专利名称：治疗肺部感染的颗粒的制作方法
背景技术：
根据过敏和感染性疾病国立研究院(National Institute of Allergyand Infectious Diseases)的资助号5 UO1 AI61336-02的效力，美国政府拥有对本发明的权利。
本申请要求2004年10月29日提交的U.S.S.N.60/623,738的优先权。
TB，或肺结核，是由称为结核分支杆菌(Mycobacteriumtuberculosis)的细菌引起的疾病。该细菌可以侵袭身体的任何部位，但通常侵袭肺。TB病在美国一度是死亡的最主要原因。在1940年代，科学家发现了现在用于治疗TB的数种药的第一种。因此，TB慢慢开始在美国消失。但是，耐药菌株和功能低下患者的感染导致了TB的增加。在1985至1992年间，TB的病例数量增加，2000年美国报告了超过16,000个病例。TB每年夺走大约200万个生命。印度、中国和非洲是热点，并且该疾病以令人忧虑的速度在东欧和前苏联成员的国家中增长。
TB通过空气从一个人传播到另一个人。当患有肺部或喉咙TB病的人咳嗽或打喷嚏时，细菌进入空气。附近的人可能吸入这些细菌并被感染。
当人呼吸进TB菌时，细菌能停留在肺中并开始生长。从这里，它们可以通过血液移动到身体的其它部位，如肾、脊柱和大脑。肺或喉咙中的TB有传染性。这意味着细菌可以传播给其他人。身体其它部位如肾或脊柱的TB通常没有传染性。TB病人最可能传播给每天和他们在一起的人。这包括家庭成员、朋友和同事。感染了潜伏TB的人不会感到难受，没有任何症状，不会传播TB，但他们可以在未来某个时间发展为TB病。TB病人如果寻求医疗帮助，可以治疗并痊愈。更好的是，有潜伏的TB感染但还没有发病的人可以服药，使他们再不发展为TB病。
对抗TB的疫苗目前包括卡介苗(Bacille Camette-Guerin，BCG)的针注射剂。这种疫苗在给药前需要冷冻。但是冷冻并不总是能得到，特别是在发展中国家。冻干法可以用于制备室温下稳定的疫苗，如果分子在该步骤期间不变性的话。但是，当BCG被冻干时，其大部分活性丧失了。因此，需要能够生产更稳定的TB疫苗的方法。
目前，治疗或预防TB的药物和疫苗通过口服或针注射递送给患者。需要痛苦少并且更简单的递送药物和疫苗的方法。让患者全程用药在根除TB中成为迫切的一个大问题。治疗两或三个月后，患者感到好转，然后他们停止用药。但是他们需要6个月来治愈疾病。注射给药是疼痛的，并具有毒性副作用。药丸易于服用，但也能导致肝和胃的问题，包括恶心、腹泻和呕吐。
有几个其它的主要的呼吸道传染疾病也遭受着同样的治疗不足，包括严重的急性呼吸综合征(SARS)、脑膜炎球菌性脑膜炎、流行性感冒、呼吸道合胞病毒和天花。
因此，本发明的目的是提供改进的方法和制剂，用于降低或限制肺结核和其它传染性呼吸道疾病的传播。
本发明的另一个目的是，提供治疗肺结核和其它传染性呼吸道疾病的不必要注射的改进的制剂。
本发明的另一个目的是，提供用于TB和其它传染性呼吸道疾病的更稳定的疫苗和制造所述疫苗的方法。
发明概述已经研制出制剂，治疗或减少呼吸道感染的传播，特别是慢性或耐药的感染，尤其是肺结核(TB)、严重急性呼吸综合征(SARS)、脑膜炎球菌性脑膜炎、呼吸道合胞病毒(RSV)、流行性感冒和天花。
制剂包括微粒、纳米颗粒或纳米颗粒集合体的形式的药物或疫苗，并任选具有载体，其可以通过吸入递送。通过吸入器给药绕开了胃和肝，回避了口服或注射药物相关的问题，并将药物直接递送到肺中。在一种实施方案中，含有药剂的颗粒是大的多孔气雾剂颗粒(LPPs)。另一种实施方案中，颗粒是纳米颗粒，其能作为微米直径的多孔纳米颗粒集合体给药，所述集合体在给药后能分散成为纳米颗粒。任选纳米颗粒被涂层，如用表面活性剂或蛋白涂层。制剂可以作为粉末给药或作为溶液给药或者通过肠道或非肺部的胃肠外途径给药。制剂优选作为肺部制剂给药。
在治疗TB的优选实施方案中，疫苗是室温下稳定的BCG疫苗，或者是有效对抗TB的抗生素，如卷曲霉素或PA-824，以很高的百分比荷载到微米颗粒或纳米颗粒中，优选至少50重量％，更优选至少80重量％。在一种实施方案中，患者用递送抗生素和疫苗二者的制剂治疗。
实施例显示了可吸入的卷曲霉素多孔颗粒的制备和分析，该颗粒具有大约4.2微米的直径，和纳米级厚度的壁，并具有优秀的空气动力学性质、药物荷载和稳定性。
附图简述
图1A、1B和1C是下列因素的时间依赖的稳定性的图(A)几何直径，(B)细颗粒分数(FPFTD)＜5.8um的颗粒，和(C)初始含有80％卷曲霉素的气雾剂粉末保存在各种应力条件下的卷曲霉素含量。图例标志◆4℃；■室温下黑暗；■室温下照明；▲40℃/75％RH关闭；*40℃/75％RH开放。
发明详述1.颗粒制剂制剂包括药物颗粒和，任选的赋形剂，任选赋形剂或药物载体。制剂可以是纳米颗粒、微米颗粒或纳米颗粒的微聚集体。聚集体可以涂层。制剂可以是用于吸入的粉末形式，或分散在溶液中或胶囊化，用于通过肺部以外的途径递送，如鼻、含服、口腔或注射，但是优选肺。
颗粒、纳米颗粒和纳米颗粒集合体颗粒优选由要递送的药物结合赋形剂通过药物溶液和赋形剂的喷雾干燥形成。喷雾干燥条件决定了颗粒的大小以及密度。大小和密度确定了颗粒是否能吸入肺。样品中粒径取决于如颗粒组成和合成方法等因素。样品中颗粒或聚集体的大小分布可以选择，使得在呼吸道内的靶位点形成最佳沉积。FPFTD＜3.3μm表示应当沉积在下呼吸道的气雾剂的百分比，而FPFTD＜5.8μm表示应当沉积在中至下呼吸道的气雾剂的百分比。除非另外指出，这里描述的颗粒或聚集体具有FPFTD＜5.8μm。
在优选的实施方案中，颗粒或颗粒聚集体是空气动力学轻质的，具有优选的大小，如体积中值几何直径(VMGD或几何直径)至少约5微米。在另一种实施方案中，VMGD为约5微米至约15微米。下面实施例中的颗粒直径约4.2微米。另一种实施方案中，颗粒的VMGD约10μm至约15μm，这样的话，由于这样大小的颗粒被排阻在吞噬细胞的胞质空间外，更成功地避免了肺泡巨噬细胞的吞噬细胞吞噬作用和从肺中清除。随着颗粒直径增加到了超过大约3μm和减少到小于约1μm，肺泡巨噬细胞对颗粒的吞噬作用急剧减少(Kawaguchi et al，Biomaterials 761-66，1986；Krenis and Strauss，Proc.Soc.Exp.Med.，107748-750，1961；和 Rudt and Muller，J.Contr.ReI.，22263-272，1992)。在其它实施方案中，聚集体的中值直径(MD)、MMD、质量中值封装直径(MMED)或质量中值几何直径(MMGD)至少5μm，例如从5μm至约30μm。
包含在聚集体内的纳米颗粒具有大概小于约1μm的几何直径，例如，约25纳米至大约1μm。这样的几何直径足够小，它们能逃避被巨噬细胞从体内清除，并能够长时间留置在体内。
适用的颗粒或聚集体能通过例如过滤或离心来制造或分离，提供具有初选的大小分布的颗粒样品。例如，样品中超过约30％、50％、70％或80％的颗粒或聚集体能够具有至少约5μm的选择范围内的直径。特定百分比的颗粒或聚集体必须落入的选择范围可以是，例如，大约5和大约30μm之间，或者理想在大约5和大约25μm之间。在一种优选的实施方案中，至少部分颗粒或聚集体直径在大约5和大约15μm之间。任选，也能制造其中至少约90％，或任选约95％或约99％的直径在选择范围内的颗粒样品。
颗粒或聚集体的直径，例如，其VMGD，可以用电区感应仪器如Multisizer IIe(Coulter Electronic，Luton，Beds，England)或激光衍射仪器(例如，Helos，由Sympatec，Princeton，NJ制造)测定或通过SEM显像。其它测量粒径的仪器是本领域公知的。实验上，空气动力学直径可以通过运用重力沉降法测定，藉由全体颗粒沉积在特定距离的时间用于直接推断颗粒的空气动力学直径。测定质量中值空气动力学直径(MMAD)的间接方法是多级液体冲击器法(MSLI)。
空气动力学直径，daer，可以从公式计算daer＝dg√ρtap其中dg是几何直径，例如MMGD，ρ是通过粉末摇实密度估计的颗粒质量密度。
优选用喷雾干燥技术形成颗粒。在这种技术中，形成了喷雾干燥混合物，这里也称作“料液”或“料混合物”，以包括含有生物活性剂和任选一种或多种馈入喷雾干燥器中的添加剂的纳米颗粒。
喷雾干燥是用在食品、药品和农业领域中的标准方法。在喷雾干燥中，通过混合喷雾小滴和干燥介质(如空气或氮气)，水分从雾化的进料(喷雾)中蒸发。这种方法干燥了它们的挥发性物质小滴，留下了不挥发组分的“干”颗粒，其具有通过干燥过程控制的大小、形态、密度和挥发性成分。喷雾的混合物可以是溶剂、乳剂、悬液或分散体。干燥过程的很多因素可以影响干燥颗粒的性质，包括喷嘴类型、滚筒大小、挥发性溶液和循环气体的流速、和环境条件(Sacchetti andVan Oort，Spray Drying and Supercritical Fluid Particle GenerationTechniques，Glaxo Wellcome Inc.，1996)。
通常，喷雾干燥加工包括四个过程，将混合物分散为小滴、喷雾和干燥介质(如空气)的混合、水分从喷雾中蒸发、和从干燥介质中分离干燥产物(Sacchetti and Van Oort，Spray Drying and SupercriticalFluid Particle Generation Techniques，Glaxo Wellcome Inc.，1996)。
混合物分散成小滴大幅度增加了要干燥的体积的表面积，产生更迅速的干燥过程。通常，较高的分散能量导致得到更小的小滴。分散可以通过本领域任何已知方法完成，包括压力喷嘴、双流体喷嘴、旋转雾化器和超声喷嘴(Hinds，Aerosol Technology，2ndEdition，New York，John Wiley and Sons，1999)。
混合物分散(喷雾)后，产生的喷雾与干燥介质(如空气)混合。通常，混合发生于持续流动的加热空气中。热空气改善对喷雾滴的热传递并提高蒸发速率。空气流或者可以在干燥后排入大气，或者再循环和再利用。空气流通常通过在气流的任何一端提供正和/或负压保持(Sacchetti and Van Oort，Spray Drying and Supercritical Fluid ParticleGeneration Techniques，Glaxo Wellcome Inc.，1996)。
当小滴与干燥介质接触时，由于高度特异的表面面积和小滴的小尺径，迅速发生蒸发。基于干燥体系的性质，残留的水分水平可以保留在干燥的产物内(Hinds，Aerosol Technology，2ndEdition，New York，John Wiley and Sons，1999)。
然后从干燥介质中分离产物。通常，产物的初步分离发生在干燥室的底部，然后用例如气旋、静电沉淀器、滤器或净气器回收产物(Masters等，Spray Drying Handbook.Harlow，UK，Longman Scientificand Technical，1991)。
最终产物的性质，包括粒径、最终湿度和收率取决于干燥过程的很多因素。通常，调节参数例如进口温度、空气流速、液体进料的流速、小滴大小和混合物浓度，以产生需要的产物(Masters等，SprayDrying Handbook，Harlow，UK，Longman Scientific and Technical，1991)。
进口温度指加热的干燥介质的温度，通常是空气，在流入干燥室之前测定。通常，进口温度可以按需调节。产物回收部位的干燥介质温度被指作出口温度，取决于进口温度、干燥介质流速和喷雾混合物的性质。通常，较高的进口温度提供了终产物中水分量的减少(Sacchettiand Van Oort，Spray Drying and Supercritical Fluid Particle GenerationTechniques，Glaxo Wellcome Inc.，1996)。
空气流速指干燥介质在系统中的流动。空气流可以通过在喷雾干燥系统的任何一端或之内保持正和/或负压来提供。通常，较高的空气流速导致在干燥装置中颗粒的留滞时间较短(即干燥时间)，并导致在终产物中残留更大量的水分(Masters等，Spray Drying Handbook，Harlow，UK，Longman Scientific and Technical，1991)。
液体进料的流速指每单位时间传递到干燥室的液体量。液体吞吐量越高，越需要更多的能量蒸发小滴成为颗粒。因此，较高的流速导致较低的输出温度。通常，降低流速而保持进口温度和空气流速恒定，将减少终产物的水分含量(Masters等，Spray Drying Handbook，Harlow，UK，Longman Scientific and Technical，1991)。
小滴大小指被喷雾喷嘴分散的小滴大小。通常，较小的小滴提供了具有较小粒径的终产物中较低的水分含量(Hinds，AerosolTechnology，2ndEdition，New York，John Wiley and Sons，1999)。
待喷雾干燥的混合物浓度也影响终产物。通常，较高的浓度导致终产物粒径较大，因为每次喷雾小滴的材料更多(Sacchetti and Van Oort，Spray Drying and Supercritical Fluid Particle Generation Techniques，Glaxo Wellcome Inc.，1996)。
用于喷雾干燥的体系是市售的，例如，来自Armfield，Inc.(Jackson，NJ)，Brinkmann Instruments(Westbury，NY)，BUCHI Analytical(NewCastle，DE)，Niro Inc(Columbia，MD)，Sono-Tek Corporation(Milton，NY)，Spray Drying Systems，Inc.(Randallstown，MD)，和Labplant，Inc.(North Yorkshire，England)。
喷雾干燥粉末的最终水分含量可以通过本领域已知的任何方法测定，例如，热重分析。水分含量通过加热粉末，并测定水分蒸发期间的质量损失而由热重分析测定(Maa等，Pharm.Res.，155，1998)。通常，对于含有细胞材料(如细菌)的样品，水将以两相蒸发。第一相，指游离水，主要是干燥赋形剂的水含量。第二相，指结合水，主要是细胞材料的水含量。游离水和结合水可以测定，以确定是否粉末在赋形剂或细胞材料中含有所需的水分含量(Snyder等，Analytica ChimicaActa，536283-293，2005)用于形成颗粒的喷雾干燥器可以用离心雾化组件，其包括旋转盘或轮，将液体碎裂为小滴，例如，24翼雾化器或4翼雾化器。旋转盘通常以每分钟大约1,000至大约55,000转(rpm)运行。
或者，水压喷嘴雾化、双流体气动雾化、声波雾化或其它本领域已知的雾化技术，也可以使用。从供应商如Niro，APV Systems，Denmark，(如APV Anhydro型)和Swenson，Harvey，I11.商购的喷雾干燥器，以及适用于工业能力生产线的放大的喷雾干燥器，能用于如本文所述生产颗粒。商购的喷雾干燥器通常具有约1至约120kg/hr的水蒸发能力。例如，Niro Mobile Minor喷雾干燥器水蒸发能力约7 kg/hr。喷雾干燥器具有2个流体外部混合喷嘴，或2个流体内部混合喷嘴(如，NIROAtomizer手提式喷雾干燥器)。
适用的喷雾干燥技术由例如K.Masters描述于″Spray DryingHandbook″John Wiley＆Sons，New York，1984之中。通常，在喷雾干燥期间，来自热气体如热空气或氮气的热量用于蒸发小滴中的溶剂，小滴通过雾化持续的液体进料而形成。其它喷雾技术是本领域技术人员公知的。在优选的实施方案中，采用了旋转雾化器。使用旋转雾化的合适的喷雾干燥器的例子包括Mobile Minor喷雾干燥器，由丹麦的Niro公司制造。热气体可以是，例如，空气、氮气或氩气。
优选，采用大约90℃和大约400℃之间的进口温度，和大约40℃和大约130℃之间的出口温度，通过喷雾干燥得到颗粒。
可以存在于混合物中以待喷雾干燥的适用的有机溶剂包括但不限于，醇，例如乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、丁醇和其它。其它有机溶剂包括但不限于，全氟化碳、二氯甲烷、氯仿、醚、乙酸已酯、甲基叔丁基醚和其它。有机溶剂的另一个例子是丙酮。可以存在于进料混合物中的水性溶剂包括水和缓冲溶液。有机和水性溶剂都可以存在于馈入喷雾干燥器的喷雾干燥混合物中。在一种实施方案中，优选乙醇∶水的比率为大约20∶80至大约90∶10的乙醇水溶剂。混合物可以有酸性或碱性pH。任选可以包括pH缓冲剂。优选pH可以为大约3至大约10。在另一个实施方案中，pH为大约1至大约13。
要喷雾干燥的混合物中使用的一种或多种溶剂的总量通常大于约97重量百分比。优选，要喷雾干燥的混合物中使用的一种或多种溶剂的总量通常大于约99重量百分比。存在于要喷雾干燥的混合物中的固体量(含有生物活性剂、添加剂和其它成分的纳米颗粒)通常少于3.0重量百分比。优选存在于要喷雾干燥的混合物中的固体量为大约0.05重量％至大约1.0重量％。
药物活性剂要递送的药剂包括治疗剂、预防剂和/或诊断剂(统称“生物活性剂”)，用于治疗呼吸道传染病如TB、严重急性呼吸综合征(SARS)、流行性感冒和天花。适用的生物活性剂包括可以局部、全身作用的药剂或其组合。术语“生物活性剂”用在这里，是药剂，或其药物可接受的盐，其在体内释放时，具有所需的生物活性，例如体内治疗、诊断和/或预防性质。生物活性剂的例子包括但不限于，合成的无机和有机化合物、蛋白质、肽、多肽、DNA和RNA核酸序列或其任何组合或类似物，具有治疗、预防或诊断活性。可以使用广泛范围分子量的化合物，例如，每摩尔重量在100和500,000克之间的化合物。
在一种优选实施方案中，生物活性剂是治疗呼吸道感染例如肺结核的抗生素，如卷曲霉素、PA-824、利福平、利福喷丁和喹诺酮(如莫西沙星(BAY 12-8039)、aparfloxacin、加替沙星、CS-940、Du-6859a、西他沙星、HSR-903、氧氟沙星、WQ-3034)、环丙沙星和氧氟沙星。卷曲霉素是相对亲水的抗生素分子。在预防TB中，目前用作二线防御分子。据Heifets等在Ann.Clin.Microbiol.Antimicrobiol.4(6)(2005)中报告，卷曲霉素体外对抗非复制期TB一个月后，表现出菌落形成单位(″CFU″)有一到两个对数的减少，因此对治疗潜伏TB有潜力。PA-824是杀菌抗生素，其靶定类黄酮F420，并还阻止霉菌酸合成和脂质的生物合成。利福喷丁通过与蛋白质的β亚单位结合，抑制RNA聚合酶，作为杀菌抗生素发挥作用。
另一种优选实施方案中，生物活性剂是疫苗，如BCG疫苗，其有效对抗TB，或流感抗原。
为了治疗病毒性呼吸道感染，生物活性剂优选单用抗病毒剂或联合疫苗使用。四种药物通常处方用于A类流感病毒，金刚烷胺(amantadin)、金刚乙胺、扎那米韦和广泛储备的奥司米韦。这些是神经氨酸苷酶抑制剂，阻断病毒复制。如果在疾病发起的数日内用药，它们可以减轻某些症状的严重程度和缩短病程。
多重耐药性的肺结核(MDR-TB)的出现成为重要的公共健康威胁，产生了没有满足的医疗需求，需要发展新的治疗手段。在优选实施方案中，在主要感染部位递送非常高的药物剂量，用于肺粘膜处快速杀菌并缩短MDR-TB疗程。治疗耐药型感染的制剂可包括非常高负荷的一种或多种抗生素或者抗生素和疫苗的组合。
纳米颗粒可以含有高达约100％(w/w)的生物活性剂。在优选实施方案中，颗粒含有至少50.00％、60.00％、75.00％、80.00％、85.00％、90.00％、95.00％、99.00％或更多的生物活性剂(组合物的干重)。在卷曲霉素和其它类似药物的情况下，优选的剂量负荷至少50重量％，更优选80重量％。所用的生物活性剂的量根据需要的作用、计划释放水平、和生物活性剂释放所经历的时间跨度而不同。
赋形剂和药物可接受的载体用在这里，添加剂是加入另一个物质以在主要物质中或与主要物质的组合中产生需要的效果的任何物质。通常用在这里，“赋形剂”意指加入到药物制剂中以便赋予适当稠度的化合物。例如，颗粒可以包括表面活性剂。通常用在这里，术语“表面活性剂”指优先吸附到两个不能混溶的相之间的交界面中的任何药剂，所述交界面如水和有机聚合物溶液之间的界面、水/空气界面、水/油界面、水/有机溶剂界面、或有机溶剂/空气界面。表面活性剂通常具有亲水部分和亲脂部分，这样的话，吸附到微粒上后，它们往往将其部分显露于外环境，不再吸引相似涂层的颗粒，从而减少了颗粒的聚集。表面活性剂也能促进治疗剂或诊断剂的吸附，提高药剂的生物利用度。
颗粒或其组分可以是药物、药物和赋形剂、或在聚合物中的药物，其可以是生物可降解的或生物不可降解的，或材料如二氧化硅，甾醇如胆固醇、豆甾醇、β-谷甾醇、和雌二醇；胆甾醇酯如硬脂酸胆甾醇酯；C12-C24脂肪酸如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、和二十四烷酸；C18-C36甘油一、二和三脂如单油酸甘油酯、单亚油酸甘油酯、单月桂酸甘油酯、单二十二烷酸甘油酯、单肉豆蔻酸甘油酯、一癸烯酸甘油酯、二棕榈酸甘油酯、(二)二十二烷酸甘油酯、二肉豆蔻酸甘油酯、二癸烯酸甘油酯、(三)二十二烷酸甘油酯、三肉豆蔻酸甘油酯、三癸烯酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯和其混合物；蔗糖脂肪酸酯如蔗糖二硬脂酸酯和蔗糖棕榈酸酯；山梨聚糖脂肪酸酯如山梨聚糖单硬脂酸酯、山梨聚糖单棕榈酸酯和山梨聚糖三硬脂酸酯；C16-C18脂肪醇如鲸蜡醇、肉豆蔻醇、硬脂酸醇、和十六醇十八醇混合物；脂肪醇和脂肪酸的酯如棕榈酸鲸蜡酯和棕榈酸十六/十八烷酯；脂肪酸酐如硬脂酸酐；磷脂包括磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、和其溶血衍生物(lysoderivatives)；鞘氨醇及其衍生物；髓磷脂如硬脂酰、棕榈酰和二十三醇酰(tricosanyl)髓磷脂；神经酰胺如硬脂酰和棕榈酰神经酰胺；鞘脂；羊毛脂和羊毛脂醇；及其组合物和混合物。在优选实施方案中，要喷雾干燥的液体任选包括一种或多种磷脂，举例，如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇或其组合。在一种实施方案中，磷脂是肺内源性的。磷脂的实例示于表1。也可以使用磷脂的组合。
表1磷脂二月桂酰磷脂酰胆碱(C12；0) DLPC二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(C14；0)DMPC二棕榈酰磷脂酰胆碱(C16:0) DPPC二硬脂酰磷脂酰胆碱(C18:0) DSPC二油酰磷脂酰胆碱(C18:1) DOPC二月桂酰磷脂酰甘油 DLPG二肉豆蔻酰磷脂酰甘油DMPG二棕榈酰磷脂酰甘油 DPPG二硬脂酰磷脂酰甘油 DSPG二油酰磷脂酰甘油DOPG二肉豆蔻酰磷脂酸DMPA二肉豆蔻酰磷脂酸DMPA二棕榈酰磷脂酸 DPPA二棕榈酰磷脂酸 DPPA二肉豆蔻酰磷脂酰乙醇胺 DMPE二棕榈酰磷脂酰乙醇胺DPPE二肉豆蔻酰磷脂酰丝氨酸 DMPS二棕榈酰磷脂酰丝氨酸DPPS二棕榈酰髓磷脂 DPSP二硬脂酰髓磷脂 DSSP带电荷的磷脂也可以用于产生含有包括生物活性剂的纳米颗粒的颗粒。带电荷的磷脂的实例记载于美国专利申请20020052310。
除了肺表面活性剂，例如上述的磷脂之外，适用的表面活性剂包括但不限于胆固醇、脂肪酸、脂肪酸酯、糖、十六烷醇；脂肪醇如聚乙二醇(PEG)；聚氧乙烯-9-月桂醚；表面活性脂肪酸如棕榈酸或油酸；甘氨胆酸酯；表面活性素(surfactin)；泊洛沙姆；山梨聚糖脂肪酸酯如山梨聚糖三油酸酯(Span 85)、Tween 80(聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯)；泰洛沙泊，聚乙烯醇(PVA)，及其组合。制备和给药包含表面活性剂特别是磷脂的颗粒的方法，公开于授予Hanes等的美国专利No5,855,913和授予Edwards等的美国专利No.5,985,309中。
颗粒可以进一步包含氨基酸，包括但不限于，亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和色氨酸。也可以用氨基酸的组合。使用的非天然存在的氨基酸包括，例如，β-氨基酸。可以用疏水氨基酸的D、L构型和外消旋混合物。适用的氨基酸也能包括氨基酸衍生物或类似物。用在这里，氨基酸类似物包括具有下式的氨基酸的D或L构型--NH--CHR--CO--，其中R是脂肪基、取代的脂肪基、苯甲基、取代的苯甲基、芳香基或取代的芳香基，并且其中R不对应天然存在的氨基酸侧链。用在这里，脂肪基包括完全饱和的直链、支链或环状C1-C8烃，其含有一个或两个杂原子如氮、氧或硫和/或其含有一个或多个不饱和单位。芳香基或芳基包括碳环芳香剂如苯基和萘基以及杂环芳香基如咪唑基、吲哚基、噻吩基、呋喃基、吡啶基、吡喃基、恶唑基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、喹啉基、异喹啉基和吖啶基(acridintyl)。许多适用的氨基酸、氨基酸类似物及其盐可以商购得到。其它可以通过本领域已知的方法合成。合成技术记载于，例如，Green和Wuts的″Protecting Groups in Organic Synthesis″，John Wiley and Sons，Chapters5和7，1991。
氨基酸或其盐可以以约0％至大约60重量％的量存在于颗粒中，优选大约5重量％至大约30重量％。形成和递送包含氨基酸的颗粒的方法记载于美国专利No.6,586,008。
喷雾干燥的颗粒可以包括含有一种或多种生物活性剂或其它材料的纳米颗粒。纳米颗粒可以根据本领域已知的方法生产，例如在连续水相中的乳化聚合法、在连续有机相中的乳化聚合法、研磨、沉淀、升华、界面缩聚、喷雾干燥、热熔微囊法、相分离技术(溶剂去除和溶剂蒸发)、A.L.Le Roy Boehm，R.Zerrouk和H.Fessi(J.Microencapsulation，2000，17195-205)描述的纳米沉淀法、和相反转技术。另外的生产方法包括蒸发沉淀，由Chen等记载(InternationalJournal of Pharmaceutics，2002，24，pp 3-14)和使用超临界二氧化碳作为反溶剂(例如，由J.-Y.Lee等记述，Journal of Nanoparticle Research，2002，2，pp 53-59)。纳米胶囊可以通过F.Dalencon，Y.Amjaud，C.Lafforgue，F.Derouin和H.Fessi(International Journal of Pharmaceutics.，1997，153127-130)的方法生产。美国专利Nos.6,143,211，6,117,454和5,962,566；Amnoury(J.Pharm.ScL，1990，pp 763-767)；Julienne等，(Proceed.Intern.Symp.Control.ReI.Bioact.Mater.，1989，pp 77-78)；Bazile等(Biomaterials 1992，pp 1093-1102)；Gref等(Science 1994，263，pp 1600-1603)；Colloidal Drug Delivery Systems(胶态药给药系统)(Jorg Kreuter编著，Marcel Dekker，Inc.，New York，Basel，Hong Kong，pp 219-341)；和WO 00/27363，记载了纳米颗粒的生产和生物活性剂例如药物掺入到纳米颗粒中。
完整的(预成形的)纳米颗粒可以加入到要喷雾干燥的溶液中。或者，混合和/或喷雾干燥期间能够形成纳米颗粒的试剂可以加入到要喷雾干燥的溶液中。
赋形剂/载体可以存在于颗粒中，量为大约5重量百分比(％)至大约95重量％。优选，它能以大约20重量％至大约80重量％的量存在于颗粒中。
任选颗粒或聚集体可以被涂布。适用的涂料包括蛋白质和表面活性剂。涂料可以用来靶定特定组织或细胞，或者增加生物附着。颗粒或聚集体也能包括其它添加剂，例如，缓冲盐。
II.颗粒递送给药的方法和装置优选，生物活性剂以有效量递送到靶部位，例如，组织、器官或整个身体，优选为肺。用在这里，术语“有效量”意指达到想要的治疗或诊断作用或疗效所需的量。生物活性剂的实际有效量可以根据要用的具体生物活性剂或其组合、配制的特定组合物、给药方式、和患者的年龄、体重、状况、以及要治疗的症状或病症的严重性而不同。具体患者的剂量可以通过用常规考虑因素，如依靠适当的、常规的药理方案，由本领域普通技术人员确定。一种实施方案中，生物活性剂被涂层到纳米颗粒上。
尽管主要参照肺部给药描述，但应当理解颗粒可以经鼻、口、阴道、直肠、局部或以注射给药。
制剂施用到需要治疗、预防或诊断的患者。可以通过本领域已知的手段，将颗粒给药到呼吸系统。例如，颗粒(聚集体)可以从吸入装置递送。在优选实施方案中，颗粒通过干粉吸入器(DPI)给药。计量剂量吸入器(MDI)、喷雾器或滴注技术也能运用。优选，递送到肺部系统的肺泡区、中央气道或上气道。
可以用于将颗粒给药至患者的呼吸道的各种适用的吸入装置和方法是本领域已知的。例如，适用的吸入器记载于授予Valentini等的美国专利4,995,385和4,069,819、授予Patton的美国专利No.5,997,848中。其它实例包括但不限于，本领域技术人员已知的，Spinhaler(Fisons，Loughborough，U.K.)，Rotahaler(Glaxo-Wellcome，Research TriangleTechnology Park，North Carolina)，FlowCaps(Hovione，Loures，Portugal)，RTM.吸入器(Boehringer-Ingelheim，Germany)，Aerolizer(Novartis，Switzerland)，碟式吸入器(Glaxo-Wellcome，RTP，NC)和其它。优选，颗粒作为干粉通过干粉吸入器给药。在一种实施方案中，干粉吸入器是简单的、呼吸致动装置。能采用的适用的吸入器的例子记载于美国专利No.6,766,799。
用容器装入或储存颗粒和/或包含颗粒的可吸入药物组合物用于后续给药。容器用本领域已知方法填装颗粒。例如，可以用真空填装或夯实技术。通常，用颗粒填装容器可以用本领域已知的方法实行。一种实施方式中，装入或储存在容器中的颗粒具有至少大约5毫克直至大约100毫克的质量。另一种实施方案中，储存或装入容器的颗粒质量包括至少约1.5mg至至少约20mg的生物活性剂质量。一种实施方案中，吸入器容器的体积至少约0.37cm3至0.95cm3。或者，容器可以是胶囊，例如，设计为特定胶囊大小的胶囊，例如2、1、0、00或000。适用的胶囊可以从例如Shionogi(Rockville，Md.)得到。泡囊(blister)可以从例如Hueck Foils(Wall，N.J.)得到。适用于本发明的其它容器及其其它体积对于本领域技术人员也是已知的。
优选，给药到呼吸道的颗粒穿过上气道(口咽和喉)、下气道，下气道包括气管随后分支成为支气管和细支气管，并通过终末细支气管，终末细支气管依次分成呼吸性细支气管，然后引向终末呼吸区、肺泡或深肺。在优选实施方案中，大多数的颗粒沉积在深肺中。在另一个实施方案中，递送主要是到中央气道。递送到上气道也可行。
气雾剂剂量、制剂和递送系统也可以选择用于特定的治疗应用，例如，记载于Therapeutic Drug Carrier Systems，6273-313，1990的Critical Reviews中，Gonda的I.″Aerosols for delivery of therapeutic anddiagnostic agents to the respiratory tract″；和Moren等编著的Aerosols inMedicine.Principles，Diagnosis and Therapy(Elsevier，Amsterdam，1985)中，Moren的″Aerosol dosage forms and formulations″中。
生物活性剂从颗粒的释放速度可以根据释放常数描述。一级释放常数可以用下面的等式表达M(t)＝M(∞)*(1-e-k*t)(1)其中k是一级释放常数。M(∞)是生物活性剂递送系统如干粉中生物活性剂的总质量，M(t)是时间t时从干粉中释放的生物活性剂质量。
等式(1)可以用在特定体积的释放介质中释放的生物活性剂的量(即质量)或释放的生物活性剂的浓度来表达。
例如，等式(1)可以表达为C(t)＝C(∞)*(1-e-k*t)或释放(t)＝释放(-∞)*(1-e e-k*t)(2)其中k是一级释放常数。C(t)是释放介质中生物活性剂的最大理论浓度，并且C(t)是t时间从干粉中释放到释放介质中的生物活性剂浓度。
根据一级释放常数的药物释放速度可以用下式计算k＝-l n(M(∞)-M(t))/M(∞)/t(3)生物活性剂从颗粒的释放速度可以通过调节颗粒的热性质或物理态转变来控制或优化。颗粒可以以它们的基质转变温度作为特征。用在这里，“基质转变温度”指颗粒从分子活动性较低的玻璃状或刚性相转变成更为无定形的、弹性或熔融态或者类流体相的温度。用在这里，“基质转变温度”是颗粒的结构完整性以使得生物活性剂从颗粒中更快释放的方式而降低的温度。超过基质转变温度，颗粒结构改变，使生物活性剂分子的活动性增加而引起更迅速的释放。反之，低于基质转变温度，生物活性剂颗粒的运动性受限，引起释放变慢。“基质转变温度”可以与不同的相转变温度有关，例如熔融温度(Tm)、结晶温度(Tc)和玻璃转变温度(Tg)，这些代表了固体内部秩序和/或分子活动性的变化。
实验上，基质转变温度可以用本领域已知的方法测定，特别是通过差示扫描量热法(DSC)。鉴定颗粒或干粉的基质转变行为的其它技术，包括同步加速器X线衍射和冷冻断裂电镜。
用在这里，“标称剂量”意指存在于用于给药的颗粒质量中、并代表可以给药的生物活性剂的最大量的生物活性剂总质量。
受治疗的患者；有效剂量本文描述的制剂尤其适于治疗呼吸道疾病如TB、SARS、脑膜炎球菌性脑膜炎、RSV、流行性感冒和天花。在优选实施方案中，待治疗的患者患有慢性或长期感染，或耐药感染。
在抗生素如卷曲霉素的情况下，剂量相等于30-100mg的剂量，更优选30-60mg，口服给药，对于速释药物，每天给药一或两次，对于缓释药物，一周一次。亮氨酸是优选的赋形剂。
参考下面的非限制实施例，本发明将得到进一步了解。
实施例1含卷曲霉素的大多孔颗粒多重耐药性肺结核(MDR-TB)的出现成为重要的公共健康威胁，产生了没有满足的医疗需求，需要发展新的治疗手段。采用将抗生素直接局部递送到受感染的肺中，以达到将高药物剂量靶定在主要感染部位对肺粘膜快速杀菌并缩短MDR-TB疗程的目的。
已经制造出含有50-80％卷曲霉素的干粉气雾剂，它们表现出相似的物理和雾化特性。几何直径在2-10μm和空气动力学直径在5-6μm的气雾剂通过喷雾干燥形成。大批量扩大规模之前，优化加工参数将粉末收率增加了高达60％。该气雾剂表现出在冷冻、室温和高温(40℃)状态下优异的储存能力，并且直至储存2个月间，物理和化学性质保持稳定。
实验方法制备干粉气雾剂加热80∶20卷曲霉素∶亮氨酸溶液(50％乙醇5000mL中36g)至60℃，制备气雾剂，用Niro喷雾干燥器在80mL/min的进料流速、28-31g/min的雾化流速和79-82kg/hr的加工气体流速下，喷雾干燥溶液。进口温度在189-192℃间变化，以实现出口温度～65℃。
第二个实施例中，含有28.8g硫酸卷曲霉素(Lilly，Control No.7RT71R)和7.2g L-亮氨酸(Sigma L-8912，Lot 044K0381)的2500mLMilli-Q水和2500mL 200 proof乙醇(PharmCo 111 ACS200，Batch04259-14，Lot 0409144)的溶液，加热至60℃，用Niro喷雾干燥器在80mL/min的进料流速、28-31g/min的雾化流速和79-82kg/hr的加工气体流速下，喷雾干燥溶液。进口温度在189-192℃间变化，以实现出口温度～65℃。
收率17.5149g＝＞48.7％气雾剂物理特性各喷雾干燥粉末的形态、几何大小和气雾剂化特性进行初始鉴定。颗粒的形态用LEO 982场发射扫描电镜(SEM)(Zeiss)，通过扫描电镜观察。颗粒大小用HELOS衍射仪和RODOS可变剪切力干粉扩散器(Sympatec)，在施加0.5、1、2和4巴(bar)的调节器压力下，通过激光衍射测量。吸入装置分散的粉末的空气动力学特性借助8-级Mark IIAndersen多级冲击器(ACI-8，Thermo Electron，Waltham，MA)进行重力分析，以多级冲击评价，来测定总剂量的细颗粒分数(FPFTD)。所报告的FPFTD测量了空气动力学直径小于3.3或5.8μm的气雾剂分数。FPFTD＜3.3μm表示应当沉积在下呼吸道的气雾剂百分数，而FPFTD＜5.8μm表示应当沉淀在中到下呼吸道的气雾剂百分数。
颗粒的容积密度通过振实密度测量来判定。颗粒暂时装载在1ml塑料滴管的0.3ml处，盖上NMR试管帽，振实大约300-500次，直到粉末的体积不再改变。振实密度从负载之前和之后的滴管重量差除以振实后的粉末体积来判定，气雾剂化学特性粉末中的卷曲霉素含量用HPLC测定。各粉末中卷曲霉素含量用C18反相柱(Agilent ZORBAXEclipse XDB-C 18)，在1.0mL/min和25℃下，在具有0.3重量％七氟丁酸的22∶78甲醇∶磷酸盐缓冲液中，通过HPLC分析测定。
稳定性实验在10.5％相对湿度(RH)下，在手套箱的15个玻璃闪烁管中等分粉末(每个～200mg)，然后盖紧盖子。3管一组放置在4个含有无水硫酸钙(drierite)的塑料干燥箱中。干燥箱保存在黑暗下的室温中、曝光下的室温中、4℃(冷藏)、以及40℃和作为加速稳定性条件的75％RH的潮湿箱中。最后3管不加盖放置在40℃和75％RH的潮湿箱中。时间点为0、1、2和6周、2个月、和3个月。在各时间点，鉴定粉末的物理和化学性质。
结果和讨论含有不同百分比的卷曲霉素和亮氨酸的干粉气雾剂通过喷雾干燥形成。各制剂的质量-平均直径，用HELOS/RODOS激光衍射系统，在1.0bar的调节压力下测定，结果显示于表2。调节压力改变，直径没有显著差异。这提示了这些粉末的气雾飞行特征不依赖于患者的吸气流速。
含有80％和90％卷曲霉素的干粉气雾剂的SEM图像证明，随着干粉气雾剂中卷曲霉素的百分比上升到高达80％，可见到平均直径下降(表2)。在90％卷曲霉素时，通过激光衍射和SEM，观察到含有两种球径的气雾剂。这两个群体引起粉末的平均直径增加。
含有50-80％卷曲霉素的气雾剂的FPFTD没有明显差异。但是，90％卷曲霉素的气雾剂显示出FPFTD大约降低了30％。由于需要含有可能的最大量卷曲霉素但具有良好飞行性能的气雾剂，含有80％卷曲霉素的气雾剂用于进一步研究。
表2含有卷曲霉素的干粉气雾剂的平均大小和FPFTD
最初扩大规模的粉末生产有48.7％的收率。这些用作稳定性和药代动力学研究的气雾剂，平均几何直径4.2μm，空气动力学直径4-6微米。几何标准差(GSD)为1.8μm，根据W.C.Hinds.AerosolTechnology.John Wiley＆Sons，Inc.，New York，1999测定GSD＝(d84％/d16％)0.5eqn.(1)其中dn是累积分布的nth百分点处的直径，显示出气雾剂几乎是单分散的。
调节压改变，没有见到直径有显著差异。这提示这些粉末的气雾飞行特征不依赖于患者的吸入流速。
产生的颗粒具有高药物负载。在不同天重复喷雾干燥显示出粒径和形态良好的复制性。4℃、室温和40℃下的总体视觉稳定性实验显示，两周半后，没有大小或形态的改变。
气雾剂保存在40℃，为期6周，FPFTD降低了40％。但是，在其它保存条件下的FPFTD可保持稳定达2月之久。
保存在4℃、室温和40℃下的密封小瓶中的制剂的卷曲霉素含量保持稳定达3个月之久。当与40℃和75％RH的气氛直接接触放置，气雾剂吸收了相当量的水，引起每质量气雾剂的卷曲霉素含量降低。
在冷却(4℃)、室温(RT，大约25℃)、和高温(40℃)条件下，对含有80％卷曲霉素的气雾剂进行三个月物理和化学稳定性分析。图1A、1B和1C显示了气雾剂几何直径、细颗粒分数(FPFTD)和化学含量随时间的稳定性。
所有条件下，几何直径没有发现显著改变(图1A)。气雾剂保存在40℃ 6周，FPFTD降低了40％(图1B)。但是，其它保存条件下的FPFTD保持稳定达3个月之久。保存在密封小瓶中的制剂的卷曲霉素含量在4℃、RT、和40℃保持稳定可达3个月(图1C)。当与40℃和75％RH的气氛直接接触放置，气雾剂吸收了相当量的水，引起每质量气雾剂的卷曲霉素含量降低。
总之，可注射的亲水TB药物分子卷曲霉素，制成用于吸入的干粉气雾剂型。由于治疗需要大剂量抗生素，制备了具有高药物负载(80％的卷曲霉素)的干粉气雾剂，表现出优异的雾化特性(FPFTD＜5.8μm的有48％)。施加的调节器压力改变，几何直径没有明显差异，提示这些粉末的气雾飞行特性不依赖于患者的吸入流速。显然，这些气雾剂显示出在冷却、室温和加温(40℃)条件下，物理和化学性质保持稳定达3个月保存期之久。
应当了解，本公开的发明不限于所述的具体方法、规程和试剂，这些是可变的。还要理解，这里所用的名词仅是为了描述具体实施方案，不是意欲限制范围，本发明的范围仅由所附的权利要求限定。
权利要求
1.治疗呼吸道感染的制剂，包括为适合通过吸入到干燥肺给药的干粉的用于治疗呼吸道感染的治疗剂、诊断剂或预防剂，包括微粒或纳米颗粒聚集体，其颗粒或聚集体直径在1和30微米之间，沉积在下呼吸道的颗粒或聚集体的FPFTD小于3.3μm，而沉积在中至下呼吸道的颗粒或聚集体的FPFTD小于5.8μm。
2.权利要求1的制剂，包括用于治疗选自肺结核、严重急性呼吸综合征(SARS)、脑膜炎球菌性脑膜炎、呼吸道合胞病毒(RSV)、流行性感冒和天花的疾病的药剂。
3.权利要求1的制剂，用于治疗慢性或耐药性呼吸道感染。
4.权利要求1的制剂，用于治疗肺结核，尤其是多重耐药性的肺结核。
5.权利要求1的制剂，包括纳米颗粒聚集体。
6.权利要求1的制剂，包括选自抗生素、抗病毒剂和疫苗的生物活性剂。
7.权利要求6的制剂，包括选自卷曲霉素、PA-824、利福平、利福喷丁、喹诺酮)、aparfloxacin、加替沙星、CS-940、Du-6859a、西他沙星、HSR-903、氧氟沙星、WQ-3034、环丙沙星和氧氟沙星的抗生素。
8.权利要求7的制剂，包括超过50％重量的高负载的卷曲霉素，更优选超过60-80％重量。
9.权利要求8的制剂，包括亮氨酸作为赋形剂。
10.权利要求6的制剂，包括选自金刚烷胺、金刚乙胺、扎那米韦和奥司米韦的抗病毒剂。
11.权利要求6的制剂，包括单独的疫苗或者疫苗与抗生素或抗病毒剂的组合。
12.权利要求1的制剂，为用于肺部递送的装置形式或剂型。
13.权利要求11的制剂，为通过吸入递送的干粉。
14.权利要求1的制剂，其中颗粒的空气动力学范围在4到6微米之间。
15.权利要求14的制剂，其中颗粒包括卷曲霉素和亮氨酸。
16.权利要求1的制剂，为选自片剂、胶囊、锭剂、粉末、乳剂、气雾剂、悬剂和溶液的形式。
17.治疗方法，包括对患者给药有效量的权利要求1-16任一项的制剂。
18.权利要求17的方法，其中所述制剂每天给药一次或两次，并且是速释制剂。
19.权利要求17的方法，其中所述制剂每周给药一次，并且是缓释制剂。
20.权利要求17的方法，其中所述制剂包括卷曲霉素，并且以相当于口服递送30-100mg卷曲霉素的剂量给药至需要其的人。
全文摘要
本发明开发了治疗或减少呼吸道感染传播的制剂，特别是慢性或耐药感染，尤其是肺结核(TB)、严重急性呼吸综合征(SARS)、脑膜炎球菌性脑膜炎、呼吸道合胞病毒(RSV)、流行性感冒和天花。制剂包括微粒、纳米颗粒或纳米颗粒聚集体形式的药物或疫苗，并且任选有载体，其能通过吸入递送。用吸入器给药，通过绕开胃和肝，避免了与口服或可注射药物相关的问题，将药物直接递送入肺。一种实施方案中，含有药剂的颗粒是大的多孔气雾剂颗粒(LPPs)。另一种实施方案中，颗粒是纳米颗粒，能够作为微米直径的多孔纳米颗粒聚集体给药，在给药后分散成纳米颗粒。任选纳米颗粒可以被涂布，如用表面活性剂或蛋白质涂料。制剂可以作为粉末给药或作为溶液给药或者经过肠道或非肺部的胃肠外给药途径。制剂优选作为肺部制剂给药。在优选的治疗TB的实施方案中，疫苗是室温下稳定的BCG疫苗，或者是有效对抗TB的抗生素，如卷曲霉素或PA－824，以高百分比装载在微粒或纳米颗粒中。一种实施方案中，患者用递送抗生素和疫苗二者的制剂治疗。
文档编号A61P31/00GK101090711SQ200580044975
公开日2007年12月19日 申请日期2005年10月19日 优先权日2004年10月29日
发明者大卫·A·爱德华兹, 珍妮弗·菲格尔, 琼·孙 申请人:哈佛学院校长同事会