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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Nanopartikel
und insbesondere Beclomethason enthaltende Nanopartikel in einer
Aerosol-Form.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zufuhr
von Therapeutikum an die Atemwege ist sowohl für lokale als auch systemische
Krankheitsbehandlung von Bedeutung. Mit den konventionellen Techniken
ist die Zufuhr von Mitteln an die Lunge extrem ineffizient. Versuche,
lungengängige
wässrige
Suspensionen von schlecht löslichen
Verbindungen zu entwickeln, waren bisher erfolglos. Mikronisierte,
in wässrigem
Medium suspendierte Therapeutika sind zu groß, um durch aerolisierte wässrige Tröpfchen zugeführt zu werden.
Es wird geschätzt,
dass mit konventionellen Verfahren nur 10 bis 20% des Mittels die
Lunge erreichen. Insbesondere tritt Verlust an dem Medium, das zur
Zufuhr des Mittels verwendet wird, auf, Verlust am Mund und Hals
und beim Ausatmen. Diese Verluste führen zu Schwankungen von Therapeutikamengen
und schlechter therapeutischer Kontrolle. Zusätzlich kann die Ablagerung
des Mittels in Mund und Hals zu systemischer Absorption und unerwünschten
Nebenwirkungen führen.
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Die
Wirksamkeit respiratorischer Arzneimittelzufuhr wird weitgehend
von der Partikelgrößenverteilung bestimmt.
Große
Partikel (größer als
10 μm) werden
hauptsächlich
im hinteren Bereich des Halses abgelagert. Mehr als 60% der Partikel
mit Größen zwischen
1 und 10 μm
gelangen mit dem Luftstrom in die obere bronchiale Region der Lunge,
wo sich die meisten ablagern. Bei Partikeln, die kleiner als 1 μm sind, dringen
im Wesentlichen alle Partikel in die Lunge ein und gelangen in die
periphere alveolare Region; jedoch werden etwa 70% ausgeatmet und
gehen daher verloren.
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Zusätzlich zur
Ablagerung müssen
die relative Absorptionsrate und Clearancerate des Therapeutikums
zur Bestimmung der Menge des Therapeutikums, welche den Wirkort
erreicht in Betracht gezogen werden. Da 99.99% der verfügbaren Fläche in den
peripher gelegenen Alveolen lokalisiert ist, kann schnelle Absorption
durch Zufuhr von Partikeln an die Peripherie realisiert werden.
Bezüglich
der Clearance gibt es außerdem
Unterschiede zwischen den zentralen und peripheren Regionen der
Lunge. Die periphere alveolare Region besitzt keine Flimmerzellen,
sondern stützt
sich zur Partikel-Clearance auf eine Überflutung durch Makrophagen.
Dieser wesentlich langsamere Vorgang kann den Zeitraum, während dessen
die Partikel in der Lunge verweilen, signifikant verlängern, wodurch
die therapeutische oder diagnostische Wirkung verstärkt wird.
Im Gegensatz dazu werden Partikel, die sich in den oberen Atemwegen
abgelagert haben, schnell durch mukoziliären Transport entfernt. Das
heißt,
die Partikel sind in dem Schleimfilm, die die Lungenoberfläche bedeckt, gefangen
und werden zum Hals transportiert. Daher wird dieses Material entweder
geschluckt oder durch Husten entfernt.
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Während es
seit Langem bekannt ist, dass kleinere Tröpfchen eines Aerosols tiefer
in das Atmungssystem gelangen (Current Concepts in the Pharmaceutical
Sciences: Dosage and Bioavailability, J. Swarbrick Hrsg., Lea und
Febiger, Philadelphia, PA, 1973, S. 97–148), waren diese weitgehend
von theoretischem Interesse. Allein das Wissen, dass kleinere Aerosoltröpfchen tiefer
in das Atmungssystem eingebracht werden können, löst nicht das Problem der Integration
von Therapeutikum in das Aerosol in ausreichender Menge, um wirksam
zu sein, insbesondere wenn das Therapeutikum in der Flüssigkeit
für das
Aerosol nur schwer löslich ist.
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Nanopartikel,
die in der
US-Patentschrift Nr.
5,145,684 beschrieben sind, sind Partikel, die aus einem schlecht
löslichen
therapeutischen oder diagnostischen Mittel bestehen, auf welchen
ein nicht-vernetzter Oberflächenmodifikator
adsorbiert ist, und welche eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger
als etwa 400 Nanometer (nm) aufweisen. Es werden jedoch keine Versuche
erwähnt,
diese Zusammensetzungen zu zerstäuben
(aerolisieren oder atomisieren sind äquivalente Begriffe im Sinne
dieser Offenbarung), und es geht nicht daraus hervor, dass das Zerstäuben dieser
Zusammensetzungen nützliche
Aerosole bereitstellen würde, oder
dass es in irgendeiner Weise vorteilhaft wäre dies zu tun.
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Beclomethasondiproprionat
Monohydrat ist ein entzündungshemmendes
Steroid, das in der Form eines Nasensprays im Handel erhältlich ist.
Nach dem Physicians' Desk
Reference® ist
es kaum löslich,
und bei Verabreichung durch nasale Inhalation in der Form einer
wässrigen
oder aerolisierten Suspension wird das Arzneimittel hauptsächlich in
den Nasengängen
abgelagert. Ein Teil des Arzneimittels wird geschluckt. Daher ist
die Zufuhr von Beclomethason anfällig
für alle
bekannten Probleme aerolisierter Suspensionen der oben erwähnten schwer
löslichen
Arzneimittel.
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Die
internationale Patentanmeldung
WO
92/08446 offenbart eine Aerosolzubereitung, die mit Oberflächenwirkstoff,
einem Treibgas und einem polaren Lösungsmittel beschichtete Beclomethason-Partikel
umfasst. Es ist jedoch keine wässrige
Dispersion von Nanopartikeln in
WO
92/08446 offenbart.
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Die
Patentanmeldung
GB 2237510 offenbart
Arzneimittelzusammensetzungen mit kleinen Partikeln zur nasalen
Verabreichung, wobei die offenbarten Zusammensetzungen nicht in
einer flüssigen
Dispersionsaerosol-Form vorliegen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Aerosol bereitgestellt, welches Tröpfchen einer
wässrigen Dispersion
von Nanopartikeln umfasst, wobei dieses Aerosol (a) nanopartikuläre Beclomethason-Partikel,
(b) einen Oberflächenmodifikator,
der an deren Oberfläche
adsorbiert ist und (c) Wasser umfasst.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Zubereitung
eines Aerosols einer wässrigen
Dispersion von Nanopartikeln bereitgestellt, wobei dieses Aerosol
Beclomethason-Partikel
mit einem Oberflächenmodifikator,
der an deren Oberfläche
adsorbiert ist, umfasst, wobei dieses Verfahren die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen einer Suspension dieser Nanopartikel;
- b) Zerstäuben
dieser Suspension, um ein Aerosol zu bilden.
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In
noch einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird eine Verwendung
des Aerosols der Erfindung zur Herstellung eines Medikaments zur
Behandlung des Atmungssystems eines Säugetiers bereitgestellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Beclomethasondiproprionat
besitzt die Strukturformel:
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Es
handelt sich um ein weißes
Pulver mit einem molekularen Gewicht von 521,25 und ist sehr schwer löslich in
Wasser. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff Beclomethason
freies Beclomethason, seine verschiedenen Mono- und Diester. Insbesondere
ist die bevorzugte Form Beclomethasondiproprionat und sein Monohydrat
eingeschlossen.
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Die
Zusammensetzungen der Erfindung sind Aerosole. Aerosole können für den vorliegenden
Zweck als kolloidale Systeme definiert werden, die aus sehr fein
zerteilten Flüssigkeitströpfchen bestehen,
die in einem Gas dispergiert und von diesem umgeben sind. Die Tröpfchen in
den Aerosolen besitzen typischerweise Größen von weniger als 50 μm im Durchmesser,
obwohl Tröpfchen
von wesentlich kleinerer Größe möglich sind.
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Die
Aerosole der vorliegenden Erfindung sind besonders nützlich bei
der Behandlung von Erkrankungen, die das Atmungssystem betreffen.
Beclomethason ist besonders nützlich
bei der Behandlung der saisonalen oder ganzjährigen Rhinitis und ist außerdem zur
Linderung der Symptome der saisonalen oder ganzjährigen allergischen und nichtallergischen
(vasomotorischen) Rhinitis indiziert.
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Die
Aerosole der Erfindung werden durch Zerstäubung der Nanopartikel enthaltenden
Lösung
unter Verwendung einer Vielzahl von bekannten Zerstäubungstechniken
hergestellt. Das vielleicht einfachste der Systeme ist das „Zwei-Phasen"-System, das aus
einer Lösung
oder einer Wirkstoffsuspension besteht, im vorliegenden Fall ein
Nanopartikel, der ein Beclomethason in einem flüssigen Treibgas enthält. Sowohl
die flüssige
als auch die Dampfphase liegen in einem unter Druck stehenden Behälter vor,
und bei Öffnung
eines Ventils am Behälter
wird das flüssige
Treibgas, das die nanopartikuläre
Dispersion enthält,
freigesetzt. Abhängig
von der Beschaffenheit der Inhaltsstoffe und der Beschaffenheit
des Ventilmechanismus wird ein feiner Aerosolnebel oder Aerosolflüssigsprühnebel erzeugt.
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Es
existiert eine Vielzahl von Zerstäubern, die zum Erzeugen der
Aerosole der Erfindung zur Verfügung
stehen, einschließlich
Kleinvolumenzerstäuber.
Kompressorgetriebene Zerstäuber
besitzen Düsentechnologie
und verwenden komprimierte Luft, um das Aerosol zu erzeugen. Im
Handel erhältliche
Vorrichtungen sind erhältlich
bei Healthdyne Technologies Inc., Invacare Inc., Mountain Medical
Equipment Inc., Pari Respiratory Inc., Mada Mediacal Inc., Puritan-Bennet,
Schuco Inc., Omron Healthcare Inc., DeVilbiss Health Care Inc. und
Hospitak Inc.
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Ultraschallzerstäuber liefern
einen hohen Medikamentenausstoß und
werden von Patienten verwendet, die an schwerem Asthma oder anderen
schweren Erkrankungen, die das Atmungssystem betreffen, leiden.
Oberflächenmodifikatoren
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Geeignete
Oberflächenmodifikatoren
können
vorzugsweise aus bekannten organischen und anorganischen pharmazeutischen
Hilfsstoffen ausgewählt
werden. Solche Hilfsstoffe beinhalten verschiedene Polymere, Oligomere
mit einem geringen Molekulargewicht, Naturstoffe und Tenside. Bevorzugte
Oberflächenmodifikatoren
beinhalten nicht-ionische und ionische Tenside.
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Repräsentative
Beispiele für
Oberflächenmodifikatoren
beinhalten Gelatine, Casein, Lecithin (Phosphatide), Gummiarabicum,
Cholesterin, Tragant, Stearinsäure,
Benzalkoniumchlorid, Calciumstearat, Glycerolmonostearat, Cetylstearylalkohol,
Cetomacrogol Schmelzwachs, Sorbitanester, Polyoxyethylenalkylether,
z. B. Macrogolether wie Cetomacrogol 1000), Polyoxyethylen-Rizinusölderivate,
Polyoxyethylensorbitanfettsäureester
(z. B. die im Handel erhältlichen
TweensTM, Polyethylenglycole, Polyoxyethylenstearate,
kolloidales Siliziumdioxid, Phosphate, Natriumdodecylsulfat, Carboxymethylzellulose-Calcium,
Carboxymethylzellulose-Natrium,
Methylzellulose Hydroxyethylzellulose Hydroxypropylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose-Phthalate,
nicht-kristalline Zellulose, Magnesiumaluminiumsilikat, Triethanolamin,
Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon (PVP). Die meisten dieser
Oberflächenmodifikatoren
sind bekannte pharmazeutische Hilfsstoffe und sind im Detail im
Handbook of Pharmaceutical Excipients, gemeinsam herausgegeben von
der American Pharmaceutical Association und The Pharmaceutical Society
of Great Britain, the Pharmaceutical Press, 1986, beschrieben.
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Besonders
bevorzugte Oberflächenmodifikatoren
beinhalten Polyvinylpyrrolidon, Tyloxapol, Poloxamers wie z. B.
PluronicTM F68 und F108, wobei es sich um
Block-Copolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid handelt und Polyxamine
wie z. B. TetronicTM 908 (auch bekannt als
PoloxamineTM 908), wobei es sich um ein
tetrafunktionelles Block-Copolymer handelt, gewonnen durch sequentielle
Addition von Propylenoxid und Ethylenoxid zu Ethylendiamin, erhältlich bei
BASF, Dextran, Lecithin, Dialkylester der Natriumsulfobernsteinsäure (z.
B. Aerosol OTTM, wobei es sich um einen
Dioctylester der Natriumsulfobernsteinsäure handelt, erhältlich bei
American Cyanimid, DuponolTM P, wobei es
sich um ein Natriumlaurylsulfat handelt, erhältlich bei DuPont, TritonTM X-200, wobei es sich um ein Alkylarylpolyethersulfonat
handelt, erhältlich
bei Rohn and Haas, TweenTM 20 und TweenTM 80, wobei es sich um Polyoxyethylensorbitanfettsäureester
handelt, erhältlich
bei ICI Specialty Chemicals; CarbowaxTM 3550
und 934, wobei es sich um Polyethylenglycole handelt, erhältlich bei Union
Carbide; CrodestaTM F-110, wobei es sich
um eine Mischung aus Saccharosestearat und Saccharosedistearat handelt,
erhältlich
bei Croda Inc., CrodestaTM SL-40, welches
bei Croda, Inc. erhältlich
ist und SA90HCO, wobei es sich um C18H37-CH2(CON(CH3) CH2(CHOH)4CH2OH)2 handelt. Oberflächenmodifikatoren,
welche als besonders nützlich
herausgestellt haben beinhalten TetronicTM 908,
die TweensTM, PluronicTM F-68
und Polyvinylpyrrolidon. Weitere nützliche Oberflächenmodifikatoren
beinhalten:
Decanoyl-N-Methylglucamid;
n-Decyl-p-D-Glucopyranosid;
n-Decyl-p-D-Maltopyranosid;
n-Dodecyl-p-D-Glucopyranosid;
n-Dodecyl-p-D-Maltosid;
Heptanoyl-N-Methylglucamid;
n-Heptyl-p-D-Glucopyranosid;
n-Heptyl-p-D-Thioglucosid;
n-hexyl-p-D-Glucopyranosid;
Nonanoyl-N-Methylglucamid;
n-Nonyl-p-D-Glucopyranosid;
Octanoyl-N-Methylglucamid;
n-Octyl-p-D-Glucopyranosid;
Octyl-p-D-Thioglucopyranosid;
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Ein
weiterer nützlicher
Oberflächenmodifikator
ist Tyloxapol (ein nicht-ionisches flüssiges Polymer des Alkylarylpolyetheralkohol-Typs,
auch bekannt als Superinone oder Triton). Dieser Oberflächenmodifikator
ist im Handel erhältlich
und/oder kann mithilfe von Techniken, die auf dem Fachgebiet bekannt
sind, hergestellt werden.
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Ein
weiterer bevorzugter Oberflächenmodifikator
ist p-Isononylphenoxypoly(gycidol), auch bekannt als Olin-10GTM oder Surfactant 10-G, ist im Handel erhältlich als
10GTM bei Olin Chemicals, Stamford, Connecticut.
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Nicht-ionische Oberflächenmodifikatoren
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Bervorzugte
Oberflächenmodifikatoren
können
aus nicht-ionischen Tensiden ausgewählt werden, einschließlich der
Poloxamine wie z. B. TetronicTM 908 (auch
bekannt als PoloxamineTM 908), wobei es
sich um ein tetrafunktionelles Block-Copolymer handelt, gewonnen
durch sequentielle Addition von Propylenoxid und Ethylenoxid zu
Ethylendiamin, erhältlich
bei BASF oder TetronicTM 1508 (T-1508) oder
ein Polymer des Alkylarylpolyetheralkoholtyps, wie z. B. Tyloxapol.
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Die
Oberflächenstabilisatoren
sind im Handel erhältlich
und/oder können
mithilfe von Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt
werden. Zwei oder mehr Oberflächenmodifikatoren
können
in Kombination verwendet werden. Tyloxapol
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Tyloxapol-(4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenol-Polymer
mit Ethylenoxid und Formaldehyd) ist ein bevorzugter Oberflächenmodifikator
und ist ein nicht-ionisches flüssiges
Polymer des Alkylarylpolyetheralkohol-Typs. Tyloxapol, auch bekannt
als "Superinone", wird in der
US-Patentschrift Nr. 4,826,821 als
nützlich
als ein nicht-ionischer Oberflächenwirkstoff
in einer Lungensurfactantzusammensetzung offenbart und in der
US-Patentschrift Nr. 3,272,700 als
ein Stabilisator für
2-Dimethylaminoethyl-4-n-butrylaminobenzoat.
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Tyloxapol
kann mit den Nanopartikeln in Verbindung gebracht werden und kann
als ein Oberflächenmodifikator,
als ein Stabilisator und/oder als ein Dispergiermittel fungieren.
Alternativ kann das Tyloxapol anderen Zwecken dienen. Tyloxapol
kann alle drei Funktionen erfüllen.
Das Tyloxapol kann als Stabilisator und/oder als Dispergiermittel
dienen, wohingegen eine weitere Verbindung als Oberflächenmodifikator
wirkt. Zusätzliche
Oberflächenmodifikatoren
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Besonders
bevorzugte zusätzliche
Oberflächenmodifikatoren
sind solche, welche Widerstandsfähigkeit
gegen Partikelaggregation während
der Sterilisation verleihen und beinhalten Dioctylsulfobernsteinsäure (DOSS),
Polyethylenglycol, Glycerol, Natriumdodecylsulfat, Dodecyltrimethylammoniumbromid
und ein geladenes Phospholipid, wie z. B. Dimyristoylphosphatidylglycerol.
Die Oberflächenstabilisatoren
sind im Handel erhältlich
und/oder können
mithilfe von Techniken, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, hergestellt
werden. Zwei oder mehr Oberflächenmodifikatoren
können
in Kombination verwendet werden.
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Block-Copolymer-Oberflächenmodifikatoren
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Ein
bevorzugter Oberflächenmodifikator
ist ein Block-Copolymer, der mit mindestens einer anionischen Gruppe
verbunden ist. Die Polymere enthalten mindestens eine, vorzugsweise
zwei, drei, vier oder mehr anionische Gruppen pro Molekül. Bevorzugte
anionische Gruppen beinhalten Sulfate, Sulfonate, Phosphonate, Phosphate
und Carboxylatgruppen. Die anionischen Gruppen sind covalent an
das nicht-ionische Block-Copolymer gebunden. Das nicht-ionische
sulfatisierte polymere Tensid hat ein molekulares Gewicht von 1.000–50.000,
vorzugsweise 2.000–40.000
und mehr bevorzugt 3.000–30.000.
In bevorzugten Ausführungsformen
umfasst das Polymer mindestens etwa 50% und mehr bevorzugt mindestens
60 Gew.% an hydrophilen Einheiten, z. B. Alkylenoxid-Einheiten.
Der Grund hierfür
ist, dass das Vorhandensein eines bedeutenden Gewichtsanteils an
hydrophilen Einheiten dem Polymer Wasserlöslichkeit verleiht.
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Eine
bevorzugte Klasse von Block-Copolymeren, die hierin als Oberflächenmodifikatoren
nützlich
sind beinhaltet sulfatisierte Block-Copolymere von Ethylenoxid und
Propylenoxid. Diese Block-Copolymere sind in einer nicht-sulfatisierten
Form als PluronicsTM im Handel erhältlich.
Besondere Beispiele der nicht-sulfatisierten Block-Copolymere beinhalten
F68, F108 und F127.
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Eine
weitere bevorzugte hierin nützliche
Klasse von Block-Polymeren beinhaltet tetrafunktionelle Block-Copolymere,
die aus der sequentiellen Addition von Ethylenoxid und Propylenoxid
zu Ethylendiamin gewonnen wurden. Diese Polymere sind in einer nicht-sulfatisierten
Form als TetronicsTM im Handel erhältlich.
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Eine
andere bevorzugte Klasse von Oberflächenmodifikatoren beinhaltet
mindestens einen Polyethylenoxid (PEO)-Block als den hydrophilen
Teil des Moleküls
und mindestens einen Polybutylenoxid (PBO)-Block als den hydrophoben
Teil. Besonders bevorzugte Oberflächenmodifikatoren dieser Klasse
sind Diblock, Triblock und höhere
Block-Copolymere von Ethylenoxid und Butylenoxid, wie sie z. B.
durch die folgende Strukturformel dargestellt sind.
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(PEO) (PBO); (PEO) (PBO) (PEO) und (PEO) (PBO) (PEO) (PBO).
Die hierin nützlichen
Copolymere sind bekannte Verbindungen und/oder können ohne weiteres durch Techniken,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind, hergestellt werden.
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Stark
bevorzugte Oberflächenmodifikatoren
beinhalten Triblock-Copolymere mit der Struktur
(PEO
) (PBO
) (PEO
) mit
Molekulargewichten von 3800 und 5000, welche bei Dow Chemical, Midland,
Michigan im Handel erhältlich
sind und als B20-3800 und B20-5000 bezeichnet werden. Diese Oberflächenmodifikatoren enthalten
etwa 80 Gew.% PEO. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Oberflächenmodifikator
ein Triblock-Polymer mit der Struktur:
Q ist
eine anionische Gruppe, wobei R H oder ein Metallkation, wie z.
B. Na
+, K
+ und dergleichen
ist, x 15-700 ist, y 5-200 und z 15-700 ist.
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Mahlen
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Die
beschriebenen Partikel können
mit einem Verfahren umfassend die Schritte Dispergieren von Beclomethason
in einem flüssigen
Dispersionsmedium und das Anwenden mechanischer Mittel in Anwesenheit von
Mahlmittel, um die Partikelgröße des Beclomethasons
auf eine wirksame durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 400 nm zu
reduzieren, zubereitet werden. Die Partikel können in Anwesenheit eines Oberflächenmodifikators
in der Größe reduziert
werden. Alternativ können
die Partikel nach dem Zerreiben mit einem Oberflächenmodifikator in Kontakt
gebracht werden.
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Das
Beclomethason ist im Handel erhältlich
und/oder wird durch Techniken, die auf dem Fachgebiet bekannt sind,
in einer konventionellen groben Form hergestellt. Es ist bevorzugt,
aber nicht wesentlich, dass die Partikelgröße des ausgewählten groben
Beclomethason kleiner als etwa 100 μm ist, wie durch Siebanalyse bestimmt
wird. Wenn die grobe Partikelgröße des Beclomethasons
größer als
etwa 100 μm
ist, dann ist es bevorzugt, dass die Partikel des Beclomethasons
auf weniger als 100 μm
in der Größe unter
Verwendung konventioneller Mahlverfahren wie z. B. Luftstrahl- oder
Fragmentationsmahlen reduziert werden.
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Das
ausgewählte
grobe Beclomethason kann dann zu einem flüssigen Medium, in welchem es
im wesentlich unlöslich
ist, hinzugefügt
werden, um ein Premix zu bilden. Die Konzentration des Beclomethasons
in dem flüssigen
Medium kann zwischen etwa 0,1–60%
variieren und liegt bevorzugt bei 5–30% (w/w). Es ist bevorzugt,
aber nicht wesentlich, dass der Oberflächenmodifikator im Premix vorhanden
ist. Die Konzentration des Oberflächenmodifikators kann von etwa
0,1 bis etwa 90% variieren und liegt vorzugsweise bei 1–75%, mehr
bevorzugt 20–60
Gew.%, basierend auf dem kombinierten Gesamtgewicht des Beclomethasons
und des Oberflächenmodifikators.
Die scheinbare Viskosität
der Premix-Suspension beträgt
vorzugsweise weniger als etwa 1000 Centipoise.
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Der
Premix kann direkt verwendet werden, indem er einem mechanischen
Mittel ausgesetzt wird, um die durchschnittliche Partikelgröße in der
Dispersion auf weniger als 400 nm zu reduzieren. Es wird bevorzugt, dass
der Premix direkt verwendet wird, wenn eine Kugelmühle zum
Zermahlen verwendet wird. Alternativ können das Beclomethason und
optional der Oberflächenmodifikator
in dem flüssigen
Medium unter Verwendung geeigneter Bewegung, z. B. einer Wälzmühle oder
einem Cowles-Mixer dispergiert werden bis eine homogene Dispersion
zu sehen ist, in welcher mit dem bloßen Auge keine großen Agglomerate
sichtbar sind. Es wird bevorzugt, dass der Premix einem solchen
Vormahlungs-Dispersionsschritt unterzogen wird, wenn eine Rückführungs-Mahlkörpermühle zum
Zerreiben verwendet wird.
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Das
mechanische Mittel, das zur Reduktion der Partikelgröße des Beclomethason
angewendet wird, kann praktischerweise in Form einer Dispersionsmühle sein
Geeignete Dispersionsmühlen
beinhalten eine Kugelmühle,
eine Attritormühle,
eine Vibrationsmühle
und Mahlkörpermühlen, wie
z. B. eine Sandmühle
und eine Perlenmühle.
Eine Mahlkörpermühle wird
aufgrund der relativ kürzeren
Mahlzeit, die zur Bereitstellung des gewünschten Ergebnisses erforderlich
ist, d. h. der gewünschten
Reduktion der Partikelgröße bevorzugt.
Für das Mahlen
mit der Mahlkörpermühle beträgt die scheinbare
Viskosität
des Premix vorzugsweise etwa 100 bis etwa 1000 Centipoise.
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Für das Kugelmahlen
beträgt
die scheinbare Viskosität
des Vorgemisches vorzugsweise etwa 1 bis etwa 100 Centipoise. Solche
Bandbreiten tendieren dazu, eine optimale Balance zwischen der wirksamen
Partikelzerkleinerung und der Erosion des Mahlmittels zu gewähren. Zubereitungsbedingungen
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Die
Zerreibungsdauer kann stark variieren und hängt hauptsächlich vom jeweiligen mechanischen
Mittel und den Verarbeitungsbedingungen ab. Für Kugelmühlen kann eine Verarbeitungszeit
von bis zu fünf
Tagen oder länger
erforderlich sein. Andererseits lieferten Verarbeitungsdauern von
weniger als 1 Tag (Verweildauern von einer Minute bis zu mehreren
Stunden) bei Verwendung einer High-Shear-Mahlkörpermühle die gewünschten Ergebnisse.
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Die
Partikel müssen
bei einer Temperatur, bei der das Beclomethason nicht in erheblichem
Maß abgebaut
wird, in der Größe reduziert
werden. Verarbeitungstemperaturen von weniger als etwa 30–40°C sind üblicherweise
bevorzugt. Falls gewünscht,
können
die Geräte
mit konventioneller Kühlapparatur
gekühlt
werden. Das Verfahren wird praktischerweise unter Umgebungstemperaturbedingungen
und bei Verarbeitungsdrücken,
die sicher und wirksam für
den Mahlvorgang sind, ausgeführt.
Zum Beispiel sind Umgebungsdrücke als
Verarbeitungsdrücke
typisch für
Kugelmühlen,
Attritormühlen
und Vibrationsmühlen.
Kontrolle der Temperatur, z. B. durch Umhüllung oder Eintauchen der Mahlkammer
in Eiswasser ist beabsichtigt. Verarbeitungsdrücke von etwa 1 psi (0,07 kg/cm2) bis etwa 50 psi (3,5 kg/cm2)
sind beabsichtigt. Verarbeitungsdrücke von etwa 10 psi (0,7 kg/cm2) bis etwa 20 psi (1,4 kg/cm2)
sind typisch.
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Der
Oberflächenmodifikator
muss, falls er nicht im Premix vorhanden war, nach dem Zerreiben
in einer Menge, wie sie oben stehend für dem Premix beschrieben ist,
zu der Dispersion hinzugefügt
werden. Danach kann die Dispersion gemischt werden, z. B. durch
heftiges Schütteln.
Optional kann die Dispersion einem Schallbehandlungsschritt unterzogen
werden, z. B. unter Verwendung einer Ultraschallenergiequelle. Zum Beispiel
kann die Dispersion Ultraschallenergie mit einer Frequenz von 20–80 kHz
für eine
Dauer von etwa 1 bis 120 Sekunden ausgesetzt werden.
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Nachdem
das Zerreiben beendet ist, wird das Mahlmittel vom gemahlenen partikulären Produkt
(entweder in einer trockenen oder in einer flüssigen Dispersionsform) mithilfe
konventioneller Separationstechniken, wie z. B. Filtration, Sieben
durch ein Maschensieb, getrennt.
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Mahlmittel
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Das
Mahlmittel für
den Schritt der Partikelgrößenreduktion
kann aus festen Mitteln ausgewählt
werden, vorzugsweise kugel- oder partikelförmig mit einer durchschnittlichen
Größe von weniger
als 3 mm und mehr bevorzugt weniger als 1 mm. Solche Mahlmittel
können
wünschenswerterweise
Partikel mit kürzeren Verarbeitungsdauern
bereitstellen und die Abnutzung der Mahlapparatur verringern. Es
wird davon ausgegangen, dass die Auswahl des Materials für das Mahlmittel
nicht entscheidend ist. Wir haben herausgefunden, dass Zirkoniumoxid,
wie z. B. 95% ZrO2 stabilisiert mit Magnesia,
Zirkoniumsilikat und Glasmahlmittel Partikel mit Kontaminationswerten
bereitstellen, bei denen man davon ausgeht, dass sie zur Zubereitung
pharmazeutischer Zusammensetzungen unbedenklich sind. Von anderen
Mahlmitteln jedoch, wie z. B. rostfreiem Stahl, Titanerde, Aluminiumoxid
und 95% ZrO2 stabilisiert mit Yttrium wird
erwartet, dass sie von Nutzen sind. Bevorzugte Mahlmittel haben
eine Dichte von mehr als etwa 3 g/cm3
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Polymeres Mahlmittel
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Das
Mahlmittel kann Partikel, vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmig, z.
B. Perlen, die hauptsächlich
aus polymerem Harz bestehen, umfassen. Alternativ, kann das Mahlmittel
Partikel umfassen, umfassend einen Kern mit einer darauf haftenden
Beschichtung des polymeren Harzes.
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Im
Allgemeinen sind polymere Harze, die zur Verwendung hierin geeignet
sind, chemisch und physikalisch inert, im Wesentlichen frei von
Metallen, Lösungsmitteln
und Monomeren und sind von ausreichender Härte und Brüchigkeit, so dass es ihnen
möglich
ist, zu verhindern, während
des Mahlens zu zersplittern oder zerdrückt zu werden. Geeignete polymere
Harze beinhalten vernetzte Polystyrole, wie z. B. Polystyrol, vernetzt mit
Divinylbenzol, Styrol-Copolymere, Polycarbonate, Polyacetale, wie
z. B. DelrinTM, Vinylchloridpolymere und -copolymere,
Polyurethane, Polyamide, Poly(tetrafluoroethylene), z. B. TeflonTM und andere Fluoropolymere, High-Density-Polyethylene, Polypropylene,
Celluloseether und -ester, wie z. B. Celluloseacetat, Polyhydroxymethacrylat,
Polyhydroxyethylacrylat, Silikon enthaltende Polymere, wie z. B.
Polysiloxane. Das Polymer kann biologisch abbaubar sein. Beispiele
für biologisch
abbaubare Polymere beinhalten Poly(lactide), Poly(glycolid)copolymere
von Lactiden und Glycolid, Polyanhydride, Poly(hydroxyethylmethacylat),
Poly(iminocarbonate), Poly(N-acylhydroxyprolin)ester, Poly(N-palmitoylhydroxyprolin)ester,
Ethylenvinylacetat-Copolymere, Poly(orthoester), Poly(caprolactone)
und Poly(phosphazene). Im Fall von biologisch abbaubaren Polymeren
kann Kontamination durch das Mahlmittel selbst vorteilhafterweise
in-vivo in biologisch unbedenkliche Produkte verstoffwechselt werden,
die aus dem Körper
ausgeschieden werden können.
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Das
polymere Harz kann eine Dichte von 0,8 bis 3,0 g/cm3 aufweisen.
Harze mit höherer
Dichte sind insofern bevorzugt, als man davon ausgeht, dass diese
eine wirksamere Partikelgrößenreduktion
bieten.
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Das
Mahlmittel kann in einem Größenbereich
von 0,1 bis 3 mm liegen. Zum Feinmahlen sind die Partikel vorzugsweise
zwischen 0,2 und 2 mm, mehr bevorzugt 0,25 bis 1 mm groß
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In
einem besonders bevorzugten Verfahren wird ein Beclomethason in
Form von Submikronpartikeln durch Mahlen des Mittels in Gegenwart
eines Mahlmittels mit einer mittleren Partikelgröße von weniger als etwa 75 μm zubereitet.
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Das
Kernmaterial des Mahlmittels kann vorzugsweise aus Materialien ausgewählt werden,
die für
ihren Nutzen als Mahlmittel, wenn sie kugel- oder partikelförmig hergestellt
sind, bekannt sind. Geeignete Kernmaterialien beinhalten Zirkoniumoxide
(wie z. B. 95% Zirkoniumoxid, stabilisiert mit Magnesia oder Yttrium), Zirkoniumsilikat,
Glas, rostfreier Stahl, Titanerde, Aluminiumoxid, Ferrit und dergleichen.
Bevorzugte Kernmaterialien haben eine Dichte von mehr als etwa 2,5
g/cm3 Man geht davon aus, dass die Auswahl
von Kernmaterialien mit hoher Dichte wirksame Partikelgrößenreduktion
ermöglicht.
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Man
nimmt an, dass nützliche
Dicken der Polymerbeschichtung des Kerns im Bereich zwischen etwa 1
und etwa 500 μm
liegen, obwohl andere Dicken, die außerhalb dieses Bereich liegen
bei einigen Anwendungen von Nutzen sein können. Die Dicke der Polymerbeschichtung
ist vorzugsweise geringer als der Durchmesser des Kerns.
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Die
Kerne können
mit dem polymeren Harz durch Techniken, die auf dem Fachgebiet bekannt
sind, beschichtet werden. Geeignete Techniken beinhalten Sprühbeschichtung,
Fluidbettbeschichtung und Schmelzbeschichtung. Haftverstärkungs-
oder Bindeschichten können
optional bereitgestellt werden, um die Haftung zwischen dem Kernmaterial
und der Harzbeschichtung zu verbessern. Die Haftung der Polymerbeschichtung
am Kernmaterial kann durch die Behandlung des Kernmaterials mit
haftverstärkenden
Verfahren, wie z. B. Aufrauhen der Kernoberfläche, Koronaentladungsbehandlung
und dergleichen erhöht
werden. Kontinuierliches Mahlen
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In
einem bevorzugten Mahlverfahren werden die Partikel eher kontinuierlich
hergestellt, als in einem Chargenmodus. Das kontinuierliche Verfahren
umfasst die Schritte des kontinuierlichen Einführens des Beclomethasons und
festen Mahlmittels in eine Mahlkammer, das Kontaktieren des Mittels
mit dem Mahlmittel während
des Verweilens in der Kammer, um die Partikelgröße des Mittels zu reduzieren,
das kontinuierliche Entfernen des Mittels und des Mahlmittels aus
der Mahlkammer und die darauf folgende Trennung des Mittels vom
Mahlmittel.
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Das
Beclomethason und das Mahlmittel werden kontinuierlich aus der Mahlkammer
entfernt. Danach wird das Mahlmittel vom gemahlenen partikulären Produkt
(entweder in einer trockenen oder in einer flüssigen Dispersionsform) mithilfe
konventioneller Separationstechniken in einem sekundären Verfahren
z. B. durch einfache Filtration, Sieben durch einen Maschenfilter
oder ein Maschensieb, getrennt. Andere Separationstechniken, wie
z. B. Zentrifugation können
ebenfalls eingesetzt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden das Mittel und das Mahlmittel in die Mahlkammer zurückgeführt. Beispiele
für geeignete
Mittel, um eine solche Rückführung auszuführen, beinhalten
konventionelle Pumpen, wie z. B. peristaltische Pumpen, Diaphragmapumpen,
Kolbenpumpen, Zentrifugenpumpen und andere Verdrängerpumpen, die nicht ausreichend
enge Toleranzen verwenden, um das Mahlmittel zu beschädigen. Peristaltische
Pumpen sind im Allgemeinen bevorzugt.
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Eine
andere Variante des kontinuierlichen Verfahrens beinhaltet die Verwendung
gemischter Mahlmittelgrößen. Zum
Beispiel kann größeres Mahlmittel
auf konventionelle Art und Weise verwendet werden, wenn ein solches
Mittel auf die Mahlkammer beschränkt
ist. Kleineres Mahlmittel kann kontinuierlich in das System zurückgeführt und
das Passieren durch das Rührbett
mit größerem Mahlmittel
ermöglicht
werden. In dieser Ausführungsform
beträgt
die mittlere Partikelgröße des kleineren
Mahlmittels vorzugsweise zwischen etwa 1 und 300 μm, und die
mittlere Partikelgröße des größeren Mahlmittels
beträgt
zwischen etwa 300 und 1000 μm. Präzipiationsverfahren.
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Ein
anderes Verfahren, die gewünschte
Nanopartikel-Dispersion zu erhalten, ist durch Mikropräzipitation.
Dies ist ein Verfahren zur Zubereitung von stabilen Beclomethasondispersionen
in Anwesenheit eines oberflächenmodifizierenden
und kolloidstabilitätserhöhenden Oberflächenwirkstoffs,
der frei von Spuren jeglicher toxischer Lösungsmittel oder löslich gemachter
Schwermetallverunreinigungen ist, durch folgende Verfahrensschritte.
- 1. Auflösen
des Beclomethasons in wässriger
Base unter Rühren.
- 2. Hinzufügen
der oben genannten Zubereitung aus #1 unter Rühren zu einem oberflächenaktiven
Tensid (oder zu Oberflächenmodifikatoren),
um eine klare Lösung
zu bilden und,
- 3. Neutralisieren der oben genannten Zubereitung aus #2 unter
Rühren
mit einer geeigneten sauren Lösung.
Folgendes kann im Anschluss an das Verfahren durchgeführt werden:
- 4. Entfernen des gebildeten Salzes durch Dialyse oder Diafiltration
und
- 5. Konzentration der Dispersion durch konventionelle Mittel.
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Dieses
Mikropräzipitationsverfahren
liefert Beclomethasondispersionen mit z-Mittel-Partikeldurchmesser von weniger als
400 nm (gemessen mit Photonenkorrelationsspektroskopie), welche
bei Aufbewahrung unter Raumtemperatur- oder Tiefkühlbedingungen
eine stabile Partikelgröße aufweisen.
Solche Dispersionen weisen außerdem
begrenztes Partikelgrößenwachstum
unter Autoklaven-Dekontaminierungsbedingungen auf, die für pharmazeutische
Standard-Bloodpool-Mittel verwendet werden.
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Schritt
3 kann in einem halbkontinuierlichen, kontinuierlichen Chargenverfahren
oder kontinuierlichen Verfahren mit konstanten Durchflussgeschwindigkeiten
der Reaktionskomponenten in computergesteuerten Reaktoren oder in
Rohrreaktoren, in denen der Reaktions-pH-Wert mithilfe von pH-Stat-Systemen
konstant gehalten werden kann, durchgeführt werden. Vorteile solcher Modifikationen
sind, dass sie kostengünstigere Herstellungsverfahren
zur Massenproduktion von nanopartikulären Dispersionssystemen bereitstellen.
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Zusätzlicher
Oberflächenmodifikator
kann nach der Präzipitation
hinzugefügt
werden. Danach kann die Dispersion, z. B. durch heftiges Schütteln gemischt
werden. Optional kann die Dispersion z. B. unter Verwendung einer
Ultraschallenergiequelle einem Schallbehandlungsschritt unterzogen
werden. Zum Beispiel kann die Dispersion Ultraschallenergie mit
einer Frequenz von 20–80
kHz für
eine Dauer von etwa 1 bis 120 Sekunden ausgesetzt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
folgt auf das oben genannte Verfahren Schritt 4, der das Entfernen
des gebildeten Salzes durch Diafiltration oder Dialyse umfasst.
Dies geschieht im Falle der Dialyse durch Standarddialyseausrüstung und
durch Diafiltration unter Verwendung von Standarddiafiltrationsausrüstung, welche
auf dem Fachgebiet bekannt ist. Vorzugsweise ist der letzte Schritt
die Konzentration auf eine gewünschte
Konzentration der Mitteldispersion. Dies geschieht entweder durch
Diafiltration oder Eindampfung unter Verwendung von Standardausrüstung, die
auf diesem Fachgebiet bekannt ist.
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Ein
Vorteil von Mikropräzipitation
ist, dass, anders als bei gemahlenen Dispersionen, das Endprodukt frei
von Schwermetallverunreinigungen ist, die durch das Mahlmittel entstehen,
die aufgrund ihrer Toxizität
entfernt werden müssen
bevor das Produkt zubereitet wird.
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Ein
weiterer Vorteil des Mikropräzipitationsverfahrens
ist, dass, anders als bei Lösungsmittelpräzipitation,
das Endprodukt frei von jeglichen Lösungsmittelspuren ist, welche
toxisch sein können
und durch teure Behandlungen vor der Endproduktzubereitung entfernt
werden müssen.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des Mikropräzipitationsverfahrens
wird ein Kristallwachstumsmodifikator verwendet. Ein Kristallwachstumsmodifikator
ist definiert als eine Verbindung die sich im Copräzipitationsverfahren
in die Kristallstruktur der mikropräzipitierten Beclomethasonkristalle
integriert und dadurch das Wachstum oder die Vergrößerung des
mikrokristallinen Präzipitats
durch das so genannte Ostwald-Reifungsverfahren verhindert. Ein
Kristallwachstumsmodifikator (oder ein CGM) ist eine Chemikalie, die
zu mindestens 75% mit der chemischen Struktur von Beclomethason
identisch ist. Mit „identisch" ist gemeint, dass
die Strukturen Atom für
Atom und in ihren Bindungen identisch sind. Strukturelle Identität ist dadurch
gekennzeichnet, dass 75% der chemischen Struktur auf einer Basis
des Molekulargewichts mit dem Beclomethason identisch ist. Die verbleibenden
25% der Struktur können
fehlen oder durch eine unterschiedliche chemische Struktur im CGM
ersetzt sein. Der Kristallwachstumsmodifikator wird in Schritt #1
mit dem Beclomethason aufgelöst.
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Partikelgröße
-
Wie
hierin verwendet, bezieht sich die Partikelgröße auf eine zahlenmittlere
Partikelgröße, wie
mit konventionellen Partikelgrößenmesstechniken
gemessen, die Fachleuten wohl bekannt sind, wie z. B. die Sedimentationsfeld-Flussfraktionierung,
Photonenkorrelationsspektroskopie oder Scheibenzentrifugation. Wenn die
Photonekorrelationsspektroskopie (PCS) als Verfahren zur Partikelgrößenbestimmung
verwendet wird, ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser der
z-Mittel-Partikeldurchmesser,
der Fachleuten bekannt ist. Mit "einer
wirksamen durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als etwa 400
nm" ist gemeint,
dass bei Messung mit den oben genannten Techniken mindestens 90%
der Partikel eine durchschnittliche Größe von weniger als etwa 400
nm besitzen. In bevorzugten Ausführungsformen
beträgt
die wirksame durchschnittliche Partikelgröße weniger als etwa 300 nm
und mehr bevorzugt weniger als etwa 250 nm. In einigen Ausführungsformen
wurde eine wirksame durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 100
nm erreicht. Bezugnehmend auf die wirksame durchschnittliche Partikelgröße wird
bevorzugt, dass mindestens 95% und mehr bevorzugt mindestens 99%
der Partikel Partikelgrößen von
weniger als dem effektiven Durchschnitt, z. B. 400 nm aufweisen.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen
haben im Wesentlichen alle Partikel Größen von weniger als 400 nm.
In einigen Ausführungsformen
weisen im Wesentlichen alle Partikel eine Größe von weniger als 250 nm.
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Verhältnisse
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Der
Anteil an Beclomethason und Oberflächenmodifikator kann stark
variieren und die optimale Menge des Oberflächenmodifikators kann vom ausgewählten Oberflächenmodifikator
abhängen,
der kritischen Mizellenkonzentration des Oberflächenmodifikators, falls er
Mizellen bildet, dem hydrophil-lipophilen Gleichgewicht (HLB) des
Stabilisators, dem Schmelzpunkt des Stabilisators, seiner Wasserlöslichkeit,
der Oberflächenspannung
der wässrigen
Lösungen
des Stabilisators, etc. Der Oberflächenmodifikator ist vorzugsweise
in einer Menge von etwa 0,1–10
mg pro m2 Oberfläche des Beclomethason vorhanden.
Der Oberflächenmodifikator kann
in einer Menge von 0,1–90
Gew.%, vorzugsweise 20–60
Gew.%, basierend auf dem Gesamtgewicht des trockenen Partikels,
vorhanden sein.
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Die
folgenden Beispiele sind zum weiteren Verständnis der Erfindung aufgeführt.
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BEISPIEL 1
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Materialien
Beclomethason-diproprionat (BDP) und Polyvinylalkohol (PVA) wurden
bei Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO) erworben und wie erhalten
verwendet. Alle anderen Chemikalien waren Analytical/Reagent Grade
oder besser. Nanopartikelherstellung und Charakterisierung Nanopartikel
wurden durch Mahlkörpermahlen
einer Suspension von 5 Beclomethason-diproprionat in wässrigen
PVA-Lösungen
hergestellt. Daher war PVA der Oberflächenmodifikator. Die resultierende
Partikelgrößenverteilung
wurde durch dynamische Lichtstreuung bestimmt. Die Partikelgrößenverteilung
wurde regelmäßig während des
gesamten Verlaufs der Studie überwacht.
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Zerstäubung Ein
Gaszylinder mit Druckluft wurde als Quelle verwendet, die mit einem
Druckregler ausgestattet war. Sauerstoff verbindende Rohre verbanden
den Regler mit dem Puritan-Bennet Raindrop-Zerstäuber (Lenexa, KA). Eine Austrittsöffnung des
T-Connectors des Zerstäubers
wurde mit einem #2 Gummistopfen verschlossen. An die andere Austrittsöffnung wurde
ein Tygon-Schlauch
(1/2'' id) angeschlossen.
Dieser wiederum führte
zu Beginn zu einem kalibrierten Durchflussmesser, an welchem die
Durchflussgeschwindigkeit vor jedem Versuch eingestellt wurde. Nach
der Kalibrierung wurde der Gasfluss durch das Schließen des Hauptzylinderventils
gestoppt. Der Durchflussmesser wurde entfernt und der Zerstäuber wurde
mit einem Y-Rohr mit 24/40 Verbindungen durch einen Schlauch (1/2'' id, 6'' Länge) verbunden.
Das Y-Rohr wurde mit dem Kaskadenimpaktor (Andersen Mark I, Andersen
Samplers Ind. Atlanta, GA) durch einen aus rostfreiem Stahl hergestellten
Adapter, bestehend aus einer konisch zulaufenden Seite, die in die
24/40 Schliffverbindung passte und einem zylinderförmigen Abschnitt
mit einem O-Dichtring aus Gummi, der in das Obere Ende des Kaskadenimpaktors
passte, verbunden. Die Luftdurchflussgeschwindigkeit durch den Impaktor
wurde von einer Vakuumpumpe angesogen und durch einen kalibrierten
Durchflussmesser auf die empfohlenen 28,3 l/min geregelt.
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Vorläufige Studien
deuteten darauf hin, dass Drücke
zwischen 20 und 40 psig wenig Auswirkung sowohl auf die Leistung
des Zerstäubers
als auch auf die resultierende Aerosol-Größenverteilung
hatten. Daher wurde der Druck konstant bei 40 psig gehalten. Studien
zur Wirkung der Flussgeschwindigkeit auf die Zerstäuberleistung
und die Aerosol-Großenverteilung
wurden ebenfalls durchgeführt.
Mit der Verminderung der Flussgeschwindigkeit von 5 auf 2 l/min,
wurden die mittleren aerodynamischen Durchmesser der Aerosolpartikel
zunehmend größer. Bei
einer Flussgeschwindigkeit von 8 l/min kam es zu übermäßiger Schaumbildung.
Daher wurden alle Studien bei einer Flussgeschwindigkeit von 6 l/min
durchgeführt.
Suspension und Nanopartikelzerstäubung
Zubereitungen zur Zerstäubung
bestanden aus 0,2% Beclomethasondiproprionat-Dispersionen mit PVA.
Die Zerstäuber
enthielten ein Volumen von entweder 2 ml oder 6 ml. Zwei Konzentrationen
von PVA, welche durch Verdünnung
der ursprünglichen
5%igen (w/v) Nanopartikeldispersion mit einer PVA Lösung mit derselben
PVA-Konzentration wie die Originaldispersionskonzentration oder
mit Wasser hergestellt wurde, wurden verwendet. Der Zerstäuber wurde
gefüllt
und Aliquote der Lösung
wurden zur anschließenden
Bestimmung der Arzneimittelkonzentration entnommen. Das Gewicht
wurde ebenfalls bestimmt. Der Zerstäubungsvorgang wurde durch das Öffnen des
Ventils am Hauptgaszylinder eingeleitet und die Zeitdauer bis zum Schäumen oder
Sprühen
des Zerstäubers
wurde bestimmt und zusätzliche
Aliquots wurden zur Analyse entnommen. Der Massenanteil, der aus
dem Zerstäuber
austrat, wurde aus der Gewichtsdifferenz des Zerstäubers vor
und nach der Zerstäubung
errechnet. Dieser wurde mit der benötigten Zeit zum Zerstäuben der
Dispersion in Zusammenhang gebracht, um die Massenausstoßgeschwindigkeit
in Millilitern Dispersion pro Zeiteinheit zu erhalten, und der Zerstäuberausstoß wurde
als Volumen zerstäubter
Dispersion pro Liter Luft bestimmt.
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Aliquote,
die aus dem Zerstäuber
entnommen wurden, wurden mit 50% (v/v) Ethanol in Wasser verdünnt und
die Extinktion bei 240 nm bestimmt. Durch Messung der Extinktion
geeigneter Standards wurde die BDP-Konzentration errechnet. Aus
den Massen der Zerstäuber
vor und nach der Zerstäubung
und den BDP-Konzentrationen wurde der Anteil des im Zerstäuber verbleibenden
BDP errechnet. Die BDP-Masse, die auf dem Kaskadenimpaktor aufgefangen
wurde und die Aerosol-Partikelgrößenverteilung
wurde durch Extraktion der Impaktorstufen mit 10 ml der Ethanol/Wasser-Lösung bestimmt.
Aliquote wurden entnommen und die Extinktionen und die daraus folgende
Konzentration wurden bestimmt. Der aerodynamische mittlere Massendurchmesser
und die geometrische Standardabweichung der Partikelverteilung wurden
durch Auswerten der kumulativen Masse auf den Impaktorstufen als
Funktion des Logarithmus des Cut-Off-Durchmessers erhalten. Mit der kumulativen
Masse, die aus dem Kaskadenimpaktor bestimmt wurde, und der Anfangsmenge
des im Zerstäuber
eingebrachten BDP wurde der Anteil des BDP, der den Impaktor erreicht,
errechnet.
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Um
die Fraktionierung der Dispersion zu bestimmen, wurden die Nanopartikel
und Suspensionen mit PVA-Lösungen
enthaltend 0,1% Natriumfluorescein verdünnt. Zerstäubung wurde wie oben beschrieben durchgeführt. Da
Fluorescein signifikante Extinktion sowohl bei 490 als auch bei
240 nm aufweist, während BDP
Extinktion lediglich bei 240 nm aufweist, wurde die Extinktion der
verdünnten
Aliquote bei diesen beiden Wellenlängen bestimmt. Die Konzentration
von Fluorescein wurde aus der Extinktion bei 490 nm und dem gemessenen
Extinktionsgrad bestimmt. Bei der Bestimmung der Konzentrationen
von BDP wurde der Beitrag der Extinktion von Fluorescein bei 240
nm basierend auf der bei 490 nm bestimmten Extinktion und der Korrektur der
Unterschiede im Extinktionsgrad bei diesen beiden Wellenlängen abgezogen.
Rasterelektronenmikroskopie REM wurde nach Zerstäubung bei den Nanopartikeln
durchgeführt.
Zwei Dispersionen enthaltend 0,1 und 2,5% Tensid wurden hergestellt.
Diese wurden in den Zerstäuber
eingebracht und 2 cm große
rechteckige Objektträger
aus Glas wurden auf jeder Stufe des Impaktors positioniert. Die
Glasobjektträger
wurden entfernt und mit Platin besprüht. Mikrofotografische Aufnahmen
wurden mit einem JEOL840-II ElectroScan Environmental ESEM (Peabody,
Mass.) erhalten.
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ERGEBNISSE
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Nanopartikel
von Beclomethason-diproprionat in 2,5% Polyvinylalkohol hatten eine
Partikelgrößenverteilung
von 0,26 ± 0,13 μm. Die Größe blieb
während
des gesamten Studienverlaufs konstant, und es gab auch keinen Hinweis
auf chemische Instabilität.
Zusätzlich
blieb die Partikelgröße der verdünnten Dispersionen
für mindestens
während
der Dauer des Experiments konstant;
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Für die Zerstäubung wurden
vier Zubereitungen getestet. Diese sind in Tabelle I aufgeführt. Die
erste war eine Suspension von BDP-Arzneimittelrohsubstanz in 2,5%
Tensid mit einem Volumen von 2 ml. Die zweite setzte sich zusammen
aus einer Dispersion von Nanopartikeln und ermöglichte dadurch den direkten
Vergleich mit der Suspensionszubereitung. Die dritte war ebenfalls
eine kolloidale Dispersion, aber die Tensidkonzentration war mit
0,1% geringer. Die vierte war der dritten ähnlich, enthielt aber ein größeres Volumen
von 6 ml.
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In
Tabelle II wurden die Ergebnisse der Zerstäubung der vier Zubereitungen
aufgeführt.
Die zweite Spalte gibt die Massenausstoßgeschwindigkeit an, wobei
es sich um die Geschwindigkeit handelte, mit der die gesamte Masse
der Dispersion den Zerstäuber
verlässt.
Zubereitungen I und II sind ähnlich
wie es die Zubereitungen III und IV waren. Der Unterschied zwischen
diesen beiden Zubereitungsgruppen ist, das I und II eine Tensidkonzentration
von 2,5% aufwiesen, wohingegen III und IV eine Tensidkonzentration
von 0,1% aufwiesen.
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Die
dritte Spalte gibt den gesamten Massenanteil der Dispersion wieder,
der im Zerstäuber
verbleibt. Der Anteil der verbleibenden Masse lag zwischen 0,27
und 0,69 und deutete darauf hin, dass eine beträchtliche Menge an Material
im Zerstäuber
verblieb. Zusätzlich
waren die Zubereitungen I, II und III ähnlich, aber Zubereitung IV
hatte einen signifikant niedrigeren Massenanteil, der im Zerstäuber verblieb.
Zubereitung IV unterscheidet sich von den anderen dadurch, dass
sie ein Anfangsvolumen von 6 ml enthielt.
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In
der nächsten
Spalte, wird der Anteil an BDP, der im Zerstäuber verbleibt angegeben. Diese
Anteile lagen im Bereich zwischen 0,29 und 0,89. Beim Vergleich
der verbleibenden Anteile verblieben bei Zubereitung I, welche die
Suspension enthielt, etwa 90% an BDP im Zerstäuber. Im Gegensatz dazu verblieb
bei Zubereitung III, welche 0,1% Tensid enthielt, ein signifikant
geringerer Anteil an BDP im Zerstäuber. Ein noch deutlicherer
Abfall beim verbleibenden Anteil wurde bei Zubereitung IV beobachtet,
der eine niedrige Tensidkonzentration sowie ein größeres Volumen
aufwies.
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Beachtenswert
ist auch der Vergleich des verbleibenden BDP-Anteils in Bezug auf
den Anteil der gesamten Masse, die im Zerstäuber verbleibt. Bei Zubereitung
I verblieb ein signifikant höherer
Anteil an BDP in Bezug auf die gesamte Masse. Numerisch gesehen
gilt dies auch für
Zubereitung II: es gab jedoch stärkere Schwankungen
bei diesen Messungen, bei denen es keinen statistischen Unterschied
bei den verbleibenden Anteilen gab. Bei Zubereitungen III und IV
gab es keinen Unterschied.
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Der
Anteil an BDP, der in den Zerstäuber
gelangt wird außerdem
in Tabelle II aufgeführt.
Man sieht, dass lediglich 7% des BDP, vorgelegt als Suspension oder
Roharzneimittelsubstanz, den Impaktor erreichen. Im Vergleich dazu
führte
die Verwendung von Nanopartikeln zu einem signifikant höheren Anteil,
der den Impaktor erreicht. Diese lagen im Bereich zwischen 0,17
bis über
0,34. Bei Zuberreitungen II und III, welche 2 ml Dispersion enthielten
erreichten etwa 18% des BDP den Impaktor. Bei der großvolumigen
Zubereitung IV erreichten fast 35% des BDP den Impaktor.
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Letztendlich
ist es offensichtlich, dass die ursprünglich in den Zerstäuber eingebrachte
Menge an BDP gleich der Menge an BDP sein sollte, welche im Zerstäuber verbleibt,
zusätzlich
zu der Menge an BDP auf dem Impaktor. Wenn das Massenverhältnis als
Anteil ausgedrückt
wird, sollte der Anteil an BDP, der im Zerstäuber verbleibt, plus dem Anteil
an BDP auf dem Impaktor gleich eins sein. Wie aus den Anteilen aus
Tabelle II hervorgeht, war dies nur bei Zubereitung II der Fall.
In anderen Fallen gab es einen Nettoverlust an BDP. Insbesondere
wurden bei Zubereitung III nur 80% des BDP nachgewiesen, und bei
Zubereitung IV sankt der nachgewiesene Prozentsatz auf etwa 60%.
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Es
ist offensichtlich, dass wenn der Anteil an BDP, der auf der Impaktorstufe
aufgefangen wird, als Funktion des Cut-Off-Durchmessers der Stufe
aufgezeichnet wird, in der Suspensionen von Roharzneimittelsubstanz
eine Verteilung von Partikeln mit einer größeren Größe aufweisen und deren Verteilung
starker polydispers ist. Die Nanopartikel besitzen Partikelgrößenverteilungen,
bei denen 80% der Partikel kleiner als 2,5 μm sind.
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In
Tabelle III sind die Ergebnisse der Fluorescein-Studie aufgeführt. Im
Vergleich der abgegebenen Massen ergaben beide Zubereitungen ähnliche
Ergebnisse von etwa 0,75. Außerdem
gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen den Anteilen an
BDP und Fluorescein, die im Zerstäuber verblieben. Bei der Suspension
lag der verbliebene Anteil an BDP und Fluorescein bei 88 bzw. 89%.
Bei den Nanopartikeln waren es 81 und 85%, was statistisch keinen
Unterschied zueinander ergibt. Zusätzlich gab es keinen statistischen
Unterschied bei den im Zerstäuber
verbleibenden Anteilen an BDP und Fluorescein zwischen Zubereitungen
I und II. Jedoch sind die verbleibenden Anteile an BDP und Fluorescein
signifikant größer als
der Anteil der verbleibenden gesamten Masse bei der Suspension und
den nanopartikulären
Zusammensetzungen.
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Die
Anteile an BDP, die den Impaktor erreichten, waren bei den beiden
Zubereitungen unterschiedlich. Bei der Suspension war der auf dem
Impaktor aufgefangene Anteil an Fluorescin beinahe doppelt so hoch
wie der Anteil an BDP. Bei den Nanopartikeln war der Anteil an Fluorescein ähnlich dem,
der bei Suspensionen beobachtet wurde. Der Anteil an BDP, der auf
dem Impaktor aufgefangen wurde, war wesentlich höher als bei Suspensionen beobachtet
wurde, aber etwas weniger als bei Fluorescein beobachtet wurde.
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Die
letzte Studie war eine Untersuchung der Partikel, nachdem sie dem
Zerstäubungsvorgang
unterzogen wurden. Rasterelektronenmikroskopie wurde bei den auf
der sechsten Stufe des Impaktors abgelagerten Nanopartikeln bei
den 2,5 und 0,1% Nanopartikeln durchgeführt. Tabelle I
Zubereitungskomponenten |
Zubereitung | Form | Tensid | Volumen
(ml) |
I | Suspension | 2,5% | 1,85 |
II | Nanopartikel-Dispersion | 2,5% | 1,85 |
III | Nanopartikel-Dispersion | 0,1% | 1,85 |
IV | Nanopartikel-Dispersion | 0,1% | 5,85 |
Zubereitung „I" ist eine Vergleichszubereitung,
die keine Nanopartikel verwendet |
Tabelle II
Vergleich
der Zerstäubungsausstoßparameter
als eine Funktion der Zubereitungswirkung des Zerstäubungsvorgangs
auf die resultierende Aerosolproduktion. Ergebnisse sind als der
Mittelwert ± Standardabweichung
ausgedrückt,
n=3. |
Zubereitung | Massenausstoßgeschwindigkeit mg/s | Verbleibender Massenanteil | Verbleibender BDP-Anteil | BDP-Anteil
auf dem Impaktor |
I | 2,73 ± 0,5 | 0,69 ± 0,036 | 0,89 ± 0,013 | 0,082 ± 0,012 |
II | 2,61 ± 0,14 | 0,51 ± 0,15 | 0,768 ± 0,23 | 0,184 ± 0,47 |
III | 4,99 ± 0,31 | 0,67 ± 0,006 | 0,618 ± 0,025 | 0,174 ± 0,019 |
IV | 4,35 ± 0,65 | 0,27 ± 0,015 | 0,289 ± 0,039 | 0,345 ± 0,15 |
Tabelle III
Vergleich
der Zerstäubung
von Nanopartikeldispersionen und Suspensionen von BDP enthaltend
eine Fluoresceinlösung.
Ergebnisse sind als der Mittelwert ± Abweichung ausgedrückt, n=3. |
Zubereitung | Verbleibender Massenanteil | verbleibender BDP-Anteil | verbleibender Fluorescin-Anteil | BDP-Anteil
auf dem Impaktor | Fluorescein-Anteil auf dem Impaktor |
Suspension | 0,76 ± 0,06 | 0,88 ± 0,046 | 0,89 ± 0,13 | 0,067 ± 0,02 | 0,122 ± 0,033 |
Nanopartikel | 0,74 ± 0,017 | 0,81 ± 0,088 | 0,85 ± 0,065 | 0,11 ± 0,016 | 0,143 ± 0,020 |