专利名称：用于可控释放给药的,含分子量降低的支链淀粉基纯化淀粉的可生物降解微粒的制作方法
技术领域：
本发明属于用于生物活性物质给药的草本制剂领域，更准确地说，用于打算肠道外施用生物活性物质(尤其是药物)的可控释放的微粒。更具体地说，本发明涉及制备这种含生物活性物质的颗粒的新方法和可以实现可控释放的新颖颗粒。发明背景很多药物必须以注射方式给药，因为它们在以例如口服、经鼻或经直肠途径等方式给药时或是会发生降解，或是不能被充分吸收。打算肠道外使用的药物必须满足许多要求才能被管理机构批准用于人类。它必须是生物相容的和可生物降解的，而且所用的物质及其降解产物必须都是无毒的。此外，打算注射的颗粒状药物必须小得足以通过注射针头，这意味着它们应小于200μm。在制备或贮存期间或服用后，制剂中的药物不应有任何显著的降解，而且应该以生物活性形式和可重复的动力学方式释放。
一类符合生物相容性和生物降解成无害终产物的要求的聚合物是基于乳酸、羟基乙酸及其混合物的线性聚酯。这些聚合物以后也称作PLGA。PLGA通过酯水解被降解成乳酸和羟基乙酸，并已显示出具有优异的生物相容性。PLGA的无害本质还可以用管理机构，包括美国食品与药物管理局，对基于这些聚合物的几种肠道外缓释制剂的批准使用来作为例证。
目前市售的基于PLGA的肠道外给药缓释产品包括DecapeptylTM(Ibsen Biotech)，Prostap SRTM(Lederle)，DecapeptylDepot(Ferring)和Zoladex(Zeneca)。这些制剂中的药物全是肽。换言之，它们由浓缩到聚合物中的氨基酸构成，该聚合物具有较低的聚合度，而且没有任何确定的三维结构。这往往使得在制备这些产品时可以使用较为严厉的条件。例如，可以采用挤压和随后减小尺寸的操作，而这些技术多半不能用于蛋白质，因为一般来说，它们不能承受这样严厉的条件。
因此，还需要有用于蛋白质的可控释放制剂。蛋白质与肽相似，也是由氨基酸组成，但其分子更大，而且大多数蛋白质就其很多性质(包括生物活性和免疫原性)而言都依赖于完全确定的三维结构。它们的三维结构比较容易被例如高温、表面诱导变性，以及在很多情形下被接触有机溶剂所破坏。在将本身是一种优异材料的PLGA用于蛋白质缓释时，一个很严重的缺点是需要用有机溶剂溶解该PLGA，其附带的危险是蛋白质的稳定性会受到危害，而且蛋白质构象的变化会引起患者的免疫反应，这会由于形成抑制性抗体而造成疗效丧失和有毒的副作用。因为要肯定地判断一种复杂的蛋白质是否在每一方面都保持其三维结构十分困难，所以避免将蛋白质暴露在可能引起构象变化的条件非常重要。
尽管在改进PLGA技术以避免在生产过程中蛋白质不稳定性这一固有问题方面作了很多努力，但在这一领域内的进展很慢，主要原因大概是大多数蛋白质的三维结构太过于灵敏，无法承受使用的制造条件和由于PLGA基质降解所形成的化学上酸性的环境。科学文献中对于制造PLGA微球时由于接触有机溶剂而产生的稳定性问题有大量描叙。作为在PLGA基质降解时形成的酸性环境的实例，近来已经表明，在直径约40μm的PLGA微球中pH值下降到1.5，这足以使很多可用于治疗的蛋白质变性或受到损害(Fu等，Visual Evidence of Acidic Environment withinDegrading Poly(lactic-co-glycolic acid)(PLGA)Microspheres，Pharmaceutical Research，Vol.17，No.1，2000，100-106)。假如微球的直径较大，由于酸性降解产物更难扩散走，而且自催化反应加强，该pH值预期会进一步下降。
目前最常用来包封水溶性物质(例如蛋白质和肽)的技术是使用多重乳状液体系。将药物溶在水或缓冲溶液中，随后与含有溶解的聚合物且与水不混溶的有机溶剂混合，结果形成以水相为内相的乳状液。为产生这种初始乳状液，常使用不同类型的乳化剂和激烈的混合。然后将该乳状液在搅拌下转移到另一种液体(通常是水)中，该液体内含有另一聚合物，例如聚乙烯醇，这样产生了水/油/水三重乳状液。随后用某种方式使微球硬化，最常用的方式是使用低沸点的有机溶剂，一般是二氯甲烷，并蒸发掉该溶剂。如果该有机溶剂不是与水完全不混溶，则可以采用连续萃取方法，向该三重乳状液中加更多的水。文献中还描述了这一通用步骤的某些变型。在某些情形，将最初的乳状液与一非水相混合，例如与硅油混合。也可以使用固体药物代替溶解的药物。
WO-A1-9013780中描述了含蛋白质的PLGA微球，其主要特点是在制备微球期间采用很低的温度，以便保护蛋白质的高生物活性。对于被包封的超氧化物歧化酶测定了活性，但只限于已经从颗粒中释放出的部分。在WO-A1-9412158中曾用这一方法制备含有人生长激素的PLGA微球，其中人生长激素是分散在含PLGA的二氯甲烷中，得到的分散体被喷雾到在一层液氮之下的冷冻的乙醇的容器中，以便使细小的液滴冻结，并在氮气中沉降到乙醇上。随后使乙醇解冻，微球开始在乙醇中沉降，二氯乙烷被萃取到乙醇中，微球被硬化。采用这一方法，可以比大多数用来在PLGA微球中包封蛋白质的其它方法更好地保持蛋白质稳定性，并且近来已有一种产品被美国的管理机构批准。然而，对于其它蛋白质仍然需要明确的证实，而且仍然存在被包封的生物活性物质在PLGA基质变性期间会暴露于很低pH的问题。
在以上的基于用PLGA包封的方法中，活性物质仍暴露于有机溶剂中，一般来说，这对于蛋白质的稳定性有害。再者，所述的乳状液方法复杂，而且在作任何放大成工业规模的尝试时多半会有问题。另外，在很多这类方法中使用的有机溶剂，许多都存在环境问题，而且它们与PLGA聚合物的高亲合性使得它们难以去除。
为了解决由于生物活性物质暴露于微球基质生物降解期间的化学上酸性的环境以及制造过程中的有机溶剂而引起的上述问题，已进行了许多努力。为了避免降解期间的酸性环境，曾试图用产生化学中性的降解产物的聚合物代替PLGA作为微球的基质，而为了避免生物活性物质与有机溶剂接触，曾试图事先制出微球，只是在已经加工和干燥后才装载生物活性物质，或是试图在制造微球期间排除或限制有机溶剂。
例如，曾经将高度支化的较低分子量淀粉(麦芽糖糊精，平均分子量约5000道尔顿)用丙烯酰基共价改性，以便将这种淀粉转化成能固化成微球的形式，所得到的聚丙烯酰基淀粉通过在以甲苯/氯仿(4∶1)作为外相的乳状液中辐射聚合，转化成颗粒形式(Characterization of Polyacryl Starch Microparticles asCarriers for Proteins and Drugs，Arturason et al，J PharmSci，73，1507-1513，1984)。蛋白质能被包封在这些微球中，但是制备条件中使生物活性物质在制备乳状液时既接触有机溶剂又受到高剪切力。所得到的微球是以酶促方式溶解，预期其pH可保持中性。由于多种原因，这样得到的微球不适合肠道外给药，尤其是反复的肠道外给药。最主要的是淀粉基质(BiodegradableMicrospheres IV.Factors Affecting the Distribution andDegradation of Polyacryl Starch Microparticles，Laakao etal，J pharm Sci 75，962-967，1986)和将淀粉分子交联的合成聚合物链的生物降解都不完全而且很慢。再者，这些微球过分地小，直径小于2μm，不适合注射到组织内持续释放，因为组织的巨噬细胞很容易吞噬它们。通过引入潜在的可生物降解的酯基将丙烯酰基结合到这种高度支化的淀粉上以便提高降解速度和降解度的试图，未能产生预期的结果，而且即使这些聚丙烯酰基淀粉微球在合理的时间范围内生物降解也太慢和很不完全(BIODEGRADABLE MICROSPHERESSome Properties of PolyacrylStarch Microparticles Prepared from Acrylic acidEsterified Starch，Laakso and sjoholm，1987(76)，pp.935-939，J Pharm sci.)。
曾经在双水相体系中制备了聚丙烯酰基葡聚糖微球(Stenekes et al，The Preparation of Dextran Microsphares in an All-AqueousSystemEffect of the Formulation Parameters on ParticleCharicteristics，Pharmaceutical Research，Vol.15，No.4，1998，557-561，and Franssen and Hennink，A novelpreparation method for polymeric microparticlee withoutusing organic solvents，Int J Pharm 168，1-7，1998)。利用这种方式，防止了生物活性物质与有机溶剂接触，但在其它方面，微球的性质与以上对聚丙烯酰基淀粉微球所述的相当，这使得它们不适合反复的肠道外给药。考虑到人类不具有特异的葡聚糖降解酶，其降解速度甚至会比聚丙烯酰基淀粉微球更慢。使用葡聚糖还有引起严重的过敏反应的危险。
曾描述过利用油作为外相，用非化学改性的淀粉制造淀粉微球(US4,713,249；Schroder，U.，Crystallized carbohydrate spheres for slow release andtargeting，Methods Enzymol，1985(112)，116-128，Schroder，U.，Crystallized carbohydrate spheres as a slow releasematrix for biologically active substances，Bio-materials5100-104，1984)。在这些情形微球是通过在丙酮中沉淀被固化，这导致生物活性物质在制造过程中既与有机溶剂接触，又使得淀粉通过物理交联固化的自然趋势无法利用。这又会产生具有内在不稳定性的微球，因为这种淀粉在重新悬浮于水中和暴露于体液中时，会力图形成这类交联。为了得到油包水的乳状液，需要使用高剪切力，所形成的微球太小，不适合肠道外持续释放。
EP 213303 A2描述了在双水相体系中利用淀粉物理交联的形成而固化的天然能力制备未作化学改性的淀粉微球，以及在这些微球中将一种物质固定，以避免生物活性物质暴露于有机溶剂中。所描述的方法与所限定的淀粉质量的组合未得到完全生物降解的颗粒。所得到的颗粒也不适合注射，特别是较长时间内的反复注射，因为所述的淀粉质量中含有太大量的外源植物蛋白。与该专利所声称的相反，现已令人吃惊地发现，如果使用比形成双水相体系所需的高得多的聚合物浓度，则可以使生物活性分子的收率和装载率显著提高，而且在得到稳定、不聚结的微球及其尺寸分布的条件方面也有优越性。所述的温度处理不能用于敏感的大分子，这同样适用于包括用乙醇或丙酮进行干燥的加工过程。
曾报道过另一种在双水相体系中制备微球的方法。在US 5981719中，将生物活性大分子与聚合物在接近该大分子的等电点的pH下混合来制备微球，并通过施加能量，优选加热，使微球稳定。制剂中的大分子(即生物活性物质)的最低份额为40％，这对于大多数用途都太高，并且造成了活性物质注射量的不确定性，因为微粒的剂量变得太低。虽然该制造方法被描述成是温和的，并且能保持所截留的生物活性物质的生物活性，但是微粒是通过加热来稳定，在给出的实施例中，在至少58℃下加热30分钟，在很多情形是在70-90℃加热相当长的时间，不能期望敏感的蛋白质能忍受这一条件，它们的生物活性依赖于三维结构，即使该蛋白质在表观上能承受这一制备过程，仍然存在蛋白质构象发生小的、但不是不重要的变化的危险。作为外相，总是使用两种组合的聚合物，通常是聚乙烯吡咯烷酮和PEG，这使得制备过程变得复杂，因为这两种物质都必须以可重复和可靠的方式从微球中洗掉。所形成的微球太小(在实施例中，引用的直径值低于0.1μm)，不适合例如皮下注射后的肠道外持久释放，因为在组织内存在的专门吞噬颗粒的巨噬细胞能容易地吞噬直至5-10μm(可能至20μm)的微球，而被吞噬的颗粒在胞内位于溶酶体中，在那里颗粒和生物活性物质均被降解，从而失去疗效。这种很小的颗粒尺寸还使微球的加工更复杂，因为不能采用期望的方法，例如过滤。这同样适用于US 5849884。
US 5 578 709和EP 0 688 429 B1描述了使用双水相体系制备大分子微粒溶液和脱水大分子经化学交联或热交联形成微粒。生物活性大分子的化学交联，无论是自身交联还是与微粒基质交联，都是完全不受欢迎的，因为这类化学改性有许多严重的缺点，例如敏感性蛋白质的生物活性降低和对新的蛋白质抗原决定簇引入免疫响应的危险，结果需要进行广泛的毒理学研究以查验产品的安全性。先前已知用戊二醛化学交联制成的微粒，一般认为它们不适合对人类肠道外反复给药。US 5 578 709中所述的微粒一般来说有对于US 5 981 719所述的同样缺点，采用了不适合敏感性蛋白质的制备条件，使其经受化学改性或有害的温度，并且其微粒尺寸分布太窄，不适合肠道外持续释放，而且使微球的制备后的处理复杂化。
WO 97/14408描述了使用空气悬浮技术制备用于肠道外给药后持续释放的微球，生物活性物质不会与有机溶剂接触。然而，该文献没有对本发明方法或据此可得到的新颖颗粒提供指导。
在US 5 470 582中，利用两步法制备了由PLGA构成的含大分子的微球，其中先用有机溶剂制备出微球本身，然后在后一步骤向已除去了有机溶剂的微球中装入大分子。这一方法得到的生物活性物质的含量太低，一般为1-2％，而且很大一部分是注射后立即释放，这通常是完全不合适的。这一太快的初始释放在1％装载量时已经很高，而当微球中的生物活性物质含量提高时还会更为显著。在PLGA基质降解时，pH会下降到敏感的大分子通常无法接受的水平。
淀粉在理论上是用于微粒的很合适的，或许是理想的基质材料，这是早就知道的事实，因为淀粉不需要溶在有机溶剂中并具有自然固化的倾向，而且因为人体内有能够将淀粉分解成内源性和中性的物质(最终是葡萄糖)的酶，还因为淀粉已显示出是非免疫原性的，这可能是由于它与内源性糖原的相似性。虽然经过认真的努力，但至今仍未报道具有能制造适合肠道外使用的微粒的性质的淀粉，和能在温和条件下制造完全生物降解的微粒的条件，这些条件使敏感的生物活性物质(例如蛋白质)得以被截留。
淀粉颗粒中天然地含有杂质，例如淀粉蛋白质，这使其不适合用于肠道外注射。在未充分纯化的淀粉无意识沉积的情形，例如在手术中很多类型的手术手套敷有稳定化的淀粉颗粒，可能会产生很严重的副作用。淀粉颗粒也内在地不适合反复的肠道外给药，因为它们在可以接受的时间间隔内不能完全生物降解。
由酸解的和纯化的淀粉制成的微球已经用于对人的肠道外给药。这类微球是在强碱性条件下用表氯醇化学交联制成的。淀粉由此获得的化学改性导致生物降解能力降低，因此，该微球可以被内源性酶(例如α-淀粉酶)完全溶解，但不能完全转化成作为终产物的葡萄糖。无论是制造方法，还是所得到的微球，都不适合用于敏感性蛋白质的固定，这种基本上以水解的直链淀粉为基础的酸解淀粉也不适合制备可完全生物降解的淀粉微球，或含有高载量生物活性物质(例如蛋白质)的淀粉微球。
羟乙基淀粉(HES)是作为血浆代用品以高剂量对人肠道外施用。HES是由得自大体上只含高度支化的支链淀粉(所谓的“含蜡玉米”)的淀粉的淀粉颗粒制备的，将其酸解以降低分子量分布，随后在碱性条件下羟乙基化，并再次酸解，达到平均分子量约为200,000道尔顿。在这之后，过滤并用丙酮萃取，进行喷雾干燥。羟乙基化的目的是延长作用的持续时间，因为未改性的支链淀粉很快就被α-淀粉酶降解，它在循环中的停留时间约为10分钟。HES不适合制备可完全生物降解的含生物活性物质的微球，因为化学改性造成了生物降解速度和完全性降低，并造成了淀粉通过形成非共价交联而固化的天然倾向的消失。再者，高度浓缩的HES溶液太粘，无法用于制造微粒。在这样高剂量使用HES确实表明了可以制备出能肠道外使用的淀粉，虽然HES不适合制备没有化学交联和不用有机溶剂沉淀的微球。
WO 99/00425描述了使用具有很宽的pH优值的耐热蛋白水解酶来清洗表面结合了蛋白质的淀粉颗粒。所得到的颗粒不适合肠道外给药，因为它们仍含有存在于颗粒内的淀粉蛋白质，而且还有在颗粒内留下所加蛋白水解酶残余物的危险。这些颗粒也不适合在双水相体系中制备可肠道外给药的淀粉微球，因为既使在淀解之后，也不具备能在足够高浓度下使用的正确的分子量分布，而且在可以得到微球的场合，它们多半不能完全生物降解。
在US 5,455,342和WO 93/21008中描述了利用剪切来调整淀粉的分子量分布，以便制备出用于生产片剂的更好的淀粉。所得到的淀粉不适合肠道外给药，因为它的淀粉蛋白质含量高，这些蛋白质在剪切后可能以变性形式存在，而且所得到的淀粉也不适合制备用于肠道外给药的可生物降解的淀粉微球，或用于在双水相体系中制备这类淀粉微球。如WO 96/10042中所述，剪切还被用来制备羟乙基淀粉。然而，由于类似的原因，这些羟乙基淀粉既不适合肠道外给药，也不适合制备上面述及的微球。
因此，极其需要一种具有以下特点的制备可肠道外给药的淀粉制剂的方法●能将敏感的生物活性物质截留在微球中并保持其生物活性；●能在生物活性物质不暴露于有机溶剂、高温或高剪切力的条件下将其截留并保持其生物活性；●使得可肠道外给药的制剂能大量承载敏感性生物活性物质；●可以制备出基本上可完全生物降解和生物相容的制剂，它们适合肠道外注射并在降解时形成化学上中性的内源性物质；●制备出粒度超过20μm，优选超过30μm的可肠道外注射的制剂，以便避免组织巨噬细胞的吞噬，并简化制备中的加工工艺；●能制备出含生物活性物质的微粒，该微粒可作为中间产物，用来制备可控、持续或延迟释放的制剂，并且能对被截留的生物活性物质的化学稳定性和生物活性进行严格的质量控制；●使用肠道外可接受的淀粉，该淀粉适合制备基本上可完全生物降解的淀粉微粒；
●一种基本上可完全生物降解和生物相容的微粒制剂，该制剂适合肠道外注射，并在降解时形成化学上中性的内源性物质；●一种含生物活性物质并具有一定的颗粒大小分布的微粒制剂，它适合用空气悬浮技术包覆，并具有足够的机械强度进行此项处理。
通过下面定义的本发明，实现了这些目标及其它目标。发明详述根据本发明的第一方面，它涉及一种制备微粒的方法。更具体地说，涉及制备含生物活性物质的微粒，该微粒计划用于对动物，尤其是人，肠道外施用该生物活性物质。所述的肠道外施用主要是指该微粒打算用于注射。
因为该微粒主要打算用于注射，所以它尤其是一个制备平均粒径为10-200μm，一般为20-100μm，特别是20-80μm的颗粒的问题。
本发明中所说的“微粒”是对于本领域已知的一定大小的颗粒的一般表示。一类微粒是基本为球形的微球，但微粒一词一般可以包括与这样一种理想的球形的偏离。与已知作法相一致，本领域已知的术语微胶囊也包括在微粒一词中。
本发明的方法更具体地包括a)制备含淀粉的淀粉水溶液，淀粉中支链淀粉的含量超过85％重量，其中该支链淀粉的分子量已被降低，使得该物质的至少80％重量处于10-10,000×103道尔顿之间，每克淀粉干重中的氨基酸氮含量少于50μg，溶液中的淀粉浓度为至少20％重量，b)将生物活性物质与淀粉溶液在一定条件下混合，结果形成该物质在淀粉溶液中的溶液、乳状液或悬浮液等形式的组合物，c)将步骤b)中得到的组合物与能形成双水相体系的聚合物水溶液混合，从而形成淀粉液滴的乳状液，该液滴在聚合物溶液的外相中含有生物活性物质作为内相，d)使步骤c)中得到的淀粉液滴藉助淀粉固化的自然倾向发生胶凝，形成淀粉颗粒，e)将该淀粉颗粒干燥，及f)任选地向干燥的淀粉颗粒施涂一个用于控制释放的生物相容和可生物降解的聚合物壳层，优选用空气悬浮法施涂。
换言之，本发明的一个重要方面是使用一定类型的淀粉作为微粒基质。在瑞典专利申请No.0003616-0中描述了一种特别合适的淀粉及其制备方法。在这种情形利用剪切实现分子量降低。在与本发明共同未决的一项标题为“淀粉”的PCT申请中公开了另一种适用的淀粉。
在后面提到的情形，分子量降低是用酸解法完成。
换言之，关于淀粉的细节可以由所述专利申请中得到，它在这方面的内容以参考文献的方式引入本文中。
这样一种淀粉的另一些重要特点将在下面说明。为了能在双水相体系中形成具有高的活性物质收率的可完全生物降解的微粒，以及得到的淀粉微粒能具有下面叙述的性质，该淀粉通常必须主要由高度支化的淀粉构成，它以自然状态位于淀粉颗粒中，被称作支链淀粉。它还应具有一定的分子量分布，使得有可能获得所要求的浓度和胶凝速度。
在这方面可以补充的是，术语“可生物降解的”意味着微粒在肠道外给药后被溶在体内，形成内源性物质，最终形成例如葡萄糖。生物降解能力能够通过在体外与合适的酶，例如α-淀粉酶，一起培养来测定或检验。在这种情形，在培养期间宜加酶若干次，以便确保在培养混合物中活性酶一直存在。生物降解能力也能够通过肠道外注射(例如皮下或肌内注射)微粒并在各个时间对组织进行组织检验来确定。
可生物降解的淀粉微粒通常在几周内，一般在一周内，从组织中消失。在淀粉微粒包覆着控制释放的壳层(例如带涂层淀粉)的情形，一般是该壳层决定了生物降解速度，而这又决定了α-淀粉酶何时可被淀粉基质利用。
生物降解能力也可以通过肠道外(例如皮下或肌内)施用微粒并对组织进行组织检验来确定，重要的是要记住，生物活性物质(经常是蛋白质)如果施用在另一物种中，自身能引发免疫防卫反应。例如，很多种重组生成的人类蛋白质能在试验动物中产生免疫响应。
淀粉还必须具有对于制造可肠道外给药的制剂合格的纯度。它还必须能在足够高的浓度形成充分稳定的溶液，以使生物活性物质能在可以保留其生物活性的条件下进行混合，同时必须能自发地以可控方式固化，以便得到稳定而又可生物降解的微粒。为了防止生物活性物质分布到外相或内相与外相之间的界面上的数量达到不可接受的程度，淀粉的高浓度也是重要的。
关于淀粉的一些优选的实施方案如下。
淀粉的纯度优选为每克淀粉干重中含至多20μg，更优选为至多10μg，最好是5μg氨基酸氮。
上述支链淀粉的分子量优选被降低，例如至少80％重量的物质的分子量处在100-4000×103道尔顿的范围，更优选为200-1000×103道尔顿，最好是300-600×103道尔顿。
此外，淀粉中上述分子量降低的支链淀粉的含量优选超过95％重量，更优选超过98％重量。当然也可以由100％重量的这种支链淀粉构成。
根据另一优选的实施方案，淀粉属于溶在水中的浓度能超过25％重量的那一类型。这通常意味着能根据本身已知的技术在水中溶解，即，通常在升温下(例如最高达约80℃)溶解。
根据另一优选的实施方案，淀粉中基本上没有在羟乙基淀粉中存在的那类共价结合的附加化学基团。这一般意味着，淀粉基本上只含有在天然淀粉中存在的那类基团，而且未以任何方式进行例如羟乙基淀粉中的那类改性。
另一项优选的实施方案涉及内毒素含量少于25EU/g的淀粉。
再一项优选的实施方案涉及每克中含有少于100个微生物，甚至常少于10个微生物的淀粉。
该淀粉可以进一步定义成，利用碱水溶液洗涤，基本上纯化除掉了定位于表面的蛋白质、类脂和内毒素，利用剪切处理降低了分子量，以及利用离子交换色谱法，优选利用阴离子交换色谱法，纯化去除了内部蛋白质。
就所有上下文中涉及的纯度而言，一般来说，“本质上”或“基本上”这类表达通常是指最少90％，例如95％、99％或99.9％。
交链淀粉构成所用淀粉的主要组分一般是指，以淀粉的干重为基础计算，其份额为60-100％重量。
在某些情形，使用较小份额，例如2-15％重量的短链直链淀粉对于调节步骤d)中的胶凝速度会有好处。该直链淀粉的平均分子量优选为2.5-70×103道尔顿，尤其是5-45×103道尔顿。关于短链直链淀粉的其它细节可以由美国专利说明书3,881,991得到。
在步骤a)的淀粉溶液的形成中，一般采用本身已知的技术加热以溶解淀粉。一项特别优选的实施方案同时涉及将淀粉在压热下溶解，它还优选地被灭菌。这一压热处理是在水溶液中，例如在注射用水或合适的缓冲液中实现的。
如果生物活性物质是一种敏感性蛋白或其它的热敏性物质，则淀粉溶液在与所述物质混合前必须先冷却到合适的温度。什么温度合适首先取决于生物活性物质的热稳定性，但是一般来说，低于约60℃，优选低于55℃的温度是合适的。
根据一项优选的实施方案，活性物质是与温度最高60℃，更优选最高55℃，最好是20-45℃，特别是30-37℃的淀粉溶液混合。
另外，对于步骤b)中的混合操作，淀粉∶生物活性物质的重量比宜在3∶1至10,000∶1的范围内，优选为3∶1至100∶1。
对于混合操作，同样是在形成步骤c)中的双水相之前，先将活性物质与淀粉溶液混合。该活性物质可以是溶解在例如缓冲液中的形式，或者是固体(无定形的或晶体)，并处在合适的温度，一般是在室温(20℃)和45℃之间，优选最高为37℃。可以将淀粉溶液加到生物活性物质中，或者是反向操作。因为适合用于这一体系的生物活性物质，例如蛋白质，一般都是大分子，所以在将大分子溶液与淀粉混合时，有可能形成一种乳状液，其中大分子一般代表内相，或是沉淀物。这是完全可以接受的，只要生物活性物质保持或不明显地丧失其生物活性。于是，通过用合适的技术进行搅拌产生了均匀的溶液、乳状液或悬浮液。这种技术是本领域所熟知的，例如磁力搅拌、叶片搅拌或者使用一种或多种静态混合器。本发明的一项特别优选的实施方案在这种情形的代表是使用叶片式搅拌。
在本发明的淀粉微粒的制备中，要将生物活性物质掺入淀粉溶液中并将溶液中的淀粉转化成固体形式，淀粉的浓度应至少为20％重量以便能形成具有良好性质的淀粉微球。实际上，在各种情形下效果最佳的淀粉浓度应该在微球中的承载物是各情形中所需物质的情况下，以简单的方式对各生物活性物质逐步增量确定。在这方面应该指出，要掺入微粒中的生物活性物质会影响两相体系和淀粉的胶凝性质，这也意味着，为了确定各个情形下的最佳条件，要进行通常的预备性试验。这些试验通常表明，淀粉浓度最好应至少为30％重量，在某些特殊情形至少为40％重量。作为最高极限，通常可用50％重量，尤其是至多45％重量。如果不使用分子量降低的高度支化的淀粉，一般不可能得到这些高淀粉浓度。
关于步骤c)中用于形成双水相体系的聚合物，单就该技术领域而言，已提到了很多种能与作为内相的淀粉形成双水相体系的聚合物。所有这些聚合物都必须被认为属于本发明的领域。然而，这方面特别合适的一种聚合物是聚乙二醇。这种聚乙二醇优选平均分子量为5-35×103道尔顿，更优选为15-25×103道尔顿，尤其是约20×103道尔顿。
将聚合物以合适的浓度溶于水或水溶液(这种说法也包括了缓冲液)，并将温度调节至合适温度。该温度优选在4至50℃的范围内，更优选为10-40℃，最好是10-37℃。水溶液中的聚合物浓度至少为20％重量，优选至少为30％重量，而更合适的是至多45％重量。特别优选的浓度范围是30-40％重量。
步骤c)中的混合操作可以以很多种不同方式进行，例如使用叶片搅拌或者至少一种静态混合器。混合通常在4-50℃、优选20-40℃、经常是在约37℃下进行。在一种间歇式方法中，可以将淀粉溶液加到聚合物溶液中，或者反过来。当使用静态混合器或掺合机的情形，操作时宜将两种溶液泵入两根分开的管道中，再并入包含掺合机的总管道。
乳状液可以利用低剪切力形成，因为与油/水或水/油乳状液不同，水/水乳状液的相间不存在高表面张力，而且在这种情形，要使液滴达到一定的大小分布要克服的主要是淀粉溶液的粘度。在大多数情形，磁力搅拌或叶片搅拌已经足够。在规模较大时，例如当要制备的微粒的量超过50g时，宜使用所谓的折流板以便在所用的容器内实现更有效的搅拌。另一种形成水/水乳状液的方法是使用至少一个静态混合器，将淀粉溶液适宜地以受控速度泵入放置了静态混合器的管道中。泵送可以用任何类型的合适的泵进行，只要它在这些条件下给出均匀的流速，不使混合物受到不必要的高剪切力，并且在纯度和不泄漏不良物质方面对于制备肠道外制剂是可接受的。在使用静态混合器产生乳状液的那些情形，在具有合适搅拌的容器中进行形成微粒的固化过程也是有利的。
本发明方法的一个优选的实施方案是在步骤c)中以至少两步将聚合物溶液加到组合物中，其中在乳状液已经生成或开始生成之后再进行混合。
当然，分成多步加入聚合物，以及改变例如所用聚合物的平均分子量和/或浓度，例如为了在需要时增加内相中的淀粉浓度，也属于本步骤c)中的混合操作还适宜在这样的条件下进行，在该条件下形成的淀粉液滴具有微粒所需要的尺寸，即，优选其平均直径在干燥状态下为10-200μm，优选20-100μm，更优选20-80μm。
在制备本发明的微粒时，重要的是要通过淀粉胶凝的自然倾向或者能力发生固化，而不是通过用有机溶剂(例如丙酮)沉淀。后一方法可能导致在很多情形是不可接受的生物活性物质与有机溶剂的接触，以及为了以可控方式得到稳定的微粒所需要的自然形成物理交联不再存在。
就微粒的固化而言，重要的是它应该在对于所掺入的生物活性物质是温和的条件下进行。换言之，主要问题是所用的温度不要损害现有的物质。在这方面，已经令人惊奇地表明，如果在固化期间使用一个以上的温度或温度水平，则更容易满足这一标准和对于形成具有合适大小分布的稳定微粒的要求。如果双水相体系内的固化过程的起始温度比固化最终阶段所用的温度较低，则特别有利。一项优选的实施方案中，在1-20℃开始固化过程，优选1-10℃，尤其是4℃左右，但在20-55℃结束，优选25-40℃，尤其是37℃左右。
对于所选择条件的正确性和适当性的证实可以由以下几方面确定淀粉微粒具有所要求的大小分布，在随后的洗涤和干燥操作中稳定，在体外完全用酶促法可基本上溶解，以及/或掺入的物质被有效的包封并保持其生物活性。最后所说的一点通常是在微粒于温和的条件下经酶促溶解之后用色谱法或用本领域已确立的方法在体外或体内检验，并且是保证敏感性生物活性物质能被健全和可靠地制备的重要因素。微粒能在温和条件下完全溶解是一个很大的优点，因为这减小了在需要有机溶剂溶解微粒时常常发现的制备诱发的人为效应物，例如在包含PLGA基质时的情形。
所形成的微粒优选以合适的方式洗涤，以便除去外相和任何多余的活性物质。这种洗涤宜用过滤方式进行，微粒的良好的机械稳定性和合适的大小分布使其成为可能。用离心方式洗涤，去掉清液并再悬浮于洗涤介质中，常常也是合适的。在每个洗涤过程中使用一种或多种合适的洗涤介质，该介质一般是含缓冲剂的水溶液。在这方面，如果需要，可以利用筛分以调节微粒的大小分布，例如除掉太小的那部分微粒和保证最终产物中没有一定尺寸以上的微粒。
微粒可以用任何适当的方式干燥，例如喷雾干燥、冷冻干燥或真空干燥。在各个情形中选择何种干燥方法常常取决于什么最适合保持被包封的生物活性物质的生物活性。工艺考虑也起作用，例如生产能力和纯度。冷冻干燥经常是优选的干燥方法，因为在正确的设计条件下，它对于被包封的生物活性物质是特别温和。所掺入的生物活性物质保持其生物活性可以用适合微粒的分析方法在该物质于温和条件下酶催溶解后确定。适合与淀粉一起使用的酶是α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶，单独使用或组合使用，重要的是要确定它们不含可能存在的能降解蛋白质的蛋白酶。蛋白酶的存在可以用本领域已知的方法检测，例如，在对照试验中将生物活性物质与打算使用的酶混合物混合，在以后准备用于溶解微粒的条件下培养后，按常用方式测定其完整性。
所用的酶可能需要纯化以除掉沾染的蛋白酶，以避免在微粒中掺入的敏感性物质，例如重组蛋白，发生人为降解。这这用本领域已知的技术进行，例如利用与合适的色谱材料结合的α2-巨球蛋白进行色谱分离。
为了调节微球的释放性质，还可以涂上一个由可生物降解和生物相容的聚合物组成的壳层或涂层。这方面的合适的聚合物实例可在先有技术，例如EP 535 937中查到，特别要提到的是乳酸和羟基乙酸的聚合物(PLGA)。所述的壳层优选用空气悬浮法施涂。在WO97/14408中描述了一种特别合适的这类技术，这方面的细节可以由该文献得到，其内容包括在本文中作为参考文献。用本发明方法得到的淀粉微粒非常适合于用空气悬浮技术包覆，所得到的包覆过的微粒特别适合肠道外给药。
在使用制得的微粒时，它们或是用或不用控制释放的外壳包覆，干燥的微粒则悬浮于合适的介质中，使得有可能用于注射。这方面的此类介质和方法是本领域所熟知的，这里不再详细说明。实际的注射可通过合适的针头或用无针注射器完成。还可以用干粉注射器注射微粒，而不必事先再悬浮于注射介质中。
除了上面已讨论的优点以外，本发明的方法还具有其它优点，即，生物活性物质的收率通常很高，可以做到微粒内生物活性物质含量很高，同时保持其生物活性；得到的微粒具有适合用于肠道外可控(例如延迟或持续)释放的大小分布，因为它们大得不能被巨噬细胞吞噬，而又小得足以经过小号针头(例如23G-25G)注射；以及微球在降解时形成内源性和中性降解产物，这意味着可以防止活性物质暴露于过低的pH值。再者，该方法本身特别适合于严格的质量控制。
本发明方法对于蛋白质、肽、多肽、聚核苷酸和多糖，或者一般来说，对于那些对有机溶剂敏感或于其中不稳定的其它药物或生物活性物质，主要是水溶性物质，尤其有用。重组形成的蛋白质是很有意义的一组生物活性物质。然而一般来说，本发明不限于这些物质的存在，因为本发明的概念适用于可以肠道外给药的任何生物活性物质。除了与敏感性或不稳定性问题有关之外，本发明在去除溶剂会很困难或者可能产生毒性或其它环境问题的情形也会特别有用。
要使用的各类生物活性物质是例如重组蛋白，糖基化的重组蛋白，聚乙二醇化的重组蛋白，生长因子，细胞因子，凝血因子，单克隆抗克，LHRH类似物及疫苗。
这些物质的具体实例是生长激素，红细胞生成素及其类似物，干扰素(α，β，γ)，凝血因子V-XIII，C蛋白，胰岛素及其衍生物，巨噬细胞集落刺激因子，粒细胞集落刺激因子，白介素，胰高血糖素样肽1或2，C-肽，瘦身蛋白，肿瘤坏死因子和表皮生长因子。
适用的非蛋白质药物类型的生物活性物质可以从下列物质中选择抗肿瘤剂，抗生素，消炎剂，抗组胺药，镇镇剂，肌肉松驰剂，抗癫痫药，抗抑郁药，抗过敏剂，支气管扩张剂，强心剂，抗心律不齐剂，血管扩张剂，抗糖尿病药，抗凝血剂，止血剂，麻醉剂和甾族化合物。
根据本发明的另一方面，它还涉及可用本发明方法得到的那类新颖微粒。然而，本发明的这种新颖微粒不限于可用所述方法制备的那些微粒，而是包括所述的各类微粒，不管其制备方法如何。
更具体地说，这些是适合以肠道外方式，优选以注射方式，向哺乳动物，尤其是向人给药的微粒，微粒中含有生物活性物质，该微粒基本上由支链淀粉含量超过85％重量的淀粉构成，其至少80％重量的平均分子量在10-1000×103道尔顿的范围，氨基酸含量少于每克干重淀粉中50μg，并且淀粉分子之间没有共价化学交联。
作为所述微粒的基础的淀粉优选是以上就本发明方法所限定的几类淀粉之一。
根据本发明微粒的一项优选的实施方案，微粒中的生物活性物质的生物活性至少是该物质掺入到淀粉中之前所显示的生物活性的80％，优选至少为90％。该生物活性最好是在微粒中基本上保留或保存。
本发明的另一优选的实施方案表现为微粒在体外于α-淀粉酶和/或淀粉葡糖苷酶存在下是可生物降解的。
另一实施方案显示出微粒是可生物降解的，在皮下或肌内给药后会从组织中消除。
一项特别优选的微粒实施方案表现出这些颗粒带有由至少一种成膜、可生物降解及生物相容的聚合物构成的控制释放的壳层。
所述聚合物优选是由α-羟基酸制成的均聚物或共聚物，该α-羟基酸优选是乳酸和/或羟基乙酸。另一种变型是α-羟基酸的环状二聚体，优选选自乙交酯和丙交酯。
这些聚合物或二聚体(例如PLGA型)在先有技术中有确切的描述，因此其进一步细节可由它们得到。
另一实施方案表现为，微球中的壳层除了该聚合物以外，还含有至少一种调节释放的物质。这种物质优选是水溶的或是水中微溶的。它优选选自乳酸，含乳酸的低聚物和羟基乙酸。
它还可有利地选自聚乙二醇(PEG)和含PEG作为嵌段之一的嵌段共聚物。
另一有意义的实施方案的代表是带有一个外层的微粒，该外层由具有防止微粒聚结的能力的至少一种水溶性物质构成。
微粒的另一优选实施方案的代表当然是利用上述的方法，一般地或以所述方法的任何优选实施方案的形式，可得到的或制得的那些微粒。
关于含活性物质的微粒的生物活性的测定，必须以适合各个生物活性物质的方式进行。在用动物试验的形式进行测定的情形，注射一定数量的掺入到淀粉微粒中的生物活性物质，这也许是在这些微粒预先在温和条件下酶促溶解之后，将生物响应与注射相应数量的同一生物活性物质的合适溶液之后的响应作比较。在体外进行比较的情形，例如在试管或在细胞培养物中比较，该生物活性物质最好是在评价前通过将淀粉微球于温和条件下酶促溶解变成可充分利用，随后测定活性并与具有相同浓度该生物活性物质的对照溶液进行比较。总之，评价应包括淀粉微球的降解产物的任何非特异性作用。
现在将参照以下的非限制性实施例解释本发明。除非另外说明，这些实施例与本文的其它部分一样，所述的百分含量是指重量百分含量。实施例1至7涉及对比试验，而实施例8至13代表本发明。
实施例实施例1a-1e-b对照试验制备淀粉微球的步骤是按照EP 213303 A2。这些对照试验的目的是显示现有技术水平。淀粉浓度通常为5％，PEG浓度为6％(平均分子量6000道尔顿)。将10g淀粉溶液倒入5g PEG溶液(温度调节至70℃)中并稳定之，同时在室温下搅拌过液。然后将该物质再悬浮于95％乙醇中，因为无法将其过滤。在各个不同阶段观察分离的微球的产生，并在可能时在回收后于体外用α-淀粉酶分析其生物降解能力。最初试图用过滤法回收微球，但因无法进行，故采用离心(Sorfvall，SS34，5分钟，10000rpm，20℃)，去掉上层清液，加入10ml 95％乙醇。
实施例1a由土豆淀粉制备淀粉微球土豆淀粉(Acros organics，Lot No.A013642301)即使在5％也形成很高粘度的透明溶液。经稳定过夜后，未形成分离的微球，而是形成一种沉淀。用95％的乙醇洗后，没有发现分离的淀粉微球，而是一种相当硬的粘性团块。
实施例1a-b制备含BSA的淀粉微球按照实施例1a制备淀粉微球，其不同在于，将蛋白质(牛血清蛋白(BSA)，20％，0.1mL)与淀粉溶液混合，然后生成双相体系。在稳定过夜后，未形成分离的微球，而是一种沉淀，在用95％乙醇洗后得到粘稠的团块，但没有分离的微球。
实施例1b
由可溶性淀粉制备淀粉微球可溶性淀粉(Baker BV-Deventer Holland，Lot No.M27602)在热至95℃时形成有些乳光的溶液。在搅拌过夜后无分离的微球形成，而是形成一种沉淀。在用95％乙醇洗后，观察不到分离的微球，而是淀粉以小砾石样的颗粒形式沉淀。经干燥后，由总计500mg淀粉中得到约4mg颗粒。在体外用α-淀粉酶培养时，约65％的淀粉基质具有抗性，不溶解。
实施例1b-b在由可溶性淀粉制备的淀粉微球中掺入BSA重复实施例Ib的方法，但是将BSA(20％，0.1ml)与淀粉溶液混合，然后产生双相体系。在稳定过夜后，形成了分离的颗粒，将其回收，随后在体外用α-淀粉酶培养，分析生物降解能力，结果是约57％的基质可溶。蛋白质收率低，不能定量测定，因为微球部分溶解后得到的浓度比HPLC方法标准曲线中的最低标准要低。
实施例1c由氧化的可溶性淀粉制备淀粉微球淀粉(Perfectamyl A3108，stadex)在热至95℃后形成透明的溶液。在稳定过夜后不形成分离的微球，而且样品中完全看不到固体物质。
实施例1c-b向由可溶性淀粉制备的微球中掺入BSA重复实施例1c的方法，只是用BSA(20％，0.1ml)与淀粉溶液混合，然后生成双相体系。在稳定化后，观察到与淀粉不相似的沉淀，在洗涤和干燥后，得到约2mg固体物质。
实施例1d由天然的高度支化淀粉(支链淀粉)制备淀粉微球。
天然的支链淀粉(Cerestar SF 04201)在热至95℃时形成透明的粘稠溶液。搅拌过夜后，观察不到分离的微球，但该样品中含某种沉淀物。用95％乙醇洗后，样品变成浆状块体，不含分离的淀粉微粒。
实施例1d-b在由天然的高度支化淀粉(支链淀粉)制得的淀粉微球中掺入BSA
重复实施例1d的方法，但是用BSA(20％，0.1ml)与淀粉溶液混合，然后生成双相溶液。在稳定化后，观察到与淀粉不相似的沉淀，经洗涤和干燥后得到粘稠的团块。
实施例1e由酸解和经剪切的支链淀粉制备淀粉微球淀粉最初由酸解的含蜡玉米(Cerestar 06090)构成，经机械剪切以得到更适合在双水相体系中制备淀粉微球的分子量分布。在加热至约95℃之后，得到透明的溶液。经搅拌过夜后，观察不到分离的微球，但试样中含一种沉淀物。用95％乙醇洗后，观察不到分离的微球，但淀粉已形成小颗粒。
实施例1e-b在由酸解和剪切过的淀粉(支链淀粉)制备的淀粉微球中掺入BSA重复实施例1e的方法，但是用BSA(20％，0.1ml)与淀粉溶液混合，然后生成双相体系。在稳定过夜后，观察不到分离的微球。另一方面，可看到极小的沉淀物。回收得到的数量小得无法进行准确的测定。
实施例2由直链淀粉制备淀粉微球由直链淀粉(得自Serva)制备淀粉微球，目的是分析其在体外和体内的生物降解能力。因为直链淀粉胶凝太快，无法进行手工制备，所以使用能连续制备的机械。该机械的中心部分是一个能将淀粉迅速加热至150℃的微波装置，随后冷却至约45℃，然后与蛋白质溶液或缓冲液混合。将淀粉溶液配制在蒸馏水中，因为不然它在微波装置中加热时会变成棕色。该淀粉由预胶化的直链淀粉(4％)构成，尽管反复均化，仍留下许多团块。流速调节如下淀粉(5ml/分)，Tris缓冲液，pH7.8(1.2ml/分)，PEG溶液(2.4％重量的PEG，平均分子量300×103道尔顿)，其中还含6.9％氯化钠和14.3％甘露醇。将微粒在室温下稳定几小时，然后在冰箱中过夜。通过在离心机中连续洗涤将其回收3次用70％乙醇，3次用5 mM磷酸盐缓冲的食盐溶液(pH7.4)，其中含1mM氯化钙和0.02％叠氮化钠，最后3次用99.5％乙醇。将微粒真空干燥。因为制品中有一些很小的颗粒，所以在99.5％乙醇中沉降三次试图将其除掉，但未能完全去掉。得到总计9.5g微粒，沉降后留下8.5g。
用Malvern Mastersizer测定粒度分布，发现分布很宽，最小的球约为5μm，最大的超过160μm。由体积算出的平均直径为25μm。在与α-淀粉酶于37℃下体外培养2周后，约30-40％的淀粉基质溶解。
此对照实施例表明在由直链淀粉制备微球时遇到的困难，因为很难制成均匀的溶液，为使其溶解需要很高的温度，而且在经受这些高温时容易降解，并且胶凝很快。此实施例还表明，所得到的微球在刚刚制备后和试图将大小分布窄化的处理后其大小分布都太宽，而且尺寸小于10μm的微球的含量太高，不适合皮下或肌内注射后的持续释放。此实施例还表明，在体外分析得到的生物降解能力在进行分析的时间段内是不完全的。
实施例3制备含β-乳球蛋白的淀粉微球用直链淀粉(Serva)制备淀粉微球，以便分析固定一种模型蛋白-β-乳球蛋白的效率。因为这种直链淀粉胶凝太快，无法完全手工操作，故使用带有微波装置的机械，它能将淀粉快速加热至150℃，随后冷却至约45℃，然后与蛋白质溶液或缓冲液混合。该淀粉溶液(10％)是在蒸馏水中制备，流速设定为5g/分。将淀粉溶液(2.5ml)收集在塑料烧杯中，当温度降至50-70℃时，在磁力搅拌下向其中加入蛋白质溶液(0.6ml，8.3％，在缓冲液中)。一般来说，随后立即在磁力搅拌下向淀粉溶液中加入第一份PEG溶液(10％，平均分子量20000道尔顿，3.0ml)，搅拌1分钟后，向该乳状液加入第二份PEG溶液(40％，平均分子量20000道尔顿，10ml)，令其在室温下放置以便稳定，直至次日。用两种不同的方法回收形成的微球，以证实它们保留足量蛋白质装载物的能力。第一种洗涤方法包括用缓冲液离心洗涤，这造成基本上所有的蛋白质都被浸提出的淀粉微球。在第二种回收方法中，还使用异丙醇以增加微球中乳球蛋白的装载量。在这一方法中，先用70％的异丙醇洗3次，然后用含1mM氯化钙和0.02％叠氮化钠的5mM磷酸盐缓冲的氯化钠溶液洗一次，再用同样的缓冲液洗一次，然后在该缓冲液中于搅拌下放置1小时，接着用缓冲液洗5次，最后用100％异丙醇洗3次。将微球真空干燥。使用异丙醇时蛋白质装载量为3.6％，这相当于理论收率的18％。
除了其它问题以外，此实施例指出了由直链淀粉制备含蛋白质的微球中的重大实际困难。因为淀粉溶液必须经受很高的温度以使其完全溶解，而淀粉在这样的高温下容易发生化学变化，并且在冷却到为使淀粉溶液能与敏感的蛋白质混合的合理低温时很快胶凝。由于需要使用两种不同的PEG溶液以便能形成微球和在其中截留蛋白质，生产过程被进一步复杂化。另一个严重的缺点是在回收微球时需要使用异丙醇来达到可接受的蛋白质装载量，因为大多数敏感性蛋白质不能忍受暴露于异丙醇或类似的有机溶剂中。由这种直链淀粉制备的淀粉微球在体外或体内均不能被α-淀粉酶完全生物降解。
实施例4由豌豆制备直链淀粉利用浸提淀粉颗粒制备直链淀粉。将NUTRIO-P-star33(300g，Nordfalk)悬浮于水(7200g)中，将悬浮液在75℃加热1小时。离心除去溶胀的颗粒，将得到的溶液过滤，先经过活性炭过滤，然后经过一个预滤器(Filtron，1.5μm)最后经灭菌过滤器(Millipore，0.2μm)过滤。将滤过的溶液置于冰箱中过夜，直链淀粉沉淀出来，用离心法回收。将得到的沉淀物用乙醇(95％，700ml)洗2次，然后真空干燥。得到约30g直链淀粉。
实施例5由实施例4制得的直链淀粉制备淀粉微球，目的在于分析其体外和体内生物降解能力。因为直链淀粉胶凝太快，不能手工制备，所以用能够连续生产的机械。该机械的中心部分是一个微波装置，它能将淀粉迅速地热至150℃，随即冷却到约45℃，然后与蛋白质溶液或缓冲液混合。淀粉溶液是配制在蒸馏水中，否则它在微波装置中加热时会变成棕色。该淀粉由得自豌豆的预胶化的直链淀粉(4％)构成，尽管反复均化仍留有许多团块。调节流速如下淀粉(5ml/分)，Tris缓冲液，pH7.8(1.2ml/分)，PEG溶液(2.4％重量PEG，平均分子量300,000道尔顿)，其中还含6.9％的氯化钠和14.3％甘露醇。令微粒在室温下稳定几小时，然后在冰箱中放置过夜。利用在离心机中连续洗涤将其回收3次用70％乙醇；3次用5mM的磷酸盐缓冲的氯化钠溶液，其中含1mM氯化钙和0.02％叠氮化钠，pH7.4；最后用99.5％乙醇洗3次。将微粒真空干燥。因为在制品中有一些很小的颗粒，所以试图利用在99.5％乙醇中沉降3次将其去除，但未能完全去掉。沉降后颗粒产量为8.5g，这期间洗掉了1g微球。
用Malvern Mastersizer测定颗粒大小分布。发现其值很宽，最小的微球为约5μm，最大的超过160μm。由体积算出的平均直径为25μm。
利用与α-淀粉酶在体外培养，分析淀粉微球的生物降解能力。最初降解很快，一天后约35-45％已转化成可溶的形式。随后降解速度下降，6天后已溶解了约50％。此后的生物降解能力可以忽略，25天后仍有约50％的淀粉微球保持未溶解的形式。
这一对照实施例表明了在由直链淀粉制备微球时遇到的困难，因为它很难制成均匀的溶液，要溶解就需要很高的温度，而在经受这样的高温时容易降解，并且它胶凝很快。此实施例还表明，所形成的微球在刚制备后和试图使大小分布变窄的处理后，其大小分布都太宽，而且小于10μm的微球含量太高，不适合皮下或肌内注射后的持续释放。此实施例还表明，体外分析得到的生物降解能力是不完全的。
实施例6分析由直链淀粉制得的淀粉微球的体内生物降解能力按100μl的体积，将实施例4中由直链淀粉制备的淀粉微球(3.01mg)皮下注射到8只Spraque-Dawley品系的大鼠颈部，该大鼠已作过垂体切除术。注射8-9天后在所有大鼠注射部位的皮肤下都可探测出小结。在注射9天后解剖时，进行宏观检查，发现所有鼠的注射部位均有小的白色囊肿。将此宏观变化固定在4％磷酸盐缓冲的甲醛中，包埋在石蜡内，以5μm的公称厚度切割，用苏木精和曙红染色，在光学显微镜下检查。在可以发现淀粉微球的石蜡切片中，它们带起来象是被一个含巨细胞的粒化组织区域包围的嗜曙红性粒细胞小球，且组织反应的特征是在皮下组织中慢性“内芽肿”炎症。在巨噬细胞内也可观察到淀粉微球。
试验表明，在注射9天后在皮下组织中发现了由直链淀粉制备的淀粉微球，因此它们在这段时间内还未被充分地生物降解以致溶解，而且至少有一定比例的微球小得足以被巨噬细胞吞噬。
实施例7分析由直链淀粉制备的淀粉微球的体内生物降解能力将按实施例4自直链淀粉制备并悬浮在10ml磷酸盐缓冲(5mM)的生理盐水溶液(0.15M，pH7.2)中的淀粉微球，肌内注射到小猪的腿中。两只猪的剂量为120mg微球，另两只为600mg微球。14天时宰杀动物，检查组织的宏观变化，并在常用的包埋和染色过程后用于显微镜检查变化。在第14天，组织中发现微球的程度取决于剂量。一些微粒已被巨噬细胞和巨细胞吞噬，并在胞内被发现，这表明微球的降解很慢。
此试验表明，在注射2周后于肌内组织中发现了由直链淀粉制备的淀粉微球，表明这些微球的生物降解很慢。
实施例7b淀粉微球是由酸解的土豆直链淀粉(Reppal PSM 60U)制得，该淀粉经过超过滤以去掉低分子量成分，目的在于分析它们的生物降解能力和掺入蛋白质而不使其暴露于有机溶剂的能力。使用β-乳球蛋白作为模型蛋白质。淀粉浓度为24％，将4ml淀粉溶液与1.6ml的蛋白质溶液混合，后者的浓度为50mg/ml，温度为37℃，再与PEG(平均分子量100×103道尔顿，15％，4ml)混合并搅拌，形成乳状液。微球在搅拌下于室温过夜固化。
在于缓冲液(5mM磷酸钠，pH7.8)中离心洗涤期间，所有的蛋白质都被从微球中浸提出来。如果只使用异丙醇，或使用最初为分子量100,000的15％PEG，随后为分子量10,000的40％PEG，最后为异丙醇的系列组合，则在微球中可发现相当于1.5-3％的蛋白质。分析该微球的体外生物降解能力。降解开始很快，24小时后约60％的基质被转化成可溶形式。随后降解停止，7天后在此条件下约70％的基质被生物降解。
为了实现蛋白质在该微球中有一定装载量必须用有机溶剂将蛋白质沉淀，对于敏感性蛋白质这不是可接受的方法。得到的微球在体外试验中也不能完全生物降解。
实施例7c由得自土豆的强烈酸解的直链淀粉(Reppal PSM 25，Reppe，Glykos，Vǎxjō)制备淀粉微球，以便分析它们的生物降解能力和掺入蛋白质而不使其暴露于有机溶剂的能力。使用β-乳球蛋白作为模型蛋白质。淀粉浓度为20％，取4ml与浓度为50mg/ml、温度为37℃的1.6ml蛋白质溶液混合，再与PEG(平均分子量100×103道尔顿，15％，4ml)混合，搅拌形成乳状液。微球在搅拌下于室温过夜固化。
在于缓冲液(5mM磷酸钠，pH7.8)中离心洗涤期间，所有的蛋白质都被浸提出微球。如果只用异丙醇，或者用最初为分子量100,000的15％PEG，随后为分子量10,000的40％PEG，最后为异丙醇的系列组合，则在微球中可发现对应于约1.5-2.5％的蛋白质。体外分析微球的生物降解能力。降解初始很快，24小时后约55％的基质已转化成溶解形式。随后降解停止，7天后在此条件下有约70％的淀粉基质被生物降解。
为了实现蛋白质在该微球中的一定装载量，必须用有机溶剂将蛋白质沉淀，这对于敏感性蛋白质是不可接受的。得到的微球在体外试验中也不能完全生物降解。
实施例8在由高度支化和剪切过的淀粉制备的淀粉微球中以高装载量固定BSA在50mM磷酸钠溶液(pH8.3)中配制剪切过的高度支化的平均分子量为1600×103道尔顿的淀粉溶液(40％)，平均分子量20000的PEG溶液(38％)和BSA溶液(14％)。将淀粉溶液的温度调节至50-55℃，PEG和BSA溶液为约33℃。将淀粉溶液(2g)与BSA溶液(0.7ml)混合。所得到的溶液抽吸到装在注射泵上的注射器中。PEG溶液(29g)装在固定在另一注射泵的另一注射器中。利用注射泵将淀粉/BSA混合物和PEG经由静态混合器泵入烧杯中并用叶片搅拌器(100rpm)搅拌该乳状液，生成淀粉微球。此方法的这一部分从开始到彻底混合耗时2分钟。烧杯内的搅拌继续10分钟，将试样温度改变成4℃，于搅拌下放置4小时。随后将溶液的pH值降至约5.5，令制品在37℃下放置过夜，不加搅拌。淀粉微球在Amicon(Amicon Ultrafiltration cell)中用5mM磷酸钠(pH4.5)洗涤过滤，并冷冻干燥。
将干燥过的微球利用α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶的酶作用溶解，以确定蛋白质和淀粉收率及蛋白装载量。蛋白质收率为94％，淀粉收率为89％，获得的装载率为10％。用Malvern Mastersizer测得的平均粒子大小为90μm，低于35μm的粒子少于10％。通过用α-淀粉酶或α-淀粉酶与淀粉葡糖苷酶培养，微球在48小时内完全溶解。
此实施例说明，蛋白质BSA可以以高收率固定，而且得到的微球具有高的蛋白质装载率。该微球是可生物降解的，因为它们在体外被α-淀粉酶完全溶解，并且这可以在温和的条件下进行，这使得可以对所固定的蛋白质进行准确的化学分析，而不会由于实际的萃取过程引入人为假象。此实施例还表明，所有被截留的蛋白质在微球溶解后均可回收利用。
实施例9在由高度支化和剪切过的淀粉制备的淀粉微球中以高装载率固定BSA使用配制在50mM磷酸钠(pH8.3)中的剪切过的平均分子量为1600×103道尔顿的高度支化的淀粉溶液(40％)，PEG溶液(38％，平均分子量20000道尔顿)和BSA溶液(16％)制备含BSA的淀粉微球。将淀粉溶液的温度调节到50-55℃，PEG和BSA溶液调节至约30℃。淀粉微球是在IKA反应器(IKA实验室反应器LR 250)中制备。将淀粉溶液(20g)与BSA溶液(6.7ml)混合。将PEG溶液(290g)在搅拌(100rpm)下泵入反应器容器中约6分钟，继续搅拌约15分钟。将制品改变至4℃并在搅拌下放置过夜。将溶液的pH值降至约5.5，改变至37℃，不加搅拌地放置约7小时。将含BSA的淀粉微球用5mM磷酸钠(pH4.5)洗涤，冷冻干燥。
干燥过的微球利用α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶的酶作用溶解，以便测定蛋白质和淀粉收率，以及蛋白质装载率。蛋白质收率为99％，淀粉收率为91％，得到的装载率为11.5％。用Malvern Mastersizer测得的平均粒子大小为48μm，17μm以下的粒子少于10％。通过与α-淀粉酶或α-淀粉酶与淀粉葡糖苷酶一起培养，该微球在48小时内完全溶解。
实施例10在由高度支化和剪切过的淀粉制备的淀粉微球中以高装载率固定BSA。
在50mM碳酸钠溶液(pH9.8)中配制高度支化和剪切过的平均分子量为1930×103道尔顿的淀粉溶液(20％)，PEG溶液(38％，平均分子量20,000道尔顿)和BSA溶液(20％)。将淀粉溶液的温度调节至50-55℃，其它溶液调节至约37℃。将淀粉溶液(3g)与BSA溶液(0.7ml)混合。将混合物抽吸到注射器中，在搅拌下加到在烧杯中的PEG溶液(28g)内。将该制品改变至4℃，放置4小时后改变至37℃，放置过夜。含BSA的淀粉微球用pH4.5的5mM磷酸钠洗，冷冻干燥。
干燥过的微球利用(α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶的酶作用溶解，以便测定蛋白质和淀粉的收率及蛋白质装载率。蛋白质收率为91％，淀粉收率为90％，得到的装载率为10.6％。用Malvern Mastersizer测得的平均粒子大小为44μm，低于21μm的粒子少于10％。通过用α-淀粉酶或α-淀粉酶与淀粉葡糖苷酶培养，该微球在48小时内完全溶解。
实施例11在由高度支化和剪切过的淀粉以高的淀粉和PEG浓度及温度循环得到的淀粉微球中，固定晶态的hGH(人生长激素)人生长激素锌是按照EP 0 540 582 B1制备。该晶体的悬浮液是在含2mM乙酸锌的10mM乙酸钠(pH6.4)中制备。
淀粉溶液(40％)由平均分子量为378×103道尔顿的高度支化和经剪切的淀粉在10mM磷酸钠(pH6.4)中制备，平均分子量为20,000的PEG溶液的浓度为30％。用1M HCl将其pH调节至6.4。这些溶液的温度调节如下淀粉溶液调节至50-55℃，PEG溶液37℃，Zn-hGH晶体的悬浮液调节至37℃。在搅拌下将4.9g淀粉溶液加到7ml Zn-hGH晶体的悬浮液中。在约20秒后，利用注射泵在约6分内加入28g PEG溶液，同时继续在400rpm下搅拌(Eurostardigital)。微球立即开始形成，约15分钟后从37℃改变至4℃，在搅拌下保持4小时。稳定4小时后，微球稳定得可以转移到37℃并在该温度下静置过夜。在37℃下稳定约17-20小时后，利用在Amicon中过滤，将得到的微球用含2mM乙酸锌的10mM乙酸钠(pH6.4)洗3次，并冷冻干燥。
干燥的微球利用α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶的酶作用溶解，以便测定蛋白质和淀粉收率，蛋白质装载率及蛋白质质量。蛋白质收率为95.2％，淀粉收率68％，蛋白质在微球中的装载率为27.8％。用MalvernMastersizer测得的平均粒子大小为59μm，29μm以下的粒子不到10％。通过用α-淀粉酶或α-淀粉酶与淀粉葡糖苷酶培养，微球在48小时内完全溶解。蛋白质的二聚体含量为0.75％，聚合物含量＜0.1％。
试验说明，根据本发明，即使是已经转化成固体形式的蛋白质也能以高收率被固定，形成具有高的蛋白质装载率的淀粉微球。此试验还说明，得到的淀粉微球能在温和的条件下溶解，这使得有可能对所固定的蛋白质的特性进行严格的质量控制，而不引入由试验性制备造成的人为现象，而且蛋白质在此过程中不降解。得到的蛋白质的质量对于人肠道外给药是可以接受的。
实施例12在高度支化的经剪切的淀粉制备的淀粉微球中固定BSA，并分析体内的生物降解能力在以下条件由平均分子量为1930×103道尔顿的高度支化和经剪切的淀粉制备含BSA的淀粉微球将淀粉(30％，100ml)与PEG(38％，1466ml，平均分子量20000道尔顿)混合，先在20℃下搅拌6小时，然后在37℃下搅拌过夜。以皮下和肌内方式对大鼠给药，剂量为在由0.6％透明质酸钠(分子量2000×103道尔顿，Kraeber GmbH，Hamburg)组成的注射液中含30mg，注射部位准备在3和7天后进行组织分析。在第3天，观察到注射部位的细胞发炎，在第7天时这些变化已消失。
此试验表明，由高度支化的经剪切的淀粉制备的淀粉微球在体内于1周内迅速生物降解，组织也迅速正常化。
实施例13淀粉微球在猪内的生物降解能力测定由平均分子量529×103道尔顿的经剪切的淀粉制备淀粉微球。将淀粉称量到10mM的磷酸钠溶液(pH6.4)中，使溶解后的浓度为30％，向同一缓冲液中加入PEG20，使其溶解后的最终浓度为27％。然后用压热法制备溶液。在一只带有Eurostar数字型搅拌控制的IKA反应器(Labosco)中进行制备。制备时使用14.35g淀粉溶液，将其溶解后保持50℃下温热，随后向反应器中加入200g PEG溶液。用叶片搅拌器以160rpm搅拌以形成乳状液，8分钟后将搅拌速度调节到140rpm，5小时后为110rpm，同时将温度设定为在20℃下7小时，随后在38℃下17小时。将得到的淀粉微球用300ml水洗4次(Amiconultrafiltration unit 8400)并冷冻干燥。将干燥的微球用38和100μm筛(Retsch sieveing machine)筛分。筛分前得到的淀粉微球总量为3.61g，这相当于收率为约86％，筛分后为2.54g，相当于约59％的收率。
将淀粉微球重新悬浮于1ml含0.11％透明质酸钠和4％甘露醇的注射用水中，向猪皮下注射100mg微球。准备对注射部位作组织评价。注射7天后观察不到淀粉微球。
此试验说明，该淀粉微球迅速地生物降解并在一周内从注射部位消失。
权利要求
1.一种制备可肠道外给药、优选注射给药的含生物活性物质的微粒的方法，该方法包括a)配制淀粉水溶液，其中含有支链淀粉含量超过85％重量的淀粉，该支链淀粉的分子量已被降低，使得该物质的至少80％重量为10-10000×103道尔顿，而且其氨基酸氮含量少于每g淀粉干重50μg，溶液中的淀粉浓度至少为20％重量，b)将生物活性物质与淀粉溶液在形成溶液，乳状液或该物质在淀粉溶液中的悬浮液等形式的组合物条件下混合，c)将步骤b)中得到的组合物与一种能形成双水相体系的聚合物水溶液混合，从而形成作为内相的含生物活性物质的淀粉滴在该聚合物溶液的外相中的乳状液，d)促使或者让步骤c)中得到的淀粉滴藉助淀粉固化的自然能力胶凝成淀粉颗粒，e)将该淀粉颗粒干燥，优选在事先通过洗涤去掉所述外相后干燥，和f)任选地向干燥的淀粉颗粒施涂一个由可生物相容和生物降解的聚合物构成的控制释放的壳层，优选用空气悬浮法施涂。
2.权利要求1的方法，其中该淀粉的纯度为每克淀粉干重有至多20μg、优选至多10μg、更优选至多5μg的氨基酸氮。
3.权利要求1或2的方法，其中淀粉中分子量被降低的支链淀粉的含量超过95％重量，优选超过98％重量。
4.前述任一项权利要求的方法，其中该支链淀粉的分子量被降低，以致于至少80％重量的该物质的分子量为100-4000×103道尔顿，优选200-1000×103道尔顿，更优选300-600×103道尔顿。
5.前述任一项权利要求的方法，其中的淀粉可以以超过25％重量的浓度溶于水中。
6.前述任一项权利要求的方法，其中的淀粉基本上没有在羟乙基淀粉中存在的那类共价键合的附加化学基团。
7.前述任一项权利要求的方法，其中淀粉的内毒素含量少于25EU/g，每克中含不到100个微生物。
8.前述任一项权利要求的方法，其中淀粉利用碱水溶液洗涤纯化得基本上不含定位表面的蛋白质、类脂和内毒素，用剪切方法降低了分子量，并且用离子交换色谱法，优选用阴离子交换色谱法，纯化去除了内部蛋白质。
9.前述任一项权利要求的方法，其中步骤a)中还使用2-15％重量的平均分子量为2.5-70×103道尔顿、优选5-45×103道尔顿的直链淀粉作为淀粉，其中的重量百分份额是以淀粉的干重为基础计算的。
10.前述任一项权利要求的方法，其中在步骤a)中配制浓度至少为30％重量的淀粉溶液。
11.前述任一项权利要求的方法，其中在步骤a)中配制浓度至多为50％重量，优选至多为45％重量的淀粉溶液。
12.前述任一项权利要求的方法，其中步骤a)中的淀粉水溶液用伴随压热的方法制备。
13.前述任一项权利要求的方法，其中步骤b)中将活性物质与淀粉溶液在至多60℃，优选20-45℃，尤其是30-37℃的温度下混合。
14.前述任一项权利要求的方法，其中在步骤b)中形成一种组合物，组合物内淀粉与生物活性物质之间的重量比为3∶1至10000∶1，优选3∶1至100∶1。
15.前述任一项权利要求的方法，其中步骤c)中水溶液内的聚合物浓度至少为20％重量，优选至少为30％重量。
16.前述任一项权利要求的方法，其中步骤c)中水溶液内的聚合物浓度至多为45％重量，优选为30-40％重量。
17.前述任一项权利要求的方法，其中步骤c)中的混合操作在4-50℃，优选10-40℃，尤其是10-37℃的温度下进行。
18.前述任一项权利要求的方法，其中步骤c)中的混合藉助至少一个静态混合器进行。
19.前述任一项权利要求的方法，其中步骤c)中至少分两步将聚合物加到组合物中，其中至少一次加入是在开始生成乳状液之后进行。
20.前述任一项权利要求的方法，其中步骤c)中使用聚乙二醇作为水相聚合物。
21.权利要求20的方法，其中聚乙二醇的平均分子量为5-35×103道尔顿，优选15-25×103道尔顿，尤其是约20×103道尔顿。
22.前述任一项权利要求的方法，其中步骤d)中的固化至少在两个温度下进行，其中开始时比结束时的温度要低。
23.权利要求22的方法，其中的固化在1-20℃，优选1-10℃，尤其是约4℃下开始，而在20-55℃，优选25-40℃，尤其是约37℃下结束。
24.前述任一项权利要求的方法，其中步骤e)的干燥以喷雾干燥、冷冻干燥或真空干燥方式，优选以冷冻干燥形式进行。
25.前述任一项权利要求的方法，其中掺入作为生物活性物质的一种物质，该物质选自蛋白质、肽、多肽、聚核苷酸和多糖，尤其是重组制备的蛋白质。
26.前述任一项权利要求的方法，其中所述物质是选自生长因子，胰岛素，红细胞生成素，干扰素α，干扰素β，干扰素γ，凝血因子V、VI、VII、VIII、IX、X、XI、XII和XIII，C蛋白，胰高血糖素样肽1或2，C-肽，表皮生长因子，生长激素，促黄体素释放激素类似物，civamide，巨噬细胞集落刺激因子，粒细胞集落刺激因子，瘦身蛋白和白介素，或是它们中任何一种的具有和母体物质基本相同或改进的药理活性的类似物或衍生物。
27.前述任一项权利要求的方法，其中步骤c)中形成具有微粒所要求的大小的淀粉滴，最好是在干燥状态的平均粒径为10-200μm，优选20-100μm，更优选20-80μm。
28.前述任一项权利要求的方法，其中在步骤d)后用过滤法洗涤微粒，并任选地进行筛分以得到所期望的粒子大小分布。
29.适合对哺乳动物，尤其人类，以肠道外方式，优选以注射方式给药的含生物活性物质的微粒，该微粒主要由淀粉构成，淀粉中支链淀粉含量超过85％重量，其中至少80％重量的平均分子量在10-10000×103道尔顿的范围内，氨基酸氮含量少于每克干重淀粉50μg，而且淀粉分子之间没有共价化学交联。
30.权利要求29的微粒，其中淀粉属于权利要求2-9中任一项所定义的类型。
31.权利要求29和30中任一项的微粒，其中生物物质的生物活性与该物质掺入淀粉中之前表现的生物活性相比，至少保留了80％，优选至少90％，更优选基本上保留。
32.权利要求29-31中任一项的微粒，该微粒在α-淀粉酶和/或淀粉葡糖苷酶存在下于体外可以生物降解。
33.权利要求29-32中任一项的微粒，该微粒是可生物降解的，并在皮下或肌内给药后从组织中消除。
34.权利要求29-33中任一项的微粒，该微粒有一个由至少一种成膜的、生物相容和可生物降解的聚合物构成的壳层。
35.权利要求34的微粒，其中的聚合物是一种含α-羟基酸单元的均聚物或共聚物。
36.权利要求35的微粒，其中的α-羟基酸是乳酸和/或羟基乙酸。
37.权利要求34-36中任一项的微粒，其中该壳层除了聚合物之外，还包含至少一种调节释放的物质。
38.权利要求37的微粒，其中所述物质是水溶性的或微溶于水的。
39.权利要求37和38中任一项的微粒，其中所述物质是选自乳酸、含乳酸的低聚物和羟基乙酸。
40.权利要求37和38的微粒，其中该物质包括聚乙二醇(PEG)或含PEG作为嵌段之一的嵌段共聚物。
41.权利要求29-40中任一项的微粒，它有一个由具有防止微粒聚结能力的至少一种水溶性物质构成的外层。
42.权利要求29-41中任一项的微粒，它可用23G针头注射。
43.权利要求29-42中任一项的微粒，它可用25G针头注射。
44.权利要求29-41中任一项的微粒，它可利用干粉注射器穿过皮肤注射。
45.权利要求29-41中任一项的微粒，它可用无针头注射器注射。
46.权利要求29-45中任一项的微粒，它可用权利要求1-28中任一项的方法得到。
全文摘要
一种制备可肠道外给药的微粒的方法，其中配制分子量被降低的、以支链淀粉为基础的至少20％重量的纯化淀粉水溶液，将此溶液与生物活性物质混合，形成淀粉液滴在聚合物溶液外相中的乳状液，使淀粉液滴变成凝胶，将胶凝的淀粉颗粒干燥。还可任选地向颗粒施涂一个控制释放的壳层。基本上由该淀粉组成的这些微粒的氨基酸含量少于50μg，而且没有共价化学交联。
文档编号A61K48/00GK1468093SQ0181685
公开日2004年1月14日 申请日期2001年10月5日 优先权日2000年10月6日
发明者M·约恩松, N·O·古斯塔夫松, T·拉尔克索, M·雷斯罗, M 约恩松, 古斯塔夫松, 孤, 怂 申请人:杰格特克公司