专利名称：生物活性材料的高压喷雾干燥的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷雾干燥颗粒形成和生物活性材料的保存。本发明提供了例如允许敏感分子的高压喷雾而没有剪切应力降解的粘度增强剂。高压喷雾使得细微的喷雾液滴例如在更短的时间、更低的温度、较少伴随敏感分子降解的情况下干燥。高压喷雾生成了粉末颗粒，其中掺入的生物活性材料能够在较高浓度下更易于重建。本发明提供了通过工艺变量的调节精确地控制喷雾液滴大小和粉末颗粒大小的方法和系统。
背景技术：
从食物的保存到现代药物组合物的保存，在存储中保存生物材料的方法具有悠久的历史。对生物材料进行干燥、盐腌、冷冻、低温防护、喷雾干燥、以及冷冻干燥。最佳的保存方法可以取决于可接受的降解程度、需要的保存时间以及该生物材料的特性。
几个世纪以来，通过干燥对以后消费的食物进行保存。在充裕时间收获的食物置于阳光下以去除过多的水分。干燥可以使得食物不适于腐败细菌和真菌的生长。其中植物和动物组织自我破坏的自溶过程也可以通过干燥得以防止。盐腌食品可以提供相似的防腐作用。干燥和盐腌的食物通常经历新鲜外观和营养价值的丧失。诸如酶和药物等干燥和盐腌生物活性材料的通过加热、氧化、脱水、自由基和过氧化物生成、光褪色等等使该材料变性而破坏活性。
在食物处理和药物生产中已经使用了比盐腌或缓慢干燥具有一些优势的喷雾干燥。通过将溶解的生物分子的细雾喷入热气流中可以快速地去除水分。干燥的颗粒可以具有大的表面体积比，以迅速与水性缓冲液重建。例如，在Platz等的美国专利6,165,463“可分散抗体组合物及其制备方法和用途”(Dispersible AntibodyCompositions and Methods for Their Preparation and Use)中，通过喷雾干燥制备的干燥粉末颗粒用于对患者吸入给药。稀释液中的生物分子以适度压力(例如80磅/平方英寸)喷射入热气流(例如98-105℃)进行初步干燥，然后所述颗粒通过长时间暴露在高温下(例如67℃)进一步脱水。虽然这种工艺适于食品和粗糙的生物分子，敏感分子可能由于这些方法的应力、长的干燥周期和高温产生变性或其他方式失活。
冷冻可以是一种保存生物分子的有效方法。低温可以减缓降解反应动力学。冷冻可以降低水对降解反应和污染的微生物的可利用性。冰可以通过阻碍与空气接触降低分子的氧化。然而，冷冻可具有如在未冻结溶液中使蛋白质变性的盐浓度或形成可刺破细胞结构的尖锐冰晶的负面影响。冷冻引起的一些损害可以通过降低冷冻温度和抑制冰晶形成添加防止变性的防冻剂得以减轻。即使在冷冻和融化降解可以避免的情况下，冷藏设备的持续运作可能使得在冷冻机中保存变得不方便和昂贵。
冻干过程具有冷冻和干燥的多种好处。通过冷冻延缓了降解，然后脱水使得产品存储更稳定。通过冻结的水分升华入真空的干燥可以避免一些喷雾干燥过程的高热。冻干的产品即使在室温下可以相当稳定地储存。然而，所述分子仍可在冷冻步骤期间经受变性的盐浓度。此外，许多冻干方案要求高温下长时间的二级干燥步骤以降低水分含量。大块的冻干材料可能减缓重建并且必须磨细用于通过吸入传递。
对于制备含生物活性材料的稳定颗粒而没有由于过热、化学或剪切应力丧失纯度的组合物和方法还存在需求。本发明提供了通过以下描述而变得明显的这些和其他特点。
发明概述本发明提供了，例如，制备具有低过程变性的生物活性材料的稳定组合物的方法。例如，通过在高压下喷雾干燥粘性溶液，降低剪切应力和热应力降解制备粉末颗粒的方法。本发明提供了工艺参数的调节以精确地调整喷雾液滴和干燥的粉末颗粒的大小。可以高浓度重建而没有过度聚集的粉末颗粒的稳定性和储存期限得以增加。
制备稳定颗粒的方法包括制备具有生物活性材料的水性悬浮液或溶液以及粘度增强剂，通过喷嘴在高压下喷射所述悬浮液或溶液以形成细液滴的薄雾，干燥所述液滴以形成粉末颗粒，以及回收所述颗粒。所述粘度增强剂可以以例如足以提供比没有粘度增强剂的悬浮液或溶液5％或更大的粘度增加、或0.05厘泊或更大的粘度增加的浓度存在。
所述方法的生物活性材料可以包括肽、多肽、蛋白质、病毒、细菌、抗体、细胞、脂质体等等。例如，生物活性材料可以是存在于悬浮液或溶液中浓度约1毫克/毫升到约200毫克/毫升、约5毫克/毫升到约80毫克/毫升、或约50毫克/毫升的单克隆抗体。任选地，所述生物活性材料可以是，例如以约2logFFU/ml到12log FFU/ml、或约8log FFU/ml滴度范围存在于悬浮液或溶液中的病毒。
所述粘度增强剂可以是例如多元醇和/或聚合物。例如，所述多元醇可以是海藻糖、蔗糖、山梨糖、松三糖、甘油、果糖、甘露糖、麦芽糖、乳糖、阿拉伯糖、木糖、核糖、鼠李糖、帕乳糖(palactose)、葡萄糖、甘露糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、苏糖醇、山梨糖醇、棉子糖等等。示范性的聚合物粘度增强剂可以包括淀粉、淀粉衍生物、羧甲基淀粉、羟乙基淀粉(HES)、葡聚糖、糊精、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、人血清白蛋白(HSA)、菊粉、明胶等等。本发明的粘度增强剂可以以例如约0.1重量％到约20重量％、2重量％到8重量％、或6重量％的量存在于悬浮液或溶液中。任选地，所述粘度增强剂可以以例如足以提供粘度增加50％或0.05厘泊或更大的浓度存在。
所述方法的溶液或悬浮液可以包括表面活性剂和/或两性离子。所述方法的表面活性剂可以包括，例如聚乙二醇山梨聚糖单月桂酸酯(例如Tween 80)、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯(例如Tween 20)、或聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物(例如PluronicF68)等等。所述方法的两性离子可以包括，例如，精氨酸、组氨酸、甘氨酸等等。喷雾液滴的平均大小可以通过悬浮液或溶液中表面活性剂浓度的变化(例如优选地在蔗糖存在的条件下)调节。
所述方法中通过喷嘴的高压喷雾可以包括，例如，液体的高压喷射、用高压气体雾化、和/或喷射入冷流中。喷雾可以通过高压氮气雾化。所述喷嘴可以具有例如约50微米到约500微米、约75微米到约150微米的内径，或所述喷嘴口可以具有约100微米的内径。所述高压喷雾嘴可以是具有高压雾化气体通道的雾化喷嘴例如以提高喷射液滴的分散。所述高压雾化气体，如氮气可以具有离该气体的临界点至少10％的压力或温度。
本发明的方法可以包括，例如喷雾冻干所述悬浮液和/或溶液液滴。细液滴例如可以浸入冷流中以冷冻液滴。所述冷流可以是例如气态或液态氩、氦、二氧化碳和/或氮。所述冷流温度范围可以例如约-80℃到约-200℃。所述液滴可以通过例如使用真空和提高液滴周围环境温度以形成粉末颗粒进行干燥。真空可以是气压低于200Torr。
溶液或悬浮液可以高压喷射以形成液滴的细薄雾。高压可以例如约200psi和2500psi之间、约1000psi和1500psi之间、或约1300psi。所述细薄雾可以包括平均直径约2微米和约200微米之间、约3微米和约70微米之间、约5微米和约30微米之间或约10微米的液滴。
例如通过用干燥气体替代来自所述细薄雾的气体以去除水蒸气和其他喷雾气体，可以干燥液滴以形成粉末颗粒。干燥气体可以是例如大体上惰性气体如氮气的温度约25℃和约99℃之间、约35℃和约65℃之间、或约55°℃。本发明的粉末颗粒可以具有约0.1微米到约100微米、或约2微米到约10微米的平均大小。
本发明的方法可以提供高工艺产量而不显著降低产品纯度。例如，所述方法可以具有约40％到约98％、或约90％的工艺产量。蛋白质生物活性材料的产品纯度可以小于所述粉末颗粒重建时总聚集体和片段的约5％、4％、3％、2％或更低。液滴干燥之前和之后蛋白质的产品纯度或病毒生物活性材料的存活力可以基本相同。
粉末颗粒可以用于例如按照本发明所述方法施用生物活性材料。所述粉末颗粒可以通过鼻和/或肺部途径吸入传递给哺乳动物。另外，所述粉末颗粒可以与水性缓冲液重建用于生物活性材料通过注射进行传递。所述方法的粉末颗粒可以重建成浓度范围例如约1毫克/毫升到约400毫克/毫升、或5毫克/毫升到约200毫克/毫升的生物活性物质的悬浮液或溶液。基本等压的(渗透度在生理值的约10％以内)重建材料可以包含浓度约200毫克/毫升的抗体。
例如，本发明的组合物是在高浓度下易于重建成高纯度生物活性材料的溶液的稳定的粉末颗粒。本发明的组合物可以是，例如，含生物活性的颗粒，它通过制备具有生物活性材料和粘度增强剂的水性悬浮液或溶液、在高压下经喷嘴喷射所述悬浮液或溶液以形成细液滴的薄雾、干燥所述液滴以形成粉末颗粒、以及颗粒回收的过程制成。所述粘度增强剂可以以提供比不含粘度增强剂的悬浮液或溶液的粘度增加5％或更高、或粘度增加0.5厘泊的浓度存在。
所述生物活性材料可以是肽、多肽、蛋白质、病毒、细菌、抗体、细胞、脂质体和/或同类物。生物活性材料可以以例如约1毫克/毫升到约200毫克/毫升、约5毫克/毫升到约80毫克/毫升、或约50毫克/毫升的浓度范围存在于悬浮液或溶液中。诸如流感病毒的病毒生物活性材料可以以约2logFFU/ml到约12logFFU/ml、或约8logFFU/ml的滴度范围存在于悬浮液或溶液中。在粉末颗粒产品中，生物活性材料可以例如以粉末颗粒中约0.1重量％到约80重量％的量存在。
在一个示范性的实施方式中，所述组合物的生物活性材料例如可以约0.5重量％到约20重量％、或约8重量％的量存在于悬浮液或溶液中的抗体(如单克隆抗体)。所述抗体组合物的粘度增强剂可以包括，例如，多元醇，如蔗糖或海藻糖，或聚合物，如羟乙基淀粉(HES)、葡聚糖、糊精、菊粉或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。蔗糖可以以约1重量％到约10重量％、或约6重量％的量存在于悬浮液或溶液中。抗体的水性悬浮液或溶液可以包含精氨酸和蔗糖。任选地，粘度增强剂可以包括PVP。
包含抗体生物活性物质的组合物可以是，例如，具有赋形剂(其他总固体)与抗体之比约1/100到约100/1、约2/3到约3/2、或约1/1的粉末颗粒。粉末颗粒的抗体组合物可以掺入，例如，约30重量％到约60重量％的量的蔗糖。粉末颗粒可以含有小于约5％水分。
粉末颗粒中的抗体可以是非常稳定的，例如，在约4℃储存1年、5年或约7年后所述粉末颗粒的重建中具有小于约3％的聚集体。使用本发明所述方法和系统干燥成粉末颗粒的抗体可以，例如在约25℃下储存0.1年、0.5年、1年、或约1.5年或更长时间后粉末颗粒的重建中具有小于约3％的聚集体。
本发明的抗体组合物可以是重建的粉末颗粒。例如，可以向所述粉末颗粒添加水性缓冲液以形成抗体的重建悬浮液或溶液。这种溶液可以例如基本类似于工艺中喷射的悬浮液或溶液。任选地，所述粉末颗粒可以与适当的缓冲液重建以提供诸如等渗性和/或高抗体浓度等所需的特征。抗体的重建溶液或悬浮液可以具有例如小于约0.1毫克/毫升到约500毫克/毫升的浓度范围。在优选的实施方式中，所述粉末颗粒可以在10分钟或更短时间内重建成例如约为200毫克/毫升的生物活性材料的浓度。在另一优选实施方式中，所述粉末颗粒可以重建成基本等渗的含生物活性材料浓度达约200毫克/毫升的悬浮液或溶液。
重建抗体的组合物可包含50毫克/毫升到500毫克/毫升或更高浓度具有于约3％聚集体或片段。在优选的实施方式中，抗体以400毫克/毫升或更高浓度重建。这种组合物可以通过制备具有粘度增强剂的抗体的水性悬浮液或溶液、经喷嘴以高压喷射所述悬浮液或溶液以形成细液滴的薄雾、干燥所述液滴以形成粉末颗粒、回收所述颗粒、以及在水性溶液中重建所述颗粒的过程制造。所述组合物可以由用粘度增强剂增加粘度50％、0.05厘泊或更高的悬浮液或溶液制备。
本发明所述的组合物可以包括，例如，多元醇和/或聚合物粘度增强剂。组合物的多元醇可以是，例如，海藻糖、蔗糖、山梨糖、松三糖、甘油、果糖、麦芽糖、甘露糖、乳糖、阿拉伯糖、木糖、核糖、鼠李糖、帕乳糖、葡萄糖、甘露糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、苏糖醇、山梨糖醇、棉子糖。所述组合物中的聚合物可以是，例如，淀粉、淀粉衍生物、羧甲基淀粉、菊粉、羟乙基淀粉(HES)、葡聚糖、糊精、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、人血清白蛋白(HSA)、明胶等等。所述悬浮液或溶液在制造所述组合物工艺中可以含有例如约0.1重量％和约20重量％之间、或约5重量％的量的粘度增强剂。
组合物工艺中喷射的水性溶液或悬浮液可以包括例如两性离子，如精氨酸、组氨酸、甘氨酸等等。精氨酸可以例如约0.1重量％到约5重量％之间、或约2重量％的量存在于工艺悬浮液或溶液中。在一种优选的实施方式中，本发明所述组合物由包含浓度约2％到约8％的蔗糖和浓度约2％到约0.5％的精氨酸的悬浮液或溶液制备。
组合物工艺中喷射的水性溶液或悬浮液可以包含例如表面活性剂。所述表面活性剂可以是例如聚乙二醇山梨聚糖单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯、聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物，例如Tween 80、Tween 20、Pluronic F68等等。
本发明提供了通过高压喷雾，例如用雾化高压氮气，和/或喷射入冷流中制备组合物的工艺。制备组合物的工艺可以提供，例如，将细液滴浸入冷流中、由此冷冻液滴、然后通过使用真空和提高液滴的温度干燥所述液滴。
组合物的粉末颗粒可以在例如平均颗粒直径(大小)、配方和成分比例有变化。例如，粉末颗粒的平均大小可以约0.1微米到约100微米、或约2微米到约10微米。粉末颗粒可以包含约20重量％到约60重量％、或约40重量％的量的蔗糖。粉末颗粒组合物可以包含浓度约1％到约20％、或约5％(按重量计)的精氨酸。粉末颗粒的组合物可以包含浓度约0％到约5％、或约0.5％到约2％(按重量计)的PVP。
在本发明的系统和方法中，喷射液滴的大小可以通过调节一个或多个参数进行控制。例如，通过调节悬浮液或溶液中表面活性剂的百分比、调节喷射压力、调节雾化气体压力、调节粘度、调节悬浮液或溶液中的总固体、调节悬浮液或溶液的流速、调节质量流量比、调节悬浮液或溶液的温度等等可以控制液滴或颗粒的大小。
本发明的组合物包括，例如，具有平均颗粒大小约2微米到约200微米、颗粒密度约为1、以及40重量％到约60重量％抗体具有大于约90％纯度(未聚集和非片段的)的干燥粉末颗粒。在优选的实施方式中，颗粒大小小于10微米并且抗体纯度是97％或更高。干燥颗粒的组合物可以是稳定的，例如，约4℃储存约1年到约7年后在所述粉末颗粒重建中小于约3％聚集的抗体。粉末颗粒的组合物在25℃存储约0.1年到约1.5年后在重建中可以具有例如小于约3％的聚集体。这种粉末颗粒组合物可以包括，例如，约40重量％到约60重量％蔗糖或海藻糖，和/或精氨酸。
在本发明优选的组合物中，包含病毒的颗粒通过制备含病毒和蔗糖的水性悬浮液或溶液、经喷嘴以高压喷射所述悬浮液或溶液以形成细液滴的薄雾、干燥所述液滴以形成粉末颗粒、以及回收所述颗粒制备。所述悬浮液中粘度增强剂的存在可以增加粘度50％、0.05厘泊或更高。高压喷雾可以通过用温度和压力离该气体临界点至少10％的气体进行雾化。所述病毒可以包括流感病毒。使用本发明所述的方法和配方，回收的颗粒中病毒的存活力没有明显降低。
定义在详细描述本发明之前，需要理解本发明不限于具体描述的方法或生物材料，它们当然可以变化。也需要理解的是这里使用的术语仅是为了描述具体实施方式
的目的而不是用来限制。如在本说明书和附加的权利要求书所使用的，单数形式的“一个”和“这个”可以包括复数所指对象，除非内容明确另有规定。因而，例如，参考“一种多元醇”可以包括两种或多种多元醇的组合；参考“细菌”可以包括细菌的混合物，等等。
除非另有说明，这里所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所述领域一般技术人员通常理解的相同的含义。虽然任何与这里所描述的相似或等效的方法和材料可以在实践中用于检测本发明，这里描述了优选的材料和方法。在本发明的说明和权利要求中，以下术语会按照下述定义使用。
这里所使用的术语“颗粒大小”通常是指颗粒的平均物理直径。
在本发明生物活性材料的上下文中，术语“特异活性”是指相对于该物质的量的生物活性。例如，高纯度的、未变性的生物活性材料可以具有例如高的特异活性。变性的生物活性材料可以具有低的特异活性。
这里所使用的术语“高压喷雾”是指悬浮液或溶液经喷嘴口以大于标准喷雾干燥器所使用的压力进行喷雾。高压可以是，例如，大于约200psi。优选的高压喷雾压力范围约1000psi到约2000psi。高压喷雾可以包括，例如，用离该气体临界点大于10％压力的气体对悬浮液或溶液的雾化。
这里所使用的术语“粘度增强剂”是指本发明的悬浮液或溶液中显著提高悬浮液或溶液粘度的分子类别。优选的粘度增强剂包括例如多元醇、聚合物、糖类和多糖。
附图简要说明
图1显示了高压喷射溶液相对较低压力喷射溶液液的滴大小相对质量流量比(MFR)的比较图。
图2显示了表示一种气体相转换的临界温度和压力点的图。
图3显示了一种含粘度增强剂和/或表面活性剂的溶液的液滴大小相对雾化压力的图。
图4A和4B显示了干燥的粉末颗粒大小分别相对质量流量比和雾化压力的图。
图5是示范性高压喷嘴的示意图。
图6显示了压力和雾化喷口内径组合的液滴大小相对液体供给速度的图。
图7显示了表明在高压喷雾干燥工艺中粘度增强剂防止变性的色谱图。
图8显示了表明本发明的重建组合物的高纯度、高浓度和高稳定性的色谱图。
图9是示范性高压喷雾干燥系统的示意图。
发明详述本发明提供了用于制备包含生物活性材料的稳定颗粒的组合物和方法。所述方法提供了，例如，通过使用高喷射压力将细小薄雾注入干燥气体的暖流中没有高热使液滴快速干燥成颗粒。本发明的组合物提供了粘度增强剂以降低在喷雾过程中对生物活性材料的剪切应力。
本发明所述方法提供了，例如，与具有粘度增强剂的组合物中高压下的喷雾干燥生物活性材料以产生快速干燥成纯度或存活力最初很少丢失的粉末颗粒的细液滴。高的初始纯度和赋形剂的保护作用提供了例如长的储存期限和粉末颗粒储存的极好稳定性。细粉末颗粒和高度可溶性赋形剂易于重建具有高的特异活性、高浓度的生物活性材料。
高压喷雾干燥的方法本发明所述方法结合了高压喷雾与用于快速干燥纯净和稳定的生物活性材料的保护性配方。本发明的方法包括含生物活性材料的粉末颗粒的生产，例如，通过制备生物活性材料与粘度增强剂的水性悬浮液或溶液、经喷嘴以高压喷射悬浮液或溶液形成细液滴的薄雾，干燥所述液滴以形成粉末颗粒、以及回收颗粒用于储存或立即使用。
根据例如生物活性材料的敏感性、期望的储存条件以及建议的给药途径，可以改进所述方法以提供合适的产品。可以使用诸如例如多元醇和聚合物的多种粘度增强剂，除了剪切应力保护之外，它们可以提供包括抗氧化、与生物活性材料形成氢键以取代分子水合的水、高溶度以帮助重建、以及人中注射安全性等所需的特征。用以喷射生物活性材料的悬浮液或溶液的高压可以通过例如水压、压缩空气或如HPLC泵的高压泵提供。液滴的干燥可以通过例如冷冻和升华、湿度控制的惰性气体的暖流、和/或在流化床中悬浮得以实现。颗粒回收可以包括按大小的颗粒分离、过滤、沉淀、填充入密封容器等等。本发明的颗粒例如可以用于通过吸入施用生物活性材料、用于注射给药的重建、为长期参照保存分析的参照样品等等。
制备生物活性材料的悬浮液或溶液可以将感兴趣的生物活性材料加入含粘度增强剂的溶液中以制备本发明的悬浮液或溶液。可以添加额外的赋形剂以提高组分的溶解度、降低氧化、增加体积、降低表面张力、降低颗粒的孔隙率、控制pH等等。
本发明的生物活性材料例如可以是工业试剂、分析试剂、疫苗、药品、治疗物等等。本发明的生物活性材料包括例如肽、多肽、蛋白质、病毒、细菌、抗体、单克隆抗体、细胞或脂质体。这些材料的液体剂型的制备步骤可以根据每种材料独特的敏感性而不同。
用于喷雾的液体剂型可以通过在水溶液中混合生物活性材料、粘度增强剂和其他赋形剂制备。诸如例如许多肽和抗体的一些生物活性材料易于溶解在水溶液中。诸如例如病毒、细菌和脂质体的其他生物活性材料可以是以悬浮液形式存在于剂型中的颗粒。无论生物活性材料提供溶液或悬浮液，经常需要例如在将它们混合入制剂时避免剪切应力或高温的剧烈条件。当其他制剂成分需要加热或剧烈振荡以形成溶液时，它们可以例如单独溶解然后在冷却后与生物活性材料逐渐混合。
最终悬浮液或溶液中的总固体量通常例如是高的以有助于提供本发明的高粘度和快速低温干燥的方面。例如，用于本发明中喷雾的过程悬浮液或溶液可以包括约5％到约15％的总固体量、约10％到20％的总固体量、或约15％的总固体量。用于高压喷雾的悬浮液或溶液可以具有明显大于室温下水的粘度(0.01泊)的粘度、并大于没有添加粘度增强剂的所述生物活性材料悬浮液或溶液的粘度。例如，添加粘度增强剂可以将用于喷雾的悬浮液或溶液的粘度提高0.02厘泊、0.05厘泊、0.1厘泊、0.5厘泊、1厘泊、5厘泊、10厘泊、0.5泊、1泊、5泊、10泊或更高。在另一个方面，添加粘度增强剂可以将用于喷雾的悬浮液或溶液的粘度提高1％、5％、25％、100％、500％或更多。在优选的实施方式中，粘度增强剂以足以将粘度提高0.05厘泊或更多、或足以将悬浮液或溶液的粘度提高5％或更多的浓度存在。
根据例如特异活性、赋形剂浓度、给药途径和/或所述材料的预期用途，悬浮液或溶液中生物活性材料的浓度可以广泛变动。例如，当所述生物活性材料是肽疫苗、活病毒、用于疫苗接种的灭活病毒或细菌时，材料的所需浓度可以非常低。当所述生物活性材料是例如用于通过吸入进行治疗性给药的抗体、或用于局部给药的脂质体时，所需的浓度可以较高。通常，生物活性材料可以以例如小于约1毫克/毫升到约200毫克/毫升之间、约5毫克/毫升到约80毫克/毫升、或约50毫克/毫升的浓度存在于本发明的悬浮液或溶液中。病毒颗粒可以以例如约10毫克/毫升到约50毫克/毫升或约10微克/毫升的量存在于悬浮液或溶液中。
本发明的粘度增强剂通常是例如以对生物活性材料的剪切破裂或变性足以提供显著保护的高浓度溶解或有效悬浮在溶液或悬浮夜中的糖或水溶性聚合物。通常，由于溶液中较长的分子所产生的较高的粘度，粘度增强聚合物的有效量低于糖。粘度增强剂可以以约0.05重量％到约30重量％之间、约0.1重量％到约20重量％之间、或约2重量％到约6重量％之间的量存在于本发明的悬浮液或溶液中。许多粘度增强剂是能够提供例如在其他工艺应力下(例如冷冻和干燥)为生物活性材料提供保护作用的碳水化合物。
本发明的悬浮液或溶液可以包括例如与所涉及的具体生物活性材料相容的表面活性剂。表面活性剂可以提高其他配方组份的溶解度以避免较高浓度下的聚集或沉淀。表面活性剂可以例如降低悬浮液或溶液的表面张力从而使得所述生物活性材料在气-液界面处不会变性、和/或从而喷雾形成较细小的液滴。表面活性剂可以以约0.005％到约1％、约0.01％到约0.5％、或约0.02％的量存在于本发明的溶液或悬浮液中。
喷射悬浮液或溶液本发明的悬浮液或溶液例如从喷嘴以高压喷射以产生液滴的细薄雾。按照例如溶液粘度、需要的颗粒大小、预期的干燥方法、雾化喷嘴的设计和/或生物活性材料的敏感性，喷射参数可以变化。
高压喷雾比较低压力的喷雾方法具有显著优点以获得细液滴以及最终细的干燥粉末颗粒。如图1所示，高压喷雾(曲线10)可以提供小于10微米的液滴大小及小于1的质量流量比(MFR一每液体质量流量的雾化气体质量流量比)，而标准(较低压力的雾化喷嘴，曲线11)方法要求MFR在约15的范围内以获得小于10微米的液滴大小。高压喷雾可以提供雾化气体使用的显著减少同时喷射比用较低压力喷雾方法所能获得的较细的平均液滴大小。任选地，高压喷雾可以不需要同时释放雾化气体而进行，即高压液体从没有气体喷射的喷嘴喷射。
悬浮液或溶液可以从喷嘴以有效提供所需液滴大小的压力喷射。较高的压力通常提供例如较小的液滴大小。当溶液更粘时，例如，可以需要较高的压力以提供所需的液滴大小。表面活性剂的存在，例如，在高压喷雾工艺中经常降低了提供需要的液滴大小所需的压力。当悬浮液或溶液在压缩气流存在的条件下通过喷雾雾化时，质量流量比可影响液滴大小。本发明的喷雾压力可以是，例如，约200psi和约5000psi之间、约500psi和约1500psi、或约1300psi。喷雾液滴和/或干燥颗粒的大小可以通过例如调节悬浮液或溶液中表面活性剂的百分比、调节喷雾压力、调节雾化气体压力、调节粘度、调节悬浮液或溶液中总固体量、调节悬浮液或溶液的流速、调节质量流量比、调节悬浮液或溶液的温度等等进行控制。
当液滴喷雾用高压雾化气体雾化时，雾化气体可以具有，例如，离该气体临界点至少10％、或至少15％、或至少20％的压力或温度。如图2所示，许多气体的加压和/或冷却可以导致从气态到液态或固态的相变。从气态的这些转换可以在临界压力和/或临界温度发生。本发明的一个方面是在有些实施方式中，雾化气体在给定温度下低于该气体的临界压力大于10％、或大于15％。本发明的一个方面是在有些实施方式中，雾化气体在给定压力下高于该气体的临界温度大于10％、或大于15％(用开氏温度测量)。
在一种实施方式中，所述悬浮液或溶液包含粘度增强剂和表面活性剂，例如，以提供在特定喷射压力下对喷雾液滴大小更好的控制。在粘度增强剂存在的情况下，喷射的液滴大小通常大于没有粘度增强剂的溶液。在表面活性剂存在的情况下，喷射的液滴大小通常小于没有表面活性剂的溶液。然而，当悬浮液或溶液包含粘度增强剂和表面活性剂时，可得到一些有用并且出人意料的结果。如图3中的例子所示的，可以制定液滴大小相对雾化压力的图表以说明压力、表面活性剂、粘度增强剂和液滴大小之间的关系。在一些压力下，例如900到1100psi，纯水30能喷射成比具有表面活性剂(Tween 80)和/或粘度增强剂(蔗糖)更小的液滴大小。在其他压力下，例如约1300psi到约2200psi，含表面活性剂的溶液或悬浮液可以喷射成比纯水更小的液滴大小。在喷射压力的某些增强的表面活性剂对照范围内，表面活性剂可以对含粘度增强剂的溶液或悬浮液的液滴大小产生特别显著的影响。例如，在1500psi，20％蔗糖溶液31的平均液滴大小可以比水大约14微米，但是对于具有0.1％Tween 80的20％蔗糖溶液32，平均液滴大小可以比水小约8微米。在本发明一个实施方式中，喷射的悬浮液或溶液的液滴大小在具体的雾化压力下通过调节表面活性剂浓度进行控制。例如，即使诸如喷嘴内径、粘度增强剂浓度、压力和MFR等其他参数保持恒定，表面活性剂浓度的渐增调节可以提供受调节的液滴大小。增强的表面活性剂对照范围可以根据经验确定感兴趣的生物活性剂、表面活性剂、粘度增强剂的组合。
液滴大小可以受雾化气体和悬浮液或溶液的质量流量比(MFR)的影响。如图4A中图表的左侧所示，对于特定雾化压力在低MFR的条件下形成了较大的颗粒。如图4A中图表的右侧所示，对于特定雾化压力在较高MFR的条件下，在喷射液滴的干燥中形成了较小的颗粒。此观察的一种解释是雾化气体的较高相对流量能使特定的流体流动分裂成较小的液滴。在许多情况下，平均液滴大小(以及最终干燥的颗粒大小)可以通过将悬浮液或溶液的流速调节成高压喷射而任何雾化气体压力维持恒定进行调节。任选地，如图4B所示，通过改变加压雾化气体流动同时将悬浮液或溶液的流动保持恒定，可以改变MFR以调节液滴大小。
在优选的实施方式中，悬浮液或溶液用加压氮气的雾化流进行高压喷雾干燥。与没有雾化气体的直接高压喷雾相比，用氮气流雾化可以有助于降低特定压力下的液滴大小。氮气优于用压缩空气雾化，它相对惰性并能保护生物活性材料免受例如氧化。氮气优于二氧化碳，它在水溶液中不形成酸并具有较大的保持水蒸气的能力。氮气比其他基本惰性的气体便宜。用雾化氮气的高压喷雾的适当喷嘴包括，例如，双通道雾化喷嘴和具有液体和雾化气体T交叉的喷嘴。如图4B所示，在特定MFR条件下，干燥液滴的颗粒大小通常随着较高的雾化压力而降低。
高压喷雾干燥过程可以放大，例如，通过喷射较大体积的悬浮液或溶液。例如，通过使用多个喷雾喷嘴、通过在较高压力下喷射、和/或通过经较大内径的喷射口喷射，可以喷射较大体积。图5显示了高压喷射喷嘴构造的一些实例。图5B显示了在喷射口具有压缩器的高压液体喷嘴。如图5A和5C所示，当从雾化喷嘴喷射时，MFR可以随着悬浮液或溶液的流速改变，这导致在特定的雾化气压下液滴大小的改变。这是由于随着液体流速的提高，雾化气体的流量成为限制。例如，如图6所示，随着用于悬浮液或溶液经250微米喷嘴口用2500psi气体雾化的液体供给速度提高，在约30毫升/分钟的液体流速下液滴大小开始以非线性方式提高(曲线60)。这是由于雾化气体流量受到液体流量的限制以及MFR的最终降低。液滴大小中这种迅速增加可以通过使用具有较大喷射口内径的雾化喷嘴得以延缓，如曲线61所示用1170psi气体经500微米喷射口雾化的悬浮液或溶液。
对剪切应力敏感的分子和细胞生物活性材料在高压喷射时可经受变性。这一变性可以通过例如与粘度增强剂喷射得以降低。例如，图7显示了喷雾干燥前后抗体溶液的尺寸排阻分析。图7A显示了喷雾前抗体的尺寸排阻色谱。图7B显示了没有有效量的粘度增强剂喷雾后抗体的尺寸排阻色谱，其中聚集体70的量增加约6倍并且片段71有轻微的增加。由于抗体蛋白质的剪切应力变性以及相关的抗体分子之间反常的疏水性相互作用，抗体的聚集体具有降低的特异活性。图7C显示了喷射之前通过在溶液中包含粘度增强剂保护其免受聚集和片段化的相同抗体的尺寸排阻色谱。
本发明的喷嘴可以适于提供需要的液滴薄雾。喷嘴可以具有，例如，以高压向具有介于约50微米和约500微米之间、约75微米和约250微米之间、或约100微米内径的喷射口供给悬浮液或溶液的导管。较宽直径的喷射口可以提供，例如，较高的生产率但可能导致较大的液滴大小。所述喷嘴可以配制成雾化器，即具有运送压缩气体进入悬浮液或溶液流的第二个通道以帮助液滴的分散。
过程悬浮液或溶液可以从喷嘴以高压喷射以形成易于干燥成本发明所述粉末颗粒的细液滴。所述液滴可以喷射，例如，进入惰性温和干燥气体流中、进入200Torr或更少的真空中、或进入冷流体的冷冻流中。液滴可以具有约2微米到约200微米、约3微米到约70微米、约5微米到约30微米、或约10微米的平均直径。例如在气态或液态的氩、氦、二氧化碳或氮、约-80℃到约-200℃的冷流中，如果冻结所述液滴，它们可以通过升化干燥以形成与液滴大约相同大小但具有低密度的颗粒。如果在悬浮液或溶液中总固体量高，干燥的颗粒可以是例如较大和/或更致密的。
干燥液滴喷射的液滴可以干燥以形成粉末颗粒。液滴例如可以不需要过度高温进行干燥以提供高回收具有高纯度、高特异活性和高稳定性的颗粒。干燥可以使，例如，通过暴露于温度、湿度、和/或压力控制的环境中。干燥可以是通过冰的升华、真空干燥、与干燥气体接触、在流化床中悬浮、保存在干燥室内等等。初步的干燥通常包括，例如，从悬浮液或溶液的液滴中去除液体或冰水。次级干燥通常包括，例如，从颗粒中去除多余的水分和/或水合的水到10％残留水分、5％残留水分或更少的水平。
干燥可以通过，例如，将液滴喷射入湿度和温度控制的气体流中。干燥参数可以控制，例如，以提供获得具有所需活性、密度、残留水分和/或稳定性的颗粒的所需条件。所述气体可以是，例如，取代水蒸气以及其他由悬浮液或溶液的喷雾所散发的气体的惰性气体如氮气。所述气体可以是干燥的，例如，具有低的相对湿度以吸收水分并加速液滴的蒸发。所述气体可以是，例如，温度控制在约15℃和约70℃之间、25℃和约60℃之间、或约35℃到约55℃之间。干燥温度可以保持在例如低于颗粒成分的玻璃转换温度(Tg)以避免改变颗粒的孔隙度、密度、稳定性和/或重建时间。本发明的小颗粒大小和高总固体量可以，例如，允许不会基本降解许多敏感性生物活性材料的短干燥时间和冷却干燥温度。
所述液滴可以干燥，例如，通过对喷射的薄雾或部分干燥的颗粒使用真空(气压小于大气压，如200Torr或更低)。真空干燥具有例如水分从液滴快速“沸腾”或升华同时降低温度的好处。随着液体水到气体的相变过程中潜热的丢失，液滴温度降低。因此，真空干燥可以显著降低对生物活性材料的热应力。在液滴冻结在冷流体流中或通过干燥过程中潜热丢失而冻结的情况下，真空压力可以从固体冰相直接将水升华成气相，这提供了冻干的颗粒。
可以使用次级干燥条件，例如，进一步降低颗粒的水分含量。颗粒可以收集在室中并例如在真空中保持温度约20℃和约99℃之间、约25℃和约65℃之间、或约35℃和约55℃之间、约2小时到约5天、或约4小时到约48小时，以降低残留水分。通过在室中提供干燥气体的上升气流以建立粉末颗粒的流化床悬浮可以加速次级干燥。具有较低残留水分的颗粒通常在随时间的储存中表现出更好的稳定性。次级干燥可以持续直到粉末颗粒的残留水分约0.5％和约10％之间、或低于约5％。在非常低的残留水分值，有些生物活性分子由于水合的水分子的丢失而变性。这一变性经常可以通过在过程悬浮液或溶液中提供诸如糖、多元醇和/或聚合物的氢结合分子得以减轻。
本发明的粉末颗粒可以具有例如适于产品的处理、重建和/或给药需求的大小。例如，用于经吸入通过鼻内传递施用的生物活性材料的粉末颗粒(约20微米到约150微米之间或更大)可以比经吸入的深度肺部传送(约2微米到约10微米之间)更大。缓慢重建的产品的颗粒大小可以较小以加速颗粒的分解。由于冰可以从液滴去除而没有破坏剩余固体的块结构，喷雾冻干颗粒可以具有，例如，较低的密度。由于其较低的空气动力学半径，这种颗粒可以具有，例如，用于吸入施用的物理上较大的尺寸。例如，由于冻干颗粒多孔的特性，冻干的颗粒可以例如大于从液态液滴干燥的颗粒并仍保持快速重建的性质。本发明的冻干粉末颗粒可以具有例如约0.1微米和约200微米之间、或约2微米和约100微米之间、或约10微米的平均物理直径。
例如通过调节喷射参数和/或通过调节干燥参数，可以控制颗粒的平均大小和大小均一性。例如，如以上在“喷射悬浮液或溶液”部分所描述的，平均液滴大小可以受喷嘴大小、溶液压力、溶液粘度、以及溶液成分等的影响。平均颗粒大小和大小分布可以受到诸如例如冻干的使用、干燥的完整性、静电荷中和、干燥期间的颗粒密度、干燥速度、干燥温度等等影响颗粒的收缩或凝聚的干燥条件的影响。颗粒的平均大小和大小均一性可以按照以下“颗粒回收”部分的描述进行选择。
颗粒回收本发明的粉末颗粒可以从过程流中例如通过沉淀或过滤进行物理回收。工艺中生物活性材料活性的回收率是物理回收率乘以回收物的特异活性的乘积。
粉末颗粒的物理回收率可以取决于例如保留的或喷雾干燥设备所排出物的量以及由于颗粒大小选择方法所导致的损失。例如，含生物活性材料的材料可以在管道系统中、以及在喷雾干燥设备表面上损失。溶液或颗粒可在工艺中损失，例如，当喷雾液滴的凝聚增加并落出过程流之外或当尺寸不足的液滴干燥成运载经过过程废物流中收集室的微小颗粒。本发明所述的工艺产量(输入生物活性材料经过程的百分比回收率)可以约40％到约98％、或更高、或约90％。
所需平均大小和大小范围的颗粒可以通过例如过滤、沉淀、碰撞吸附和/或其他本领域已知的方法进行选择。颗粒可以通过经一个或多个具有统一孔径的滤器对其筛选进行大小排列。大颗粒可以通过使其在移动的液体或气体流中从颗粒的悬浮液中沉降进行分离。较小的颗粒可以通过使其在以较大颗粒沉淀的速度移动的液体或气体流中被冲掉进行分离。大颗粒可以通过表面碰撞从带走具有较小动量的颗粒的旋转气流中进行分离。
生物活性材料的回收率可以受到例如在喷雾干燥期间所遭受的物理损失、物质分裂、变性、聚集、片段化、氧化等等的影响。本发明的方法例如通过提供降低剪切应力、降低干燥时间、降低干燥温度和/或提高稳定性的喷雾干燥技术提供了比在先技术提高的生物活性回收率。例如，按照本发明的方法喷雾干燥的单克隆抗体可以在最初的生产中以及在4℃保存达约7年中经受低于4％的聚集及片段化。与高压喷雾前悬浮液或溶液中相同生物活性材料相比，本发明的方法可以提供具有基本没有变化的活性或存活力的生物活性材料的干燥粉末。
生物活性材料的施用在适当情况下，本发明的生物活性材料可以对例如哺乳动物施用。本发明的生物活性材料可以包括例如肽、多肽、蛋白质、病毒、细菌、抗体、细胞、脂质体等等。这种物质可以作为治疗物、营养物、疫苗、药品、预防药等等可通过例如胃肠道吸收、局部使用、吸入和/或注射对患者施用时提供益处。
生物活性材料可以通过局部使用对患者给药。例如，粉末颗粒可以直接与软膏、载体油膏、和/或渗透剂混合用于患者皮肤。另外，粉末颗粒可以例如在应用前与其他成分混合之前在水溶剂中重建。
本发明的生物活性材料可以通过吸入施用。空气动力学直径约10微米或更小的干粉颗粒可以吸入肺部用于肺部给药。任选地，空气动力学直径约20微米和更大的粉末颗粒可以鼻内或上呼吸道给药，其中它们通过与患者的粘膜碰撞从气流中去除。另外，粉末颗粒可以重建成用于以水雾形式吸入给药的悬浮液或溶液。
本发明的生物活性材料可以通过注射给药。粉末颗粒可以使用例如高压空气喷射器在患者皮下直接施用。更常见的，粉末颗粒例如可以与无菌水缓冲液重建用于经中空注射器针头注射。这种注射可以是例如肌内、静脉内、皮下、鞘内、腹膜内等等适当的注射方式。本发明的粉末颗粒可以重建成具有适于剂量和操作考虑的小于约1毫克/毫升到约500毫克/毫升、或约5毫克/毫升到约400毫克/毫升生物活性材料浓度的溶液或悬浮液。重建的粉末颗粒可以进一步稀释用于例如多重接种、经IV灌注给药等等。
本发明的组合物本发明的组合物通常是使用本发明方法制备的干粉中的生物活性材料。如这里所述的生物活性材料、处理步骤、工艺参数、以及组合物成分的多种组合可适用于所述组合物的预期用途。
本发明的组合物提供了例如含通过如以上“方法”部分所述的制备生物活性材料和粘度增强剂的水性悬浮液或溶液、经喷嘴高压喷射悬浮液或溶液以形成细液滴的薄雾、干燥液滴以形成粉末颗粒以及回收颗粒制成的生物活性材料的粉末颗粒。在所述组合物的具体实施方式
中，所述粉末颗粒包含能重建成具有小于约3％聚集体或片段的抗体的400毫克/毫升或更高溶液作为生物活性材料的抗体。本发明的组合物包含例如稳定的粉末颗粒和具有高纯度和高特异活性的生物活性材料的高度浓缩的溶液。含病毒生物活性材料的粉末颗粒可以通过高压喷射病毒、蔗糖和表面活性剂的悬浮液制备。
粉末颗粒所述组合物的粉末颗粒是本发明的过程悬浮液或溶液的干燥的液滴。所述颗粒包括例如诸如多元醇和/或聚合物粘度增强剂等赋形剂的干燥基质中稳定的生物活性材料。所述颗粒的平均物理直径(大小)例如约0.1微米到约100微米、约2微米到约10微米、或约4微米。生物活性材料以相对于赋形剂例如小于约1/100到约100/1、约1/5到约5/1、或约2/3到约3/2的重量比存在于粉末颗粒中。在一个实施方式中，本发明的组合物包含具有约55重量％单克隆抗体、约15重量％精氨酸、约2重量％PVP、约33重量％蔗糖和约5％水分的直径平均约5微米的干燥粉末颗粒。另一实施方式中，干燥粉末颗粒的组合物包括例如约0.01重量％减毒活病毒、约15％精氨酸、70％多元醇和少于5％水分。
生物活性材料所述组合物的生物活性材料包括例如肽、多肽、蛋白质、病毒、细菌、抗体、细胞、脂质体等等。由于降低的剪切应力、低的干燥温度、保护性赋形剂及其制备中所使用的短干燥时间，本发明的粉末颗粒中的生物活性材料可以是例如高纯度并在干燥粉末颗粒时具有活性。例如，由于低的初始工艺降解以及组合物赋形剂的保护方面，生物活性材料在粉末颗粒中是稳定的。由于颗粒的高表面体积比以及组合物的赋形剂所提供的溶解度提高，所述组合物的生物活性材料可以例如高浓度重建而没有降解。
高压喷雾干燥溶液或悬浮液以形成如本发明所述的包含例如小于约1毫克/毫升到约200毫克/毫升、约5毫克/毫升到约80毫克/毫升、或约50毫克/毫升的量的本发明的生物活性材料的粉末颗粒。本发明的干燥粉末颗粒中的生物活性材料以例如小于约0.1重量％到约80重量％、约40重量％到约60重量％、或约50重量％的量存在。重建的组合物的生物活性材料可以以约0.1毫克/毫升到约500毫克/毫升、约5毫克/毫升到约400毫克/毫升、或约100毫克/毫升的浓度存在。在本发明的一个方面，所述生物活性材料是以约2logFFu/ml到约12logFFU/ml、或每克干粉颗粒约3logFFU(细胞灶形成单位)到13logFFU的滴度范围存在于待喷射的悬浮液中。
粘度增强剂所述组合物的粘度增强剂包括例如当本发明的溶液或悬浮液高压喷射时，能为生物活性材料对剪切应力提供保护的多元醇和/或聚合物。粘度增强剂最终成为所述粉末颗粒体积的显著部分并提供了额外的益处。例如，所述颗粒中的粘度增强剂可以例如通过为干燥中丢失的水合的水分子提供氢键替代帮助稳定所述生物活性材料、为高浓度下较快重建提高颗粒的溶解度、提供玻璃样基质以延缓反应动力学、以及从可获得的生物活性材料中用物理方法阻断去稳定的分子(如氧)。
用作粘度增强剂的多元醇应当是例如与所述组合物的预期用途相容的。例如，预期用于人注射的颗粒应当一般视为安全的。粘度增强多元醇可以包括例如海藻糖、蔗糖、山梨糖、松三糖、甘油、果糖、甘露糖、麦芽糖、乳糖、阿拉伯糖、木糖、核糖、鼠李糖、帕乳糖、葡萄糖、甘露糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、苏糖醇、山梨糖醇、棉子糖等等。例如当生物活性材料是肽时通常推荐非还原糖以避免侧链的化学修饰。
用作粘度增强剂的聚合物可以包括例如淀粉、淀粉衍生物、羧甲基淀粉、菊粉、羟乙基淀粉(HES)、葡聚糖、糊精、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、人血清白蛋白(HSA)、明胶等等。例如许多聚合物在溶液中比多元醇更粘(按重量计)因此经常可以以较低浓度提供足够的剪切应力保护。
粘度增强剂可以以约0.1重量％到约20重量％之间、约2重量％到8重量％之间、或约6重量％的量在喷雾干燥之前存在于本发明的溶液或悬浮液中。在许多实施方式中，多元醇粘度增强剂以约6重量％存在于溶液或悬浮液中，而聚合物粘度增强剂以约2重量％存在。粘度增强剂优选地以足以提高悬浮液或溶液粘度约5％或更多、或0.05厘泊或更多的浓度存在于本发明的悬浮液或溶液中。
其他赋形剂本发明的组合物可以包括另外的赋形剂以提供适当的特征和好处。例如，所述组合物可以包括表面活性剂、两性离子、缓冲液等等。
本发明的组合物中可以包含表面活性剂，例如，以提高组合物成分的溶解度和/或降低表面张力。表面活性剂可以，例如通过用电荷或氢键基团包围而提高某些生物活性材料的悬浮性或溶解度。通过例如加速与水接触时赋形剂基质的溶解，表面活性剂可以有助于粉末颗粒的重建。通过降低表面张力，表面活性剂可以降低在喷雾期间一些生物活性材料在液滴的气体/液体界面上可发生的聚集和结构变化。本发明的表面活性剂可以包括，例如诸如聚乙二醇山梨聚糖单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯、或聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物等的任何适当的表面活性剂(例如Tween 80、Tween 20、或Pluronic F68)。表面活性剂可以以粉末颗粒的约0.01重量％到约2重量％之间、约0.1重量％到约0.5重量％之间、或约0.2重量％的量存在于所述组合物中。如以上所述，表面活性剂可以在液滴和颗粒大小的控制中提供益处。
所述组合物中可以包含两性离子如氨基酸，例如作为生物活性材料或表面活性剂的带电基团的反荷离子。这些反荷离子的存在可以，例如有助于生物活性材料维持未变性构象、防止聚集、并抑制带电的生物活性材料吸附到加工设备的表面上。两性离子可以例如作为抗氧化剂保护生物活性材料免受脱酰胺反应、并提供pH缓冲能力。本发明的两性离子可以包括例如精氨酸、组氨酸、甘氨酸等等。两性离子可以以总固体量的约0.1％和约10％之间、约0.5％和约5％之间、或约2％的量存在于本发明的组合物中。
本发明的组合物可以包括缓冲液，例如以控制pH、提高产品稳定性、和/或提高给药的方便。所述组合物的缓冲液可以包括例如磷酸盐、碳酸盐、柠檬酸盐、甘氨酸、醋酸等等。
实施例以下实施例是提供说明而不是限制权利要求的发明。
实施例1抗体的高压喷雾干燥制备了含8重量％单克隆抗体、6重量％蔗糖、0.2重量％PVP和2重量％精氨酸的水溶液。所述溶液以约1150psi从喷嘴喷射以形成平均直径约10微米的液滴。所述液滴在温度约60℃到约45℃的干燥氮气流中进行干燥以产生平均直径约4微米并且水分低于5％的粉末颗粒。所述粉末颗粒最初重建成抗体浓度达500毫克/毫升并具有低于3％总聚集体和片段的溶液。图8显示了高浓度重建后和50℃储存9天或更多天后的抗体。所述粉末颗粒用趋势分析保持稳定，这预测其稳定性在4℃储存约7年、或25℃储存约1.5年具有低于3％的聚集体。
在高压喷雾干燥制剂的稳定性的另一个实施例中，制备了含8重量％单克隆抗体、6重量％蔗糖、0.002％Tween20和2重量％精氨酸的水溶液。所述溶液以约1300psi从喷嘴喷射到入口温度约60℃的干燥氮气和出口温度约45℃的干燥室中。稳定性数据表明，干燥的粉末颗粒在4℃储存6年以上或25℃储存约2年以后会形成仅约1.5％的额外聚集体。
在另一个实施例中，一种低渗透性、速溶剂型进行高压喷雾干燥以制备稳定的粉末颗粒。制备了含8重量％单克隆抗体、2重量％蔗糖、0.008％Tween 20和0.5重量％精氨酸的水溶液用于以1300psi的雾化氮气高压喷射到进口干燥氮气温度约60℃和出口温度约45℃的干燥室中。室温下使用轨道式摇动仅10分钟的溶解时间将干燥的粉末重建成浓度为180毫克/毫升的抗体。这种剂型可以具有快速准备注射和减轻注射部位疼痛和刺激的实际好处。稳定性数据表明干粉中形成2％另外的聚集体之前在4℃储存2年以上。
实施例2活病毒的高压喷雾干燥制备了在AVO47r(5％蔗糖、2％海藻糖、10mM甲硫氨酸、1％精氨酸、0.2％Pluronic F68、50mM KPO4，pH 7.2)约7.5logFFU/ml的活流感病毒水溶液以1300psi高压喷射到具有55℃入口温度的干燥室中。干粉的重建表明具有约7.5log FFU/ml效价，没有明显的存活力丢失。所述剂型在37℃加速储存温度下需要23天以使存活力受到1log损失。
实施例3高压喷雾干燥系统高压喷雾干燥系统可以包括例如用于向高压喷嘴运送悬浮液或溶液的高压泵系统和用于在受调节的气体流中运载液滴和颗粒的喷雾干燥系统。如图9所示，使用高压泵92将具有生物活性材料和粘度增强剂的悬浮液或溶液90从保存容器转移到高压喷嘴91。经高压气泵94泵送来自气源93的高压气体以将悬浮液或溶液雾化成进入颗粒形成容器96的液滴95的细小薄雾。经鼓风机98在取代来自喷雾的水蒸汽的流中抽取温控的气体97，从而将液滴95干燥成粉末99。粉末颗粒99转移到次级干燥室100，其中去除残留的水分至可接受的水平。粉末颗粒产品在干燥室100底部的收集器中沉淀进行回收。
高压喷雾可以通过诸如从高压喷嘴直接高压喷射、用喷射气体雾化喷雾、和/或高压喷射入冷流体中等本领域已知的多种方法实现。对于高压喷雾来说，可以通过如HPLC泵的高压泵或通过在存储容器上使用高压气体将悬浮液或溶液送至喷嘴。对于雾化喷射来说，压缩气体可以从喷射出口附近释放以进一步分裂并分散喷射的液滴。对于喷射冻干来说，液滴可以喷射入颗粒形成器中的冷(-80℃)气体或液体中。
用温控的气体干燥液滴可以包括喷雾气体的置换以及水分蒸发到温度、湿度和/或压力控制的气体中。鼓风机98可以将气体流97吸入液滴95的喷雾中以取代诸如水蒸汽和/或挥发性溶液成分的喷雾气体。温度控制器102可以是用于在其进入颗粒形成器96之前调节气体温度的加热器或致冷系统。气体可以流经湿度控制器103(凝气盘管或干燥剂)以去除水分。与收集器接触的流体中的真空泵可以从干燥室中去除气体以加速液体液滴的蒸发或冻干冷冻的液滴。干燥气体可以经滤器、干燥机、热交换器、活性碳床、或其他装置以重调该气体用于经颗粒形成和干燥室的循环。过程气体可以在封闭管道系统中再循环或该系统可以密封在环境控制室中。再循环气体中的温度和湿度传感器可以适于控制加热、冷却和/或湿度控制装置。
需要理解的是，这里所描述的实施例和实施方式仅用于举例说明的目的，根据其所做的各种改进或改变对本领域的技术人员来说是提示并被包括在本申请书的精神和范围以及附属的权利要求的范围以内。
虽然前述的发明出于清晰和理解的目的进行了一些详细的描述，本领域的技术人员从阅读这一公开得以显而易见的是，可以进行形式和细节上的各种变化而没有脱离本发明的真实范围。例如，上述所有技术和装置可以不需要过度实验用于各种组合。
所有的出版物、专利、专利申请、和/或其他本申请中所引用的文件全文纳入作为参考，等同于每个单独的出版物、专利、专利申请、和/或其他文件单独纳入作为参考。
权利要求
1.一种制备包含生物活性材料的稳定颗粒的方法，其特征在于，所述方法包括制备包含所述生物活性材料和一种或多种比没有一种或多种粘度增强剂的悬浮液或溶液的粘度增加0.05厘泊或更高浓度的粘度增强剂的水性悬浮液或溶液；以高压喷射所述悬浮液或溶液，从而形成细液滴的薄雾；干燥所述液滴以形成粉末颗粒；以及，回收所述颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生物活性材料包含肽、多肽、蛋白质、病毒、细菌、抗体、细胞、或脂质体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述抗体包含单克隆抗体。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生物活性材料以约1毫克/毫升到约200毫克/毫升的浓度存在于所述悬浮液或溶液中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘度增强剂包含多元醇或聚合物。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多元醇选自海藻糖、蔗糖、山梨糖、松三糖、甘油、果糖、甘露糖、麦芽糖、乳糖、阿拉伯糖、木糖、核糖、鼠李糖、帕乳糖、葡萄糖、甘露糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、苏糖醇、山梨糖醇和棉子糖。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚合物选自淀粉、淀粉衍生物、羧甲基淀粉、羟乙基淀粉(HES)、葡聚糖、糊精、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、人血清白蛋白(HSA)、菊粉和明胶。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粘度增强剂以约0.1重量百分比到约20重量百分比的量存在于悬浮液或溶液中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述粘度增强剂以约2重量百分比到约8重量百分比的量存在于悬浮液或溶液中。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述悬浮液或溶液的粘度提高了5％或更多。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述悬浮液或溶液进一步包含一种表面活性剂。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂包含聚乙二醇山梨聚糖单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯、或聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述悬浮液或溶液进一步包含精氨酸、组氨酸或甘氨酸。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中喷射包含用高压气体的雾化作用。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述高压气体包含氮。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述高压气体包含低于该气体临界压力10％的压力或高于该气体临界温度10％的温度。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷嘴包含约50微米到约500微米的内径。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述喷嘴包含约75微米到约150微米的内径。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含将细液滴浸入低冷流体中，从而冷冻所述液滴。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述冷流体包含气态或液态氩、氦、二氧化碳或氮。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述冷流体包含约-80℃和约-200℃之间的温度。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述液滴的干燥包括应用真空或提高液滴的温度，从而形成粉末颗粒。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述真空包括低于约200Torr的压力。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压包括约200psi到约5000psi的压力。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述高压包括约1000psi到约1500psi的压力。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细薄雾包括含约1微米到约200微米平均直径的液滴。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述液滴包括约3微米到约30微米的平均直径。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述液滴包括约10微米的平均直径。
29.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中干燥包括用干燥气体取代来自所述细薄雾的气体。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述干燥气体是氮。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述干燥气体包括约25℃到约99℃的温度。
32.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述干燥气体包括约55℃的温度。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，其中平均粉末颗粒直径约0.1微米到约100微米。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述平均粉末颗粒直径约2微米到约10微米。
35.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中回收提供了约40％到约98％的工艺产率。
36.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成的细液滴包括通过调节悬浮液或溶液中表面活性剂百分比、调节喷射压力、调节悬浮液或溶液中总固体量、调节雾化气体压力、调节粘度、调节悬浮液或溶液的流速、调节质量流量比、或调节悬浮液或溶液的温度，控制液滴大小。
37.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物活性材料是在颗粒重建中包含不多于约4％聚集体和片段的蛋白质。
38.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述粉末颗粒施用给哺乳动物。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述施用包括通过鼻内或肺部途径将所述生物活性材料传递给哺乳动物。
40.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括所述粉末颗粒与水性缓冲液重建。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，重建包括形成含浓度约1毫克/毫升到约400毫克/毫升的生物活性材料的重建悬浮液或溶液。
42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过注射将生物活性材料传递给哺乳动物。
43.一种制备含生物活性材料的稳定颗粒的方法，其特征在于，所述方法包括制备包含所述生物活性材料、一种表面活性剂、和一种或多种比没有一种或多种粘度增强剂的悬浮液或溶液的粘度提高5％或更高、或提高0.05厘泊的浓度的粘度增强剂的水性悬浮液或溶液；以高压喷射所述悬浮液或溶液，从而形成细液滴的薄雾；干燥所述液滴以形成粉末颗粒；以及，回收所述颗粒。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙二醇山梨聚糖单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯、或聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物。
45.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述悬浮液或溶液包括浓度介于所述悬浮液或溶液的约0.005重量百分比到约1重量百分比的表面活性剂。
46.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过调节表面活性剂浓度、调节喷射压力、调节悬浮液或溶液中总固体量、调节雾化气体压力、调节粘度、调节悬浮液或溶液的流速、调节质量流量比、或调节悬浮液或溶液的温度，控制液滴大小或粉末颗粒大小。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述高压包括约200psi到约5000psi的压力。
48.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括用低于该气体临界压力10％的压力或高于该气体临界温度10％的温度的高压气体的雾化作用。
49.一种包括生物活性材料的颗粒的组合物，其特征在于，所述组合物通过包括以下步骤的工艺制备制备包含所述生物活性材料和一种或多种比没有一种或多种粘度增强剂的悬浮液或溶液的粘度提高5％或更高浓度的粘度增强剂的水性悬浮液或溶液；以高压喷射所述悬浮液或溶液，从而形成细液滴的薄雾；干燥所述液滴以形成粉末颗粒；以及，回收所述颗粒。
50.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述生物活性材料包含肽、多肽、蛋白质、病毒、细菌、抗体、细胞或脂质体。
51.如权利要求50所述的组合物，其特征在于，所述生物活性材料以约5毫克/毫升到约80毫克/毫升的浓度存在于所述的悬浮液或溶液中。
52.如权利要求50所述的组合物，其特征在于，所述生物活性材料以约0.1重量百分比到约80重量百分比的量存在于所述粉末颗粒中。
53.如权利要求50所述的组合物，其特征在于，所述抗体以约0.5重量百分比到约20重量百分比的量存在于所述的悬浮液或溶液中。
54.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述悬浮液或溶液进一步包括重量约2％到约8％的蔗糖和重量约0.1％到约5％的精氨酸。
55.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述抗体以约8重量百分比的量存在。
56.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述抗体是单克隆抗体。
57.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述粘度增强剂包括多元醇或聚合物。
58.如权利要求57所述的组合物，其特征在于，所述多元醇包括蔗糖或海藻糖。
59.如权利要求58所述的组合物，其特征在于，所述蔗糖以约1重量百分比到约10重量百分比的量存在于所述悬浮液或溶液中。
60.如权利要求59所述的组合物，其特征在于，所述蔗糖以约6重量百分比的量存在。
61.如权利要求57所述的组合物，其特征在于，所述聚合物包括羟乙基淀粉(HES)、葡聚糖、糊精、菊粉或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
62.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述水性悬浮液或溶液进一步包括精氨酸和包含蔗糖的粘度增强剂。
63.如权利要求62所述的组合物，其特征在于，所述粘度增强剂进一步包括PVP。
64.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述悬浮液或溶液的粘度通过所述粘度增强剂的存在提高了0.05厘泊或更多。
65.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒包括赋形剂与抗体的比率约1/100到约100/1。
66.如权利要求65所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒包括赋形剂与抗体的比率约1/1。
67.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒包括约30重量百分比到约60重量百分比的量的蔗糖。
68.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒包括小于约5％的水分。
69.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述工艺进一步包括重建所述粉末颗粒以形成重建的悬浮液或溶液。
70.如权利要求69所述的组合物，其特征在于，所述重建的溶液或悬浮液包括以约0.1毫克/毫升到约500毫克/毫升的量存在的抗体。
71.如权利要求69所述的组合物，其特征在于，所述重建在10分钟或更少时间内完成。
72.如权利要求69所述的组合物，其特征在于，所述重建的溶液或悬浮液提供多达约200毫克/毫升浓度的抗体和接近等渗的渗量浓度。
73.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述抗体在约4℃储存至约7年后在粉末颗粒重建中包含小于约3％的聚集体。
74.如权利要求53所述的组合物，其特征在于，所述抗体在约25℃储存至约2年后在粉末颗粒重建中包含小于约3％的聚集体。
75.如权利要求50所述的组合物，其特征在于，其中病毒以约2log FFU/ml到约12log FFU/ml的滴度存在于所述悬浮液或溶液中。
76.如权利要求50所述的组合物，其特征在于，所述病毒是流感病毒。
77.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述粘度增强剂包括多元醇或聚合物。
78.如权利要求77所述的组合物，其特征在于，所述多元醇选自海藻糖、蔗糖、山梨糖、松三糖、甘油、果糖、甘露糖、麦芽糖、乳糖、阿拉伯糖、木糖、核糖、鼠李糖、帕乳糖、葡萄糖、甘露糖醇、木糖醇、赤藓糖醇、苏糖醇、山梨糖醇和棉子糖。
79.如权利要求77所述的组合物，其特征在于，所述聚合物选自淀粉、淀粉衍生物、羧甲基淀粉、菊粉、羟乙基淀粉(HES)、葡聚糖、糊精、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、人血清白蛋白(HSA)和明胶。
80.如权利要求77所述的组合物，其特征在于，所述悬浮液或溶液包括以约0.1重量百分比到约20重量百分比的量存在的粘度增强剂。
81.如权利要求80所述的组合物，其特征在于，所述粘度增强剂以约6重量百分比的量存在。
82.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述喷射包括用包含低于该气体临界压力10％的压力或高于该气体临界温度10％的温度的高压气体的雾化作用。
83.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述水性溶液或悬浮液进一步包括表面活性剂。
84.如权利要求83所述的组合物，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙二醇山梨聚糖单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯、或聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物。
85.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述悬浮液或溶液进一步包括精氨酸、组氨酸或甘氨酸。
86.如权利要求85所述的组合物，其特征在于，其中精氨酸以约0.1重量百分比到约5重量百分比的量存在于水性悬浮液或溶液中。
87.如权利要求86所述的组合物，其特征在于，其中精氨酸以约2重量百分比的量存在。
88.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述工艺进一步包括将所述细液滴浸入冷流体中，从而冷冻所述液滴。
89.如权利要求88所述的组合物，其特征在于，所述液滴的干燥包括应用真空并提高液滴的温度，从而形成粉末颗粒。
90.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒的平均大小约0.1微米到约100微米。
91.如权利要求90所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒的平均大小约2微米到约10微米。
92.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒包括约40重量百分比到约60重量百分比的量的蔗糖。
93.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒包括浓度约5％到约20％(按重量计)的精氨酸。
94.如权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述粉末颗粒包括按重量计浓度约0.1％到约5％的PVP。
95.一种浓度约5毫克/毫升到约500毫克/毫升或更高的溶液中重建的抗体的组合物，其中所述抗体包括少于约3％聚集体或片段，其特征在于，所述组合物通过以下工艺制备制备包含所述抗体和一种或多种粘度增强剂的水性悬浮液或溶液；经喷嘴以高压喷射所述悬浮液或溶液，从而形成细液滴的薄雾；干燥所述液滴以形成粉末颗粒；回收所述颗粒；以及，在水性溶液中重建所述颗粒。
96.如权利要求95所述的组合物，其特征在于，所述溶液中重建的抗体的浓度是400毫克/毫升或更高。
97.如权利要求95所述的组合物，其特征在于，所述水性溶液或悬浮液进一步包括表面活性剂。
98.如权利要求97所述的组合物，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙二醇山梨聚糖单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯、或聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物。
99.如权利要求95所述的组合物，其特征在于，所述水性溶液或悬浮液进一步包括蔗糖。
100.如权利要求95所述的组合物，其特征在于，一种或多种粘度增强剂包含比没有一种或多种粘度增强剂的悬浮液或溶液的粘度提高5％或更多、或提高0.05厘泊或更多的浓度。
101.一种干燥粉末颗粒组合物，其特征在于，所述组合物包括平均颗粒大小约2微米到约200微米；约为1的颗粒密度；以及，包含大于约90％纯度的抗体，和约40重量％到约60重量％的颗粒。
102.如权利要求101所述的组合物，其特征在于，其中平均颗粒大小是10微米或更大。
103.如权利要求101所述的组合物，其特征在于，所述抗体包含约97％或更高的纯度。
104.如权利要求101所述的组合物，其特征在于，所述抗体在约4℃储存至约7年后在粉末颗粒重建中包含小于约3％的聚集体。
105.如权利要求101所述的组合物，其特征在于，所述抗体在约25℃储存至约2年后在粉末颗粒重建中包含小于约3％的聚集体。
106.如权利要求101所述的组合物，其特征在于，所述组合物进一步包括构成所述颗粒重量约40重量％到约60重量％的蔗糖或海藻糖。
107.如权利要求101所述的组合物，其特征在于，所述组合物进一步包括精氨酸。
108.一种包含病毒的颗粒的组合物，其特征在于，所述组合物通过以下工艺制备制备包含所述病毒和选自蔗糖、苏海藻醇和甘露醇的多元醇的水性悬浮液或溶液；经喷嘴以高压喷射所述悬浮液或溶液，从而形成细液滴的薄雾；干燥所述液滴以形成粉末颗粒；以及，回收所述颗粒。
109.如权利要求108所述的组合物，其特征在于，所述病毒包括流感病毒。
110.如权利要求108所述的组合物，其特征在于，在回收的颗粒中所述病毒的存活力没有明显降低。
111.如权利要求108所述的组合物，其特征在于，所述多元醇包含比没有多元醇的悬浮液或溶液的粘度提高5％或更多、或提高0.05厘泊或更多的浓度。
112.如权利要求108所述的组合物，其特征在于，所述喷射进一步包括低于该气体临界压力10％的压力或高于该气体临界温度10％的温度的高压气体的雾化作用。
113.如权利要求108所述的组合物，其特征在于，所述组合物进一步包括约0.2％的表面活性剂。
全文摘要
本发明提供了制备例如包含生物活性材料的稳定的粉末颗粒的组合物和方法。所述方法包括例如具有粘度增强剂和/或表面活性剂的溶液或悬浮液中生物活性材料的高压喷射。例如，本发明的组合物提供了高初始纯度、储存中的高稳定性、以及以高浓度重建。
文档编号A61K9/127GK1745170SQ200380109444
公开日2006年3月8日 申请日期2003年12月16日 优先权日2002年12月17日
发明者V·特鲁翁-勒, T·谢雷尔 申请人:米迪缪尼疫苗股份有限公司