用作藥物遞送系統(tǒng)的無紡布膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明定義了用于在身體的待處理區(qū)域治療或化妝用活性劑受控和緩慢釋放的無紡布膜。該無紡布膜包含單一類型的生物相容性電紡納米纖維和被纏結(jié)在所述納米纖維之間的至少一種治療或化妝用活性劑微粒，所述活性劑具有低的水溶性。
【專利說明】用作藥物遞送系統(tǒng)的無紡布膜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及藥物遞送系統(tǒng)（DDS)領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及用于治療或化妝用 活性劑在待處理的身體區(qū)域的受控和緩慢釋放的無紡布膜。該無紡布膜包含單一類型的生 物相容性電紡納米纖維和被纏結(jié)于所述納米纖維之間的純的活性劑微粒，所述活性劑具有 有限的水溶性。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 用于癌癥治療的藥物遞送系統(tǒng)現(xiàn)在被數(shù)百萬的患者使用，并且使得產(chǎn)生了新的療 法和對(duì)現(xiàn)有療法的改善?？拱┧幬镌讷@得抗腫瘤活性所需的系統(tǒng)濃度下可產(chǎn)生巨大的毒 性；因此，它們的局部遞送使得可能改善其安全性和功效。
[0004] 因此，局部植入的聚合裝置在過去數(shù)十年中已積累了臨床上的關(guān)注。一個(gè)實(shí)例由 用于治療膠質(zhì)瘤的裝載卡莫司汀的膜片（wafer)提供。此類制劑存在于裝載于聚酐聚合物 聚[二（對(duì)羧基苯氧基）丙烷癸二酸中的藥物卡莫司?。˙CNU)的固體圓片中。裝載BCNU的 膜片被批準(zhǔn)用于在手術(shù)后治療腦瘤（膠質(zhì)瘤）（Attenello et al·，Use of Gliadel(BCNU) Wafer in the Surgical Treatment of Malignant Glioma:A 10-Year Institutional Experience. Ann. Surg. Oncol.，200815 (10) : 2887-93) 0
[0005] 聚合納米纖維已被推薦為用于組織工程的可延展平臺(tái)和在特定應(yīng)用位點(diǎn)局部遞 送治療藥劑的載體。此類基于納米纖維的系統(tǒng)組合了幾個(gè)重要的方面，如大表面積和高孔 隙率，其促進(jìn)摻入納米纖維的活性劑的透水性和擴(kuò)散。已證明3種不同的技術(shù)可在常規(guī)生 產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)中取得成功：（i)自組裝，（ii)相分離和（iii)電紡。
[0006] 用于從肽兩親化合物合成納米纖維的自組裝，由于其溫和的制備條件和可獲得的 較小尺寸而具有吸引力。專利申請WO 2008/067145提供了從自組裝肽形成納米纖維的方 法。然而，該技術(shù)僅適用于有限的聚合物類群，且難以深入到宏觀結(jié)構(gòu)。從這些小纖維獲得 緩釋動(dòng)力學(xué)也存在挑戰(zhàn)。
[0007] 相分離技術(shù)需要將聚合物凝膠化和抽提溶劑，且因缺少對(duì)纖維排列的控制而受 到損害。所需的溶劑抽提步驟還會(huì)過早地濾除任何包埋在纖維中的藥物。另外，僅少 數(shù)聚合物適合該方法，且其嚴(yán)格上為實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的技術(shù)（Liu et al.，The nanofibrous architecture of poly (L-lactic acid)-based functional copolymers, Biomaterials 31(2010)259-269)。
[0008] 電紡技術(shù)改善了上述用于獲得納米纖維的方法，因?yàn)槠溆兄诩夹g(shù)的規(guī)模擴(kuò)大并 免除了溶劑抽提步驟。用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電紡納米纖維在過去幾年中吸引了大量的注 意。例如，電紡納米纖維已被用于組織工程學(xué)、固定化酶和催化劑、傷口敷料和人造血管。它 們還可用作防止手術(shù)后引發(fā)的黏附的屏障和用于受控的藥物遞送系統(tǒng)的媒介物。
[0009] 已報(bào)導(dǎo)單軸和同軸電紡納米纖維均以持續(xù)的方式吸收和釋放抗生素、藥物和蛋 白。藥物和生物活性劑被封裝、包埋或摻入至纖維的體相，使得它們的釋放動(dòng)力學(xué)依賴于 它們至纖維外的擴(kuò)散和纖維降解/侵蝕。例如，在Xie et al. (Xie et al.，Electrospun micro-and nanofibers for sustained delivery of paclitaxel to treat C6glioma in vitro, Pharm. Res. 23(2006)，1817-1826)中，將含有疏水性抗癌藥物如紫杉醇的生物 可降解的聚合物溶液直接電紡以產(chǎn)生釋放藥物的納米纖維網(wǎng)。同樣，Xu et al. (Xu et al. , BCNU-loaded PEG-PLLA ultrafine fibers and their in vitro antitumor activity against Glioma C6cells，Journal of Controlled Release 114(2006)307-316)開發(fā)出 了可植入的裝載BCNU的聚合物纖維，以用于BCNU的受控釋放。通過使用電紡法，該抗腫 瘤劑被良好地?fù)饺氩⒕鶆蚍植荚谏锟山到獾木郏ㄒ叶迹聚（乳酸）（PEG-PLLA)共聚 物納米纖維中。在專利申請WO 2009/064767中，從以下物質(zhì)的混合物形成了抗微生物納米 纖維：作為聚合物材料的電處理的醋酸纖維素、作為抗微生物劑的CHX和作為交聯(lián)劑的有 機(jī)鈦酸鹽，以這種方式將氯己定（clorhexidine，CHX)與納米纖維共價(jià)相連。專利申請WO 2009/133059公開了通過電紡超支化聚酯和一水肌酸的溶液形成的納米纖維基質(zhì)，以用于 肌酸的受控釋放。
[0010] 然而，許多引人關(guān)注的生物活性劑本質(zhì)上為蛋白和核，其不溶于有機(jī)溶劑且在分 布于聚合物溶液中時(shí)可能經(jīng)歷生物活性損失。藥物溶解于水核溶液中而聚合物溶解于有機(jī) 殼溶液中的同軸電紡，是一種能夠通過用兩個(gè)同軸的噴嘴分別噴出所述核和殼溶液來克服 該缺陷的方法。在專利申請WO 2008/013713中，公開了具有核和環(huán)繞核的聚合物殼的同軸 電紡納米纖維，其中生長因子或腺病毒被封裝在核中。
[0011] 在一些情況下，可將電紡納米纖維的表面化學(xué)功能化，以通過不同生物活性 分子如蛋白、酶、生長因子或藥物的物理吸附實(shí)現(xiàn)持續(xù)遞送。例如，將治療蛋白和核酸 進(jìn)行物理固定以用于受控遞送（Patel et al. ,Bioactive nanofibers:synergistic effects of nanotopography and chemical signaling on cell guidance,Nano Lett. 7(2007)2122-8)，并將抗菌劑進(jìn)行物理固定以用于從納米纖維表面即時(shí)釋放 (Bolgen et al. , In vivo performance of antibiotic embedded electrospun PCL membranses for prevention of abdominal adhesions, J. Biomed. Mater. Res. B AppI. Biomater. 81B(2007)530-543) 〇
[0012] 最近，Cai et al. (Cai et al. , International Journal of Pharmaceutics 419(2011)240-246)提議，通過將5-氟尿嘧啶（5-FU)摻入至通過冷凍干燥制備的羧甲基纖 維素鈉亞微米纖維作為電紡納米纖維的替代物，來實(shí)現(xiàn)其緩慢釋放。來自該可膨脹的基質(zhì) 的藥物釋放主要是基于至纖維外的擴(kuò)散。專利申請US 2005/0158362A1中提議了類似的系 統(tǒng)，其中生物活性化合物如牛血清白蛋白在電紡前被懸浮或溶解于聚合物溶液中，產(chǎn)生活 性劑主要裝載在納米纖維中的系統(tǒng)。
[0013] 因?yàn)閬碜匝b載活性劑的聚合物纖維的釋放高度依賴于所述纖維的組成、活性劑與 聚合物之比、其他物質(zhì)的共裝載和纖維厚度，已開發(fā)出將活性劑裝載在控制它們從纖維網(wǎng) 釋放的聚合物微球中的更新方法。專利WO 2010/096254開發(fā)出了這樣的制劑，其中牛血清 白蛋白（BSA)或硫酸軟骨素被裝載于聚苯乙烯（PS或PLGA)微球中，然后被裝載于由電紡 聚己酸內(nèi)酯（PCL)和聚（環(huán)氧乙烷）（PEO)制備的納米纖維中。PS微球可存在于一根纖維 中或者靠近第一類纖維、第二類纖維或二者。BSA的釋放動(dòng)力學(xué)取決于其至相應(yīng)的纖維外的 擴(kuò)散、該纖維的降解以及聚合微球殼的降解。
[0014] 最近，Wang et al. (Wang et al. , Fabrication and Characterization of Prosurvival Growth Factor Releasing,Anisotropic Scaffolds for Enhanced Mesenchymal Stem Cell Survival/Growth and Orientation, Biomacromolecules 2009, 10, 2609-2618)開發(fā)出了釋放胰島素生長因子（IGF-I)的用于組織工程學(xué)的納米 纖維支架，以誘導(dǎo)細(xì)胞生長和存活。通過如下方法形成此類支架：電紡聚氨基甲酸乙酯脲 (polyurethanurea)納米纖維和將裝載IGF-I的微球組裝到所述支架中。生長因子的封裝 保護(hù)它們免受蛋白水解并允許它們緩慢釋放；其釋放動(dòng)力學(xué)依賴于聚合物濃度、分子量和 裝載于微球中的生長因子。
[0015] 然而，裝載有含有活性劑的聚合物微球的納米纖維的生產(chǎn)方法存在挑戰(zhàn)，因?yàn)槲?球生產(chǎn)、分離、滅菌和裝載在納米纖維網(wǎng)中所需的技術(shù)工藝很復(fù)雜。另外，將活性劑封裝于 微球中的效率通常未達(dá)最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)?；钚猿煞值姆€(wěn)定性還可能受微膠囊化過程中使用的溶劑 影響。因此，現(xiàn)有工藝水平仍然需要提供可供選擇的局部藥物遞送系統(tǒng)，以用于治療劑的持 續(xù)和受控遞送。
[0016] 本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將活性成分配制為純的活性成分的微粒并纏結(jié)在生物 相容性電紡納米纖維的無紡布膜的纖維網(wǎng)間時(shí)，它們可以持續(xù)性方式局部釋放。即，制備的 微粒懸浮在非溶劑中并被倒入納米纖維網(wǎng)中。結(jié)果，它們被物理保持在膜中的納米纖維之 間，且不能釋放至外部介質(zhì)，但當(dāng)其為溶解形式可以釋放。該方法特別適合用于具有有限水 溶性的活性成分。一旦放置于待處理的身體區(qū)域，當(dāng)生理流體填充膜并溶解微粒時(shí)，即發(fā)生 釋放。盡管活性劑顆粒不像現(xiàn)有工藝水平的裝載藥物的微球那樣得到聚合物殼的保護(hù)，但 它們可以持續(xù)性、有效和導(dǎo)向性的方式釋放。
[0017] 發(fā)明目的
[0018] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供無紡布網(wǎng)，其包含單一類型的生物相容性電紡納 米纖維和純的形式的至少一種治療或化妝用活性劑微粒，所述微粒被纏結(jié)在所述納米纖維 之間，其中所述治療或化妝用活性劑具有小于33mg/mL的水溶解度。很重要的是，需要強(qiáng)調(diào) 治療或化妝用活性劑被放置在納米纖維之間而非納米纖維內(nèi)。這些特性是非常重要的，因 為本發(fā)明的無紡布膜的釋放速率取決于治療或化妝用活性劑的溶解性，而非納米纖維的溶 解性或降解速率。
[0019] 本發(fā)明的另一目的是提供包含所述無紡布膜的定制的套裝。
[0020] 本發(fā)明的另一目的是提供獲得所述無紡布膜的方法。
[0021] 本發(fā)明的另一目的是提供所述無紡布膜和包含其的定制的套裝的應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1顯示了用于獲得本發(fā)明的無紡布膜的電紡方法的方案。
[0023] 圖2顯示了用于獲得本發(fā)明的無紡布膜的SN-38微晶懸液的光學(xué)顯微鏡圖。
[0024] 圖3顯示了具有規(guī)則電紡PLA納米纖維的本發(fā)明的無紡布膜，在裝載SN-38微晶 前的掃描電子顯微照片。
[0025] 圖4顯示了包含電紡PLA納米纖維和被纏結(jié)于PLA納米纖維之間的SN-38微晶的 本發(fā)明無紡布膜的橫切面掃描電子顯微照片（X1180)。
[0026] 圖5顯示了包含電紡PLA納米纖維和被纏結(jié)于PLA納米纖維之間的SN-38微晶的 本發(fā)明無紡布膜的橫切面掃描電子顯微照片U4700)。
[0027] 圖6顯示了包含電紡PLA納米纖維和被纏結(jié)于PLA納米纖維之間的SN-38微晶的 5mm直徑的本發(fā)明無紡布膜的體外釋放圖。
[0028] 圖7顯示了從包含電紡PLA納米纖維和被纏結(jié)于PLA納米纖維之間的SN-38微晶 的5mm直徑的本發(fā)明無紡布膜的累積SN-38釋放。
[0029] 圖8顯示了可溶的SN_38(未裝載在本發(fā)明的無紡布膜中）溶液對(duì)幾種成神經(jīng)細(xì) 胞瘤細(xì)胞系的體外活性，表示為相比未處理的對(duì)照小井的細(xì)胞活力百分比。
[0030] 圖9顯示了裝載在本發(fā)明的無紡布膜中的SN-38微晶對(duì)幾種成神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞系 的體外活性，表示為相比未處理的對(duì)照細(xì)胞的細(xì)胞活力百分比。
[0031] 圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的預(yù)釋放的無紡布膜和完整的無紡布膜（對(duì)照）的活性， 表示為相比未處理細(xì)胞的細(xì)胞活力百分比。
[0032] 圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的共孵育的無紡布膜（裝載的和空的膜）和對(duì)照無紡布 膜（裝載的和空的膜，未共孵育）的活性，表示為相比未處理細(xì)胞的細(xì)胞活力百分比。
[0033] 圖12顯示了在無胸腺小鼠皮下植入的裝載了 100 μ g SN-38的單個(gè)12mm直徑膜 的血漿藥代動(dòng)力學(xué)。
[0034] 圖13顯示了相比對(duì)照（空白）膜，裝載了 100μ g SN-38的膜抑制在無胸腺小鼠 皮下植入的人腫瘤生長的活性。
[0035] 發(fā)明詳述
[0036] 本發(fā)明提供了無紡布膜，其包含單一類型的生物相容性電紡納米纖維和純的形式 的至少一種治療或化妝用活性劑微粒，所述微粒被纏結(jié)在納米纖維之間（不在其內(nèi)），其中 所述治療或化妝用活性劑具有小于33mg/mL的水溶解度（下文稱為"本發(fā)明的無紡布膜")。
[0037] 在本發(fā)明的上下文中，詞語"無紡布膜"涉及任意地放置于固體表面（收集器） 并通過以下方法中的一種或多種任選地纏結(jié)的一種或多種聚合電紡納米纖維：物理方法如 用生物相容性膠黏合、熔化或溶劑過量，以及機(jī)械方法如針刺法、水力纏結(jié)法和氣動(dòng)纏結(jié)法 (neumatic entanglement)〇
[0038] 如技術(shù)人員所了解的，電紡是一種高度多能的技術(shù)，其組合應(yīng)用了兩種技術(shù)，即電 噴射和紡紗。在電紡過程中，使通過其表面張力保持在毛細(xì)管末端的聚合物溶液處于電場 中，由于該電場而在液面上誘導(dǎo)了電荷。當(dāng)施加的電場達(dá)到臨界值時(shí)，排斥性的電場力克服 表面張力。最終，帶電的溶液噴射流被從泰勒錐的尖端射出，并在毛細(xì)管尖端與收集器之間 的空間中發(fā)生不穩(wěn)定且快速的噴射流甩動(dòng)（whipping),這造成溶劑蒸發(fā)而留下聚合物，并 使得一簇納米纖維沉積在收集器上。電紡過程通過多個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，通常歸類為：溶液參 數(shù)、工藝參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。溶液參數(shù)包括黏度、電導(dǎo)率、分子量和表面張力。工藝參數(shù)包括 施加的電場、毛細(xì)管與收集器之間的距離以及溶液流量。這些參數(shù)中的每一個(gè)均對(duì)通過電 紡方法獲得的纖維形態(tài)具有明顯的影響，并且通過合適地調(diào)整這些參數(shù)，有可能產(chǎn)生具有 期望的形態(tài)和直徑的納米纖維。此外，環(huán)境參數(shù)包括相對(duì)濕度和室溫，其對(duì)電紡纖維的形態(tài) 和直徑也具有重要影響。
[0039] 在本發(fā)明的上下文中，詞語"至少一種活性劑"是指微?？蔀橐环N或多種活性劑微 粒。
[0040] 在本發(fā)明的上下文中，"治療劑"是指針對(duì)人或獸類疾病具有活性的分子。
[0041] 在本發(fā)明的上下文中，"化妝用試劑"涉及局部施用以獲得接受它們的對(duì)象認(rèn)為作 為化妝用形式有用的效果的分子或物質(zhì)。
[0042] 同樣，在本發(fā)明的上下文中，詞語"純的形式的至少一種活性劑微粒"涉及活性劑 具有最少量的或沒有雜質(zhì)這一事實(shí)，并且涉及微粒不具有其他成分而僅具有活性劑、具有 最少的或沒有雜質(zhì)這一事實(shí)。因此，在本發(fā)明的上下文中，微粒核不含有任何聚合化合物。
[0043] 在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"活性劑"是指治療劑如化療劑、抗生素、抗真菌劑或營 養(yǎng)制劑，例如，或指活性蛋白如生長因子。在任何情況下，其應(yīng)當(dāng)具有小于33mg/mL的水溶 解度。
[0044] 在本發(fā)明的上下文中，詞語"被纏結(jié)在納米纖維之間"是指微粒在納米纖維之間是 游離的且被包埋于其中這一事實(shí)，即以這種方式進(jìn)行物理保留而不能被釋放但在其溶解時(shí) 可被釋放。
[0045] 在本發(fā)明的上下文中，治療或化妝用活性劑具有小于33mg/mL的水溶解度，即根 據(jù)本領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，活性劑在水中為幾乎不溶的、極微溶的、微溶的或難容的。這些標(biāo)準(zhǔn)可為 Sigma Aldrich的那些標(biāo)準(zhǔn)，例如下述的：
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 無紡布膜，包含生物相容性電紡納米纖維和純的形式的至少一種治療或化妝用活性 劑微粒，所述微粒被纏結(jié)在所述納米纖維之間，所述納米纖維屬于單一類型的聚合物，特征 在于所述治療或化妝用活性劑具有小于33mg/mL的水溶解度，且其在溶解后被從所述膜釋 放。
2. 如權(quán)利要求1所述的無紡布膜，特征在于其至少包含：含有生物相容性電紡納米纖 維的第一層、含有生物相容性電紡納米纖維和纏結(jié)在所述納米纖維之間的至少一種治療或 化妝用活性劑微粒的第二層；以及含有生物相容性電紡納米纖維的第三層。
3. 如權(quán)利要求1所述的無紡布膜，特征在于所述至少一種治療或化妝用活性劑具有 0· 001-33mg/mL的水溶解度。
4. 如權(quán)利要求1所述的無紡布膜，特征在于所述至少一種治療或化妝用活性劑微粒為 微晶。
5. 如權(quán)利要求1所述的無紡布膜，特征在于所述至少一種治療或化妝用活性劑微粒具 有0. 1-20 μ m的平均直徑。
6. 如權(quán)利要求1所述的無紡布膜，特征在于所述至少一種治療或化妝用活性劑以相對(duì) 于所述無紡布膜總重量的〇. 001% -20%重量加載。
7. 如權(quán)利要求1所述的無紡布膜，特征在于所述生物相容性電紡納米纖維具有 50-1000nm的平均直徑。
8. 如權(quán)利要求1所述的無紡布膜，特征在于所述生物相容性電紡納米纖維由選自以 下的單一類型的生物相容性和生物可降解的聚合物組成：聚乙醇酸、聚 D，L-乳酸、D，L-乳 酸-乙醇酸共聚物、聚己酸內(nèi)酯、聚二氧環(huán)己酮、聚乙烯醇、膠原、纖維素、透明質(zhì)酸及它們 的組合。
9. 定制的套裝，其包含權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的無紡布膜以覆蓋實(shí)體組織的特定 區(qū)域。
10. 獲得權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的無紡布膜的方法，特征在于其包括以下步驟： (a) 電紡單一類型的生物相容性聚合物溶液；以及 (b) 同時(shí)倒入至少一種治療或化妝用活性劑微粒的懸液以獲得電紡無紡布膜，所述電 紡無紡布膜包含生物相容性電紡納米纖維和被纏結(jié)在所述納米纖維之間的至少一種治療 或化妝用活性劑微粒。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，特征在于其包括以下步驟： (i) 至少電紡單一類型的生物相容性聚合物的溶液以收集無紡布膜的第一層，所述第 一層包含生物相容性電紡納米纖維； (ii) 至少電紡單一類型的生物相容性聚合物的溶液，并同時(shí)倒入至少一種治療或化妝 用活性劑微粒的懸液以收集無紡布網(wǎng)的位于所述第一層上的第二層，所述第二層包含生物 相容性電紡納米纖維和被纏結(jié)在所述納米纖維之間的至少一種治療或化妝用活性劑微粒； 以及 (iii) 至少電紡單一類型的生物相容性聚合物的溶液以收集無紡布膜的位于所述第二 層上的第三層，所述第三層包含生物相容性電紡納米纖維。
12. 如權(quán)利要求10-11中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于通過向至少一種治療或化妝用 活性劑的溶液中添加所述活性劑不能溶于其中的溶劑來制備所述微粒的懸液。
13. 如權(quán)利要求10-11中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于通過向至少一種治療或化妝用 活性劑的溶液中添加具有所述活性劑不可溶的PH的溶液來制備所述微粒的懸液。
14. 如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的無紡布膜用于以受控和持續(xù)性的方式將治療或化 妝用活性成分局部遞送至待處理的身體區(qū)域的用途。
15. 包含權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的無紡布膜的定制的套裝用于覆蓋選自以下的實(shí) 體組織的特定區(qū)域的用途：皮膚、黏膜、骨、肌肉、內(nèi)臟器官和實(shí)體瘤。
【文檔編號(hào)】A61K9/70GK104321051SQ201380027164
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】喬斯·安東尼奧·托尼羅加西亞, 安琪兒·蒙特羅卡加博索, 瓊·伯特蘭拉維納 申請人:加泰羅尼亞理工大學(xué), 三塔瓊德杜醫(yī)院