DE69817847T3

DE69817847T3 - In dosierinhalatoren verwendbare, stabilisierte zubereitungen

Info

Publication number: DE69817847T3
Application number: DE69817847T
Authority: DE
Inventors: Jeffry Weers; Thomas Tarara; Luis Dellamary; Alexey Kabalnov; Ernest Schutt
Original assignee: Novartis AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: DE69817847T2; ME00003B; DE69817847D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Formulierungen und Verfahren zur Verabreichung von biologischen Wirkstoffen an einen Patienten über den Respirationstrakt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren, Systeme und Zusammensetzungen, umfassend verhältnismäßig stabile Dispersionen perforierter Mikrostrukturen in einem Suspensionsmedium, die vorzugsweise durch Überführen in Aerosolform unter Verwendung pulmonaler, nasaler oder topischer Wege verabreicht werden.
Vorrichtungen zur gezielten Verabreichung von Arzneistoffen sind besonders wünschenswert, wenn die Toxizität oder Bioverfügbarkeit des Arzneistoffes ein Problem ist. Verfahren zur spezifischen Verabreichung von Arzneistoffen und Zusammensetzungen, welche die Verbindung an der Wirkstelle wirksam ablagern, dienen möglicherweise dazu, die toxischen Nebenwirkungen zu minimieren, die Dosierungsanforderungen zu senken und die therapeutischen Kosten zu verringern. In dieser Hinsicht war die Entwicklung derartiger Systeme zur Verabreichung von Arzneistoffen über die Lunge lange ein Ziel der pharmazeutischen Industrie.
Die drei häufigsten Systeme, die gegenwärtig zur lokalen Verabreichung von Arzneistoffen an die Atemwege der Lunge verwendet werden, sind Trockenpulverinhalatoren (DPIs), Inhalatoren mit festgelegter Dosierung (MDIs) und Vernebler. MDIs, das beliebteste Verfahren der Verabreichung durch Inhalation, können zur Verabreichung von Medikamenten in einer löslich gemachten Form oder als Dispersion verwendet werden. Typischerweise umfassen MDIs ein Freon oder ein anderes Treibmittel mit einem verhältnismäßig hohen Dampfdruck, das nach der Aktivierung der Vorrichtung das in Aerosolform vernebelte Medikament in den Respirationstrakt zwingt. Im Gegensatz zu MDIs verlassen sich DPIs im Allgemeinen völlig auf die Einatmungsleistungen des Patienten, um ein Medikament in Form eines Trockenpulvers in die Lunge einzuführen. Schließlich erzeugen Vernebler ein zu inhalierendes Medikamentenaerosol, indem einer flüssigen Lösung Energie zugeführt wird. Erst kürzlich wurde auch eine direkte Verabreichung von Arzneistoffen über die Lunge während der Beatmung mit einer Flüssigkeit oder einer Lungenspülung unter Verwendung eines fluorchemischen Mediums untersucht. Während jedes dieser Verfahren und die damit verbundenen Systeme sich in ausgewählten Situationen als wirksam erweisen können, können inhärente Nachteile, einschließlich Formulierungseinschränkungen, ihre Verwendung einschränken.
Seit der Einführung des Inhalators mit festgelegter Dosierung in der Mitte der 50er Jahre ist die Inhalation der am weitesten verbreitete Weg zur lokalen Verabreichung von Bronchodilatoren und Steroiden an die Atemwege asthmatischer Patienten geworden. Im Vergleich zur oralen Verabreichung von Bronchodilatoren bietet die Inhalation über einen MDI einen schnellen Wirkungseintritt und geringes Auftreten von systemischen Nebenwirkungen.
Der MDI hängt von der Treibkraft des bei seiner Herstellung verwendeten Treibmittelsystems ab. Traditionell bestand das Treibmittelsystem aus einem Gemisch aus Chlorfluorkohlenwasserstoffen (CFCs), die zur Bereitstellung des gewünschten Dampfdrucks und der Suspensionsstabilität ausgewählt werden. Gegenwärtig sind CFCs, wie Freon 11, Freon 12 und Freon 114, die am häufigsten verwendeten Treibmittel in Aerosolformulierungen zur Verabreichung durch Inhalation. Während derartige Systeme zur Verabreichung von löslich gemachten Arzneistoffen verwendet werden können, wird der ausgewählte biologische Wirkstoff typischerweise in Form von feinen Teilchen eingebracht, um eine Dispersion bereitzustellen. Um das Problem der Aggregation in derartigen Systemen zu minimieren oder zu verhindern, werden oft oberflächenaktive Substanzen verwendet, um die Oberflächen des biologischen Wirkstoffes zu überziehen und um die Benetzung der Teilchen mit dem Aerosoltreibmittel zu unterstützen. Die Verwendung von oberflächenaktiven Substanzen auf diese Art und Weise, um im Wesentlichen einheitliche Dispersionen aufrechtzuerhalten, soll die Suspensionen „stabilisieren”.
Leider wird nun angenommen, dass traditionelle Chlorfluorkohlenstofftreibmittel das stratosphärische Ozon abbauen, und folglich werden sie schrittweise aus dem Programm genommen. Dies führte wiederum zur Entwicklung von Aerosolformulierungen zur Verabreichung von Arzneistoffen über die Lunge, die so genannte umweltfreundliche Treibmittel verwenden. Klassen von Treibmitteln, von denen man annimmt, dass sie, im Vergleich zu CFCs, ein minimales Potenzial zum Ozonabbau aufweisen, sind perfluorierte Verbindungen (PFCs) und Fluorwasserstoffalkane (HFAs). Während ausgewählte Verbindungen in diesen Klassen wirksam als biokompatible Treibmittel fungieren können, sind viele der oberflächenaktiven Substanzen, die eine Stabilisierung von Arzneistoffsuspensionen in CFCs bewirkten, in diesen neuen Treibmittelsystemen nicht mehr wirksam. In dem Maße, wie die Löslichkeit der oberflächenaktiven Substanz im HFA abnimmt, wird die Diffusion der oberflächenaktiven Substanz zu der Grenzfläche zwischen dem Arzneistoffteilchen und dem HFA äußerst langsam, was zu einer schlechten Benetzung der Medikamententeilchen und einem Verlust der Suspensionsstabilität führt. Diese verringerte Löslichkeit für oberflächenaktive Substanzen in HFA-Treibmitteln führt wahrscheinlich zu einer verringerten Wirksamkeit im Hinblick auf jeden eingebrachten biologischen Wirkstoff.
Insbesondere Medikamentensuspensionen in Treibmitteln aggregieren in der Regel rasch. Wenn die Teilchengröße des suspendierten Materials nicht gesteuert werden kann und Aggregation stattfindet, kann die Ventilöffnung des Aerosolbehälters verstopfen, was die Abgabevorrichtung unwirksam macht, oder, falls ein Dosierventil eingesetzt wird, kann es ungenau gemacht werden. Diese ungewollte Aggregation oder Ausflockung kann zu unpassenden Dosierungen führen, die zu unerwüschten Ergebnissen führen kann, insbesondere bei hoch potenten, niedrig dosierten Medikamenten. Darüber hinaus führt die Teilchenaggregation auch zu schneller Aufrahmung oder Sedimentation der Suspension. Der resultierenden Phasentrennung wird im Allgemeinen durch heftiges Schütteln der MDI-Vorrichtung unmittelbar vor der Verwendung begegnet. Jedoch ist die Mitarbeit des Patienten schwierig zu kontrollieren und viele im Handel erhältliche Suspensionen sind so instabil, dass selbst geringe Verzögerungen zwischen Schütteln und Verwendung die Einheitlichkeit der Dosierung beeinflussen kann.
Bemühungen nach dem Stand der Technik, um die mit der Erzeugung stabilisierter Dispersionen unter Verwendung umweltkompatibler Treibmittel verbundenen Schwierigkeiten zu überwinden, beinhalten im Allgemeinen die Zugabe von HFA-mischbaren Colösungsmitteln (d. h. Ethanol) und/oder den Einschluss verschiedener Systeme oberflächenaktiver Substanzen. Beispielsweise beschäftigen sich mehrere Versuche mit der Verbesserung der Suspensionsstabilität durch Erhöhung der Löslichkeit der oberflächenaktiven Substanzen in den HFA-Treibmitteln. Zu diesem Zweck offenbaren U.S. Pat. Nr. 5,118,494 , WO 91/11173 und WO 92/00107 die Verwendung von HFA-löslichen fluorierten oberflächenaktiven Substanzen, um die Suspensionsstabilität zu verbessern. Gemische von HFA-Treibmitteln mit anderen perfluorierten Colösungsmitteln wurden auch offenbart, wie in WO 91/04011 .
Weitere Versuche zur Stabilisierung beinhalteten den Einschluss nicht fluorierter oberflächenaktiver Substanzen. In dieser Hinsicht offenbart U.S. Pat. Nr. 5,492,688 , dass einige hydrophile oberflächenaktive Substanzen (mit einem hydrophilen/lipophilen Gleichgewicht von größer als oder gleich 9,6) ausreichende Löslichkeit in HFAs besitzen, um Medikamentensuspensionen zu stabilisieren. Erhöhungen der Löslichkeit herkömmlicher nicht fluorierter MDI oberflächenaktiver Substanzen (z. B. Ölsäure, Lecithin) können angeblich auch bei der Verwendung von Colösungsmitteln, wie Alkoholen, erzielt werden, wie in den U.S. Pat. Nm. 5,683,677 und 5,605,674 ebenso wie in WO 95/17195 angegeben. Leider hat sich wie bei den zuvor erläuterten Colösungsmittelsystemen nach dem Stand der Technik erwiesen, dass bloßes Erhöhen der Abstoßung zwischen den Teilchen kein sehr wirksamer Stabilisierungsmechanismus bei nicht wässrigen Dispersionen ist, wie MDI-Zubereitungen.
Außer den vorstehend erwähnten Systemen oberflächenaktiver Substanzen sind mehrere andere Versuche unternommen worden, stabilisierte Dispersionen in umweltkompatiblen Systemen bereitzustellen. Beispielsweise beschreibt die kanadische Patentanmeldung Nr. 2,036,844 die Verwendung von Suspensionen, umfassend Procaterol, das in thermisch denaturiertem Albumin verkapselt ist. Angeblich sorgen die Suspensionen für eine kontrollierte Freisetzung des verkapselten Mittels. Ein weiterer Versuch zur Bereitstellung stabiler Systeme wird in der kanadischen Patentanmeldung Nr. 2,136,704 beschrieben, die medizinische Aerosolformulierungen offenbart, umfassend sprühgetrocknete Produkte und ein hydriertes Treibmittel. Die Pulver enthalten scheinbar geringe Gehalte an oberflächenaktiver Substanz, um die Teilchenabstoßung zu erhöhen und Anziehungskräfte auszugleichen. In ähnlicher Weise beschreibt die PCT internationale Veröffentlichung Nr. 97/44012 Suspensionssysteme, umfassend Pulver, die geringe Gehalte an oberflächenaktiver Substanz enthalten, um „passende abstoßende Kräfte” zu erzeugen, die elektrostatische Anziehungskräfte ausgleichen. Noch ein weiteres System wird in der PCT internationalen Veröffentlichung Nr. 97/36574 beschrieben, die die Verwendung von Pulvern in Inhalatoren mit festgelegter Dosierung diskutiert. In diesen Systemen scheint es, dass lösliche oberflächenaktive Substanzen getrennt zu den Systemen zugegeben werden, um die Medikamentenpulver zu stabilisieren. Jedes der vorstehend erwähnten Systeme basiert offensichtlich auf dem Konzept nach dem Stand der Technik, dass die Suspensionsstabilität in großem Maße durch Bereitstellung abstoßender Kräfte erzielt wird, die die natürlichen Anziehungskräfte zwischen den Teilchen ausgleichen. Trotz derartiger Versuche ist es klar, dass niemand einen breit anwendbaren Ansatz für eine Formulierung hat entwickeln können, der die strengen Kriterien von guter Stabilität der trockenen Formulierung erfüllen kann, während er gleichzeitig den stetig sich verschärfenden Zulassungsstandards für MDIs genügen kann.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Zubereitungen bereitzustellen, die vorteilhafterweise die effiziente Verabreichung von biologischen Wirkstoffen an die Atemwege der Lunge eines Patienten, der sie benötigt, ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von stabilisierten Zubereitungen, die zur Überführung in die Aerosolform und nachfolgenden Verabreichung an die Atemwege der Lunge eines Patienten, der sie benötigt, geeignet sind.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung stabilisierter Dispersionen, die mit der Verwendung in einem Inhalator mit festgelegter Dosierung kompatibel sind und reproduzierbare Dosierungen während der Lebensdauer der Vorrichtung bereitstellen.
Diese und andere Aufgaben werden durch die hier offenbarte und beanspruchte Erfindung gelöst. Zu diesem Zweck sorgen die Verfahren und damit verbundenen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung in weitem Sinne für die verbesserte Verabreichung von biologischen Wirkstoffen unter Verwendung stabilisierter Zubereitungen. Vorzugsweise liegen die biologischen Wirkstoffe in einer Form zur Verabreichung an einen Patienten über den Respirationstrakt vor. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung die Erzeugung und Verwendung stabilisierter Dispersionen (auch als stabilisierte Dispersionen für die Atemwege bezeichnet) und Inhalationssysteme, einschließlich Inhalatoren mit festgelegter Dosierung, umfassend diese Dispersionen und einzelne Komponenten davon, bereit. Anders als Formulierungen nach dem Stand der Technik zur gezielten Verabreichung von Arzneistoffen setzt die vorliegende Erfindung neue Techniken ein, um die Anziehungskräfte zwischenden dispergierten Komponenten zu verringern und Dichteunterschiede zu verringern, wodurch die Verschlechterung der offenbarten Dispersionen durch Ausflockung, Sedimentation oder Aufrahmen verzögert wird. Als solche erleichtern die offenbarten stabilen Zubereitungen die Verabreichung einheitlicher Dosen aus Inhalatoren mit festgelegter Dosierung und ermöglichen stärker konzentrierte Dispersionen.
Die in den nachstehenden Ansprüchen definierten stabilisierten Zubereitungen stellen diese und andere Vorteile durch die Verwendung hohler und/oder poröser, perforierter Mikrostrukturen bereit, die im Wesentlichen molekulare Anziehungskräfte, wie van-der-Waals-Kräfte, verringern, die Dispersionszubereitungen nach dem Stand der Technik dominieren. Insbesondere verringert die Verwendung perforierter (oder poröser) Mikrostrukturen oder Mikroteilchen, die vom umgebenden flüssigen Medium oder Suspensionsmedium durchdrungen oder gefüllt sind, beträchtlich die zersetzenden Anziehungskräfte zwischen den Teilchen. Darüber hinaus können die Komponenten der Dispersionen gewählt werden, um Unterschiede in den Polarisierbarkeiten (d. h. verringerte Unterschiede zwischen den Hamaker-Konstanten) zu minimieren und die Zubereitung weiter zu stabilisieren. Anders als Formulierungen, die verhältnismäßig dichte, massive Teilchen oder nicht-poröse Teilchen (typischerweise mikronisiert) umfassen, sind die erfindungsgemäßen Dispersionen im Wesentlichen homogen mit lediglich geringen Unterschieden in der Dichte zwischen den Teilchen, die von den perforierten Mikroteilchen definiert werden, und dem Suspensionsmedium.
Außer den bislang nicht geschätzten Vorteilen, die mit der Bildung der stabilisierten Zubereitungen verbunden sind, ermöglicht der perforierte Aufbau und die entsprechend große Oberfläche, dass die Mikrostrukturen leichter während der Inhalation mit dem Fluss der Gase getragen werden als nicht-perforierte Teilchen von vergleichbarer Größe. Dies wiederum ermöglicht, dass die erfindungsgemäßen perforierten Mikroteilchen effektiver in die Lungen eines Patienten getragen werden als nicht-perforierte Strukturen, wie mikronisierte Teilchen oder verhältnismäßig nicht-poröse Mikrokügelchen.
Im Hinblick auf diese Vorteile sind die erfindungsgemäßen Dispersionen besonders mit Inhalationstherapien kompatibel, die die Verabreichung der biologisch wirksamen Zubereitung an mindestens einen Teil der Atemwege der Lunge umfassen. Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung können diese stabilisierten Dispersionen, die zur pulmonalen Verabreichung bestimmt sind, als Dispersionen für die Atemwege bezeichnet werden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfassen diese Dispersionen für die Atemwege ein umweltkompatibles Treibmittel und werden in Verbindung mit Inhalatoren mit festgelegter Dosierung verwendet, um einen biologischen Wirkstoff wirksam an die Atemwege der Lunge oder der Nase eines Patienten zu verabreichen, der sie benötigt.
Demgemäß stellt die Erfindung in einer Ausführungsform stabile Dispersionen für die Atemwege zur Verabreichung eines oder mehrerer biologischer Wirkstoffe an die Lunge oder Nase bereit, welche ein Suspensionsmedium mit einer darin dispergierten Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen mit einem durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 μm und mindestens einen biologischen Wirkstoff umfassen, wobei das Suspensionsmedium mindestens ein Treibmittel umfasst und im Wesentlichen die perforierten Mikrostrukturen durchdringt.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung können die perforierten Mikrostrukturen aus jedem biokompatiblen Material erzeugt werden, das die zur Bildung der stabilisierten Dispersionen notwendigen physikalischen Merkmale bereitstellt. In dieser Hinsicht umfassen die Mikrostrukturen Hohlräume, Poren, Defekte oder andere Zwischenräume, die es dem flüssigen Suspensionsmedium ermöglichen, die Teilchengrenze ungehindert zu durchdringen oder zu durchströmen, womit also Dichteunterschiede zwischen den Dispersionskomponenten verringert oder minimiert werden. Dennoch erkennt man in Anbetracht dieser Einschränkungen, dass jedes Material oder jede Konfiguration zur Bildung der Mikrostrukturmatrix verwendet werden kann. Im Hinblick auf die ausgewählten Materialien ist es wünschenswert, dass die Mikrostruktur mindestens eine oberflächenaktive Substanz enthält. Diese oberflächenaktive Substanz umfasst vorzugsweise ein Phospholipid oder eine andere oberflächenaktive Substanz, die zur Verwendung in der Lunge zugelassen ist. Was den Aufbau anbetrifft, enthalten besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sprühgetrocknete, hohle Mikrokügelchen mit einer verhältnismäßig dünnen, porösen Wand, die einen großen inneren Hohlraum definiert, obwohl andere Hohlräume enthaltende oder perforierte Strukturen auch in Betracht gezogen werden.
Neben den vorstehend erläuterten perforierten Mikrostrukturen umfassen die erfindungsgemäßen stabilisierten Dispersionen ferner ein Suspensionsmedium als kontinuierliche Phase. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass jedes biokompatible Suspensionsmedium mit passendem Dampfdruck, so dass es als Treibmittel wirkt, verwendet werden kann. Besonders bevorzugte Suspensionsmedien sind mit der Verwendung in einem Inhalator mit festgelegter Dosierung kompatibel. Im Allgemeinen sind zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Suspensionmedien geeignete Treibmittel die Treibmittelgase, die unter Druck bei Raumtemperatur verflüssigt werden können und nach der Inhalation oder topischen Verwendung sicher, toxikologisch unschädlich und frei von Nebenwirkungen sind. Ferner ist es erwünscht, dass das gewählte Suspensionsmedium in Bezug auf die suspendierten perforierten Mikrostrukturen, die den biologischen Wirkstoff umfassen, verhältnismäßig nicht-reaktiv sein sollte. In dieser Hinsicht können kompatible Treibmittel im Allgemeinen Fluorwasserstoffalkantreibmittel umfassen. Besonders bevorzugte Treibmittel umfassen 1,1,1,2-Tetrafluorethan (CF₃CH₂F) (HFA-134a) und 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluor-n-propan (CF₃CHFCF₃) (HFA-227), Perfluorethan, Monochlordifluormethan, 1,1-Difluorethan und Kombinationen davon.
Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung ferner Verfahren zur Bildung stabilisierter Dispersionen bereitstellt, umfassend die Schritte:
Kombinieren einer Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen mit einem durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 μm, umfassend mindestens einen biologischen Wirkstoff, mit einem vorbestimmten Volumen eines Suspensionsmediums, umfassend mindestens ein Treibmittel, um ein Gemisch für die Atemwege bereitzustellen, wobei das Suspensionsmedium die perforierten Mikrostrukturen durchdringt; und
Mischen des Gemischs für die Atemwege, um eine im Wesentlichen homogene Dispersion für die Atemwege bereitzustellen.
Neben der Bildung und Stabilisierung von Dispersionen ist die vorliegende Erfindung zur pulmonalen Verabreichung mindestens eines biologischen Wirkstoffs unter Verwendung eines Inhalators mit festgelegter Dosierung geeignet. Der hier verwendete Begriff „biologischer Wirkstoff” bezieht sich auf eine Substanz, die in Verbindung mit einer Anwendung verwendet wird, die therapeutischer oder diagnostischer Art ist, wie Verfahren zur Diagnose des Vorliegens oder Abwesenheit einer Krankheit bei einem Patienten und/oder Verfahren zur Behandlung einer Krankheit bei einem Patienten. Der biologische Wirkstoff kann in die perforierte Mikrostruktur eingebaut, damit vermischt, darauf aufgetragen oder anderweitig damit verbunden werden.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Treibmittels bei der Herstellung einer stabilisierten Dispersion zur pulmonalen Verabreichung eines biologischen Wirkstoffs bereit, wobei die erfindungsgemäße stabilisierte Dispersion unter Verwendung eines Inhalators mit festgelegter Dosierung in Aerosolform gebracht wird, um ein in Aerosolform vorliegendes Medikament bereitzustellen, das an mindestens einen Teil der Atemwege der Lunge eines Patienten, der es benötigt, verabreicht wird.
Die erfindungsgemäße stabilisierte Dispersion kann in Verfahren zur pulmonalen Verabreichung eines oder mehrerer biologischer Wirkstoffe verwendet werden, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines unter Druck stehenden Reservoirs, das eine stabilisierte Dispersion für die Atemwege enthält, umfassend ein Suspensionsmedium mit einer darin dispergierten Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen, umfassend einen oder mehrere biologische Wirkstoffe, wobei das Suspensionsmedium ein Treibmittel umfasst und im Wesentlichen die perforierten Mikrostrukturen durchdringt;
in Aerosolform Bringen der Dispersion für die Atemwege, indem Druck am unter Druck stehenden Reservoir abgelassen wird, um ein in Aerosolform vorliegendes Medikament bereitzustellen, umfassend die perforierten Mikrostrukturen; und
Verabreichen einer therapeutisch wirksamen Menge des in Aerosolform vorliegenden Medikaments an mindestens einen Teil der Wege der Lunge eines Patienten, der es benötigt.
Es ist klar, dass auf Grund der aerodynamischen Eigenschaften, die vorzugsweise von den offenbarten perforierten Mikrostrukturen geboten werden, die vorliegende Erfindung besonders effizient bei der Verabreichung des gewählten biologischen Wirkstoffs in die bronchialen Atemwege ist.
Im Hinblick auf die Verabreichung kann die Erfindung in Systemen zur Verabreichung eines oder mehrerer biologischer Wirkstoffe an einen Patienten verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Systeme einen Inhalator mit festgelegter Dosierung. Demgemäß ist die vorliegende Erfindung besonders geeignet für Systeme zur pulmonalen Verabreichung eines biologischen Wirkstoffs, umfassend:
ein Flüssigkeitsreservoir;
ein Dosierventil, das betriebsbereit mit dem Flüssigkeitsreservoir verbunden ist; und
eine stabilisierte Dispersion in dem Flüssigkeitsreservoir, wobei die stabilisierte Dispersion ein Suspensionsmedium mit einer darin dispergierten Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen, umfassend mindestens einen biologischen Wirkstoff, umfasst, wobei das Suspensionsmedium mindestens ein Treibmittel umfasst und im Wesentlichen die perforierten Mikrostrukturen durchdringt.
Was kompatible biologische Wirkstoffe anbetrifft, ist es für Fachleute klar, dass jedes therapeutische oder diagnostische Mittel in die stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Erfindung eingebracht werden kann. Der biologische Wirkstoff kann beispielsweise aus Antiallergika, Bronchodilatoren, Bronchokonstriktoren, pulmonalen Lungensurfactanten, Analgetika, Antibiotika, Leukotrieninhibitoren oder -antagonisten, Anticholinergika, Mastzelleninhibitoren, Antihistaminika, entzündungshemmenden Mitteln, Antineoplastika, Anästhetika, Antituberkulotika, Darstellungsmitteln, cardiovaskulären Mitteln, Enzymen, Steroiden, genetischem Material, viralen Vektoren, Antisense-Mitteln, Proteinen, Peptiden und Kombinationen davon ausgewählt werden. Wie vorstehend angegeben kann der gewählte biologische Wirkstoff oder Wirkstoffe als die einzige strukturelle Komponente der perforierten Mikrostrukturen verwendet werden. Umgekehrt können die perforierten Mikrostrukturen außer den eingebrachten biologischen Wirkstoffen eine oder mehrere Komponenten (d. h. Strukturmaterialien, oberflächenaktive Substanzen, Exzipienten etc.) umfassen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfassen die perforierten Mikrostrukturen verhältnismäßig hohe Konzentrationen an oberflächenaktiver Substanz (mehr als etwa 10% Gew./Gew.) zusammen mit (einem) eingebrachten biologischen Wirkstoff(en).
So stellt ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung Dispersionen für die Atemwege zur Verabreichung eines oder mehrerer biologischer Wirkstoffe an die Lunge bereit, welche ein Suspensionsmedium mit einer darin dispergierten Mehrzahl perforierter Mikroteilchen mit einem durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser von weniger als 5 μm und mehr als 20% Gew./Gew. oberflächenaktive Substanz und mindestens einen biologischen Wirkstoff umfassen, wobei das Suspensionsmedium mindestens ein Treibmittel umfasst. Außer den vorstehend erwähnten Komponenten können die stabilisierten Dispersionen gegebenenfalls ein oder mehrere Zusatzstoffe umfassen, um die Stabilität weiter zu verbessern oder die Biokompatibilität zu erhöhen. Beispielsweise können verschiedene oberflächenaktive Substanzen, Colösungsmittel, osmotische Mittel, Stabilisatoren, Chelatbildner, Puffer, Viskositätsmodulatoren, Löslichkeitsmodifikationsmittel und Salze mit der perforierten Mikrostruktur, dem Suspensionsmedium oder beidem verbunden sein. Die Verwendung dieser Zusatzstoffe ist für Fachleute klar und die speziellen Mengen, Verhältnisse und Arten der Mittel können ohne übermäßiges Experimentieren empirisch bestimmt werden.
Andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen davon für Fachleute offensichtlich.
1A1 bis 1F2 veranschaulichen Änderungen der Teilchenmorphologie als Funktion der Änderung des Verhältnisses Fluorkohlenstofftreibmittel zu Phospholipid (PFC/PC), die in der Beschickung der Sprühtrocknung vorliegen. Die mikroskopischen Aufnahmen, die unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie- und Transmissionselektronenmikroskopieverfahren hergestellt wurden, zeigen, dass in Abwesenheit von FCs oder bei niedrigen PFC/PC-Verhältnissen die resultierenden sprühgetrockneten Mikrostrukturen, die Gentamicinsulfat umfassen, weder besonders hohl noch porös sind. Umgekehrt enthalten bei hohen PFC/PC-Verhältnissen die Teilchen zahlreiche Poren und sind im Wesentlichen hohl mit dünnen Wänden.
2 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme von perforierten Mikrostrukturen, die Cromolynnatrium umfassen, was eine bevorzugte hohle, poröse Morphologie veranschaulicht.
3A bis 3D sind Aufnahmen, welche die erhöhte Stabilität im Verlauf der Zeit veranschaulichen, die durch die erfindungsgemäßen Dispersionen, verglichen mit einer kommerziellen Cromolynnatriumformulierung (Intal, Rhone-Poulenc-Rorer), bereitgestellt wird. In den Aufnahmen entmischt sich die kommerzielle Formulierung links schnell, während die Dispersion rechts, die gemäß der vorliegenden Lehre hergestellt wurde, während einer längeren Dauer stabil bleibt.
Während die vorliegende Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, sind hier spezielle veranschaulichende Ausführungsformen davon offenbart, welche die Prinzipien der Erfindung beispielhaft angeben. Es sollte betont werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die veranschaulichten speziellen Ausführungsformen beschränkt ist.
Wie vorstehend angegeben, stellt die vorliegende Erfindung Verfahren und Zusammensetzungen bereit, die die Bildung stabilisierter Suspensionen ermöglichen, die vorteilhafterweise zur Verabreichung biologischer Wirkstoffe verwendet werden können. Die verbesserte Stabilität der Suspensionen wird in erster Linie durch Erniedrigen der van-der-Waals-Anziehungskräfte zwischen den suspendierten Teilchen und durch Verringern der Unterschiede in der Dichte zwischen dem Suspensionsmedium und den Teilchen erzielt. Gemäß der vorliegenden Lehre kann die Erhöhung der Suspensionsstabilität durch Entwicklung von perforierten Mikrostrukturen, welche dann in einem kompatiblen Suspensionsmedium dispergiert werden, hervorgerufen werden. In dieser Hinsicht umfassen die perforierten Mikrostrukturen vorzugsweise Poren, Hohlräume, Vertiefungen, Defekte oder andere Zwischenräume, die es dem flüssigen Suspensionsmedium ermöglichen, die Teilchengrenze ungehindert zu durchdringen oder zu durchströmen. Besonders bevorzugte Ausführungsformen umfassen perforierte Mikrostrukturen, die sowohl hohl als auch porös sind und ein fast wabenförmiges oder schaumartiges Aussehen aufweisen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfassen die perforierten Mikrostrukturen sprühgetrocknete, hohle, poröse Mikrokügelchen.
Im Hinblick auf die vorliegende Beschreibung werden die Begriffe „perforierte Mikrostrukturen” und „perforierte Mikroteilchen” verwendet, um poröse Produkte zu beschreiben, die vorzugsweise einen biologischen Wirkstoff umfassen und die im gesamten Suspensionsmedium gemäß der vorliegenden Lehre verteilt sind. Demgemäß können die betreffenden Begriffe austauschbar in der gesamten vorliegenden Beschreibung verwendet werden, sofern nicht anders durch den Kontext vorgegeben.
Wenn die perforierten Mikrostrukturen in das Suspensionsmedium (d. h. Treibmittel) gegeben werden, kann das Suspensionsmedium die Teilchen durchdringen, wodurch eine „Homodispersion” erzeugt wird, in der sowohl die kontinuierliche Phase als auch die dispergierte Phase im Wesentlichen nicht zu unterscheiden sind. Da die definierten oder „virtuellen” Teilchen (d. h. die das Volumen umfassen, das durch die Mikroteilchenmatrix begrenzt wird) fast ganz aus dem Medium bestehen, in dem sie suspendiert sind, werden die Kräfte, welche die Teilchenaggregation (Ausflockung) vorantreiben, minimiert. Außerdem werden die Dichteunterschiede zwischen den definierten Teilchen und der kontinuierlichen Phase minimiert, indem die Mikrostrukturen mit dem Medium gefüllt werden, wodurch das Aufrahmen oder die Sedimentation der Teilchen wirksam verlangsamt wird. So sind die erfindungsgemäßen stabilisierten Suspensionen besonders mit Inhalationstherapien kompatibel und können in Verbindung mit Inhalatoren mit festgelegter Dosierung (MDIs) verwendet werden, um die Reproduzierbarkeit der Dosis zu verbessern, das Verstopfen des MDI-Ventils zu verringern, den Anteil an feinen Teilchen zu erhöhen und die Ablagerung im Rachen und die resultierenden Nebenwirkungen zu vermindern.
Typische Suspensionen für die Inhalationstherapie nach dem Stand der Technik umfassen massive mikronisierte Teilchen und geringe Mengen (<1% Gew./Gew.) an oberflächenaktiver Substanz (z. B. Lecithin, Span-85, Ölsäure), um die elektrostatische Abstoßung zwischen den Teilchen zu erhöhen. In deutlichem Gegensatz dazu sind die erfindungsgemäßen Suspensionen so entworfen, dass sie nicht die Abstoßung zwischen den Teilchen erhöhen, sondern eher die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen verringern. Die Hauptkräfte, welche die Ausflockung in nicht-wässrigen Medien vorantreiben, sind van-der-Waals-Anziehungskräfte. Van-der-Waals-Kräfte sind quantenmechanischen Ursprungs und können als Anziehungskräfte zwischen fluktuierenden Dipolen (d. h. Wechselwirkungen zwischen induzierten Dipolen) angesehen werden. Dispersionskräfte weisen eine äußerst kurze Reichweite auf und ändern sich mit der sechsten Potenz des Abstandes zwischen den Atomen. Wenn zwei makroskopische Körper sich einander nähern, addieren sich die Dispersionsanziehungskräfte zwischen den Atomen. Die resultierende Kraft weist eine deutlich längere Reichweite auf und hängt von der Geometrie der wechselwirkenden Körper ab.
Genauer gesagt kann für zwei kugelförmige Teilchen die Größe des van-der-Waals-Potentials V_A angenähert werden durch:
wobei A_eff die effektive Hamaker-Konstante ist, welche die Art der Teilchen und des Mediums berücksichtigt, H₀ der Abstand zwischen den Teilchen ist und R₁ und R₂ die Radien der kugelförmigen Teilchen 1 und 2 sind. Die effektive Hamaker-Konstante ist proportional zu dem Unterschied zwischen den Polarisierbarkeiten der dispergierten Teilchen und des Suspensionsmediums:
wobei A_SM und A_PART die Hamaker-Konstanten für das Suspensionsmedium bzw. die Teilchen sind. In dem Maße, wie sich die suspendierten Teilchen und das Dispersionsmedium in ihrer Art ähnlich werden, nähern sich die Größenordnungen von A_SM und A_PART an und werden A_eff und V_A kleiner. Das heißt, durch Verringerung der Unterschiede zwischen der mit dem Suspensionsmedium verbundenen Hamaker-Konstante und der mit den dispergierten Teilchen verbundenen Hamaker-Konstante kann die effektive Hamaker-Konstante (und die entsprechenden van-der-Waals-Anziehungskräfte) verringert werden.
Eine Möglichkeit, um die Unterschiede zwischen den Hamaker-Konstanten zu minimieren, ist die Erzeugung einer „Homodispersion”, das heißt, sowohl die kontinuierliche Phase als auch die dispergierte Phase werden, wie vorstehend diskutiert, im Wesentlichen ununterscheidbar gemacht. Außer der Ausnutzung der Morphologie der Teilchen, um die effektive Hamaker-Konstante zu verringern, werden die Komponenten der Strukturmatrix (welche die perforierten Mikrostrukturen definieren) bevorzugt so ausgewählt, dass sie eine Hamaker-Konstante zeigen, die der des ausgewählten Suspensionsmediums verhältnismäßig nahe kommt. In dieser Hinsicht kann man die tatsächlichen Werte der Hamaker-Konstanten des Suspensionsmediums und der teilchenförmigen Komponenten verwenden, um die Kompatibilität der Dispersionsbestandteile zu bestimmen und um einen guten Hinweis hinsichtlich der Stabilität der Zubereitung zu liefern. In einer anderen Ausführungsform kann man unter Verwendung leicht erkennbarer, charakteristischer physikalischer Werte, die mit messbaren Hamaker-Konstanten übereinstimmen, verhältnismäßig kompatible Komponenten aus perforierten Mikrostrukturen und Suspensionsmedien auswählen.

In dieser Hinsicht wurde festgestellt, dass sich die Brechungsindexwerte vieler Verbindungen in der Regel mit der entsprechenden Hamaker-Konstante ändern. Demgemäß können leicht messbare Brechungsindexwerte verwendet werden, um einen ziemlich guten Hinweis darauf zu liefern, welche Kombination aus Suspensionsmedium und teilchenförmigen Exzipienten eine Dispersion mit einer verhältnismäßig niedrigen effektiven Hamaker-Konstante und der damit verbundenen Stabilität bereitstellt. Es ist klar, dass die Verwendung von derartigen Werten die Herstellung von stabilisierten Dispersionen gemäß der vorliegenden Erfindung ohne übermäßiges Experimentieren ermöglicht, da die Brechungsindizes von Verbindungen allgemein verfügbar sind oder leicht abgeleitet werden können. Lediglich zum Zweck der Veranschaulichung werden die Brechungsindizes mehrerer Verbindungen, die mit den offenbarten Dispersionen kompatibel sind, in Tabelle I direkt nachstehend bereitgestellt: Tabelle I

Verbindung	Brechungsindex
HFA-134a	1,172
HFA-227	1,223
CFC-12	1,287
CFC-114	1,288
PFOB	1,305
Mannit	1,333
Ethanol	1,361
n-Octan	1,397
DMPC	1,43
Pluronic F-68	1,43
Saccharose	1,538
Hydroxyethylstärke	1,54
Natriumchlorid	1,544

Übereinstimmend mit den vorstehend dargestellten kompatiblen Dispersionskomponenten ist es für Fachleute klar, dass die Herstellung von Dispersionen, in denen die Komponenten eine Differenz im Brechungsindex von weniger als etwa 0,5 aufweisen, bevorzugt ist. Das heißt, der Brechungsindex des Suspensionsmediums unterscheidet sich bevorzugt um höchstens etwa 0,5 von dem Brechungsindex, der mit den perforierten Teilchen oder Mikrostrukturen verbunden ist. Es ist ferner klar, dass der Brechungsindex des Suspensionsmediums und der Teilchen direkt gemessen werden oder unter Verwendung der Brechungsindizes der Hauptkomponente in der jeweiligen Phase näherungsweise angegeben werden kann. Für die perforierten Mikrostrukturen kann die Hauptkomponente auf einer gewichtsprozentualen Basis bestimmt werden. Für das Suspensionsmedium wird die Hauptkomponente typischerweise auf einer volumenprozentualen Basis abgeleitet. Bei ausgewählten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt der Differenzwert des Brechungsindexes vorzugsweise weniger als etwa 0,45, etwa 0,4, etwa 0,35 oder sogar weniger als etwa 0,3. In Anbetracht der Tatsache, dass niedrigere Differenzen im Brechungsindex eine größere Dispersionsstabilität zur Folge haben, umfassen besonders bevorzugte Ausführungsformen Indexdifferenzen von weniger als etwa 0,28, etwa 0,25, etwa 0,2, etwa 0,15 oder sogar weniger als etwa 0,1. Es wird festgestellt, dass ein Fachmann in Anbetracht der vorliegenden Offenbarung ohne übermäßiges Experimentieren bestimmen kann, welche Exzipienten besonders kompatibel sind. Die endgültige Wahl bevorzugter Exzipienten wird auch durch andere Faktoren, einschließlich der Biokompatibilität, des Zulassungsstatus, der Leichtigkeit der Herstellung und der Kosten, beeinflusst.
Im Gegensatz zu Versuchen nach dem Stand der Technik zur Bereitstellung stabilisierter Suspensionen, die Exzipienten (d. h. oberflächenaktive Substanzen) erfordern, die im Suspensionsmedium löslich sind, stellt die vorliegende Erfindung stabilisierte Dispersionen mindestens zum Teil durch Immobilisieren des/der biologische(n) Wirkstoffs/e und Exzipienten innerhalb der Strukturmatrix der hohlen, porösen Mikrostrukturen bereit. Demgemäß sind bevorzugte Exzipienten, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, im Wesentlichen unlöslich im Suspensionsmedium. Unter solchen Bedingungen kann selbst von oberflächenaktiven Substanzen, wie beispielsweise Lecithin, nicht angenommen werden, dass sie Eigenschaften von oberflächenaktiven Substanzen in der vorliegenden Erfindung aufweisen, da das Leistungsvermögen als oberflächenaktive Substanz erfordert, dass das Amphiphil einigermaßen löslich im Suspensionsmedium ist. Die Verwendung unlöslicher Exzipienten verringert auch das Potential für Teilchenwachstum durch Ostwald-Reifung.
Wie vorstehend diskutiert, hängt die Minimierung der Dichteunterschiede zwischen den Teilchen und der kontinuierlichen Phase größtenteils von der perforierten und/oder hohlen Art der Mikrostrukturen ab, so dass das Suspensionsmedium den größten Teil des Teilchenvolumens bildet. Der hier verwendete Begriff „Teilchenvolumen” entspricht dem Volumen des Suspensionsmediums, das durch die eingebrachten, hohlen/porösen Teilchen verdrängt würde, wenn sie massiv wären, d. h. dem durch die Teilchengrenze definierten Volumen. Zum Zweck der Erklärung und wie vorstehend diskutiert, können diese mit Flüssigkeit gefüllten Teilchenvolumina als „virtuelle Teilchen” bezeichnet werden. Vorzugsweise umfasst das mittlere Volumen der Hülle oder Matrix des biologischen Wirkstoffes/Exzipienten (d. h. das Volumen des Mediums, das tatsächlich durch die perforierte Mikrostruktur verdrängt wird) weniger als 70% des mittleren Teilchenvolumens (oder weniger als 70% des virtuellen Teilchens). Stärker bevorzugt umfasst das Volumen der Mikroteilchenmatrix weniger als etwa 50%, 40%, 30% oder sogar 20% des mittleren Teilchenvolumens. Noch stärker bevorzugt umfasst das mittlere Volumen der Hülle/Matrix weniger als etwa 10%, 5% oder 3% des mittleren Teilchenvolumens. Für Fachleute ist klar, dass ein derartiges Matrix- oder Hüllenvolumen typischerweise wenig zu der Dichte des virtuellen Teilchens beiträgt, welche überwiegend durch das darin gefundene Suspensionsmedium vorgegeben ist. Natürlich können in ausgewählten Ausführungsformen die zur Herstellung der perforierten Mikrostruktur verwendeten Exzipienten so gewählt werden, dass sich die Dichte der resultierenden Matrix oder Hülle der Dichte des umgebenden Suspensionsmediums annähert.
Es ist ferner klar, dass die Verwendung von derartigen Mikrostrukturen es ermöglicht, dass sich die scheinbare Dichte der virtuellen Teilchen der des Suspensionsmediums annähert, was die van-der-Waals-Anziehungskräfte im Wesentlichen beseitigt. Darüber hinaus werden, wie vorher diskutiert, die Komponenten der Mikroteilchenmatrix, soweit es in Anbetracht anderer Überlegungen möglich ist, vorzugsweise so ausgewählt, dass sie sich der Dichte des Suspensionsmediums annähern. Demgemäß weisen bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die virtuellen Teilchen und das Suspensionsmedium eine Dichtedifferenz von weniger als etwa 0,6 g/cm³ auf. Das heißt, die durchschnittliche Dichte der virtuellen Teilchen (wie durch die Matrixgrenze definiert) unterscheidet sich um nicht mehr als ungefähr 0,6 g/cm³ von der des Suspensionmediums. Stärker bevorzugt unterscheidet sich die durchschnittliche Dichte der virtuellen Teilchen um nicht mehr als 0,5, 0,4, 0,3 oder 0,2 g/cm³ von der des ausgewählten Suspensionmediums. Bei noch stärker bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Dichtedifferenz weniger als etwa 0,1, 0,05, 0,01 oder sogar weniger als 0,005 g/cm³.
Außer den vorstehend erwähnten Vorteilen ermöglicht die Verwendung von hohlen, porösen Teilchen die Herstellung von fließfähigen Dispersionen, die viel größere Volumenanteile an Teilchen in der Suspension umfassen. Es ist klar, dass die Formulierung von Dispersionen nach dem Stand der Technik mit Volumenanteilen, die sich einer dichtesten Packung nähern, im Allgemeinen zu drastischen Erhöhungen des viskoelastischen Verhaltens der Dispersion führt. Ein rheologisches Verhalten dieser Art ist für MDI-Anwendungen nicht geeignet. Fachleuten ist klar, dass der Volumenanteil der Teilchen als das Verhältnis des scheinbaren Volumens der Teilchen (d. h. des Teilchenvolumens) zum Gesamtvolumen des Systems definiert werden kann. Jedes System weist einen maximalen Volumenanteil oder Packungsanteil auf. Teilchen in einer einfachen kubischen Anordnung erreichen zum Beispiel einen maximalen Packungsanteil von 0,52, während die in einer flächenzentrierten, kubisch/hexagonal dichtest gepackten Konfiguration einen maximalen Packungsanteil von ungefähr 0,74 erreichen. Für nicht-kugelförmige Teilchen oder polydisperse Systeme sind die abgeleiteten Werte verschieden. Demgemäß wird der maximale Packungsanteil häufig als ein empirischer Parameter für ein bestimmtes System angesehen.
Hier wurde überraschenderweise gefunden, dass die porösen Strukturen der vorliegenden Erfindung sogar mit großen Volumenanteilen, die sich einer dichtesten Packung nähern, kein unerwünschtes viskoelastisches Verhalten zeigen. Im Gegensatz dazu bleiben sie, wenn sie mit entsprechenden Suspensionen, die Feststoffteilchen umfassen, verglichen werden, fließfähige Suspensionen mit niedriger Viskosität, die eine geringe oder keine Fließspannung aufweisen. Von der niedrigen Viskosität der offenbarten Suspensionen wird angenommen, dass sie zumindest größtenteils auf die verhältnismäßig niedrige van-der-Waals-Anziehung zwischen den mit Flüssigkeit gefüllten, hohlen, porösen Teilchen zurückführbar ist. Bei ausgewählten Ausführungsformen ist der Volumenanteil der offenbarten Dispersionen somit größer als ungefähr 0,3. Andere Ausführungsformen können Packungswerte in der Größenordnung von 0,3 bis etwa 0,5 oder in der Größenordnung von 0,5 bis etwa 0,8 aufweisen, wobei sich die höheren Werte dem Zustand einer dichtesten Packung nähern. Da die Teilchensedimentation in der Regel auf natürliche Weise abnimmt, wenn sich der Volumenanteil einer dichtesten Packung nähert, kann ferner die Herstellung von verhältnismäßig konzentrierten Dispersionen die Stabilität der Formulierung erhöhen.
Auch wenn die Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von verhältnismäßig konzentrierten Suspensionen verwendet werden können, funktionieren bei viel niedrigeren Packungsvolumina die Stabilisierungsfaktoren gleich gut, und es ist beabsichtigt, dass derartige Dispersionen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen. In dieser Hinsicht ist klar, dass Dispersionen, die Anteile mit niedrigem Volumen umfassen, unter Verwendung von Verfahren nach dem Stand der Technik äußerst schwierig zu stabilisieren sind. Umgekehrt sind Dispersionen, die perforierte Mikrostrukturen enthalten, die einen biologischen Wirkstoff, wie hier beschrieben, umfassen, sogar mit Anteilen mit niedrigem Volumen besonders stabil. Demgemäß ermöglicht die vorliegende Erfindung die Herstellung und Verwendung von stabilisierten Dispersionen und besonders Dispersionen für die Atemwege mit Volumenanteilen von weniger als 0,3. In einigen bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Volumenanteil ungefähr 0,0001 bis 0,3 und stärker bevorzugt 0,001 bis 0,01. Noch andere bevorzugte Ausführungsformen umfassen stabilisierte Suspensionen mit Volumenanteilen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,1.
Die erfindungsgemäßen perforierten Mikrostrukturen können auch zur Stabilisierung von verdünnten Suspensionen von mikronisierten biologischen Wirkstoffen verwendet werden. In derartigen Ausführungsformen können die perforierten Mikrostrukturen zugegeben werden, um den Volumenanteil von Teilchen in der Suspension zu vergrößern, wodurch die Suspensionsstabilität gegenüber Aufrahmen oder Sedimentation erhöht wird. Ferner können in diesen Ausführungsformen die eingebrachten Mikrostrukturen auch eine enge Annäherung (Aggregation) der mikronisierten Arzneistoffteilchen verhindern. Es ist klar, dass die perforierten Mikrostrukturen, die in derartigen Ausführungsformen eingebracht wurden, nicht unbedingt einen biologischen Wirkstoff umfassen. Sie können vielmehr ausschließlich aus verschiedenen Exzipienten, einschließlich oberflächenaktiven Substanzen, hergestellt werden.
Wie in der gesamten vorliegenden Beschreibung angegeben, sind die erfindungsgemäßen Dispersionen vorzugsweise stabilisiert. In einem weiten Sinn soll der Begriff „stabilisierte Dispersion” jede Dispersion bedeuten, die sich einer Aggregation, Ausflockung oder Aufrahmung bis zu dem Grad widersetzt, der erforderlich ist, um für die wirksame Verabreichung eines biologischen Wirkstoffes zu sorgen. Auch wenn Fachleuten klar ist, dass es mehrere Verfahren gibt, die zur Bewertung der Stabilität einer gegebenen Dispersion verwendet werden können, umfasst ein bevorzugtes Verfahren für die Zwecke der vorliegenden Erfindung die Bestimmung der Aufrahmungs- oder Sedimentationszeit. In dieser Hinsicht soll die Aufrahmungszeit als die Zeit definiert werden, in der die suspendierten Arzneistoffteilchen bis zur Hälfte des Volumens des Suspensionsmediums aufrahmen. Entsprechend kann die Sedimentationszeit als die Zeit definiert werden, welche die Teilchen benötigen, um bis zur Hälfte des Volumens des flüssigen Mediums zu sedimentieren. Eine verhältnismäßig einfache Art zur Bestimmung der Aufrahmungszeit einer Zubereitung ist die Bereitstellung der Teilchensuspension in einem verschlossenen Glasfläschchen. Die Fläschchen werden bewegt oder geschüttelt, um verhältnismäßig homogene Dispersionen bereitzustellen, die dann beiseite gestellt und unter Verwendung einer geeigneten Apparatur oder durch visuelle Prüfung beobachtet werden. Die Zeit, die erforderlich ist, damit die suspendierten Teilchen bis zur Hälfte des Volumens des Suspensionsmediums aufrahmen (d. h. bis zur oberen Hälfte des Suspensionsmediums ansteigen) oder innerhalb der Hälfte des Volumens sedimentieren (d. h. sich bis zur Hälfte des Mediums am Boden absetzen), wird dann notiert. Suspensionsformulierungen mit einer Aufrahmungszeit von mehr als 1 Minute sind bevorzugt und zeigen eine geeignete Stabilität. Stärker bevorzugt umfassen die stabilisierten Dispersionen Aufrahmungszeiten von mehr als 1, 2, 5, 10, 15, 20 oder 30 Minuten. In besonders bevorzugten Ausführungsformen zeigen die stabilisierten Dispersionen Aufrahmungszeiten von mehr als etwa 1, 1,5, 2, 2,5 oder 3 Stunden. Im Wesentlichen entsprechende Zeitspannen für die Sedimentationszeiten zeigen kompatible Dispersionen an.
Unabhängig von der endgültigen Zusammensetzung oder genauen Aufrahmungszeit umfassen die erfindungsgemäßen stabilisierten Dispersionen für die Atemwege vorzugsweise eine Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen oder Mikroteilchen, die im Suspensionsmedium dispergiert oder suspendiert sind. In diesen Fällen umfassen die perforierten Mikrostrukturen eine Strukturmatrix, die Hohlräume, Poren, Defekte, Vertiefungen, Lücken, Zwischenräume, Öffnungen, Perforationen oder Löcher zeigt, definiert oder umfasst, die es dem umgebenden Suspensionsmedium ermöglichen, die Mikrostruktur ungehindert zu durchdringen, zu füllen oder zu erfüllen. Die absolute Form (im Gegensatz zu der Morphologie) der perforierten Mikrostruktur ist im Allgemeinen nicht kritisch, und es ist beabsichtigt, dass jede Gesamtkonfiguration, die die gewünschte Stabilisierung bereitstellt, innerhalb des Umfangs der Erfindung liegt. Demgemäß können bevorzugte Ausführungsformen ungefähr Mikrokugelformen umfassen. Zusammengefallene, verformte oder zerbrochene Teilchen sind jedoch ebenfalls kompatibel. Mit dieser Vorgabe ist klar, dass besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sprühgetrocknete, hohle, poröse Mikrokügelchen umfassen.
Um die Dispersionsstabilität zu maximieren und die Verteilung nach der Verabreichung zu optimieren, beträgt die durchschnittliche geometrische Teilchengröße der perforierten Mikrostrukturen bevorzugt etwa 0,5 bis 50 μm, stärker bevorzugt 1 bis 30 μm. Es ist klar, dass große Teilchen (d. h. größer als 50 μm) nicht verwendet werden sollten, da große Teilchen in der Regel aggregieren, sich aus der Suspension abtrennen und das Ventil oder die Öffnung des Behälters verstopfen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen beträgt die durchschnittliche geometrische Teilchengröße (oder der Durchmesser) der perforierten Mikrostrukturen weniger als 20 μm oder weniger als 10 μm. Stärker bevorzugt beträgt der durchschnittliche geometrische Durchmesser weniger als etwa 5 μm und noch stärker bevorzugt weniger als etwa 2,5 μm. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfassen die perforierten Mikrostrukturen ein Pulver aus trockenen, hohlen, porösen, mikrokugelförmigen Hüllen mit einem Durchmesser von ungefähr 1 bis 10 μm bei Hüllendicken von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 0,5 μm. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Teilchenkonzentration der Dispersionen und die Strukturmatrixkomponenten so eingestellt werden können, dass die Verabreichungseigenschaften der ausgewählten Teilchengröße optimiert werden.
Wie in der gesamten vorliegenden Beschreibung diskutiert, kann die Porosität der Mikrostrukturen eine wichtige Rolle bei der Einstellung der Dispersionsstabilität spielen. In dieser Hinsicht kann die durchschnittliche Porosität der perforierten Mikrostrukturen durch Elektronenmikroskopie gekoppelt mit modernen Abbildungsverfahren bestimmt werden. Insbesondere können elektronenmikroskopische Aufnahmen von repräsentativen Proben der perforierten Mikrostrukturen erhalten und digital analysiert werden, um die Porosität der Zubereitung quantitativ zu bestimmen. Ein derartiges Verfahren ist im Fachgebiet bekannt und kann ohne übermäßiges Experimentieren übernommen werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann die durchschnittliche Porosität (d. h. der Prozentsatz der Teilchenoberfläche, die zum Inneren und/oder einem zentralen Hohlraum offen ist) der perforierten Mikrostrukturen im Bereich von ungefähr 0,5% bis ungefähr 80% liegen. In stärker bevorzugten Ausführungsformen liegt die durchschnittliche Porosität im Bereich von ungefähr 2% bis ungefähr 40%. Bezogen auf ausgewählte Herstellungsparameter kann die durchschnittliche Porosität mehr als ungefähr 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% oder 30% der Mikrostrukturoberfläche betragen. In anderen Ausführungsformen kann die durchschnittliche Porosität der Mikrostrukturen mehr als etwa 40%, 50%, 60%, 70% oder sogar 80% betragen. Was die Poren selbst anbetrifft, liegt ihre Größe typischerweise im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 400 nm mit durchschnittlichen Porengrößen vorzugsweise im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 200 nm. In besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt die durchschnittliche Porengröße im Bereich von etwa 50 nm bis etwa 100 nm. Wie aus 1A1 bis 1F2 ersichtlich ist und nachstehend detaillierter diskutiert wird, ist ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass durch sorgfältige Wahl der eingebrachten Komponenten und Herstellungsparameter die Porengröße und Porosität genau reguliert werden können.
Neben der geometrischen Konfiguration spielt die perforierte oder poröse und/oder hohle Konstruktion der Mikrostrukturen auch eine wichtige Rolle bei den resultierenden Aerosoleigenschaften bei der Aktivierung des MDI. In dieser Hinsicht ermöglichen es die perforierte Struktur und die verhältnismäßig große Oberfläche den dispergierten Mikroteilchen, in dem Gasstrom während der Inhalation über längere Entfernungen leichter als nicht-perforierte Teilchen vergleichbarer Größe mitgeführt zu werden. Wegen ihrer hohen Porosität beträgt die Dichte der Teilchen deutlich weniger als 1,0 g/cm³, typischerweise weniger als 0,5 g/cm³, öfter in der Größenordnung von 0,1 g/cm³ und bis herunter zu 0,01 g/cm³. Im Gegensatz zu der geometrischen Teilchengröße hängt die aerodynamische Teilchengröße d_aer der perforierten Mikrostruktur im Wesentlichen von der Teilchendichte p ab: d_aer = d_geoρ, wobei d_geo der geometrische Durchmesser ist. Für eine Teilchendichte von 0,1 g/cm³ ist d_aer ungefähr dreimal kleiner als d_geo, was zu einer erhöhten Teilchenablagerung in den peripheren Bereichen der Lunge und einer entsprechend geringeren Ablagerung im Rachen führt. In dieser Hinsicht beträgt der durchschnittliche aerodynamische Durchmesser der perforierten Mikrostrukturen weniger als etwa 5 μm, stärker bevorzugt weniger als etwa 3 μm und in besonders bevorzugten Ausführungsformen weniger als etwa 2 μm. Diese Teilchenverteilungen wirken so, dass sie die Ablagerung des verabreichten Mittels in der tieferen Lunge erhöhen.
Wie nachfolgend in den Beispielen gezeigt wird, ist die Teilchengrößenverteilung der Aerosolformulierungen der vorliegenden Erfindung durch herkömmliche Verfahren, wie zum Beispiel Kaskadenimpaktoren, oder durch Flugzeit-Analyseverfahren messbar. Die Bestimmung der ausgestoßenen Dosis bei unter Druck stehenden Inhalationen wurde gemäß dem vorgeschlagenen U.S. Pharmacopeia Verfahren (Pharmacopeial Previews, 22(1996) 3065) durchgeführt, das hier durch die Bezugnahme eingeschlossen ist. Diese und verwandte Verfahren ermöglichen die Berechnung des „Anteils an feinen Teilchen” des Aerosols, welcher den Teilchen entspricht, die wahrscheinlich wirksam in der Lunge abgelagert werden. Der hier verwendete Ausdruck „Anteil an feinen Teilchen” bezieht sich auf den Prozentsatz der Gesamtmenge des wirksamen Medikaments, der pro Betätigung aus dem Mundstück auf die Platten 2–7 eines Andersen-Kaskadenimpaktors mit 8 Stufen abgegeben wird. Auf der Basis derartiger Messungen haben die erfindungsgemäßen Formulierungen vorzugsweise einen Anteil an feinen Teilchen von ungefähr 20 Gew.-% oder mehr der perforierten Mikrostrukturen (Gew./Gew.). Stärker bevorzugt zeigen sie einen Anteil an feinen Teilchen von etwa 25% bis 80% Gew./Gew. und noch stärker bevorzugt von etwa 30 bis 70% Gew./Gew. In ausgewählten Ausführungsformen umfasst die vorliegende Erfindung vorzugsweise einen Anteil an feinen Teilchen von mehr als etwa 30 Gew.-%, 40 Gew.-%, 50 Gew.-%, 60 Gew.-%, 70 Gew.-% oder 80 Gew.-%.
Ferner wurde auch gefunden, dass die Formulierungen der vorliegenden Erfindung, verglichen mit Zubereitungen nach dem Stand der Technik, am Einlasskanal und auf den Platten 0 und 1 des Impaktors verhältnismäßig geringe Ablagerungsraten zeigen. Eine Ablagerung auf diesen Komponenten ist mit einer Ablagerung im Rachen von Menschen verbunden. Genauer gesagt weisen die meisten im Handel erhältlichen CFC-Inhalatoren simulierte Ablagerungen im Rachen von ungefähr 40 bis 70% (Gew./Gew.) der Gesamtdosis auf, während die Formulierungen der vorliegenden Erfindung typischerweise weniger als etwa 20% Gew./Gew. ablagern. Demgemäß weisen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung simulierte Ablagerungen im Rachen von weniger als etwa 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15% oder sogar 10% Gew./Gew. auf. Für Fachleute ist klar, dass eine wesentliche Verringerung der Ablagerung im Rachen, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, zu einer entspechenden Verringerung von damit verbundenen lokalen Nebenwirkungen, wie Rachenreizung und Candidiasis, führt.
Im Hinblick auf das vorteilhafte Ablagerungsprofil, das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, ist bekannt, dass MDI-Treibmittel typischerweise suspendierte Teilchen mit einer hohen Geschwindigkeit aus der Vorrichtung gegen die Rückseite des Rachens drängen. Da Formulierungen nach dem Stand der Technik typischerweise einen merklichen Prozentsatz an großen Teilchen und/oder Aggregaten enthalten, können bis zu zwei Drittel oder mehr der ausgestoßenen Dosis auf den Rachen auftreffen. Dennoch (ihren, wie vorstehend diskutiert, die erfindungsgemäßen stabilisierten Dispersionen zu überraschend geringer Ablagerung im Rachen nach der Verabreichung. Ohne an irgendeine spezielle Theorie gebunden sein zu wollen, scheint es, dass sich die verringerte Ablagerung im Rachen, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, aus der Abnahme der Teilchenaggregation und aus der hohlen und/oder porösen Morphologie der eingebrachten Mikrostrukturen ergibt. Das heißt, die hohle und poröse Art der dispergierten Mikrostrukturen verlangsamt die Geschwindigkeit der Teilchen im Treibmittelstrom ebenso wie sich ein hohler/poröser Whiffleball langsamer als ein Baseball bewegt. Somit werden die sich verhältnismäßig langsam bewegenden Teilchen eher durch den Patienten eingeatmet, als dass sie auf der Rückseite des Rachens auftreffen und dort haften. Demgemäß wird ein wesentlich höherer Prozentsatz des verabreichten biologischen Wirkstoffes in den Atemwegen der Lunge abgelagert, wo er effizient absorbiert werden kann.
Welche Konfiguration und/oder Größenverteilung letztendlich für die perforierte Mikrostruktur gewählt wird, die Zusammensetzung der definierenden Strukturmatrix kann jedes beliebige aus einer Anzahl biokompatibler Materialien umfassen. Es ist klar, dass die hier verwendeten Begriffe „Strukturmatrix” oder „Mikrostrukturmatrix” gleichwertig sind und jeden Feststoff bedeuten sollen, der die perforierten Mikrostrukturen bildet, die eine Vielzahl von Hohlräumen, Öffnungen, Vertiefungen, Defekten, Poren, Löchern, Rissen etc. definieren, die die Bildung der stabilisierten Dispersionen fördern, wie vorstehend erläutert. Die Strukturmatrix kann in wässriger Umgebung löslich oder unlöslich sein. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die perforierte Mikrostruktur, die durch die Strukturmatrix definiert ist, ein sprühgetrocknetes, hohles, poröses Mikrokügelchen, das mindestens eine oberflächenaktive Substanz enthält. Bei anderen ausgewählten Ausführungsformen kann das teilchenförmige Material ein- oder mehrmals mit Polymeren, oberflächenaktiven Substanzen oder anderen Verbindungen beschichtet sein, die die Suspension unterstützen.
Allgemeiner gesprochen können die perforierten Mikrostrukturen aus jedem biokompatiblen Material erzeugt werden, das verhältnismäßig stabil und im Hinblick auf das gewählte Suspensionsmedium vorzugsweise unlöslich ist und die notwendige perforierte Konfiguration bereitstellen kann. Während viele verschiedene Materialien zur Herstellung der Teilchen verwendet werden können, ist in besonders bevorzugten Ausführungsformen die Strukturmatrix mit einer oberflächenaktiven Substanz, wie einem Phospholipid oder einer fluorierten oberflächenaktiven Substanz, verbunden oder umfasst diese. Auch wenn es nicht erforderlich ist, so kann das Einbringen einer kompatiblen oberflächenaktiven Substanz die Stabilität der Dispersionen für die Atemwege verbessern, die pulmonale Ablagerung erhöhen und die Herstellung der Suspension erleichtern. Darüber hinaus kann durch Änderung der Komponenten die Dichte der Strukturmatrix so eingestellt werden, dass sie sich der Dichte des umgebenden Mediums annähert und die Dispersion weiter stabilisiert. Schließlich umfassen die perforierten Mikrostrukturen vorzugsweise mindestens einen biologischen Wirkstoff, wie nachstehend ausführlicher diskutiert.
Wie vorstehend angegeben können die erfindungsgemäßen perforierten Mikrostrukturen gegebenenfalls mit einer oder mehreren oberflächenaktiven Substanzen verbunden sein oder diese umfassen. Darüber hinaus können mischbare oberflächenaktive Substanzen gegebenenfalls mit der flüssigen Phase des Suspensionsmediums vereinigt werden. Fachleuten ist klar, dass die Verwendung von oberflächenaktiven Substanzen weiter die Dispersionsstabilität erhöhen, Formulierungsverfahren vereinfachen oder die Bioverfügbarkeit nach der Verabreichung erhöhen kann, auch wenn sie zur Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist. Im Hinblick auf MDIs dienen oberflächenaktive Substanzen ferner dazu, das Dosierventil zu schmieren, wodurch die stetige Reproduzierbarkeit der Ventilbetätigung und Genauigkeit der verteilten Dosis sichergestellt wird. Natürlich ist es beabsichtigt, dass Kombinationen von oberflächenaktiven Substanzen, welche die Verwendung von einem oder mehreren davon in der flüssigen Phase und einem oder mehreren davon, die mit den perforierten Mikrostrukturen verbunden sind, einschließen, innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen. „Verbunden mit oder umfassen” bedeutet, dass die Strukturmatrix oder die perforierte Mikrostruktur die oberflächenaktive Substanz enthalten, adsorbieren, absorbieren, damit überzogen oder daraus gebildet sein kann.
In einem weiten Sinn schließen oberflächenaktive Substanzen, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, jede Verbindung oder Zusammensetzung ein, die die Bildung und Erhaltung der stabilisierten Dispersionen für die Atemwege unterstützt, indem eine Schicht an der Grenzfläche zwischen der Strukturmatrix und dem Suspensionsmedium gebildet wird. Die oberflächenaktive Substanz kann eine einzelne Verbindung oder jede Kombination von Verbindungen, wie im Fall von oberflächenaktiven Hilfsverbindungen, umfassen. Besonders bevorzugte oberflächenaktive Substanzen sind im Treibmittel unlöslich, nicht-fluoriert und aus gesättigten und ungesättigten Lipiden, nicht-ionischen Detergenzien, nicht-ionischen Blockcopolymeren, ionischen oberflächenaktiven Substanzen und Kombinationen dieser Mittel ausgewählt. Es sollte betont werden, dass außer den vorstehend erwähnten oberflächenaktiven Substanzen geeignete (d. h. biokompatible) fluorierte oberflächenaktive Substanzen mit der vorliegenden Lehre kompatibel sind und zur Bereitstellung der gewünschten stabilisierten Zubereitungen verwendet werden können.
Lipide, einschließlich Phospholipide, sowohl aus natürlichen als auch synthetischen Quellen sind mit der vorliegenden Erfindung besonders kompatibel und können in verschiedenen Konzentrationen verwendet werden, um die Strukturmatrix zu bilden. Im Allgemeinen umfassen kompatible Lipide diejenigen, die einen Übergang vom Gel zur Flüssigkristallphase oberhalb von etwa 40°C aufweisen. Die eingebrachten Lipide sind vorzugsweise verhältnismäßig langkettige (d. h. C₁₆-C₂₂), gesättigte Lipide und umfassen stärker bevorzugt Phospholipide. Beispielhafte Phospholipide, die in den offenbarten stabilisierten Zubereitungen verwendbar sind, umfassen E-Phosphatidylcholin, Dilauroylphosphatidylcholin, Dioleylphosphatidylcholin, Dipalmitoylphosphatidylcholin, Disteroylphosphatidylcholin, kurzkettige Phosphatidylcholine, Phosphatidylethanolamin, Dioleylphosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin, Phosphatidylglycerin, Phosphatidylinosit, Glycolipide, Gangliosid GM1, Sphingomyelin, Phosphatidsäure, Cardiolipin; Lipide, die Polymerketten tragen, wie Polyethylenglycol, Chitin, Hyaluronsäure oder Polyvinylpyrrolidon; Lipide, die sulfonierte Mono-, Di- und Polysaccharide tragen; Fettsäuren, wie Palmitinsäure, Stearinsäure und Ölsäure; Cholesterin, Cholesterinester und Cholesterinhemisuccinat. Auf Grund ihrer ausgezeichneten Biokompatibilitätseigenschaften sind Phospholipide und Kombinationen aus Phospholipiden und Poloxameren zur Verwendung in den hier offenbarten stabilisierten Dispersionen besonders geeignet.
Kompatible, nicht-ionische Detergenzien umfassen: Sorbitanester, einschließlich Sorbitantrioleat (Span^® 85), Sorbitansesquioleat, Sorbitanmonooleat, Sorbitanmonolaurat, Polyoxyethylen-(20)-sorbitanmonolaurat und Polyoxyethylen-(20)-sorbitanmonooleat, Oleylpolyoxyethylen-(2)-ether, Stearylpolyoxyethylen-(2)-ether, Laurylpolyoxyethylen-(4)-ether, Glycerinester und Saccharoseester. Andere geeignete nicht-ionische Detergenzien können unter Verwendung von McCutcheon's Emulsifiers and Detergents (McPublishing Co., Glen Rock, New Jersey) leicht identifiziert werden, das hier vollständig eingeschlossen ist. Bevorzugte Blockcopolymere schließen Zweiblock- und Dreiblockcopolymere von Polyoxyethylen und Polyoxypropylen, einschließlich Poloxamer 188 (Pluronic^® F68), Poloxamer 407 (Pluronic^® F-127) und Poloxamer 338, ein. Ionische oberflächenaktive Substanzen, wie Natriumsulfosuccinat, und Fettsäureseifen können ebenfalls verwendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen können die Mikrostrukturen Ölsäure oder ihr Alkalisalz umfassen.
Außer den vorstehend erwähnten oberflächenaktiven Substanzen sind besonders im Fall der Verabreichung von RNA oder DNA kationische oberflächenaktive Substanzen oder Lipide bevorzugt. Beispiele für geeignete kationische Lipide umfassen: DOTMA, N-[-(2,3-Dioleyloxy)propyl]-N,N,N-trimethylammoniumchlorid; DOTAP, 1,2-Dioleyloxy-3-(trimethylammonio)propan; und DOTB, 1,2-Dioleyl-3-(4'-trimethylammonio)butanoyl-sn-glycerin. Polykationische Aminosäuren, wie Polylysin und Polyarginin, werden ebenfalls in Betracht gezogen.
Fachleuten ist klar, dass ein breiter Bereich an oberflächenaktiven Substanzen gegebenenfalls in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Darüber hinaus kann die optimale oberflächenaktive Substanz oder eine Kombination davon für eine bestimmte Anwendung durch empirische Untersuchungen, die kein übermäßiges Experimentieren erfordern, leicht bestimmt werden. Es ist weiter klar, dass die bevorzugte Unlöslichkeit jeder in das Suspensionsmedium eingebrachten oberflächenaktiven Substanz dramatisch die damit verbundene Oberflächenaktivität verringert. So lässt sich darüber streiten, ob diese Materialien Eigenschaften aufweisen, die einer oberflächenaktiven Substanz gleich sind, bevor sie mit einer wässrigen bioaktiven Oberfläche (z. B. der wässrigen Hypophase in der Lunge) in Kontakt kommen. Schließlich können, wie nachstehend ausführlicher diskutiert, oberflächenaktive Substanzen, die die porösen Teilchen umfassen, ebenfalls bei der Bildung von Vorstufen von Öl-in-Wasser-Emulsionen (d. h. Beschickungsmaterial für das Sprühtrocknen) verwendbar sein, die während der Verarbeitung verwendet werden, um die Strukturmatrix zu bilden.
Anders als bei Formulierungen nach dem Stand der Technik wurde überraschenderweise gefunden, dass das Einbringen verhältnismäßig hoher Gehalte an oberflächenaktiven Substanzen (d. h. Phospholipide) verwendet werden kann, um die Stabilität der offenbarten Dispersionen zu erhöhen. Das heißt, die Strukturmatrix der perforierten Mikrostrukturen kann auf einer Basis von Gewicht zu Gewicht verhältnismäßig große Mengen an oberflächenaktiver Substanz umfassen. In dieser Hinsicht umfassen die perforierten Mikrostrukturen vorzugsweise mehr als etwa 1%, 5%, 10%, 15%, 18% oder sogar 20% Gew./Gew. oberflächenaktive Substanz. Stärker bevorzugt umfassen die perforierten Mikrostrukturen mehr als etwa 25%, 30%, 35%, 40%, 45% oder 50% Gew./Gew. oberflächenaktive Substanz. Noch andere beispielhafte Ausführungsformen umfassen perforierte Mikrostrukturen, in denen die oberflächenaktive Substanz oder die oberflächenaktiven Substanzen mit mehr als etwa 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder sogar 95% Gew./Gew. vorhanden sind. In ausgewählten Ausführungsformen umfassen die perforierten Mikrostrukturen im Wesentlichen 100% Gew./Gew. einer oberflächenaktiven Substanz, wie eines Phospholipids. Fachleuten ist klar, dass in derartigen Fällen die Restmenge der Strukturmatrix (wo anwendbar) vorzugsweise einen biologischen Wirkstoff oder nicht-oberflächenaktive Exzipienten oder Zusatzstoffe umfasst.
Bevorzugte Ausführungsformen umfassen perforierte Mikrostrukturen oder Mikrokügelchen, die mit großen Gehalten an oberflächenaktiver Substanz verbunden sind.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Strukturmatrix, welche die perforierte Mikrostruktur definiert, gegebenenfalls synthetische oder natürliche Polymere oder Kombinationen davon. In dieser Hinsicht umfassen verwendbare Polymere Polylactide, Polylactidglycolide, Cyclodextrine, Polyacrylate, Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohole, Polyanhydride, Polylactame, Polyvinylpyrrolidone, Polysaccharide (Dextrane, Stärken, Chitin, Chitosan usw.), Hyaluronsäure und Proteine (Albumin, Collagen, Gelatine usw.). Fachleuten ist klar, dass durch Auswahl der passenden Polymere das Verabreichungsprofil der Dispersion für die Atemwege angepasst werden kann, um die Wirksamkeit des biologischen Wirkstoffs zu optimieren.
Außer den vorstehend erwähnten Polymermaterialien und oberflächenaktiven Substanzen kann es wünschenswert sein, andere Exzipienten zu einer Aerosolformulierung zu geben, um die Steifigkeit der Mikrokügelchen, die Arzneistoffverabreichung und -ablagerung, die Haltbarkeitsdauer und die Akzeptanz durch den Patienten zu verbessern. Diese optionalen Exzipienten umfassen, sind aber nicht begrenzt auf: Farbmittel, Mittel zur Geschmacksmaskierung, Puffer, hygroskopische Mittel, Antioxidanzien und chemische Stabilisatoren. Ferner können verschiedene Exzipienten in die Teilchenmatrix eingebracht oder zu ihr gegeben werden, um den perforierten Mikrostrukturen (d. h. Mikrokügelchen) Struktur und Form zu verleihen. Diese Exzipienten können Kohlenhydrate, einschließlich Monosacchariden, Disacchariden und Polysacchariden, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise Monosaccharide, wie Dextrose (wasserfrei und Monohydrat), Galactose, Mannit, D-Mannose, Sorbit, Sorbose und dergleichen; Disaccharide, wie Lactose, Maltose, Saccharose, Trehalose und dergleichen; Trisaccharide, wie Raffinose und dergleichen; und andere Kohlenhydrate, wie Stärken (Hydroxyethylstärke), Cyclodextrine und Maltodextrine. Aminosäuren sind ebenfalls geeignete Exzipienten, wobei Glycin bevorzugt ist. Ferner sollen Gemische aus Kohlenhydraten und Aminosäuren innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Der Einschluss von sowohl anorganischen (z. B. Natriumchlorid, Calciumchlorid) als auch organischen Salzen (z. B. Natriumcitrat, Natriumascorbat, Magnesiumgluconat, Natriumgluconat, Tromethaminhydrochlorid) und Puffer wird ebenfalls in Betracht gezogen.
Noch andere bevorzugte Ausführungsformen schließen perforierte Mikrostrukturen ein, die geladene Spezies, welche die Verweilzeit am Kontaktpunkt verlängern oder das Eindringen durch die Schleimhäute erleichtern, umfassen können oder damit überzogen sein können. Beispielsweise ist von anionischen Ladungen bekannt, dass sie die Haftung auf der Schleimhaut fördern, während kationische Ladungen verwendet werden können, um die gebildeten Mikroteilchen mit negativ geladenen biologischen Wirkstoffen, wie genetischem Material, zu verbinden. Die Ladungen können durch die Verbindung mit oder das Einbringen von polyanionischen oder polykationischen Materialien, wie Polyacrylsäuren, Polylysin, Polymilchsäure und Chitosan, verliehen werden.
Zusätzlich zu oder anstelle von den vorstehend diskutierten Komponenten umfassen die perforierten Mikrostrukturen vorzugsweise mindestens einen biologischen Wirkstoff. Wie hier verwendet, bezieht sich „biologischer Wirkstoff” auf eine Substanz, die in Verbindung mit einer Anwendung verwendet wird, die therapeutischer oder diagnostischer Art ist, wie Verfahren zur Diagnose des Vorliegens oder der Abwesenheit einer Krankheit bei einem Patienten und/oder Verfahren zur Behandlung einer Krankheit bei einem Patienten. Zur Verwendung gemäß der Erfindung besonders bevorzugte biologische Wirkstoffe umfassen Antiallergika, Peptide und Proteine, Bronchodilatoren und entzündungshemmende Steroide zur Verwendung bei der Behandlung von Atemwegserkrankungen, wie Asthma, durch eine Inhalationstherapie.
Es ist klar, dass die perforierten Mikrostrukturen der vorliegenden Erfindung ausschließlich einen oder mehrere biologische Wirkstoffe (d. h. 100% Gew./Gew.) umfassen können. In ausgewählten Ausführungsformen können die perforierten Mikrostrukturen jedoch, abhängig von dessen Wirksamkeit, viel weniger biologischen Wirkstoff enthalten. Demgemäß können für hochwirksame Materialien die perforierten Mikrostrukturen nur 0,001 Gew.-% enthalten, obwohl eine Konzentration von mehr als etwa 0,1% Gew./Gew. bevorzugt ist. Andere Ausführungsformen der Erfindung können mehr als etwa 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% oder sogar 40% Gew./Gew. des biologischen Wirkstoffes umfassen. Noch stärker bevorzugt können die perforierten Mikrostrukturen mehr als etwa 50%, 60%, 70%, 75%, 80% oder sogar 90% Gew./Gew. des biologischen Wirkstoffes umfassen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthält die stabilisierte Enddispersion für die Atemwege wünschenswerterweise etwa 40% bis 60% Gew./Gew., stärker bevorzugt 50% bis 70% Gew./Gew. und noch stärker bevorzugt 60% bis 90% Gew./Gew. biologischen Wirkstoff im Verhältnis zum Gewicht der Mikroteilchenmatrix. Die genaue Menge des in die erfindungsgemäßen stabilisierten Dispersionen eingebrachten biologischen Wirkstoffes hängt von dem ausgewählten Mittel, der erforderlichen Dosis und der Form des Arzneistoffs ab, das tatsächlich zum Einbringen verwendet wird. Fachleuten ist klar, dass derartige Bestimmungen unter Verwendung von bekannten pharmakologischen Verfahren in Kombination mit der Lehre der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können.
Demgemäß schließen biologische Wirkstoffe, die in Form von Medikamenten in Aerosolform verabreicht werden können, in Verbindung mit der vorliegenden Lehre jeden Arzneistoff ein, der in einer Form dargereicht werden kann, die verhältnismäßig unlöslich im gewählten Treibmittel ist und in physiologisch wirksamen Mengen in der Lunge aufgenommen werden kann. Kompatible biologische Wirkstoffe umfassen hydrophile und lipophile respiratorische Mittel, Bronchodilatoren, Antibiotika, antivirale Mittel, pulmonale Lungensurfactanten, entzündungshemmende Mittel, Steroide, Antihistaminika, Leukotrieninhibitoren oder -antagonisten, Anticholinergika, Antineoplastika, Anästhetika, Enzyme, cardiovaskuläre Mittel, genetisches Material, einschließlich DNA und RNA, virale Vektoren, immunologische Wirkstoffe, Kontrastmittel, Impfstoffe, Immunsuppressiva, Peptide, Proteine und Kombinationen davon. Besonders bevorzugte biologische Wirkstoffe zur Verabreichung unter Verwendung von Medikamenten in Aerosolform gemäß der vorliegenden Erfindung schließen Mastzelleninhibitoren (Antiallergika), Bronchodilatoren und entzündungshemmende Steroide zur Verwendung bei der Behandlung von Atemwegserkrankungen, wie Asthma, durch Inhalationstherapie, beispielsweise Cromoglycat (z. B. das Natriumsalz) und Albuterol (z. B. das Sulfatsalz), ein. Zur systemischen Verabreichung (z. B. Verabreichung des biologischen Wirkstoffs an den systemischen Kreislauf zur Behandlung von Autoimmunkrankheiten, wie Diabetes oder multiple Sklerose) werden Peptide und Proteine besonders bevorzugt.
Beispielhafte Medikamente oder biologische Wirkstoffe können beispielsweise aus Analgetika, z. B. Codein, Dihydromorphin, Ergotamin, Fentanyl oder Morphin; Zubereitungen gegen Angina pectoris, z. B. Diltiazem; Mastzelleninhibitoren, z. B. Cromolynnatrium; antiinfektiösen Mitteln, z. B. Cephalosporinen, Makroliden, Chinolinen, Penicillinen, Streptomycin, Sulfonamiden, Tetracyclinen und Pentamidin; Antihistaminika, z. B. Methapyrilen; entzündungshemmenden Mitteln, z. B. Fluticasonpropionat, Beclomethasondipropionat, Flunisolid, Budesonid, Tripedan, Cortison, Prednison, Prednisolon, Dexamethason, Betamethason oder Triamcinolonacetonid; Antitussiva, z. B. Noscapin; Bronchodilatoren, z. B. Ephedrin, Adrenalin, Fenoterol, Formoterol, Isoprenalin, Metaproterenol, Salbutamol, Albuterol, Salmeterol oder Terbutalin; Diuretika, z. B. Amilorid; Anticholinergika, z. B. Ipatropium, Atropin oder Oxitropium; Lungensurfactanten, z. B. Surfaxin, Exosurf oder Survanta; Xanthinen, z. B. Aminophyllin, Theophyllin oder Coffein; therapeutischen Proteinen und Peptiden, z. B. DNAse, Insulin, Glucagon, LHRH, Nafarelin, Goserelin, Leuprolid, Interferon, rhu IL-1-Rezeptor, Makrophagenaktivierungsfaktoren, wie Lymphokinen und Muramyldipeptiden, Opioidpeptiden und Neuropeptiden, wie Enkephalinen, Endorphinen, Renininhibitoren, Cholecystokininen, DNAse, Wachstumshormonen, Leukotrieninhibitoren und dergleichen ausgewählt werden. Außerdem können biologische Wirkstoffe, die eine RNA- oder DNA-Sequenz umfassen, besonders die zur Gentherapie, genetischen Impfung, genetischen Toleranzbildung oder Antisense-Anwendungen verwendbaren, in die offenbarten Dispersionen, wie hier beschrieben, eingebracht werden. Repräsentative DNA-Plasmide schließen pCMVβ (erhältlich von Genzyme Corp., Framington, MA) und pCMV-β-gal (ein CMV-Promotor, der an das Lac-Z-Gen von E. coli gebunden ist, das für das Enzym β-Galactosidase kodiert) ein.
Der (die) ausgewählte(n) biologische(n) Wirkstoff(e) kann/können in jeder Form, die die gewünschte Effizienz bereitstellt und mit den gewählten Herstellungsverfahren kompatibel ist, die perforierten Mikrostrukturen umfassen, damit verbunden sein oder in sie eingebracht werden. Die hier verwendeten Begriffe „verbinden” oder „Verbinden” bedeuten, dass die Strukturmatrix oder perforierte Mikrostruktur den biologischen Wirkstoff umfassen, enthalten, adsorbieren, absorbieren, damit überzogen sein oder dadurch gebildet sein kann. Wenn es geeignet ist, können die Medikamente in Form von Salzen (z. B. Alkalimetall- oder Aminsalze oder als Säureadditionssalze) oder als Ester oder als Solvate (Hydrate) verwendet werden. In dieser Hinsicht kann die Form des biologischen Wirkstoffes so ausgewählt werden, dass die Wirksamkeit und/oder Stabilität des Medikaments optimiert wird und/oder die Löslichkeit des Medikaments im Suspensionsmedium minimiert wird. Es ist ferner klar, dass die erfindungsgemäßen Formulierungen in Aerosolform, falls gewünscht, eine Kombination aus zwei oder mehreren Wirkstoffen enthalten können. Die Mittel können in Kombination in einer einzelnen Spezies der perforierten Mikrostruktur oder einzeln in getrennten Spezies von perforierten Mikrostrukturen bereitgestellt werden, die im Suspensionsmedium vereinigt werden. Beispielsweise können zwei oder mehrere biologische Wirkstoffe in die Zubereitung eines einzelnen Beschickungsmaterials eingebracht und sprühgetrocknet werden, wobei eine einzelne Mikrostrukturspezies, die eine Vielzahl von Medikamenten umfasst, bereitgestellt wird. Umgekehrt können die einzelnen Medikamente zu getrennten Beschickungsmaterialien gegeben und getrennt sprühgetrocknet werden, wobei eine Vielzahl von Mikrostrukturspezies mit verschiedenen Zusammensetzungen bereitgestellt wird. Diese einzelnen Spezies können in jedem gewünschten Anteil in das Treibmittelmedium gegeben werden und in das Aerosolverabreichungssystem, wie nachstehend beschrieben, eingesetzt werden, Ferner können, wie vorstehend kurz erwähnt, die perforierten Mikrostrukturen (mit oder ohne ein damit verbundenes Medikament) mit einem oder mehreren herkömmlicherweise mikronisierten biologischen Wirkstoffen vereinigt werden, um die gewünschte Dispersionsstabilität bereitzustellen.
Bezogen auf das Vorstehende ist Fachleuten klar, dass viele verschiedene biologische Wirkstoffe in die offenbarten stabilisierten Dispersionen eingebracht werden können. Demgemäß ist die Liste von bevorzugten biologischen Wirkstoffen nur beispielhaft und soll nicht begrenzend sein. Fachleuten ist ebenfalls klar, dass die richtige Menge eines biologischen Wirkstoffes und die zeitliche Festlegung der Dosierungen für die Formulierungen gemäß bereits vorliegender Information und ohne übermäßiges Experimentieren bestimmt werden kann.
Wie aus den vorstehenden Abschnitten ersichtlich ist, können verschiedene Komponenten mit den perforierten Mikrostrukturen der vorliegenden Erfindung verbunden oder in sie eingebracht werden. Gleichermaßen können mehrere Verfahren verwendet werden, um Teilchen mit der passenden Morphologie (d. h. einer perforierten Konfiguration) und Dichte bereitzustellen. Neben anderen Verfahren können perforierte Mikrostrukturen, die mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind, mit Verfahren erzeugt werden, einschließlich Lyophilisation, Sprühtrocknung, multiple Emulsion, Mikronisation oder Kristallisation. Es ist ferner klar, dass die Grundbegriffe vieler dieser Verfahren im Stand der Technik bekannt sind und angesichts der vorliegenden Lehre kein übermäßiges Experimentieren erfordern, um sie so anzupassen, dass die gewünschten perforierten Mikrostrukturen bereitgestellt werden.
Während mehrere Verfahren im Allgemeinen mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind, umfassen besonders bevorzugte Ausführungsformen typischerweise perforierte Mikrostrukturen, die durch Sprühtrocknen hergestellt wurden. Wie bekannt ist, ist Sprühtrocknen ein Einstufenverfahren, das eine flüssige Beschickung in eine Form von getrockneten Teilchen umwandelt. Was die pharmazeutischen Anwendungen anbelangt, ist klar, dass Sprühtrocknen verwendet wurde, um pulverisiertes Material für verschiedene Verabreichungswege, einschließlich Inhalation, bereitzustellen. Siehe zum Beispiel M. Sacchetti und M. M. Van Dort in: Inhalation Aerosols: Physical and Biological Basis for Therapy, A. J. Hickey, Hrsg. Marcel Dekkar, New York, 1996, das hier durch die Bezugnahme eingeschlossen ist.
Im Allgemeinen besteht Sprühtrocknen aus dem Zusammenbringen einer hochdispergierten Flüssigkeit und eines ausreichenden Volumens an heißer Luft, um eine Verdampfung und ein Trocknen der flüssigen Tröpfchen hervorzurufen. Die Zubereitung, die sprühgetrocknet werden soll, oder die Beschickung (oder das Beschickungsmaterial) kann jede Lösung, Rohsuspension, Aufschlämmung, kolloidale Dispersion oder Paste sein, die unter Verwendung der ausgewählten Sprühtrocknungseinrichtung zerstäubt werden kann. Typischerweise wird die Beschickung in einen Strom aus warmer, filtrierter Luft gesprüht, der das Lösungsmittel verdampft und das getrocknete Produkt zu einem Sammelbehälter weiterleitet. Die verbrauchte Luft wird dann mit dem Lösungsmittel abgeleitet. Fachleuten ist klar, dass mehrere verschiedene Arten von Vorrichtungen verwendet werden können, um das gewünschte Produkt bereitzustellen. Beispielsweise erzeugen kommerzielle Sprühtrockner, die von Büchi Ltd. oder Niro Corp. hergestellt werden, wirksam Teilchen der gewünschten Größe. Es ist ferner klar, dass diese Sprühtrockner und besonders ihre Zerstäuber für spezialisierte Anwendungen, d. h. das gleichzeitige Sprühen von zwei Lösungen unter Verwendung eines Doppeldüsenverfahrens, modifiziert oder angepasst werden können. Genauer gesagt kann eine Wasser-in-Öl-Emulsion aus einer Düse zerstäubt werden, und eine Lösung, die eine Antihaftsubstanz, wie Mannit, enthält, kann aus einer zweiten Düse mitzerstäubt werden. In anderen Fallen kann es wünschenswert sein, die Beschickungslösung unter Verwendung einer Hochdruckflüssigkeitschromatographie-(HPLC)-Pumpe durch eine angepasste Düse zu drücken. Vorausgesetzt, dass Mikrostrukturen, welche die richtige Morphologie und/oder Zusammensetzung umfassen, hergestellt werden, ist die Wahl der Vorrichtung nicht kritisch und angesichts der vorliegenden Lehre für den Fachmann offensichtlich.
Während die resultierenden sprühgetrockneten, pulverisierten Teilchen typischerweise ungefähr Kugelform und eine fast einheitliche Größe aufweisen und häufig hohl sind, kann, abhängig von dem eingebrachten Medikament und den Sprühtrocknungsbedingungen, ein gewisser Grad an Unregelmäßigkeit der Form vorliegen. In vielen Fällen scheint die Dispersionsstabilität der sprühgetrockneten Mikrokügelchen wirksamer zu sein, wenn bei ihrer Herstellung ein Blähmittel (oder Treibmittel) verwendet wird. Besonders bevorzugte Ausführungsformen können eine Emulsion mit dem Blähmittel als die disperse oder kontinuierliche Phase umfassen (wobei die andere Phase wässriger Natur ist). Das Blähmittel wird vorzugsweise mit einer Lösung der oberflächenaktiven Substanz unter Verwendung von beispielsweise einem im Handel erhältlichen Mikrofluidizer bei einem Druck von etwa 5000 bis 15.000 psi dispergiert. Dieses Verfahren ergibt eine Emulsion, die vorzugsweise durch eine eingebrachte oberflächenaktive Substanz stabilisiert wird, und die typischerweise Tröpfchen im Submikron-Bereich eines mit Wasser nicht mischbaren Treibmittels, das in einer wässrigen, kontinuierlichen Phase dispergiert ist, umfasst. Die Herstellung derartiger Dispersionen unter Verwendung dieses Verfahrens und anderer Verfahren ist üblich und Fachleuten bekannt. Das Treibmittel ist vorzugsweise eine fluorierte Verbindung (z. B. Perfluorhexan, Perfluoroctylbromid, Perfluordecalin oder Perfluorbutylethan), die während des Sprühtrocknungsverfahrens verdampft, wobei im Allgemeinen hohle, poröse, aerodynamisch leichte Mikrokügelchen zurückgelassen werden. Wie nachstehend ausführlicher diskutiert wird, schließen andere geeignete Treibmittel Chloroform, Freone und Kohlenwasserstoffe ein. Stickstoff- und Kohlendioxidgas werden ebenfalls als ein geeignetes Treibmittel in Betracht gezogen.
Obwohl die perforierten Mikrostrukturen vorzugsweise unter Verwendung eines Treibmittels, wie vorstehend beschrieben, hergestellt werden, ist klar, dass in einigen Fällen kein Treibmittel erforderlich ist und eine wässrige Dispersion des Medikaments und der oberflächenaktiven Substanzen) direkt sprühgetrocknet wird. In derartigen Fällen kann die Formulierung den Verfahrensbedingungen (z. B. erhöhten Temperaturen) unterzogen werden, die im Allgemeinen zur Bildung von hohlen, verhältnismäßig porösen Mikroteilchen führen. Darüber hinaus kann das Medikament spezielle physikalisch-chemische Eigenschaften (z. B. eine hohe Kristallinität, eine erhöhte Schmelztemperatur, Oberflächenaktivität usw.) besitzen, was es zur Verwendung in derartigen Verfahren besonders geeignet macht.
Wenn ein Treibmittel verwendet wird, scheint der Grad der Porosität der perforierten Mikrostruktur mindestens teilweise von der Art des Treibmittels, seiner Konzentration in dem Beschickungsmaterial (d. h. als Emulsion) und den Sprühtrocknungsbedingungen abzuhängen. Im Hinblick auf die Regulierung der Porosität wurde überraschenderweise gefunden, dass die Verwendung von Verbindungen, die bislang nicht als Treibmittel erkannt wurden, perforierte Mikrostrukturen mit besonders wünschenswerten Eigenschaften bereitstellen kann. Insbesondere wurde in diesem neuen und unerwarteten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung gefunden, dass die Verwendung von fluorierten Verbindungen mit verhältnismäßig hohen Siedepunkten (d. h. mehr als etwa 60°C) zur Herstellung von Teilchen, die für Inhalationstherapien besonders geeignet sind, verwendet werden kann. In dieser Hinsicht ist es möglich, fluorierte Treibmittel mit Siedepunkten von mehr als etwa 70°C, 80°C, 90°C oder sogar 95°C zu verwenden. Besonders bevorzugte Treibmittel (z. B Perflubron oder Perfluordecalin) weisen höhere Siedepunkte als der Siedepunkt von Wasser, d. h. mehr als 100°C, auf. Außerdem werden Treibmittel mit einer verhältnismäßig niedrigen Wasserlöslichkeit (<10^–6 M) bevorzugt, da sie die Herstellung von stabilen Emulsionsdispersionen mit mittleren gewichteten Teilchendurchmessern von weniger als 0,3 um ermöglichen. Wie vorstehend angegeben, werden diese Treibmittel vor dem Sprühtrocknen vorzugsweise in ein emulgiertes Beschickungsmaterial eingebracht. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfasst dieses Beschickungsmaterial auch bevorzugt einen oder mehrere biologische Wirkstoffe, eine oder mehrere oberflächenaktive Substanzen und einen oder mehrere Exzipienten. Natürlich liegen auch Kombinationen der vorstehend erwähnten Komponenten innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Ohne die Erfindung in irgendeiner Weise zu begrenzen, wird angenommen, dass die wässrige Beschickungskomponente auf der Oberfläche der Teilchen eine dünne Kruste zurücklässt, während sie beim Sprühtrocknen verdampft. Die resultierende Teilchenwand oder -kruste, die während der Anfangsmomente des Sprühtrocknens gebildet wurde, scheint jedes hochsiedende Treibmittel als Hunderte von Emulsionströpfchen (ca. 200 bis 300 nm) einzufangen. Während sich der Trocknungsprozess fortsetzt, erhöht sich der Druck im Inneren des Teilchens, wodurch mindestens ein Teil des eingebrachten Treibmittels verdampft und durch die verhältnismäßig dünne Kruste gezwungen wird. Dieses Belüften oder Entgasen führt offensichtlich zur Bildung von Poren oder anderen Defekten in der Kruste. Gleichzeitig wandern verbliebene Teilchenkomponenten (die möglicherweise etwas Treibmittel einschließen) vom Inneren zur Oberfläche, während sich das Teilchen verfestigt. Als Folge eines erhöhten Widerstandes gegenüber einem Massentransport, der durch eine erhöhte Viskosität im Inneren hervorgerufen wird, verlangsamt sich offensichtlich diese Wanderung während des Trocknungsprozesses. Sobald die Wanderung aufhört, verfestigt sich das Teilchen, wobei da, wo das Emulgiermittel vorhanden war, Vesikel, Vakuolen oder Hohlräume zurückbleiben. Die Zahl der Poren, ihre Größe und die resultierende Wanddicke hängen größtenteils von der Art des ausgewählten Treibmittels (d. h. Siedepunkt), seiner Konzentration in der Emulsion, der Konzentration der gesamten Feststoffe und den Sprühtrocknungsbedingungen ab.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass wesentliche Mengen dieser verhältnismäßig hochsiedenden Treibmittel in dem resultierenden sprühgetrockneten Produkt zurückgehalten werden können. Das heißt, die sprühgetrockneten, perforierten Mikrostrukturen können 5%, 10%, 20%, 30% oder sogar 40% Gew./Gew. des Treibmittels umfassen. In derartigen Fällen werden als Folge einer erhöhten Teilchendichte, die durch verbliebenes Treibmittel hervorgerufen wurde, höhere Herstellungsausbeuten erhalten. Für Fachleute ist klar, dass dieses zurückgehaltene fluorierte Treibmittel die Oberflächeneigenschaften der perforierten Mikrostrukturen ändern und weiter die Stabilität der Dispersionen für die Atemwege erhöhen kann. Umgekehrt kann das verbliebene Treibmittel mit einem Verdampfungsschritt nach der Herstellung in einem Vakuumofen leicht entfernt werden. Gegebenenfalls können Poren durch Sprühtrocknen eines biologischen Wirkstoffes und eines Exzipienten, der aus den gebildeten Mikrokügelchen unter Vakuum entfernt werden kann, gebildet werden.
Auf jeden Fall liegen typische Konzentrationen des Treibmittels im Beschickungsmaterial zwischen 5% und 100% Gew./Vol. und stärker bevorzugt zwischen etwa 20% und 90% Gew./Vol. In anderen Ausführungsformen betragen die Treibmittelkonzentrationen vorzugsweise mehr als etwa 10%, 20%, 30%, 40%, 50% oder sogar 60% Gew./Vol. Noch andere Emulsionen des Beschickungsmaterials können 70%, 80%, 90% oder sogar 95% Gew./Vol. der ausgewählten Verbindung mit hohem Siedepunkt umfassen.
In bevorzugten Ausführungsformen besteht ein anderes Verfahren zur Identifizierung der Konzentration des in der Beschickung verwendeten Treibmittels in seiner Bereitstellung als Verhältnis der Konzentration des Treibmittels zu der der stabilisierenden oberflächenaktiven Substanz (d. h. Phospholipid) in der Vorstufenemulsion. Bei Fluorkohlenstofftreibmitteln, wie Perfluoroctylbromid und Phosphatidylcholin, kann das Verhältnis als Perfluorkohlenstoff/Phosphatidylcholin-Verhältnis (oder PFC/PC-Verhältnis) bezeichnet werden. Auch wenn Phosphatidylcholin als Beispiel verwendet wird, ist klar, dass es gegen die geeignete oberflächenaktive Substanz ausgetauscht werden kann. Auf jeden Fall liegt das PFC/PC-Verhältnis im Bereich von etwa 1 bis etwa 60 und stärker bevorzugt von etwa 10 bis etwa 50. Für bevorzugte Ausführungsformen beträgt das Verhältnis im Allgemeinen mehr als etwa 5, 10, 20, 25, 30, 40 oder sogar 50. In dieser Hinsicht zeigt 1 eine Reihe von Bildern, die von perforierten Mikrostrukturen aufgenommen wurden, die aus Phosphatidylcholin (PC) unter Verwendung von verschiedenen Mengen an Perfluoroctylbromid (PFC), einem Fluorkohlenstoff mit verhältnismäßig hohem Siedepunkt als Treibmittel, hergestellt wurden. Die PFC/PC-Verhältnisse werden unter jeder Untergruppe von Bildern, d. h. von 1A bis 1F, bereitgestellt. Die Herstellungs- und Abbildungsbedingungen werden in den nachstehenden Beispielen I und II ausführlicher diskutiert. Im Hinblick auf die mikroskopischen Aufnahmen zeigt die Spalte links die unversehrten Mikrostrukturen, während die Spalte rechts Querschnitte von zerbrochenen Mikrostrukturen aus denselben Zubereitungen veranschaulicht.
Wie aus 1 leicht ersichtlich ist, stellt die Verwendung von höheren PFC/PC-Verhältnissen Strukturen einer hohleren und poröseren Art bereit. Insbesondere stellten offensichtlich die Verfahren, die ein PFC/PC-Verhältnis von mehr als etwa 4,8 verwendeten, in der Regel Strukturen bereit, die mit den hier offenbarten Dispersionen besonders kompatibel sind. Gleichermaßen veranschaulicht 2, eine mikroskopische Aufnahme, die im nachstehenden Beispiel IV ausführlicher diskutiert wird, eine vorzugsweise poröse Morphologie, die unter Verwendung von Treibmitteln mit höherem Siedepunkt (in diesem Fall Perfluordecalin) erhalten wurde.
Auch wenn Treibmittel mit einem verhältnismäßig hohen Siedepunkt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen, ist klar, dass. herkömmlichere Treib- oder Blähmittel ebenfalls verwendet werden können, um kompatible perforierte Mikrostrukturen bereitzustellen. Im Allgemeinen, kann das Blähmittel jedes Material sein, das an einem gewissen Punkt während des Sprühtrocknungsverfahrens oder nach der Herstellung zu einem Gas wird. Geeignete Mittel schließen ein:

1. Gelöste niedrigsiedende (unter 100°C) Lösungsmittel mit begrenzter Mischbarkeit mit wässrigen Lösungen, wie Methylenchlorid, Aceton und Schwefelkohlenstoff, die zur Sättigung der Lösung bei Zimmertemperatur verwendet werden.
2. Ein Gas, z. B. CO₂ oder N₂, das zur Sättigung der Lösung bei Zimmertemperatur und erhöhtem Druck (z. B. 3 bar) verwendet wird. Die Tröpfchen sind dann bei 1 atm und 100°C mit dem Gas übersättigt.
3. Emulsionen von nicht-mischbaren niedrigsiedenden (unter 100°C) Flüssigkeiten, wie Freon 113, Perfluorpentan, Perfluorhexan, Perfluorbutan, Pentan, Butan, FC-11, FC-11B1, FC-11B2, FC-12B2, FC-21, FC-21B1, FC-21B2, FC-31B1, FC-113A, FC-122, FC-123, FC-132, FC-133, FC-141, FC-141B, FC-142, FC-151, FC-152, FC-1112, FC-1121 und FC-1131.

Was diese Blähmittel mit niedrigerem Siedepunkt anbelangt, werden sie typischerweise in Mengen von etwa 1% bis 80% Gew./Vol. der Lösung der oberflächenaktiven Substanz zum Beschickungsmaterial gegeben. Es wurde gefunden, dass ungefähr 30% Gew./Vol. des Blähmittels ein sprühgetrocknetes Pulver ergeben, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen stabilisierten Dispersionen verwendet werden kann.
Unabhängig davon, welches Treibmittel schließlich ausgewählt wird, wurde gefunden, dass unter Verwendung eines Minisprühtrockners von Büchi (Modell B-191, Schweiz) kompatible perforierte Mikrostrukturen besonders effizient hergestellt werden können. Wie für Fachleute klar, sind die Eingangstemperatur und die Ausgangstemperatur des Sprühtrockners nicht kritisch, weisen jedoch einen derartigen Wert auf, dass die gewünschte Teilchengröße bereitgestellt wird und sich ein Produkt ergibt, das die gewünschte Wirksamkeit des Medikaments aufweist. In dieser Hinsicht werden die Eingangs- und Ausgangstemperaturen abhängig von den Schmelzeigenschaften der Formulierungskomponenten und der Zusammensetzung des Beschickungsmaterials eingestellt. Die Eingangstemperatur kann somit zwischen 60°C und 170°C liegen, wobei die Ausgangstemperaturen von etwa 40°C bis 120°C von der Zusammensetzung der Beschickung und den gewünschten Teilcheneigenschaften abhängen. Diese Temperaturn reichen vorzugsweise von 90°C bis 120°C für den Eingang und von 60°C bis 90°C für den Ausgang. Die Strömungsgeschwindigkeit, welche in der Sprühtrocknungsausrüstung verwendet wird, beträgt im Allgemeinen etwa 3 ml pro Minute bis etwa 15 ml pro Minute. Die Luftströmgeschwindigkeit im Zerstäuber variiert zwischen Werten von 1.200 1 pro Stunde bis etwa 3.900 l pro Stunde. Im Handel erhältliche Sprühtrockner sind Fachleuten bekannt, und geeignete Einstellungen für jede spezielle Dispersion können durch empirische Standarduntersuchungen mit angemessener Bezugnahme auf die folgenden Beispiele leicht bestimmt werden. Natürlich können die Bedingungen so eingestellt werden, dass für größere Moleküle, wie Proteine oder Peptide, die biologische Wirksamkeit erhalten bleibt.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Sprühtrocknungszubereitungen, die eine oberflächenaktive Substanz, wie ein Phospholipid, und mindestens einen biologischen Wirkstoff umfassen. In anderen Ausführungsformen kann die Sprühtrocknungszubereitung zusätzlich zu jeder ausgewählten oberflächenaktiven Substanz ferner einen Exzipienten umfassen, der eine hydrophile Einheit, wie zum Beispiel ein Kohlenhydrat (d. h. Glucose, Lactose oder Stärke), umfasst. In dieser Hinsicht sind verschiedene Stärken und derivatisierte Stärken zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Andere optionale Komponenten können herkömmliche Viskositätsmodifikatoren, Puffer, wie Phosphatpuffer oder andere herkömmliche biokompatible Puffer, oder Mittel zur Einstellung des pH-Werts, wie Säuren oder Basen, und osmotische Mittel (zur Bereitstellung von Isotonie, Hyperosmolarität oder Hyposmolarität) einschließen. Beispiele für geeignete Salze schließen Natriumphosphat (sowohl einbasig als auch zweibasig), Natriumchlorid, Calciumphosphat, Calciumchlorid und andere physiologisch verträgliche Salze ein.
Welche Komponenten auch immer ausgewählt werden, der erste Schritt bei der Teilchenherstellung umfasst typischerweise die Herstellung des Beschickungsmaterials. Vorzugsweise wird der ausgewählte Arzneistoff in Wasser gelöst, um eine konzentrierte Lösung herzustellen. Der Arzneistoff kann auch, besonders im Fall von wasserunlöslichen Mitteln, direkt in der Emulsion dispergiert werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Arzneistoff in Form einer Dispersion von Feststoffteilchen eingebracht werden. Die Konzentration des verwendeten Arzneistoffs hängt von der Arzneistoffdosis, die im Endpulver erforderlich ist, und dem Leistungsvermögen der MDI-Arzneistoffsuspension (z. B. Dosis an feinen Teilchen) ab. Soweit benötigt, können oberflächenaktive Hilfssubstanzen, wie Poloxamer 188 oder Span 80, zu dieser Zusatzlösung gegeben werden. Außerdem können auch Exzipienten, wie Zucker und Stärken, zugegeben werden.
In ausgewählten Ausführungsformen wird dann in einem getrennten Behälter eine Öl-in-Wasser-Emulsion hergestellt. Das verwendete Öl ist vorzugsweise ein Fluorkohlenstoff (z. B. Perfluoroctylbromid oder Perfluordecalin), der unter Verwendung einer oberflächenaktiven Substanz, wie eines langkettigen, gesättigten Phospholipids, emulgiert wird. Beispielsweise kann 1 g Phospholipid unter Verwendung eines geeigneten mechanischen Mischers mit hoher Scherkraft (z. B. Mischer Modell T-25 von Ultra-Turrax) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten in 150 g heißem, destilliertem Wasser (z. B. 60°C) homogenisiert werden. Typischerweise werden 5 bis 25 g Fluorkohlenstoff zur Lösung der dispergierten oberflächenaktiven Substanz zugetropft, während gemischt wird. Die resultierende Emulsion von Perfluorkohlenstoff in Wasser wird dann unter Verwendung eines Hochdruckhomogenisators verarbeitet, um die Teilchengröße zu verringern. Typischerweise wird die Emulsion bei 82,7 bis 124,1 MPa (12.000 bis 18.000 psi) in 5 getrennten Durchgängen verarbeitet und bei 50 bis 80°C gehalten.
Die Arzneistofflösung und die Perfluorkohlenstoffemulsion werden dann vereinigt und in den Sprühtrockner gefüllt. Typischerweise sind die zwei Zubereitungen mischbar, da die Emulsion bevorzugt eine wässrige, kontinuierliche Phase umfasst. Während der biologische Wirkstoff für die Zwecke der vorliegenden Diskussion getrennt löslich gemacht wird, ist klar, dass in anderen Ausführungsformen der biologische Wirkstoff direkt in der Emulsion löslich gemacht (oder dispergiert) werden kann. In derartigen Fällen wird die Emulsion des biologischen Wirkstoffes ohne Vereinigen mit einer getrennten Arzneistoffzubereitung einfach sprühgetrocknet.
Auf jeden Fall können die Betriebsbedingungen, wie die Eingangs- und Ausgangstemperatur, die Beschickungsgeschwindigkeit, der Zerstäubungsdruck, die Strömungsgeschwindigkeit der Trocknungsluft und die Düsenkonfiguration gemäß den Richtlinien des Herstellers eingestellt werden, um die erforderliche Teilchengröße und Herstellungsausbeute der resultierenden trockenen Mikrostrukturen zu erzeugen. Beispielhafte Einstellungen sind wie folgt: eine Eingangstemperatur der Luft zwischen 60°C und 170°C; eine Ausgangstemperatur der Luft zwischen 40°C und 120°C; eine Beschickungsgeschwindigkeit zwischen 3 ml und etwa 15 ml pro Minute; eine Ansaugeinstellung von 100% und eine Luftströmgeschwindigkeit bei der Zerstäubung zwischen 1.200 und 2.800 l/Std. Die Wahl der geeigneten Vorrichtung und der Verarbeitungsbedingungen liegt angesichts der vorliegenden Lehre im Blickfeld des Fachmanns und kann ohne übermäßiges Experimentieren erfolgen. Es ist klar, dass die Verwendung dieser und im Wesentlichen äquivalenter Verfahren für die Bildung von hohlen, porösen, aerodynamisch leichten Mikrokügelchen mit Teilchendurchmessern, die für die Aerosolablagerung in die Lunge geeignet sind, sorgen.
Die erfindungsgemäßen perforierten Mikrostrukturen können neben Sprühtrocknen durch Lyophilisation hergestellt werden. Fachleuten ist klar, dass die Lyophilisation ein Gefriertrocknungsverfahren ist, bei dem Wasser aus der Zusammensetzung, nachdem sie gefroren ist, sublimiert wird. Der mit dem Lyophilisationsverfahren verbundene besondere Vorteil ist, dass biologische Substanzen und Arzneimittel, die in wässriger Lösung verhältnismäßig instabil sind, ohne erhöhte Temperaturn getrocknet (wodurch die nachteiligen thermischen Wirkungen beseitigt werden) und dann in trockenem Zustand gelagert werden können, wobei wenige Stabilitätsprobleme auftreten. Was die vorliegende Erfindung anbelangt, sind derartige Verfahren mit dem Einbringen von Peptiden, Proteinen, genetischem Material und anderen natürlichen und synthetischen Makromolekülen in die perforierten Mikrostrukturen, ohne die physiologische Wirksamkeit zu beeinträchtigen, besonders kompatibel. Verfahren zum Bereitstellen von lyophilisierten Teilchen sind Fachleuten bekannt und erfordern offensichtlich kein übermäßiges Experimentieren, um gemäß den vorliegenden Lehren mit der Dispersion kompatible Mikrostrukturen bereitzustellen. Demgemäß stehen Lyophilisationsverfahren in Übereinstimung mit der vorliegenden Lehre, soweit sie verwendet werden können, um Mikrostrukturen mit der gewünschten Porosität und Größe bereitzustellen, und es ist ausdrücklich beabsichtigt, dass sie innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Außer mit den vorstehend erwähnten Verfahren können die erfindungsgemäßen perforierten Mikrostrukturen auch unter Verwendung eines Verfahrens mit doppelter Emulsion hergestellt werden. Beim Verfahren mit doppelter Emulsion wird das Medikament durch Beschallung oder Homogenisierung zuerst in einem Polymer, das in einem organischen Lösungsmittel (z. B. Methylenchlorid) gelöst wurde, dispergiert. Diese primäre Emulsion wird dann durch Bildung einer multiplen Emulsion in einer kontinuierlichen, wässrigen Phase, die einen Emulgator, wie Polyvinylalkohol enthält, stabilisiert. Das organische Lösungsmittel wird dann durch Verdampfen oder Extraktion unter Verwendung herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen entfernt. Die resultierenden Mikroteilchen werden gewaschen, filtriert und getrocknet, bevor sie mit einem geeigneten Suspensionsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung vereinigt werden.
Wie ausführlich vorstehend diskutiert, umfassen die erfindungsgemäßen stabilisierten Dispersionen ferner ein Suspensionsmedium als kontinuierliche Phase. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass jedes biokompatible Suspensionsmedium mit passendem Dampfdruck, so dass es als Treibmittel wirkt, verwendet werden kann. Besonders bevorzugte Suspensionsmedien sind mit der Verwendung in einem Inhalator mit festgelegter Dosierung kompatibel. Das heißt, sie können nach der Aktivierung des Dosierventils und der damit verbundenen Druckfreisetzung Aerosole bilden. Im Allgemeinen sollte das ausgewählte Suspensionsmedium biokompatibel (d. h. verhältnismäßig nicht-toxisch) und bezüglich der suspendierten perforierten Mikrostrukturen, die den biologischen Wirkstoff umfassen, nicht-reaktiv sein. Vorzugsweise wirkt das Suspensionsmedium nicht als wesentliches Lösungsmittel für beliebige Komponenten, die in die perforierten Mikrokügelchen eingebracht wurden. Ausgewählte Ausführungsformen der Erfindung umfassen Suspensionsmedien, die aus Fluorkohlenstoffen (einschließlich der mit anderen Halogenatomen substituierten), Fluorwasserstoffalkanen, Perfluorkohlenstoffen, Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Ethern oder Kombinationen davon ausgewählt sind. Es ist klar, dass das Suspensionsmedium ein Gemisch aus verschiedenen Verbindungen umfassen kann, die ausgewählt wurden, um spezielle Eigenschaften zu verleihen.
Besonders zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Suspensionmedien geeignete Treibmittel sind die Treibmittelgase, die unter Druck bei Raumtemperatur verflüssigt werden können und nach der Inhalation oder topischen Verwendung sicher, toxikologisch unschädlich und frei von Nebenwirkungen sind. In dieser Hinsicht können kompatible Treibmittel einen beliebigen Kohlenwasserstoff, Fluorkohlenstoff, Wasserstoff enthaltenden Fluorkohlenstoff oder Gemische davon umfassen, die einen ausreichenden Dampfdruck aufweisen, um nach der Aktivierung eines Inhalators mit festgelegter Dosierung wirksam Aerosole zu bilden. Die Treibmittel, die typischerweise als Fluorwasserstoffalkane oder HFAs bezeichnet werden, sind besonders kompatibel. Geeignete Treibmittel umfassen zum Beispiel kurzkettige Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff enthaltende C_1-4-Chlorfluorkohlenstoffe, wie CH₂ClF, CCl₂F₂CHClF, CF₃CHClF, CHF₂CClF₂, CHClFCHF₂, CF₃CH₂Cl und CClF₂CH₃; Wasserstoff enthaltende C_1-4-Fluorkohlenstoffe (z. B. HFAs), wie CHF₂CHF₂, CF₃CH₂F, CHF₂CH₃ und CF₃CHFCF₃; und Perfluorkohlenstoffe, wie CF₃CF₃ und CF₃CF₂CF₃. Vorzugsweise wird ein einzelner Perfluorkohlenstoff oder Wasserstoff enthaltender Fluorkohlenstoff als Treibmittel verwendet. Als Treibmittel besonders bevorzugt sind 1,1,1,2-Tetrafluorethan (CF₃CH₂F) (HFA-134a) und 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluor-n-propan (CF₃CHFCF₃) (HFA-227), Perfluorethan, Monochlordifluormethan, 1,1-Difluorethan und Kombinationen davon. Es ist wünschenswert, dass die Formulierungen keine Komponenten enthalten, welche das stratosphärische Ozon abbauen. Im besonderen ist es wünschenswert, dass die Formulierungen im Wesentlichen frei von Chlorfluorkohlenstoffen, wie CCl₃F, CCl₂F₂ und CF₃CCl₃, sind.
Spezielle Fluorkohlenstoffe oder Klassen von fluorierten Verbindungen, die in den Suspensionsmedien verwendbar sind, schließen Fluorheptan, Fluorcycloheptan, Fluormethylcycloheptan, Fluorhexan, Fluorcyclohexan, Fluorpentan, Fluorcyclopentan, Fluormethylcyclopentan, Fluordimethylcyclopentane, Fluormethylcyclobutan, Fluordimethylcyclobutan, Fluortrimethylcyclobutan, Fluorbutan, Fluorcyclobutan, Fluorpropan, Fluorether, Fluorpolyether und Fluortriethylamine ein, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Es ist klar, dass diese Verbindungen allein oder in Kombination mit flüchtigeren Treibmitteln verwendet werden können. Es ist ein klarer Vorteil, dass derartige Verbindungen im Allgemeinen umweltfreundlich und biologisch nicht-reaktiv sind.
Außer den vorstehend erwähnten Fluorkohlenstoffen und Fluorwasserstoffalkanen können verschiedene Chlorfluorkohlenstoffe und substituierte fluorierte Verbindungen ebenfalls als Suspensionsmedien gemäß der vorliegenden Lehre verwendet werden. In dieser Hinsicht sind FC-11 (CCl₃F), FC-11B1 (CBrCl₂F), FC-11B2 (CBr₂ClF), FCl2B2 (CF₂Br₂), FC21 (CHCl₂F), FC21B1 (CHBrClF), FC-21B2 (CHBr₂F), FC-31B1 (CH₂BrF), FC113A (CCl₃CF₃), FC-122 (CClF₂CHCl₂), FC-123 (CF₃CHCl₂), FC-132 (CHClFCHClF), FC-133 (CHClFCHF₂), FC-141 (CH₂ClCHClF), FC-141B (CCl₂FCH₃), FC-142 (CHF₂CH₂Cl), FC-151 (CH₂FCH₂Cl), FC-152 (CH₂FCH₂F), FC-1112 (CClF=CClF), FC-1121 (CHCl=CFCl) und FC-1131 (CHCl=CHF) trotz möglicher damit verbundener Umweltbedenken alle mit der vorliegenden Lehre kompatibel. Jede dieser Verbindungen kann somit allein oder in Kombination mit anderen Verbindungen (d. h. weniger flüchtigen Fluorkohlenstoffen) verwendet werden, um die erfindungsgemäßen stabilisierten Dispersionen für die Atemwege herzustellen.
Im Hinblick auf mögliche Medienkombinationen können verhältnismäßig flüchtige Verbindungen mit Komponenten mit niedrigerem Dampfdruck gemischt werden, um Suspensionsmedien mit bestimmten physikalischen Eigenschaften bereitzustellen, die zur weiteren Verbesserung der Stabilität oder Erhöhung der Bioverfügbarkeit des dispergierten biologischen Wirkstoffes ausgewählt wurden. In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Verbindungen mit niedrigerem Dampfdruck fluorierte Verbindungen (z. B. Fluorkohlenstoffe) mit einem Siedepunkt von mehr als etwa 25°C. Besonders bevorzugte fluorierte Verbindungen mit niedrigerem Dampfdruck zur Verwendung im Suspensionsmedium können Perfluoroctylbromid C₈F₁₇Br (PFOB oder Perflubron), Dichlorfluoroctan C₈F₁₆Cl₂, Perfluoroctylethan C₈F₁₇C₂H₅ (PFOE), Perfluordecylbromid C₁₀F₂₁Br (PFDB) oder Perfluorbutylethan C₄F₉C₂H₅ umfassen. Vorzugsweise sind diese Verbindungen mit niedrigerem Dampfdruck in verhältnismäßig geringen Mengen vorhanden. Diese Verbindungen können direkt zum Suspensionsmedium gegeben oder mit den perforierten Mikrostrukturen verbunden werden.
Gleichermaßen ist es, wie vorstehend angegeben, ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass stabilisierte Dispersionen in HFA- oder PFC-Treibmitteln ohne Verwendung von zusätzlichen Colösungsmitteln oder Hilfsstoffen erzeugt werden können. Demgemäß sind die Formulierungen in ausgewählten Ausführungsformen im Wesentlichen frei von potenziell reaktiven flüssigen Komponenten mit höherer Polarität als das verwendete Treibmittel. Dies liegt zum großen Teil daran, dass das Vorhandensein von Colösungsmitteln oder Hilfsstoffen potenziell die Löslichkeit der perforierten Teilchen im Suspensionsmedium erhöhen kann, wodurch sich die Teilchenmorphologie und Teilchengröße (Wachstum durch Ostwald-Reifung) im Verlauf der Zeit ändert. Jedoch kann es in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der perforierten Mikrostruktur oder der Auswahl des Treibmittels wünschenswert sein, ein passendes Colösungsmittel oder Hilfsstoff einzuschließen, um den Dampfdruck anzupassen oder die Verabreichungseffektivität zu erhöhen. So wird ausdrücklich beabsichtigt, dass ein Suspensionsmedium, das ein HFA-Treibmittel enthält, außerdem einen Hilfsstoff oder Colösungsmittel enthalten kann, solange dies die Stabilität der Teilchen nicht ungünstig beeinflusst. Beispielsweise können Propan, Ethanol, Isopropylalkohol, Butan, Isobutan, Pentan, Isopentan oder ein Dialkylether, wie Dimethylether, in den Suspensionsmedien enthalten sein. Gleichermaßen kann das Suspensionsmedium einen flüchtigen Fluorkohlenstoff enthalten. Im Allgemeinen können bis zu 50% Gew./Gew. des Treibmittels einen flüchtigen Hilfsstoff umfassen, wie einen Kohlenwasserstoff oder Fluorkohlenstoff. Stärker bevorzugt umfasst das Suspensionsmedium weniger als etwa 40%, 30%, 20% oder 10% Gew./Gew. an Colösungsmittel oder Hilfsstoff.
Ferner ist klar, dass ein Fachmann leicht weitere Verbindungen bestimmen kann, die in der vorliegenden Erfindung geeignet funktionieren, die offensichtlich keinen gewünschten Dampfdruck und/oder Viskosität zeigen. Vielmehr versteht sich, dass bestimmte Verbindungen außerhalb der bevorzugten Bereiche von Dampfdruck oder Viskosität verwendet werden können, falls sie das gewünschte Medikament in Aerosolform bei Betätigung eines MDI bereitstellen.
Die erfindungsgemäßen stabilisierten Suspensionen oder Dispersionen können durch Dispergieren der Mikrostrukturen im gewählten Suspensionsmedium hergestellt werden, das dann in einen Behälter oder Reservoir gegeben werden kann. In dieser Hinsicht können die erfindungsgemäßen stabilisierten Zubereitungen durch einfache Kombination der Komponenten in ausreichender Menge, um die gewünschte Endkonzentration in der Dispersion zu erzeugen, hergestellt werden. Auch wenn sich die Mikrostrukturen leicht ohne mechanische Energie dispergieren, wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die Anwendung von Energie (z. B. Beschallung oder Rühren) zur Unterstützung der Dispersion innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt. In einer anderen Ausführungsform können die Komponenten durch einfaches Schütteln oder eine andere Art der Bewegung gemischt werden. Das Verfahren wird bevorzugt unter wasserfreien Bedingungen durchgeführt, um jegliche nachteiligen Wirkungen von Feuchtigkeit auf die Suspensionsstabilität zu vermeiden. Sobald sich die Dispersion gebildet hat, weist sie eine verringerte Anfälligkeit gegenüber Ausflockung und Sedimentation auf.
Die bemerkenswerte Stabilität, die von den erfindungsgemäßen Zubereitungen bereitgestellt wird, wird graphisch in den 3A bis 3D veranschaulicht, in denen eine erfindungsgemäß hergestellte MDI-Formulierung (wie nachstehend vollständiger in Beispiel XVIII diskutiert) mit einer im Handel erhältlichen MDI-Formulierung verglichen wird. In jedem der Bilder, die 0 Sekunden, 30 Sekunden, 60 Sekunden und 2 Stunden nach dem Schütteln aufgenommen wurden, befindet sich die kommerzielle Formulierung links, und die erfindungsgemäß hergestellte Dispersion mit perforierten Mikrostrukturen befindet sich rechts. Während die kommerzielle Cromolynnatrium-Formulierung ein Aufrahmen innerhalb von 30 Sekunden nach dem Mischen zeigt, wird bei den sprühgetrockneten Teilchen nach 2 Stunden nahezu kein Aufrahmen bemerkt. Ferner trat nach 4 Stunden ein geringes Aufrahmen in der Formulierung mit den perforierten Mikrostrukturen auf (nicht gezeigt). Dieses Beispiel veranschaulicht deutlich die Stabilität, die erzielt werden kann, wenn die hohlen porösen Teilchen der kompatiblen Materialien mit dem Suspensionsmedium (d. h. in Form einer Homodispersion) gefüllt sind.
Es versteht sich auch, dass weitere Komponenten in den erfindungsgemäßen Arzneimitteln eingeschlossen sein können. Beispielsweise können osmotische Mittel, Stabilisatoren, Chelatbildner, Puffer, hygroskopische Mittel, Viskositätsmodulatoren, Salze und Zucker zur Feinabstimmung der stabilisierten Dispersionen auf eine maximale Haltbarkeit und leichte Verabreichung zugegeben werden. Diese Komponenten können direkt zum Suspensionsmedium gegeben oder mit den dispergierten perforierten Mikrostrukturen verbunden oder darin eingebracht werden. Überlegungen, wie Sterilität, Isotonie und Biokompatibilität, können die Verwendung von herkömmlichen Zusatzstoffen in den offenbarten Zusammensetzungen bestimmen. Die Verwendung dieser Mittel ist Fachleuten klar, und die speziellen Mengen, Verhältnisse und Arten der Mittel können ohne übermäßiges Experimentieren empirisch bestimmt werden.
Herkömmliche Massenproduktionsverfahren und Maschinen, die Fachleuten im Fachgebiet der pharmazeutischen Herstellung bekannt sind, können zur Herstellung von Ansätzen in großem Maßstab zur kommerziellen Produktion gefüllter Kanister oder Reservoirs für MDIs eingesetzt werden. Bei MDIs wird beispielsweise in einem Massenherstellungsverfahren ein Dosierventil auf eine Aluminiumdose gecrimpt, um einen leeren Kanister oder Reservoir bereitzustellen. Die perforierten Mikroteilchen werden in einen Füllkessel gegeben und ein verflüssigtes Treibmittel (Suspensionsmedium) wird unter Druck durch den Füllkessel in einen Produktionskessel gefüllt. Die Mischung für die Atemwege oder Arzneistoffsuspension wird vor der Rückführung in eine Füllmaschine gemischt und ein Aliquot der stabilisierten Dispersion wird dann durch das Dosierventil in das Reservoir gefüllt. Typischerweise wird in Ansätzen, die zur pharmazeutischen Verwendung hergestellt werden, jeder gefüllte Kanister zur Kontrolle gewogen, mit einer Ansatznummer kodiert und vor der Freigabeprüfung in eine Ablage zur Lagerung gepackt.
In weiteren Ausführungsformen werden die perforierten Mikroteilchen in ein leeres Reservoir eingebracht, das dann an das Dosierventil durch Crimpen verschlossen wird. Das Reservoir oder der Kanister wird dann mit dem HFA-Treibmittel mittels Überdruck durch das Ventilansatzrohr befüllt. In noch einer anderen Ausführungsform kann die stabilisierte Dispersion außerhalb von Kanister oder Reservoir hergestellt und dann mittels Kältebefüllverfahren eingebracht werden. Der Kanister wird dann durch Crimpen verschlossen. Fachleuten ist klar, dass die Befüllvorgehensweise mindestens in gewissem Maße vom gewählten Ventiltyp abhängt.
Die Kanister umfassen im Allgemeinen einen Behälter oder ein Reservoir, das dem Dampfdruck des verwendeten Treibmittels standhalten kann, wie eine Kunststoffflasche oder eine mit Kunststoff überzogene Glasflasche, oder vorzugsweise eine Metalldose oder beispielsweise eine Aluminiumdose, die gegebenenfalls eloxiert, mit Lack und/oder mit Kunststoff überzogen werden kann, wobei der Behälter mit einem Dosierventil verschlossen wird. Die Dosierventile sind so konstruiert, dass sie pro Betätigung eine abgemessene Menge der Formulierung abgeben. Die Ventile enthalten eine Dichtung, um ein Auslaufen des Treibmittels durch das Ventil zu verhindern. Die Dichtung kann jedes geeignete Elastomermaterial, wie zum Beispiel Hochdruckpolyethylen, Chlorbutyl, schwarze und weiße Butadienacrylnitrilkautschuke, Butylkautschuk und Neopren, umfassen. Geeignete Ventile sind von Herstellern, die in der Aerosolindustrie bekannt sind, beispielsweise von Valois, Frankreich (z. B. DF10, DF30, DF 31/50 ACT, DF60), Bespak plc, LTK (z. B. BK300, BK356) und 3M-Neotechnic Ltd., LIK (z. B. Spraymiser) im Handel erhältlich.
Jeder gefüllte Kanister wird günstigerweise vor der Verwendung in eine geeignete Leitungsvorrichtung eingepasst, um einen Inhalator mit festgelegter Dosierung zur Verabreichung des Medikaments in die Lunge oder Nasenhöhle eines Patienten herzustellen. Geeignete Leitungsvorrichtungen umfassen beispielsweise ein Ventilbetätigungselement und einen zylindrischen oder kegelartigen Kanal, durch den das Medikament aus dem gefüllten Kanister durch das Dosierventil in die Nase oder den Mund eines Patienten verabreicht werden kann, z. B. ein Mundstückbetätigungselement. Inhalatoren mit festgelegter Dosierung sind so konstruiert, dass sie pro Betätigung eine festgelegte Einheitsdosis eines Medikaments, wie beispielsweise in einem Bereich von 10 bis 5000 μg eines biologischen Wirkstoffes, verabreichen. Typischerweise stellt ein einziger gefüllter Kanister dutzende oder sogar hunderte Stöße oder Dosen bereit.
Es ist klar, dass die erfindungsgemäßen stabilisierten Zubereitungen zur Verwendung in Inhalatoren mit festgelegter Dosierung vorteilhafterweise dem Arzt oder einem anderen Fachmann der medizinischen Versorgung in einer sterilen, abgepackten Form oder in Form eines Kits bereitgestellt werden können. Genauer gesagt können die Formulierungen bereit zur Verabreichung als befüllte MDI-Reservoirs oder -Kanister bereitgestellt werden. Diese Kits können eine Anzahl befüllter Kanister enthalten, vorzugsweise zusammen mit einem Einweg-Betätigungselement. Auf diese Weise kann der Patient dann während eines speziellen Verlaufs der Behandlung Kanister wechseln oder ersetzen. Es ist auch klar, dass diese Kits einen einzigen befüllten Kanister, verbunden mit oder befestigt an einem Betätigungselement, einschließen können oder dass die Zubereitung in einer Einweg-MDI-Vorrichtung bereitgestellt werden kann.
Die Verabreichung des biologischen Wirkstoffs kann zur Behandlung milder, mäßiger oder schwerer akuter oder chronischer Symptome oder zur prophylaktischen Behandlung angezeigt sein. Darüber hinaus kann der biologische Wirkstoff zur Behandlung von lokalen oder systemischen Zuständen oder Erkrankungen verabreicht werden. Es ist klar, dass die genaue verabreichte Dosis vom Alter und dem Zustand des Patienten, dem besonderen verwendeten Medikament und der Häufigkeit der Verabreichung abhängt und schließlich im Ermessen des behandelnden Arztes liegt. Wenn Kombinationen biologischer Wirkstoffe verwendet werden, ist die Dosis jeder Komponente der Kombination im Allgemeinen dieselbe, die für jede Komponente verwendet wird, wenn sie allein verwendet wird.
Wie in der gesamten Beschreibung diskutiert, können die hier offenbarten stabilisierten Dispersionen vorzugsweise durch Überführen in Aerosolform, wie mit einem Inhalator mit festgelegter Dosierung, an die Lunge oder Atemwege der Lunge eines Patienten verabreicht werden. MDIs sind im Fachgebiet bekannt und können ohne übermäßiges Experimentieren leicht zur Verabreichung der beanspruchten Dispersionen verwendet werden. Durch Atmung aktivierte MDIs sowie diejenigen, die andere Arten von Verbesserungen, die entwickelt wurden oder werden, umfassen, sind ebenfalls mit den stabilisierten Dispersionen und der vorliegenden Erfindung kompatibel und werden somit als in ihrem Umfang liegend betrachtet. Es sollte jedoch betont werden, dass in bevorzugten Ausführungsformen die stabilisierten Dispersionen unter Verwendung einer Anzahl verschiedener Wege, welche die topischen, nasalen, pulmonalen oder oralen einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind, verabreicht werden können. Fachleuten ist klar, dass derartige Wege bekannt sind, und dass die Dosierungs- und Verabreichungsverfahren für die stabilisierten Dispersionen der vorliegenden Erfindung leicht abgeleitet werden können.
Effizientere Verabreichung des Medikaments in Aerosolform an die bronchialen Atemwege hat mehrere wichtige klinische Konsequenzen. Unter diesen Vorteilen sind: verminderte Kosten für Diagnose und Therapie auf Grund der Verringerung der Menge des Materials in Aerosolform, das zum Hervorrufen eines klinischen Ergebnisses erforderlich ist; kleinere, wirksamere und effizientere Patientendosierung an der gewünschten Wirkstelle (d. h. Lunge oder Bronchus); und verminderte Nebenwirkungen auf Grund von weniger Ablagerung im Rachen. Diese Vorteile können wiederum dazu beitragen, die Mitarbeit des Patienten insgesamt zu verbessern.
Die vorangehende Beschreibung lässt sich durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele besser verstehen. Diese Beispiele stellen jedoch nur bevorzugte Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung dar und sollen nicht als Begrenzung des Umfangs der Erfindung verstanden werden.
I
Herstellung von hohlen, porösen Gentamicinsulfatteilchen durch Sprühtrocknen
40 bis 60 ml der folgenden Lösungen wurden zum Sprühtrocknen hergestellt:
50% Gew./Gew. hydriertes Phosphatidylcholin, E-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland)
50% Gew./Gew. Gentamicinsulfat (Amresco, Solon, Ohio)
Perfluoroctylbromid, Perflubron (NMK, Japan)
Deionisiertes Wasser
Perforierte Mikrostrukturen, die Gentamicinsulfat umfassen, wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren unter Verwendung eines Minisprühtrockners B-191 (Büchi, Flawil, Schweiz) unter den folgenden Bedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%; Eingangstemperatur: 85°C; Ausgangstemperatur: 61°C; Beschickungspumpe: 10%; N₂-Strom: 2.800 l/Std. Änderungen der Pulverporosität wurden als Funktion der Treibmittelkonzentration untersucht.
Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsionen von Perfluoroctylbromid, die Phosphatidylcholin (PC) und Gentamicinsulfat in einem Gew./Gew.-Verhältnis von 1:1 enthielten, wurden hergestellt, wobei nur das PFC/PC-Verhältnis geändert wurde. Hydriertes E-Phosphatidylcholin (1,3 g) wurde in 25 ml deionisiertem Wasser unter Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) bei 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T = 60 bis 70°C) dispergiert. Perflubron wurde in einem Bereich von 0 bis 40 g während des Mischens zugetropft (T = 60 bis 70°C). Nachdem die Zugabe beendet war, wurde die Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion für eine weitere Dauer von nicht weniger als 4 Minuten gemischt. Die resultierenden Rohemulsionen wurden dann mit einem Homogenisator von Avestin (Ottawa, Kanada) unter Hochdruck bei 103,4 MPa (15.000 psi) in 5 Durchgängen homogenisiert. Gentamicinsulfat wurde in ungefähr 4 bis 5 ml deionisiertem Wasser gelöst und nachfolgend direkt vor dem Sprühtrocknungsverfahren mit der Perflubronemulsion gemischt. Die Gentamicinpulver wurden dann durch Sprühtrocknen unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Bedingungen erhalten. Aus allen Perflubron-enthaltenden Formulierungen wurde ein rieselfähiges, blassgelbes Pulver erhalten. Die Ausbeute für jede der verschiedenen Formulierungen lag im Bereich von 35% bis 60%.
II
Morphologie der sprühgetrockneten Gentamicinsulfatpulver
Eine starke Abhängigkeit der Pulvermorphologie, des Porositätsgrades und der Herstellungsausbeute wurde als Funktion des PFC/PC-Verhältnisses durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) beobachtet. Eine Reihe von sechs mikroskopischen Aufnahmen durch SEM, die diese Beobachtungen veranschaulichen und als 1A1 bis 1F1 gekennzeichnet sind, sind in der linken Spalte von 1 gezeigt. Wie aus diesen mikroskopischen Aufnahmen ersichtlich ist, wurde gefunden, dass die Porosität und Oberflächenrauigkeit stark von der Konzentration des Treibmittels abhängen, wobei sich die Oberflächenrauigkeit und die Zahl und Größe der Poren mit zunehmenden PFC/PC-Verhältnissen erhöhten. Beispielsweise erzeugte die Formulierung ohne Perfluoroctylbromid Mikrostrukturen, die offensichtlich hochgradig agglomeriert waren und leicht an der Oberfläche des Glasfläschchens hafteten. Entsprechend wurden glatte, kugelförmige Mikroteilchen erhalten, wenn verhältnismäßig wenig Treibmittel (PFC/PC-Verhältnis = 1,1 oder 2,2) verwendet wurde. Wenn das PFC/PC-Verhältnis erhöht wurde, nahmen die Porosität und die Oberflächenrauigkeit drastisch zu.
Wie in der rechten Spalte von 1 gezeigt, wurde die hohle Art der Mikrostrukturen auch durch das Einbringen von zusätzlichem Treibmittel verstärkt. Insbesondere zeigt die Reihe von sechs mikroskopischen Aufnahmen, die als 1A2 bis 1F2 gekennzeichnet sind, Querschnitte von gebrochenen Mikrostrukturen, was durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) offenbart wurde. Jedes dieser Bilder wurde unter Verwendung derselben Mikrostrukturzubereitung hergestellt, wie sie zur Herstellung der entsprechenden mikroskopischen Aufnahme durch SEM in der linken Spalte verwendet wurde. Sowohl die hohle Art als auch die Wanddicke der resultierenden perforierten Mikrostrukturen hingen offensichtlich größtenteils von der Konzentration des ausgewählten Treibmittels ab. Das heißt, die hohle Art der Zubereitung nahm offensichtlich zu, und die Dicke der Teilchenwände nahm offenbar ab, wenn sich das PFC/PC-Verhältnis erhöhte. Wie aus 1A2 bis 1C2 ersichtlich ist, wurden im Wesentlichen massive Strukturen aus den Formulierungen erhalten, die wenig oder kein Fluorkohlenstofftreibmittel enthielten. Umgekehrt erwiesen sich die perforierten Mikrostrukturen, die unter Verwendung eines verhältnismäßig hohen PFC/PC-Verhältnisses von ungefähr 45 (in 1F2 gezeigt) hergestellt wurden, als äußerst hohl mit einer verhältnismäßig dünnen Wand im Bereich von etwa 43,5 bis 261 nm.
III
Herstellung von hohlen, porösen Albuterolsulfatteilchen durch Sprühtrocknen
Hohle, poröse Albuterolsulfatteilchen wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren mit einem Minisprühtrockner B-191 (Büchi, Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%; Eingangstemperatur: 85°C; Ausgangstemperatur: 61°C; Beschickungspumpe: 10%; N₂-Strom: 2.800 l/Std. Die Beschickungslösung wurde durch Mischen der zwei Lösungen A und B direkt vor dem Sprühtrocknen hergestellt.
Lösung A: 20 g Wasser wurden zum Lösen von 1 g Albuterolsulfat (Accurate Chemical, Westbury, NY) und 0,021 g Poloxamer 188, NF-Qualität (BASF, Mount Olive, NJ) verwendet.
Lösung B: Eine durch Phospholipid stabilisierte Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion wurde auf folgende Art und Weise hergestellt. 1 g des Phospholipids EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland) wurde unter Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T = 60 bis 70°C) in 150 g heißem, deionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) homogenisiert. 25 g Perfluoroctylbromid (Atochem, Paris, Frankreich) wurden während des Mischen zugetropft. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes wurde die Emulsion für eine Dauer von nicht weniger als 4 Minuten gemischt. Die resultierende Rohemulsion wurde dann in 5 Durchgängen durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei 124,1 MPa (18.000 psi) geleitet.
Die Lösungen A und B wurden vereinigt und unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Sprühtrockner gefüllt. Ein rieselfähiges, weißes Pulver wurde im Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen Albuterolsulfatteilchen wiesen einen durchschnittlichen volumengewichteten aerodynamischen Durchmesser von 1,18 ± 1,42 μm auf, was durch ein Flugzeitanalysenverfahren (Aerosizer, Amherst Process Instruments, Amherst, MA) bestimmt wurde. Eine Analyse durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) zeigte, dass die Pulver kugelförmig und hochporös waren. Die Klopfdichte des Pulvers wurde mit weniger als 0,1 g/cm³ bestimmt.
Dieses vorstehende Beispiel dient zur Veranschaulichung der inhärenten Variabilität der vorliegenden Erfindung als Plattform zur Arzneistoffverabreichung, die ein beliebiges aus einer Anzahl von Arzneimitteln wirksam einbringen kann. Das Prinzip wird im nächsten Beispiel weiter veranschaulicht.
IV
Herstellung von hohlen, porösen Cromolynnatriumteilchen durch Sprühtrocknen
Perforierte Mikrostrukturen, die Cromolynnatrium umfassen, wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren mit einem Minisprühtrockner B-191 (Büchi, Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%; Eingangstemperatur: 85°C; Ausgangstemperatur: 61°C; Beschickungspumpe: 10%; N₂-Strom: 2.800 l/Std. Die Beschickungslösung wurde durch Mischen der zwei Lösungen A und B direkt vor dem Sprühtrocknen hergestellt.
Lösung A: 20 g Wasser wurden zum Lösen von 1 g Cromolynnatrium (Sigma Chemical Co, St. Louis, MO) und 0,021 g Poloxamer 188, NF-Qualität (BASF, Mount Olive, NJ) verwendet.
Lösung B: Eine durch Phospholipid stabilisierte Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion wurde auf folgende Art und Weise hergestellt. 1 g des Phospholipids EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland) wurde unter Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T = 60 bis 70°C) in 150 g heißem, deionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) homogenisiert. 27 g Perfluordecalin (Air Products, Allentown, PA) wurden während des Mischens zugetropft. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes wurde die Emulsion mindestens 4 Minuten gemischt. Die resultierende Rohemulsion wurde dann in 5 Durchgängen durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei 124,1 MPa (18.000 psi) geleitet.
Die Lösungen A und B wurden vereinigt und unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Sprühtrockner gefüllt. Ein rieselfähiges, blassgelbes Pulver wurde im Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen Cromolynnatriumteilchen wiesen einen durchschnittlichen volumengewichteten aerodynamischen Durchmesser von 1,23 ± 1,31 μm auf, was durch ein Flugzeitanalyseverfahren (Aerosizer, Amherst Process Instruments, Amherst, MA) bestimmt wurde. Eine Analyse durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) zeigte, dass die Pulver, wie in 2 gezeigt, sowohl hohl als auch porös waren. Die Klopfdichte des Pulvers wurde mit weniger als 0,1 g/cm³ bestimmt.
V
Herstellung von hohlen, porösen BDP-Teilchen durch Sprühtrocknen
Perforierte Mikrostrukturen, die Teilchen von Beclomethasondipropionat (BDP) umfassen, wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren mit einem Minisprühtrockner B-191 (Büchi, Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%; Eingangstemperatur: 85°C; Ausgangstemperatur: 61°C; Beschickungspumpe: 10%; N₂-Strom: 2.800 l/Std. Das Beschickungsmaterial wurde durch Mischen von 0,11 g Lactose mit einer Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion direkt vor dem Sprühtrocknen hergestellt. Die Emulsion wurde durch das nachstehend beschriebene Verfahren hergestellt.
74 mg BDP (Sigma, Chemical Co., St. Louis, MO), 0,5 g EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland), 15 mg Natriumoleat (Sigma) und 7 mg Poloxamer 188 (BASF, Mount Olive, NJ) wurden in 2 ml heißem Methanol gelöst. Das Methanol wurde dann verdampft, wobei ein dünner Film des Phospholipid/Steroid-Gemisches erhalten wurde. Das Phospholipid/Steroid-Gemisch wurde dann unter Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T = 60 bis 70°C) in 64 g heißem, deionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) dispergiert. 8 g Perflubron (Atochem, Paris, Frankreich) wurden während des Mischens zugetropft. Nachdem die Zugabe beendet war, wurde die Emulsion für eine weitere Dauer von nicht weniger als 4 Minuten gemischt. Die resultierende Rohemulsion wurde dann in 5 Durchgängen durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei 124,1 MPa (18.000 psi) geleitet. Diese Emulsion wurde dann verwendet, um das Beschickungsmaterial herzustellen, welches wie vorstehend beschrieben sprühgetrocknet wurde. Ein rieselfähiges, weißes Pulver wurde im Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen BDP-Teilchen wiesen eine Klopfdichte von weniger als 0,1 g/cm³ auf.
VI
Herstellung von hohlen, porösen TAA-Teilchen durch Sprühtrocknen
Perforierte Mikrostrukturen, die Teilchen von Triamcinolonacetonid (TAA) umfassen, wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren mit einem Minisprühtrockner B-191 (Büchi, Flawil, Schweiz) unter den folgenden Sprühbedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%; Eingangstemperatur: 85°C; Ausgangstemperatur: 61°C; Beschickungspumpe: 10%; N₂-Strom: 2.800 l/Std. Das Beschickungsmaterial wurde durch Mischen von 0,57 g Lactose mit einer Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion direkt vor dem Sprühtrocknen hergestellt. Die Emulsion wurde durch das nachstehend beschriebene Verfahren hergestellt.
100 mg TAA (Sigma, Chemical Co., St. Louis, MO), 0,56 g EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland), 25 mg Natriumoleat (Sigma) und 13 mg Poloxamer 188 (BASF, Mount Olive, NJ) wurden in 2 ml heißem Methanol gelöst. Das Methanol wurde dann verdampft, wobei ein dünner Film des Phospholipid/Steroid-Gemisches erhalten wurde. Das Phospholipid/Steroid-Gemisch wurde dann unter Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T = 60 bis 70°C) in 64 g heißem, deionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) dispergiert. 8 g Perflubron (Atochem, Paris, Frankreich) wurden während des Mischens zugetropft. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes wurde die Emulsion mindestens 4 Minuten gemischt. Die resultierende Rohemulsion wurde dann in 5 Durchgängen durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei 124,1 MPa (18.000 psi) geleitet. Diese Emulsion wurde dann verwendet, um das Beschickungsmaterial herzustellen, welches wie vorstehend beschrieben sprühgetrocknet wurde. Ein rieselfähiges, weißes Pulver wurde im Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen TAA-Teilchen wiesen eine Klopfdichte von weniger als 0,1 g/cm³ auf.
VII
Herstellung von hohlen, porösen Teilchen von DNAse I durch Sprühtrocknen
Hohle, poröse Teilchen von DNAse I wurden durch ein Sprühtrocknungsverfahren mit einem Minisprühtrockner B-191 (Büchi, Flawil, Schweiz) unter den folgenden Bedingungen hergestellt: Ansaugen: 100%; Eingangstemperatur: 80°C; Ausgangstemperatur: 61°C; Beschickungspumpe: 10%; N₂-Strom: 2.800 l/Std. Die Beschickung wurde durch Mischen der zwei Lösungen A und B direkt vor dem Sprühtrocknen hergestellt.
Lösung A: 20 g Wasser wurden zum Lösen von 0,5 g DNAse I aus menschlichem Pankreas (Calbiochem, San Diego, CA) und 0,021 g Poloxamer 188, NF-Qualität (BASF, Mount Olive, NJ) verwendet.
Lösung B: Eine durch Phospholipid stabilisierte Fluorkohlenstoff-in-Wasser-Emulsion wurde auf folgende Art und Weise hergestellt. 0,52 g des Phospholipids EPC-100-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland) wurden unter Verwendung eines Ultra-Turrax-Mischers (Modell T-25) mit 8000 UpM 2 bis 5 Minuten (T = 60 bis 70°C) in 87 g heißem, deionisiertem Wasser (T = 50 bis 60°C) homogenisiert. 13 g Perflubron (Atochem, Paris, Frankreich) wurden während des Mischens zugetropft. Nach der Zugabe des Fluorkohlenstoffes wurde die Emulsion mindestens 4 Minuten gemischt. Die resultierende Rohemulsion wurde dann in 5 Durchgängen durch einen Hochdruckhomogenisator (Avestin, Ottawa, Kanada) bei 124,1 MPa (18.000 psi) geleitet.
Die Lösungen A und B wurden vereinigt und unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Sprühtrockner gefüllt. Ein rieselfähiges, blassgelbes Pulver wurde im Zyklonabscheider gesammelt. Die hohlen, porösen Teilchen der DNAse I wiesen einen durchschnittlichen volumengewichteten aerodynamischen Durchmesser von 1,29 ± 1,40 μm auf, was durch ein Flugzeitanalyseverfahren (Aerosizer, Amherst Process Instruments, Amherst, MA) bestimmt wurde. Eine Analyse durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) zeigte, dass die Pulver sowohl hohl als auch porös waren. Die Klopfdichte des Pulvers wurde mit weniger als 0,1 g/cm³ bestimmt.
Das vorstehende Beispiel veranschaulicht ferner die außergewöhnliche Kompatibilität der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen biologischen Wirkstoffen. Das heißt, die erfindungsgemäßen Zubereitungen können so formuliert werden, dass sie zusätzlich zu verhältnismäßig kleinen, robusten Verbindungen, wie Steroiden, größere, zerbrechliche Moleküle, wie Proteine und genetisches Material, wirksam einbauen.
VIII
Herstellung eines hohlen, porösen Pulvers durch Sprühtrocknen einer Gas-in-Wasser-Emulsion

Die folgenden Lösungen wurden mit Wasser zur Injektion hergestellt: Lösung 1:

3,9% Gew./Vol.	m-HES-Hydroxyethylstärke (Ajinomoto, Tokyo, Japan)
3,25% Gew./Vol.	Natriumchlorid (Mallinckrodt, St. Louis, MO)
2,83% Gew./Vol.	Natriumphosphat, zweibasig (Mallinckrodt, St. Louis, MO)
0,42% Gew./Vol.	Natriumphosphat, einbasig (Mallinckrodt, St. Louis, MO)

Lösung 2:

0,45% Gew./Vol.	Poloxamer 188 (BASF, Mount Olive, NJ)
1,35% Gew./Vol.	Hydriertes E-Phosphatidylcholin, EPC-3 (Lipoid KG, Ludwigshafen, Deutschland)

Die Bestandteile von Lösung 1 wurden unter Verwendung einer Rührplatte in warmem Wasser gelöst. Die oberflächenaktiven Substanzen in Lösung 2 wurden unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherkraft in Wasser dispergiert. Die Lösungen wurden nach der Emulgierung vereinigt und vor dem Sprühtrocknen mit Stickstoff gesättigt.
Das resultierende trockene, rieselfähige, hohle, kugelförmige Produkt wies einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2,6 ± 1,5 μm auf. Die Teilchen waren kugelförmig und porös, was durch SEM bestimmt wurde.
Das vorige Beispiel veranschaulicht den Punkt, dass eine weite Vielzahl an Treibmitteln (hier Stickstoff) zur Bereitstellung von Mikrostrukturen verwendet werden kann, die die gewünschte Morphologie zeigen. Tatsächlich ist einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit, die Herstellungsbedingungen so zu ändern, dass die biologische Wirksamkeit (d. h. mit Proteinen) erhalten bleibt oder Mikrostrukturen mit einer ausgewählten Porosität hergestellt werden.
IX
Herstellung von Inhalatoren mit festgelegter Dosierung, die hohle, poröse Teilchen enthalten
Eine vorher abgewogene Menge der hohlen, porösen Teilchen, die in den Beispielen I, III, IV, V, VI und VII hergestellt wurden, wurde in Aluminiumdosen mit 10 ml gegeben und 3 bis 4 Stunden bei 40°C in einem Vakuumofen unter einem Stickstoffstrom getrocknet. Die Menge des in die Dose gefüllten Pulvers wurde durch die Menge des Arzneistoffes, der für die therapeutische Wirkung erforderlich war, bestimmt. Danach wurde die Dose unter Verwendung eines 50 μl Ventils DF31/50 act (Valois of America, Greenwich, CT) durch Crimpen verschlossen und durch das Ansatzrohr unter Überdruck mit dem Treibmittel HFA-134a (DuPont, Wilmington, DE) gefüllt. Die Menge des Treibmittels in der Dose wurde durch Wiegen der Dose vor und nach der Füllung bestimmt.
X
Test mit einem Andersen-Impaktor zur Beurteilung der MDI-Leistung
Die in Beispiel IX hergestellten MDIs wurden dann mittels allgemein anerkannten pharmazeutischen Verfahren untersucht. Das verwendete Verfahren entsprach dem Verfahren der United States Pharmacopeia (USP) (Pharmacopeial Previews (1996) 22: 3065–3098), das hier durch die Bezugnahme eingeschlossen ist. Nach 5 verworfenen Stößen wurden 20 Stöße aus dem Test-MDI in einen Andersen-Impaktor durchgeführt.
Extraktionsverfahren. Die Extraktion von allen Platten, dem Einlasskanal und dem Betätigungselement wurden in geschlossenen Fläschchen mit 10 ml eines geeigneten Lösungsmittels durchgeführt. Das Filter wurde eingesetzt, jedoch nicht untersucht, weil das Polyacrylbindemittel die Analyse störte. Die Massenbilanz und die Trends der Teilchengrößenverteilung zeigten, dass die Ablagerung auf dem Filter vernachlässigbar klein war. Methanol wurde zur Extraktion von Beclomethasondipropionat und Triamcinolonacetonid verwendet. Deionisiertes Wasser wurde für Albuterolsulfat, Cromolynnatrium und DNase I verwendet. Für Albuterol-MDIs wurden 0,5 ml 1 M Natriumhydroxid zu dem Plattenextrakt gegeben, welches zur Umwandlung des Albuterols in die Phenolatform verwendet wurde.
Verfahren zur quantitativen Bestimmung. Alle Arzneistoffe wurden durch Absorptionsspektroskopie (Spektrophotometer DU640 von Beckman), bezogen auf eine externe Standardkurve, mit dem Extraktionslösungsmittel als Leerwert quantitativ bestimmt. Beclomethasondipropionat und Triamcinolonacetonid wurden durch Messung der Extinktion der Plattenextrakte bei 238 nm quantitativ bestimmt. Albuterol-MDIs wurden durch Messung der Extinktion der Extrakte bei 243 nm quantitativ bestimmt, während Cromolynnatrium unter Verwendung des Absorptionspeaks bei 326 nm quantitativ bestimmt wurde. Die quantitative Bestimmung der DNase erfolgte durch ein Proteinassayverfahren unter Verwendung von Bio-Rad-Mikrotiterplatten (Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent Concentrate) gegen eine DNase-Eichkurve.
Berechnungsverfahren. Für jeden MDI wurde die Masse des Arzneistoffes im Ansatzrohr (Komponente –3), Betätigungselement (–2), Einlasskanal (–1) und auf den Platten (0–7), wie vorstehend beschrieben, quantitativ bestimmt. Die Dosis an feinen Teilchen und der Anteil an feinen Teilchen wurden gemäß dem vorstehend erwähnten USP-Verfahren berechnet. Die Ablagerung im Rachen wurde als die Masse des Arzneistoffes definiert, die im Einlasskanal und auf den Platten 0 und 1 gefunden wurde. Die durchschnittlichen aerodynamischen Massendurchmesser (MMAD) und die geometrischen Standarddurchmesser (GSD) wurden durch Anpassung einer logarithmischen Normalverteilung an die experimentelle kumulative Funktion unter Verwendung einer Anpassungsroutine mit zwei Parametern bewertet. Die Ergebnisse dieser Experimente sind in den nachfolgenden Beispielen dargestellt.
XI
Ergebnisse des Andersen-Kaskadenimpaktors für Albuterol-MDI-Formulierungen

Die Ergebnisse des Kaskadenimpaktortests für zwei im Handel erhältliche Formulierungen, Proventil HFA und Ventolin, und ein analoges, sprühgetrocknetes hohles poröses Pulver, das gemäß Beispiel III hergestellt wurde, sind nachstehend aufgeführt. Die Alliance-Formulierung wurde wie vorstehend in Beispiel IX beschrieben hergestellt. Das mit Proventil BFA (Key Pharmaceuticals) gelieferte Betätigungselement wurde zur Bewertung der Leistung der MDIs mit hohlen/porösen Teilchen verwendet. In allen Fällen wurde das Betätigungselement vor jedem Andersen-Impaktortest gewaschen und getrocknet. Die Ergebnisse werden direkt nachstehend in Tabelle II aufgeführt. Tabelle II

Albuterol-MDIs
	MMAD (GSD)	Ablagerung im Rachen, μg	Anteil an feinen Teilchen, %	Dosis an feinen Teilchen, μg
Proventil^®, HFA (3M Pharm.) 108 μg Dosis	2,6 ± 0,1 (2,1 ± 0,3)	50,5	49,0 ± 0,7	48,5 ± 0,7
Ventolin^®, CFC (Glaxo Wellcome) 108 μg Dosis	2,2 ± 0,2 (1,9 ± 0,1)	58,9	43,5 ± 2,6	45,3 ± 3,3
Perforierte Mikrostrukturen, HFA (Alliance Pharm.) 60 μg Dosis	3,1 ± 0,2 (1,7 ± 0,01)	14,9	79,3 ± 0,6	57,1 ± 5,7

Von Proventil HFA und Ventolin wurde gefunden, dass sie bei einem Anteil an feinen Teilchen von ~45%, einer Ablagerung im Rachen von ~55 μg, einer Dosis an feinen Teilchen von ~47 μg, MMAD von ~2,4 μm und GSD von ~2,0 sehr ähnliches Leistungsvermögen hatten. Der MDI, der mit sprühgetrockneten hohlen porösen Teilchen formuliert war, hatte einen wesentlich höheren Anteil an feinen Teilchen (~80%) und deutlich niedrigere Ablagerung im Rachen (~15 μg).
XII
Ergebnisse des Andersen-Kaskadenimpaktors für Albuterol-MDI-Formulierungen Einfluss der Suspensionskonzentration auf das Leistungsvermögen

Albuterolsulfat-MDI-Dispersionen, die gemäß den Beispielen III und IX hergestellt wurden, wurden bei verschiedenen Suspensionskonzentrationen untersucht, um den Einfluss zu bestimmen, den dies auf den Anteil an feinen Teilchen, MMAD, GSD und Dosis an feinen Teilchen haben kann. MDIs, die 0,78% Gew./Gew., 0,46% Gew./Gew., 0,32% Gew./Gew. und 0,25% Gew./Gew. sprühgetrocknete hohle poröse Pulver in HFA 134a enthalten, wurden untersucht, und ihre Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle III aufgeführt und dargestellt. Tabelle III

Sprühgetrocknete hohle poröse Albuterolsulfatteilchen in HFA-134a-MDI
Gew.-%	Anteil an feinen Teilchen, %	Dosis an feinen Teilchen, μg	MMAD	GSD
0,78	71	61,9	3,31	1,74
0,46	71	37,2	3,05	1,70
0,32	72	25,9	3,04	1,75
0,25	71	22,1	3,02	1,80

Bei den MDIs wurde über den gesamten Konzentrationsbereich hinsichtlich Anteil an feinen Teilchen, MMAD und GSD ein ähnliches Leistungsvermögen beobachtet. Eine Dosis an feinen Teilchen im Bereich von 22,1 bis fast 62 μg wurde beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen klar, dass ein breiter Bereich an Dosen ohne jeden Verlust an Anteil an feinen Teilchen oder Zunahme der Ablagerung im Rachen verabreicht werden kann. Vom praktischen Standpunkt gesehen kann dies sowohl bei MDI-Anwendungen mit geringer als auch hoher Dosis vorteilhaft sein.
XIII

Ergebnisse des Andersen-Kaskadenimpaktors für Cromolynnatrium-MDI-Formulierungen Die Ergebnisse der Kaskadenimpaktortests für ein im Handel erhältliches Produkt (Intal, Rhone-Poulenc Rorer) und ein analoges sprühgetrocknetes, hohles, poröses Pulver, das gemäß den Beispielen IV und IX hergestellt wurde, sind nachstehend in Tabelle IV aufgeführt. Tabelle IV

Cromolynnatrium-MDIs
	MMAD (GSD)	Ablagerung im Rachen, μg	Anteil an feinen Teilchen, %	Dosis an feinen Teilchen, μg
Intal^®, CFC (n = 4) (Rhone Poulenc) 800 μg Dosis	4,7 ± 0,5 (1,9 ± 0,06)	629	24,3 ± 2,1	202 ± 27
Sprühgetrocknetes hohles poröses Pulver, HFA (Alliance) (n = 3) 300 μg Dosis	3,4 ± 0,2 (2,0 ± 0,3)	97	67,3 ± 5,5	200 ± 11

Es wurde gefunden, dass der mit perforierten Mikrostrukturen formulierte MDI, verglichen mit Intal, eine bessere Aerosolleistung aufwies. Bei einer vergleichbaren Dosis an feinen Teilchen besaßen die sprühgetrockneten Cromolynformulierungen einen wesentlich höheren Anteil an feinen Teilchen (~67%) und eine deutlich verringerte Ablagerung im Rachen (6-fach) und einen kleineren MMAD-Wert. Es ist wichtig anzumerken, dass die wirksame Verabreichung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wurde, eine Dosis an feinen Teilchen ermöglichte, die ungefähr dieselbe wie die der kommerziellen Formulierung nach dem Stand der Technik war, obwohl die Menge der verabreichten perforierten Mikrostrukturen (300 μg) ungefähr ein Drittel der verabreichten Intal^®-Dosis (800 μg) betrug.
XIV
Ergebnisse des Andersen-Kaskadenimpaktors für Beclomethasondipropionat-MDI-Formulierungen

Die Ergebnisse der Kaskadenimpaktortests für eine im Handel erhältliche Formulierung (Vanceril, Schering Corp.) und eine MDI-Formulierung eines analogen sprühgetrockneten hohlen porösen Pulvers, das gemäß den Beispielen V und IX hergestellt wurde, sind nachstehend in Tabelle V aufgeführt. Tabelle V

Beclomethasondipropionat-MDIs
	MMAD (GSD)	Ablagerung im Rachen, μg	Anteil an feinen Teilchen, %	Dosis an feinen Teilchen, μg
Vanceril^®, CFC (n = 4) (Schering) 42 μg Dosis	3,47 (2,29)	32	35 ± 2,1	17 ± 1,2
Perforierte Mikrostrukturen, HFA (n = 4) (Alliance) 28 μg Dosis	3,75 (1,9)	12	56,3	16 ± 0,7

Bei einer äquivalenten Dosis an feinen Teilchen wurde gefunden, dass die mit sprühgetrockneten hohlen porösen Teilchen formulierten MDIs verglichen mit Vanceril eine überlegene Aerosolleistung hatten. Die sprühgetrockneten Beclomethasondipropionatformulierungen besaßen einen wesentlich höheren Anteil an feinen Teilchen (~56% vs. 35%) und eine deutlich niedrigere Ablagerung im Rachen (~3-fach) als Vanceril. Der MMAD-Wert wurde für die sprühgetrockneten Formulierungen geringfügig höher gefunden.
XV
Ergebnisse des Andersen-Kaskadenimpaktors für Triamcinolonacetonid-MDI-Formulierungen

Ein Vergleich einer kommerziellen Formulierung von Triamcinolonacetonid (Azmacort, Rhone-Poulenc) und einer MDI-Formulierung von hohlen porösen Teilchen von TAA, die gemäß den Beispielen VI und IX hergestellt wurde, wird nachstehend erläutert. Azmacort enthält ein eingebautes Abstandshalterelement, um die Steroidablagerung im Rachen zu begrenzen, die lokale Reizungen und Candidiasis verursacht. Die Ergebnisse sind direkt nachstehend in Tabelle VI aufgeführt. Tabelle VI

Triamcinolonacetonid-MDIs
	MMAD μm	Vorrichtung μg	Ablagerung im Rachen, μg	Atembarer Anteil, %	Dosis an feinen Teilchen, μg
Azmacort^®, CFC (Rhone-Poulenc) 200 μg Dosis, (n = 4)	6,0	133	42	11,5	23
Perforierte Mikrostrukturen, HFA 50 μg Dosis, (Alliance) (n = 4)	3,4	13	15	45,3	23

Rund 2/3 der Anfangsdosis an TAA in Azmacort ging im Abstandshalterelement verloren. Ungefähr 2/3 der restlichen Dosis wurde im Rachen abgelagert, womit lediglich 11,5% oder 23 μg der anfänglichen 200 μg für die Lunge verfügbar waren. Im Gegensatz dazu lagerten die erfindungsgemäßen perforierten Mikrostrukturen, die ohne Abstandshalterelement verabreicht wurden, eine äquivalente Dosis mit hoher Effektivität ab, wobei eine Größenordnung weniger Material in der Vorrichtung und rund dreimal weniger im Rachen verloren ging. Auf Grund der erhöhten Effektivität ist viermal weniger TAA erforderlich, um die erforderliche Dosis an feinen Teilchen von 23 μg zu verabreichen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die vorliegenden Formulierungen die Notwendigkeit für lästige Abstandshalterelemente bei der Verabreichung von Steroiden an die Lunge beseitigen können.
XVI
Ergebnisse des Andersen-Kaskadenimpaktors für DNase-I-MDI-Formulierungen
Die Inhalationseigenschaften eines MDI, der wie in Beispiel IX mit hohlen porösen Teilchen von DNase I, die gemäß Beispiel VII hergestellt wurden, formuliert war, wurden unter Verwendung eines Andersen-Kaskadenimpaktors bewertet. Ein Anteil an feinen Teilchen von 76% und ein MMAD von 3,31 μm wurden beobachtet. Die Wirksamkeit des sprühgetrockneten DNase-I-Pulvers wurde über seine Fähigkeit zur Spaltung von DNA unter Verwendung von Gelelektrophorese bewertet. Zwischen den reinen und sprühgetrockneten DNase-I-Teilchen wurde kein Unterschied beobachtet.
XVII
Einfluss der Pulverporosität auf die MDI-Leistung
Um den Einfluss zu untersuchen, den die Pulverporosität auf die Suspensionsstabilität und den aerodynamischen Durchmesser hat, wurden MDIs mit verschiedenen Zubereitungen der perforierten Mikrostrukturen hergestellt, die Gentamicinformulierungen, wie in Beispiel I beschrieben, umfassen. MDIs, die 0,48 Gew.-% sprühgetrocknete Pulver in HFA 134a enthielten, wurden untersucht. Wie in Beispiel I dargestellt, zeigen die sprühgetrockneten Pulver unterschiedliche Porosität. Die Formulierungen wurden in durchsichtige Glasfläschchen gefüllt, um eine visuelle Untersuchung zu ermöglichen.
Eine starke Abhängigkeit der Suspensionsstabilität und des durchschnittlichen volumengewichteten aerodynamischen Durchmessers wurde als Funktion des PFC/PC-Verhältnisses und/oder der Porosität beobachtet. Mit zunehmender Porosität nahm der durchschnittliche volumengewichtete aerodynamische Durchmesser (VMAD) ab und die Suspensionsstabilität nahm zu. Die Pulver, die massiv und glatt erschienen, was durch SEM- und TEM-Verfahren gezeigt wurde, wiesen die schlechteste Suspensionsstabilität und den größten durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser auf. MDIs, die mit hochgradig porösen und hohlen, perforierten Mikrostrukturen formuliert wurden, wiesen die größte Beständigkeit gegenüber Aufrahmen und die kleinsten aerodynamischen Durchmesser auf. Die gemessenen VMAD-Werte für die in Beispiel I hergestellten Trockenpulver sind direkt nachstehend in Tabelle VII aufgeführt. Tabelle VII

PFC/PC Pulver VMAD, μm

0 6,1

1,1 5,9

2,2 6,4

4,8 3,9

18,8 2,6

44,7 1,8
XVIII
Vergleich der Sedimentationsgeschwindigkeiten in Cromolynnatriumformulierungen
Ein Vergleich der Aufrahmungsgeschwindigkeiten der kommerziellen Intal^®-Formulierung (Rhone-Poulenc Rorer) und der sprühgetrockneten, hohlen, porösen Teilchen, die in HFA-134a gemäß den Beispielen IV und IX (d. h. siehe 2) formuliert wurden, ist in den 3A bis 3D gezeigt. In jedem der Bilder, die 0 Sekunden, 30 Sekunden, 60 Sekunden und zwei Stunden nach dem Schütteln aufgenommen wurden, befindet sich die kommerzielle Formulierung links, und die Dispersion mit perforierten Mikrostrukturen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, befindet sich rechts. Während die kommerzielle Intal-Formulierung Sedimentation innerhalb von 30 Sekunden nach dem Mischen zeigt, wird in den sprühgetrockneten Teilchen nach 2 Stunden nahezu keine Sedimentation bemerkt. Darüber hinaus trat nach 4 Stunden geringe Sedimentation in der Formulierung mit den perforierten Mikrostrukturen auf (nicht gezeigt). Dieses Beispiel veranschaulicht deutlich das Gleichgewicht in der Dichte, das erzielt werden kann, wenn die hohlen, porösen Teilchen mit dem Suspensionsmedium gefüllt sind (d. h. bei der Bildung einer Homodispersion).

Claims

Stabile Dispersion für die Atemwege zur Abgabe eines oder mehrerer biologischer Wirkstoffe an die Lunge, welche ein Suspensionsmedium mit einer darin dispergierten Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen mit einem durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 μm und mindestens einen biologischen Wirkstoff umfasst, wobei das Suspensionsmedium mindestens ein Treibmittel umfasst und im wesentlichen die perforierten Mikrostrukturen durchdringt.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei das Volumen des Suspensionsmediums, welches von der perforierten Mikrostruktur verdrängt wird, bei weniger als 70% des durchschnittlichen Teilchenvolumens der perforierten Mikrostruktur liegt.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei das Treibmittel eine Verbindung umfasst, welche ausgewählt ist aus 1,1,1,2-Tetrafluorethan, 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluor-n-propan, Perfluorethan, Monochlordifluormethan, 1,1-Difluorethan und Kombinationen davon.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei die perforierten Mikrostrukturen eine oberflächenaktive Substanz umfassen, welche bevorzugt ausgewählt ist aus Phospholipiden, nichtionischen Detergentien, nichtionischen Blockcopolymeren, ionischen oberflächenaktiven Substanzen, biokompatiblen fluorinierten oberflächenaktiven Substanzen und Kombinationen davon.
Stabile Dispersion gemäß Anspruch 4, wobei die perforierten Mikrostrukturen ein Diblock- oder Triblockcopolymer von Polyoxyethylen und Polyoxypropylen, Ölsäure oder ihr Alkalisalz und Kombinationen davon umfassen.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 4, wobei die oberflächenaktive Substanz ein Phospolipid ist, welches bevorzugt ausgewählt ist aus Dilauroylphosphatidylcholin, Dioleylphosphatidylcholin, Dipalmitoylphosphatidylcholin, Disteroylphosphatidylcholin, Behenoylphosphatidylcholin, Arachidoylphosphatidylcholin und Kombinationen davon.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 6, wobei die perforierten Mikrostrukturen mehr als 10% Gew./Gew. oberflächenaktive Substanz umfassen.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei die perforierten Mikrostrukturen hohle poröse Mikrokügelchen umfassen.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei der biologische Wirkstoff einen Anteil an feinen Teilchen nach dem Vernebeln in Aerosolform von mehr als 30% aufweist.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei der biologische Wirkstoff ausgewählt ist aus Antiallergika, Bronchodilatoren, pulmonaren Lungensurfaktanten, Analgetika, Antibiotika, Antiinfektiva, Leukotrienhemmern oder -antagonisten, Antihistaminika, antiinflammatorisch wirksamen Substanzen, Antineoplastika, Anticholinergika, Anästhetika, Tuberkulosemitteln, Darstellungsmitteln, cardiovaskulären Mitteln, Enzymen, Steroiden, genetischem Material, viralen Vektoren, Antisense-Mitteln, Proteinen, Peptiden und Kombinationen davon.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei die Aufrahmungs- oder Sedimentierzeit länger als 30 Minuten beträgt.
Stabile Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 1, wobei der durchschnittliche geometrische Durchmesser der Mikrostrukturen zwischen 1 und 30 μm beträgt.
Verfahren zur Bildung einer stabilisierten Dispersion für die Atemwege, welches die Schritte umfasst: Kombinieren einer Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen mit einem durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser von weniger als 5 μm, umfassend mindestens einen biologischen Wirkstoff mit einem vorbestimmten Volumen eines Suspensionsmediums, umfassend mindestens ein Treibmittel, um ein Gemisch für die Atemwege bereitzustellen, wobei das Suspensionsmedium im wesentlichen die Mikrostrukturen durchdringt; und Mischen des Gemischs für die Atemwege, um eine im wesentlichen homogene Dispersion für die Atemwege bereitzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Volumen des Suspensionsmediums, welches von der perforierten Mikrostruktur verdrängt wird, bei weniger als 70% des durchschnittlichen Teilchenvolumens der perforierten Mikrostruktur liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Treibmittel eine Verbindung umfasst, welche ausgewählt ist aus 1,1,1,2-Tetrafluorethan, 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluor-n-propan, Perfluorethan, Monochlordifluormethan, 1,1-Difluorethan und Kombinationen davon.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die perforierten Mikrostrukturen eine oberflächenaktive Substanz umfassen, welche bevorzugt ausgewählt ist aus Phospholipiden, nichtionischen Detergentien, nichtionischen Blockcopolymeren, ionischen oberflächenaktiven Substanzen, biokompatiblen fluorinierten oberflächenaktiven Substanzen und Kombinationen davon.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die oberflächenaktive Substanz ein Phospholipid umfasst, welches bevorzugt ausgewählt ist aus Dilauroylphosphatidylcholin, Dioleylphosphatidylcholin, Dipalmitoylphosphatidylcholin, Disteroylphosphatidylcholin, Behenoylphosphatidylcholin, Arachidoylphosphatidylcholin und Kombinationen davon.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die perforierten Mikrostrukturen mehr als 10% Gew./Gew. oberflächenaktive Substanz umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die perforierten Mikrostrukturen hohle poröse Mikrokügelchen umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der biologische Wirkstoff ausgewählt ist aus Antiallergika, Bronchodilatoren, pulmonaren Lungensurfaktanten, Analgetika, Antibiotika, Antiinfektiva, Leukotrienhemmern oder -antagonisten, Antihistaminika, antiinflammatorisch wirksamen Substanzen, Antineoplastika, Anticholinergika, Anästhetika, Tuberkulosemitteln, Darstellungsmitteln, cardiovaskulären Mitteln, Enzymen, Steroiden, genetischem Material, viralen Vektoren, Antisense-Mitteln, Proteinen, Peptiden und Kombinationen davon.
Dispersion für die Atemwege zur Abgabe eines oder mehrerer biologischer Wirkstoffe an die Lunge, welche ein Suspensionsmedium mit einer darin dispergierten Mehrzahl perforierter Mikrostrukturen mit einem durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser von weniger als 5 μm und mehr als 20% Gew./Gew. oberflächenaktive Substanz und mindestens einen biologischen Wirkstoff umfasst, wobei das Suspensionsmedium mindestens ein Treibmittel umfasst.
Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 21, wobei das Treibmittel eine Verbindung umfasst, welche ausgewählt ist aus 1,1,1,2-Tetrafluorethan, 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluor-n-propan, Perfluorethan, Monochlordifluormethan, 1,1-Difluorethan und Kombinationen davon.
Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 21, wobei die oberflächenaktive Substanz ausgewählt ist aus Phospholipiden, nichtionischen Detergentien, nichtionischen Blockcopolymeren, ionischen oberflächenaktiven Substanzen, biokompatiblen fluorinierten oberflächenaktiven Substanzen und Kombinationen davon.
Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 21, wobei die perforierten Mikrostrukturen ein Diblock- oder Triblockcopolymer von Polyoxyethylen und Polyoxypropylen, Ölsäure oder ihr Alkalisalz umfassen.
Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 23, wobei die oberflächenaktive Substanz ein Phospholipid umfasst, welches bevorzugt ausgewählt ist aus Dilauroylphosphatidylcholin, Dioleylphosphatidylcholin, Dipalmitoylphosphatidylcholin, Disteroylphosphatidylcholin, Behenoylphosphatidylcholin, Arachidoylphosphatidylcholin und Kombinationen davon.
Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 21, wobei die perforierten Mikrostrukturen hohle poröse Mikrokügelchen umfassen.
Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 26, wobei hohlen porösen Mikrokügelchen einen durchschnittlichen aerodynamischen Durchmesser zwischen 0,5 und 5 μm aufweisen.
Dispersion für die Atemwege gemäß Anspruch 21, wobei der biologische Wirkstoff ausgewählt ist aus Antiallergika, Bronchodilatoren, pulmonaren Lungensurfaktanten, Analgetika, Antibiotika, Antiinfektiva, Leukotrienhemmern oder -antagonisten, Antihistaminika, antiinflammatorisch wirksamen Substanzen, Antineoplastika, Anticholinergika, Anästhetika, Tuberkulosemitteln, Darstellungsmitteln, cardiovaskulären Mitteln, Enzymen, Steroiden, genetischem Material, viralen Vektoren, Antisense-Mitteln, Proteinen, Peptiden und Kombinationen davon.