WO2010025483A1 - Behandlung von fruktose-malabsorption - Google Patents

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WO2010025483A1
WO2010025483A1 PCT/AT2009/000314 AT2009000314W WO2010025483A1 WO 2010025483 A1 WO2010025483 A1 WO 2010025483A1 AT 2009000314 W AT2009000314 W AT 2009000314W WO 2010025483 A1 WO2010025483 A1 WO 2010025483A1
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xylose isomerase
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gastric juice
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    • C12Y503/01005—Xylose isomerase (5.3.1.5)

Definitions

  • the present invention relates to a composition for the treatment of fructose malabsorption.
  • Fructose (fructose, often outdated levulose) is a monosaccharide (simple sugar) to the carbohydrates. Fructose is a very common sugar form in the human diet.
  • Fructose occurs as free hexose, in the table sugar (cane and beet sugar) as a disaccharide sucrose bound to glucose and in polymerized form as non-digestible fructans. Due to its about 20% higher sweetness compared to normal sugar and favorable transport possibilities, free fructose is increasingly used in the food sector.
  • fructose In contrast to glucose, fructose is not actively absorbed in the intestine but is passively absorbed more slowly via special proteins. Almost half of the population is unable to absorb more than 25 g of fructose per day. However, the average daily consumption is between 11 g and 54 g per day. It is important to note that the majority of fructose is delivered via soft drinks, which are becoming increasingly important in average food intake.
  • HFCS high fructose corn syrups
  • SGLTl sodium / glucose co-transporter
  • GLUT5 is specific for fructose and a so-called optional transporter. Thus, GLUT5 is highly dependent on a concentration gradient between intestinal lumen and blood circulation. GLUT5 is present throughout the small intestinal wall.
  • GLUT2 is a low-affinity facultative transporter of glucose, fructose and galactose. GLUT2 appears to be rapidly and reversibly incorporated into the gut wall in SGLT1 activity. The activity of GLUT2 depends on multiple factors and is therefore often referred to as "diffusional pathway".
  • Fructose malabsorption can lead to a variety of consequences.
  • fructose and fructans aggregate large amounts of water around and transport it to the distal small intestine and eventually into the colon. This causes an acceleration of intestinal transfer, the effect is applied to laxatives.
  • Fructose introduced into the colon is rapidly converted into short-chain fatty acids by the bacteria present in the host. This produces large amounts of hydrogen, CO 2 and sometimes methane.
  • the short-chain fatty acids affect the pH of the intestine and also provide for a higher motility.
  • fructose Some bacteria use fructose to form fructans, which serve as adhesion factors to the intestinal wall. The influence of these then adherent bacteria is diverse and controversial. In rats, increased epithelial proliferation and excess mucin secretion has been observed, which is usually associated with mucosal irritation.
  • fructose malabsorption is also associated with depression as it is present in the bloodstream Amount of tryptophan, the precursor of serotonin.
  • fructose malabsorption The influence of fructose malabsorption on the development of gastrointestinal disorders was first recognized in 1978 (Andersson DE, Nygren A: Acta Med Scand 1978; 203: 87-92). Nevertheless - and probably also due to a lack of specific and sensitive diagnostic method - fructose malabsorption is generally not recognized as a disease. This is also understandable because there are varying degrees of absorption disorders and the transition from "normal” to "pathological" is subject to very strong personal fluctuations.
  • Fructose is not only a problem in fructose malabsorption, but also in hereditary fructose intolerance, both of which are sometimes subsumed in the literature as fructose intolerance.
  • Intolerance of fructose occurs at a frequency of approximately 1: 20,000. It is an autosomal recessive hereditary disturbance of the fructose metabolism, in which fructose can not be degraded or not in sufficient quantities. This results in an increased fructose content in the cells with toxic effects, which in turn disturbs the metabolism of glucose. The consequence of this is low blood sugar (hypoglycaemia).
  • Fructose malabsorption can only be treated by strict fructose-poor diets.
  • One-sided nutrition which in particular requires the avoidance of foods such as fruit, fruit juices, etc., often leads to deficiency symptoms that have a negative effect on the health of patients.
  • additional products such as e.g. Vitamin supplements are taken by the patient. It must therefore be in the interest of all those affected, but also of the health system, to provide an efficient form of therapy that is affordable for broad sections of the population.
  • WO 2007/057749 describes preparations which are based on the use of 5-D-fructose dehydrogenase (EC 1.1.1.124; FDH). This enzyme alters fructose to the extent that it can no longer be used by bacteria in the gastrointestinal tract as a substrate and therefore can not cause any discomfort. To aid the action of FDH, the addition of xylose isomerase is suggested.
  • xylose isomerase is generally described as a means of converting fructose into glucose.
  • WO 91/05857 A describes a process for the crystallization of enzymes, such as, for example, glucose isomerase. Further, it is apparent from this document that divalent salts such as magnesium sulfate can be used in the crystallization of enzymes.
  • WO 01/12834 A relates inter alia to a composition which comprises crosslinked crystalline xylose isomerase and is brought into contact with magnesium sulfate in the course of substrate conversion.
  • US 3,847,740 A discloses a composition comprising xylose isomerase and magnesium carbonate.
  • WO 03/099410 A describes a process for the separation and purification of nucleosides in which crosslinked crystalline xylose isomerase is used.
  • the patients suffering from such a condition can be allowed to live a largely "normal" life without having to forego fructose-containing foods.
  • the present invention relates to a composition
  • a composition comprising crystalline xylose isomerase (EC 5.3.1.5) and at least one salt of a metal and / or alkaline earth metal for the treatment of fructose malabsorption.
  • xylose isomerase in crystalline form and in the presence of salts of metal and / or alkaline earth metals has high activity over conventionally prepared xylose isomerase.
  • the crystalline form of xylose isomerase also has the advantage that the enzyme is protected from, for example, acid action in the stomach and proteases when the crystalline xylose isomerase is cross-linked. Crosslinking can be achieved by established methods (eg, Vallejo-Becerra et al., (J Agric Food Chem., 2008, Feb. 07; 56 (4): 1392-1397) or Wenzel et al. (FEBS Lett., 1991, March 11 280 (1): 147-151).
  • xylose isomerase may be administered orally with or without a reduced gastric acid-resistant coating when administered orally.
  • the xylose isomerase or composition is preferably in the form of a dried, fine-grained powder, which has preferably been crystallized in the presence of metal ions as cofactors to ensure rapid bioavailability and high specific activity.
  • the crystals of xylose isomerase can be finely grinded by a mill. This type of preparation causes maximum activity in the physiological environment of the intestine and rapid release due to a very good solubility in the intestinal lumen.
  • the activity and bioavailability could be increased many times with the aid of the preparation according to the invention of the xylose isomerase.
  • this high activity and effectiveness substantially or completely prevents the penetration of fructose into the large intestine. Due to the faster absorption of glucose in the intestinal area, the equilibrium reaction (fructose ⁇ -> glucose) is constantly deprived of glucose, so that fructose is broken down over time. This prevents excess fructose from remaining in the intestinal area and leading to the known health disorders due to fructose malabsorption and subsequently to symptoms of fructose malabsorption.
  • Xylose isomerase is used industrially in the food industry for the production of fructose from glucose in order to achieve a higher degree of sweetness.
  • the activity of the xylose isomerase produced according to the invention is forced in the reverse direction: the enzyme isomerizes fructose into glucose.
  • the enzyme used contains large amounts of interfering substances which decisively inhibit the activity of the enzyme, in particular sorbitol.
  • the content of the crystalline xylose isomerase according to the invention on sorbitol is ⁇ 1%.
  • mannose isomerase can also be used to convert fructose into mannose. This is also absorbed in the small intestine as outlined above and thus removed from the reaction equilibrium.
  • Crystallization of xylose isomerase is accomplished by methods well known in the art (Suzuki Y et al., J. Phys Chem B. 109 (8) 2005: 3222-6, Dunlop KV and Hazes B, Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 61 2005: 1041-8; Vilonen KM et al., Biotechnol. Prog. 20 (5) 2004: 1555-60; Ramagopal UA et al., Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 59 2003: 868-75.
  • the composition comprises at least one physiologically acceptable salt of a metal and / or alkaline earth metal, wherein the metal is preferably divalent. Since the xylose isomerase in the presence of metal and / or alkaline earth metal ions has an increased enzyme activity, corresponding salts are provided in the composition of the invention. It is particularly preferred to co-crystallize xylose isomerase with the salts listed above. As a result, cofactors can be incorporated into the active center of the enzyme in the crystals and thus are already present in the crystal lattice (in addition to water of crystallization, etc.).
  • the composition may comprise at least 2, at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or even at least 15 different types of salts of metals or alkaline earth metals.
  • the alkaline earth metal is magnesium.
  • composition according to the invention comprises the salt of Alkaline earth metal in the composition in a molar ratio to xylose isomerase of from 0.5: 1 to 200: 1, preferably from 5: 1 to 25: 1, even more preferably from 12: 1 to 18: 1.
  • the metal is cobalt, manganese, zinc, iron or copper, the salt of which in the composition being in a molar ratio to xylose isomerase of from 0.1: 1 to 100: 1, preferably from 0, 5: 1 to 20: 1, more preferably from 3: 1 to 7: 1.
  • the anion used for these salts is a pharmaceutically acceptable anion, preferably selected from the group consisting of chloride, sulfate, carbonate, bicarbonate or maleates.
  • the at least one salt is selected from the group consisting of MgCl 2 , MgSO 4 , MgCO 3 , Mg (HCO 3 ) 2 , Mg (C 4 H 2 O 4 ), CoCl 2 , CoSO 4 , CoCO 3 , Co (HCOs) 2 , Co (C 4 H 2 O 4 ), MnCl 2 , MnSO 4 , MnCO 3 , Mn (HCO 3 ) 2 or Mn (C 4 H 2 O 4 ).
  • the composition according to the invention comprises magnesium and / or cobalt salts.
  • very particular preference is given in accordance with the invention to compositions which contain both Mg and Co salts.
  • the combination of these two salts has proven to be particularly suitable for the treatment of fructose malabsorption.
  • the crystals of xylose isomerase are used as a fine, dried powder.
  • the enzyme powder is more stable to bacterial degradation and has large-scale processing advantages in pelletizing, such as better meterability and better miscibility.
  • the xylose isomerase powder preferably has a residual water content of from 0.1% to 30%, more preferably from 0.5% to 10%, and most preferably from 1% to 3%.
  • the protein content of the powder is preferably 50% 'to 99.9%, particularly preferably 75% to 99.9%, most preferably 95% to 99.9%.
  • the particle size of the powder is 0.01 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m and more preferably from 1 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the xylose isomerase composition prepared and provided according to the invention is preferably "highly active.”
  • This "highly active" xylose isomerase composition preferably has an enzymatic activity of from 35,000 to 45,000. units per gram (total preparation).
  • a xylose isomerase from a lyophilizate or, for example, directly purified from a column has an activity of about 4,000 to 6,000 U / g (determined according to Dische et al., J. Biol. Chem. (1951) 192: 583), ie 1.1 to 1.7 mkat up.
  • an enteric-coated dosage form is selected from the group consisting of gastric juice-resistant pellet, gastric juice-resistant tablet, gastric juice-resistant capsule, gastric juice-resistant granules, gastric juice-resistant coated tablets and gastric juice-resistant powder for administration in the People used and made available.
  • the administration forms according to the invention may be provided with at least one coating, particularly preferably with a gastric juice-resistant coating. These coatings are preferably applied in an amount of 1 to 50% by weight, based on the total weight of the dosage forms.
  • methacrylic acid / alkyl (meth) acrylate copolymers particularly preferably copolymers of methacrylic acid / methyl methacrylate with a ratio of 1: 1 to 1: 2, such as Eudragit L® or Eudragit S®, very particularly preferably copolymers of methacrylic acid / Ethyl acrylate 1: 1, such as Eudragit L55®, Eudragit L30D-55®, which dissolve quickly at a pH of> 5.5.
  • gastric juice-resistant coatings based on celluloses or on the basis of shellac which are known to the person skilled in the art, can be applied.
  • the application of the coatings can be carried out with appropriate solutions or dispersions in organic or aqueous medium, with an aqueous medium being preferred.
  • the gastric juice-resistant administration forms are preferably also resistant to saliva, preferably coatings based on Eudragit E or Eudragit EPO being suitable for this purpose.
  • gastric juice means both the natural composition of the gastric juice and those known to the person skilled in the art artificial gastric juice-like preparations (pH 1-2) understood.
  • release in the small intestine is understood to mean release in the natural small intestinal juice as well as release in small intestinal juice-like preparations at pH values of 6-7.5, preferably pH 6.4-6.8.
  • the property of a dosage form which contains an active substance (eg xylose isomerase) in the action of gastric juice or a solution which has comparable properties to gastric juice (eg acid) for a specific period of at least 10 is referred to as "enteric-coated” , preferably at least 20, more preferably at least 30, in particular at least 60, minutes such that the active substance has an activity loss of not more than 50%, preferably not more than 40%, more preferably not more than 30%, most preferably not more than 20 %, in particular a maximum of 10% learns.
  • the preferred dosage forms are prepared by mixing the starting materials with the enzyme preparation according to the invention, granulating, extruding, dividing and, if necessary, shaping, preferably spheronising, optionally classifying and providing it with an enteric coating.
  • Gastric juice-resistant pellets are pellets coated with a vegetable juice-resistant coating that dissolve at a pH as found in the intestinal tract. That is, such coatings preferably dissolve at a pH of at least 4 and at most 10.
  • Eudragit for example, an enteric coating based on anionic polymers of methacrylic acid and methacrylates, contains -COOH as a functional group and dissolves in the range of pH 5.5 to pH 7.
  • Shellac or acetylated starch eg Amprac 01
  • the gastroresistant coatings known in the art have various properties (eg pH at which the coating dissolves, dissolution rate), the materials of the coatings can also be combined.
  • Shellac for example, shows a good acid resistance, but dissolves very slowly in the intestinal tract.
  • Amprac 01 dissolves rapidly in the intestinal environment, but does not show sufficient acid resistance.
  • the two above-mentioned materials can be used, for example, in a weight-saving process.
  • Another parameter that influences the rate of release of the active ingredient is the layer thickness of the enteric-coated pellet.
  • the layer thickness expressed as a mass ratio, is preferably 5 to 30%, more preferably 10 to 20% of the total mass of the final product.
  • the pellets preferably have an average diameter of 0.5 to 5 mm, in particular 0.7 to 2 mm. Such a size has the advantage that the pellets can pass the stomach quickly.
  • the preparation of the pellets which allows the use of the enzyme preparation according to the invention as a medicament, dietary supplement, dietetic food, medical device, feed, supplementary feed or dietetic feed, preferably takes place with an extruder which has a thermal stability of the ingredients of the composition, in particular of the enzymes, of up to 60 ° C is required (Stricker drug form development, Springer Verlag 2003).
  • the pellets may include, in addition to a gastric juice-resistant coating and the enzymes, other pharmaceutical additives.
  • microcrystalline cellulose eg Avicel
  • Cellulose is insoluble in water and has both crystalline and amorphous contents in this form.
  • microcrystalline cellulose absorbs large amounts of water and is thus without addition of binder to a well compressible, cohesive mass.
  • the amount of microcrystalline cellulose in a pellet may according to the invention be between 5 and 70%, preferably between 10 and 60%, even more preferably between 15 and 50%.
  • maltose can be used as a binder and filler maltose. Maltose increases the solubility of the matrix and thus supports the rapid release of the enzyme.
  • Maltose may be added to a pellet according to the invention at 1 to 40%, preferably 5 to 35%, more preferably 10 to 30%. Maltose has the advantage over the commonly used sucrose that it has no fructose and thus do not bring unnecessary and harmful noxious fructose into the body can.
  • Hydroxypropyl cellulose (added in an amount of preferably 0.5 to 10%) may also be added as a binder and serves to prevent particulate matter. Furthermore, hydroxypropyl cellulose increases the strength of the pellets and thus in turn contributes to improving the yield.
  • Starch may be added to the pellet of the invention as a filler and disintegrant (in a preferred amount of 1 to 30%). As a water-insoluble substance, starch can absorb a lot of water and is therefore an ideal disintegrating agent.
  • Crosscarmellose Na-CMC, Acdisol is a pure disintegrating agent, which can preferably be used in an amount between 1% and 5%.
  • Crosspovidone a cross-linked PVP
  • Povidone is a water-soluble additive and serves as a binder. The combination of these different fillers, disintegrants and binders results in a molecularly dispersed distribution of xylose isomerase in the pellet and ensures rapid bioavailability.
  • an insulating layer of glycerol and / or talcum may be provided.
  • Glycerin serves as a humectant to prevent dehydration and thus inactivation of the enzyme.
  • the gastric juice-resistant administration forms in particular pellets, leave the stomach in a size of less than 3 mm, since such particles move the pylorus in the closed state and how fluid from the stomach is transported to the small intestine.
  • the neutral pH value present there causes the pellets to burst within about 5 to 30 minutes, preferably 15 minutes, and thus releases the active substances. Therefore, it is particularly preferred as an enteric-coated dosage form to provide pellets of less than 5 mm, preferably less than 3 mm in diameter.
  • the xylose isomerase can also be transported in capsules or another dosage form through the stomach into the intestinal tract. Suitable capsules are, for example, gelatin capsules or starch capsules. The capsules may also include the pellets of the invention.
  • the xylose isomerase is present in microcapsules, nanoparticles or liposomes.
  • the xylose isomerase is of microbial, animal, plant or recombinant origin.
  • the enzymes used according to the invention can be of very different origin. Methods of how to isolate and / or prepare the enzymes are well known to those skilled in the art.
  • xylose isomerase of microbial origin derived from a microorganism of the family Streptomycetaceae, in particular Streptomyces rubiginosus.
  • Xylose isomerase from such sources has higher specific activity on glucose / fructose and smaller Km than other source isomerases.
  • the xylose isomerase in Lacotbacillus brevis has a Km of 92OmM, Str.rub. a Km of 16OmM.
  • composition according to the invention can be used in the form of a wide variety of products.
  • the composition is preferably a pharmaceutical composition, a food supplement, a dietetic food, a medical device, a feed, a supplementary feed or a dietetic feed.
  • compositions comprising crystalline xylose isomerase (EC 5.3.1.5) and at least one salt of a metal and / or alkaline earth metal in a gastric juice-resistant dosage form, which is in particular selected from the group consisting of gastric juice-resistant pellet , Gastric juice-resistant tablet, gastric juice-resistant capsule, gastric juice-resistant granules and gastric juice-resistant powder.
  • a gastric juice-resistant dosage form which is in particular selected from the group consisting of gastric juice-resistant pellet , Gastric juice-resistant tablet, gastric juice-resistant capsule, gastric juice-resistant granules and gastric juice-resistant powder.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of xylose isomerase (EC 5.3.1.5) for the manufacture of a medicament for the treatment of fructose malabsorption, where in which xylose isomerase is used in pharmaceutical form as described above crystalline form.
  • the drug may be in a gastric juice-resistant dosage form as defined in the present invention description.
  • the drug with the xylose-isomerase according to the invention should be taken by the consumer immediately before or for consumption of fructose-containing foods in order to ensure rapid isomerization. Because particles larger than 3 mm in diameter on the pylorus trigger a locking reflex, it is preferred that the gastric juice-resistant dosage forms leave the stomach less than 3 mm in size, as such particles can pass through the pylorus in the closed state and as liquid be transported from the stomach to the small intestine.
  • the neutral pH present there causes pellets to burst within about 5 to 30 minutes, preferably 15 minutes, and thus releases the xylose isomerase.
  • Another aspect of the present invention relates to a process for preparing a composition according to the present invention comprising the step of crystallizing xylose isomerase in the presence of at least one salt of an alkaline earth metal and / or metal, wherein the crystalline xylose isomerase is dried and optionally pulverized and as pharmaceutical dosage form, in particular selected from the group consisting of gastric juice-resistant pellet, enteric tablet, gastric juice-resistant capsule, gastroresistant granules and gastric juice-resistant powder is formulated.
  • the drying is preferably carried out in vacuo and is divided into a) filtering off the crystals from the solution and then b) freeze-drying the filter cake.
  • the dry (residual moisture ⁇ 5%) filter cake is preferably then ground, for example with a flour mill.
  • Another aspect of the present invention relates to the composition obtainable by a process according to the present invention.
  • Fig. 1 shows the influence of the pH on the activity of xylose isomerase.
  • Fig. 2 shows the acid stability of xylose isomerase. At conditions of pH ⁇ 4, the enzyme activity is destroyed irreversibly.
  • Fig. 3 shows the temperature stability of the activity of the highly active xylose isomerase according to the invention in the preferred embodiment of enteric coated pellets.
  • FIG. 4 shows a comparison of the activity of purified xylose isomerase to isolated xylose isomerase via a crystallization process.
  • Fig. 5 shows the influence of divalent metal ions on the activity of xylose isomerase.
  • Fig. 6 shows the effect of co-crystallization of xylose isomerase with divalent metal ions on the activity of xylose isomerase.
  • Figure 7 shows the in vivo effect of xylose isomerase over time compared to a placebo and no administration of an agent.
  • the basis for developing a corresponding formulation is the determination of the pH dependence of the activity of the enzyme (FIG. 1) and the stability of the enzyme at certain pH values (FIG. 2).
  • the pH dependence of the activity of glucose isomerase was added until pH 9 with 5 mM MgSO 4, IMM CoCl 2 and 10OmM glucose at 37 0 C measured in 5OmM maleate, Hepes or Tris buffer pH.
  • the resulting fructose was measured with a modified sulfuric acid / carbazole test according to Dische and Bohrfreud (Dische, Z et al .: J Biol Chem. (1951) 192: 583).
  • Dische and Bohrfreud Dische, Z et al .: J Biol Chem. (1951) 192: 583.
  • the buffer was neutralized with excess 10OmM Hepes buffer pH 7.4 and the activity in the presence of 5 mM MgSO 4, IMM CoCl 2 and 10OmM glucose at 37 0 C measured.
  • the resulting fructose was analyzed with a modified sulfuric acid / carbazole test according to Dische et al. measured.
  • the stability of the enzyme pellets is of great importance for storage and sale. Sufficient stability of the activity must be achieved in order to have a commercially acceptable shelf life.
  • Coated pellets were stored for 7 days at 4 0 C, 37 0 C and 50 0 C and measured the activity under standard conditions. The activity decreased by 25% after 7 days to 37 ° C. and by 77% after 7 days to 50 ° C. (FIG. 3).
  • xylose isomerase was obtained from Streptomyces rubiginosus. This obtainable xylose isomerase was purified by a crystallization process of sorbitol and other additives. As a result, an increase in activity of 70% was achieved. The activity of the crystal suspension obtained in Example 1 and the activity of the starting solution were measured under standard conditions. This resulted in an average increase in activity of about 70% (FIG. 4).
  • Example 4 Influence of divalent metal ions on the activity of xylose isomerase.
  • a xylose isomerase purified without the addition of divalent metal ions was spiked with different concentrations of Mg 2+ and Co 2+ and the activity was measured in 5 mM phosphate buffer pH 7.4 and 10 mM of glucose at 37 ° C. This resulted in an increase in activity of 300% (FIG. 5).
  • Example 5 Influence of cocrystallization of xylose isomerase with divalent metal ions on the activity of the xylose isomerase •
  • Xylose isomerase was crystallized as in Example 1 with or without Mg 2+ and Co 2+, and the activity in 5OmM phosphate buffer pH 7.4 measured without divalent metal ions with 10OmM glucose at 37 0 C. As a result, the specific activity of the divalent metal ion crystals was 300% as compared with the crystals without the metal ions incorporated (Fig. 6).
  • Example 6 Crystallization of xylose isomerase in the presence of cofactors
  • Example 7 Drying of xylose isomerase crystals
  • the xylose-isomerase-crystal suspension obtained in Example 1 is filtered through a class 3hw pleated filter (Sartorius, Germany). The recovered crystals are frozen and l . yophilized. For optimum processability, the solid enzyme cake is finely ground.
  • the resulting xylose isomerase powder typically has an activity of 45,000 units per gram.
  • One unit of xylose isomerase is defined as the enzyme activity that in 5OmM phosphate buffer pH 7, 4 of 5 mM MgSO 4, IMM CoCl 2 and 10OmM glucose at 37 0 C (standard conditions) per hour 1 .mu.mol (180 ug) converts glucose into fructose.
  • the dried pellets were classified in a sieving tower, the fraction in the size range from 0.4 to 0.8 mm being suitable for further processing. d) Characterization of the pellets: the total yield was 70%.
  • xylose isomerase in the stomach Due to its protein structure, xylose isomerase in the stomach is largely inactivated by pepsin and acidic pH. Thus, a protection of the enzyme by a gastric juice-resistant coating or a gastric juice-resistant, anionic matrix is a prerequisite for the maintenance of Enyzmdontician.
  • Coating solution 1.9 kg of acetylated starch were dissolved in 15.2 kg of purified water with stirring (suspension 1). In another 100 kg of purified water, 10.9 kg of shellac SSB 63 hydram were stirred with an Ultraturrax until dissolved (suspension 2). Suspensions 1 and 2 were mixed and 0.6 kg of glycerol 85% and 2.6 kg micronized talc were added. During the spraying process, the coating solution was stirred with an Ultraturrax. Coating: 1 kg of pellets were coated with 1.5 kg of coating solution in the fluidized bed. The device parameters were selected as follows: spray pressure 1.6 bar, spray rate 180 g / minute, supply air temperature 55 ° C, product temperature: 35 ° C .; Supply air volume 1400 m 3 / h.
  • the coated pellets were equivalent to the test for resistance to gastric juice, according to Pharmacopoea Europaea. After incubation in the disintegration tester at 37 ° C. in 0.1 N hydrochloric acid for 2 hours, the pellets were unchanged; an exchange of the medium for phosphate buffer pH 6.8 led to the decomposition of the mash-juice-resistant coated pellets within one hour. The coating was about 16% of the original weight.
  • the pellets could also be used as a precursor for tablets and capsules.
  • Example 9 Spray drying of xylose isomerase
  • the product yield was 50%.
  • the activity was retained to 90%.
  • the xylose isomerase powder corresponds to the test for resistance to gastric juice according to Pharmacopoea Europaea. After two hours of incubation in the disintegration tester at 37 ° C in 0.1 N hydrochloric acid, the powder was unchanged, an exchange of the medium on phosphate buffer pH 6.8 led within one hour to a complete solution of the powder. However, only 5% of the original enzyme activity could be measured in this solution. This leads to the conclusion that, although the macroscopic structure of the powder has been preserved (which the Pharm Eur calls), the enzyme activity has been lost (which is not a criterion of Pharm Eur)
  • the average intake of fructose per meal in the clinical trial was approximately 7 g.
  • One unit of xylose isomerase is defined as the amount of enzyme that converts 1 ⁇ mol (180 ⁇ g) of glucose into fructose (and vice versa) at pH 7.4 per hour. This means that with an average small intestine transit time of one hour, 2 capsules will degrade a total of 0.33 g of fructose under standard laboratory conditions. This value achieved in the laboratory is well below the 7 g dose recorded in the clinical trial.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Zusammensetzung umfassend kristalline Xylose-Isomerase (EC 5.3.1.5) und zumindest ein Salz eines Metall- und/oder Erdalkalimetalls.

Description

Behandlung von Fruktose-Malabsorption
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Behandlung von Fruktose-Malabsorption.
Fruktose (Fruchtzucker, oft auch veraltet Lävulose) gehört als Monosaccharid (Einfachzucker) zu den Kohlehydraten. Fruktose ist eine sehr verbreitete Zuckerform in der menschlichen Ernährung.
Fruktose kommt als freie Hexose, im Haushaltszucker (Rohrund Rübenzucker) als Disaccharid Saccharose gebunden an Glukose und in polymerisierter Form als unverdaubare Fruktane vor. Auf Grund ihrer um etwa 20% höheren Süsskraft gegenüber normalem Zucker und günstiger Transportmöglichkeiten wird freie Fruktose zunehmend im Lebensmittelbereich eingesetzt.
Im Gegensatz zu Glukose wird Fruktose im Darm nicht aktiv aufgenommen, sondern wird deutlich langsamer über spezielle Proteine passiv resorbiert. Knapp die Hälfte der Bevölkerung ist nicht fähig, mehr als 25 g Fruktose pro Tag zu resorbieren. Der durchschnittliche tägliche Konsum liegt jedoch zwischen 11 g und 54 g pro Tag. Dabei ist wichtig anzumerken, dass der Großteil der Fruktose über Softdrinks zugeführt wird, die eine zunehmende Bedeutung in der durchschnittlichen Nahrungsaufnahme haben. Der zunehmende Einsatz von HFCS („high fructose corn syrups") als Süssstoff verstärkt das Problem zusätzlich.
Als Konsequenz dieser Malabsorption entstehen eine Störung des osmotischen Gleichgewichts und zusätzlich ein rascher Abbau durch die Bakterien im Dickdarm. Dies führt einerseits zu störender Gasbildung im Bauch, einer Beeinträchtigung der Darmmotilität und mittelfristig zu einer Veränderung der Bakterienpopulation. Als Folge kann sich ein klinisch manifestes Reizdarmsyn- drom ergeben.
Die Diagnose einer Fruktose-Malabsorption erfolgt gemäß dem Stand der Technik mit einer Fruktose-Provokation und anschließender Bestimmung des H2-Gehalts in der Atemluft. Die Spezifität dieses Tests liegt weit unter 50%.
Als Therapie steht bislang ausschließlich eine diätetische Behandlung zur Verfügung, die aber aufgrund des oben geschilderten breiten Einsatzes von Fruktose für den Anwender sehr schwierig einzuhalten ist. Zusätzlich führt die Vermeidung von Obst zu Mangelerscheinungen, welche wiederum kompensiert werden müssen. Die Aufnahme von Kohlehydraten im Dünndarm basiert auf der hydrolytischen Spaltung durch Hydrolasen im Darmlumen und an der Darmschleimhaut in Hexose-Monosaccharide, Glukose, Galaktose und Fruktose, welche dann durch das Darmepithel resorbiert werden. Diese Resorption wird zum überwiegenden Anteil von drei Transportproteinen bewerkstelligt: SGLTl, GLUT5 und GLUT2.
SGLTl (Natrium/Glukose co-Transporter) arbeitet im Bürstensaum des Dünndarmepithels. SGLTl transportiert Glukose und Galaktose gegen einen Konzentrationsgradienten, speziell bei niedriger Glukosekonzentration im Darmlumen.
GLUT5 ist spezifisch für Fruktose und ein so genannter fakultativer Transporter. Damit ist GLUT5 stark von einem Konzentrationsgefälle zwischen Darmlumen und Blutkreislauf abhängig. GLUT5 ist in der gesamten Dünndarmwand vorhanden.
GLUT2 schließlich ist ein niedrigaffiner fakultativer Transporter von Glukose, Fruktose und Galaktose. GLUT2 wird offenbar bei SGLTl-Aktivität rasch und reversibel in die Darmwand eingebaut. Die Aktivität von GLUT2 ist von multiplen Faktoren abhängig und wird daher oft als „diffusional pathway" bezeichnet.
Fruktose Malabsorption kann zu verschiedensten Konsequenzen führen.
Als kleine Moleküle aggregieren Fruktose und Fruktane große Mengen an Wasser um sich und transportieren dieses in den distalen Dünndarm und schließlich in den Dickdarm. Dies bewirkt eine Beschleunigung des Darmtransfers, der Effekt wird bei Abführmitteln angewandt.
In den Dickdarm eingebrachte Fruktose wird von den im Wirt vorhandenen Bakterien rasch in kurzkettige Fettsäuren umgewandelt. Dabei entstehen große Mengen an Wasserstoff, CO2 und manchmal auch Methan. Die kurzkettigen Fettsäuren beeinflussen den pH-Wert des Darmes und sorgen auch für eine höhere Motilität.
Manche Bakterien verwenden Fruktose zur Bildung von Frukta- nen, die als Adhäsionsfaktoren an die Darmwand dienen. Der Ein- fluss von diesen dann adhärenten Bakterien ist vielfältig und umstritten. Bei Ratten wurde eine gesteigerte Epithel-Proliferation und exzessive Mucin-Ausschüttung beobachtet, dies wird normalerweise mit einer Schleimhautirritation in Verbidung gebracht.
Zusätzlich wird Fruktose-Malabsorption auch mit Depressionen in Zusammenhang gebracht, da die im Blutkreislauf vorhandene Menge an Tryptophan, dem Prekursor von Serotonin, beeinflusst wird.
Der Einfluss von Fruktose-Malabsorption auf die Entwicklung von gastrointestinalen Beschwerden wurde erstmals 1978 erkannt (Andersson DE, Nygren A: Acta Med Scand 1978; 203:87-92). Dennoch - und wohl auch aufgrund einer fehlenden spezifischen und sensitiven Diagnosemethode - ist Fruktose-Malabsorption bislang generell als Krankheit nicht anerkannt. Dies ist auch deshalb verständlich, weil es unterschiedlich starke Absorptionsstörungen gibt und der Übergang von „normal" zu „pathologisch" sehr starken personenspezifischen Schwankungen unterworfen ist.
Fruktose stellt nicht nur ein Problem bei Fruktose-Malabsorption dar, sondern auch bei der hereditären Fruktose-Intole- ranz, wobei beide Krankheitsbilder in der Literatur zuweilen als Fruktose-Intoleranz subsummiert werden. Unverträglichkeit von Fruchtzucker kommt in einer Häufigkeit von ca. 1:20.000 vor. Es handelt sich dabei um eine autosomal-rezessive erbliche Störung des Fruktosestoffwechsels, bei der Fruktose nicht oder nicht in ausreichenden Mengen abgebaut werden kann. Hieraus resultiert ein erhöhter Fruchtzuckergehalt in den Zellen mit toxischer Wirkung, der seinerseits die / Verstoffwechselung der Glukose stört. Folge davon ist eine Unterzuckerung (Hypoglykämien) .
Fruktose-Malabsorption kann nur durch strenge Fruktose-arme bzw. -lose Diäten behandelt werden. Durch eine einseitige Ernäh- rung, bei der insbesondere auf Lebensmittel wie Obst, Obstsäfte usw. verzichtet werden muss, kommt es häufig zu Mangelerscheinungen, die auf den Gesundheitszustand der Patienten einen negativen Effekt ausüben. Um etwaigen Mängeln vorzubeugen müssen daher neben einer strengen Diät auch zusätzliche Produkte wie z.B. Vitaminpräparate von den Patienten aufgenommen werden. Es muss also im Interesse aller Betroffenen aber auch des Gesundheitssystems sein, eine effiziente und für breite Bevölkerungsschichten leistbare Therapieform zur Verfügung zu stellen.
In der WO 2007/057749 werden Präparationen beschrieben, die auf dem Einsatz von 5-D-Fruktose-Dehydrogenase (EC 1.1.1.124; FDH) basieren. Dieses Enzym verändert Fruktose dahingehend, dass es von Bakterien im Gastro-Intestinal-Trakt nicht mehr als Substrat verwendet werden kann und daher auch keine Beschwerden auslösen kann. Zur Unterstützung der Wirkung von FDH wird die Zugabe von Xylose-Isomerase vorgeschlagen.
\ \ In der DE 102006013624 wird Xylose-Isomerase allgemein als Mittel zur Umwandlung von Fruktose in Glukose beschrieben.
In BHOSALE, S. G. et al. (Microbiol Rev 60(2), (1996) : 280- 300) wird u.a. die Bedeutung von Erdalkalimetallsalzen für die Aktivität der Xylolose-Isomerase diskutiert.
In der WO 91/05857 A wird ein Verfahren zur Kristallisierung von Enzymen, wie beispielsweise Glukose-Isomerase, beschrieben. Ferner geht aus diesem Dokument hervor, dass bei der Kristallisierung von Enzymen zweiwertige Salze, wie beispielsweise Magnesiumsulfat, verwendet werden können.
Die WO 01/12834 A betrifft unter anderem eine Zusammensetzung, welche quervernetzte kristalline Xylose-Isomerase umfasst und im Zuge der Substratumsetzung mit Magnesiumsulfat in Kontakt gebracht wird.
In der US 3,847,740 A wird eine Zusammensetzung geoffenbart, die Xylose-Isomerase und Magnesiumcarbonat umfasst.
In der WO 03/099410 A wird ein Verfahren zur Trennung und Aufreinigung von Nukleosiden beschrieben, bei dem quervernetzte kristalline Xylose-Isomerase eingesetzt wird.
In Carrell H. L. et al., PNAS, 86 (12) (1989) : 4440-4444 wird die Röntgenstruktur von Xylose-Isomerase geoffenbart. Zudem wird von den Autoren erwähnt, dass zweiwertige Metallionen, wie beispielsweise Magnesium, für die katalytische Aktivität von Xylose-Isomerase notwendig sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung Mittel zur Verfügung zu stellen, welche im Falle von Fruktose-Malabsorption das Vordringen von Fruktose in den Dickdarm zu verhindern vermögen, um damit auch die dabei entstehenden Krankheitssymptome zu unterbinden bzw. signifikant zu reduzieren. Dadurch kann den Patienten, die an einem derartigen Leiden erkrankt sind, ermöglicht werden, ein weitgehend „normales" Leben zu führen, bei dem auf Fruktose-hältige Lebensmittel nicht verzichtet werden muss.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend kristalline Xylose-Isomerase (EC 5.3.1.5) und zumindest ein Salz eines Metall- und/oder Erdalkalimetalls zur Behandlung von Fruktose-Malabsorption.
Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass Xylose-Isomerase in kristalliner Form und in Anwesenheit von Salzen von Metall und/oder Erdalkalimetallen eine hohe Aktivität gegenüber in herkömmlicher Weise hergestellter Xylose-Isomerase aufweist. Die kristalline Form der Xylose-Isomerase hat auch den Vorteil, dass das Enzym vor beispielsweise Säureeinwirkung im Magen und Proteasen geschützt ist, wenn die kristalline Xylose- Isomerase quervernetzt wird. Die Quervernetzung kann durch etablierte Verfahren erreicht werden (z.B. Vallejo-Becerra et al. (J Agric Food Chem. 2008, Feb. 07; 56(4) : 1392 - 1397) oder Wenzel et al. (FEBS Lett. 1991, March 11; 280(1) : 147 - 151) Dadurch könnte Xylose-Isomerase bei einer oralen Verabreichung gegebenenfalls ohne oder mit einer reduzierten Magensäure-resis- tenten Beschichtung verabreicht werden.
Die Xylose-Isomerase bzw. die Zusammensetzung liegt vorzugsweise als getrocknetes feinkörniges Pulver vor, das vorzugsweise in Gegenwart von Metallionen als Kofaktoren kristallisiert worden ist, um eine rasche Bioverfügbarkeit und hohe spezifische Aktivität sicherzustellen. Die Kristalle der Xylose-Isomerase können durch eine Mühle feinkörnig gemahlen werden. Diese Art der Herstellung bewirkt eine maximale Aktivität im physiologischen Milieu des Darms und eine schnelle Freisetzung aufgrund einer sehr guten Löslichkeit im Darmlumen.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Präparation der Xylose-Iome- rase konnte überraschenderweise die Aktivität und Bioverfügbarkeit um ein Vielfaches gesteigert werden. Bei Probanden konnte gezeigt werden, dass diese hohe Aktivität und Wirksamkeit ein Vordringen der Fruktose in den Dickdarm wesentlich bzw. völlig verhindert. Durch die rascher erfolgende Resorption von Glukose im Darmbereich wird der Gleichgewichtsreaktion (Fruktose <-> Glukose) ständig Glukose entzogen, so dass Fruktose über die Zeit abgebaut wird. Dadurch wird verhindert, dass überschüssige Fruktose im Darmbereich verbleibt und zu den bekannten Gesundheitsstörungen aufgrund von Fruktose-Malabsorption und in weiterer Folge zu Symptomen der Fruktose-Malabsorption führt.
Xylose-Isomerase wird großtechnisch in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Fruktose aus Glukose verwendet, um einen höheren Süßungsgrad zu erreichen. Unter den Umgebungsparametern im Dünndarm (d.h. Entzug von Glukose aus der Gleichgewichstreaktion) wird die Aktivität der erfindungsgemäß hergestellten Xylose-Isomerase in die umgekehrte Richtung gedrängt: das Enzym isomerisiert Fruktose zu Glukose. Industriell einge- setztes Enzym enthält aber große Mengen an Störsubstanzen, die die Aktivität des Enzymes entscheidend inhibieren, insbesondere Sorbitol. Im Gegensatz zum industriell eingesetzten Enzym ist der Gehalt der erfindungsgemäßen kristallinen Xylose-Isomerase an Sorbitol <1%. Bedingt durch einen Gehalt von Sorbitol unter 1% kann mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine nennenswerte Aktivitätssteigerung erreicht werden. Die mit der Abwesenheit von Sorbitol zu befürchtende Stabilitätsbeeinträchtigung zeigte sich überraschender Weise als nicht geeignet, die bessere Funktionalität der Erfindung entscheidend zu beeinträchtigen.
Unterstützend zur Xylose-Isomerase kann auch Mannose-Isome- rase zur Umwandlung von Fruktose in Mannose verwendet werden. Diese wird ebenfalls im Dünndarm wie oben skizziert resorbiert und damit dem Reaktionsgleichgewicht entzogen.
Die Kristallisation der Xylose-Isomerase erfolgt nach Verfahren, die im Stand der Technik hinreichend bekannt sind (Suzuki Y et al., J Phys Chem B. 109(8) 2005: 3222-6; Dunlop KV and Hazes B, Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 61 2005: 1041-8; Vilonen KM et al., Biotechnol. Prog. 20(5) 2004: 1555-60; Ramagopal UA et al., Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 59 2003: 868-75.
Um eine hohe Enzymaktivität im Darmbereich, insbesondere im Dünndarm, zu erzielen, umfasst die Zusammensetzung zumindest ein physiologisch verträgliches Salz eines Metalls und/oder Erdalkalimetalls, wobei das Metall vorzugsweise zweiwertig ist. Da die Xylose-Isomerase in Anwesenheit von Metall- und/oder Erdalkalimetallionen eine gesteigerte Enzymaktivität aufweist, werden entsprechende Salze in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorgesehen. Es ist insbesondere bevorzugt Xylose-Isomerase mit den oben angeführten Salzen zu ko-kristallisieren. Dadurch können Kofaktoren in das aktive Zentrum des Enzyms in den Kristallen eingebaut werden und liegen somit im Kristallgitter (neben Kristallwasser u.a.) bereits vor. Die Ionen und Kofaktoren müssen deshalb in der Reaktionslösung (=Darmlumen) nicht mehr zusätzlich vorhanden sein. Erfindungsgemäß kann die Zusammensetzung mindestens 2, mindestens 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder sogar mindestens 15 verschiedene Arten von Salzen von Metallen bzw. Erdalkalimetallen umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Erdalkalimetall Magnesium.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung umfasst das Salz des Erdalkalimetalls in der Zusammensetzung in einem molaren Verhältnis zur Xylose-Isomerase von 0,5:1 bis 200:1, vorzugsweise von 5:1 bis 25:1, noch mehr bevorzugt von 12:1 bis 18:1.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Metall Kobalt, Mangan, Zink, Eisen oder Kupfer, wobei dessen Salz in der Zusammensetzung in einem molares Verhältnis zur Xylose-Isomerase von 0,1:1 bis 100:1, vorzugsweise von 0,5:1 bis 20:1, besonders bevorzugt von 3:1 bis 7:1.
Als Anion für diese Salze dient ein pharmazeutisch verträgliches Anion, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chlorid, Sulfat, Carbonat, Hydrogencarbonat oder Maleate.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mindestens eine Salz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MgCl2, MgSO4, MgCO3, Mg (HCO3) 2, Mg(C4H2O4), CoCl2, CoSO4, CoCO3, Co(HCOs)2, Co(C4H2O4), MnCl2, MnSO4, MnCO3, Mn(HCO3)2 oder Mn(C4H2O4) .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung Magnesium- und/oder Kobaltsalze. Ganz besonders bevorzugt sind erfindungsgemäß Zusammensetzungen, die sowohl Mg- als auch Co-Salze enthalten. Die Kombination dieser zwei Salze hat sich als besonders geeignet zur Behandlung der Fruktose-Malabsorption erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Kristalle der Xylose-Isomerase als feines, getrocknetes Pulver verwendet. Das Enzympulver ist gegenüber bakteriellen Abbau stabiler und hat großtechnisch in der Pelletierung Vorteile in der Verarbeitung, wie die bessere Dosierbar- keit und bessere Mischbarkeit.
Das Pulver der Xylose-Isomerase hat bevorzugt einen Restwassergehalt von 0,1% bis 30%, besonders bevorzugt von 0,5% bis 10% und ganz besonders bevorzugt von 1% bis 3%. Der Proteingehalt des Pulver beträgt bevorzugt 50%' bis 99,9%, besonders bevorzugt 75% bis 99,9%, ganz besonders bevorzugt 95% bis 99,9%. Die Teilchengröße des Pulvers beträgt 0,01μm bis lOOOμm, bevorzugt von 0,lμm bis lOOμm und besonders bevorzugt von lμm bis 30μm.
Die erfindungsgemäß hergestellte und zur Verfügung gestellte Xyloseisomerase-Zusammensetzung ist vorzugsweise „hochaktiv". Diese „hochaktive" Xyloseisomerase-Zusammensetzung weist vorzugsweise eine enzymatische Aktivität von 35.000 bis 45.000 Ein- heiten pro Gramm (Gesamtpräparat) auf. Dabei ist eine Einheit (Unit (U)) definiert als μmol pro Gramm pro Stunde bei 37°C (35.000 bzw. 45.000 U entsprechen 9,72 bzw. 12,5 milli-Katal (μkat; kat=mol/s) . Im Gegensatz dazu weist eine Xyloseisomerase aus einem Lyophilisat bzw. z.B. von einer Säule direkt gereinigt eine Aktivität von ca. 4.000 bis 6.000 U/g (bestimmt nach Dische et al., J. Biol. Chem. (1951)192:583), also 1,1 bis 1,7 mkat auf .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Magensaftresistente Darreichungsform ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magensaft-resistentes Pellet, Magensaft-resistente Tablette, Magensaft-resistente Kapsel, Magensaft-resistentes Granulat, Magensaft-resistente Dragees und Magensaft-resistentes Pulver zur Verabreichung im Menschen eingesetzt und zur Verfügung gestellt.
Erfindungsgemäß können jegliche Arten von Darreichungsformen verwendet werden, sofern diese eine rasche und wirksame Aktivitätsfreisetzung am Zielort sicherstellen. In einer bevorzugten Ausführungsform können die erfindungsgemäßen Darreichungsformen mit wenigstens einem Überzug, besonders bevorzugt mit einem Magensaft-resistenten Überzug, versehen sein. Diese Überzüge werden vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 50 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Darreichungsformen, aufgetragen. Besonders vorteilhaft sind Methacrylsäure/Alkyl (meth) acrylat-Copolymere, besonders bevorzugt Copolymere von Methacrylsäure/Methylmetha- crylat mit einem Verhältnis von 1:1 bis 1:2 wie Eudragit L® oder Eudragit S®, ganz besonders bevorzugt Copolymere von Methacryl- säure/Ethylacrylat 1:1, wie Eudragit L55®, Eudragit L30D-55®, die sich bei einem pH-Wert von > 5,5 schnell auflösen. Weiterhin können Magensaft-resistente Überzüge auf Basis von Cellulosen oder auf Basis von Schellack, die dem Fachmann bekannt sind, aufgetragen werden. Die Auftragung der Überzüge kann mit entsprechenden Lösungen oder Dispersionen in organischem oder wäss- rigem Medium erfolgen, wobei ein wässriges Medium bevorzugt ist. Die Magensaft-resistenten Darreichungsformen sind vorzugsweise auch gegenüber Speichel resistent, wobei sich hierfür vorzugsweise Überzüge auf Basis von Eudragit E oder Eudragit EPO eignen .
Erfindungsgemäß wird unter „Magensaft" sowohl die natürliche Komposition des Magensafts als auch die dem Fachmann bekannten künstlichen Magensaft ähnlichen Zubereitungen (pH 1-2) verstanden. Ebenso werden unter „Freisetzung in Dünndarm" sowohl die Freisetzung im natürlichen Dünndarmsaft als auch die Freisetzung in Dünndarmsaft-ähnlichen Zubereitungen bei pH-Werten von 6-7,5, vorzugsweise pH 6,4-6,8, verstanden.
Erfindungsgemäß wird als „magensaftresistent" die Eigenschaft einer Darreichungsform bezeichnet, die einen darin enthaltenen Wirkstoff (z.B. Xylose-Isomerase) bei Einwirkung eines Magensafts bzw. einer Lösung, die vergleichbare Eigenschaften wie Magensaft aufweist (z.B. Säure), für einen bestimmten Zeitraum von mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20, noch mehr bevorzugt mindestens 30, insbesondere mindestens 60, Minuten derart zu schützen vermag, dass der Wirkstoff einen Aktivitätsverlust von maximal 50%, vorzugsweise von maximal 40%, noch mehr bevorzugt von maximal 30%, am meisten bevorzugt maximal 20%, insbesondere maximal 10%, erfährt.
Die bevorzugten Darreichungsformen werden hergestellt, indem man die Ausgangsstoffe mit der erfindungsgemäßen Enzympräparation mischt, granuliert, extrudiert, zerteilt und ggf. formt, vorzugsweise sphäronisiert , ggf. klassiert und mit einem Magensaftresistenten Überzug versieht.
Magensaft-resistente Pellets sind Pellets, die von einem Ma- gensaft-resistenten Überzug umhüllt sind, die sich bei einem pH- Wert auflösen, wie er im Darmtrakt vorzufinden ist. D.h. derartige Überzüge lösen sich somit vorzugsweise bei einem pH-Wert von mindestens 4 und maximal 10 auf. Eudragit, beispielsweise, ein Magensaftresistenter Überzug basierend auf anionischen Polymeren von Methacrylsäure und Methacrylaten, enthält -COOH als funktionelle Gruppe und löst sich im Bereich von pH 5,5 bis pH 7 auf. Alternativ zu Eudragit können Schellack oder acetylierte Stärke (z.B. Amprac 01) herangezogen werden. Da die im Stand der Technik bekannten Magensaft-resistenten Überzüge verschiedene Eigenschaften aufweisen (z.B. pH-Wert, bei dem sich der Überzug auflöst, Auflösgeschwindigkeit) können die Materialien der Überzüge auch kombiniert werden. Schellack, beispielsweise, zeigt eine gute Säureresistenz, löst sich allerdings sehr langsam im Darmtrakt auf. Amprac 01 hingegen löst sich rasch im Darmmilieu auf, zeigt jedoch keine ausreichende Säureresistenz. Um die Nachteile eines Materials zu kompensieren, können die beiden oben genannten Materialien beispielsweise in einem Gewichtsver- hältnis von 60-95/40-5, vorzugsweise von 70-90/30-10, Schellack/ Amprac 01 gemischt werden. Ein weiterer Parameter, der die Freisetzungsgeschwindigkeit des Wirkstoffs beeinflusst, ist die Schichtdicke des Magensaftresistenten Pellets. Die Schichtdicke, ausgedrückt als Massenverhältnis, ist dabei vorzugsweise 5 bis 30%, noch mehr bevorzugt 10 bis 20% der Gesamtmasse des Endprodukts. Die Pellets weisen vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 bis 5 mm, insbesondere von 0,7 bis 2 mm, auf. Eine derartige Größe hat den Vorteil, dass die Pellets den Magen schnell passieren können.
Die Herstellung der Pellets, die den Einsatz der erfindungsgemäßen Enzympräparation als Arzneimittel, Nahrungsergänzungs- mittel, diätetisches Lebensmittel, Medizinprodukt, Futtermittel, Ergänzungsfuttermittel oder diätetisches Futtermittel erlaubt, erfolgt vorzugsweise mit einem Extruder, der eine thermische Stabilität der Inhaltsstoffe der Zusammensetzung, insbesondere der Enzyme, von bis zu 60°C erforderlich macht (Stricker Arzneiformenentwicklung, Springer Verlag 2003) . Die Pellets können neben einem Magensaft-resistenten Überzug und den Enzymen weitere pharmazeutische Zusatzstoffe umfassen. Beispielsweise dient mikrokristalline Zellulose (z.B. Avicel) als Füllstoff und Quellstoff. Zellulose ist unlöslich in Wasser, hat in dieser Form sowohl kristalline als auch amorphe Anteile. Diese Kombination bewirkt eine plastische Verformbarkeit, d.h., dass bei genügend hoher Kraft eine irreversible Formveränderung eintritt. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für das Pelletieren im Extruder und Spheronizer. Bei der feuchten Granulierung nimmt mikrokristalline Zellulose große Wassermengen auf und wird dadurch auch ohne Bindemittelzusatz zu einer gut komprimierbaren, zusammenhaltenden Masse. Die Menge an mikrokristalliner Zellulose in einem Pellet kann erfindungsgemäß zwischen 5 und 70%, vorzugsweise zwischen 10 und 60%, noch mehr bevorzugt zwischen 15 und 50%, betragen. Als Binde- und Füllmittel kann Maltose verwendet werden. Maltose erhöht die Löslichkeit der Matrix und unterstützt damit die rasche Freisetzung des Enzyms. Maltose kann erfindungsgemäß zu 1 bis 40%, vorzugsweise 5 bis 35%, noch mehr bevorzugt 10 bis 30%, einem Pellet zugesetzt werden. Maltose hat gegenüber der üblicherweise verwendeten Saccharose den Vorteil, dass es keine Fruktose aufweist und somit nicht unnötige und wiederum schädliche Fruktose in den Körper einbringen kann .
Hydroxypropylcellulose (zugesetzt in einer Menge von vorzugsweise 0,5 bis 10%) kann ebenfalls als Bindemittel zugesetzt werden und dient zur Verhinderung von Feinstaub. Ferner erhöht Hydroxypropylcellulose die Festigkeit der Pellets und trägt somit wiederum zur Verbesserung der Ausbeute bei. Stärke kann als Füll- und Sprengmittel dem erfindungsgemäßen Pellet zugesetzt werden (in einer bevorzugten Menge von 1 bis 30%) . Als wasserunlösliche Substanz kann Stärke viel Wasser aufnehmen und ist daher ein ideales Sprengmittel. Crosscarmellose (Na-CMC; Acdisol) ist ein reines Sprengmittel, das vorzugsweise in einer Menge zwischen 1% und 5% eingesetzt werden kann. Ein zu hoher Anteil an Acdisol führt zu frühem Zerfall der Pellets bereits beim Ausrunden und ist daher kontraproduktiv. Crosspovidon, ein querver- netztes PVP, ist ebenfalls wasserunlöslich und dient ebenfalls als Sprengmittel. Aufgrund seiner Polymereigenschaften unterstützt es die bessere Ausrundung bei der Herstellung von Pellets (kann vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 10% zugesetzt werden) . Povidon ist ein wasserlöslicher Zusatzstoff und dient als Bindemittel. Die Kombination dieser verschiedenen Füll-, Spreng- und Bindemittel führt zu einer molekulardispersen Verteilung der Xylose Isomerase im Pellet und sichert eine rasche Bioverfügbarkeit.
Zwischen dem Magensaft-resistenten Überzug und dem Pellet mit dem Wirkstoff kann eine Isolierschicht aus Glycerin und/oder Talkum vorgesehen sein. Glycerin dient als Feuchthaltemittel, um eine Dehydrierung und damit Inaktivierung des Enzyms zu verhindern.
Da Partikel mit einem Durchmesser größer als 3 mm am Pylorus einen Verschlussreflex auslösen, ist es besonders bevorzugt, dass die Magensaft-resistenten Darreichungsformen, insbesondere Pellets, den Magen in einer Größe von weniger als 3 mm verlassen, da derartige Partikel den Pylorus in geschlossenem Zustand passieren können und wie Flüssigkeit aus dem Magen in den Dünndarm weitertransportiert werden. Der dort vorhandene neutrale pH-Wert bringt die Pellets innerhalb von ca. 5 bis 30 min, vorzugsweise von 15 min, zum Platzen und setzt somit die wirksamen Substanzen frei. Daher ist es besonders bevorzugt als Magensaftresistente Darreichungsform Pellets mit weniger als 5 mm, vorzugsweise mit weniger als 3 mm, Durchmesser vorzusehen. Alternativ zu Pellets kann die Xylose-Isomerase auch in Kapseln oder einer sonstigen Darreichungsform durch den Magen in den Darmtrakt transportiert werden. Geeignete Kapseln sind dabei z.B. Gelatine-Kapseln oder Stärkekapseln. Die Kapseln können auch die erfindungsgemäßen Pellets beinhalten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Xylose-Isomerase in Mikrokapseln, Nanopartikel oder Liposomen vor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Xylose-Isomerase mikrobiellen, tierischen, pflanzlichen oder rekombinanten Ursprungs .
Die erfindungsgemäß verwendeten Enzyme können verschiedensten Ursprungs sein. Verfahren, wie die Enzyme isoliert und/oder hergestellt werden können, sind dem Fachmann hinreichend bekannt .
Es ist insbesondere bevorzugt, Xylose-Isomerase mikrobiellen Ursprungs zu verwenden, die aus einem Mikroorganismus der Familie der Streptomycetaceae, insbesondere Streptomyces rubigino- sus, stammt. Xylose-Isomerase aus derartigen Quellen weisen eine höhere spezifische Aktivität auf Glukose/Fruktose und kleinere Km als Isomerasen anderer Quellen auf. So hat die Xylose-Isomerase im Lacotbacillus brevis einen Km von 92OmM, Str.rub. einen Km von 16OmM.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann in Form von verschiedensten Produkten eingesetzt werden. Vorzugsweise ist die Zusammensetzung eine pharmazeutische Zusammensetzung, ein Nah- rungsergänzungsmittel , ein diätetisches Lebensmittel, ein Medizinprodukt, ein Futtermittel, ein Ergänzungsfuttermittel oder ein diätetisches Futtermittel.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend kristalline Xylose-Isomerase (EC 5.3.1.5) und zumindest ein Salz eines Metalls und/oder Erdalkalimetalls in einer Magensaft-resistenten Darreichungsform, die insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magensaft-resistentes Pellet, Magensaft-resistente Tablette, Magensaft-resistente Kapsel, Magensaft-resistentes Granulat und Magensaft-resistentes Pulver.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung von Xylose-Isomerase (EC 5.3.1.5) zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von Fruktose-Malabsorption, wo- bei die Xylose-Isomerase in wie oben beschriebener kristalliner Form in Arzneimittel eingesetzt wird. Das Arzneimittel kann z.B. in einer Magensaft-resistenten Darreichungsform, wie in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung definiert, vorliegen.
Im Falle der oralen Anwendung sollte das Arzneimittel mit der erfindungsgemäßen Xylose-Isomerase vom Konsumenten unmittelbar vor oder zum Genuss fruktosehältiger Nahrungsmittel eingenommen werden, um eine rasche Isomerisierung zu gewährleisten. Da Partikel mit einem Durchmesser größer als 3 mm am Pylorus einen Verschlussreflex auslösen, ist es bevorzugt, dass die Magensaft-resistenten Darreichungsformen den Magen in einer Größe von weniger als 3 mm verlassen, da derartige Partikel den Pylorus in geschlossenem Zustand passieren können und wie Flüssigkeit aus dem Magen in den Dünndarm weitertransportiert werden. Der dort vorhandene neutrale pH-Wert bringt beispielsweise Pellets innerhalb von ca. 5 bis 30 min, vorzugsweise von 15 min, zum Platzen und setzt somit die Xylose-Isomerase frei.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassend den Schritt des Kristallisierens von Xylose-Isomerase in Gegenwart zumindest eines Salzes eines Erdalkalimetalls und/oder Metalls, wobei die kristalline Xylose- Isomerase getrocknet und gegebenenfalls pulverisiert und als pharmazeutische Darreichungsform, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magensaft-resistentes Pellet, Magensaftresistente Tablette, Magensaft-resistente Kapsel, Magensaftresistentes Granulat und Magensaft-resistentes Pulver formuliert wird.
Die Trocknung erfolgt vorzugsweise im Vakuum und gliedert sich in a) Abfiltrieren der Kristalle aus der Lösung und anschließend b) Gefriertrocknen des Filterkuchens. Der trockene (Restfeuchte < 5%) Filterkuchen wird vorzugsweise anschließend gemahlen, beispielsweise mit einer Getreidemühle.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Zusammensetzung erhältlich nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Figuren und Beispiele näher dargestellt, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.
Fig. 1 zeigt den Einfluss des pH-Wertes auf die Aktivität von Xylose-Isomerase.
Fig. 2 zeigt die Säurestabilität von Xylose-Isomerase. Bei Bedingungen von pH < 4 wird die Enzymaktivität irreversibel zerstört.
Fig. 3 zeigt die Temperaturstabilität der Aktivität der erfindungsgemäßen hochaktiven Xylose-Isomerase in der bevorzugten Ausführungsform von magensaftresistent überzogenen Pellets.
Fig. 4 zeigt einen Vergleich der Aktivität von über einen Kristallisationsprozess gereinigter Xylose-Isomerase zu isolierter Xylose-Isomerase.
Fig. 5 zeigt den Einfluss von Ionen zweiwertiger Metalle auf die Aktivität von Xylose-Isomerase.
Fig. 6 zeigt den Einfluss der Kokristallisation der Xylose- Isomerase mit zweiwertigen Metallionen auf die Aktivität der Xylose-Isomerase .
Fig. 7 zeigt die in vivo Wirkung von Xylose-Isomerase über die Zeit im Vergleich zu einem Placebo und keiner Gabe eines Mittels.
BEISPIELE:
Beispiel 1 :
Um eine physiologisch wirksame Bioverfügbarkeit des Enzyms im Darmbereich eines Individuums oder Tiers sicherzustellen, ist es von Vorteil Xylose-Isomerase Magensaft-resistent geschützt in den Dünndarm zu transportieren. Basis zur Entwicklung einer entsprechenden Rezeptur ist die Feststellung der pH-Abhängigkeit der Aktivität des Enzyms (Fig. 1) und die Stabilität des Enzyms bei bestimmten pH-Werten (Fig. 2) . Die pH-Abhängigkeit der Aktivität der Glucose Isomerase wurde in 5OmM Maleat, Hepes oder Tris-Buffer pH 5 bis pH 9 mit 5mM MgSO4, ImM CoCl2 und 10OmM Glukose bei 370C gemessen. Die enstandene Fruktose wurde mit einem modifizierten Schwefelsäure/Carbazol-Test nach Dische und Bohrenfreud (Dische, Z et al.:J Biol Chem. (1951) 192 : 583) gemessen. Für die Stabilität wurde eine definierte Menge Enzym für 30' in einen 5OmM Glycin, Maleat oder Hepes-Puffer mit einem pH von 2 bis 7 bei 370C inkubiert. Der Buffer wurde mit einem Über- schuss 10OmM Hepes-Buffer pH 7,4 neutralisiert und die Aktivität in Gegenwart von 5mM MgSO4, ImM CoCl2 und 10OmM Glukose bei 370C gemessen. Die enstandene Fruktose wurde mit einem modifizierten Schwefelsäure/Carbazol-Test nach Dische et al. gemessen.
Beispiel 2:
Temperaturstabilität der Aktivität der erfindungsgemäßen hochaktiven Xylose-Isomerase in der bevorzugten Ausführungsform von magensaftresistent überzogenen Pellets. Die Stabilität der Enzympellets ist für die Lagerung und den Verkauf von großer Bedeutung. Eine ausreichende Stabilität der Aktivität muss erreicht werden, um eine für den Handel aktzeptierbare Haltbarkeit vorweisen zu können. Überzogene Pellets wurden 7 Tage bei 40C, 370C und 500C gelagert und die Aktivität unter Standardbedingungen gemessen. Die Aktivität nahm nach 7 Tagen auf 370C um 25% und nach 7 Tagen auf 500C um 77% ab (Fig. 3) .
Beispiel 3:
Vergleich der Aktivität von über einen Kristallisationsprozess gereinigter Xylose-Isomerase zu isolierter Xylose-Isomerase.
Großtechnisch wurde Xylose-Isomerase aus Streptomyces rubi- ginosus gewonnen. Diese erwerbbare Xylose-Isomerase wurde durch einen Kristallisationsprozess von Sorbitol und weiteren Zusätzen gereinigt. Dadurch konnte eine Aktivitätssteigerung von 70 % erreicht werden. Die Aktivität der in Beispiel 1 gewonnenen Kristall-Suspension und die Aktitvität der Ausgangslösung wurde unter Standardbedingungen gemessen. Dabei ergab sich eine durchschnittliche Aktivitätssteigerung um 70% (Fig. 4) .
Beispiel 4 : Einfluss von Ionen zweiwertiger Metalle auf die Aktivität von Xylose-Isomerase.
Eine ohne Zusatz von zweiwertigen Metallionen gereinigte Xy- lose Isomerase wurde mit unterschiedlichen Konzentrationen an Mg2+ und Co2+ versetzt und die Aktivität in 5OmM Phosphat-Buffer pH7,4 und 10OmM Glukose bei 37°C gemessen. Dabei ergab sich eine Aktivitätssteigerung von 300% (Fig. 5) .
Beispiel 5: Einfluss der Kokristallisation der Xylose-Isomerase mit zweiwertigen Metallionen auf die Aktivität der Xylose-Iosme- rase •
Xylose-Isomerase wurde wie in Beispiel 1 mit oder ohne Mg2+ und Co2+ kristallisiert und die Aktivität in 5OmM Phosphat-Buffer pH7,4 ohne zweiwertige Metallionen mit 10OmM Glukose bei 370C gemessen. Dabei ergab sich eine spezifische Aktivität der Kristalle mit zweiwertigen Metallionen von 300% verglichen mit Kristallen ohne eingebauten Metallionen (Fig. 6) .
Beispiel 6: Kristallisation der Xylose-Isomerase in Gegenwart von Kofaktoren
51 einer 4 w/v % Xylose-Isomerase Lösung werden mit 735g Ammoniumsulfat, 72g Magnesiumsulfat-Hexahydrat und 19,4g Cobalt ( II) chlorid-Hexaydrat versetzt und langsam auf 2°C abgekühlt und 20h gerührt. Zur Beschleunigung des Kristallisationprozesses können 50ml einer 4% Xylose-Isomerase Kristallsuspension hinzugefügt werden. Die enstandenen Kristalle sollten eine optimale Größe zwischen 50μm und lOOμm aufweisen.
Diese Vorgehensweise entspricht ungefähr der Kristallisation in US 4,699,822, allerdings wird hier CoCl2 und die Starterkristalle zugesetzt.
Beispiel 7: Trocknung der Xylose-Isomerase-Kristalle
Die in Beispiel 1 gewonnene Xylose-Isomerase-Kristall-Sus- pension wird durch einen Faltenfilter Klasse 3hw (Sartorius, Germany) filtriert. Die gewonnenen Kristalle werden gefroren und l.yophilisert . Zur optimalen Verarbeitbarkeit wird der feste Enzymkuchen fein gemahlen. Das entstandene Xylose-Isomerase-Pulver hat typischerweise eine Aktivität von 45000 Units pro Gramm. Eine Einheit an Xylose-Isomerase ist definiert als die Enzymaktivität, die in 5OmM Phosphatbuffer pH7 , 4 mit 5mM MgSO4, ImM CoCl2 und 10OmM Glukose bei 370C (Standardbedingungen) pro Stunde 1 μmol (180 μg) Glukose in Fruktose umwandelt.
Beispiel 8: Herstellung von Xylose-Isomerase Pellets a) Granulierung:
31,4 g Hydroxypropylcellulose, 408,7 g mikrokristalline CeI- lulose, 169,5 g Reisstärke, 15,6 g Croscarmellose, 62,2 g Cro- spovidon, 145,3g Maltose werden mit 167,1g Xylose-Isomerase-Pul- ver (7.500.000 Units) gemischt. Die Feststoffmischung wurde mit 377g bidestilliertem Wasser zu einer feuchten, krümeligen Masse verarbeitet. Diese Masse wurde über ein Sieb mit einer Porenweite von 1 mm zu Strängen extrudiert (Caleva Extruder 10/25, CaIe- va Process Solutions Ltd.) b) Sphäronisierung:
Die feuchten Stränge wurden in einem Spheronizer (Spheroni- zer 250, Caleva Process Solutions Ltd. ) bei 400 Upm 5 Minute lang zu Pellets rolliert. Danach wurden die Pellets bei 35°C bis zur Gewichtskonstanz auf Horden getrocknet. c) Klassierung:
Die getrockneten Pellets wurden in einem Siebturm klassiert, wobei die Fraktion im Größenbereich von 0,4 bis 0,8 mm zur Weiterverarbeitung geeignet ist. d) Charakterisierung der Pellets: Die Gesamtausbeute betrug 70%.
Die Freisetzungsuntersuchung im Dissolutionstester führte zu einer Freigabe von 85,8% der Aktivität innerhalb von 5 Minuten und 97,5% der eingebrachten Aktivität innerhalb von 15 Minuten in die unmittelbare Umgebung. Durch diese rasche Freisetzung des Enzyms innerhalb kurzer Zeit wird eine rasche Wirkung im Gastro- intestinaltrakt nach peroraler Einnahme erreicht. e) Überziehen der Pellets:
Aufgrund seiner Proteinstruktur wird Xylose-Isomerase im Magen durch Pepsin und sauren pH-Wert weitgehend inaktiviert. Damit ist ein Schutz des Enzyms durch einen Magensaft-resistenten Überzug bzw. eine Magensaft-resistente, anionische Matrix eine Voraussetzung für die Erhaltung der Enyzmaktivität .
Überzugslösung: 1,9 kg acetylierte Stärke wurden in 15,2 kg gereinigtem Wasser unter Rühren gelöst (Suspension 1) . In weiteren 100 kg gereinigtem Wasser wurden 10,9 kg Schellack SSB 63 Hydram mit einem Ultraturrax bis zur Lösung gerührt (Suspension 2) . Die Suspensionen 1 und 2 wurden vermischt und 0,6 kg Glyce- rol 85% und 2,6 kg mikronisierter Talkum zugesetzt. Während des Sprühvorganges wurde die Überzugslösung mit einem Ultraturrax gerührt . Überziehen: 1 kg Pellets wurden mit 1,5 kg Überzugslösung im Wirbelschichter überzogen. Die Geräteparameter wurden wie folgt gewählt: Sprühdruck 1,6 bar, Sprührate 180 g/Minute, Zulufttem- peratur 55°C, Produkttemperatur: 35°C; Zuluftmenge 1400 m3/h.
Nach Auftragen der gesamten Sprühlösung wurden die Pellets 60 Minuten bei einer Zulufttemperatur von 4O0C nachgetrocknet. g) Charakterisierung des Produktes:
Die überzogenen Pellets entsprachen der Prüfung der Magen- saftresistenz laut Pharmakopoea Europaea. Nach zweistündiger Inkubation im Zerfallstester bei 370C in 0,1 N Salzsäure waren die Pellets unverändert, ein Austausch des Mediums auf Phosphatpuffer pH 6,8 führte innerhalb von einer Stunde zum Zerfall der Ma- gensaft-resistent überzogenen Pellets. Der Überzug machte etwa 16% des Ursprungsgewichtes aus. Die Pellets konnten auch als Vorprodukt für Tabletten und Kapseln verwendet werden.
Beispiel 9: Sprühtrocknung von Xylose-Isomerase
a) Herstellung der Sprühlösung:
5 g Celluloseacetatphtalat wurden zu 80 g Wasser gegeben und unter Rühren mit wässriger 25-prozentiger Ammoniaklösung das Celluloseacetatphtalat gelöst und der pH-Wert auf 7,5 eingestellt. Die Lösung wurde mit 5 g einer wässrigen 100 mM MgSO4-Lo- sung versetzt und Xylose-Isomerase-Kristallsuspension, die einer Trockenmasse an Enzym von 1,25 g entsprach, zugesetzt. b) Sprühtrocknen:
Folgende Einstellungen wurden verwendet: Inlettemperatur 130°C, Outlettemperatur 900C, Pumpgeschwindigkeit 1,5 ml/min, 800 l/h Druckluft und -40 mbar Aspiration. c) Charakterisierung des Produktes:
Die Produktausbeute betrug 50%. Die Aktivität blieb zu 90% erhalten. Das Xylose-Isomerase-Pulver entspricht der Prüfung der Magensaftresistenz laut Pharmakopoea Europaea. Nach zweistündiger Inkubation im Zerfallstester bei 37°C in 0,1 N Salzsäure war das Pulver unverändert, ein Austausch des Mediums auf Phosphatpuffer pH 6,8 führte innerhalb von einer Stunde zu einer kompletten Lösung des Pulvers. Allerdings konnte in dieser Lösung nur mehr 5% der ursprünglichen Enzymaktivität gemessen werden. Dies lässt den Schluss zu, dass zwar die makroskopische Struktur des Pulvers erhalten geblieben ist (was die Pharm Eur fordert) , die Enzymaktivität aber verloren gegangen ist (was kein Kriterium der Pharm Eur ist)
Beispiel 10: Symptomatische Wirksamkeit
In einer klinischen Studie wurden Probanden mit einer diagnostizierten Fruktose-Malabsorption angehalten, in einem Fragebogen die subjektiven Beschwerden nach einer bestimmten, frukto- sehältigen Mahlzeit festzuhalten. Im Abstand von etwa 2 Tagen sollte dieselbe Mahlzeit gemeinsam mit einer steigenden Anzahl von Xylose-Isomerase-hältigen Kapseln gegessen werden und der Symptomverlauf dokumentiert werden.
Überraschenderweise führte bereits die Zufuhr einer Kapsel (= 920 Units Xylose-Isomerase) pro Mahlzeit zu einer deutlichen Verbesserung der Symptome, die Einnahme von 2 Kapseln führte bei 75% der Probanden zu einem völligen Schwinden der Symptome. Bei weiteren 13% wurden die Symptome verringert.
Die durchschnittlich aufgenommene Menge Fruktose pro Mahlzeit in der klinischen Studie betrug etwa 7 g. Ein Unit Xylose- Isomerase ist definiert als Enzymmenge, die bei pH 7,4 pro Stunde 1 μmol (180 μg) Glukose in Fruktose (und umgekehrt) umwandelt. Das bedeutet, dass bei einer durchschnittlichen Dünndarmtransitzeit von einer Stunde 2 Kapseln insgesamt 0,33 g Fruktose unter Standardbedingungen im Labor abbauen. Dieser im Labor erreichte Wert liegt weit unter der bei der klinischen Studie aufgenommenen Menge von 7 g.
Durch die spezielle Darreichungsform von hochaktiver Xylose- Isomerase kann daher die Verträglichkeit von Fruktose dramatisch verbessert und „Short bowel Syndrom" (Kurzdarmsyndrom) und verwandte Krankheitsbilder erfolgreich therapiert werden.
Beispiel 11: Klinische Wirksamkeit
5 Personen, welche auf die Provokation von 25 Gramm Fruktose in 100 ml Wasser mit einer signifikanten Erhöhung des Wasserstoffgasgehaltes in der Atemluft reagierten, wurden unmittelbar vor der Provokation 3 Kapseln der erfindungsgemäßen Präparation verabreicht. Während der darauffolgenden 4 Stunden konnte überraschenderweise überhaupt kein Anstieg der H2-Konzentration in der Atemluft festgestellt werden. Die Verabreichung von Placebo- Kapseln zeigte keinerlei Wirkung auf die Produktion von Wasserstoffgas in der Atemluft. Diese Daten belegen, dass mit der Nahrung aufgenommene Fruktose von der erfindungsgemäßen hochaktiven Xyloseisomerasepräparation während der Passage durch den Dünndarm so effizient in Glukose umgewandelt wird, dass keine physiologisch relevanten Mengen der Fruktose in den Dickdarmbereich vordringen kann. 25 g Fruktose entsprechen in etwa der Menge, die mit der Nahrung pro Tag aufgenommen wird. Daher wurden auch 3 Kapseln der erfindungsgemäßen Präparation verabreicht.

Claims

Patentansprüche :
1. Zusammensetzung umfassend kristalline Xylose-Isomerase (EC 5.3.1.5) und zumindest ein Salz eines Metall- und/oder Erdalkalimetalls zur Behandlung von Fruktose-Malabsorption.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein zweiwertiges Metall ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdalkalimetall Magnesium ist.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz des Erdalkalimetalls in der Zusammensetzung in einem molares Verhältnis zur Xylose-Isomerase von 0,5:1 bis 200:1, vorzugsweise von 5:1 bis 25:1, noch mehr bevorzugt von 12:1 bis 18:1, enthalten ist.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kobalt, Mangan, Zink, Eisen oder Kupfer ist.
6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz des Metalls in der Zusammensetzung in einem molares Verhältnis zur Xylose-Isomerase von 0,1:1 bis 100:1, vorzugsweise von 0,5:1 bis 20:1, besonders bevorzugt von 3:1 bis 7:1, enthalten ist.
7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Salz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus MgCl2, MgSO4, MgCO3, Mg(HCO3)2, Mg(C4H2O4), CoCl2, CoSO4, CoCO3, Co (HCO3) 2, Co(C4H2O4), MnCl2, MnSO4, MnCO3, Mn(HCO3)2 und Mn(C4H2O4) .
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Magensaft-resistenten Darreichungsform vorliegt, die insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magensaft-resistentes Pellet, Magensaft-re- sistente Tablette, Magensaft-resistente Kapsel, Magensaft-resistentes Granulat und Magensaft-resistentes Pulver.
9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Xylose-Isomerase in Mikrokapseln, Nano- partikel oder Liposomen vorliegt.
10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Xylose-Isomerase mikrobiellen, tierischen, pflanzlichen oder rekombinanten Ursprungs ist.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Xylose-Isomerase mikrobiellen Ursprungs aus einem Mikroorganismus der Familie der Streptomycetaceae, insbesondere Streptomyces rubiginosus, stammt.
12. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung eine pharmazeutische Zusammensetzung, ein Nahrungsergänzungsmittel, ein diätetisches Lebensmittel, ein Medizinprodukt, ein Futtermittel, ein Ergänzungsfuttermittel oder ein diätetisches Futtermittel ist.
13. Zusammensetzung umfassend kristalline Xylose-Isomerase (EC 5.3.1.5) und zumindest ein Salz eines Metalls und/oder Erdalkalimetalls in einer Magensaft-resistenten Darreichungsform, die insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magensaftresistentes Pellet, Magensaft-resistente Tablette, Magensaftresistente Kapsel, Magensaft-resistentes Granulat und Ma- gensaft-resistentes Pulver.
14. Verwendung von Xylose-Isomerase (EC 5.3.1.5) zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von Fruktose-Malabsorption, wobei die Xylose-Isomerase in kristalliner Form in einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und 13 vorliegt.
15. Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 umfassend den Schritt des Kristallisie- rens von Xylose-Isomerase in Gegenwart zumindest eines Salzes eines Erdalkalimetalls und/oder Metalls, wobei die kristalline Xylose-Isomerase getrocknet und gegebenenfalls pulverisiert und als pharmazeutische Darreichungsform, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magensaft-resistentes Pellet, Ma- gensaft-resistente Tablette, Magensaftresistente Kapsel, Magen- saft-resistentes Granulat und Magensaft-resistentes Pulver, formuliert wird.
16. Zusammensetzung erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 15.
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