Композиция хитозана - RU2605266C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к композиции хитозана и, в частности, к поперечносшитому хитозановому гидрогелю, содержащему диспергированную жидкость.

Коллоидные системы, в которых одно вещество равномерно диспергировано в другом, находят множество технических применений. Дисперсии и эмульсии являются примерами коллоидных систем. Дисперсия определяется как система, в которой частицы диспергированы в непрерывной фазе различного состава или состояния. Эмульсия представляет собой коллоидную систему, в которой как дисперсная фаза, так и непрерывная фаза являются жидкостями. Эмульсии типа масло-в-воде (М/В) содержат капли масла, диспергированные в водной непрерывной фазе, в то время как эмульсии типа вода-в-масле (В/М) содержат капли жидкости, диспергированные в непрерывной фазе, которая является органической жидкостью. Более сложные системы, такие как капли масла, содержащиеся в водных каплях, диспергированные в непрерывной масляной фазе (М/В/М), также известны.

Эмульсии термодинамически неустойчивы, что означает, что для предотвращения агрегации или слияния дисперсной фазы необходима стабилизация. Поэтому используют эмульгаторы для повышения коллоидной стабильности эмульсий. Эмульгаторы являются поверхностно-активными веществами, которые адсорбируются на границе раздела фаз между дисперсной фазой и непрерывной фазой, снижая поверхностное натяжение. Эмульгаторы стабилизируют эмульсии за счет уменьшения скорости агрегации и/или слияния дисперсной фазы. Многие различные типы эмульгаторов известны, но существующие эмульгаторы имеют ряд недостатков. Например, широко используемые эмульгаторы, как известно, имеют низкую биологическую разлагаемость, что означает, что они накапливаются при высвобождении в окружающую среду, что может привести к загрязнению. В частности, некоторые эмульгаторы, как известно, являются токсичными для обитателей моря.

Вследствие термодинамической неустойчивости эмульсий отделение жидких фаз может произойти, если эмульсии хранят в течение длительных периодов времени. Дополнительно многие эмульсии чувствительны к воздействиям окружающей среды, таким как сдвигающие усилия и изменения температуры. Это означает, что упаковка, хранение и транспортировка эмульсий для коммерческого использования может быть проблематичной. Несмотря на эти недостатки эмульсии находят применение во многих отраслях промышленности, таких как фармацевтическая, косметическая, пищевая, агрохимическая, нефтяная, машиностроительная, текстильная и бумажная, а также продукты бытовой промышленности и продукты личной гигиены. Во многих из этих отраслей существует текущая необходимость в более стабильных эмульсиях.

В фармацевтическом секторе разработка нерастворимых в воде лекарственных средств представляет для ученых в этой области техники значительные трудности. Для того чтобы улучшить растворимость in vivo и, следовательно, улучшить биодоступность препарата, нерастворимые в воде препараты часто обеспечивают в водной среде вместе с поверхностно-активными веществами или агентами доставки на основе наночастиц. Противораковое лекарственное средство паклитаксел, например, в настоящее время представлено в виде концентрированного раствора в Cremophor EL (макроголглицерин рицинолеат) и этаноле. В данной конкретной системе доставки воду первоначально избегают, так как паклитаксел чувствителен к воде, в которой он медленно гидролизуется. Затем раствор разбавляют водным физиологическим раствором, например раствором Рингера, перед инфузией. Использование Cremophor EL было связано с побочными эффектами, такими как тяжелые анафилактоидные реакции гиперчувствительности.

Поэтому остается необходимость в данной области техники в композициях, которые преодолеют описанные выше недостатки.

Соответственно, данное изобретение обеспечивает композицию, содержащую: (i) гидрогель хитозана, содержащий поперечносшитый хитозан; и (ii) жидкость, диспергированную в гидрогеле.

Данное изобретение также представляет способ изготовления композиции в соответствии с данным изобретением, где способ включает: обеспечение поперечносшитой композиции хитозана, содержащей хитозан и воду; диспергирование жидкости в поперечносшиваемой композиции хитозана; и поперечную сшивку хитозана агентом поперечной сшивки с образованием гидрогеля.

Таким образом, данное изобретение обеспечивает гидрогели хитозана, которые могут быть использованы для обеспечения более стабильных коллоидных систем.

Данное изобретение будет теперь описано со ссылкой на прилагающиеся чертежи, в которых:

Фиг.1 демонстрирует фотографию эмульсий в соответствии с данным изобретением и сравнительных эмульсий после отстаивания в течение 30 минут;

Фиг.2 демонстрирует фотографию эмульсий после отстаивания в течение 22 часов; и

Фиг.3 демонстрирует фотографию эмульсий после отстаивания в течение 6 дней.

Композиция в соответствии с данным изобретением содержит жидкость, диспергированную в гидрогеле. Это означает, что не смешивающиеся с водой капли жидкости распределены в мелкодисперсном состоянии по всему гидрогелю. Композиции, согласно данному изобретению, следовательно, являются аналогами эмульсий, где капельки жидкости диспергированы в непрерывной фазе гидрогеля хитозана. Под гидрогелем следует понимать коллоидный гель, в котором вода является дисперсионной средой

Повышенная стабильность композиции согласно данному изобретению позволяет композициям храниться в течение длительных периодов времени. Кроме того, считают, что низкие концентрации эмульгатора могут быть использованы для создания стабильной эмульсии. Хотя и не желая быть связанными теорией, считается, что поперечносшитый хитозан, представленный в гидрогеле, производит структуры клеточного типа вокруг диспергированных капелек жидкости, что помогает предотвратить агрегацию или слияние диспергированного материала.

Хитозан является линейным полисахаридом, состоящим из 1,4-бета-связанных D-глюкозаминовых и N-ацетил-D-глюкозаминовых остатков. Хитозан получают путем щелочного деацетилирования хитина, который является полимером N-ацетил-D-глюкозамина, найденного в панцирях ракообразных. Хитозан с высокой молекулярной массой и/или высокой степенью N-деацетилирования практически нерастворим в воде, однако его соли с одноосновными кислотами имеют тенденцию к растворимости в воде. Средняя рКа глюкозаминовых остатков составляет около 6,8 и полимер образует растворимые в воде соли, например, с HCl, уксусной кислотой и гликолевой кислотой.

Хитозан является биоразлагаемым, нетоксичным и антимикробным. Кроме того, его катионная и гидрофильная природа делает его привлекательным в фармацевтических препаратах

Хитозан характеризуется молекулярной массой и степенью деацетилирования. Хитозаны различной молекулярной массы и степени деацетилирования могут быть изготовлены путем изменения условий щелочной обработки хитина. Коммерчески хитозаны характеризуются вязкостью и данной средней молекулярной массой. Коммерчески доступные хитозаны обычно имеют молекулярную массу в диапазоне от 4 до 2000 кДа и среднюю степень деацетилирования от 66 до 95%.

Хитозан является полидисперсным по природе, т.е. содержит смесь цепей различной длины. Хитозан, который используют в соответствии с данным изобретением, предпочтительно имеет вязкость до 15000 мПа перед поперечной сшивкой, предпочтительно - от 2 до 10000 мПа, более предпочтительно - от 5 до 2000 мПа и наиболее предпочтительно - от 10 до 1000 мПа, при измерении как 1% масса/объем раствора в 1% водном растворе уксусной кислоты при температуре 25°С с использованием вращающегося вискозиметра при вращении шпинделя 20 оборотов/мин. Вязкость раствора является показателем средней молекулярной массы хитозана, с пониманием того, что хитозан является полимерным материалом, имеющим распределение молекул различной длины цепи. Хитозан предпочтительно имеет средневзвешенную молекулярную массу от 10 до 500 кДа. Средневзвешенная молекулярная масса может быть определена с помощью методов рассеяния света.

Характер деацетилирования хитозана также имеет важное значение для его свойств. Коммерчески доступный хитозан, как правило, имеет блочную структуру, что означает, что хитозан включает блоки N-ацетил-D-глюкозаминовых остатков или блоки хитинообразного полимера. Все потому, что хитин, как правило, выделяют в твердофазном процессе из панцирей ракообразных. В таких процессах, в которых панцири остаются нерастворенными на протяжении всего процесса, панцири обрабатывают сильной щелочью с изготовлением частично деацетилированного хитозана. Однако поскольку хитин первоначально находится в виде панциря ракообразных, гидроксид-ионы щелочи имеют тенденцию действовать преимущественно на моносахаридные единицы на поверхности панциря; моносахаридные единицы в центре относительно толстого панциря не имеют тенденции к обнаружению гидроксид-ионов и, следовательно, сохраняют характер N-ацетильного замещения.

Растворимость хитозана зависит от длины цепи хитозана, степени деацетилирования, распределения ацетильной группы в цепях и внешних условий, таких как ионная сила, pH, температура и растворитель. В сущности большинство коммерчески доступных немодифицированных хитозанов имеют степень деацетилирования более 80% и не растворяются в водном растворе при pH выше приблизительно 6: выше этого pH они осаждаются из водных растворов.

Если гидрогель является целевым продуктом, то существенно, чтобы хитозан и поперечносшитое производное оставались в растворе и чтобы избегалось их осаждение.

Гидрогели хитозана для использования в данном изобретении могут быть получены с помощью известных способов поперечной сшивки хитозана. В этих способах гидрогели хитозана получают путем солюбилизации хитозана в водном растворе и поперечной сшивки хитозана. Таким образом, коммерчески доступный хитозан поперечно сшит в водном растворе при pH, при котором хитозан является растворимым, как правило, в кислотном растворе, например, pH 4-5. Эти гидрогели являются стабильными при низком pH (pH 5 или меньше) и поэтому полезны в композициях в соответствии с данным изобретением, если низкое pH является обязательным для любого конкретного целевого применения.

Предпочтительно гидрогель хитозана в соответствии с данным изобретением получают из хитозана, имеющего степень диацетилирования 75% или менее, более предпочтительно - 70% или менее, более предпочтительно - 65% или менее, более предпочтительно - 60% или менее и наиболее предпочтительно - 55% или менее. Хитин полностью нерастворим в воде и становится в некоторой степени растворимым, если степень диацетилирования составляет 30% или более. Хитозан в соответствии с данным изобретением, таким образом, предпочтительно имеет степень диацетилирования выше 35%, предпочтительно имеет степень диацетилирования выше 40% и наиболее предпочтительно - степень диацетилирования выше 45%.

Несмотря на то что хитозан, который используют для получения гидрогеля в соответствии с данным изобретением, может иметь блокирующий характер деацетилирования, преимущественно хитозан, который используют для получения гидрогеля в соответствии с данным изобретением, случайным образом деацетилирован. То есть хитозан обладает случайным характером ацетилированных и деацетилированных единиц моносахарида. Одним из способов определения природы моносахаридов является определение частот ближайшего окружения с помощью ЯМР и сравнение частот, полученных статистическими моделями, см. WO 03/011912.

Хитозан, имеющий случайное деацетилирование, может быть получен путем обработки хитина в растворе в тщательно контролируемых условиях либо полного деацетилирования хитина, а затем повторного ацетилирования в растворе, чтобы обеспечить необходимую степень деацетилирования. См. Т.Sannan et al Makromol. Chem. 177, 3589-3600, 1976; X.F.Guo et al, Journal of Carbohydrate Chemistry 2002, 21, 149-61; и К.М.Varum et al Carbohydrate Polymers 25, 1994, 65-70. Хитозан в соответствии с данным изобретением преимущественно может быть изготовлен ацетилированием и/или деацетилированием хитозана в фазе раствора с обеспечением случайного характера деацетилирования.

Преимущественно хитозан, который используют для производства гидрогеля, в соответствии с данным изобретением, имеет степень деацетилирования 75% или менее и имеет случайное деацетилирование.

Хитозан, имеющий степень деацетилирования ниже 75% и имеющий случайное деацетилирование, имеет более высокую растворимость в воде по сравнению с типичными коммерчески доступными хитозанами. Хитозаны с низким деацетилированием/случайным деацетилированием растворимы при более высоком pH, что означает, что реакции поперечного сшивания для получения гидрогеля могут иметь место при более высоком pH. Преимуществ этого несколько. Возможность использовать более высокое pH является полезной в плане значительного увеличения реакционной способности аминогрупп с остатками глюкозамина. Это делает соединения более эффективными и позволяет использовать значительно более низкие концентрации поперечносшивающих реагентов для достижения определенной степени поперечной сшивки, что приводит к низкой стоимости производства. Еще одним преимуществом является то, что побочные реакции сохраняются на низком уровне. Другим полезным и важным аспектом использования низкой концентрации поперечносшивающего агента является то, что, когда образованные гидрогели предназначены для медицинского применения, токсические побочные эффекты в результате взаимодействия поперечносшивающего агента и его биологической среды могут быть сведены к минимуму.

Несмотря на то что поперечное сшивание хитозана, имеющего степень деацетилирования ниже 75% и имеющего случайное деацетилирование, может быть осуществлено при кислом pH, например pH 4-5, поперечное сшивание преимущественно осуществляют при pH 6 или выше. Даже более предпочтительным является использование pH выше 6,3. Также предпочтительно использовать pH, которое в незначительной степени разрушает поперечносшивающий реагент путем гидролиза или посредством реакции элиминирования. Типичные условия реакции представляют собой щелочные условия, предпочтительно с использованием pH ниже 10, более предпочтительно - ниже 9,5 и наиболее предпочтительно - ниже 9,0. Гели, которые получают в соответствии с этим предпочтительным вариантом воплощения данного изобретения, являются особенно предпочтительными, поскольку они имеют низкую токсичность и они могут быть изготовлены, чтобы быстро разлагаться. Как упоминалось выше, гели не осаждаются при воздействии нейтральных и щелочных условий. Они также обладают жесткостью, которая позволяет дальнейшую механическую обработку, например, так называемые "разбитые гели", полезные в огромном количестве применений.

Поперечносшивающие агенты, пригодные для использования в данном изобретении, содержат по меньшей мере два реакционноспобных сайта, которые являются электрофилами, предназначенными для того, чтобы легко реагировать с аминами. Если поперечносшивающий агент имеет два реакционноспособных сайта, то он бифункционален и может, таким образом, реагировать с двумя аминогруппами, например двумя глюкозаминовыми единицами в различных хитозановых цепях. Расстояние между реакционноспособными группами может быть увеличено путем фрагмента-спейсера. Такой спейсер - часто алифатическая цепь или полиэфирный конструкт, например поли- или олигоэтиленгликоли. Преимущественно поперечносшивающий агент является би-, три- или тетрафункциональным, хотя би- или трифункциональный является предпочтительным, а бифункциональный является наиболее предпочтительным. Предпочтительно использовать бифункциональные Поперечносшивающие агенты, которые легко реагируют при pH, близких или выше рКа (примерно 6,8) глюкозаминов в полимерных цепях в реакциях с высокими выходами и в которых поперечносшивающая молекула расходуется в значительной степени. Также предпочтительно, чтобы поперечносшивающая молекула не образовывала побочных продуктов, которые должны быть удалены перед использованием. Многие поперечносшивающие агенты предназначены для элиминирования отходящей группы при взаимодействии. В таких случаях поперечносшивающие агенты, которые элиминируют нетоксичные компоненты, являются предпочтительными. Типичными примерами таких поперечносшивающих функциональных групп являются реакционноспособные эфиры, акцепторы Майкла и эпоксиды. Подходящие поперечносшивающие агенты известны и включают гликозаминогликаны, такие как гиалуроновая кислота и хондроитин сульфат (Ann. Pharm. Fr. 58 47-53, 2000), глутаральдегид (Ind. Eng. Chem. Res. 36: 3631-3638, 1997), глиоксаль (US 5489401), диэтилскварат (Macromolecules 31: 1695-1601, 1998), диэпоксиды, такие как диглицидиловый эфир (US 5770712), триполифосфат (J Appi Polym Sci 74: 1093-1107, 1999), генипин (J Polym Sci A: Polym Chem 38, 2804-2814, 2000, Biomaterials. 23, 181-191, 2002), формальдегид (J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 38, 474, 2000, Bull. Mater. Sci., 29, 233-238, 2006). Преимущественные поперечносшивающие молекулы являются сложноэфирными производными сквароновой кислоты, диэпоксидов и производных акриламидов. Наиболее предпочтительным является диэтилскварат (3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дион) и его структурно близкие родственные аналоги. Другие предпочтительные поперечносшивающие агенты представляют собой 1,4-бутандиол диглицидиловый эфир, производные акриламида и их структурно близкие родственные аналоги.

Структура гидрогеля в соответствии с данным изобретением зависит от концентрации хитозана и количества использованного поперечносшивающего реагента. Таким образом, гидрогели, имеющие более высокую вязкость, могут быть изготовлены с помощью более высокой концентрации хитозана в гидрогеле либо за счет увеличения количества поперечных связей. В общем предпочтительнее иметь более высокие концентрации хитозана и более низкие концентрации поперечносшивающего агента для достижения желаемой природы геля. Предпочтительно свести к минимуму количество использованного поперечносшивающего агента, в частности, для фармацевтического применения, так как поперечносшивающие агенты могут вызывать иммунный ответ или токсичные побочные реакции, если не полностью израсходуются.

Молярное соотношение поперечносшивающего агента и хитозана основано на количестве функциональных групп в поперечносшивающем агенте, и количество доступных аминогрупп в хитозане составляет предпочтительно 0,2:1 или менее, более предпочтительно - 0,16:1 или менее и наиболее предпочтительно - 0,1:1 или менее. Молярное соотношение основано на количестве групп, доступных для поперечной сшивки на поперечносшивающем агенте и хитозане. Для поперечносшивающего агента это будет зависеть от функциональности (би-, три-, тетрафункциональные и т.д.), а для хитозана - от доступности аминогрупп (только деацетилированные аминогруппы будут реакционноспособными). Очевидно, что количество доступных аминогрупп будет определяться степенью деацетилирования хитозана.

По контрасту с поперечносшитыми гидрогелями в соответствии с данным изобретением эмульсии типа масло-в-воде, основанные на непоперечносшитом хитозане, были предложены (см. Mun et al, Journal of Colloid and Interface Science, 2006, 296, 581-590; Laplante et al. Carbohydrate Polymers, 2005, 59, 425-434; Laplante et al. Food Hydrocolloids, 2005, 19, 721-729; и Helgason et al, Journal of Aquatic Food Product Technology, 2008, 17, 3, 216-233). Тем не менее, эти документы раскрывают другой подход. Данные документы предполагают, что для того чтобы обеспечить эффективную стабилизацию, хитозан должен адсорбироваться на поверхности стабилизированных поверхностно-активным веществом капель для образования многослойной эмульсии. Однако большая изменчивость характеристик хитозана, таких как молекулярная масса и степень деацетилирования, затрудняет достижение эффективной стабилизации таким образом. Более того, было обнаружено, что композиции в соответствии с данным изобретением, которые содержат жидкость, диспергированную в поперечносшитом гидрогеле хитозана, улучшали стабильность по сравнению с композициями, содержащими непоперечносшитый хитозан.

Хитозан преимущественно присутствует в композиции в соответствии с данным изобретением в количестве 3% по массе или менее на основе общей массы хитозана и воды в гидрогеле. Более предпочтительным является использование количества 2% по массе или менее. Предпочтительное количество хитозана - выше 0,3% по массе в расчете на общую массу хитозана и воды в гидрогеле, предпочтительно - 0,75% по массе или более. Вода может присутствовать в гидрогеле в размере до 99,7% по массе в расчете на общую массу хитозана и воды в гидрогеле. Однако во многих случаях комбинация воды и одного или более других растворителей может быть использована в зависимости от характера целевого использования образованных систем эмульсий. Примерами таких растворителей являются смешивающиеся с водой растворители, такие как спирты (например, этанол, глицерин, этиленгликоль или пропиленгликоль), полиэтилен или полипропиленгликоли, ДМСО, ацетон, ДМФ, глюкофуран, метилпирролидон, транскутол и их комбинации.

Композиции в соответствии с данным изобретением могут, необязательно, содержать материалы, которые смешиваются или растворимы в матрице гидрогеля, такие как консерванты, неорганические соли, такие как хлорид натрия, и буферы.

Композиции в соответствии с данным изобретением содержат жидкость, диспергированную в гидрогеле. В предпочтительном варианте воплощения композиция в соответствии с данным изобретением содержит растворимый в воде активный агент, который растворяется в гидрогеле. Подходящие активные агенты включают растворимые в воде лекарственные средства, витамины и косметические ингредиенты. Количество активного агента, который присутствует, будет варьироваться в зависимости от типа активного ингредиента и целевого использования, но активный ингредиент может присутствовать в количестве от 0,005 до 15% по массе, например, на основе общей массы композиции.

Подходящие жидкости не смешиваются с водой и включают любую жидкость, которая в состоянии сформировать дисперсную фазу в эмульсии типа масло-в-воде. Примеры подходящих жидкостей хорошо известны и включают не смешивающиеся с водой масла, фармацевтически активные агенты и эксципиенты, косметические ингредиенты, витамины, пищевые продукты, агрохимические активные агенты и добавки, а также ингредиенты для личной гигиены.

Было установлено, что композиции в соответствии с данным изобретением могут содержать до 50% по массе диспергированной жидкости на основе общей массы композиции и все еще оставаться стабильными. Использование поперечносшитого хитозана значительно повышает стабильность эмульсии. Это увеличение стабильности позволяет использовать высокие пропорции диспергированной жидкости. Диспергированная жидкость преимущественно присутствует в количестве от 5 до 30% по массе от общей массы композиции.

Диспергированная жидкость может содержать смесь веществ, при условии что смесь диспергируется в воде. Например, диспергированная жидкость может содержать смесь из двух или более жидкостей, которые не смешиваются с водой, или смесь не смешивающихся с водой жидких и твердых частиц, диспергированных в не смешивающейся с водой жидкости.

В одном предпочтительном варианте воплощения данного изобретения один или более нерастворимых в воде активных ингредиентов солюбилизированы в дисперсной жидкости. Согласно этому варианту воплощения данного изобретения нерастворимое в воде лекарственное вещество или витамин, например, солюбилизировано в не смешивающейся с водой жидкости, которая диспергирована в гидрогеле. Многие примеры нерастворимых в воде активных ингредиентов известны специалистам в данной области техники и включают репелленты от насекомых; красители; лекарственные средства, например цитостатики, такие как паклитаксел, противовоспалительные агенты, такие как будесонид, и иммунодепрессанты, такие как циклоспорин; и витамины, такие как витамин D и витамин А. Если композиция содержит лекарственное средство, например диспергированная жидкость должна быть фармацевтически приемлемым жидким носителем, который не смешивается с водой. Примеры включают липиды, например фосфолипиды, триацилглицерины, ди- и моноалкильные сложные эфиры глицерина и жирные кислоты, включая омега-3 жирные кислоты, такие как эйкозапентаеновая кислота (ЭПК) и докозагексаеновая кислота (ДГК). Как правило, такие масла и липиды представляют собой кунжутное масло, подсолнечное масло, оливковое масло, рапсовое масло, Миглиол® 812 (каприловый/каприновый триглицерид), парафиновое масло и ланолин.

Если композиции в соответствии с данным изобретением содержат диспергированную жидкость, эмульгатор обеспечивают в целях стабилизации капель жидкости. Любой эмульгатор, который подходит для изготовления эмульсии типа масло-в-воде, может быть использован. Эмульгаторы могут быть анионными, катионными или неионными или их комбинациями. Подходящие эмульгаторы хорошо известны специалистам в данной области техники и включают алкилсульфонаты, алкилсульфосукцинаты, фосфолипиды, такие как лецитины, протеины, полиэтиленгликоль-гидрогенизированные касторовые масла, сополимеры окиси этилена и окиси пропилена (такие как те, которые доступны под торговой маркой Pluronic®), полиэтиленоксидные эфиры жирных кислот (например, те, которые доступны под торговой маркой Myrj®), полиэтиленоксидные эфиры жирных спиртов (например, те, которые доступны под торговой маркой Брий®), сорбитановые эфиры жирных кислот (например, те, которые доступны под торговой маркой Спан®), алкилфенолэтоксилаты (например, те, которые доступны под торговой маркой Тритон®) и полиэтиленоксидные сорбитановые эфиры жирных кислот (например, те, которые доступны под торговой маркой Твин®). В предпочтительном варианте воплощения композиция в соответствии с данным изобретением дополнительно содержит фосфолипиды. Фосфолипид может преимущественно образовывать липосомальную фазу, которая стабилизируется гидрогелем хитозана.

Эмульгатор присутствует в количестве, которое подходит для стабилизации эмульсии типа масло-в-воде и может быть легко определено специалистом в данной области техники. Неожиданно было обнаружено, что композиции в соответствии с данным изобретением могут содержать относительно низкие количества эмульгатора и все еще придавать эмульсии более высокую стабильность, чем у соответствующей непоперечносшитой эмульсии. Хотя и не желая быть связанными теорией, считается, что использование поперечносшитого хитозана значительно повышает стабильность эмульсии, что позволяет снизить концентрации эмульгаторов, которые будут использоваться. Эмульгатор, таким образом, может присутствовать в композиции в соответствии с данным изобретением в количестве от 0,2 до 25% по массе, более предпочтительно - от 0,2 до 5,0% по массе в расчете на массу диспергированной жидкости.

В предпочтительных вариантах воплощения в соответствии с данным изобретением было обнаружено, что количество эмульгатора можно существенно уменьшить предоставлением композиции наивысшей стабильности соответствующей эмульсии, содержащей непоперечносшитый хитозан, в котором концентрация эмульгатора была в пять раз выше. Дополнительно могут быть изготовлены стабильные композиции с очень высоким содержанием липидов, 50%, в том числе в условиях, которые обычно считаются более строгими, например, в физиологической концентрации соли.

Как уже говорилось выше, композиции получают путем обеспечения поперечносшитой композиции хитозана, содержащей хитозан и воду; диспергирования жидкости в поперечносшиваемой композиции хитозана, и поперечной сшивки хитозана агентом поперечной сшивки с образованием гидрогеля. Считается, что поперечносшитый хитозан, обеспеченный в гидрогеле, производит структуру клеточного типа вокруг диспергированных капелек жидкости, что способствует предотвращению агрегации или слияния диспергированного вещества. В способе изготовления гидрогеля по меньшей мере некоторые из поперечных сшивок, следовательно, происходят после того, как жидкость была диспергирована в композиции поперечносшиваемого хитозана.

Жидкость для дисперсии добавляют в композицию поперечносшиваемого хитозана и перемешивают. Высокоскоростные смесители, которые подходят для использования в приготовлении эмульсий и коллоидных суспензий, могут быть использованы и они хорошо известны. Гомогенизацию под высоким давлением также широко используют для этой цели.

Поперечносшивающий агент может быть добавлен к композиции поперечносшиваемого хитозана перед, одновременно с или после жидкости для диспергирования. Преимущественно поперечносшивающий агент добавляют в композицию поперечносшиваемого хитозана перед тем, как жидкость диспергируют в композиции хитозана. Это означает, что реакция поперечной сшивки начинается перед тем, как жидкость диспергируют в композиции. Однако жидкость должна быть диспергирована в композиции хитозана перед завершением реакции поперечной сшивки. В соответствии с этим предпочтительным вариантом воплощения жидкости могут быть легко диспергированы в композиции поперечносшиваемого хитозана просто путем перемешивания магнитной мешалкой при комнатной температуре: высокоскоростной смеситель не требуется.

Поперечносшиваемый хитозан должен оставаться солюбилизированным в водной среде, в то время как происходит реакция поперечной сшивки. Как обсуждалось выше, pH может быть отрегулировано для того, чтобы хитозан оставался растворимым. Таким образом, для многих коммерчески доступных хитозанов реакция поперечной сшивки будет происходить в кислом pH, как правило, pH от 4 до 5. Тем не менее, хитозан с низкой степенью деацетилирования предпочтительного варианта воплощения в соответствии с данным изобретением может быть поперечно сшит при более высоком pH, как правило, pH от 6 до 10, предпочтительно - от 6 до 8.

Если композиция в соответствии с данным изобретением содержит вещества, которые могут смешиваться или растворяться в гидрогелевой матрице, такие как активные агенты, консерванты, неорганические соли и буферы, они могут быть легко добавлены к композиции поперечносшиваемого хитозана перед тем, как диспергировать жидкость в композиции, и перед тем, как происходит поперечная сшивка.

Если композиция в соответствии с данным изобретением содержит одно или более нерастворимых в воде активных веществ, растворенных в диспергированной жидкости, нерастворимые в воде вещества солюбилизируют в жидкости перед диспергированием жидкости в композиции поперечносшиваемого хитозана.

Гидрогель в соответствии с данным изобретением получают в виде блока, который может быть выделен без дальнейшей обработки. Гидрогель может быть обработан, чтобы обеспечить более мелкие блоки или фрагменты, с использованием традиционных методов, известных в данной области техники. Этот изготовленный в результате "разломанный гель" может быть изготовлен с различными размерами блоков/фрагментов в зависимости от целевого использования разломанного геля. Если блоки получают небольшими, они становятся инъецируемыми через тонкую иглу.

В одном варианте воплощения данного изобретения вещества могут быть добавлены в композицию после того, как композиция была переработана в разломанный гель.

Вязкость геля может быть измерена при помощи реометра, такого как прибор Bohlin Gemini VOR, используемый для измерительной ячейки геометрии типа конус-плоскость диаметром 40 мм и углом конуса 4° при 25°С.

Данное изобретение будет теперь описано со ссылкой на следующие примеры, которые не предназначены для ограничения.

Примеры

Хитозан с низкой степенью N-деацетилирования и имеющий случайный характер деацетилирования был изготовлен, главным образом, в соответствии с принципами, изложенными в: Sannan Т, Kurita К, Iwakura Y., Studies on Chitin, 1. Die Makromolekulare Chemie 1975, 0, 1191-5; Sannan Т, Kurita К, Iwakura Y.,, Studies on Chitin, 2. Makromol. Chem. 177, 3589-3600, 1976; Guo X, Kikuch, Matahira Y, Sakai K, Ogawa K., Water-soluble chitin of low deacytylaion rate, Journal of Carbohydrate Chemistry 2002, 21, 149-61; и WO 03/011912.

Материалы

Хитозан, степень деацетилирования 48%, вязкость 354 мПа (хитозан DD 48%)

Хитозан, степень деацетилирования 63%, вязкость 230 мПа (хитозан DD 63%)

Хитозан, степень деацетилирования 49%, вязкость 69 мПа (хитозан DD 49%)

Хитозан, степень деацетилирования 44%, вязкость 450 мПа (хитозан DD 44%)

PBS - фосфатно-солевой раствор

Рапсовое масло, арахисовое масло, касторовое масло, Miglyol 812 (каприловый/каприновый триглицерид) - жидкости, не смешивающиеся с водой

Полисорбат 60, Твин 20, Брий 52, Тритон Х-100, Фозал 53 МСТ - эмульгаторы

3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дион (диэтилскварат) - поперечносшивающий агент

Пропиленгликоль, ПЭГ 400, этанол - смешивающиеся с водой нетоксичные растворители

Витамин D3, эзомепразол натрий, паклитаксел, буденозид - плохо растворимые в воде активные агенты

Метил-4-гидроксибензоат, пропил-4-гидроксибензоат - водорастворимый активный агент

А. Сравнение эмульсий, изготовленных в PBS, хитозана и поперечносшитого хитозана.

Изготовление раствора хитозана 1,25% масса/объем (100 мл)

Хитозан DD 48% (1,25 г) добавляли в стакан, оснащенный мешалкой. Добавляли воду (приблизительно 80 мл) и pH регулировали путем добавления по каплям соляной кислоты (2М_водн) при постоянном перемешивании. Когда хитозан растворялся, pH доводили до 6,6 и объем доводили до 100 мл.

Изготовление раствора хитозана 0,625% масса/объем (100 мл)

К раствору хитозана, изготовленному выше (50 мл), добавляли идентичный объем воды и раствор тщательно смешивали.

Изготовление маточных растворов рапсового масла - полисорбата

Маточный раствор А:

Полисорбат 60 (2 г) перемешивали при комнатной температуре в рапсовом масле (25 г) до образования гомогенного и слегка мутного раствора.

Маточный раствор В:

Полисорбат 60 (380 мг) перемешивали при комнатной температуре в рапсовом масле (25 г) до образования прозрачного раствора.

Изготовление диэтилскваратного маточного раствора в этаноле

(3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дион) (50 мкл) растворяли в этаноле (950 мкл).

Активация раствора хитозана 3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дионом

К маточному раствору хитозана (50 мл), описанному выше, добавляли диэтилскваратный маточный раствор (315 мкл). Раствор перемешивали при комнатной температуре в течение по меньшей мере 15 минут для обеспечения эффективного смешивания перед использованием в изготовлении эмульсий.

Изготовление эмульсий, общая процедура.

Водную фазу, содержавшую PBS, хитозан или хитозан и поперечносшитый агент, тщательно перемешивали при помощи магнитной мешалки на магнитном перемешивающем устройстве. К водной фазе затем медленно добавляли маточный раствор рапсовое масло/полисорбат 60. Белая эмульсия легко образовывалась, и эмульсии перемешивали в течение приблизительно 1 минуты. Для дальнейшего обеспечения хорошего смешивания эмульсии отсасывали и впрыскивали в пипетке Пастера (приблизительно 5 раз).

Были изготовлены примеры 3, 4, 7, 8 и 10 и Сравнительные Примеры 1, 2, 5, 6 и 9, имеющие составы, показанные в Таблице 1.

После смешивания эмульсии хранят при 40°С. Растворы хитозана, содержащие поперечносшивающий агент, постепенно становятся более жесткими, и образуется гель в течение ночи. Контейнеры, содержащие поперечносшитые гели, могут быть перевернуты вверх дном, и гели не текут. Эти эмульсии также могут быть механически обработаны до "разломанных гелей», то есть небольших блоков геля, которые индивидуально разделены и имеют консистенцию геля.

Эмульсии хранят при 40°С в течение 6 дней и наблюдают разделение фаз. Эмульсии, которые образуются в PBS (Сравнительные примеры 1 и 5), были очень нестабильны, и фаза отделялась в течение нескольких минут. Остальные эмульсии не показывали никаких признаков разделения фаз через 30 минут (см. Фиг.1). Через 22 часа две из эмульсий, содержащих непоперечносшитый хитозан (Сравнительные Примеры 2 и 6), начали разделение фаз, и Сравнительный пример 9, также содержащий непоперечносшитый хитозан, имел полностью разделенные фазы (см. Фиг.2). Эмульсия Примера 10, в которой содержится низкая концентрация поперечносшитого хитозана, также имела раздел фаз через 22 часа. Эмульсии Примеров 3, 4, 7 и 8, все из которых содержали поперечносшитый хитозан, не имели раздела фаз даже после хранения при 40°С в течение 6 дней, тем не менее (см. Фиг.3).

Эмульсии Примеров 3, 4, 7 и 8 были дополнительно подвергнуты циклу замораживания-оттаивания в попытке дальнейшей дестабилизации эмульсий. Эмульсии остаются стабильными после замораживания до -18°С и оттаивания до комнатной температуры. Пример 4 имел очень маленькое количество жидкости, разделенной в верхней части фазы эмульсии.

Эмульсии Примеров 3 и 4 содержат низкую концентрацию эмульгатора, а эмульсии Примеров 4 и 8 содержат высокую концентрацию диспергированного масла. Такие эмульсии могут, таким образом, как ожидают, иметь сниженную стабильность. Как показано выше, однако, эмульсии таких примеров были неожиданно стабильными при хранении при 40°С и при последующем подвергании циклу замораживания-оттаивания.

В. Исследование различных эмульгаторов и их влияние на образование эмульсии

Изготовление раствора хитозана DD 48% 1,25% масса/массу (100 мл)

Как описано ранее.

Изготовление диэтилскваратного маточного раствора в этаноле

(3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дион) (58,6 мг) растворяли в этаноле (950 мкл).

Активация раствора хитозана 3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дионом

К маточному раствору хитозана (80 мл), изготовленному, как описано выше, добавляли диэтилскваратный маточный раствор (480 мкл). Раствор перемешивали при комнатной температуре в течение по меньшей мере 15 минут для обеспечения эффективного смешивания перед использованием в изготовлении эмульсий.

Изготовление эмульсий

Примеры 11-15, имеющие составы, показанные в Таблице 2, получали так, как описано выше. Масло и эмульгаторы предварительно смешивали перед добавлением в водную фазу.

Композиции хранили в течение ночи при 40°С. Все пробы затвердевали и образовывали визуально однородные и твердые "эмульсии". Композиции хранили при 40°С и отсутствие разделения фаз наблюдали через 9 дней.

С. Эмульсии хитозана в качестве носителей лекарственных средств и эмульсии, образованные в условиях солевых растворов

Изготовление раствора хитозана (1,38 масса/массу) (64 мл)

Хитозан DD 63% (882 мг) растворяли путем добавления по каплям 2М HCl при постоянном перемешивании. pH доводили до 6,8 и объем доводили до 64 мл.

Изготовление диэтилскваратного маточного раствора в этаноле

(3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дион) (57 мг) растворяли в этаноле (950 мкл).

Изготовление маточного раствора рапсового масла - полисорбата

Маточный раствор А:

Полисорбат 60 (2 г) перемешивали при комнатной температуре в рапсовом масле (25 г) до образования гомогенного и слегка мутного раствора.

Изготовление эмульсий

Примеры 15-19, имеющие составы, показанные в Таблице 3, получали так, как описано выше. Гидрофобные лекарственные средства/витамины растворяли/предварительно смешивали в их соответствующих гидрофобных фазах, перед тем как их добавляли к раствору активированного хитозана. В Примере 19 в данной заявке ниже NaCl растворяли в хитозансодержащей фазе перед добавлением гидрофобной фазы.

Композиции хранили всю ночь при 40°С. Все композиции затвердевали и образовывали визуально гомогенные и твердые "эмульсии".

D. Эмульсии хитозана в качестве носителей лекарственных средств, витаминов и консервантов

Изготовление раствора хитозана (1,0 масса/массу) (80 мл)

Хитозан DD 49% (800 мг) растворяли путем добавления по каплям 2М HCl при постоянном перемешивании. pH доводили до 6,7 и объем доводили до 80 мл.

Изготовление диэтилскваратного маточного раствора в этаноле

(3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дион) (58 мг) растворяли в этаноле (950 мкл).

Активация раствора хитозана 3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дионом

К 30 мл раствора хитозана, описанного выше, добавляли диэтилскваратный маточный раствор (157 мкл). Раствор перемешивали при комнатной температуре в течение по меньшей мере 15 минут для обеспечения эффективного смешивания перед использованием в изготовлении эмульсий.

Изготовление маточного раствора рапсового масла - полисорбата

Полисорбат 60 (2 г) перемешивали при комнатной температуре в рапсовом масле (25 г) до образования гомогенного и слегка мутного раствора.

Изготовление маточного раствора витамина D3

Витамин D3 (5,7 мг) растворяли в Миглиол 812 (2,97 г)

Изготовление маточного раствора эзомепразола

Na-эзомепразол (43,5 мг) и 2 М HCl (1,0 эквив., 63 мкл) добавляли к перемешанному раствору Фозаля 53 МСТ (1,6 г) и Миглиола 812 (1,8 г). Желтая жидкая фаза постепенно становилась более красной по мере растворения омепразола и имела цвет темного красного вина, когда вещество было полностью растворено.

Изготовление эмульсий

Примеры 20-22, имеющие составы, описанные в Таблице 4, были изготовлены так, как описано здесь выше. Гидрофобные лекарственные средства/витамины растворяли/предварительно смешивали в их соответствующих гидрофобных фазах перед добавлением в раствор активированного хитозана. В Примере 22 ниже метил-4-гидроксибензоат и пропил-4-гидроксибензоат растворяли в хитозансодержащей фазе перед добавлением гидрофобной фазы.

Е. Хитозановые эмульсии, изготовленные при помощи гомогенизации высокого давления и последующее исследование их физической стабильности в условиях напряжения

Коммерчески доступные масла, эмульгаторы и другие химические вещества использовали без дополнительной очистки. Дистиллированную воду использовали во всех препаратах. Соевое масло и масло триглицеридов средней цепи (МСТ) были использованы в качестве модельных масел.

Следующие фосфолипиды от Lipoid AG, Switzerland, использовали в качестве эмульгаторов:

Lipoid E80 (партия 1032632-03/908) - из яичного желтка, 80-85% фосфатидилхолин, 7-9% фосфатидилэтаноламин

Lipoid E PC S (партия 108064-03/175) - из яичного желтка, 99% фосфатидилхолин, насыщенный

Lipoid S75 (партия 776137-06/904) - из яичного желтка, 71% фосфатидилхолин

Lipoid S PC (партия 792036-01/948) - из яичного желтка, 99% фосфатидилхолин

Соевое масло было получено от Sigma (S7382; партия MKBB7610V), и МСТ масло было предоставлено Apoteket (Миглиол 812, партия А011335). Ко всем смесям эмульгатора и масла было добавлено несколько капель жирорастворимого красителя, масло red О, от Sigma (О0625, партия 039К1466). Это помогло визуализации любой потенциальной физической нестабильности, в частности ранней тенденции к разделу фаз, т.е. агрегации и расслаивания эмульсии, конечных эмульсий.

Раствор Viscosan был изготовлен путем добавления по каплям 2 М HCl (водн.) при постоянном помешивании, чтобы хитозан (DD 44%) (31,25 г) суспендировался в воде (2,5 л). При растворении хитозана pH доводили до 6,6 добавлением 1 М NaOH (водн.) и объем доводили водой до изготовления конечной концентрации 1,25% (масса/массу) хитозана в воде.

Эмульгатор был добавлен в масло, и смесь была нагрета до 70°С и смешана с помощью вихревого миксера до однородной дисперсии. Смесь масла и раствора Viscosan были предварительно нагреты на водяной бане до 60°С. Водную фазу добавляли к масляной смеси при высоких скоростях сдвига смешивания с использованием Ultra-Turrax мешалки с большими сдвиговыми усилиями (IKA, Germany) при 9000 оборотов в минуту в течение 3-4 мин.

Предварительную эмульсию (300 мл) гомогенизировали при 4/40 МПа (40/400 бар) с помощью Panda 1K лабораторного гомогенизатора высокого давления (Niro Soavi, Italy) в течение 2 мин (что соответствует примерно 2-3 циклам).

Конечную эмульсию переносили в 50 мл пластиковые пробирки (Falcon), по 30 мл в каждую пробирку. Поперечную сшивку производили путем добавления 73 мкл диэтилскварата (3,4-диэтокси-3-циклобутен-1,2-дион; Acros, партия А0272633), разбавленного 1:10 в этаноле, и путем встряхивания в течение приблизительно 15 с.

Физическую стабильность эмульсий изучали в условиях напряжения, т.е. после хранения при повышенной температуре (40°С) в нескольких моментах времени в течение до 43 дней. В некоторых случаях за этим последовали три цикла замораживания-оттаивания, где каждый цикл включал замораживание при температуре -18°С и оттаивание при комнатной температуре. Каждую пробу визуально осматривали и фотографировали.

В качестве ссылок, соответствующие эмульсии получали с чистой водой и без поперечной сшивки раствора хитозана, соответственно.

Были изготовлены следующие эмульсии типа масло-в-воде (размер партии 300 г):

Пример 23

Пример 24

Пример 25

Пример 26

Пример 27

Неожиданно, после 43 дней хранения при 40°С ни одна из эмульсий не показала заметных признаков раздела фаз. Соответствующие эмульсии, которые получали с использованием чистой воды или раствора Viscosan, т.е. раствор хитозана не подвергали поперечной сшивке, были менее стабильными, что приводило к сильной агрегации и/или слиянию и последующему разделению на две макроскопические жидкие фазы, что являлось ожидаемым поведением обычных эмульсий типа масло-в-воде, которые хранят при таких жестких условиях. Две из сравнительных эмульсий с водой были немного более стабильными - сравнительная эмульсия Примера 26, которая имела небольшую тенденцию к разделу фаз, и сравнительная эмульсия Примера 27, которая была стабильной через 43 дня. Однако через два цикла замораживания-оттаивания эти сравнительные эмульсии имели разделенные фазы.

Гели в соответствии с Примерами 23 и 25 механически обрабатывали с изготовлением фрагментов размера приблизительно 35 мкм.

Гели в соответствии с Примером 23 подвергали стерилизации в автоклаве при 121°С в течение 21 минуты без изменений внешнего вида или характеристик

Реферат

Данное изобретение представляет композицию, содержащую: (1) гидрогель хитозана, содержащий поперечносшитый хитозан и воду; и (2) не смешивающееся с водой масло, диспергированное в гидрогеле, в количестве от 10 до 50% по массе и (3) эмульгатор, подходящий для получения эмульсии типа масло-в-воде и выбранный из неионных поверхностно-активных веществ и фосфолипидов. Технический результат, достигаемый заявленной эмульсионной композицией хитозана, заключается в предотвращении агрегации и/или слияния диспергированного в поперечносшитом хитозане материала. 9 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл., 27 пр.

Формула