氮的反應發生在顆粒本身內部，或者發生在溶解的NaNO2從顆粒中擴散到酸溶液中之後。這種情況下的特點是，通常在應用中微囊化的、隨著時間釋放活性成分的組合物中的活性成分從微囊供體中釋放，活性成分成為這種環境下的少量成分。一般情況下，隨著微囊供體的微囊包封材料逐漸減少，微囊化物質的釋放速率隨之降低。第2圖展示了實施例1中時間依賴性的一氧化氮產生情況，可以看出這種下降的特徵。

在範例1中，一氧化氮的生成基本上在3小時內顯著下降，在範例3和範例4中，一氧化氮的產生在至少7小時內持續在一個相當恆定的速率。這種差異是令人驚訝的，在某些不同的應用如傷口敷料中，該差異將是特別有用的。因為人們期望保持傷口沐浴在低濃度的一氧化氮環境中，以促進傷口癒合以及提供防止細菌入侵的保護。不受限於理論，這種延時釋放特性的有效改進之解釋在於化學前軀體(例微囊化的試劑微粒)儲層的布置，這些化學前驅體在有限體積內保持實體上彼此密切接近，利用同一體積內存在的有限量的溶劑提取並處理試劑以形成一氧化氮。在此配置上，微囊化試劑提取和反應過程的動力學比範例1所代表的微囊化試劑延遲時間釋放的傳統應用中的相應動力學更為複雜。在範例3和範例4中，從次毫米級微粒中提取微囊化試劑在極小量的水時就可發生，因為在微粒表面的試劑濃度非常高。可能是這些局部升高的濃度，改變了試劑擴散出微粒的動力學，因為顆粒由內到外試劑的濃度梯度較小減緩了擴散速率。

此外，由於高濃度的試劑存在，一種溶解的試劑擴散到另一種包含可與其反應的試劑顆粒中將變得更加具有可能性。在發生這種情況時，氣態的一氧化氮可能在微粒內產生。在產生擴散的通道內產生氣體可能減緩在這些通道中的液體擴散，而液體擴散對於將試劑從微囊化的顆粒中攜帶出來是必要的。因此，總一氧化氮產生率可能會降低，因為少量的一氧化氮形成在顆粒內部。

範例5：微囊化試劑在不同濃度的凝膠劑存在長時間釋放一氧化氮的範例

第一組較低黏度的凝膠形式的酸溶液製備如下：0.73克羥乙基纖維素(HEC)、5.6克檸檬酸、5.2克抗壞血酸和0.3克PE9010，添加水至100毫升。第二組較高黏度的凝膠形式的酸溶液製備如下：2.18克羥乙基纖維素(HEC)、5.6克檸檬酸、5.2克抗壞血酸和0.3克PE9010，添加水至100毫升。這些溶液與範例1中使用的溶液之間的唯一區別是存在HEC凝膠，HEC是一種來源於纖維素的水溶性聚合物。在這個實施例中使用的HEC平均分子量750000，當與HEC混合後，溶液變成高黏度的凝膠。用HEC製備的兩種溶液與範例1中使用的溶液相比其黏性增強。兩個凝膠溶液用實際室的攪拌裝置可以很容易的攪拌，但高HEC濃度的溶液黏性更大。

製備的第一組溶液25毫升(25ml)放置在燒杯中持續地攪拌，用配置amiNO-700探針的inNO-T一氧化氮測量系統檢測溶液凝膠中的一氧化氮濃度。將實施例1中所使用的10毫克(10mg)的NaNO2微粒，引入到凝膠溶液中，記錄凝膠溶液中的一氧化氮濃度3小時。當微粒被引入到凝膠溶液中，可以觀察到微粒的周圍生成小氣泡。

製備的第二組溶液25毫升(25ml)放置在燒杯中，持續地攪拌。用配置amiNO-700探針的inNO-T一氧化氮測量系統檢測溶液凝膠中的一氧化氮濃度。將實施例1中所使用的10毫克(10mg) 的NaNO2微粒，引入到凝膠溶液中，並持續8小時地記錄凝膠溶液中的一氧化氮濃度變化。當微粒被引入到凝膠溶液中，與第一組相比，觀察到的泡沫生成較少且泡沫產生的時間亦較短。

第6圖是係為在第一組(圓圈,〝。〞)低黏度的溶液與第二組(十字,〝+〞)高黏度溶液中，分別引入範例1中使用類型的亞硝酸鈉微粒10毫克(10mg)後測得的一氧化氮濃度比較，較高濃度的HEC溶液釋放一氧化氮的時間明顯更長。第二組溶液(含有2.18g/100ml HEC)中的一氧化氮濃度達到的峰值超出第一組溶液一個數量級，大約在8小時衰減到其峰值的一半，而第一組溶液(含有0.73mg/100ml HEC)的一氧化氮濃度大約在1小時衰減到其峰值的一半。這個差異是顯著的，當HEC濃度較高時，初始微囊化試劑的化學反應釋放的一氧化氮能更有效地轉移到溶液中。

不受限於理論，要理解一氧化氮濃度在高濃度和低濃度的HEC凝膠劑之間的差異，有兩種效果要考慮。這些效果是從微粒中移走NaNO2的動力學以及液體中形成一氧化氮的轉移。

從微粒中移走NaNO2的動力學，取決於水擴散到微粒中和含有溶解NaNO2的溶液擴散到微粒外的情況。微粒溶液的擴散流動在微粒內不規則地發生，為溶液流動提供通道。HEC是大的、水溶性分子聚合物，當它存在溶液中，它顯著地增加溶液的黏度，並抑制在微粒中通道內溶液的擴散流動。因此，NaNO2從微粒中到溶液外的釋放是大幅度放緩的。可以預見，顆粒內外擴散的減慢和預先用於微粒中的HEC的濃度成比例，而且這樣的擴散減慢是當顆粒被引入高HEC濃度的溶液後觀察到的微粒四周形成氣泡的數量相一致的。

當富含NaNO2溶液最終從微粒中擴散出來，NaNO2在酸性環境中迅速反應產生一氧化氮。一氧化氮相當緩慢地溶解在周圍的溶液中，如果一氧化氮的產生率比較高，一氧化氮填充的氣泡將形成於微粒的表面，當氣泡變得足夠大時，氣泡會遷移到液體中。一但氣泡在液體中呈現游離漂浮狀態時，氣泡將前往至液體的表面然而破裂，把一氧化氮分散到液體上方的空氣中。在氣泡形成的過程和在液體的傳輸過程中，一氧化氮也能溶解到液體中。如果氣泡的形成過程是快速的，氣泡駐留在微粒表面的時間很短，它們被迅速釋放到液體中。如果氣泡通過液體上升迅速，它們將有效地攜帶大部分一氧化氮逸出液體，這些一氧化氮是不會溶解的。

HEC減緩微粒中的NaNO2擴散與HEC的濃度成比例，因此，減緩了最初發生在微粒表面上的氣泡形成過程。反過來而言，較慢的氣泡形成提供了氣泡中的氣態一氧化氮和液體之間一段較長時間的接觸，增加了一氧化氮溶解到液體中的部分。事實上，如果從微粒中釋放的一氧化氮足夠慢，一氧化氮的釋放速率可能會等於或小於一氧化氮溶解在溶液中的速率，沒有游離的氣泡被釋放進入液體中，所有的一氧化氮將被溶解。因此，由於較高濃度的HEC降低一氧化氮的生產速率，較大部分的一氧化氮將溶解於較高濃度的HEC溶液中。

一個較高濃度的HEC溶液增加溶解一氧化氮量的因素是，因為較高濃度的HEC溶液比低濃度的HEC溶液的黏性凝膠之黏性高，如果一氧化氮氣泡離開微粒的表面，成為游離的一氧化氮氣泡，它們駐留在液體中的時間更長。這種游離一氧化氮氣泡的緩慢傳輸，提供了額外的一氧化氮溶解於液體中的額外機會。

在較高濃度的HEC中，上述之動力學效果更加顯著。因此，在較高濃度的HEC溶液中，因為可減少一氧化氮的形成速率，以及隨之而來地提高了一氧化氮在液體中的轉移，較高濃度的HEC溶液形成了一個非常顯著高的一氧化氮濃度，而且長時間維持一氧化氮的高濃度，如第6圖所示。

在此揭露和要求權利保護的所有組合物和/方法，在目前的揭露下可以不經過度的實驗而製造和執行。雖然以較佳實施例的形式描述了本發明的組合物和方法，對本領域技術人員顯而易見的是，可以將變形應用於組合物和/或方法，以及本文所述方法的步驟或步驟的順序，而不脫離本發明的概念、精神和範圍。更具體地，顯而易見的，化學和物理上相關的一些藥物可以替代本文所述之藥物而達到類似的效果。所有這些對本領域技術人員顯而易見的替代和改變都被認為是在所附權利要求所限定的本發明之精神、範圍和概念內。

1．．．微粒混合物

2．．．不透氣層

3．．．透氣層

4．．．隔離層

5．．．吸水材質

6．．．不透水層

Claims (29)

1. 【第1項】

    一種治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，包含：由個別微囊化反應物所構成之兩種或兩種以上次毫米尺寸顆粒之一混合物，該微囊化反應物包括:至少一微囊化亞硝酸鹽之顆粒；至少一微囊化酸之顆粒；以及至少一微囊化還原劑之顆粒，其中當數量足以形成化學反應的該些個別微囊化反應物構成之顆粒添加一種足夠數量的水溶液以初期濕潤該些個別微囊化反應物構成之次毫米尺寸顆粒時，該些個別微囊化反應物會緩慢釋放出一氧化氮。
   
2. 【第2項】

    如申請專利範圍第1項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該亞硝酸鹽係選自亞硝酸鈉、亞硝酸鉀、亞硝酸鈣、鹼金屬亞硝酸鹽和鹼土金屬亞硝酸鹽所組成之群組中的一種或多種。
   
3. 【第3項】

    如申請專利範圍第1項或第2項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該酸係選自檸檬酸、乳酸、甘油酸、甲酸和抗壞血酸所組成之群組中的一種或多種有機酸。
   
4. 【第4項】

    如申請專利範圍第1項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該酸係為硼酸。
   
5. 【第5項】

   如申請專利範圍第1項至第4項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該還原劑係選自抗壞血酸、抗壞血酸衍生物、抗壞血酸鹽、生育酚、異抗壞血酸、類胡蘿蔔素、生育三烯酚和硫醇中所組成之群組中的一種或多種。
   
6. 【第6項】

   如申請專利範圍第1項至第5項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該酸係為檸檬酸而該還原劑係為抗壞血酸。
   
7. 【第7項】

   如申請專利範圍第1項至第6項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該微囊化反應物是封裝於一聚合物中，該聚合物係選自乙基纖維素、玉米醇溶蛋白、脫乙醯殼多糖、透明質酸、藻酸、可生物降解的聚酯、聚酐、聚乙烯（原酸酯）、聚磷腈和多糖所組成之群組中的一種或多種。
   
8. 【第8項】

    如申請專利範圍第1項至第7項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中一微囊化的抗壞血酸或一微囊化的抗壞血酸衍生物係作為該微囊化酸和該微囊化還原劑。
   
9. 【第9項】

    如申請專利範圍第1項至第8項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該些混合物係配置於一分層襯墊中，該分層襯墊包含複數個次毫米級的微囊化反應物的一混合物。
   
10. 【第10項】

     如申請專利範圍第9項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該分層襯墊包含一朝向外側的不滲透層、一朝向體側的透水層，以及夾在該不滲透層與該透水層之間的複數個次毫米尺寸的微囊化反應物之一混合物。
    
11. 【第11項】

     如申請專利範圍第9項或第10項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該分層襯墊係設置成適合於傷口敷料或繃帶的尺寸。
    
12. 【第12項】

     如申請專利範圍第9項或第10項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該分層襯墊的尺寸係設置成適合於插入到襪子、手套、帽子和其他服裝中或製作為襪子、手套、帽子和其他服裝的一部分。
    
13. 【第13項】

    如申請專利範圍第9項或第10項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該分層襯墊係設置成適合於一床墊的尺寸。
    
14. 【第14項】

     如申請專利範圍第9項或第10項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該分層襯墊係設置成適合於一抗菌抹布的尺寸。
    
15. 【第15項】

    如申請專利範圍第1項至第8項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器，其中該混合物係配置於一保險套中。
    
16. 【第16項】

     一種使用如專利保護範圍第1項至第11項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器以促進傷口癒合的方法。
    
17. 【第17項】

     一種使用如專利保護範圍第1項至第10項其中之一所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器以治療落髮的方法。
    
18. 【第18項】

     一種使用如專利保護範圍第1項至第10項其中之一或第15項所述之治療性一氧化氮的延緩釋放產生器以治療性功能障礙的方法。
    
19. 【第19項】

     一種提供延緩釋放之治療性一氧化氮的方法，包含如下步驟：製造一種混合的次毫米尺寸微囊化反應物，包含至少一種微囊化的亞硝酸鹽、至少一種微囊化的酸和至少一種微囊化的還原劑；加入一足夠體積的用於啟動反應的水或是水性凝膠，以便與該微囊化反應物混合以啟動反應，並透過一亞硝酸中間物，使反應產生的一氧化氮緩慢的釋放。
    
20. 【第20項】

     如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該微囊化的酸與該微囊化的還原劑係由一微囊化的抗壞血酸和/或一微囊化的抗壞血酸之衍生物所共同提供。
    
21. 【第21項】

    如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該微囊化反應物係配置於一傷口敷料或一繃帶上。
    
22. 【第22項】

    如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該微囊化反應物係配置於一床墊上。
    
23. 【第23項】

     如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該微囊化反應物係配置於一保險套內。
    
24. 【第24項】

     一種為一病患提供延緩釋放之治療性一氧化氮的套裝用品，包含：一種複數個次毫米尺寸微囊化反應物的混和物，該複數個次毫米尺寸微囊化反應物包含至少一種微囊化的亞硝酸鹽、至少一種微囊化的酸和至少一種微囊化的還原劑；一足夠體積之用於啟動反應的水或是水性凝膠，以便與該微囊化反應物混合以啟動反應，並透過亞硝酸中間物，使反應產生的一氧化氮緩慢的釋放。
    
25. 【第25項】

    如申請專利範圍第24項所述之套裝用品，其中該微囊化的酸與該微囊化的還原劑係由一微囊化的抗壞血酸和/或一微囊化的抗壞血酸之衍生物所共同提供。
    
26. 【第26項】

     如申請專利範圍第24項或第25項所述之套裝用品，其中該微囊化反應物係配置於一傷口敷料或一繃帶且該數量足以啟動反應的水或水凝膠係配置於一個預先量測好的容器中。
    
27. 【第27項】

     如申請專利範圍第24項至第26項其中之一所述之套裝用品，更包含一說明書以指導該患者將該複數個次毫米尺寸的微囊化反應物之混合物應用於一患處組織，並添加該數量足以啟動反應的水或水凝膠於該微囊化反應物。
    
28. 【第28項】

     如申請專利範圍第27項所述之套裝用品，其中該說明書更進一步指導該患者在該微囊化反應物變乾燥時加入一體積足以再啟動反應之水或水凝膠至該微囊化反應物。
    
29. 【第29項】

    如申請專利範圍第24項至第28項其中之一所述之套裝用品，更包含在一個預先量測好的容器中的至少一體積足以再啟動反應之水或水凝膠。