Не содержащие цинк кристаллы инсулина для применения в легочных композициях - RU2198181C2

Описание

Изобретение относится к не содержащим цинк кристаллам инсулина, имеющим диаметр меньше 10 мкм, и терапевтическим препаративным формам в виде порошка, пригодным для введения через легкие, включающим такие кристаллы инсулина.

Предпосылки изобретения
Диабет представляет общее название заболеваний у человека, имеющего чрезмерное мочевыделение, как при сахарном диабете, так и несахарном диабете. Сахарный диабет является нарушением обмена веществ (метаболическим нарушением), при котором способность утилизовать глюкозу более или менее утеряна. Приблизительно 2% всего населения страдают диабетом.

С момента введения инсулина в 1920-х годах ведутся непрерывные исследования с целью улучшить лечение сахарного диабета. Чтобы избежать экстремальных уровней гликемии, диабетические пациенты часто практикуют терапию с многократными инъекциями, в соответствии с чем инсулин вводят с каждой едой.

Инсулин обычно вводят с помощью подкожных или внутримышечных инъекций. Однако из-за свойственного инъекциям дискомфорта интенсивно ведутся исследования альтернативных путей введения, таких как назальное и легочное. В качестве обзора альтернативных путей введения инсулина смотри Danielsen et al. New routes and means of insulin delivery, in: Childhood and Adolescent Diabetes (ed. Kelnar), Chapman & Hall Medical, London 1994, pp. 571-584.

Для того чтобы избежать инъекции, введение инсулина легочным путем могло бы быть альтернативным путем, чтобы обеспечить абсорбционные профили, которые имитируют эндогенный инсулин без необходимости инъецировать инсулин.

Описание предшествующего уровня
Введение инсулина легочным путем можно осуществлять либо с помощью водного раствора, либо препаратом в виде порошка. Детальное описание такого введения можно найти в нескольких ссылках, причем одной из самых последних является публикация Niven, Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Sys, 12(2&3): 151-231 (1995). Одним аспектом, затрагиваемым в указанном обзоре, является вопрос стабильности белковых составов, причем водные растворы менее стабильны, чем состав в виде порошка. До сих пор все составы порошков описывались в основном как аморфные. Обзор усилителей проницаемости, используемых для стимулирования абсорбции (всасывания) через слизистую оболочку, представлен Sayani et al., Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Sys, 13 (1&2): 85-184 (1996).

Patton et al. , Inhale Therapeutic Systems, PCT WO 95/24183, заявляют способ получения дозы инсулина в виде аэрозоля, обеспечивающий получение инсулина в виде сухого порошка, диспергирование количества сухого порошка в потоке газа с образованием аэрозоля, помещение аэрозоля в камеру для последующей ингаляции.

Установлено, что когда инсулин комбинируют с соответствующим усилителем абсорбции и вводят в нижние дыхательные пути в виде порошка с соответствующим размером частиц, он легко поступает в большой круг кровообращения путем всасывания через слой эпителиальных клеток в нижних дыхательных путях, как описано в патенте США 5506203. Способ получения, описанный в указанном патенте, включающий растворение инсулина при кислом рН с последующим доведением до рН 7,4 и добавление таурохолата натрия до сушки раствора путем вакуумного концентрирования, открытой сушки, распылительной сушки или сушки вымораживанием, приводит к получению порошка, состоящего из человеческого инсулина и усилителя абсорбции. Порошок характеризуется в основном как аморфный, что определено при его исследовании под микроскопом в поляризационном свете. Требуемое распределение по размеру частиц достигается тонким измельчением в подходящей мельнице, такой как струйная мельница, и компоненты могут быть смешаны до и после тонкого измельчения. Биологическое действие порошка, полученного в соответствии со способами, описанными в этом патенте, наблюдается только в присутствии значительного количества усилителя.

Platz et al. , Inhale Therapeutic Systems, PCT WO 96/32149, описывает распылительную сушку цинк-инсулина из раствора, содержащего маннит и нитратный буфер, рН 6,7. Температура на входе находится в диапазоне от 120 до 122^oС, температура на выходе 80-81^oС. Среднемассовый аэродинамический диаметр, MMAd, полученных частиц инсулина составлял от 1,3 до 1,5 мкм.

В своем тезисе "Insulin Crystals", Munksgaard Publisher 1958, р. 54-55, Schlichtkrull описывает кристаллизацию несодержащего цинк свиного инсулина, перекристаллизованного из раствора, включающего 0,01 М ацетат натрия и 0,7% ~ 0,12 М хлорид натрия и 0,1% метилпарагидроксибензоат, и используя рН 7,0. Полученные кристаллы представляют собой 10-50 мкм ромбические додекаэдрические кристаллы, не показывающие двойного лучепреломления.

Jackson, патент США 3719655, описывает способ очистки неочищенного свиного и бычьего инсулина кристаллизацией. Не содержащие цинк кристаллы инсулина получают кристаллизацией при рН 8,2 (диапазон 7, 2-10) в присутствии 0,5 М (диапазон 0,2 М - 1 М) соли натрия, калия, лития или аммония. Кристаллизация достигается добавлением 1 N гидроксида щелочного металла или 1 N аммиака в раствор неочищенного инсулина в 0,5 N уксусной кислоте до получения рН 8,2. Альтернативно, кристаллизация достигается в водном растворе неочищенного инсулина при рН 8,2 добавлением твердого хлорида натрия до концентрации ионов натрия 0,45 М. Кристаллы образуются в октадекаэдрической или додекаэдрической формах, т.е. в форме кристаллов, относящихся к кубической кристаллической системе.

Baker et al., Lilly, Европейская заявка 0709395 А2 (поданная 31 октября 1994) описывают способ свободной от цинка кристаллизации Lys^В28-Pro⁸²⁹ человеческого инсулина, характеризующийся доведением рН сильно забуференного кислого раствора, содержащего катионы металла или ионы аммония и консервант, с помощью гидроксида металла или аммиака до значения между 8,5 и 9,5.

Известные способы получения инсулиновых частиц требуемого размера для легочного применения громоздки, создают проблемы, связанные с образованием инсулиновой пыли, и требуют больших инвестиций в оборудование. Кроме того, инсулин подвергается воздействию условий, где, вероятно, имеет место некоторая денатурация. Так, в WO 96/32149 раскрывается сушка распылением в интервале температур от 50 до 100^oС с последующим измельчением частиц для получения частиц требуемого размера.

Кроме того, известные препаративные формы в виде порошка для легочного применения, которые были описаны в основном как аморфные, имеют тенденцию ассоциировать в агрегаты в сухом порошке.

Сущность изобретения
Определения
Используемое здесь выражение "усилитель" относится к веществу, усиливающему абсорбцию (всасывание) инсулина, аналога инсулина или производного инсулина через слой эпителиальных клеток, вытянувшихся в линию вдоль альвеол легкого, в примыкающую легочную сосудистую сеть, т.е. количество инсулина, абсорбцируемого (всасываемого) в системную систему, выше, чем количество, абсорбируемое в отсутствии усилителя.

В настоящем контексте термин "порошок" относится к скоплению по существу сухих частиц, т. е. с содержанием влаги ниже приблизительно 10% по массе, предпочтительно ниже 6% по массе и наиболее предпочтительно ниже 4% по массе.

Диаметр кристаллов определяют как диаметр Мартина. Его измеряют как длину линии, параллельной окулярной шкале, которая делит статистически ориентированные кристаллы на две равные проектируемые области.

Краткое описание изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в разработке порошка инсулина, подходящего для легочной доставки, который имеет пониженную тенденцию ассоциировать в агрегаты в сухом порошке по сравнению с частицами инсулина, предназначенными для легочного введения, описанными в предшествующем уровне техники.

В соответствии с настоящим изобретением эта цель достигается за счет не содержащих цинк кристаллов инсулина, имеющих диаметр меньше 10 мкм.

Кроме того, кристаллы настоящего изобретения демонстрируют лучший профиль стабильности, чем порошки по существу такой же препаративной формы, полученной с помощью распылительной сушки, сушки вымораживанием, вакуумной сушки и открытой сушки. Это, возможно, обусловлено аморфным состоянием порошков, полученных с помощью других описанных способов. Благодаря этому способу можно хранить препаративные формы в виде порошка на основе кристаллов настоящего изобретения при комнатной температуре в противоположность препаратам человеческого инсулина для инъекций и некоторым аморфным порошкам инсулина без стабилизирующего средства, которые следует хранить при температуре от 2 до 8^oС.

Кроме того, терапевтические составы порошка, включающие кристаллы инсулина данного изобретения, проявляют свойства текучести лучшие, чем соответствующие препаративные формы аморфного порошка.

Предпочтительные варианты воплощения изобретения
Не содержащие цинк кристаллы инсулина преимущественно получают в виде кристаллической структуры, относящейся к системе кубических кристаллов, предпочтительно в октадекаэдрической или додекаэдрической кристаллических формах, поскольку эти формы кристаллов приводят к быстро растворимому продукту, имеющему превосходные свойства текучести.

Диаметр кристаллов инсулина преимущественно поддерживается в диапазоне от 0,2 до 5 мкм, предпочтительно в диапазоне от 0,2 до 2 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 1 мкм для обеспечения высокой биодоступности и подходящего профиля действия, смотри заявку РСТ WO 95/24183 и заявку РСТ WO 96/32149.

В предпочтительном варианте воплощения используемый инсулин выбирают из группы, состоящей из человеческого инсулина, бычьего инсулина или свиного инсулина, предпочтительно человеческого инсулина.

В другом предпочтительном варианте осуществления используемый инсулин выбирают из группы, состоящей из быстродействующих инсулинов, предпочтительно дез(В30) человеческого инсулина, Asp^В28 человеческого инсулина или Lys^В28Pro^В29 человеческого инсулина.

В другом предпочтительном варианте осуществления используемый инсулин представляет собой производное инсулина, предпочтительно выбранное из группы, состоящей из B29-N^ε-миристоил-дез (В30) человеческого инсулина, B29-N^ε-пaльмитoил-дез(В30) человеческого инсулина, B29-N^ε-миристоил человеческого инсулина, B29-N^ε-пальмитоил человеческого инсулина, B28-N^ε-миpиcтoил Lys^B29Pro^В29 человеческого инсулина, B28-N^ε-пальмитоил Lys^B29Pro^В29 человеческого инсулина, B30-N^ε-миристоил Thr^В29Lys^В29 человеческого инсулина, B30-N^ε-пальмитоил Thr^В29Lys^В30 человеческого инсулина, B29-N^ε-(N-пальмитоил-γ-глутамил)-дез (В30) человеческого инсулина, B29-N^ε-(N-литохолил-γ-глутамил)-дез(В30) человеческого инсулина, B29-N^ε-(ω-карбоксигептадеканоил)-дез (B30) человеческого инсулина и B29-N^ε-(ω-карбоксигептадеканоил) человеческого инсулина, более предпочтительно Lys^В28(N-ε ацилированный) дез(В30) человеческий инсулин.

Производные инсулины имеют пролонгированное начало действия и могут поэтому компенсировать очень быстрое увеличение инсулина в плазме, обычно связанное с легочной доставкой. При тщательном отборе типа инсулина настоящее изобретение дает возможность регулировать хронометрирование и получить требуемый биологический ответ в пределах определенного промежутка времени.

Чтобы избежать раздражения легких и устранить иммунологические реакции, используемый инсулин предпочтительно является инсулином, который был подвергнут очистке с помощью хроматографии, такой как МС инсулин (Novo), однопиковый инсулин (E.Lilly) и RI инсулин (Nordisk).

В предпочтительном варианте осуществления не содержащие цинк кристаллы инсулина согласно данному изобретению дополнительно включают стабилизирующее количество фенольного соединения, предпочтительно м-крезол или фенол, как смесь этих соединений.

Кроме того, настоящее изобретение относится к терапевтическому составу порошка, пригодному для легочного применения, включающему не содержащие цинк кристаллы, описанные выше.

В предпочтительном варианте осуществления этот терапевтический состав порошка дополнительно включает усилитель, который повышает абсорбцию (всасывание) инсулина в нижних дыхательных путях.

Предпочтительно усилитель представляет собой поверхностно-активное вещество, предпочтительно выбранное из группы, состоящей из солей жирных кислот, желчных солей или фосфолипидов, более предпочтительна желчная соль.

Предпочтительными солями жирных кислот являются соли C_10-14 жирных кислот, такие как капрат натрия, лаурат натрия и миристат натрия. Лизофосфатидилхолин является предпочтительным фосфолипидом.

Предпочтительными солями желчных кислот являются урсодезоксихолатные, таурохолатные, гликохолатные и тауродигидрофузидатные соли. Еще более предпочтительными являются предлагаемые препаративные формы в виде порошка, где усилитель представляет таурохолатную соль, предпочтительно таурохолат натрия.

Молярное отношение инсулина к усилителю в препаративной форме в виде порошка настоящего изобретения предпочтительно составляет от 9:1 до 1:9, более предпочтительно от 5:1 до 1:5, и еще более предпочтительно от 3:1 до 1:3.

Составы порошка настоящего изобретения могут быть необязательно комбинированы с носителем или наполнителем, общепринятым в качестве пригодного для легочного введения. Цель добавления носителя или наполнителя может заключаться во введении наполнителя (разбавителя), стабилизирующего средства или средства, улучшающего свойства текучести.

Подходящие носители включают
1) углероды, например моносахариды, такие как фруктоза, галактоза, глюкоза, сорбоза, и т.п.;
2) дисахариды, такие как лактоза, трегалоза и т.п.;
3) полисахариды, такие как раффиноза, мальтодекстрины, декстраны, и т.п. ;
4) альдиты, такие как маннит, ксилит, и т.п.;
5) неорганические соли, такие как хлорид натрия и т.п.;
6) органические соли, такие как цитрат натрия, аскорбат натрия, и т.п.

Предпочтительная группа носителей включает трегалозу, раффинозу, маннит, сорбит, ксилит, инозит, сахарозу, хлорид натрия и цитрат натрия.

Кристаллы настоящего изобретения преимущественно получают в соответствии со следующим технологическим процессом.

a) получение раствора инсулина, имеющего рН между 7,0 и 9,5;
b) смешение указанного раствора с раствором соли щелочного металла или соли аммония; и
c) выделение образовавшихся кристаллов.

Соль щелочного металла или соль аммония предпочтительно выбирают из группы, состоящей из гидрохлорида или ацетата натрия, калия, лития или аммиака, или смеси их, более предпочтителен ацетат натрия.

Чтобы подавить растворимость образовавшихся кристаллов, раствор инсулина и/или раствор соли щелочного металла или соли аммония предпочтительно включает органический растворитель, смешивающийся с водой, в количестве от 5 до 25% (об./об.) в растворе, полученном после смешения.

Органический растворитель, смешивающийся с водой, предпочтительно выбирают из группы, состоящей из этанола, метанола, ацетона и 2-пропанола, более предпочтителен этанол.

Очень однородное распределение кристаллов по размеру и кристаллов одной и той же кристаллографической формы получают, когда два раствора смешивают в пределах периода времени менее чем 2 часа, предпочтительно менее чем 1 час, более предпочтительно менее чем 15 минут, еще более предпочтительно менее чем 5 минут.

Способ кристаллизации, с помощью которого непосредственно получают однородные по размеру небольшие не содержащие цинк кристаллы без перемалывания, тонкого измельчения, просеивания и других стадий, генерирующих пыль, является предпочтительным из известных из уровня техники на сегодняшний день для получения порошка инсулина для ингаляции.

Концентрация инсулина после смешения предпочтительно составляет от 0,5% до 10%, более предпочтительно от 0,5% до 5%, еще более предпочтительно от 0,5% до 2%.

Концентрация соли после смешения предпочтительно составляет 0,2 М до 2 М, более предпочтительно около 1 М.

Способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать стадию промывки, где полученные кристаллы промывают раствором, включающим вспомогательные вещества, подлежащие включению в конечный сухой порошок, предпочтительно усилитель и/или углевод, и необязательно включающим 5-25% спирта, предпочтительно этанола, 5-50 мМ консерванта, предпочтительно фенола, и 0,1-2 М соли, такой как ацетат натрия.

Данное изобретение иллюстрируется с помощью нижеследующих примеров, которые, однако, не следует рассматривать как ограничивающие его.

ПРИМЕР 1
Кристаллизация в 1 М ацетате натрия.

2 г Высокоочищенного человеческого инсулина растворяют в 100 мл 10 мМ трис-буфера, рН 8,0 в 20% (об./об.) этанола в воде. К этому раствору добавляют 100 мл 2 М ацетата натрия при перемешивании. Немедленно образуется осадок. Спустя 2 дня при комнатной температуре микроскопия показывает небольшие кристаллы, имеющие диаметр между 0,5 и 1 мкм. Кристаллы собирают центрифугированием при -10^oС, промывают один раз 20 мл ледяного раствора 10% этанола (об. /об.) в воде, выделяют центрифугированием и сушат путем лиофилизации. Полученные кристаллы представлены на чертеже.

ПРИМЕР 2
Кристаллизация в присутствии натриевой соли таурохолевой кислоты
10 мг Человеческого инсулина и 5 мг натриевой соли таурохолевой кислоты растворяют в 500 мкл 10 мМ трис-буфера, рН 8,0 в 20% (об./об.) этанола в воде. К этому раствору добавляют 500 мкл 2 М ацетата натрия. Микроскопия через 1 час и через 24 часа показывает кристаллы идентичного внешнего вида, т.е. кристаллы однородные по размеру, имеющие диаметр между 0,5 и 1 мкм. Кристаллы промывают три раза 100 мкл 10% (об./об.) этанола в воде при -10^oС и сушат в вакууме. ВЭЖХ кристаллов показывает, что промывные воды удаляют натриевую соль таурохолевой кислоты из кристаллов инсулина.

ПРИМЕР 3
Кристаллизация в присутствии Твин 80, соли бис (2-этилгексил) сульфосукцинат натрия, хитозана, L-α -лизофосфатидилхолин миристоил и полиоксиэтилен сорбитан монолаурата.

Кристаллизацию осуществляют, как описано в примере 2, за исключением того, что натриевую соль таурохолевой кислоты заменяют на 0,6% (маc./об.) Твин 80, 0,56% (маc. /об.) натриевой соли бис(2-этилгексил)сульфоянтарной кислоты, 0,32% (маc./об.) хитозана, 0,52% (маc./об.) L-α-лиэофосфатидилхолин миристоил, и 1% (маc./об.) монолаурата полиоксиэтиленсорбитана соответственно. Все пять примеров приводят к получению однородных по размеру кристаллов, имеющих диаметры между 0,5 и 1 мкм.

ПРИМЕР 4
Кристаллизция в 10% (об./об.) этаноле.

Кристаллизацию осуществляют в 10% (об./об.) этаноле, как описано в примере 1, используя 4 комбинации рН и концентрации ацетата натрия:
4.1: рН 7,5 и 1 М ацетат натрия
4.2: рН 7,5 и 1,5 М ацетат натрия
4.3: рН 9,0 и 1 М ацетат натрия
4.4: рН 9,0 и 1,5 М ацетат натрия
Все 4 комбинации дают однородные по размеру кристаллы, имеющие диаметры между 0,5 и 1 мкм.

ПРИМЕР 5
Кристаллизация в 15% (об./об.) этаноле.

Кристаллизацию осуществляют в 15% (об./об.) этаноле, используя 6 комбинаций рН и концентрации ацетата натрия:
5.1: рН 7,5 и 1 М ацетат натрия
5.2: рН 7,5 и 1,5 М ацетат натрия
5.3: рН 7,5 и 2 М ацетат натрия
5.4: рН 9,0 и 1 М ацетат натрия
5.5: рН 9,0 и 1,5 М ацетат натрия
5.6: рН 9,0 и 2 М ацетат натрия
Все 6 комбинаций дают однородные по размеру кристаллы, имеющие диаметры между 0,5 и 1 мкм.

ПРИМЕР 6
Кристаллизация в 20% (об./об.) этаноле
Кристаллизацию осуществляют в 20% (об./об.)этаноле, используя 4 комбинации рН и концентрации ацетата натрия:
6.1: рН 7,5 и 1 М ацетат натрия
6.2: рН 7,5 и 1,5 М ацетат натрия
6.3: рН 7,5 и 2 М ацетат натрия
6.4: рН 9,0 и 1 М ацетат натрия
Все 4 комбинации дают однородные по размеру кристаллы, имеющие диаметры между 0,5 и 1 мкм.

ПРИМЕР 7
Кристаллизация при рН 7,5, 8,0, 8,5 и 9,0 в 20% этаноле (об./об.), используя медленное добавление ацетата натрия.

Кристаллизацию осуществляют, используя растворы, описанные в примере 1, за исключением того, что 2 М ацетата натрия растворяют в 20% (об./об.) этанола в воде. рН растворов инсулина доводят до 7,5, 8,0, 8,5 и 9,0 соответственно. Раствор ацетата натрия дополняют 12 аликвотами на протяжении 2 часов, используя 10 минут между добавлениями. При всех 4 значениях рН получают однородные по размеру кристаллы, имеющие диаметры между 0,5 и 1 мкм.

ПРИМЕР 8
Кристаллизация Lys^B29 (ε -миристоил)дез(В30) человеческого инсулина в присутствии натриевой соли таурохолевой кислоты.

10 мг Lys^B29 (ε -миристоил)дез(В30) человеческого инсулина и 5 мг натриевой соли таурохолевой кислоты растворяют в 500 мкл 10 мМ трис-буфера, рН 8,0 в 20% (об./об.) этанола в воде. К этому раствору добавляют 500 мкл 2 М ацетата натрия. Микроскопия через 1 час и через 24 часа показывает кристаллы идентичного внешнего вида, т.е. кристаллы, однородные по размеру, имеющие диаметры между 0,5 и 1 мкм. Кристаллы промывают один раз 300 мкл 10% (об. /об. ) этанола в воде при -10^oС и сушат в вакууме. ВЭЖХ кристаллов показывает, что промывные воды удаляют натриевую соль таурохолевой кислоты из кристаллов Lys^B29(ε-миристоил)дез(В30) человеческого инсулина.

Реферат

Изобретение относится к не содержащим цинк кристаллам инсулина, имеющим диаметр меньше 10 мкм, пригодным для введения через легкие. Порошок инсулина по изобретению имеет пониженную тенденцию ассоциировать в агрегаты в сухом порошке и является более стабильным при легочной доставке. Описаны также терапевтическая препаративная форма для лечения сахарного диабета, а также способ получения не содержащих цинк кристаллов инсулина по изобретению. 3 с. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула