KR20230113280A - 비수성 멤브레인 유화법을 사용한 지속 방출 제형 - Google Patents

비수성 멤브레인 유화법을 사용한 지속 방출 제형 Download PDF

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KR20230113280A
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Abstract

폴리머 및 폴리머-코팅된 마이크로입자를 생산하기 위한 비수성 멤브레인 에멀젼 방법이 제공된다. 일부 구현예는 미세화된 단백질 분말 및 폴리머를 탄화수소 용매에 조합하여 제1 비수용액을 형성하는 단계, 제1 비수용액을 교반하여 현탁액을 형성하는 단계, 현탁액을 분산 펌프에 공급하는 단계에 의해 지속 방출 또는 제어 방출 마이크로입자를 생산하는 방법을 제공하며, 여기서 현탁액은 플루오로카본 액체 및 플루오로계면활성제를 포함하는 연속상에 다공성 멤브레인을 통해 주입되어 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼을 형성한다. 탄화수소 용매, 플루오로카본 액체 및 플루오로계면활성제를 제거하고, 마이크로입자를 수집한다.

Description

비수성 멤브레인 유화법을 사용한 지속 방출 제형
본 출원은 2020년 11월 25일에 출원된 미국 출원 일련 번호 63/118,264에 대한 우선권을 주장하며, 이는 참조로 본원에 포함된다.
본 발명의 양태는 일반적으로 약물 미소구체 제형 및 멤브레인 유화 방법에 의해 생성된 비수성 에멀젼 시스템을 사용하여 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
생물학적으로 관련된 표적을 향한 치료적 단백질의 연장 방출 전달은 암, 심혈관 질환, 혈관 장애(vascular condition), 정형외과적 장애, 치과적 장애, 상처, 자가면역 질환, 위장 장애 및 안구 질환과 같은 의학적 병태의 치료에 바람직하다. 생체적합성 및 생분해성 폴리머 및 약물의 제어 및 연장 방출 전달을 위한 기타 이식형 전달 장치는 수십 년 동안 사용되어 왔다. 예를 들어, 일부 폴리머 기반 전달 장치에서는 폴리머가 시간이 지남에 따라 분해되면서 치료적 약물이 천천히 방출된다.
연장 방출은 환자 순응도에 대하여 바람직할 수 있다. 특히, 안구내 치료제의 경우와 같이 의사가 주사를 해야 하는 경우에는 주사 횟수를 감소시키는 것이 도움이 될 수 있다. 가능한 한 적은 주사로 시간이 지남에 따라 약물을 효과적으로 전달하기 위한 연장 방출 제형에 대한 충족되지 않은 의학적 요구가 있다. 다른 질환, 예를 들어 암 및 염증 질환의 경우, 안정하고 효과적인 단백질 치료제를 함유하는 개선된 이식형 연장 방출 제형이 필요하다.
항체, 수용체 Fc-융합 단백질, 트랩 단백질 및 미니-트랩 단백질과 같은 치료적 거대분자는 분자를 환자에게 투여하기에 적합하게 제조될 뿐만 아니라 보관 중에 그리고 투여 부위에 있는 동안 안정성을 유지도 하는 방식으로 제형화되어야 한다. 예를 들어, 수용액 중의 치료적 단백질(예를 들어, 항체 및 융합 단백질)은 용액이 적절하게 제형화되지 않는 한 분해, 응집 및/또는 바람직하지 않은 화학적 변형이 발생하기 쉽다. 액체 제형에서 단백질 치료제의 안정성은 제형에 사용되는 부형제의 종류, 및 서로 상대적인 이러한 부형제의 양 및 비율 뿐만 아니라 가용성 단백질의 농도에 따라 또한 달라진다. 치료적 단백질 제형을 제조할 때 안정성 외에 고려 사항 또한 고려되어야 한다. 이러한 추가 고려 사항의 예에는 용액의 점도 및 주어진 제형에 의해 수용될 수 있는 치료적 단백질의 농도가 포함된다. 연장 방출을 위한 치료적 단백질을 제형화할 때, 시간이 지남에 따라 및 보관 및 생리학적 온도에서 안정하고, 적절한 농도의 항체를 함유하며, 환자에게 제형을 편리하게 투여할 수 있는 다른 특성을 보유하는 제형에 도달하기 위해 각별한 주의를 기울여야 한다.
일부 연장 방출 제형은 내부 상 분리, 계면 중합, 다중 에멀젼 형성, 고분자 전해질의 층별 흡착 및 소프트 템플릿 기술을 포함하는 다양한 캡슐화 방법론을 사용하여 생산된다. 수중유중수(W/O/W) 다중 에멀젼은 다중 에멀젼의 가장 일반적인 유형이며 수성/친수성 코어를 수성 현탁액에 직접 캡슐화할 수 있다. 아쉽게도, 수성 에멀젼 시스템은 생물학적 활성제를 연장 방출 제형으로 캡슐화하는 데 사용될 때 특정 문제를 가진다. 예를 들어, 단백질의 침전이 수성 유기 계면에서 발생하며 동시에 이들의 면역반응성이 감소한다(Raghuvanshi, R., , Pharm Dev Technol, 3(2):269-76 (1998)). 일부 수성 에멀젼 시스템에서, 물은 유기상으로 분산되어 단백질을 가수분해할 수 있다. 가수분해 후, 단백질 액적은 병합되기 시작하고 수성 환경으로 이탈하여 응집되거나 침전된다. 경화 후, 단백질이 있었지만 수성 환경으로 이탈된 마이크로입자에 공극 및 물 채널이 나타난다.
비수성 에멀젼은 물의 존재가 바람직하지 않은 경우 일반 수성 에멀젼을 대체할 수 있다. 그러나, 비수성 에멀젼에 관한 문헌 또는 선행기술에 대한 보고는 거의 없다. 두 가지 유형의 탄화수소 기반 비수성 에멀젼 시스템은 (1) 코폴리머를 차단시킴으로써 안정화된 2개의 비혼화성 유기 용매(예를 들어, 헥산/디메틸포름아미드); 및 (2) 기존 계면활성제를 사용하여 물을 대체하는 오일 비혼화성 극성 용매(예를 들어, 포름아미드, 아세토니트릴)로 공지되어 있다. 이전에는, 퍼플루오론화 오일-중-수(W/F) 에멀젼은 단일 세포 또는 단일 분자 생물학적 검정에 대한 액적 기반 미세유체학에서 조사되고 광범위하게 적용되었다. 이러한 연구에서, PFPE-PEG-PFPE는 플루오로카본 용매에서 물 액적을 안정화하기 위한 플루오로계면활성제(FS)로 사용되었다.
일반적으로 하나는 극성이고 다른 하나는 비극성인 다수의 비혼화성-용매-쌍이 이용 가능하지만, 도전 과제는 폴리머 미소구체의 합성에 적합한 쌍을 찾는 것이다. 전형적인 생분해성 폴리머, 예를 들어 폴리(락타이드-코-글리콜라이드)(PLGA), 폴리락트산(PLA), 폴리(오르토 에스테르)(POE)는 대부분 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트 등과 같은 중간 극성을 가진 용매에 가용성이다. 이것은 연속상의 선택을 제한한다. 또한, 공정, 독성, 안전성 및 잔류 용매의 호환성은 이들 유기 용매 사용의 우려되는 사항이고, 의약품으로 사용 시 고려가 필요하다.
플루오로카본은 다음의 일반적인 특성 때문에 비수성 에멀젼 시스템에서 연속상으로 사용될 수 있다:
1. 플루오로카본은 "소수성" 또는 "친수성"도 아니며, 대부분의 유기(탄화수소) 용매와 비혼화성이기 때문에, 이는 탄화수소 액적 에멀젼을 위한 연속상으로서 이상적이게 한다.
2. 플루오로카본은 단백질 및 기타 친수성 분자, 탄화수소 기반 폴리머 및 유기 부형제에 대한 비용매이며, 즉, 이들 유형의 분자는 플루오로카본에 불용성이다.
3. 플루오로카본은 낮은 점도를 갖는다.
4. 플루오로카본은 화학적으로 불활성이며 일반적으로 사용되는 탄화수소 용매에 비해 상대적으로 덜 독성이거나 부식성일 수 있다.
5. 플루오로카본은 휘발성이며 재활용할 수 있다.
이전 문헌에서는 플루오로카본을 함유하는 다양한 종류의 에멀젼 시스템이 미세유체 방법, 예컨대 플루오로카본-중-수(W/F), 수-중-플루오로카본-중-수(W/F/W) 이중 에멀젼, 물/플루오로카본/오일/물(W/F/O/W) 삼중 에멀젼, 플루오로카본/탄화수소/물(F/H/W) 이중 에멀젼 및 탄화수소/플루오로카본/물(H/F/W) 이중 에멀젼을 통해 제작되었다고 보고되었다. 이러한 에멀젼 중 일부는 폴리머 미소구체의 합성에 사용되었다. 그러나, 이들 모두는 여전히 물을 분산상 또는 연속상으로 사용하는 수성 기반 에멀젼 시스템이다.
사용되는 에멀젼의 유형에 관계없이, 미소구체 또는 마이크로입자 크기 분포는 전형적으로 넓고, 광범위한 공정 최적화 및 제어 전략 없이는 목표를 충족하도록 크기를 쉽게 제어할 수 없다. 따라서, 광범위한 공정 최적화 및 제어 전략 없이 목표를 충족하기 위해 미소구체 또는 마이크로입자 크기를 제어하는 새로운 방법을 개발해야 할 필요성이 남아 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 약물 제형의 생산을 위한 비수성 멤브레인 에멀젼 시스템 및 방법 및 이들의 사용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 단백질 안정성 및 안정한 연장 방출 및 제어된 크기 분포를 갖는 연장 방출 제형을 제공하는 것이다.
폴리머 및 폴리머-코팅된 마이크로입자를 생산하기 위한 비수성 멤브레인 에멀젼 방법이 제공된다. 일부 구현예는 미세화된 단백질 분말 및 폴리머를 탄화수소 용매에 조합하여 제1 비수용액을 형성하는 단계, 제1 비수용액을 교반하여 현탁액을 형성하는 단계, 현탁액을 분산 셀에 공급하는 단계에 의해 지속 방출 또는 제어 방출 마이크로입자를 생산하는 방법을 제공하며, 여기서 현탁액은 연속상의 접선 유동 하에서 플루오로카본 액체 및 플루오로계면활성제를 포함하는 연속상에 다공성 멤브레인을 통해 주입되어 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼을 형성한다(멤브레인 유화법). 본 방법은 하이드로플루오로에스테르를 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼에 첨가하는 단계 및 탄화수소 상으로부터 탄화수소 용매를 제거하여 경화된 마이크로입자를 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 하이드로플루오로에스테르와 플루오로카본의 혼합물은 탄화수소의 제거를 돕기 위해 에멀젼에 첨가된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 추가의 순수한 하이드로플루오로에스테르를 에멀젼에 후속적으로 첨가하는 단계를 포함한다. 본 방법은 플루오로카본 액체를 제거하여 마이크로입자를 단리하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 마이크로입자는 폴리머의 매트릭스 내에 캡슐화된 단백질을 함유한다. 본 방법은 플루오로카본 액체의 마이크로입자를 세척하여 잔류 플루오로계면활성제를 제거하는 단계, 예를 들어 진공 여과에 의해 플루오로카본 액체를 제거하는 단계 및 마이크로입자를 수확하는 단계를 선택적으로 포함한다. 일부 구현예에서 진공 여과는 폴리에테르설폰 멤브레인 필터를 사용한다. 일부 구현예에서, 단백질 분말은 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 융합 단백질 또는 재조합 단백질로부터 생산된다. 일부 구현예에서, 단백질은 VEGF 트랩 단백질, 예를 들어 애플리버셉트이다. 일부 구현예에서, 에멀젼은 벌크 유화에 의해 형성된다.
일부 구현예에서, 탄화수소 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로푸란 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 구현예에서, 플루오로카본 용액은 1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로-N,N-비스(1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로부틸)부탄-1-아민을 포함한다.
일부 구현예에서, 플루오로계면활성제는 퍼플루오로폴리에테르-b-폴리에틸렌 글리콜-b-퍼플루오로폴리에테르이다. 일부 구현예는 0.1 내지 5.0% w/v 플루오로계면활성제, 전형적으로 약 0.5% w/v 플루오로계면활성제를 갖는다.
일부 구현예에서, 하이드로플루오로에스테르는 2-(트리플루오로메틸)-3-에톡시도데카플루오로헥산이다.
일부 구현예에서, 단백질 분말 대 폴리머 비율은 0% - 30%이다.
일부 구현예에서, 다공성 멤브레인은 스테인리스강 멤브레인, 선택적으로 친불소성(fluorophilic)-코팅된 스테인리스강 멤브레인이다.
플루오로카본 및 탄화수소 액체는 주위 대기압 하에서 또는 진공 하에서 플루오로카본 및 탄화수소 액체를 증발시킴으로써 제거될 수 있다. 일부 구현예에서, 플루오로카본 액체는 하이드로플루오로에테르(HFE)를 함유한다. 일부 구현예에서 HFE는 비수성 에멀젼에 첨가되어 탄화수소를 플루오로카본 액체로 빠르게 추출하여 미소구체 경화를 가속화한다. 일부 구현예에서, 단백질 분말은 미세화된 단백질 분말이다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 마이크로입자 상에 남아 있는 임의의 잔류 탄화수소 용매, 플루오로카본 액체, 플루오로계면활성제 또는 이들의 조합을 제거하기 위해 세척된다. 예시적인 플루오로카본 액체는 1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로-N,N-비스(1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로부틸)부탄-1-아민을 포함하지만 이에 제한되지 않는 퍼플루오로 C5-C18 화합물을 포함한다. 예시적인 탄화수소 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 에틸 아세테이트 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 플루오로계면활성제는 퍼플루오로폴리에테르-b-폴리에틸렌 글리콜-b-퍼플루오로폴리에테르(PFPE-PEG-PFPE) 삼중 블록 코폴리머이다. 예시적인 생침식성 폴리머는 폴리오르토에스테르(POE)이다. 일부 구현예에서 단백질은 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 융합 단백질 또는 재조합 단백질이다. 일부 구현예에서, 단백질은 분무 건조된 VEGF 트랩 단백질이다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 1.0 내지 100 μm, 1.0 내지 200 μm, 또는 30 내지 60 μm의 직경을 갖는다. 일부 구현예에서, 개시된 비수성 에멀젼 방법에 의해 형성된 마이크로입자는 유동성 마이크로입자 조성물이다. 개시된 유동성 마이크로입자 조성물은 약제학적으로 허용되는 부형제, 예를 들어 pH 완충 식염수에 현탁되거나 중간 사슬(medium chain) 트리글리세라이드와 같은 유성 비히클에 현탁될 수 있다. 유동성 마이크로입자 조성물은 예를 들어 27G 바늘을 갖는 주사기를 사용하여 비경구적으로 투여될 수 있다. 일부 구현예에서 미소구체 또는 마이크로입자 크기 분포는 10CV% 미만이다. 일부 구현예에서 미소구체 크기 분포는 10 내지 20CV%이다.
또 다른 구현예는 탄화수소 용액에서 1.0 내지 30.0% w/w의 총 고체 분무 건조-단백질을 조합하여 제1 비수용액을 형성하는 단계, 제1 비수용액을 교반하여 현탁액을 형성하는 단계, 현탁액을 분산 셀에 공급하는 단계로서, 여기서 현탁액은 연속상의 접선 유동 하에서 플루오로카본 액체 및 0.1 내지 5.0% w/v 플루오로계면활성제를 포함하는 연속상에 다공성 멤브레인을 통해 주입되어 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼을 형성하는, 단계, 탄화수소 용매를 제거하여 경화된 폴리머 또는 폴리머-코팅된 미소구체를 제공하는 단계, 및 플루오로카본 액체를 제거하여 마이크로입자를 단리하는 단계로서, 여기서 마이크로입자는 폴리머의 매트릭스 내에 캡슐화된 단백질을 포함하는, 단계에 의해 폴리머 또는 폴리머-코팅된 마이크로입자를 생산하는 방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 현탁액을 공급하는 단계는 0.1 내지 1.0 ml/분의 속도이다. 일부 구현예에서, 본 방법은 분산상으로부터 연속상으로 탄화수소 용매를 추출하고 마이크로입자의 경화를 촉진하는 것을 보조하는 공용매로서 하이드로플루오로에스테르를 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼의 플루오로카본 액체에 첨가하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서 멤브레인 에멀젼에 의해 생산된 마이크로입자는 마이크로입자의 폴리머 표면 또는 내부 매트릭스에 기공 또는 채널을 거의 또는 전혀 갖지 않는다.
또 다른 구현예는 본원에 개시된 비수성 멤브레인 에멀젼 방법을 사용하여 생산된 폴리머-코팅된 마이크로입자를 함유하는 약제학적 조성물을 제공한다.
일부 구현예에서 마이크로입자의 크기는 제형 조성물 및 공정 매개변수를 변화시킴으로써 원하는 직경 또는 크기로 조정될 수 있다.
도 1a는 H/F 기반 벌크 에멀젼을 통한 블랭크 POE 미소구체 생산 공정을 보여주는 다이어그램이다 - 반응식 1. 도 1b는 FC-40에 대한 화학 구조를 보여준다. 도 1c는 플루오로계면활성제 PFPE-PEG-PFPE(Pico-Surf™ 1), 퍼플루오로폴리에테르/폴리(에틸렌 글리콜) 삼중 블록 코폴리머에 대한 화학 구조를 보여준다. Pico-Surf™ 1은 예를 들어 FC-40 중 5%(w/w)로 상업적으로 이용 가능하다.
도 2a는 H/F 에멀젼을 통해 형성된 블랭크 POE 미소구체의 현미경 사진이다. 도 2b는 낮은 FS 함량에서 발견된 POE 응집을 보여주는 현미경 사진이다.
도 3a, 3b 및 3c는 낮은, 중간의 그리고 높은 균질화 속도의 H/F 에멀젼을 통해 형성된 블랭크 POE 미소구체의 현미경 사진이다.
도 4(반응식 2)는 S/H/F 기반 벌크 에멀젼을 통해 POE 미소구체에서 SDP 캡슐화 공정을 보여주는 다이어그램이다.
도 5(반응식 3)는 단백질 SDP의 캡슐화에 대한 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼 시스템을 보여주는 다이어그램이다.
도 6a 및 6b는 POE 및 FC-40에 분산된 형광-표지 분무 건조 단백질(F-SDP)을 함유하는 에틸 아세테이트 액적의 형광 이미지이다. F-SDP는 액적 내에서 이의 원래의 크기 및 형태를 유지하였다. 녹색 형광 이미지는 그레이 스케일로 도시된다.
도 7a는 VEGF 트랩 F-SDP-캡슐화 미소구체의 명시야 현미경 사진이다. 도 7b는 VEGF 트랩 F-SDP-캡슐화 미소구체(바 = 20 μm)의 형광 이미지이다. 도 7c는 VEGF 트랩 F-SDP-캡슐화 미소구체(바 = 10 μm)의 형광 이미지이다. 녹색 형광 이미지는 도 7b 및 7c에서 그레이 스케일로 도시된다.
도 8a-8d는 수성 환경에 배치된 VEGF 트랩 F-SDP-캡슐화된 POE 미소구체의 형광 이미지이다. F-SDP는 액적 내에서 이의 원래의 크기 및 형태를 유지하였다. 녹색 형광 이미지는 그레이 스케일로 도시된다.
도 9는 비수성 에멀젼 방법에서 디클로로메탄(DCM) 또는 에틸 아세테이트(EtAc)를 사용하여 생산된 마이크로입자의 부피 밀도(%) 대 크기(μm)의 선 그래프이다.
도 10a 및 10b는 각각 10% 및 30% w/w VEGF 트랩 SDP가 로딩된 마이크로입자의 현미경 사진이다.
도 11a 및 11b는 각각 10% 및 30% w/w SDP가 로딩된 VEGF 트랩 F-SDP-캡슐화된 POE 미소구체의 대표적인 형광 이미지이다. F-SDP는 액적 내에서 이의 원래의 크기 및 형태를 유지하였다. 녹색 형광 이미지는 그레이 스케일로 도시된다.
도 12a 및 12b는 5% w/w SDP 및 10% w/w SDP가 로딩된 마이크로입자의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 13a 및 13b는 2.18 μm 및 5.63 μm을 Dv50를 갖는 분무 건조 단백질의 SEM 이미지이다.
도 14a, 14b 및 14c는 PLA 미소구체에 캡슐화된 VEGF-트랩 F-SDP의 명시야, 형광 및 SEM 이미지이다. 녹색 형광 이미지는 도 14b에서 그레이 스케일로 도시된다.
도 15a 및 15b는 PLGA 미소구체에 캡슐화된 VEGF-트랩 F-SDP의 명시야 및 형광 이미지이다. 녹색 형광 이미지는 도 15b에서 그레이 스케일로 도시된다.
도 16은 현탁액이 다공성 멤브레인을 통해 탄화수소 연속상으로 주입될 때 SDP 현탁액 에멀젼 액적의 형성을 보여주는 다이어그램이다.
도 17은 멤브레인 에멀젼을 사용하여 마이크로입자를 생산하는 예시적인 방법의 다이어그램이다. 마이크로입자 생성물의 응결 및 응집을 방지하는 단계를 나타내기 위해 별표가 표시된 단계.
도 18은 수성 및 비수성 에멀젼 방법을 사용하여 생산된 미소구체의 SEM 이미지를 함유하고 수성 방법을 사용하면 미소구체가 기공 및 물 채널을 갖는 반면 비수성 방법을 사용하면 매끄러운 표면을 가짐을 보여준다.
도 19는 수성 및 비수성 에멀젼 방법을 사용하여 생산된 단백질-캡슐화된 미소구체의 SEM 이미지를 함유한다.
도 20은 수성 및 비수성 에멀젼 방법을 사용하여 생산된 단백질-캡슐화된 미소구체의 형광 현미경 이미지를 함유하고 비수성 에멀젼 방법을 사용하여 원래의 건포도-형상을 유지하면서 수성 에멀젼 방법을 사용하여 SDP가 재구성되고 더 큰 액적으로 병합되는 것을 보여준다. 녹색 형광 이미지는 그레이 스케일로 도시된다.
I. 정의
본 개시내용은 본원에 기재된 조성물 및 방법 뿐만 아니라 기재된 실험 조건에 제한되지 않으며, 그 이유는 이러한 것이 변할 수 있기 때문임을 이해해야 한다. 또한 본 개시내용의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 본원에서 사용된 용어는 단지 특정 구현예만을 설명하기 위한 것이며 이를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 개시내용이 속하는 당업자가 공통적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 그러나 본원에 기재된 것과 유사하거나 등가인 임의의 조성물, 방법 및 물질이 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있다. 언급된 모든 간행물은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
현재 청구된 발명을 설명하는 맥락에서(특히 청구범위의 맥락에서) 용어 "a", "an", "the" 및 유사한 지시대상의 사용은, 본원에서 달리 명시되지 않았거나 문맥에 의해 명백히 모순되지 않는 한, 단수형 및 복수형 둘 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본원에 제시된 모든 수치 한계 및 범위는 범위 또는 한계의 수 사이의 그 부근 또는 그에 관한 모든 수치 또는 값을 포함한다. 본원에 기재된 범위 및 한계는 범위 또는 한계에 의해 정의되고 포괄되는 모든 정수, 소수 및 분수 값을 명시적으로 명수되고 제시된다. 따라서, 본원에서 값의 범위에 대한 인용은 본원에서 달리 명시되지 않는 한 범위 내에 속하는 각각의 별도의 값을 개별적으로 언급하는 속기 방법으로서의 역할을 할 뿐이며, 각각의 개별 값은 본원에 개별적으로 인용된 것과 같이 명세서에 포함된다.
용어 "약"의 사용은 명시된 값의 위 또는 아래로 대략 +/- 10%의 범위의 값을 기재하는 것을 의도하고; 다른 구현예에서 값은 명시된 값의 위 또는 아래로 대략 +/- 5%의 범위의 값의 범위일 수 있고; 다른 구현예에서 값은 명시된 값의 위 또는 아래로 대략 +/- 2%의 범위의 값의 범위일 수 있고; 다른 구현예에서 값은 명시된 값의 위 또는 아래로 대략 +/- 1%의 범위의 값의 범위일 수 있다. 전술된 범위는 문맥에 의해 명확해지도록 의도되었으며 더 이상의 한계는 내포되지 않는다. 본원에 기재된 모든 방법은 본원에서 달리 지시되지 않거나 달리 명백하게 문맥에 의해 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 그리고 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 분명히 하기 위한 것을 의도하고, 달리 주장되지 않는 한 본 발명의 범주를 제한하지 않는다. 명세서의 어떠한 언어도 본 발명의 실시에 필수적인 임의의 청구되지 않은 요소를 지시하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
"혼합"은 압축 전단력 및 캐비테이션을 포함하는 혼합력을 제공한다. 기술 및 방법론은 균질화, 와동, 초음파 처리, 교반(stirring), 교동, 휘젓기, 진탕, 유화, 교반(agitating) 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 혼합력의 적용은 일정하거나 주기적일 수 있다.
용어 "미소구체" 및 "마이크로입자"는 상호 교환적으로 사용된다.
"단백질"은 펩타이드 결합에 의해 서로 결합된 2개 이상의 아미노산 잔기를 포함하는 분자를 지칭한다. 단백질은 폴리펩타이드 및 펩타이드를 포함하고 또한 글리코실화, 지질 부착, 황산화, 글루탐산 잔기의 감마-카르복실화, 알킬화, 하이드록실화 및 ADP-리보실화와 같은 변형을 포함할 수 있다. 단백질은 단백질 기반 약물을 포함하는 과학적 또는 상업적 관심 대상일 수 있으며, 단백질은 무엇보다도 효소, 리간드, 수용체, 항체 및 키메라 또는 융합 단백질을 포함한다. 단백질은 널리 공지된 세포 배양 방법을 사용하여 다양한 유형의 재조합 세포에 의해 생산되며, 일반적으로 유전 공학 기술(예를 들어, 예컨대 키메라 단백질을 암호화하는 서열, 또는 코돈-최적화 서열, 인트론이 없는 서열 등)에 의해 세포 내로 도입되며, 여기서 에피솜으로서 존재할 수 있거나 세포의 게놈 내로 통합될 수 있다.
"항체"는 이황화 결합에 의해 상호-연결된 2개의 중쇄(H) 및 2개의 경쇄(L)인 4개의 폴리펩타이드 사슬로 이루어진 면역글로불린 분자를 지칭한다. 각각의 중쇄는 중쇄 가변 영역(HCVR 또는 VH) 및 중쇄 불변 영역을 갖는다. 중쇄 불변 영역은 CH1, CH2 및 CH3의 3개의 도메인을 함유한다. 각각의 경쇄는 경쇄 가변 영역 및 경쇄 불변 영역을 갖는다. 경쇄 불변 영역은 하나의 도메인(CL)으로 이루어진다. VH 및 VL 영역은 프레임워크 영역(FR)으로 명명된 보다 보존된 영역이 산재된 상보성 결정 영역(CDR)으로 명명된 초가변성 영역으로 더 세분화될 수 있다. 각각의 VH 및 VL은 아미노-말단에서 카르복시-말단까지 FR1, CDR1, FR2, CDR2, FR3, CDR3, FR4의 순서로 배열된 3개의 CDR 및 4개의 FR로 구성된다. 용어 "항체"는 임의의 아이소타입 또는 서브클래스의 글리코실화된 면역글로불린 및 비-글리코실화된 면역글로불린 둘 모두에 대한 언급을 포함한다. 용어 "항체"는 항체를 발현시키기 위해 형질감염된 숙주 세포로부터 단리된 항체와 같은 재조합 수단에 의해 제조, 발현, 생성 또는 단리된 항체 분자를 포함한다. 용어 항체는 또한 하나 초과의 상이한 에피토프에 결합할 수 있는 이종사량체 면역글로불린을 포함하는 이중특이적 항체를 포함한다. 이중특이적 항체는 일반적으로 미국 특허 번호 8,586,713에 기재되어 있으며, 이는 본 출원에 참조로 포함된다.
"Fc 융합 단백질"은 2개 이상의 단백질 중 일부 또는 전부를 포함하며, 그 중 하나는 자연에서 함께 발견되지 않는 면역글로불린 분자의 Fc 부분이다. 항체-유래 폴리펩타이드(Fc 도메인을 포함함)의 다양한 부분에 융합된 특정 이종 폴리펩타이드를 포함하는 융합 단백질의 제조는 예를 들어 Ashkenazi 등, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 10535, 1991; Byrn 등, Nature 344:677, 1990; 및 Hollenbaugh 등, "Construction of Immunoglobulin Fusion Proteins", in Current Protocols in Immunology, Suppl. 4, pages 10.19.1 - 10.19.11, 1992에 의해 기재되었다. "수용체 Fc 융합 단백질"은 Fc 모이어티에 커플링된 수용체의 하나 이상의 세포외 도메인(들)을 포함하며, 이는 일부 구현예에서 힌지 영역, 이어서 면역글로불린의 CH2 및 CH3 도메인을 포함한다. 일부 구현예에서, Fc-융합 단백질은 하나 이상의 리간드(들)에 결합하는 2개 이상의 별개의 수용체 사슬을 포함한다. 예를 들어, Fc-융합 단백질은 트랩, 예컨대 예를 들어 IL-1 트랩 또는 VEGF 트랩이다.
재조합적으로 생산된 효소 및 미니-트랩과 같은 Fc 부분이 결여된 단백질 또한 본 발명에 따라 제조될 수 있다. 미니-트랩은 Fc 부분 대신 다량체화 성분(MC)을 사용한 트랩 단백질이며, 이는 미국 특허 번호 7,279,159 및 7,087,411에 개시되어 있다.
"미세화된 단백질 입자" 또는 "단백질 입자"는 낮은, 매우 낮은 또는 0에 가까운 양의 물(예를 들어, 중량 기준으로 <3%의 물)을 갖는 다중의 단백질 분자를 함유하는 입자를 의미한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 미세화된 단백질 입자는 일반적으로 구형 형상이고, 2 마이크론 내지 약 35 마이크론 범위의 ECD를 갖는다. 미세화된 단백질 입자는 임의의 특정 단백질 엔티티에 제한되지 않으며, 치료적 단백질의 제조 및 전달에 적합하다. 통상적인 치료적 단백질은 특히 항원-결합 단백질, 예컨대 예를 들어, 가용성 수용체 단편, 항체(IgG를 포함함) 및 항체의 유도체 또는 단편, Fc 융합 단백질을 포함하는 다른 Fc 함유 단백질 및 트랩형 단백질(Huang, C., Curr. Opin. Biotechnol. 20: 692-99 (2009)), 예컨대 예를 들어, VEGF 트랩을 포함하는 수용체-Fc 융합 단백질을 포함한다.
II. 탄화수소-플루오로카본 멤브레인 에멀젼을 사용한 미소구체 제형의 생산
무수 또는 비수성 멤브레인 에멀젼 시스템을 사용하여 약제학적 조성물을 제형화하는 시스템 및 방법이 제공된다. 개시된 무수 멤브레인 에멀젼 방법은 친수성 약물 분자를 캡슐화할 때 기존의 수성 에멀젼 시스템으로 인한 여러 문제점을 극복한다. 예를 들어, 개시된 무수 에멀젼 시스템과 본원에 제공된 기존의 수성 에멀젼 시스템 간의 비교 연구는 수성 에멀젼 시스템을 사용하여 생산된 제형이 생산 동안 약물, 예를 들어, 단백질 약물을 에멀젼 액적으로부터 수성 연속상으로 누출시킨다는 것을 보여준다. 에멀젼 액적으로부터 약물의 이러한 누출은 낮은 캡슐화 효능을 초래한다. 본원에 기재된 개시된 비수성 기반 멤브레인 에멀젼 방법은 친수성 약물, 예컨대 단백질을 포함하지만 이에 제한되지 않는 약물 분자를 수성 에멀젼 시스템에 비해 증가된 캡슐화 효능, 원래의 단백질 마이크로입자 구조의 유지, 또는 이들의 조합으로 캡슐화된다. 개시된 무수 멤브레인 에멀젼 시스템 및 방법은 벌크 방법(예를 들어, 교반, 균질화, 초음파 처리) 및 다른 통상적인 방법에 의해 캡슐화된 약물 제형을 생산할 수 있다. 시스템 및 방법은 또한 광범위한 폴리머 물질, 고체-상태 페이로드 및 유화 방법에 적용될 수 있다. 하기 요약은 비수성 에멀젼 시스템이 수성 에멀젼 시스템에 비해 마이크로입자 캡슐화에 있어서 유의한 개선이 있음을 입증하는 상이한 에멀젼 수확물의 비교 결과를 보여준다.
방법 및 결과 요약
A. 플루오로카본-중-탄화수소-중-고체(S/H/F) 멤브레인 에멀젼
멤브레인 유화(ME)는 일반적으로 우수한 크기 제어 및 좁은 크기 분포를 허용하는 마이크로입자의 고도로 제어된 생산을 위한 비교적 새로운 기술이다(G. T. 및 R. A. Williams, Adv. Colloid Interface Sci., vol. 113(1): 1-20, (2005)). 지금까지 셀룰로오스 아세테이트, 폴리머, 양극 다공성 알루미나, 실리콘 마이크로채널 및 시라스 다공성 유리막(Shirasu Porous Glass; SPG)을 포함하는 ME를 위해 다수의 상이한 유형의 멤브레인이 개발되었다. 개시된 ME 방법의 경우, 레이저로 드릴링된 기공을 갖는 스테인리스강 멤브레인이 우수하게 작동하였으며, Micropore Technologies(영국 Redcar)에 의해 상업적으로 이용 가능한 장비를 통해 실험실 연구 공정 및 GMP 제조로 또한 확장할 수 있었다. 다른 구현예에서, 멤브레인은 시라스 다공성 유리막(SPG), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리머, 양극 다공성 알루미나 및 실리콘 마이크로채널을 포함하여 이루어진 군으로부터 선택된다. 스테인리스강 멤브레인의 엄격하게 제어되는 멤브레인 기공 크기는 한계 미만의 모든 SDP 입자가 멤브레인을 통과할 수 있도록 한다. 구불구불한 경로가 없는 직선 관형 채널은 SDP에 의한 채널 차단 경향을 감소시킨다. 일부 구현예에서, 멤브레인은 플루오로카본-중-탄화수소(H/F) 에멀젼의 생산과 우수한 호환성을 제공하는 친불소성 코팅물을 갖는다. 또한, 스테인리스 멤브레인은 견고하고, 세척이 용이하며 멸균이 가능하다. 일부 구현예에서, 기공의 직경은 3 μm 내지 300 μm이다. 일부 구현예에서, 기공의 직경은 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 μm이다.
일부 구현예는 미세화된 단백질 분말 및 폴리머를 탄화수소 용매에 조합하여 제1 비수용액을 형성하는 단계, 제1 비수용액을 교반하여 현탁액을 형성하는 단계, 현탁액을 분산 펌프에 공급하는 단계에 의해 지속 방출 또는 제어 방출 마이크로입자를 생산하는 방법을 제공하며, 여기서 현탁액은 플루오로카본 액체 및 플루오로계면활성제를 포함하는 연속상에 다공성 멤브레인을 통해 주입되어 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼을 형성한다. 일부 구현예에서, 현탁액을 공급하는 단계는 0.1 내지 1.0 ml/분의 속도이다. 본 방법은 하이드로플루오로에스테르를 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼에 첨가하는 단계 및 탄화수소 용매를 제거하여 경화된 마이크로입자를 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 하이드로플루오로에스테르와 플루오로카본의 혼합물은 에멀젼에 첨가된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 추가의 순수한 하이드로플루오로에스테르를 에멀젼에 첨가하는 단계를 포함한다. 본 방법은 플루오로카본 액체를 제거하여 마이크로입자를 단리하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 마이크로입자는 폴리머 매트릭스 내에 캡슐화된 단백질을 함유한다. 본 방법은 선택적으로 플루오로카본 액체의 마이크로입자를 세척하여 잔류 플루오로계면활성제를 제거하는 단계, 예를 들어 진공 여과에 의해 플루오로카본 액체를 제거하는 단계 및 마이크로입자를 수확하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서 진공 여과는 폴리에테르설폰 멤브레인 필터를 사용한다. 일부 구현예에서, 단백질 분말은 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 융합 단백질 또는 재조합 단백질로부터 생산된다. 일부 구현예에서, 단백질은 VEGF 트랩 단백질, 예를 들어 애플리버셉트이다. 일부 구현예에서, 에멀젼은 벌크 에멀젼에 의해 형성된다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 24시간 후에 15% 미만의 버스트를 가지며 이어서 약물의 선형 지속 방출이 뒤따른다.
일부 구현예에서, 단백질 분말 대 폴리머 비율은 0% 내지 30%이다.
일부 구현예에서, 탄화수소 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로푸란 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 구현예에서, 플루오로카본 용액은 1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로-N,N-비스(1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로부틸)부탄-1-아민을 포함한다.
일부 구현예에서, 플루오로계면활성제는 퍼플루오로폴리에테르-b-폴리에틸렌 글리콜-b-퍼플루오로폴리에테르이다.
일부 구현예에서, 하이드로플루오로에스테르는 2-(트리플루오로메틸)-3-에톡시도데카플루오로헥산이다.
일부 구현예에서, 다공성 멤브레인은 스테인리스강 멤브레인, 선택적으로 친불소성-코팅된 스테인리스강 멤브레인이다.
플루오로카본 및 탄화수소 액체는 주위 대기압 하에서 또는 진공 하에서 플루오로카본 및 탄화수소 액체를 증발시켜 제거될 수 있다. 일부 구현예에서, 플루오로카본 액체는 하이드로플루오로에테르(HFE)를 함유한다. 일부 구현예에서 HFE는 비수성 에멀젼에 첨가되어 탄화수소를 플루오로카본 액체로 빠르게 추출하여 미소구체 경화를 가속화한다. 일부 구현예에서, 단백질 분말은 미세화된 단백질 분말이다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 마이크로입자 상에 남아 있는 임의의 잔류 탄화수소 용매, 플루오로카본 액체, 플루오로계면활성제 또는 이들의 조합을 제거하기 위해 세척된다. 예시적인 플루오로카본 액체는 1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로-N,N-비스(1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로부틸)부탄-1-아민을 포함하지만 이에 제한되지 않는 퍼플루오로 C5-C18 화합물을 포함한다. 예시적인 탄화수소 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 에틸아세테이트 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 플루오로계면활성제는 퍼플루오로폴리에테르-b-폴리에틸렌 글리콜-b-퍼플루오로폴리에테르(PFPE-PEG-PFPE) 삼중 블록 코폴리머이다. 예시적인 생침식성 폴리머는 폴리오르토에스테르(POE)이다. 일부 구현예에서 단백질은 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 융합 단백질 또는 재조합 단백질이다. 일부 구현예에서, 단백질은 분무 건조된 VEGF 트랩 단백질이다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 1.0 내지 100 μm, 1.0 내지 200 μm, 또는 30 내지 60 μm의 직경을 갖는다. 일부 구현예에서, 개시된 비수성 에멀젼 방법에 의해 형성된 마이크로입자는 유동성 마이크로입자 조성물이다. 개시된 유동성 마이크로입자 조성물은 약제학적으로 허용되는 부형제, 예를 들어 pH 완충 식염수에 현탁되거나 중간 사슬 트리글리세라이드와 같은 유성 비히클에 현탁될 수 있다. 유동성 마이크로입자 조성물은 예를 들어 27G 바늘을 갖는 주사기를 사용하여 비경구적으로 투여될 수 있다. 일부 구현예에서 미소구체 또는 마이크로입자 크기 분포는 10CV%% 미만이다. 일부 구현예에서 미소구체 크기 분포는 10-20CV%이다.
또 다른 구현예는 탄화수소 용액에서 1.0 내지 30.0% w/w의 총 고체 분무 건조-단백질을 조합하여 제1 비수용액을 형성하는 단계, 제1 비수용액을 교반하여 현탁액을 형성하는 단계, 현탁액을 분산 펌프에 공급하는 단계로서, 여기서 현탁액은 연속상의 접선 유동 하에서 플루오로카본 액체 및 0.1 내지 5.0% w/v 플루오로계면활성제를 포함하는 연속상에 다공성 멤브레인을 통해 주입되어 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼을 형성하는, 단계, 탄화수소 용매를 제거하여 경화된 폴리머 또는 폴리머-코팅된 미소구체를 제공하는 단계, 및 플루오로카본 액체를 제거하여 마이크로입자를 단리하는 단계로서, 여기서 마이크로입자는 폴리머의 매트릭스 내에 캡슐화된 단백질을 포함하는, 단계에 의해 폴리머 또는 폴리머-코팅된 마이크로입자를 생산하는 방법을 제공한다. 일부 구현예에서, 본 방법은 탄화수소 용매를 제거하기 전에 하이드로플루오로에스테르를 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼의 플루오로카본 액체에 첨가하여 탄화수소 용매의 제거를 보조하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서 멤브레인 에멀젼에 의해 생산된 마이크로입자는 마이크로입자의 폴리머 표면 또는 내부 매트릭스에 기공 또는 채널을 거의 또는 전혀 갖지 않는다.
또 다른 구현예는 본원에 개시된 비수성 멤브레인 에멀젼 방법을 사용하여 생산된 폴리머-코팅된 마이크로입자를 함유하는 약제학적 조성물을 제공한다.
일부 구현예에서 마이크로입자의 크기는 제형 조성물 및 공정 매개변수를 변화시킴으로써 원하는 직경 또는 크기로 조정될 수 있다.
탄화수소 및 단백질 용액은 압축 전단력 및 캐비테이션과 같은 혼합력을 적용하여 형성될 수 있다. 기술은 균질화, 와동, 초음파 처리, 교반, 교동, 휘젓기, 진탕, 유화, 교반 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 방법은 에멀젼을 교반하면서 탄화수소 용매 및 플루오로카본 액체를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 탄화수소 및 플루오로카본 액체는 선택적으로 진공 하에서 증발에 의해 제거될 수 있다. 다른 구현예에서, 마이크로입자는 여과에 의해 수확될 수 있다. 탄화수소 및 플루오로카본 액체를 제거하는 단계는 수확될 수 있는 마이크로입자를 경화한다. 일부 구현예에서, HFE를 플루오로카본에 첨가하여 분산상에서 플루오로카본 연속상으로 탄화수소를 추출하는 것을 도와 더 빠른 경화 공정을 수행할 수 있다. HFE는 플루오로카본 및 탄화수소 둘 모두와 혼화성이므로 플루오로카본 상에서 탄화수소의 용해성을 향상시키는 공용매로 작용할 수 있다. 비수성 에멀젼 방법에 의해 생산된 지속 방출 마이크로입자는 생분해성 또는 생침식성 폴리머의 매트릭스 내에 캡슐화된 단백질을 함유한다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 단일 코어-쉘 구조를 갖는다. 다른 구현예에서, 마이크로입자는 폴리머 내에 분산된 다중 코어를 갖는다. 또 다른 구현예에서, 마이크로입자 집단은 폴리머 피질에 의해 캡슐화된 단일 코어-구조를 갖는 마이크로입자 및 폴리머 피질에 다중-코어 구조를 갖는 마이크로입자를 포함한다. 플루오로카본 액체는 FC-40을 포함하지만 이에 제한되지 않는 퍼플루오로 C5-C18 화합물일 수 있고, 탄화수소 용액은 에틸 아세테이트, 클로로포름, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로푸란, 및 디클로로메탄 또는 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서 플루오로계면활성제는 Pico-Surf™ 1로 상업적으로 이용 가능한 퍼플루오로폴리에테르-b-폴리에틸렌 글리콜-b-퍼플루오로폴리에테르이다. 일부 구현예에서, 생침식성 폴리머는 POE이다. 다른 구현예에서, 폴리머는 폴리락트산 및 폴리(락트산-코-글리콜산)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일반적으로, 단백질은 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 융합 단백질, 재조합 단백질, 또는 이의 단편 또는 절단된 버전이다. 전형적으로, 단백질은 예를 들어 분무 건조, 전자 분무 건조, 가역적 침전, 분무 동결, 미세주형 또는 이들의 조합에 의해 미세화된다. 일부 구현예에서, 단백질은 VEGF 트랩 단백질 또는 이의 절단된 형태이다. 개시된 방법에 사용될 수 있는 다른 단백질은 하기에 기재되어 있다. 개시된 방법에 의해 생산된 마이크로입자는 대부분 기공 또는 채널이 없는 폴리머 피질을 갖는다. 폴리머 피질은 천공되지 않는다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 1 내지 200 μm의 직경을 갖는다.
1. 탄화수소 용매
일부 구현예에서, 탄화수소 용매(탄화수소 액체로도 지칭됨)는 폴리머 물질, 예를 들어 생분해성 또는 생침식성 폴리머가 탄화수소에 용해되도록 선택된다. 일부 구현예에서, 탄화수소 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로푸란 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 탄화수소 용매는 아세토니트릴, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 펜탄, 프로판올, 헥산 또는 이들의 조합을 함유할 수 있다.
2. 플루오로액체
예시적인 플루오로액체는 Flourinert™ FC-40(평균 MW = 650 g/mol) 1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로-N,N-비스(1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로부틸)부탄-1-아민(도 1b), Fluorinert™ FC-70(평균 MW = 821 g/mol) 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 플루오로카본 액체이다. 일부 구현예에서 플루오로카본 액체는 하이드로플루오로에테르(HFE)이거나 이를 함유한다. 예시적인 HFE는 NOVEC™ 7000(1-메톡시헵타플루오로프로판), NOVEC™ 7100(메톡시-노나플루오로부탄), NOVEC™ 7200(에톡시-노나플루오로부탄), NOVEC™ 7500(2-(트리플루오로메틸)-3-에톡시도데카플루오로헥산을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 또 다른 구현예에서, 플루오로카본 액체는 FC-40, FC-70, Novec™ 7500, Novec™ 7100, Novec™ 7000 또는 이들의 조합을 함유한다. 특정 구현예에서, 제2 용액은 플루오로액체 이외에 플루오로계면활성제(FS)를 함유한다. 예시적인 FS는 Pico-Surf™ 1로 상업적으로 이용 가능한 퍼플루오로폴리에테르-b-폴리에틸렌 글리콜-b-퍼플루오로폴리에테르(PFPE-PEG-PFPE) 삼중 블록 코폴리머이다. 일부 구현예에서, 플루오로카본 액체 또는 제2 용액은 FC-40 및 Pico-Surf™ 1을 함유한다.
일부 구현예에서 FS는
이며,
여기서, 이고,
여기서 n ~ 37, x + z ~ 6.0, y ~ 12.5. 또는 여기서 n = 3.7, x + z ~ 3.6, y ~ 9.0.(Lee, M. 등, Lab Chip., 7:14(3):509-13(2014))이다.
일부 구현예에서 HFE는 다음의 화학 구조를 갖는다:
2-(트리플루오로메틸)-3-에톡시도데카플루오로헥산.
공정에 사용하기 적합한 다른 HFE는 모든 수소 원자가 플루오린 치환 없이 탄소 상에 존재하고 에테르 산소, 즉 RfORh에 의해 불소화된 탄소로부터 분리되는 분자 부류이다. HFE는 선형, 분지형 또는 환형, 또는 이들의 조합(예컨대 알킬사이클로지방족)일 수 있는 분자 구조를 가지며, 바람직하게는 총 약 4 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 에틸렌성 불포화가 없다. 이러한 HFE는 공지되어 있으며 본질적으로 순수한 화합물 또는 혼합물로서 쉽게 이용 가능하다. HFE의 친유성 및 친불소성 때문에, 이들은 플루오로카본 및 탄화수소 둘 모두와 혼화성이다. 탄화수소/플루오로카본 에멀젼에 첨가될 때, 이들은 공용매로서 작용하여 탄화수소를 플루오로카본 상으로 추출하고 경화 공정을 가속화할 수 있다.
일부 구현예에서, 탄화수소 용매, 플루오로카본, 또는 둘 모두는 선택적으로 에멀젼이 교반되는 동안 선택적으로 진공 하에서 증발에 의해 제거된다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 여과, 선택적으로 진공 하에서 여과에 의해 수확된다.
플루오로카본 상의 HFE 백분율은 0-20% v/v일 수 있는 반면, HFE 백분율을 증가시키면 탄화수소 추출율이 증가한다. 그러나, 미소구체의 크기 및 형태를 제어하기가 더 어려워질 수 있으므로 HFE 백분율이 너무 높을 수는 없다.
3. 침식성 또는 생분해성 폴리머
일부 구현예에서, 폴리머는 생분해성 또는 생침식성 폴리머이다. 일부 구현예에서, 폴리머는 분지형 또는 선형 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산-폴리글리콜산 코폴리머(PLGA), 폴리-D,L-락타이드-코-글리콜라이드(PLGA), PLGA-에틸렌 옥사이드 푸마레이트, 폴리에틸렌 글리콜 1000에 에스테르화된 PLGA-알파-토코페릴 숙시네이트(PLGA-TGPS), 폴리무수물 폴리[1,6-비스(p-카르복시페녹시)헥산](pCPH), 폴리(하이드록시부티르산-코하이드록시발레르산)(PHB-PVA), 폴리에틸렌 글리콜-폴리(락트산) 코폴리머(PEG-PLA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리-알킬-시아노-아크릴레이트(PAC), 폴리(에틸)시아노아크릴레이트(PEC), 폴리이소부틸 시아노아크릴레이트, 폴리-N-(2-하이드록시프로필)메타크릴아미드(폴리(HPMA)), 폴리-β-R-하이드록시 부티레이트(PHB), 폴리-β-R-하이드록시 알카노에이트(PHA), 폴리-β-R-말산, 인지질-콜레스테롤 폴리머, 2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스파티딜콜린/폴리에틸렌글리콜-디스테아로일포스파티딜에타놀아민(distearoylphosphatidylehtanolamine)(DOPC/PEG-DSPE)/콜레스테롤, 다당류, 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 알기네이트, 덱스트란 및 덱스트란 하이드로겔 폴리머, 아밀로오스, 이눌린, 펙틴 및 구아 검, 키토산, 키틴, 헤파린, 히알루론산, 사이클로덱스트린(CD)-기반 폴리로탁산 및 폴리슈도로탁산, 폴리아스파르테이트, 폴리글루타메이트, 폴리루신, 류신-글루타메이트 코폴리머, 폴리부틸렌 숙시네이트, 젤라틴, 콜라겐, 피브린, 피브로인, 폴리오르토에스테르, 폴리오르토에스테르-폴리아미딘 코폴리머, 폴리오르토에스테르-디아민 코폴리머, 잠재성 산을 포함하는 폴리오르토에스테르, 폴리(에틸렌 글리콜)/폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 코폴리머, 및 이들의 조합 및 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 폴리머는 폴리-ε-카프로락톤(PCL) 또는 이의 유도체 또는 코폴리머이다. 일부 구현예에서 폴리머는 PLGA 또는 이의 유도체 또는 코폴리머이다. 일부 구현예에서, 폴리머는 에틸 셀룰로오스 또는 이의 유도체 또는 코폴리머이다. 일부 구현예에서, 폴리머는 폴리오르토에스테르 또는 이의 유도체 또는 코폴리머이다. 일부 구현예에서, 폴리머는 폴리에스테르아미드이다.
본원에서 사용되는 용어 "폴리머"는 공유 화학 결합에 의해 연결된 반복 단량체를 포함하는 거대분자를 지칭한다. 폴리머는 생체적합성 및 생분해성 침식성이다. 생체적합성 및 생분해성 폴리머는 천연 또는 합성일 수 있다. 천연 폴리머는 폴리뉴클레오타이드, 폴리펩타이드, 예컨대 천연 발생 단백질, 재조합 단백질, 젤라틴, 콜라겐, 피브린, 피브로인, 폴리아스파르테이트, 폴리글루타메이트, 폴리리신, 류신-글루타메이트 코폴리머; 및 다당류, 예컨대 셀룰로오스 알기네이트, 덱스트란 및 덱스트란 하이드로겔 폴리머, 아밀로오스, 이눌린, 펙틴 및 구아 검, 키토산, 키틴, 헤파린 및 히알루론산을 포함한다. 합성 생체적합성 또는 생분해성 폴리머는 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산-폴리글리콜산 코폴리머(PLGA), 폴리-D,L-락타이드-코-글리콜라이드(PLGA), PLGA-에틸렌 옥사이드 푸마레이트, 폴리에틸렌 글리콜 1000에 에스테르화된 PLGA-알파-토코페릴 숙시네이트(PLGA-TGPS), 폴리무수물 폴리[1,6-비스(p-카르복시페녹시)헥산](pCPH), 폴리(하이드록시부티르산-코하이드록시발레르산)(PHB-PVA), 폴리에틸렌 글리콜-폴리(락트산) 코폴리머(PEG-PLA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리-알킬-시아노-아크릴레이트(PAC), 폴리(에틸)시아노아크릴레이트(PEC), 폴리이소부틸 시아노아크릴레이트, 폴리-N-(2-하이드록시프로필)메타크릴아미드(폴리(HPMA)), 폴리-β-R-하이드록시 부티레이트(PHB), 폴리-β-R-하이드록시 알카노에이트(PHA), 폴리-β-R-말산, 인지질-콜레스테롤 폴리머, 2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스파티딜콜린/폴리에틸렌글리콜-디스테아로일포스파티딜에타놀아민(DOPC/PEG-DSPE)/콜레스테롤, 에틸 셀룰로오스, 사이클로덱스트린(CD)-기반 폴리로탁산 및 폴리슈도로탁산, 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리오르토에스테르, 폴리오르토에스테르-폴리아미딘 코폴리머, 폴리오르토에스테르-디아민 코폴리머, 분해 속도를 제어하기 위해 잠재성 산을 포함하는 폴리오르토에스테르, 및 특히 폴리(에틸렌 글리콜)/폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 코폴리머를 포함한다.
에틸 셀룰로오스(EC)는 제약 및 식품 과학에서 사용되는 널리 공지되어 있고 쉽게 이용 가능한 생체물질이다. 글루코스 하이드록실기의 일부가 에틸 에테르로 대체된 셀룰로오스 유도체이다. Martinac 등, J. Microencapsulation, 22(5): 549-561 (2005) 및 이의 참고문헌을 참조하고, 이는 미소구체의 제조에서 생체적합성 폴리머로서 에틸 셀룰로오스를 사용하는 방법을 기재한다. 또한, 에틸 셀룰로오스 및 에틸 셀룰로오스 유도체의 제조 방법에 대한 상세한 설명은 미국 4,210,529(1980) 및 이의 참고문헌을 참조한다.
폴리-D,L-락타이드-코-글리콜라이드(PLGA)는 또한 조직 공학 및 약제 전달 시스템에 사용되는 널리 공지된 미국 식품의약국(FDA) 승인 생체적합성 및 생분해성 폴리머이다. PLGA는 글리콜산 및 락트산 단량체를 포함하는 폴리에스테르이다. PLGA의 합성 및 PLGA 나노입자의 제조에 대한 설명은 Astete 및 Sabliov, Biomater. Sci. Polym. Ed., 17(3): 247-89 (2006) 및 이의 참고문헌을 참조한다.
폴리-ε-카프로락톤(PCL)은 사람에게 약물 전달 장치로서 사용하기 위해 FDA에서 승인된 또 다른 생체적합성 및 생분해성 폴리머이다. PCL은 ε-카프로락톤의 폴리에스테르이고, 이는 체내에서 빠르게 가수분해되어 무독성 또는 저독성 하이드록시카르복실산을 형성한다. PCL의 제조에 대한 설명은 Labet 및 Thielemans, Chemical Society Reviews 38: 3484-3504 (2009) 및 이의 참고문헌을 참조한다. 전달 시스템으로서의 PCL-기반 미소구체 및 나노구체의 제조 및 사용에 대한 설명은 Sinha 등, Int. J. Pharm., 278(1): 1-23 (2004) 및 이의 참고문헌을 참조한다.
폴리오르토에스테르(POE)는 약물 전달용으로 설계된 생침식성 폴리머이다. 이것은 일반적으로 글리콜 축합을 통해 중합되어 오르토에스테르 결합을 형성하는 케텐 아세탈, 바람직하게는 환형 디케텐 아세탈, 예컨대 예를 들어 3,9-디메틸렌-2,4,8,10-테트라옥사 스피로[5.5]-운데칸의 폴리머이다. 폴리오르토에스테르 합성 및 다양한 유형에 대한 설명은 예를 들어 미국 4,304,767에서 찾아볼 수 있다. 폴리오르토에스테르는 예를 들어, 헥산트리올을 데칸트리올로 대체하는 것과 같이 다양한 소수성 디올 및 폴리올을 교환해넣거나 또는 교환해냄으로써; 뿐만 아니라 예를 들어, 글리콜라이드, 옥탄디오산 등과 같은 잠재성 산을 백본에 첨가하여 pH 민감도를 증가시킴으로써 이의 약물 방출 프로파일 및 분해 속도를 제어하도록 변형될 수 있다. POE의 맞춤 형태는 질량 손실 및 약물 방출을 조정하기 위해 POE 백본에 글리콜산을 포함할 수 있다. 폴리오르토에스테르에 대한 다른 변형은 작용성을 증가시키기 위한 아민의 통합을 포함한다. 폴리오르토에스테르의 형성, 설명 및 사용은 미국 5,968,543; 미국 4,764,364; Heller 및 Barr, Biomacromolecules, 5(5): 1625-32 (2004); 및 Heller, Adv. Drug. Deliv. Rev., 57: 2053-62 (2005)에 기재되어 있다.
4. 단백질 약물
일부 구현예에서, 개시된 무수 에멀젼 방법 및 시스템에 의해 생산된 마이크로입자 제형은 약물을 포함한다. 예시적인 약물은 단백질, 융합 단백질 및 이의 단편, 항체 및 이의 항원 결합 단편, 및 리간드 결합 도메인 및 단백질을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 단백질은 VEGF 트랩 단백질(예를 들어, 애플리버셉트이며, 이는 예를 들어 미국 특허 번호 7,087,411 및 7,279,159에 기재된 바와 같은 hIgG1의 Fc에 융합된 VEGF 수용체 Flk1의 Ig 도메인 3에 융합된 VEGF 수용체 Flt1의 Ig 도메인 2를 함유하고, 이들의 전체가 본원에 참조로 포함된다. 일부 구현예에서, VEGF 트랩 단백질은 그 전체가 참조로 포함되는 미국 특허 번호 7,396,664에 기재된 바와 같은 VEGF 트랩의 절단된 형태이다.
일부 구현예에서, 마이크로입자 제형의 단백질은 항체, 인간 항체, 인간화 항체, 키메라 항체, 단클론 항체, 다중특이적 항체, 이중특이적(bispecific) 항체, 항원 결합 항체 단편, 단일 사슬 항체, 디아바디, 트리아바디 또는 테트라바디, 이중 가변 도메인 면역글로불린(DVD-IG)으로 명명되는 이중-특이적(dual-specific) 4가 면역글로불린 G-유사 분자, IgD 항체, IgE 항체, IgM 항체, IgG 항체, IgG1 항체, IgG2 항체, IgG3 항체 또는 IgG4 항체이다. 일부 구현예에서, 항체는 IgG1 항체이다. 일부 구현예에서, 항체는 IgG2 항체이다. 일부 구현예에서, 항체는 IgG4 항체이다. 일부 구현예에서, 항체는 키메라 힌지를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 항체는 키메라 Fc를 포함한다. 일부 구현예에서, 항체는 키메라 IgG2/IgG4 항체이다. 일부 구현예에서, 항체는 키메라 IgG2/IgG1 항체이다. 일부 구현예에서, 항체는 키메라 IgG2/IgG1/IgG4 항체이다.
일부 구현예에서, 항체는 항-프로그래밍된 세포 사멸 1 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,987,500에 기재된 바와 같은 항-PD1 항체, 항-프로그램화된 세포 사멸 리간드-1(예를 들어, 미국 특허 번호 9,938,345에 기재된 바와 같은 항-PD-L1 항체), 항-Dll4 항체, 항-안지오포에틴-2 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,402,898에 기재된 바와 같은 항-ANG2 항체), 항-안지오포에틴-유사 3 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,018,356에 기재된 바와 같은 항-AngPtl3 항체), 항-혈소판 유래 성장 인자 수용체 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,265,827에 기재된 바와 같은 항-PDGFR 항체), 항-Erb3 항체, 항-프로락틴 수용체 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,302,015에 기재된 바와 같은 항-PRLR 항체), 항-보체 5 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,795,121에 기재된 바와 같은 항-C5 항체), 항-TNF 항체, 항-표피 성장 인자 수용체 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,132,192에 기재된 바와 같은 항-EGFR 항체 또는 미국 특허 번호 9,475,875에 기재된 바와 같은 항-EGFRvIII 항체), 항-전구단백질 전환효소 서브틸리신 켁신-9 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 8,062,640 또는 미국 특허 번호 9,540,449에 기재된 바와 같은 항-PCSK9 항체), 항-성장 및 분화 인자-8 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 8,871,209 또는 9,260,515에 기재된 바와 같은 항-GDF8 항체, 또한 항-미오스타틴 항체로 공지됨), 항-글루카곤 수용체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,587,029 또는 9,657,099에 기재된 바와 같은 항-GCGR 항체), 항-VEGF 항체, 항-IL1R 항체, 인터루킨 4 수용체 항체(예를 들어, 미국 특허 출원 공개 번호 US2014/0271681A1, 미국 특허 번호 8,735,095 또는 8,945,559에 기재된 바와 같은 항-IL4R 항체), 항-인터루킨 6 수용체 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 7,582,298, 8,043,617 또는 9,173,880에 기재된 바와 같은 항-IL6R 항체), 항-IL1 항체, 항-IL2 항체, 항-IL3 항체, 항-IL4 항체, 항-IL5 항체, 항-IL6 항체, 항-IL7 항체, 항-인터루킨 33(예를 들어, 미국 특허 번호 9,453,072 또는 9,637,535에 기재된 바와 같은 항-IL33), 항-호흡기 세포융합 바이러스 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,447,173 및 10,125,188, 및 미국 특허 출원 공개 번호 US2019/0031741A1에 기재된 바와 같은 항-RSV 항체), 항-분화 클러스터 3(예를 들어, 미국 특허 번호 9,657,102에 기재된 바와 같은 항-CD3 항체), 항-분화 클러스터 20(예를 들어, 미국 특허 번호 9,657,102 및 US20150266966A1, 및 미국 특허 번호 7,879,984에 기재된 바와 같은 항-CD20 항체), 항-CD19 항체, 항-CD28 항체, 항-분화 클러스터-48(예를 들어, 미국 특허 번호 9,228,014에 기재된 바와 같은 항-CD48 항체), 항-Fel d1 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,079,948에 기재된 바와 같음), 항-중동 호흡기 증후군 바이러스(예를 들어, 미국 특허 번호 9,718,872에 기재된 바와 같은 항-MERS 항체), 항-에볼라 바이러스 항체(예를 들어, 미국 특허 번호 9,771,414에 기재된 바와 같음), 항-지카 바이러스 항체, 항-림프구 활성화 유전자 3 항체(예를 들어, 항-LAG3 항체 또는 항-CD223 항체), 항-신경 성장 인자 항체(예를 들어, 미국 특허 출원 공개 번호 US2016/0017029(포기됨) 및 미국 특허 번호 8,309,088 및 9,353,176에 기재된 바와 같은 항-NGF 항체) 및 항-단백질 Y 항체로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 이중특이적 항체는 항-CD3 x 항-CD20 이중특이적 항체(미국 특허 번호 9,657,102 및 US20150266966A1에 기재된 바와 같음), 항-CD3 x 항-뮤신 16 이중특이적 항체(예를 들어, 항-CD3 x 항-Muc16 이중특이적 항체), 및 항-CD3 x 항-전립선-특이적 멤브레인 항원 이중특이적 항체(예를 들어, 항-CD3 x 항-PSMA 이중특이적 항체)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 관심 단백질은 아브식시맙, 아달리무맙, 아달리무맙-아토, 아도-트라스투주맙, 알렘투주맙, 알리로쿠맙, 아테졸리주맙, 아벨루맙, 바실릭시맙, 벨리무맙, 벤랄리주맙, 베바시주맙, 베즐로톡수맙, 블리나투모맙, 브렌툭시맙 베도틴, 브로달루맙, 브롤루시주맙, 카나키누맙, 카프로맙 펜데타이드, 세르톨리주맙 페골, 세미플리맙, 세툭시맙, 데노수맙, 디누툭시맙, 두필루맙, 두르발루맙, 에쿨리주맙, 엘로투주맙, 에미시주맙-kxwh, 엠탄시네알리로쿠맙, 에비나쿠맙, 에볼로쿠맙, 파시누맙, 골리무맙, 구셀쿠맙, 이브리투모맙 티욱세탄, 이다루시주맙, 인플릭시맙, 인플릭시맙-abda, 인플릭시맙-dyyb, 이필리무맙, 익세키주맙, 메폴리주맙, 네시투무맙, 네스바쿠맙, 니볼루맙, 오빌톡삭시맙, 오비누투주맙, 오크렐리주맙, 오파투무맙, 올라라투맙, 오말리주맙, 파니투무맙, 펨브롤리주맙, 페르투주맙, 라무시루맙, 라니비주맙, 락시바쿠맙, 레슬리주맙, 리누쿠맙, 리툭시맙, 사릴루맙, 세쿠키누맙, 실툭시맙, 토실리주맙, 토실리주맙, 트라스투주맙, 트레보그루맙, 우스테키누맙 및 베돌리주맙으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 구현예에서, 복합체의 단백질은 Fc 모이어티 및 또 다른 도메인을 함유하는 재조합 단백질(예를 들어, Fc-융합 단백질)이다. 일부 구현예에서, Fc-융합 단백질은 Fc 모이어티에 커플링된 수용체의 하나 이상의 세포외 도메인(들)을 함유하는 수용체 Fc-융합 단백질이다. 일부 구현예에서, Fc 모이어티는 힌지 영역, 이어서 IgG의 CH2 및 CH3 도메인을 포함한다. 일부 구현예에서, 수용체 Fc-융합 단백질은 단일 리간드 또는 다중 리간드에 결합하는 2개 이상의 별개의 수용체 사슬을 함유한다. 예를 들어, Fc-융합 단백질은 TRAP 단백질, 예컨대 예를 들어 IL-1 트랩(예를 들어, hIgG1의 Fc에 융합된 IL-1R1 세포외 영역에 융합된 IL-1RAcP 리간드 결합 영역을 함유하는 릴로나셉트; 미국 특허 번호 6,927,044를 참조하고, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함됨), 또는 VEGF 트랩(예를 들어, hIgG10의 Fc에 융합된 VEGF 수용체 Flk1의 Ig 도메인 3에 융합된 VEGF 수용체 Flt1의 Ig 도메인 2를 포함하는 애플리버셉트 또는 지브-애플리버셉트)이다. 다른 구현예에서, Fc-융합 단백질은 ScFv-Fc-융합 단백질이며, 이는 Fc 모이어티에 커플링된 항체의 하나 이상의 항원-결합 도메인(들), 예컨대 가변 중쇄 단편 및 가변 경쇄 단편 중 하나 이상을 함유한다.
일부 구현예에서, 재조합적으로 생산된 효소 및 미니-트랩과 같은 Fc 부분이 결여된 단백질 또한 본 발명에 따라 제조될 수 있다. 미니-트랩은 Fc 부분 대신 다량체화 성분(MC)을 사용하는 트랩 단백질이며, 이는 미국 특허 번호 7,279,159 및 7,087,411에 개시되어 있다.
일부 구현예에서, 초기 단백질은 건조 분말, 예를 들어 미세화된 건조 분말의 형태이다. 일부 구현예에서, 단백질은 분무 건조 분말(SDP)이다. 단백질 용액 대신 분무 건조 단백질을 사용하면 마이크로입자에 더 많은 단백질이 로딩되고 캡슐화 공정에서 더 나은 단백질 안정성을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 일부 구현예에서, 건조 단백질 분자는 고체 상태로 유지되고 전체 캡슐화 공정 및 저장 조건 동안 안정화제로 둘러싸여 있다. 일부 구현예에서, 캡슐화된 분무 건조 단백질은 표면 단백질의 작은 부분만이 계면에 노출되기 때문에 표면 상호 작용이 최소화되어 높은 회수율 및 낮은 응집체를 나타낸다. 일부 구현예에서, 단백질은 캡슐화 전에 미세화된다.
B. 마이크로입자
일부 구현예는 개시된 비수성 멤브레인 에멀젼 시스템을 사용하여 생산된 약제학적 조성물을 제공한다. 일부 구현예에서, 약제학적 조성물은 폴리머 피질 및 미세화된 단백질 코어를 갖는 마이크로입자를 함유한다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 형상은 대략 구형이다. 일부 마이크로입자 및 단백질 코어는 구형에 가까워지는 반면 다른 것들은 형상이 더 불규칙할 것이다. 따라서, 본원에서 사용되는 용어 "직경"은 다음 중 각각 및 임의의 것을 의미한다: (a) 마이크로입자 또는 단백질 코어를 외접하는 구체의 직경, (b) 마이크로입자 또는 단백질 코어의 경계 내에 맞는 가장 큰 구체의 직경, (c) (a)의 외접된 구체와 (b)의 경계 내 구체, 이 둘 사이의 평균값을 포함하는 임의의 측정값, (d) 마이크로입자 또는 단백질 코어의 최장축의 길이, (e) 마이크로입자 또는 단백질 코어의 최단축의 길이, (f) 장축의 길이 (d)와 단축의 길이 (e), 이 둘 사이의 평균값을 포함하는 임의의 측정값 및/또는 (g) 마이크로-플로우 이미징(MFI), 나노입자 추적 분석(NTA)에 의해 또는 광산란 방법, 예컨대 정적 광산란(SLS), 동적 광산란(DLS) 또는 레이저 회절 분석에 의해 부피 또는 수 평균 직경으로 결정되는 등가 원형 직경("ECD"). 직경은 일반적으로 마이크로미터(μm 또는 마이크론)로 표현된다. 직경은 광학적 측정 또는 주사 전자 현미경 측정에 의해 결정될 수 있다.
개시된 비수성 에멀젼 방법에 의해 생산된 마이크로입자는 낮은, 매우 낮은 또는 0에 가까운 양의 물(예를 들어, 중량 기준으로 < 또는 = 3%의 물)을 갖는 다중의 단백질 분자이다. 본원에 사용된 미세화된 단백질 입자는 2 마이크론 내지 약 35 마이크론, 또는 2.0 내지 50 μm, 또는 5.0 내지 15.0 μm, 30 내지 60 μm, 또는 약 10 μm 범위의 ECD를 갖는다. 미세화된 단백질 입자는 임의의 특정 단백질 엔티티에 제한되지 않으며, 상기 기재된 단백질을 포함하는 치료적 단백질의 제조 및 전달에 적합하다.
예를 들어, 단백질 입자는 분무 건조, 동결건조 및 밀링, 제트 밀링, 비용매에서의 가역적 침전, 과립화, 점진적 침전(미국 7,998,477 (2011)), 초임계 유체 침전(미국 6,063,910 (2000)), 또는 고압 이산화탄소 유도 입자 형성(Bustami 등, Pharma. Res. 17: 1360-66 (2000))에 의해 미세화될 수 있다. 본원에서 사용되는 어구 "분무 건조"는 분무 건조기를 사용하여 슬러리 또는 현탁액으로부터 마이크론-크기의 입자를 포함하는 건조 분말을 생산하는 방법을 의미한다. 분무 건조기는 분무기 또는 분무 노즐을 사용하여 현탁액 또는 슬러리를 제어된 액적 크기 분무로 분산시킨다. 10 내지 500 μm의 액적 크기가 분무 건조에 의해 생성될 수 있다. 용매(물 또는 유기 용매)가 건조됨에 따라, 단백질 물질은 마이크론-크기의 입자로 건조되어 분말-유사 물질을 형성하거나; 또는 단백질-폴리머 현탁액의 경우, 건조 동안 폴리머가 단백질 로딩물 주위의 쉘을 경화시킨다.
일부 구현예에서 미세화된 단백질은 VEGF 트랩 단백질이다. 미세화된 VEGF 트랩 단백질 입자의 형성을 위한 약제학적 제형은 약 10 mg/mL 내지 약 100 mg/mL VEGF 트랩 단백질, 약 1.0 내지 약 50 mg/mL 단백질, 약 10 mg/mL, 약 15 mg/mL, 약 20 mg/mL, 약 25 mg/mL, 약 30 mg/mL, 약 35 mg/mL, 약 40 mg/mL, 약 45 mg/mL, 약 50 mg/mL, 약 55 mg/mL, 약 60 mg/mL, 약 65 mg/mL, 약 70 mg/mL, 약 75 mg/mL, 약 80 mg/mL, 약 85 mg/mL, 약 90 mg/mL, 약 95 mg/mL, 또는 약 100 mg/mL VEGF 트랩 단백질을 함유할 수 있다.
일부 구현예에서, 개시된 비수성 멤브레인 에멀젼 시스템을 사용하여 생산된 마이크로입자는 폴리머 피질 내에 단백질 입자 코어를 함유하고, 이는 약 2 μm 내지 약 70 μm, 약 5 μm 내지 약 65 μm, 약 10 μm 내지 약 60 μm, 약 15 μm 내지 약 55 μm, 약 10 μm 내지 약 50 μm, 약 1.0 내지 15 μm, 약 20 μm, 약 25 μm 또는 약 30 μm의 직경 범위를 갖는다. 단백질 코어의 직경이 어느 정도 크기 변화에 기여할 수 있지만, 대부분의 크기 변화는 폴리머 피질의 두께를 반영한다.
일부 구현예에서, 개시된 비수성 에멀젼 방법에 의해 형성된 마이크로입자는 유동성 마이크로입자 조성물이다. 개시된 유동성 마이크로입자 조성물은 약제학적으로 허용되는 부형제, 예를 들어 pH 완충 식염수에 현탁될 수 있다. 유동성 마이크로입자 조성물은 예를 들어 27G 바늘을 갖는 주사기와 같은 주사기를 사용하여 비경구적으로 투여될 수 있다.
일부 구현예에서, 마이크로입자는 단백질 치료제의 시한 방출 또는 연장 방출에 유용하다. 일부 구현예에서, 미소구체 제형은 유리체강내, 맥락막위로 또는 피하로 주사된다. 예를 들어, VEGF 트랩 마이크로입자는 예를 들어 혈관성 눈 장애의 치료를 위한 유리체 또는 맥락막위 공간에서 VEGF 트랩 치료적 단백질의 연장 방출 또는 다른 장애를 치료하기 위해 VEGF 트랩의 연장 방출을 위한 피하 이식에 유용하다고 생각된다.
본 발명의 마이크로입자는 적어도 60, 90, 120 또는 150일까지 연장된 기간에 걸쳐 비교적 일정한 속도로 약 37℃의 생리학적 수성 환경에서 단백질을 방출한다. 일부 구현예에서, 마이크로입자는 24시간 후에 15% 미만의 버스트를 가지며 이어서 약물의 선형 지속 방출이 뒤따른다.
일부 구현예는 본원에 개시된 비수성 멤브레인 에멀젼 방법을 사용하여 생산된 미소구체의 조성물을 제공하며, 여기서 조성물은 >100 mg의 분무 건조 단백질을 함유한다. 일부 구현예에서, 비수성 멤브레인 에멀젼 방법은 >90% 수율을 갖고, >99%의 순도를 갖고 >10% w/w 로딩률 및 <10% 버스트를 갖는 마이크로입자를 생산한다.
실시예
실시예 1: H/F 기반 벌크 에멀젼을 통한 블랭크 미소구체 합성.
물질 및 방법
오일 및 수성 기반 에멀젼 시스템은 폴리머 마이크로입자 또는 나노입자 합성에 빈번하게 사용되며, 여기서 소수성 폴리머 물질은 유기상에 용해되고 수성 연속상에 분산되었다. 그러나, 수용성 폴리머, 예를 들어, PEG, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 및 물의 존재 하에서 쉽게 가수분해되는 폴리머의 경우에는 폴리락트산과 같은 짧은 중간 블록을 갖는 지방족 폴리에스테르, 폴리무수물 및 폴리(글루탐산)과 같은 특정 폴리(아미노산)을 포함하며, 통상적인 수성 기반 에멀젼 시스템은 이상적이지 않다. 다음 실시예는 상기 언급된 가수분해성 또는 수분해성 폴리머 마이크로입자를 생산하기 위해 개시된 H/F 에멀젼 시스템의 유용성을 입증하였다. 일부 구현예에서, 이들 폴리머는 먼저 극성 용매, 예를 들어 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란 및 덜 극성인 용매, 예를 들어 DCM, 클로로포름을 포함하는 탄화수소 용매에 용해되었다. 이어서, 이 폴리머 용액을 FS, 예를 들어, Picosurf 1을 갖는 플루오로카본 액체, 예를 들어 FC-40인 연속상에 첨가하였다. 에멀젼을 교반, 와동 또는 기타 혼합 방법을 통해 제조하였다. 에멀젼 액적은 탄화수소 용매를 증발시키거나 추출하여 폴리머 구체로 최종적으로 경화되었다.
특정 구현예에서, H/F 벌크 에멀젼을 통한 블랭크 POE 미소구체 합성을 위해, 반응식 1(도 1a)에 예시된 바와 같이, DCM 중 200 μL의 약 10%, 20%, 30% 및 40% w/v POE를 0.5% w/w FS Pico-Surf™를 함유하는 2 mL FC-401(Sphere Fluidics)에 첨가하였다. 유화는 와동을 통해 달성되었다. 에멀젼 액적은 FC-40보다 가벼우며, 용액 상부에 부유되었다. 분액을 채취하여 현미경 이미징을 위해 유리 슬라이드 상에 적하하였다. 미소구체를 진공 하에서 3시간 동안 교반하면서 경화시켰다. FC-40 중의 경화된 폴리머 구체를 먼저 0.22 마이크론 PES 멤브레인을 통해 진공 여과하였다. FC-40은 필터를 통과하였고 미소구체는 유지되었다. 그런 다음 미소구체를 추가 FC-40으로 세척하고, 진공 하에서 완전히 건조시켰다. 동일한 공정의 또 다른 실시예에서, DCM 중 약 30% w/v POE를 탄화수소 상에 사용하고, FC40 중 약 0.01%, 0.1% 및 0.5% FS는 플루오로카본 상에 사용하여 FS 농도의 영향을 평가하였다.
결과
FS의 존재에서, 탄화수소와 플루오로카본 혼합물은 H/F 에멀젼을 형성할 수 있다. 한 실시예에서, DCM을 H/F 에멀젼으로서 FC-40(도 1b에서 FC-40의 구조 참조)에 분산시켰고 PFPE-PEG-PFPE를 FS(도 1c에서 FS의 구조 참조)로서 사용하였다. 증가하는 농도의 FS를 FC-40 플루오로카본 상에 첨가하였다. 테스트는 DCM 액적의 유착을 방지하기 위해 0.1-5% w/w FS가 필요함을 보여주었다(도 2a). 0.1% w/w 미만의 SF가 첨가된 경우, 더 넓은 크기 분포가 관찰되었다. SF를 사용하지 않은 경우, DCM 액적은 안정하지 않다. 분산된 DCM 액적은 빠르게 함께 병합될 것이며, 두 상은 곧 분리될 것이다. 결과는 안정한 H/F 에멀젼을 생산하기 위해 충분한 양의 FS의 사용 및 폴리머 미소구체를 성공적으로 생산하기 위해 경화 공정 동안 지속적인 교반의 필요성을 보여주었다. (도 2b).
DCM 중 POE의 첨가 및 FC-40에서의 와동은 POE 함유 액적의 형성을 야기하였다. 주위 조건에서 개방 용기 또는 진공 하에서의 DCM의 증발은 액적이 POE 미소구체로 경화되는 것을 야기하였다(도 2a 및 2b). 미소구체의 크기는 액적 크기 및 유기상의 POE 함량과 관련되어있다. 더 높은 POE 농도는 더 큰 미소구체 크기를 야기하였다(표 1).
표 1. DCM 중 다양한 농도의 POE로 생산된 POE 구체의 미소구체 크기.
실시예 2: 균질화 속도의 영향.
물질 및 방법
DCM 중 30% 또는 40% w/v POE 일(1) mL를 0.5%(w/w) FS FC-40을 갖는 9 mL의 FC-40에 첨가하고, VWR 7mm x 95mm 톱니 생성기 프로브를 갖는 VWR 핸드헬드 균질화기 200으로 낮은(약 50%의 최대 전력), 중간의(약 60%의 최대 전력) 및 높은(약 70%의 최대 전력) 세 균질화 속도 중 하나로 유화시켰다. 형성된 에멀젼을 진공 하에서 교반하였다. 형성된 미소구체를 세척하고 진공 하에서 건조시켰다.
결과
도 3a-c에 예시된 바와 같이, 30% POE의 경우, 낮은 균질화 속도는 더 큰 미소구체 크기를 제공하는 반면 높은 균질화 속도는 더 작은 크기를 제공하였다(표 2). 40% POE는 동일한 경향을 보였다. 이러한 결과는 균질화 속도를 조정하는 것이 미소구체 크기를 제어할 수 있음을 보여준다.
표 2. 다양한 균질화 속도로 생산된 POE 구체의 미소구체 크기.
실시예 3: S/H/F 기반 벌크 에멀젼 방법을 통해 POE 미소구체의 단백질 SDP 캡슐화의 일반적인 절차.
물질 및 방법
도 4에 예시된 바와 같이, 벌크 에멀젼 합성은 제형화, 유화, 경화의 세 단계로 나눌 수 있다. 이들 세 단계에서 상이한 매개변수가 사용되기 때문에 생성물의 특성은 상이할 것이다. 일반적인 절차는 하기와 같이 기재된다:
제형화의 경우, 총 고형물 중량의 10%-30% w/w의 VEGF 트랩 SDP(또는 형광 이미징을 위한 형광 표지된 SDP(F-SDP))를 10-35% w/v POE를 함유하는 500 μL 에틸 아세테이트에 5분 동안 와동 및 후속 초음파 처리에 의해 분산시켰다. 그런 다음, 이러한 현탁액을 0.1-0.5% w/w FS를 갖는 9.5mL FC-40에 첨가하였다. 유화는 교반, 와동 또는 벤치-탑(bench-top) 균질화기를 사용하는 균질화를 통해 달성될 수 있다. 에멀젼의 구조는 도 5에 예시되어 있다. 유화 직후, 공정 중 분액을 채취하여 현미경 이미징을 위해 유리 슬라이드에 적하하였다. 액적은 주위 조건 하에서 증발을 통해 슬라이드에서 경화되었다. 미소구체를 경화시키기 위해, 다음 세 가지 방법 중 하나를 적용하였다: (a) 용액을 개방 용기에서 밤새 주위 조건에서 교반하고 에틸 아세테이트를 증발시킨다; (b) 더 빠른 용매 증발을 위해 적어도 2시간 동안 진공 하에서 용액을 교반한다. (c) NOVEC 7500 또는 FC-40과 NOVEC7500의 혼합물을 교반 하에서 에멀젼에 첨가한다. HFE는 탄화수소 상으로부터 플루오로카본 상으로 에틸 아세테이트를 추출하는 데 도움이 되는 공용매 역할을 하며 급속 경화 공정(전형적으로 몇 분 이내)을 가능하게 한다.
마지막으로, FC-40 중 경화된 폴리머 구체를 먼저 0.22 μm PES 멤브레인을 통해 진공 여과하였다. FC-40은 필터를 통과하였고, 미소구체는 유지되었다. 그런 다음 미소구체를 추가 FC-40으로 세척하고 진공 하에서 완전히 건조시켰다.
미소구체의 크기는 생성물 분말을 0.01% w/v PVA 용액에 분산시킴으로써 액체 샘플링과 함께 Malvern Mastersizer 3000을 사용하는 레이저 회절 분석에 의해 측정되었다. 생성물의 형태는 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 측정되었다.
미소구체의 단백질 함량을 측정하기 위해, 미리 결정된 양의 미소구체를 먼저 200 μL의 에틸 아세테이트에 용해시킨 다음, 1 순수로 추출하였고, 수성상을 수집하고 원심분리하여 혼탁한 현탁액을 제거하였다. 단백질 순도 및 농도는 SEC-UPLC로 측정하였다.
버스트 방출을 측정하기 위해, 미리 결정된 양의 미소구체를 37℃에서 1시간 동안 1 mL의 PBS에서 배양하였다. 혼합물을 원심분리하고, 단백질 농도에 대한 상청액을 SEC-UPLC에 적용하였다.
결과
상기 결과는 충분한 SF가 존재하는 안정한 H/F 에멀젼의 형성을 보여주었다. 이 비수성 에멀젼은 블랭크 POE 구체를 성공적으로 생산할 수 있다. 이 무수 방법을 다시 사용하여 SDP를 POE 미소구체에 혼입시켰다. 한 실시예에서, 총 고형물 중량의 10% w/w VEGF 트랩 F-SDP를 에틸 아세테이트(20% w/v POE를 포함함)에 현탁액으로서 도입하고, FC-40(0.5% w/w FS를 함유함) 중 이 현탁액을 교반 및 와동을 통해 혼합하였다. 유화 직후, 분액을 현미경 이미징을 위해 유리 슬라이드 상으로 옮겼다. 도 6a 및 6b에 보여진 바와 같이, 에틸 아세테이트를 FC-40에서 액적으로 분산시켰고, SDP 입자를 에틸 아세테이트 액적 내부에 명확하게 가두었다. S/O/W 시스템(데이터는 나타내지 않음)과 달리, 플루오로카본 연속상으로 단백질이 누출되는 징후는 없었다. 중요하게는 이 H/F 시스템에서, 액적의 SDP 입자가 분말 상태에서 이들 원래의 딤플(dimpled) 형상을 유지하였다. SDP를 재구성하는 H/F 시스템에 물이 없었기 때문에, 따라서 SDP는 이의 원래의 고체 미립자 형태로 남아 있었다. 경화 후, 단일 또는 다중 SDP 입자를 함유하는 POE 미소구체는 명시야 및 형광 현미경 이미지를 통해 명확하게 관찰될 수 있다(도 7a, 7b 및 7c). 유리 슬라이드 상의 탄화수소 및 플루오로카본 용매를 증발시킨 후, 물을 첨가하여 버스트 방출 및 캡슐화 품질을 테스트하였다. 도 8a-d에 보여진 바와 같이, 미소구체 생성물을 물에 넣은 후, SDP-캡슐화된 POE 미소구체는 이들의 온전함을 유지하였다. 단백질의 즉시 방출은 관찰되지 않았으며, SDP 입자의 형상은 동일하게 남아있었고, 이는 SDP 입자가 폴리머 매트릭스에 의해 잘 보호되고 수성 환경으로부터 차폐됨을 나타낸다. 이러한 결과는 H/F 에멀젼이 단백질 및 기타 친수성 약물을 폴리머 매트릭스에 캡슐화하는 효과적인 용액이며, 높은 캡슐화 효율, 높은 수율을 달성하는 동시에 버스트 방출을 최소화할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 시사하고 - 이러한 모든 것은 수성 기반 W/O/W 또는 S/O/W 방법을 사용할 때의 주요한 과제이다.
본원에 개시된 절차는 POE 미소구체에서 단백질 SDP 캡슐화를 위해 S/H/F 비수성 기반 벌크 에멀젼 방법을 사용하는 실시예이다. 이 방법은 재현 가능하고 확장 가능하며 조정 가능하다. 제형 및 공정의 매개변수를 변화시킴으로써, 생성물 특성을 조정하고 제어할 수 있다. 이러한 매개변수 중 일부의 영향은 실시예 4에 개시되어 있다.
실시예 4: 탄화수소 용매의 영향
물질 및 방법
탄화수소로서 디클로로메탄 또는 에틸 아세테이트를 사용하여 실시예 2에 기재된 바와 같이 마이크로입자를 생산하였다. DCM 중 35% w/v POE 및 에틸 아세테이트 중 35% w/v POE를 제조하였다. 총 고형물 중량의 십 퍼센트(10%) w/w의 단백질 분말을 DCM 또는 에틸 아세테이트 중 0.5 mL의 POE 용액에 현탁시켰다. 이들 현탁액을 20 mL 신틸레이션 바이알에 0.5% w/w FS를 함유하는 9.5 mL의 FC-40으로 옮겼다. 이들 혼합물을 균질화하여 에멀젼을 생성하고 하우스 진공 하에서 1.5시간 동안 교반하였다. 형성된 미소구체를 여과에 의해 단리하고, FC-40으로 세척하고, 진공 하에서 건조시켰다.
결과
도 9는 탄화수소 용매 유형이 디클로로메탄 또는 에틸 아세테이트인 것을 제외하고는 동일한 제형 및 공정 조건을 사용하여 생산된 마이크로입자의 크기 분포를 보여준다. 어느 탄화수소든 사용하여 생산된 마이크로입자는 분무 건조 단백질의 캡슐화를 보여준다. 디클로로메탄을 사용하면 더 큰 마이크로입자가 생성된다. 하기 표 3을 참조한다. 결과는 동일한 제형 및 공정 조건 하에서, 상이한 탄화수소 용매를 사용하는 것이 상이한 크기의 미소구체를 야기한다는 것을 시사하였다. DCM은 에틸 아세테이트보다 더 큰 미소구체 크기를 생산하였다. 따라서, 탄화수소 용매는 미소구체 크기를 제어하기 위해 의도적으로 선택될 수 있다.
표 3. DCM 또는 에틸 아세테이트로 생산된 SDP 로딩된 POE 구체의 마이크로입자 크기.
실시예 5: 단백질 로딩량의 영향
물질 및 방법
단백질 로딩량만 변화시켜서 실시예 2에 기재된 바와 같이 마이크로입자를 생산하였다. DCM 중 삼십오 퍼센트(35%) w/v POE를 제조하였다. 총 고형물 중량의 5%, 10% 및 30% w/w의 단백질 분말을 DCM 중 0.5 mL의 POE 용액에 현탁시켰다. 이들 현탁액을 20 mL 신틸레이션 바이알에 0.5% w/w FS를 함유하는 9.5 mL의 FC-40으로 옮겼다. 이 혼합물을 약 1분 동안 균질화하여 에멀젼을 생성한 다음, 6 mL의 1:1 v:v의 Novec7500 및 FC-40의 혼합물을 1분 이내에 에멀젼에 첨가하였다. 그런 다음, 1분 더 교반한 후, 형성된 미소구체를 여과에 의해 단리하고, FC-40으로 세척하고 진공 하에서 건조시켰다.
결과
표 4에 보여진 바와 같이, 제형 중 단백질 분말의 양을 증가시키면 레이저 회절 분석에 의해 측정된 POE 마이크로입자 크기가 더 커졌고, 또한 단백질 추출 실험, 명시야 및 공초점 형광 현미경을 통해 관찰된 최종 POE 미소구체 생성물에서 단백질 로딩이 증가하였다. 30% w/w 단백질 분말 로딩에 대한 명시야 이미지는 10% w/w 단백질 분말보다 더 어둡고 덜 투명한 미소구체를 보여주었으며, 이는 더 많은 약물이 미소구체 생성물에 캡슐화되었음을 나타낸다(도 10a 및 10b). 대표적인 공초점 이미지는 미소구체의 단면도로부터 SDP가 이의 원래의 형태로 POE 매트릭스에서 캡슐화되었음을 확인하였다(도 11a 및 11b). 더 많은 SDP 입자가 30% w/w 로딩 미소구체에서 관찰되었다. 다시 말해서, 캡슐화된 SDP는 전체 제작 공정 동안 손상되지 않았음을 나타내는 이들 원래의 딤플 형상을 유지하였다.
표 4. 다양한 SDP 로딩으로 생산된 SDP 로딩된 POE 구체의 마이크로입자 크기.
도 12a 및 12b는 5% w/w SDP 및 10% w/w SDP로 로딩된 마이크로입자의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
실시예 6: H/F 벌크 유화를 사용하여 POE 미소구체에서 SDP 캡슐화에 대한 실험 설계(DOE).
물질 및 방법
최종 생성물의 특성에 대한 설계된 공간에서 합성의 중요한 요소의 영향을 평가하기 위해 DOE 연구를 수행하였다. 실시예 2에 기재된 일반적인 절차에 따라 설계된 실험에서 10회 시행을 수행하였다. 단백질 분말 로딩, 단백질 분말 입자 크기(Dv(50) 크기의 크기는 2.2 um 및 5.6 um이고, 각각 도 13a 및 13b의 SEM 이미지를 참조함), 폴리머 농도, 및 HFE 농도를 변화시킨 반면에, 다음의 제형 및 공정 조건, 예를 들어, 탄화수소 및 플루오로카본 상의 부피, 균질화 속도, FS 농도는 일정하게 유지되었다(표 5.). 측정된 반응은 미소구체 크기(Dv50, 레이저 회절에 의한 스팬(Span)), 캡슐화 효율, 37℃에서의 1시간 버스트 방출, SEM 이미지를 포함하였다.
결과
DOE의 결과는 표 5에 요약되어 있다.
표 5. SDP 캡슐화 DOE 연구의 실험 설계 및 측정된 응답.
* 미소구체는 에틸 아세테이트에 용해되었고 단백질은 물을 사용하여 추출되었고 SEC-UPLC를 사용하여 정량화되었다.
** 미소구체는 37℃에서 1시간 동안 PBS에서 배양되었다. 방출된 단백질은 SEC-UPLC를 사용하여 정량화되었다.
(R2 = 0.76을 갖는) 미소구체 크기에 맞춤 설계된 DOE 피팅은 단백질 분말 로딩 및 POE 농도의 주요 효과를 나타냈다(p-값 < 0.05, 표 6의 상관 관계 결과 참조). 또한, 버스트 방출에 대한 피팅(R2 = 0.92)은 단백질 분말 로딩만이 버스트 방출에 유의하게 영향을 미친다는 것을 보여준다(p-값 < 0.05, 표 7의 상관 결과 참조). 결과는 제형에서 단백질 분말의 양을 증가시키는 것이 최종 생성물에서 더 높은 페이로드를 야기할 것이지만 버스트 방출 백분율 또한 증가할 것임을 시사한다. 버스트 방출은 표면 흡착된 단백질 입자에 의해 발생했을 가능성이 높다. 폴리머 미소구체에 내재화되는 단백질 분말의 최대량은 주어진 미소구체 크기에 대한 물리적 공간에 의해 결정된다. 제형 현탁액 중 단백질 분말 농도를 단순히 증가시키는 것만으로는 이 실시예에서 약 30% w/w였던 특정 임계값 이상으로 약물 캡슐화를 증가시키지 않을 것이다.
표 6. 미소구체 크기와 요소의 상관 관계.
표 7. 버스트 방출과 SDP 로딩의 양의 상관 관계.
실시예 7. 상이한 단백질에 S/H/F 에멀젼 기반 캡슐화 방법의 적용.
개시된 H/F 기반 에멀젼 시스템 및 공정은 상이한 폴리머 및 치료적 단백질에 적용 가능한 플랫폼 기술이 될 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 재조합 IgG4의 단백질 분말(MW ~145 kDa), 재조합 IgG1의 단백질 분말(MW ~146 kDa), 또는 재조합 융합 단백질의 단백질 분말(MW ~64 kDa)은 각각 실시예 2와 동일한 공정을 통해 POE 미소구체에 캡슐화되었다. 결과는 표 8에 요약되었다. 미소구체 생성물 중 캡슐화된 단백질 분말의 양은 추출 검정을 통해 결정되었고, 표적값과 일치하였다. 단백질 순도는 캡슐화 공정 후 재조합 융합 단백질인 IgG1의 경우 유지되었거나 또는 IgG4의 경우 약간 감소(2% 미만)한 것은 우수한 공정 호환성을 나타낸다.
표 8. S/H/F 에멀젼을 통해 POE 미소구체에 캡슐화된 상이한 유형의 단백질을 갖는 SDP의 결과.
* 미소구체는 에틸 아세테이트에 용해되었고 단백질은 물을 사용하여 추출되었고 SEC-UPLC를 사용하여 정량화되었다.
** 미소구체는 37℃에서 1시간 동안 PBS에서 배양되었다. 방출된 단백질은 SEC-UPLC를 사용하여 정량화되었다.
다른 생분해성 폴리머, 예를 들어 PLGA 및 PLA가 또한 H/F 기반 에멀젼에 사용된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 실시예 2에 개시된 유사한 공정을 통해 형광 표지된 VEGF 트랩 F-SDP를 PLGA(50:50 락타이드:글리콜라이드, Mw 42-65 kDa, Sigma Aldrich) 및 PLA(알킬 에테르 종결됨, Mw 18,000-28,000, Sigma Aldrich) 미소구체 각각에 캡슐화하였다. 다른 폴리머 비율 및 분자량 또한 사용될 수 있다. 명시야 및 형광 현미경 이미지는 단백질 분말이 폴리머 미소구체 내부에 성공적으로 캡슐화되었음을 나타내었다(PLA에 대한 도 14a-c 및 PLGA에 대한 도 15a-b).
실시예 8: 멤브레인 비수성 에멀젼
마이크로입자는 표 9에 기재된 물질을 사용하는 멤브레인 에멀젼을 사용하여 생산되었다.
표 9:
멤브레인 유화(ME)는 우수한 크기 제어 및 좁은 크기 분포를 가능하게 하는 마이크로입자의 고도로 제어된 생산을 위한 비교적 새로운 기술이다. 지금까지, 시라스 다공성 유리막(SPG), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리머, 양극 다공성 알루미나 및 실리콘 마이크로채널을 포함하는 ME를 위해 다수의 상이한 유형의 멤브레인이 개발되었다. 개시된 공정의 경우, 레이저로 드릴링된 기공을 갖는 스테인리스강 멤브레인이 목적에 가장 적합하고 Micropore Technologies(영국 Redcar)의 상업적으로 이용 가능한 장비를 통해 실험실 연구 공정 및 GMP 제조로 또한 확장을 가능하게 한다는 것이 밝혀졌다. 멤브레인 기술의 몇 가지 중요한 특성은 다음을 포함한다: 1. 엄격하게 제어된 멤브레인 기공 크기는 한계 미만의 모든 SDP 입자가 멤브레인을 통과하도록 한다; 2. 구불구불한 경로가 없는 직선 관형 채널은 SDP에 의한 채널 차단 경향을 감소시킨다; 3. 친불소성 멤브레인 코팅물은 플루오로카본-중-탄화수소(H/F) 에멀젼의 생산과 우수한 호환성을 제공한다. 또한, 스테인리스 멤브레인은 견고하고, 세척이 용이하며 멸균이 가능하다.
한 실험에 대하여, 블랭크 POE 미소구체(RS001-배치 1) 또는 단백질-캡슐화된 POE 미소구체(RS001-배치 2)를 통상적인 수성 기반 에멀젼 시스템을 사용하는 멤브레인 유화를 통해 생산하였다. 생산 매개변수는 표 10에 나열되어 있다. 배치 1에서, DCM 중 10% w/w POE 용액을 분산상으로 사용하고 1% 폴리비닐 알코올(PVA)을 연속상으로 사용하여 블랭크 POE 미소구체를 생산하였다. 배치 2에서, 크기 D50 = 2.2(D10=1.0, D90=3.8, 스팬=1.24)를 갖는 VEGF 트랩 SDP(1% Alex488-표지된 VEGF 트랩을 함유함)에 대해 마이크로캡슐화를 수행하였다. SDP를 중량 기준으로 SDP:POE=9:1의 DCM 중 10% w/w POE 용액에 첨가하였다. 혼합물을 와동시키고 초음파 처리조에서 5분 동안 초음파 처리하여 균질한 현탁액을 제조하였다. SDP 현탁액을 즉시 10 mL BD 주사기에 로딩하고 주사기 펌프에 의해 구동되는 0.8 mL/분의 속도로 LDC-1 분산 셀에 공급하였다. 에멀젼은 유기상이 10V DC 전력(점도에 따라 약 1,015 rpm)을 사용하여 교반하면서 30 μm 기공을 갖는 멤브레인을 통과할 때 생성되었다. 형성된 에멀젼을 뚜껑이 없는 비커로 옮기고 밤새 교반하지 않고 주위 조건에서 미소구체로 경화시켰다. 미소구체 생성물을 최종적으로 MilliQ 물로 진공 필터 상에서 세척하고 밤새 진공 하에서 건조시켰다.
표 10. 배치 1 및 배치 2, 통상적인 수성 에멀젼 시스템을 사용하는 멤브레인 유화에서 사용된 매개변수.
또 다른 실험에 대하여, 블랭크 POE 미소구체(배치 3) 또는 단백질-캡슐화된 POE 미소구체(배치 4)를 신규 비수성 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼 시스템을 사용하여 멤브레인 유화를 통해 생산하였다. 생산 매개변수는 표 11에 나열되어 있다. 배치 4a에서 상기 언급된 VEGF 트랩 SDP(1% Alexa488-표지된 VEGF 트랩을 함유함)를 생분해성 또는 생침식성 폴리머 POE를 함유하는 탄화수소 용매, DCM에 첨가하였다. 혼합물을 와동시키고 초음파 처리하여 균질한 현탁액을 형성하였다. SDP 현탁액을 즉시 주사기에 로딩하고 주사기 펌프로 LDC-1 분산 셀에 공급하였다. 현탁액을 단백질 분말 입자보다 큰 기공 크기를 갖는 다공성 멤브레인을 통해 플루오로계면활성제(예를 들어, Pico-Surf 1)를 함유하는 플루오로카본(예를 들어, FC-40) 연속상으로 주입하여 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼(도 16에서 예시됨)을 형성하였다. 후속 미소구체 경화는 하이드로플루오로에스테르, NOVEC 7500을 공용매로서 플루오로카본에 첨가함으로써 형성된 에멀젼 액적에서 탄화수소 용매를 제거함으로써 달성되었다. 경화된 미소구체를 수집하고 FC-40으로 세척하여 여분의 플루오로계면활성제를 제거하고 PES 필터를 함유하는 진공 여과를 사용하여 건조시켰다. 마지막으로, 생성물을 진공 하에서 건조시켜 잔류 용매를 제거하였다. 전체 공정의 흐름도는 도 17에 예시되어 있다.
표 11 무수 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼 시스템을 사용하는 연구 RS002 멤브레인 유화에 사용된 매개변수.
결과
도 18에 나타낸 바와 같이, 통상적인 수성 기반 에멀젼 시스템(배치 1)을 통해 및 비수성 기반 에멀젼 시스템(배치 3)을 통해 제작된 블랭크 POE 미소구체의 SEM 이미지는 두 방법 모두 구형 마이크로입자를 제공하지만 상이한 표면 형태를 갖는다는 것을 보여준다. 수성 기반 방법은 공정에 물이 존재하기 때문에 다공성 표면이 높은 반면, 비수성 기반 방법은 완전 무수 공정으로 인해 기공이 뚜렷하지 않고 매끈한 미소구체 표면을 나타냈다.
VEGF-트랩 SDP를 POE 미소구체에 마이크로캡슐화하기 위해, 두 방법 모두의 결과를 도 19에서 비교하였다. 물 기반 멤브레인 유화(배치 3)는 우수한 단분산 미소구체를 제공하였지만, 표면은 다공성이 높고 물 채널을 갖는다. 비수성 멤브레인 유화의 미소구체의 단분산성은 수성 버전보다 나쁘지만 공정 매개변수를 조정함으로써 더욱 개선될 수 있다. 또한, POE 미소구체 표면에 삽입된 다수의 SDP가 관찰된다. SDP에 위치한 이러한 표면은 미소구체가 완충액에서 배양된 후 단백질의 버스트 방출에 기여될 수 있다(표 11 및 12).
형광 현미경 이미지는 POE 미소구체 내부의 단백질 SDP의 형태 및 분포를 보여주었다(도 20). 배치 3의 경우, SDP는 캡슐화 공정에서 물에 의해 재구성되었고 미소구체 내부의 더 큰 액적으로 병합되었다. 반대로, 배치 4의 경우, 미소구체 내부에 캡슐화된 SDP는 이들 원래의 건포도-형상 구조를 유지하였으며 이는 SDP가 공정 후에도 물에 의해 단백질이 재구성되지 않았기 때문에 온전함을 유지하였음을 나타낸다.
배치 3 및 배치 4에 대한 캡슐화 효율(생성물에서 측정된 단백질 로딩/이론적 단백질 로딩)은 각각 35.0% 및 80.7%인 것으로 결정되었다(표 12.). 비수성 시스템에 대한 두 배 초과의 캡슐화 효율은 SDP가 탄화수소 액적에 더 잘 유지되고 수성 시스템에 비해 연속상으로의 확산이 적다는 것을 시사한다. POE 미소구체에 캡슐화된 단백질의 순도(단량체 백분율)를 크기 배제 크로마토그래피(SEC)로 측정하였다. 배치 4는 전체 캡슐화 공정 후 단백질 순도를 우수하게 유지하는 것을 보여준다.
표 12. POE 미소구체에 캡슐화된 단백질의 정량화 및 순도.
전술한 명세서에서 본 발명은 이의 특정 구현예와 관련하여 기재되었고 많은 세부사항이 예시 목적으로 제시되었지만, 본 발명이 추가적인 구현예을 허용하고 본원에 기재된 특정 세부 사항은 본 발명의 기본 원리에서 벗어남이 없이 상당히 변경될 수 있는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명은 이의 사상 또는 본질적인 속성을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 본 발명의 범주를 나타내는 것으로서는 전술한 명세서가 아닌 첨부된 청구범위를 참조해야 한다.

Claims (45)

  1. 폴리머-코팅된 마이크로입자의 생산 방법으로서,
    미세화된 단백질 분말 및 폴리머를 탄화수소 용매에 조합하여 제1 비수용액을 형성하는 단계;
    제1 비수용액을 교반하여 현탁액을 형성하는 단계;
    현탁액을 분산 셀에 공급하는 단계로서, 여기서 현탁액은 연속상의 접선 유동 하에서 플루오로카본 액체 및 플루오로계면활성제를 포함하는 연속상에 다공성 멤브레인을 통해 주입되어 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼을 형성하는, 단계;
    하이드로플루오로에스테르를 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼에 첨가하는 단계;
    탄화수소 용매를 제거하여 경화된 마이크로입자를 제공하는 단계; 및
    플루오로카본 액체를 제거하여 마이크로입자를 단리하는 단계로서, 여기서 마이크로입자는 폴리머 매트릭스 내에 캡슐화된 단백질을 포함하는, 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 플루오로카본 액체의 마이크로입자를 세척하여 마이크로입자로부터 잔류 플루오로계면활성제를 제거하는 단계 및 폴리에테르설폰 멤브레인 필터를 사용하여 진공에 의해 플루오로카본을 제거하는 단계 및 마이크로입자를 수집하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오로카본 액체는 퍼플루오로 C5-C18 화합물을 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탄화수소 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로푸란 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오로카본 용액은 1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로-N,N-비스(1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로부틸)부탄-1-아민을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제1항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오로계면활성제는 퍼플루오로폴리에테르-b-폴리에틸렌 글리콜-b-퍼플루오로폴리에테르를 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리머는 폴리오르토에스테르(POE)를 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 있어서, 폴리머는 폴리락트산 및 폴리(락트산-코-글리콜산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 하이드로플루오로에스테르는 2-(트리플루오로메틸)-3-에톡시도데카플루오로헥산인, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인은 친불소성-코팅된 스테인리스강 멤브레인인, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 멤브레인의 기공은 직경이 3 내지 300 μm인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오로계면활성제는 플루오로카본 액체에 약 0.1 내지 5% w/v로 존재하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 단백질 분말 대 폴리머 비율은 0.1%-30%인, 방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 미세화된 분말은 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 융합 단백질, 재조합 단백질, 또는 이의 단편 또는 절단된 버전으로부터 생산되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 융합 단백질은 VEGF 트랩 융합 단백질 또는 이의 절단된 버전인, 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, VEGF-트랩 융합 단백질은 애플리버셉트인, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁액을 공급하는 단계는 0.1 내지 1.0 ml/분의 속도인, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁액은 균질한 현탁액인, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로입자는 단일 코어-쉘 구조를 포함하는, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 마이크로입자는 폴리머 내에 분산된 다중 코어를 포함하는, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로입자는 폴리머에 의해 캡슐화된 단일 코어-구조의 조합을 포함하는 마이크로입자 및 폴리머에 의해 캡슐화된 다중-코어 구조를 포함하는 마이크로입자를 포함하는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로입자는 1 내지 200 μm의 직경을 갖는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로입자는 30 내지 60 μm의 중위 직경을 갖는, 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 단백질 분말은 분무 건조, 전자 분무 건조, 가역적 침전, 분무 동결, 미세주형 또는 이들의 조합에 의해 미세화되는, 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 현탁액은 균질화, 와동, 초음파 처리, 캐비테이션, 교반(agitation), 교반(stirring), 교동, 휘젓기, 진탕, 유화, 또는 이들의 조합을 사용하여 형성되는, 방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 탄화수소 용매는 증발에 의해 제거되는, 방법.
  27. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오로카본 액체는 진공 여과에 의해 제거되는, 방법.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항의 방법에 의해 생산된 마이크로입자로서, 마이크로입자는 지속 방출 마이크로입자인, 마이크로입자.
  29. 제28항의 마이크로입자를 포함하는 지속 방출 조성물.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로입자는 폴리머 피질에 기공 또는 채널을 거의 또는 전혀 갖지 않는, 마이크로입자.
  31. 폴리머 또는 폴리머-코팅된 마이크로입자의 생산 방법으로서,
    탄화수소 용액에 현탁된 1 내지 30% w/w의 총 고체 분무 건조-단백질을 조합하여 제1 비수용액을 형성하는 단계;
    제1 비수용액을 교반하여 현탁액을 형성하는 단계;
    현탁액을 분산 펌프에 공급하는 단계로서, 여기서 현탁액은 연속상의 접선 유동 하에서 플루오로카본 액체 및 0.1 내지 5.0% w/v 플루오로계면활성제를 포함하는 연속상에 다공성 멤브레인을 통해 주입되어 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼을 형성하는, 단계;
    탄화수소 용매를 제거하여 경화된 폴리머 또는 폴리머-코팅된 미소구체를 제공하는 단계; 및
    플루오로카본 액체를 제거하여 마이크로입자를 단리하는 단계로서, 여기서 마이크로입자는 폴리머 매트릭스 내에 캡슐화된 단백질을 포함하는, 단계
    를 포함하는, 방법.
  32. 제31항에 있어서, 탄화수소 용매를 제거하기 전에 하이드로플루오로에스테르를 플루오로카본-중-탄화수소 에멀젼의 플루오로카본 액체에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서, 탄화수소 용액은 주위 대기압 하에서 또는 진공 하에서 증발에 의해 제거되는, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 경화된 폴리머 또는 폴리머-코팅된 미소구체는 진공 여과에 의해 수확되는, 방법.
  35. 제31항 또는 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 분무 건조 단백질은 항체, 재조합 단백질, 융합 단백질 또는 이의 단편인, 방법.
  36. 제365항에 있어서, 단백질은 VEGF 트랩 단백질 또는 절단된 VEGF 트랩 단백질인, 방법.
  37. 제31항에 있어서, 탄화수소 용액은 디클로로메탄, 클로로포름, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 테트라하이드로푸란 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  38. 제31항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오로카본 액체는 트리플루오로메틸)비스(1,1,2,2,3,3,4,4,4-노나플루오로부틸)아민을 포함하는, 방법.
  39. 제38항에 있어서, 경화된 마이크로입자를 수확하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  40. 제31항 내지 제39항 중 어느 한 항의 방법에 의해 생산된 마이크로입자.
  41. 제40항의 마이크로입자를 포함하는 약제학적 조성물.
  42. 제41항에 있어서, 하나 이상의 부형제를 추가로 포함하는, 약제학적 조성물.
  43. 제41항에 있어서, 약제학적 조성물은 지속 방출 조성물인, 약제학적 조성물.
  44. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 약제학적 조성물은 비경구 투여용으로 제형화된, 약제학적 조성물.
  45. 제3항에 있어서, 하이드로플루오로에테르는 4-에톡시-1,1,1,2,2,3,3,4,5,6,6,6-디데카플루오로-5-(트리플루오로메틸)헥산을 포함하는, 방법.
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