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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontrollierten Kristallisation
von Pulver, insbesondere von sprühgetrocknetem
Pulver. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung,
Erhalt oder verminderter Reduktion der Fließfähigkeit (FPF) eines Pulvers
insbesondere unter Beibehalt der Stabilität der Substanz, ein Verfahren
zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften eines Pulvers
sowie ein Verfahren zur besseren Abfüllbarkeit eines Pulvers, insbesondere
eines sprühgetrockneten
Pulvers.
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HINTERGRUND
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Zur
Optimierung der Fließfähigkeit
von Pulver werden verschiedene Strategien eingesetzt. Zum einen kann
die Rauhigkeit der Partikeloberfläche erhöht werden. Zum anderen besteht
aber auch die Möglichkeit, die
chemische Zusammensetzung der Oberfläche zu modifizieren. Sowohl
durch eine erhöhte
Rauhigkeit als auch durch die chemische Modifizierung der Partikeloberfläche können interpartikuläre Wechselwirkungen
reduziert werden, wodurch sich die Fließfähigkeit der Pulver und auch
die Dispergierbarkeit der Partikel in Luft und damit das aerodynamische
Verhalten verbessert.
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Die
Erhöhung
der Rauhigkeit kann zum Beispiel durch das Beschichten der Partikel
mit nanoskaligen Partikeln erhöht
werden. (G. Huber, Powder Technology 134 (2003), 181–192, Electrostatically
supported surface coating of a solid particle in liquid nitrogen
for the use in Dry-Powder-Inhalers). Herkömmliche
Verfahren zum Aufziehen von Nanopartikeln auf Pulver (ohne Fokus
auf sprühgetrocknetem
Material) sind beispielsweise mechanische Verfahren wie z.B. das
Beschichten in einer Strahlenmühle
oder in einem Hybridizer (Firma Nara). Des Weiteren kommen auch
Freifallmischer zum Einsatz (M. Eber, 2004, Dissertation
Uni Erlangen, Titel: Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit von Nanoskaligen Flussregulierungsmitteln).
Beim Vermischen von sprühgetrocknetem
Material mit Carriersystemen werden überlicherweise Siebe bzw. Freifallmischer
eingesetzt.
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Neben
der Strategie, die Oberflächenrauhigkeit
zu modifizieren, kann auch durch eine Hydropobisierung der Partikeloberfläche die
Pulvereigenschaften optimiert werden. Bei der Herstellung von sprühgetrockneten
Pulvern können
hydrophobe Substanzen direkt in die Sprühlösung gegeben werden. Sowohl
durch die Zerstäubung
der Sprühlösung in
kleinste Tröpfchen
als auch beim Eindampfen des Tropfens im Trocknungsturm des Sprühtrockners
bedingt durch eine geringere Löslichkeit
des Hilfsstoffes verglichen zum Wirkstoff und weiteren Hilfsstoffen
reichern sich die hydrophoben Substanzen an der Oberfläche an.
Außerdem
besteht die Möglichkeit,
die sprühgetrockneten
Partikel in einem separaten Prozessschritt mit einem hydrophoben
Film zu beschichten.
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In
der Regel ist es bei Pulvern, insbesondere bei proteinhaltigen Pulvern
und ganz besonders bei sprühgetrockneten
Pulvern, das Ziel, die Partikel in amorpher Form zu erhalten, da
unkontrollierte Kristallisationsvorgänge den Wirkstoff schädigen können. Üblicherweise
sind amorphe Pulver hygroskopisch und neigen zur Ausbildung von
Pulveragglomeraten. Beide Effekte sind im Wesen unerwünscht und
erhöhen
die Anforderungen hinsichtlich der Lagerung der Pulver und der Ausbringung
bei beispielsweise pulmonaler Anwendung.
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Bei
hohen Proteinanteilen im sprühgetrockneten
Pulver neigen diese ebenfalls zur Agglomeratbildung. Je nach Protein
bilden sich mehr oder minder starke Verklebung der Einzelpartikel
aus. Während
beispielsweise humanes Serum Albumin sich noch bei Massenanteilen
größer 70%
gut sprühtrocknen
lässt,
bricht die Produktqualität
bei monoklonalen Antikörpern
oftmals ein. Die resultierenden Pulver zeigen eine schlechte Fließfähigkeit
und lassen sich nur schwer durch einen Inhalator dispergieren.
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Hieraus
ergibt sich für
den Produktentwickler die Herausforderung, sowohl die Stabilität zu erhalten, insbesondere
die Proteinstabilität
nach Sprühtocknung,
als auch ein Pulver herzustellen, dass sowohl gut fließfähig als
auch für
die Inhalation gut geeignet ist.
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Stand
der Technik zur Lösung
dieses Problems ist die Nachschaltung weiterer Prozess-Schritte.
In der Literatur beschrieben ist das Beschichten sprühgetrockneter
Partikel mit so genannten Filmbildnern oder auch das Vermischen
von sprühgetrockneten
Partikeln mit weiteren Hilfsstoffen, beispielsweise mit nanoskaligen aber
auch mit wesentlich gröberen
Partikeln in der Größe von ca.
50–100 μm.
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Beim
Beschichten von Materialien, insbesondere sprühgetrockneten Materialien,
mit Nanopartikeln bzw. mit Filmbildner, wie z.B. Mg-Stearat, ist
ein hoher apparativer Aufwand notwendig. Der Einsatz von Mühlen verursacht
außerdem
einen thermischen Stress auf die Partikel, so dass unerwünschte morphologische Änderungen
sowie Schädigungen
der Substanz, insbesondere des Proteins, die Folge sein können.
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Sämtliche
Prozesse, die Mischvorgänge
beinhalten, sind im besonderen bezüglich der Homogenität des Wirkstoffes
im Pulver und damit hinsichtlich der Gleichförmigkeit der Dosis kritisch.
Inhomogenitäten
können
sich direkt bei der Herstellung aber auch während der anschließenden Lagerung
durch Segregation einstellen. Beispielsweise kann sich über die
Lagerung ein Wirkstoff im Primärpackmittel
wie Kapseln oder Blister anreichern. Beim Vermischen von Partikeln
unterschiedlicher Dichte können
durch die Gravitation Entmischungsprozesse auftreten. Bei der Verarbeitung
von amorphen Pulvern ist es bei Mehrstufenprozessen notwendig, die
Prozesskette durchweg bei reduzierten Luftfeuchten zu fahren, da
ansonsten ebenfalls unkontrollierte Kristiallisationsvorgänge auftreten
können.
Hierdurch kann sich der Aufwand bei der Prozessentwicklung aber
auch bei der Herstellung eines Produktes erhöhen.
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Es
ergibt sich somit die Aufgabe, die aufgeführten Probleme mit reduziertem
technischen Aufwand zu lösen.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die nachfolgenden
Ausführungen
sowie durch die in den Patentansprüchen dargestellten Gegenstände und
Verfahren gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung, Erhalt
oder verminderten Reduktion der Fließfähigkeit (FPF) eines Pulvers,
ein Verfahren zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften
eines Pulvers und ein Verfahren zur Verringerung der Elektrostatik
eines Pulvers enthaltend einen Wirkstoff, insbesondere ein Protein,
und mindestens einen Hilfsstoff dadurch gekennzeichnet, dass
- – ein
amorphes Pulver
- – über einen
definierten Expositionszeitraum
- – kontrolliert
einem wasserhaltigen Gas oder einem lösungsmittel-haltigen Gas mit
definierter relativer Feuchte bei einer definierten Temperatur ausgesetzt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt erfindungsgemäße Verfahren
bei welchen der Expositionszeitraum so gewählt wird, dass der Hilfsstoff
vor dem Wirkstoff kristallisiert.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das vorliegende Pulver ein sprühgetrocknetes Pulver.
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Diese
Vorgehensweise bzw. dieses Verfahren wird im Weiteren auch als „Tempern" bezeichnet. Durch das
Tempern wird eine thermodynamisch stabile Partikeloberfläche geschaffen.
Hierdurch verringert sich das Ausmaß von unverwünschten
Temperatur- und Feuchte-induzierten Veränderungen der Pulver während der Lagerung.
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Die
Homogenität
des Wirkstoffes im Pulver ist in sofern unkritisch, da diese sich
aus der Zusammensetzung des Sprühtropfens
ergibt. Entmischungsvorgänge
sind bei rein sprühgetrockneten
Pulvern nicht möglich
bzw. unbekannt Durch das Tempern kann neben der Lagerstabilität auch das
Fließ-
und Dispergierverhalten der Pulver optimiert werden. Durch die thermodynamische
Stabilisierung der Partikeloberfläche kann eine Lagerung auch
bei höheren
Luftfeuchten erfolgen. Dieses verbessert die Produktsicherheit im
besonderen beim Patienten. Durch das Erzeugen von einer nanoskaligen
Oberflächenrauigkeit
verbessert sich die Fließfähigkeit
sowie die Aerodynamik. Dies drückt
sich wiederum in eine besseren Abfüllbarkeit/Prozessierbarkeit und
Inhalierbarkeit aus.
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Anwendungsbereiche
der vorliegenden Erfindung finden sich z.B. in der Entwicklung pulverhaltiger Darreichungsformen
von Arzneimitteln z.B. für
die Inhalation.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Durch
das Tempern wird eine thermodynamisch stabile Partikeloberfläche geschaffen.
Hierdurch verringert sich das Ausmaß von unverwünschten
Temperatur- und Feuchte-induzierten Veränderungen der Pulver während der
Lagerung. Die Homogenität
des Wirkstoffes im Pulver ist in sofern unkritisch, da diese sich
aus der Zusammensetzung des Sprühtropfens
ergibt. Entmischungsvorgänge
sind bei rein sprühgetrockneten
Pulvern nicht möglich
bzw. unbekannt
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Bei
herkömmlichen
Verfahren zur Herstellung insbesondere Proteinhaltiger Pulver werden
unkontrollierte Kristallisationseffekte vermieden, da sie das Pulver
bzw. das Protein schädigen
können. Überraschenderweise
konnte jedoch festgestellt werden, dass bei bestimmten Rezepturen,
eine Oberflächenkristallisation induziert
werden kann, ohne Schädigung
der Substanz bzw. des Wirkstoffs, und insbesondere des Proteins.
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Das
Auftreten der Oberflächenkristallisation
ist mit einigen Voraussetzungen verbunden: Im Pulver, insbesondere
im sprühgetrockneten
Pulver, sind proteinarme und proteinreiche Bereiche vorhanden. Diese Zonenbildung
kann durch den Einsatz unterschiedlich hydrophober Substanzen in
der Sprühlösung erzeugt werden.
Die proteinarmen Bereiche sollten Substanzen enthalten, die leicht
kristallisierbar sind. Die proteinreichen Bereiche sollten dagegen
wesentlich schwerer kristallisierbar sein und enthalten in der Regel
neben dem Protein eine weitere, dritte Komponente, z.B. Zucker.
Die leicht kristallisierbaren Substanzen sollten sich bevorzugt
an der Partikeloberfläche
befinden; die schwer kristallisierbaren Substanzen dagegen im Kern.
Das gewünschte
Kristallisieren der Partikel sollte durch Luftfeuchte, Temperatur
und Zeit steuerbar sein und erfolgt in einem separaten Schritt,
insbesondere nach Sprühtrocknung.
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Die
Erfindung ergibt sich nicht aus dem Stand der Technik.
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Herkömmliche
Verfahren wie das Verfahren zum Aufziehen von Nanopartikeln auf
Pulver (ohne Fokus auf sprühgetrocknetem
Material) sind beispielsweise mechanische Verfahren wie z.B. das
Beschichten in einer Strahlenmühle
oder in einem Hybridizer (Fa. Nara). Des Weiteren kommen auch Freifallmischer
zum Einsatz (M. Eber, 2004, Disseratation Uni Erlangen,
Titel: Wirksamkeit und Leistungsfähigkeit von Nanoskaligen Flussregulierungsmitteln).
Beim Vermischen von sprühgetrocknetem
Material mit Carriersystemen werden überlicherweise Siebe bzw. Freifallmischer
eingesetzt.
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In
einer Patentanmeldung (
WO20040/3848 )
wurden Pulver (auch sprühgetrocknetes
Pulver) nach Herstellung mit einer Aminosäure, mit Mg-Stearat sowie mit
einem Phospholipid in einer Mühle
(Strahlenmühle/Kugelmühle) vermischt.
Auf ein Verfahren zur kontrollierten Kristallisation findet sich
darin jedoch kein Hinweis. Die in dieser Patentanmeldung beschriebenen
Verfahren beziehen sich auf eine Hydrophobisierung der Partikeloberfläche. So
wurde beschrieben, dass durch diese Hydrophobisierung interpartikluläre Wechselwirkungen
reduziert werden konnten und dadurch die Fließfähigkeit und die aerodynamischen
Eigenschaften der Pulver optimiert wurde. Eine Hydrophobisierung
der Partikeloberfläche
ist jedoch nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung, sondern
die thermodynamische Stabilisierung der Oberfläche durch eine kontrollierte
Kristallisation. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist außerdem die
Reduktion der elektrostatischen Wechselwirkungen im Pulver. Speziell
hydrophobisierte Pulver neigen zu starken elektrostatischen Ausladungen.
So konnte beispielsweise bei Phenylalanin-haltigen Pulvern gezeigt
werden, dass nach dem Tempervorgang die Elektrostatik abgebaut wurde.
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In
einer weiteren Patentanmeldung
WO03/037303 wird
ebenfalls ein Verfahren, bei dem direkt im Sprühtrockner hydrophobe Substanzen
auf Partikel aufgezogen werden, beschrieben. Bei diesem Verfahren wird über eine
Mehrfachdüse
2 Sprühlösungen unabhängig voneinander
in den Trocknungsturm eingespeist. In einem Beispiel der Veröffentlichung
der Patentanmeldung werden sowohl Raffinose- als auch Leucin- Partikel
hergestellt. Die Partikel mischen sich direkt im Sprühtrockner.
Die resultierende Mischung zeigte ein verbessertes Dispergierverhalten
verglichen zur sprühgetrockneten
Raffinose.
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WO03/037303 ist nicht relevant,
da es sich bei diesem Verfahren um ein Vermischen zweier sprühgetrockneter
Partikelpopulationen handelt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht
Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Erfindung
geht es vielmehr um eine Modifizierung der vorhandenen Partikel
ohne Zugabe weiterer Substanzen in einem zusätzlichen Prozessschritt.
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In
einer weiteren Patentanmeldung (
WO0030614 )
wird ein Prozess beschrieben, bei dem amorphe Anteile kristallisiert
werden. Das Pulver wird mit einem superkritischen bzw. subkritischen
Gas beaufschlagt. Das Gas enthält
zusätzlich
noch Wasser oder ein organisches Lösungsmittel. Das superkritische
bzw. subkritische Gas penetriert in das Partikel ein und verursacht
bedingt durch den Lösungsmitteldampf
eine Kristallisation amorpher Anteile.
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WO0030614 ist nicht relevant,
da die Veröffentlichungsschrift
ausschließlich
superkritische Verfahren beschreibt. Die vorliegende Patentanmeldung
schließt
jedoch in ihrer bevorzugten Ausführungsform
superkritische Verfahren aus. Das Tempern von sprühgetrockneten
Partikeln beinhaltet im Wesen außerdem ein kontrolliertes Kristallisieren
von Oberflächen
unter Beibehaltung der amorphen Anteile im Inneren des Partikels. Durch
eine amorphe Umgebung kann das Protein stabilisiert werden. Dieser
wesentliche verfahrenstechnische Schritt ist nicht Bestandteil der
Patentanmeldung
WO0030614 .
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Die
Patente
US556293 ,
US5709884 ,
US5874063 beschreiben ebenfalls Prozesse,
bei denen Pulver mit Lösungsmitteldampf
konditioniert werden. Der Dampf kann sowohl aus Wasser als auch
aus einem organischen Lösungsmittel
wie beispielsweise Ethanol bestehen.
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Das
Patent
US5562923 beschreibt
ein Verfahren, bei dem mechanisch mikronisierte Partikel mit Lösungmitteldampf,
bestehend aus einem niederkettigen Alkohol beziehungsweise Keton
oder Ethylazetat, versetzt werden. Das Patent
US556293 ist jedoch nicht relevant,
da Proteine nicht Bestandteil des US-Patentes sind. Außerdem wird
entsprechend der genannten Patentschrift ausschließlich mechanisch
mikronisiertes Pulver konditioniert. Sprühgetrocknete Pulver sind ebenfalls
nicht Bestandteil von
US5562923 .
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Das
Patent
US570984 ist nicht
relevant, da Proteine nicht Bestandteil des US-Patents sind. Außerdem werden ausschließlich Pulvermischungen
bestehend aus verschiedenen separat hergestellten Substanzen beziehungsweise
Partikeln konditioniert und nicht sprühgetrocketes Pulver.
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Das
Patent
US5874063 ist
nicht relevant, da Proteine nicht Bestandteil des US-Patents sind. Außerdem ist
das Ziel dieses Verfahren die annähernd komplette Reduktion von
amorphen Anteil auf kristalline Partikel. Beim Tempern von sprühgetrocknetem
Pulver ist das Partikel im wesentlichen amorph. Das heißt, die Kristallinität ist kleiner
50%. Nach dem Tempern sind weiterhin amorphe Anteile für die Proteinstabilisierung notwendig.
Dieser Tatbestand grenzt die vorliegende Anmeldung/Erfindung eindeutig
vom US-Patent
US5874063 ab.
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In
der Literatur sind des weiteren Sprühtrocknungsverfahren beschrieben,
die durch eine geschickte Auswahl der Sprühflüssigkeit kristalline Partikel
erzeugen. Kambiz Gilani et al. (Journal of Pharmaceutical
Science, Vol 94, No 5. 2005, Seite 1048-1059) zeigte, dass
durch Zugabe von Ethanol zu einer wässrigen Sprühlösung die Kristallinität getrockneter,
Natrium cromoglicat-haltiger, Partikel erhöht werden kann. Durch eine
Erhöhung
der kristallinen Anteile im sprühgetrockneten
Partikel konnten des weiteren die aerodynamischen Eigenschaften
verbessert werden.
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Harjunen
et al. (Drug Development and Industrial Pharmacy, Vol 28,
No. 8, 2002, Seite 949–955)
zeigte, dass es durch eine Variation des Mischungsverhältnisses
von Wasser und Ethanol in einer laktosehaltigen Sprühlösung möglich ist,
Partikel mit amorphen Anteilen zwischen 0% und 100% herzustellen.
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Diese
Verfahren sind jedoch nicht mit einem kontrolliertem Kristallisieren
von Oberflächen
vergleichbar. Beispielsweise liegt, wie von Harjunen et al. beschrieben,
die Laktose bei 15% Gewichtsanteil in Ethanol als kristalline Suspension
vor. Die Sprühtrocknung
wird hier zur fest/flüssig
Separation genutzt und nicht zur Generierung neuer Partikel.
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BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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Sämtlich in
den Beschreibungen aufgeführten
Prozentangaben beziehen sich auf Konzentrationsangaben und Zusammensetzungen
der trockenen Feststoffe insbesondere in einem durch Sprühtrocknung
erzielten Pulver (w/w).
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1
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DVS
(Dyanmic Vapor Sorption) – Aufnahmen
zur Bestimmung der Hygroskopizität
des sprühgetrockneten
Pulvers enthaltend 80% Phenylalanin, 10% LS90P und 10% IgG1
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Die
Abbildung zeigt die Hygroskopizität eines sprühgetrockneten Pulvers. Die
Messung wurde mit einem DVS (Firma Porotec) durchgeführt. Die
DVS-Methode beinhaltet die Einwaage der Probe und dem kontrollierten
Aussetzen der Probe mit Wasserdampf. Detektiert wird die Massenänderung.
Bei der vorliegenden Abbildung wurden 2 Zyklen mit jeweils einer
Wasserdampfadsorption und einer entsprechenden Desorption gefahren.
Die maximale relativen Feuchte (rF) lag bei 80%. Durch den Vergleich
der beiden Zyklen können Feuchte-induzierte
irreversible Ergebnisse detektiert werden. Bei der vorliegenden
Messung kann sowohl bei 50% rF als auch bei 60% rF ein Absinken
der Masse detektiert werden. Dieser Abfall ergibt sich aus dem Kollabieren
der Oberfläche
bedingt durch ein Kristallisieren des Pulvers. Durch das Kollabieren
befindet sich auf der Oberfläche
schlagartig eine Übersättigung
von kondensiertem Wasserdampf. Hieraus folgt ein Abdampfen dieses
Wassers und dementsprechend eine Massenreduktion.
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2
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Hygroskopizität eines
sprühgetrockneten
Pulvers enthaltend 80% Phenylalanin, 10% LS90P und 10% IgG1 bei
50% relativer Feuchte (rF) (2a) und
60%rF (2b)
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Die
Messung wurde analog wie in der Beschreibung zur 1 dargestellt
durchgeführt.
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3
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Rasterkraftmessungen
Aufnahmen (AFM) eines sprühgetrockneten
Pulvers enthaltend 80% Phenylalanin, 10% LS90P und 10% IgG1 bei
Lagerung unter 50%rF Probenvorbereitung: Das Pulver wurde mit Hilfe eines
Spatel auf den AFM Probenhalter (sample disc) aufgebracht. Ein Kleber
(STKY-Dot) stellte die adhäsive Bindung
zwischen Probenhalter und der untersten Pulverschicht her. Die darüber liegenden
Pulver-Schichten hafteten durch die Partikel-Adhäsion. Lose Partikel wurden
mit Hilfe eines trockenen Stickstoffstrahls abgeblasen.
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Durchführung: Direkt
nach der Probenvorbereitung wurde das Pulver in den AFM-Kopf eingelegt und der
AFM-LASER justiert. Nach der Justierung wurde das AFM mit Hilfe
einer Haube (Atmospheric hood) hermetisch verschlossen und die eingeschlossene
Luft auf 0% relativer Feuchte entfeuchtet. Nach der Entfeuchtung
wurde eine geeignete Pulverpartikel-Oberfläche kontinuierlich an einer
Stelle gescannt. Nachdem sich ein stabiler Scannzustand eingestellt
hatte, wurde die Luftfeuchte innerhalb weniger Minuten auf 50% relative Feuchte
erhöht.
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Materialien:
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- AFM MultiModeTM SPM von Veeco
- E-Scanner von Veeco
- TIP: MPP-11200 von Veeco
- Atmospheric hood von Veeco
- Sample disc von Veeco
- STKY-Dot von Veeco
- Software Version V5.12b48
- Luftfeuchte-Regelgerät
UH-LFR von Boehringer Ingelheim
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Parameter:
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- TappingMode
- Scan-Rate: 1–2
Hz
- Scan-Auflösung:
512 × 512
Pixel
- Tip-Frequenz: 250–300
kHz
- Luffeuchte: ca. 0% RH, 50 ± 4%
RH, 70 ± 3%
RH (Relative Humidity)
- Temperatur der Probe während
des Scannens: TS = 22–28°C
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- a) Anfangswert, sprühgetrocknetes Pulver: 80% Phenylalanin/10%
LS90P/10% IgG1
- b) nach 12 Minuten Inkubationszeit bei 50%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
- c) Inkubationszeit bei 50%rF nach 53 Minuten Inkubationszeit
bei 50%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
- d) nach 8 Stunden Inkubationszeit bei 50%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
- e) nach 20 Stunden Inkubationszeit bei 50%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
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4
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Rasterkraftmessungen
Aufnahmen (AFM) eines sprühgetrockneten
Pulvers enthaltend 80% Phenylalanin, 10% LS90P und 10% IgG1 bei
Lagerung unter 60%rF
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Die
Messung wurde analog wie in der Beschreibung zur 3 dargestellt
durchgeführt.
- a) Anfangswert, sprühgetrocknetes Pulver: 80% Phenylalanin/10%
LS90P/10% IgG1
- b) nach 12 Minuten Inkubationszeit bei 60%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
- c) Inkubationszeit bei 50%rF nach 44 Minuten Inkubationszeit
bei 50%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
- d) nach 8 Stunden Inkubationszeit bei 50%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
- e) nach 17 Stunden Inkubationszeit bei 50%rF, sprühgetrocknetes
Pulver: 80% Phenylalanin/10% LS90P/10% IgG1
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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DEFINITIONEN
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Im
Rahmen dieser Erfindungsbeschreibung verwendete Begriffe und Bezeichnungen
haben folgende im Anschluss definierte Bedeutungen. Die Gewichts-
und Gewichtsprozentangaben beziehen sich, sofern nichts anderes
erwähnt
wird, jeweils auf die Trockenmasse der Zusammensetzungen oder den
Feststoffgehalt der Lösungen/Suspensionen.
Die allgemeinen Ausführungsformen „enthaltend" oder „enthält" schließt die speziellere
Ausführungsform „bestehend
aus" mit ein. Ferner
werden „Einzahl" und „Mehrzahl" nicht begrenzend verwendet.
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„Pulver" bezeichnet einen
sehr feinen, zerkleinerten Stoff. „Sprühgetrocknete Pulver" meint ein Pulver, welches
mittels Sprühtrocknung
hergestellt wurde.
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„Partikel" bezeichnet ein Teilchen
von einem Stoff. In der vorliegenden Erfindung sind mit Partikeln
die Partikel in den erfindungsgemäßen Pulvern gemeint. Die Begriffe
Partikel und Pulver werden in der vorliegenden Erfindung zeitweise
austauschbar verwendet. Mit einem Pulver sind auch dessen Bestandteile,
die Partikel, umfasst. Partikel weisen auch auf die Gesamtmenge
von Partikeln also das Pulver hin.
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Der
Begriff „Gemisch" oder "Gemische" im Sinne dieser
Erfindung meint sowohl solche Gemische, die sich aus einer echten
Lösung
aller Komponenten generieren oder aus einer Lösung in der eine oder mehrere der
Komponenten suspendiert wurde(n). Der Begriff „Gemische" im Sinne dieser Erfindung meint aber
auch solche Gemische, die durch einen physikalischen Mischprozess
aus festen Partikeln dieser Komponenten entstanden sind oder die
durch Aufbringen einer Lösung
oder Suspension dieser Komponenten auf eine oder mehrere feste Komponenten
entstanden sind.
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Der
Ausdruck „Zusammensetzung", meint flüssige, halbfeste
oder feste Gemische aus zumindest zwei Ausgangsstoffen.
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Der
Begriff „pharmazeutische
Zusammensetzung" meint
eine Zusammensetzung zur Applikation im Patienten.
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Der
Begriff „pharmazeutisch
akzeptable Hilfsstoffe" bezieht
sich auf Hilfsstoffe, die optional im Rahmen der Erfindung in der
Formulierung enthalten sein können.
Die Hilfsstoffe können
beispielsweise pulmonal appliziert werden ohne hierbei signifikant
ungünstige
toxikologische Effekte auf den Probanden oder die Probandenlunge
zu haben.
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Der
Ausdruck „pharmazeutisch
akzeptable Salze" umfasst
beispielsweise folgende Salze, ist aber nicht begrenzt auf diese:
Salze aus anorganischen Säuren,
wie Chlorid, Sulfat, Phosphat, Diphosphat, Bromid und Nitratsalze.
Des weiteren Salze aus organischen Säuren, wie Malst, Malest, Fumarat,
Tartrat, Succinat, Ethylsuccinat, Citrat, Acetat, Lactat, Methansulfonat,
Benzoat, Ascorbat, Para-Toluolsulfonat,
Palmost, Salicylat und Stearat, ebenso wie Estolat, Gluceptat und
Lactobionat Salze.
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Mit
dem Begriff „Wirkstoffe" sind Substanzen
gemeint, die in einem Organismus eine Wirkung bzw. eine Reaktion
hervorrufen. Wird ein Wirkstoff zu therapeutischen Zwecken am Menschen
oder am tierischen Körper
angewandt so bezeichnet man ihn als Arzneimittel oder Medikament.
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Unter
einem „Proteinwirkstoff" bzw. „Protein-Wirkstoff" wird in der vorliegenden
Erfindung ein Wirkstoff verstanden, der strukturell als Protein
vorliegt bzw. strukturell ein Protein, Polypeptid oder Peptid darstellt.
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Beispiele
für Wirkstoffe
sind Insulin, Insulin-ähnlicher
Wachstumsfaktor, humanes Wachstumshormon (hGH) und andere Wachstumsfaktoren,
Gewebeplasminogenaktivator (tPA), Erythropoetin (EPO), Cytokine, beispielsweise
Interleukine (IL) wie IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7,
IL-8, IL-9, IL-10, IL-11, I1-12, I1-13, I1-14, IL-15, I1-16, I1-17,
I1-18, Interferon (IFN)-alpha, beta, gamma, Omega oder tau, Tumornekrosefaktor (TNF)
wie z.B. TNF-alpha, beta oder gamma, TRAIL, G-CSF, GM-CSF, M-CSF,
MCP-1 und VEGF. Weitere Beispiele sind monoklonale, polyklonale,
multispezifische und einzelkettige (single chain) Antikörper und
Fragmente davon, wie z.B. Fab, Fab', F(ab')2, Fc und Fc'-Fragmente, leichte (L) und schwere (H)
Immunglobulinketten und deren konstante, variable oder hypervariable
Regionen sowie Fv- und Fd-Fragmente (Chamov et al., 1999).
Die Antikörper
können
humanen oder nichthumanen Ursprungs sein. Auch humanisierte und
chimäre
Antikörper
kommen in Frage. Ebenso betrifft dies konjugierte Proteine und Antikörper, welche
beispielsweise mit einer radioaktiven Substanz oder einem chemisch-definierten
Arzneistoff verbunden sind.
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Fab-Fragmente
(Fragment antigen-binding = Fab) bestehen aus den variablen Regionen
beider Ketten, die durch die angrenzenden konstanten Regionen zusammengehalten
werden. Sie können
z.B. durch Behandlung mit einer Protease, wie beispielsweise Papain,
aus konventionellen Antikörpern
erzeugt werden oder aber auch durch DNA-Klonierung. Weitere Antikörperfragmente
sind F(ab')2-Fragmente, die durch proteolytischen Verdau
mit Pepsin hergestellt werden können.
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Durch
Genklonierung können
auch verkürzte
Antikörperfragmente
hergestellt werden, die nur aus den variablen Region der schweren
(VH) und der leichten Kette (VL) bestehen. Diese werden als Fv-Fragmente (Fragment
variable = Fragment des variablen Teils) bezeichnet. Da bei diesen
Fv-Fragmenten die kovalente Verbindung über die Cysteinreste der konstanten
Ketten nicht möglich
ist, werden diese Fv-Fragmente oft anderweitig stabilisiert. Dazu
werden die variablen Region der schweren und leichten Kette häufig mittels
eines kurzen Peptidfragments von ca. 10–30 Aminosäuren, besonders bevorzugt 15
Aminosäuren,
miteinander verknüpft.
Auf diese Weise entsteht eine einzelne Polypeptidkette, in der VH
und VL durch einen Peptidlinker miteinander verbunden sind. Solche
Antikörperfragmente
werden auch als single-chain Fv-Fragment (scFv) bezeichnet. Beispiele
von scFv-Antikörpern
sind bekannt und beschrieben, siehe z.B. Huston et al. (1988).
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In
den vergangenen Jahren wurden verschiedene Strategien entwickelt
um multimere scFv-Derivate herzustellen. Die Intention besteht in
der Erzeugung von rekombinanten Antikörpern mit verbesserten pharmakokinetischen
Eigenschaften und verstärkter
Bindungsavidität.
Zur Erreichung der Multimerisierung der scFv-Fragmente werden diese als Fusionsproteine
mit Multimerisierungsdomänen
hergestellt. Als Multimerisierungsdomänen können dabei z.B. die CH3-Region
eines IgGs oder Helixstrukturen („coiled coil structure") wie die Leucin-Zipper-Domänen fungieren.
In anderen Strategien wird die Interaktion zwischen den VH- und VL-Regionen
des scFv-Fragments für
eine Multimerisierung genutzt (z.B. Dia- , Tri- und Pentabodies).
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Als „Diabody" bezeichnet ein Fachmann
ein bivalentes homodimeres scFv-Derivat.
Die Verkürzung des
Peptidlinkers im scFv-Moleküle
auf 5–10
Aminosäuren
resultiert in der Bildung von Homodimeren durch Überlagerung von VHNL-Ketten.
Die Diabodies können
zusätzlich
durch eingeführte
Disulfidbrücken
stabilisiert werden. Beispiele von Diabodies finden sich in der
Literatur, z.B. bei Perisic et al. (1994).
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Als „Minibody" bezeichnet der Fachmann
ein bivalentes, homodimeres scFv-Derivat.
Es besteht aus einem Fusionsprotein, das die CH3-Region eines Immunglobulins,
vorzugsweise IgG, besonders bevorzugt IgG1, als Dimerisierungsregion
enthält.
Diese verbindet die scFv-Fragmente über eine Hinge-Region, ebenfalls
von IgG, und eine Linker-Region. Beispiele solcher Minibodies sind
bei Hu et al. (1996) beschrieben.
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Mit „Triabody" bezeichnet der Fachmann
ein trivalentes homotrimeres scFv-Derivat (Kortt et al., 1997). Die
direkte Fusion von VH-VL ohne Verwendung einer Linkersequenz führt zur
Ausbildung von Trimeren.
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Bei
den vom Fachmann als Mini-Antikörper
bezeichneten Fragmenten, die eine bi- , tri- oder tetravalente Struktur haben,
handelt es sich ebenfalls um Derivate von scFv-Fragmenten. Die Multimerisierung
wird dabei über
di-, tri- oder tetramere „coiled
coil"-Strukturen
erzielt (Pack et al., 1993 und 1995; Lovejoy
et al., 1993).
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Mit
dem Begriff „Hilfsstoffe" sind Stoffe gemeint,
die einer Formulierung, in der vorliegenden Erfindung einem Pulver,
insbesondere einem sprühgetrockneten
Pulver, zugefügt
werden. Hilfsstoffe haben üblicherweise
selbst keine Wirkung, insbesondere keine pharmazeutische Wirkung,
und dienen dazu, die Formulierung des eigentlichen Inhaltsstoffs,
z.B. eines Wirkstoffs, zu verbessern oder bezüglich eines bestimmten Aspekts (z.B.
Lagerstabilität)
zu optimieren.
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Ein
pharmazeutischer „Hilfsstoff" meint einen Teil
eines Arzneimittels oder einer pharmazeutischen Zusammensetzung,
und sorgt unter anderem dafür,
dass der Wirkstoff an den Wirkort gelangt und dort freigesetzt wird.
Hilfsstoffe haben drei Grundaufgaben: Trägerfunktion, Steuerung der
Wirkstoff-Freigabe und Stabilitätserhöhung. Hilfsstoffe
dienen auch der Herstellung von Arzneiformen, die sich dadurch in
Wirkungsdauer oder -geschwindigkeit verändern.
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Der
Ausdruck „Aminosäure" meint Verbindungen,
welche mindestens eine Amino- und
mindestens eine Carboxylgruppe enthalten. Obwohl die Aminogruppe üblicherweise
in α-Position
zur Carboxylgruppe steht ist auch jede andere Anordnung im Molekül denkbar.
Die Aminoäure
kann auch weitere funktionelle Gruppen, wie z.B. Amino-, Carboxamid-,
Carboxyl-, Imidazol-, Thiogruppen und andere Gruppen, enthalten.
Verwendung finden Aminosäuren
natürlichen
oder synthetischen Ursprungs, razemisch oder optisch aktiv (D-, oder
L-) inklusive verschiedener stereoisomerer Verhältnisse. Beispielsweise umfasst
der Begriff Isoleucin sowohl D-Isoleucin, L-Isoleucin, razemisches
Isoleucin und verschiedene Verhältnisse
der beiden Enantiomere.
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Mit
dem Begriff „Peptid", „Polypeptid" oder „Protein" sind Polymere von
Aminosäuren
bestehend aus mehr als zwei Aminosäureresten gemeint. Weiterhin
sind mit dem Begriff „Peptid", „Polypeptid" oder „Protein" Polymere von Aminosäuren bestehend
aus mehr als 10 Aminosäureresten
gemeint. Der Begriff Peptid, Polypeptid oder Protein wird als pseudonym
verwendet und umfasst sowohl Homo- als auch Heteropeptide, also Polymere
von Aminosäuren
bestehend aus identischen oder verschiedenen Aminosäureresten.
Ein „Di-Peptid" ist somit aus zwei
peptidisch verknüpften
Aminosäuren,
ein „Tri-Peptid" aus drei peptidisch
verknüpften Aminosäuren aufgebaut.
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Der
hier verwendete Begriff „Protein" meint Polymere von
Aminosäuren
mit mehr als 20 und insbesondere von mehr als 100 Aminosäureresten.
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Der
Begriff „kleines
Protein" bezeichnet
Proteine unter 50kD bzw. unter 30kD bzw. zwischen 5–50kD. Der
Begriff „kleines
Protein" bezeichnet
weiterhin Polymere von Aminosäureresten
mit weniger als 500 Aminosäureresten
bzw. von weniger als 300 Aminosäureresten
bzw. von Polymeren mit 50–500
Aminosäureresten.
Bevorzugte kleine Proteine sind z.B. Wachstumsfaktoren wie „human
growth hormone/factor",
Insulin, Calcitonin oder Ähnliches.
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Der
Begriff „Proteinstabilität" bedeutet Monomerengehalt über 90%,
bevorzugt über
95%.
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Der
Ausdruck „Oligosaccharid" oder „Polysaccharid" meint Mehrfachzucker
die zumindest aus drei monomeren Zuckermolekülen aufgebaut sind.
-
Der
Ausdruck „%
(w/w)" meint den
prozentualen, auf die Masse bezogenen Anteil eines Wirkstoffes bzw.
eines Hilfsstoffes im sprühgetrockneten
Pulver. Hierbei wird der angegebene Anteil auf die Trockensubstanz
des Pulvers bezogen. Die Restfeuchte im Pulver wird demnach nicht
mit berücksichtigt.
-
Der
Begriff „amorph" meint, dass die
pulverförmigen
Formulierung weniger als 10% kristalline Anteile enthalten, vorzugsweise
weniger als 7%, weiter bevorzugt weniger als 5%, insbesondere weniger
als 4, 3, 2, oder 1%.
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Der
Begriff „inhalierbar" meint, dass die
Pulver zur pulmonalen Applikation geeignet sind. Inhalierbare Pulver
lassen sich mit Hilfe eines Inhalationsgerätes dispergieren und inhalieren,
so dass die Partikel die Lunge erreichen und gegebenenfalls über die
Alveolen systemische Wirkung entfalten können. Inhalierbare Partikel
weisen beispielsweise eine mittlere Teilchengröße zwischen 0,4–30 μm (MMD =
Mass median diameter), meistens zwischen 0,5–20 μm, bevorzugt zwischen 1–10 μm und/oder
einen mittleren aerodynamischen Teilchendurchmesser (MMAD = Mass
median aerodynamic diameter) zwischen 0,5–10 μm, vorzugsweise zwischen 0,5–7,5 μm, weiter
bevorzugt zwischen 0,5–5,5 μm, noch weiter
bevorzugt 1–5 μm und in
besonders bevorzugter Weise zwischen 1–4,5 μm bzw. 3–10 μm auf.
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„Mass Median
Diameter" oder „MMD" ist eine Messgröße für die durchschnittliche
Partikelgrößenverteilung.
Die Ergebnisse werden ausgedrückt
als Durchmesser der Volumensummenverteilung bei 50% Durchgangssumme.
Die MMD-Werte lassen sich beispielhaft mittels Laserdiffraktometrie
bestimmen, wobei natürlich
auch jede andere übliche
Methode verwendet werden kann (z.B. Elektronenmikroskopie, Zentrifugalsedimentation).
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Der
Begriff „mittlerer
aerodynamischer Teilchendurchmesser" (= mass median aerodynamic diameter (MMAD))
gibt die aerodynamische Teilchengröße an, bei der normalerweise
50% der Teilchen des Pulvers einen kleineren aerodynamischen Durchmesser
aufweisen. Als Referenzmethode zur Bestimmung des MMAD dient im
Zweifel die in dieser Patentschrift angegebene Methode (vgl. hierzu:
Kapitel BEISPIELE, Methode).
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MMD
und MMAD können
voneinander abweichen, z.B. kann eine durch Sprühtrocknung entstandene Hohlkugel
einen im Vergleich zum MMAD grösseren
MMD aufweisen.
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Der
Begriff „Feinpartikelfraktion" (FPF) beschreibt
den inhalierbaren Teil eines Pulvers bestehend aus Teilchen mit
einer Teilchengröße von ≤ 5 μm MMAD. In
gut dispergierbaren Pulvern beträgt
die FPF mehr als 20%, vorzugsweise mehr als 30%, besonders bevorzugt
mehr als 40%, noch weiter bevorzugt mehr als 50%, noch weiter bevorzugt
mehr als 55%. Der in diesem Zusammenhang verwendete Begriff „Cut Off
Diamenter" gibt
an, welche Partikel bei der Bestimmung der FPF berücksichtigt
werden. Eine FPF von 30% bei einem Cut Off Diameter von 5 μm (FPF 5) meint, dass zumindest 30% aller Partikel
im Pulver einen mittleren aerodynamischen Teilchendurchmesser von
kleiner 5 μm
aufweisen.
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Der
Begriff „relative
FPF" beschreibt
die FPF bezogen auf einen Anfangs- oder Ausgangswert. Beispielsweise
bezieht sich die relative FPF nach Lagerung auf die FPF vor der
Lagerung.
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Der
Begriff "time of
flight" ist die
Bezeichnung für
eine Standardmessmethode wie im Kapitel BEISPIELE näher beschrieben.
Bei einer time of flight Messung wird der MMAD über die Bestimmung der Flugzeit
eines Partikels für
eine definierte Messstrecke ermittelt. Der MMAD korreliert mit der
Flugzeit. Das heißt,
dass Partikel mit einem großen
MMAD eine größere Flugzeit
benötigen
als entsprechend kleinere Partikel. (vgl. hierzu: Kapitel BEISPIELE,
Methode).
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„Dispergierbar" meint flugtauglich.
Grundvoraussetzung für
eine Flugtauglichkeit eines Pulvers ist das Deagglomerieren des
Pulvers in Einzelpartikel und das Verteilen der Einzelpartikel in
Luft. Partikelagglomerate sind zu groß, um in die Lunge zu gelangen
und sind demnach nicht geeignet für eine Inhalationstherapie.
-
Der
Begriff „ausgebrachte
Masse" gibt die
Pulvermenge an, die bei Anwendung eines Inhalators ausgebracht wird.
Die Ausbringung wird in diesem Fall zum Beispiel anhand einer Kapsel
bestimmt, indem die Kapsel vor und nach Ausbringung gewogen wird.
Die ausgebrachte Masse entspricht der Massendifferenz der Kapsel
vor und nach Ausbringung.
-
Der
Begriff „tempern" bedeutet die Durchführung einer
Zustandsveränderung.
Das Tempern beinhaltet die kontrollierte Exposition eines amorphen
Pulvers mit Feuchte bzw. mit einem wasserhaltigen oder lösungsmittelhaltigen
Gas mit definierter relativer Feuchte bei einer definierten Temperatur über einen
ebenfalls definierte Expositionszeitraum. Ein wesentliches Kennzeichen
des Temperns ist das kontrollierte Kristallisieren der Partikel
durch Feuchtigkeit. Durch das Temperns soll die Oberflächenstruktur
dahingehend modifiziert werden, dass es hauptsächlich an der Oberfläche zu Kristallbildungen
kommt. Der Kern des Partikels ist weiterhin amorph. Dieses Verfahren
ist des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Oberfläche des
Partikels hauptsächlich
die zu kristallisierende Substanz befindet. Hierbei handelt es sich
in der Regel um einen oder mehrere Hilfsstoffe. Der positive Effekt
des Temperns ist die Verbesserung der physikochemischen Eigenschaften.
Durch die Begrenzung der Kristallisation auf die Partikeloberfläche wird
die Substanz bzw. der Wirkstoff oder insbesondere das Protein weiterhin
durch eine amorphe Umgebung im Kern des Partikels stabilisiert. Ein
Kristallisieren des gesamten Partikels ist dagegen zu vermeiden.
Die Tempervorgänge
finden bevorzugt bei relativen Feuchten größer 30% statt. Idealerweise
jedoch bei 50–60%
relative Feuchte. Die Expositionszeit ist abhängig von der Kristallisationsgeschwindigkeit
des Hilfsstoffes.
-
Der
Begriff „Kristall" meint einen Stoff,
deren kleinste Bestandteile wie Ione, Moleküle und Atome aus Kristallstrukuren
aufgebaut ist. Substanzen und Substanzverbindungungen sind dann „kristallin", wenn mit geeigneten
Verfahren „Kristallinität" bzw. „Kristallisation" detektiert wird.
Beispiele für
geeignete analytische Verfahren sind Röntgenbeugung, Lösungskalorimetrie
sowie Verfahren zur Bestimmung der Hygroskopizität (zum Beispiel mit einem DVS,
Firma Porotec). Bei der Röntgenbeugung
wird ein Röntgenstrahl
an einem Kristallgitter gebeugt. Aus der Anordnung des Beugungsspektrum
kann die Kristallstruktur ermittelt werden. Ein quantitative Aussage
der Kristallinität
bzw. Kristallisation ergibt sich aus den Intensitäten der
Reflexionsspecks. Eine Quantifizierung der Kristallinität ist auch
mit der Lösungskalorimetrie
und Hygroskopizitätsbestimmung
möglich.
Bei der Lösungskalorimetrie
werden die unterschiedlichen Wärmetönungen von
amorphen und kristallinen Modifikationsformen eines Feststoffe für die Quantifizierung
herangezogen. Bei der Bestimmung der Hygroskopizität nutzt
man die Eigenschaft aus, dass die amorphe Modifikation weniger hygrokopisch
ist als die kristalline Modifikation.
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Bei
den genannten analytischen Verfahren muss vor Quantifizierung der
Kristallinität
eine Kalibriergerade mit Proben bekannter Kristallinität aufgenommen
werden.
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Der
Begriff „relative
Feuchte" (rF) meint
die Aufnahmefähigkeit
von Luft oder Stickstoff oder Ähnlichem für einen
Dampf. Der Dampf kann aus Wasser oder einem anderen organischen
Lösungsmittel
bestehen. Unter der relativen Feuchte versteht man das Verhältnis der
tatsächlichen
erhaltenen zur maximal möglichen Masse
des Dampfes in Luft oder Stickstoff oder Ähnlichem.
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Der
Begriff „Dampf" meint den gasförmigen Aggregatzustand
eines Stoffes, in den dieser durch Sieden beziehungsweise durch
Sublimation gelangt. Der Dampf kann sowohl aus Wasser als auch aus
einem organischen Lösungsmittel
bestehen. Bei den organischen Lösungsmitten
werden pharmazeutisch akzeptierte Stoffe bevorzugt wie zum Beispiel
Ethanol oder Isopropanol. Weiterhin können in besonderen Fällen folgende
organische Lösungsmittel,
eingesetzt werden wie Glucofurol, Ethyllactat, N-Methyl-2-pyrollidon,
Dimethyl Sulfoxid, Ethylenglykol oder niederkettige gesättigte Kohlenwasserstoffe
wie beispielsweise Pentan, Hexan, Heptan. Die Anwendung ist jedoch
nicht beschränkt
auf diese Beispiele.
-
Die
Begriffe „Dampf" und „Gas", „wasserhaltiges
Gas" und „wasserhaltiger
Dampf" bzw. „lösungsmittelhaltiges
Gas" und „lösungsmittelhaltiger
Dampf" werden äquivalent
benutzt. Die Bedeutung dieser Begriffe erklärt sich aus der Definition
für Dampf.
-
Der
Begriff „Raumtemperatur" bezeichnet eine
Temperatur von ca. 20–25°C (+/– 10%).
Der Begriff Raumtemperatur bezeichnet insbesondere eine Temperatur
von 25°C.
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ERFINDUNGSGEMÄSSE ZUSAMMENSETZUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Modifikation von Oberflächen bei
Pulvern, insbesondere sprühgetrockneter
Pulver, durch ein kontrolliertes Aussetzen der Pulver mit Feuchte/Temperatur.
Hierdurch entstehen an der Oberfläche Kristalle. Dieser Vorgang
wird im Folgenden als Tempern bezeichnet.
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Das
Wesen der Erfindung zielt auf eine Optimierung der Fließfähigkeit
sowie der Verbesserung der aerodynamischen und elektrostatischen
Eigenschaften der Pulver hin.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung, Erhalt
oder verminderter Reduktion der Fließfähigkeit (FPF) eines Pulvers
enthaltend einen Wirkstoff, insbesondere ein Protein, und mindestens
einen Hilfsstoff dadurch gekennzeichnet, dass
- – ein amorphes
Pulver
- – über einen
definierten Expositionszeitraum
- – kontrolliert
einem wasserhaltigen Gas oder einem lösungsmittelhaltigen Gas mit
definierter relativer Feuchte bei einer definierten Temperatur ausgesetzt
wird.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren
bei welchem der Expositionszeitraum so gewählt wird, dass der Hilfsstoff
vor dem Wirkstoff kristallisiert.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren
bei welchem die relativen Feuchte des wasserhaltigen bzw. lösungsmittelhaltigen
Gases größer 30%
(w/w) ist, bevorzugt zwischen 50–60% (w/w).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren
unter Beibehalt der Stabilität
der Substanz. Die Stabilität
der Substanz wird beibehalten bzw. verbessert, insbesondere die
Lagerstabilität
und insbesondere unter erhöhten
Luftfeuchtebedingungen.
-
In
einer speziellen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die FPF des Pulvers nach dreimonatiger Lagerung bei Luftfeuchten
von 60% (w/w) relativer Feuchte nach dem Verfahren (es handelt sich dann
um eine relative FPF = rFPF, also bezogen auf den Anfangswert) größer 60%,
70%, 80%, 90%, 95% des Anfangswertes (vor dem Verfahren).
-
In
einer weiteren speziellen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
Verfahren wird die Stabilität
der Substanz beibehalten bzw. verbessert, insbesondere die Lagerstabilität und insbesondere
bei erhöhter
relativer Feuchte. Die Lagerung erfolgt z.B. über 3 Monate bzw. 6 Monate.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt die Temperatur bei kleiner 60°C.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das vorliegende Pulver ein sprühgetrocknetes Pulver.
-
In
einer speziellen Ausführungsform
betrifft die Erfindung Pulver enthaltend ein Protein oder einen
Protein-Wirkstoff und Phenylalanin als Hilfsstoff sowie optional
einen Zucker, wobei das Pulver dadurch gekennzeichnet ist, dass
es mindestens 40% (w/w) Phenylalanin enthält. Optional können auch
weitere Substanzen insbesondere weitere Hilfsstoffe im Pulver enthalten
sein. Weiterhin betrifft diese spezielle Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auch eine pharmazeutische Zusammensetzung, welche ein
Pulver, bestehend aus einen Protein oder einem Protein-Wirkstoff
und Phenylalanin als Hilfsstoff sowie optional einem Zucker, enthält, wobei
das Pulver zu mindestens 40% (w/w) aus Phenylalanin besteht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
handelt es sich um ein Verfahren zur Erhöhung der FPF, wobei die FPF
insbesondere um mindestens 6%, bevorzugt um 7%, 8%, 9%, 10%, 11%,
12%, 13%, 14% oder mehr als 14%.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Verbesserung der
aerodynamischen Eigenschaften eines Pulvers enthaltend einen Wirkstoff,
insbesondere ein Protein, und mindestens einen Hilfsstoff dadurch gekennzeichnet,
dass
- – ein
amorphes Pulver
- – über einen
definierten Expositionszeitraum
- – kontrolliert
einem wasserhaltigen Gas oder einem lösungsmittelhaltigen Gas mit
definierter relativer Feuchte bei einer definierten Temperatur ausgesetzt
wird.
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Die
Stabilität
des Pulvers bleibt bevorzugt beibehalten.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften eines Pulvers
bei welchem der Expositionszeitraum so gewählt wird, dass der Hilfsstoff
vor dem Wirkstoff kristallisiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften eines Pulvers
bei welchem die relativen Feuchte des wasserhaltigen bzw. lösungsmittelhaltigen
Gases größer 30%
(w/w) ist, bevorzugt zwischen 50–60% (w/w).
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Die
Temperatur liegt bevorzugt bei kleiner 60°C.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Verringerung der
Elektrostatik eines Pulvers enthaltend einen Wirkstoff, insbesondere
ein Protein, und mindestens einen Hilfsstoff dadurch gekennzeichnet,
dass
- – ein
amorphes Pulver
- – über einen
definierten Expositionszeitraum
- – kontrolliert
einem wasserhaltigen Gas oder einem lösungsmittelhaltigen Gas mit
definierter relativer Feuchte bei einer definierten Temperatur ausgesetzt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Verringerung der Elektrostatik eines Pulvers bei welchem der
Expositionszeitraum so gewählt
wird, dass der Hilfsstoff vor dem Wirkstoff kristallisiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Verringerung der Elektrostatik eines Pulvers bei welchem die
relativen Feuchte des wasserhaltigen bzw. lösungsmittelhaltigen Gases größer 30%
(w/w) ist, bevorzugt zwischen 50–60% (w/w).
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Die
Temperatur liegt bevorzugt bei kleiner 60°C,
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In
einer speziellen Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abfüllung von Pulvern dadurch gekennzeichnet,
dass die Pulver gemäß der beschrieben
Verfahren behandelt wurden.
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Das
vorliegende Verfahren betrifft die volumetrische und massenabhängige Abfüllung, z.B.
mit einem Stechheber, einer Abfüllwalze
oder einem Freifalldispenser. Die verbesserte Abfüllbarkeit
durch einen zusätzlichen
Temper-Schritt ist
dadurch gekennzeichnet, dass durch die daraus resultierende Verbesserung
der Fließfähigkeit
und einer Reduktion der elektrostatischen Aufladung der Pulver die
Abfüllzeiten
reduziert und die Abfüllpräzisionen
verbessert werden.
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In
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beträgt
die Expositionszeit mindestens 8 Stunden oder mehr, mindestens 12
Stunden oder mehr, mindestens 20 Stunden oder mehr beträgt, bevorzugt
20 Stunden und besonders bevorzugt 20 Stunden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beträgt
die Temperatur während
des Expositionszeitraumes kleiner 60°C, insbesondere zwischen –10°C bis 60°C, bevorzugt
4°C bis
40°C und
besonders bevorzugt zwischen 16°C
und 35°C
beträgt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beträgt
die Temperatur während
des Expositionszeitraumes 4°C,
10°C, Raumtemperatur
oder 37°C,
bevorzugt Raumtemperatur.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Wirkstoff in dem erfindungsgemäßen Verfahren
um ein Protein wie beispielsweise Insulin, Insulinähnlicher
Wachstumsfaktor, humanes Wachstumshormon (hGH) und andere Wachstumsfaktoren,
Gewebeplasminogenaktivator (tPA), Erythropoetin (EPO), Cytokine,
beispielsweise Interleukine (IL) wie IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5,
IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-11, IL-12, IL-13, IL-14, IL-15,
I1-16, IL-17, IL-18, Interferon (IFN)-alpha, beta, gamma, Omega
oder tau, Tumornekrosefaktor (TNF) wie z.B. TNF-alpha, beta oder
gamma, TRAIL, G-CSF, GM-CSF, M-CSF, MCP-1 und VEGF. Weitere Beispiele
sind monoklonale, polyklonale, multispezifische und einzelkettige
(single chain) Antikörper
und Fragmente davon, wie z.B. Fab, Fab', F(ab')2, Fc und Fc'-Fragmente, leichte
(L) und schwere (H) Immunglobulinketten und deren konstante, variable
oder hypervariable Regionen sowie Fv- und Fd-Fragmente (Chamov et al., 1999).
Die Antikörper
können
humanen oder nichthumanen Ursprungs sein. Auch humanisierte und
chimäre
Antikörper
kommen in Frage.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin Pulver mit erhöhter, erhaltener oder vermindert
reduzierter Fließfähigkeit
(FPF) oder verbesserten aerodynamischen oder elektrostatischen Eigenschaften
herstellbar nach den erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere Pulver mit erhöhter Fließfähigkeit oder erhöhter Nanorauigkeit,
die nach einem der dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens zur Erhöhung, Erhalt oder verminderter
Reduktion der Fließfähigkeit
(FPF) eines Pulvers oder zur Verbesserung der aerodynamischen oder
elektrostatischen Eigenschaften eines Pulvers enthält das Pulver
eine Substanz 1 und mindestens eine weitere Substanz 2, wobei Substanz
2 vor Substanz 1 kristallisiert.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft also weiterhin ein Verfahren zur
Erhöhung,
Erhalt oder verminderten Reduktion der Fließfähigkeit (FPF) eines Pulvers
enthaltend eine Substanz 1, insbesondere ein Protein, und mindestens
eine Substanz 2 dadurch gekennzeichnet, dass
- – ein amorphes
Pulver
- – über einen
definierten Expositionszeitraum
- – kontrolliert
einem wasserhaltigen Gas oder einem lösungsmittel-haltigen Gas mit
definierter relativer Feuchte bei einer definierten Temperatur ausgesetzt
wird,
- – wobei
Substanz 2 vor Substanz 1 kristallisiert.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Verfahren, die ein weiteres
Beschichten mit weiteren Partikeln ausschließen, z.B. Ausschluß eines
Coating mit Mg-Stearat oder Phospholipiden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Verfahren, die ein Vermischen
mit Partikeln wie kleinsten Leucin-Partikeln oder allgemein mit
nanoskaligen Partikeln aber auch mit wesentlich größeren Trägerstoffen
ausschliessen. Eine spezielle Ausführungsform des Verfahrens bezieht
sich also auf Verfahren unter Ausschluß eines Vermischens mit anderen
Partikeln.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, das ohne
die Verwendung superkritischer oder subkritischer Medien amorphe
oder teilkristalline Pulver konditioniert. In einer bevorzugten
Ausführungsform
schließt
die vorliegende Erfindung damit superkritische Verfahren aus bzw.
die Anwendung von superkritischen oder subkritischen Medien.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft also weiterhin ein Verfahren zur
Erhöhung,
Erhalt oder verminderter Reduktion der Fließfähigkeit (FPF) eines Pulvers
oder zur Verbesserung der aerodynamischen oder elektrostatischen
Eigenschaften eines Pulvers enthaltend einen Wirkstoff, insbesondere
ein Protein, und mindestens einen Hilfsstoff dadurch gekennzeichnet,
dass
- – ein
amorphes Pulver
- – über einen
definierten Expositionszeitraum
- – kontrolliert
einem wasserhaltigen Gas oder einem lösungsmittelhaltigen Gas mit
definierter relativer Feuchte bei einer definierten Temperatur ausgesetzt
wird,
- – wobei
die An- bzw. Verwendung superkritischen oder subkritischen Medien
ausgeschlossen ist.
-
Aus
den nachfolgenden Experimenten wird ersichtlich, dass das erfinderische
Pulver durch eine kontrollierte Feuchteexposition hinsichtlich dem
aerodynamischen Verhaltens oder der Fließfähigkeit optimiert wird unter
Beibehalt der Proteinstabilität.
Die Optimierung der Pulvereigenschaften geht einher mit einer Oberflächenkristallisation
der Partikeloberfläche.
-
Besonders
hervorzuheben ist die Zugabe von hydrophoben beziehungsweise schwer
löslichen
Substanzen in die Sprühlösung, wobei
diese Substanz nach Trocknung unter Feuchteeinfluss gut und kontrollierbar
kristallisierbar ist. So zeigt beispielsweise das Phenylalanin diese
Eigenschaft. Diese Aminosäure
reichert sich aufgrund der Hydrophobizität im Sprühtropfen an der Tröpfchenoberfläche an.
Aufgrund der im Vergleich zu Antikörpern und den üblich eingesetzten
Zuckern oder Polyolen, wie z.B. Sachcharose, Mannitol, geringeren
Löslichkeit
bildet sich beim Eindampfen des Tropfens zuerst eine Feststoffschicht
hauptsächlich
bestehend aus Phenylalanin aus. Aufgrund der Hydrophobizität und der
geringen Löslichkeit
ist das Phenylalanin im getrockneten Partikel an der Partikeloberfläche angereichert.
Es kommt zu einer mindestens teilweisen Trennung zwischen einer
Phenylalanin-reichen Phase an der Partikeloberfläche und einer Phenylalaninarmen
Phase im Kern des Partikels. Im Kern des Partikels ist dagegen der
Wirkstoff sowie optional weitere gut lösliche Hilfsstoffe angereichert.
-
Durch
die Neigung des Phenylalanins leicht zu kristallisieren, kann durch
den Schichtenaufbau des Partikels kontrolliert die Partikeloberfläche kristallisiert
werden ohne das Protein im Kern zu schädigen.
-
BEISPIELE
-
BEISPIEL 1 FEUCHTE INDUZIERTES KRISTALLISIEREN
VON OBERFLÄCHEN
(TEMPERN)
-
Es
wurde eine Sprühlösung hergestellt
bestehend aus Phenylalanin, LS90P und IgG1 in einem Verhältnis 80/10/10.
Der Feststoffanteil der Sprühlösung lag
bei 3,83% (w/v).
-
Die
Lösung
wurde unter folgenden Bedingungen getrocknet:
Sprühtrockner: | SD-Micro
(Fa. Niro) |
Engangstemperatur: | 120°C |
Ausgangstemperatur: | 90°C |
Zerstäubergasrate: | 4kg/h |
Trocknungsgasrate: | 28kg/h |
-
Das
sprühgetrocknete
Pulver wurde im DVS verschiedenen Luftfeuchten ausgesetzt. Es wurde
bei der Messung die Wasserdampfsorption/-desorption in Abhängigkeit
zur relativen Luftfeuchte bestimmt. Es kann festgestellt werden,
dass das vorliegende Pulver bei einer kritischen Luftfeuchte von
50% einen Massenverlust erfährt
(1). Dieser Massenverlust geht einher mit einem
Rekristallisieren des Pulvers. Es ist außerdem zu erkennen, dass der
Massenverlust sehr gering ausfällt,
was darauf hindeutet, dass das Pulver lediglich partiell kristallisiert.
-
Die
Kinetik sowie das Ausmaß der
Kristallisation ist ebenfalls von der Luftfeuchte abhängig.
-
Es
zeigte sich, dass bei 50% rF die Kristallisationsgeschwindigkeit
wesentlich langsamer ist als bei 60%rF (2a, 2b).
Bei 60%rF ist außerdem
die Restfeuchte des Pulvers nach dem Kristallisieren signifikant
kleiner als nach dem Kristallisieren bei 50%rF. Dieses deutet darauf
hin, dass bei 60%rF der Kristallisationsgrad höher ist.
-
Morphologische Untersuchungen
-
Im
Rasterkraftmikroskop wurde das Pulver kontrolliert Feuchten ausgesetzt
und morphologische Änderungen
in Abhängigkeit
zur Expositionszeit in der Feuchte ermittelt.
-
Hierzu
wurde das Pulver zuerst runtergetrocknet und anschließend der
Zielfeuchte ausgesetzt. In regelmäßigen Abständen wurde das Pulver abgescannt.
Die Zielfeuchten waren 50%rF und 60%rF.
-
Durch
die AFM-Aufnahmen (3 und 4) konnte gezeigt werden, dass bei den
Partikeln in Abhängigkeit
zur Luftfeuchte ein Kristallisieren induziert werden kann und dadurch
die Oberflächenrauigkeit
größer wird.
Es stellte sich des weiteren heraus, dass das Pulver sehr schnell
Wasser aufnimmt. Bei 50% bzw. 60% ist innerhalb ca. 1 Stunde soweit
Wasser aufgenommen worden, dass Rekristallisationseffekte begannen.
-
BEISPIEL 2 EINFLUSS DES TEMPERNS AUF DIE
AERODYNAMIK UND PROTEINSTABILISIERUNG
-
In
diesem Beispiel wurden verschiedene sprühgetrocknete Pulver bestehend
aus Phenylalanin, LS90P und IgG1 hergestellt. (siehe Tabelle 1 und
2). Tabelle 1: Zusammensetzung Sprühlösung
| Lösung 1 (w/v) | Lösung 2 (w/v) | Lösung 3 (w/v) |
Phenylalanin: | 2,29
g/100 mL | 3,06
g/100 mL | 2,29
g/100mL |
IgG1: | 1,15
g/100 mL | 338
g/100 mL | 383
mg/100 mL |
LS90P: | 383
mg/100 mL | 383
mg/100 mL | 1,15
g/100 mL |
Feststoffanteil: | 3,82% | 3,82% | 3,82% |
Protein/Zucker
Verhältnis | 3:1 | 1:1 | 1:3 |
-
Das
Phenylalanin wurde unter Erhitzen (80°C) in Lösung gebracht. Nach Abkühlen der
Lösung
auf Raumtemperatur wurde das Protein und der Zucker zugegeben.
-
Die
Lösungen
wurden unter folgenden Sprühbedingungen
sprühgetrocknet:
Sprühtrockner: | SD-Micro
(Fa. Niro) |
Eingangstemperatur: | 150°C |
Ausgangstemperatur: | 90°C |
Zerstäubergasrate: | 4
kg/h |
Trocknungsgasrate: | 28
kg/h |
Tabelle 2: Zusammensetzung sprühgetrocknete
Pulver (bezogen auf die Trockensubstanz)
| Pulver
1 | Pulver
2 | Pulver
3 |
Phenylalanin: | 60%
w/w | 80%
w/w | 60%
w/w |
IgG
1: | 30%
w/w | 10%
w/w | 10%
w/w |
LS90P: | 10%
w/w | 10%
w/w | 30%
w/w |
Protein/Zucker
Verhältnis | 3:1 | 1:1 | 1:3 |
-
Die
hergestellten Pulver wurden bei 50% relativer Feuchte über 20 Stunden
getempert. Tabelle 3: Aerodynamische Eigenschaften
ohne Tempern
Pulver nach
Sprühtrocknung
ohne Tempern, (Ph/LS90P/IgG1) |
| 60/10/30 | 80/10/10 | 60/30/10 |
MMAD
[μm] | 4,25 | 3,77 | 3,73 |
FPF
[%] | 59,63 | 51,20 | 42,78 |
EM
[%] | 89,93 | 91,83 | 73,27 |
Mon.
[%] | 97,00 | 92,00 | 96,30 |
Aggr.[%] | 2,70 | 7,60 | 3,30 |
Tabelle 4: Aerodynamische Eigenschaften
mit Tempern
getempertes,
sprühgetrocknetes
Pulver (50% rF/20 Std), (Ph/LS90P/IgG1) |
| 60/10/30 | 80/10/10 | 60/30/10 |
MMAD
[μm] | 4,03 | 3,40 | 3,56 |
FPF
[%] | 65,13 | 58,57 | 56,73 |
EM
[%] | 95,27 | 90,23 | 93,20 |
Mon.
[%] | 97,10 | 89,80 | 96,00 |
Aggr.
[%] | 2,50 | 9,60 | 3,50 |
-
Durch
den Tempervorgang konnte das aerodynamische Verhalten bei den getesteten
Pulvern verbessert werden. Insbesondere die Feinpartikelfraktion
erhöhte
sich durch das Tempern. Das Protein wurde über den Temperprozess stabilisiert
werden, so dass keine Feuchte induzierte Schädigung vorliegt. Wie in obiger Tabelle
ersichtlich, ist der Monomer-Gehalt nach dem Tempern annähernd unverändert.
-
Die
Verbesserung der Aerodynamik beim Phenylalanin kann vermutlich auf
2 Effekte zurück
geführt werden.
Wie in Beispiel 1 dargestellt, entstehen beim Phenylalanin-haltigen
Pulver durch den Feuchteeinfluß auf
der Partikeloberfläche
kleine Kristalle. Diese fungieren zum einen als Abstandshalter.
Zum anderen sind die kristallinen Oberflächen weit weniger hygroskopisch,
so dass weniger Kapillarkräfte
durch Wasserdampfkondensation auftreten.