DE60217121T2

DE60217121T2 - Medikament enthaltender klebstoff

Info

Publication number: DE60217121T2
Application number: DE60217121T
Authority: DE
Inventors: Yong-Hua Redlands ZHU; Zheng Chang Nanjing YANG; Qun-Dong Loma Linda SHEN; M. Wolff Redlands KIRSCH; Cindy Mentone DICKSON; Di Min Nanjing GU
Original assignee: Loma Linda University
Current assignee: Loma Linda University
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2022-07-20
Also published as: US20030044380A1; CA2453620C; CA2453620A1; EP1409033B1; EP1803473A2; ES2368439T3; EP1409033A1; ATE349231T1; EP1803473A3; WO2003008003A1; EP1803473B1; DE60217121D1; ES2279880T3; AU2002354960C1; FR1409033T; ATE513567T1

Description

Gebiet der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung werden Cyanoacrylat-Klebstoff-Formulierungen, die Arzneimittel enthalten, zum Verschluss von Wunden bereitgestellt.
Hintergrund der Erfindung
Die Wundverschlusstechnologie entwickelt sich kontinuierlich hin zu nahtfreien Alternativen, wie bspw. Klammern, chirurgische Bänder und neuerdings auch Gewebeklebstoffe, die als effektive Wundverschlussverfahren schnell Bekanntheit und Akzeptanz gefunden haben. Zwei unterschiedliche Formen von Gewebeklebstoffen zum Wundverschluss sind ausgiebig untersucht worden: Cyanoacrylat-Gewebeklebstoffe und Fibrin-Verschlussstoffe. Fibrin-Verschlussstoffe sind aufgrund der geringen Zugkraft des Fibrin-Polymers, der langen Herstellungszeit und aufgrund des Risikos der Übertragung von Viren nicht akzeptiert worden. Hingegen werden Cyanoacrylate als überragende Klebstoffe für den Wundverschluss anerkannt, und erleben kontinuierliche Modifizierungen zur Verbesserung der Technologie.
Eine gemeinsame Eigenschaft aller Cyanoacrylate ist die Fähigkeit, in Gegenwart von Wasser zu binden und zu polymerisieren, und zwischen zwei Seiten einer Wunde eine Bindung zu schaffen, um sie in Position zu halten. Wenn das Cyano acrylat für den Wundverschluss eingesetzt wird, polymerisiert es in Gegenwart von Wassermolekülen auf der Hautoberfläche, wodurch eine Brücke und eine Bindung gebildet wird, die das Gewebe zur Wundheilung zusammenhält. Das polymerisierte Material bröckelt dann langsam und immer mehr ab, nachdem die Hautgewebe in dieser Position gehalten wurden. Die Schwierigkeiten und Gefahren, die mit der Verwendung von Cyanoacrylaten verbunden sind, sind hinreichend bekannt. Cyanoacrylate sind toxisch und können Nebenwirkungen aufgrund einer Hypersensitivität gegenüber Cyanoacrylaten selber oder gegenüber Formaldehyd, einem der Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Cyanoacrylat-Klebstoffen, hervorrufen.
Die ersten Cyanoacrylate, die als Gewebe-Klebstoffe eingesetzt wurden, schlossen kurzkettige Cyanoacrylate mit ein, die im Allgemeinen als Super Glues^TM bezeichnet werden, und waren mit schweren akuten und chronischen Entzündungsreaktionen verbunden. Später fanden längerkettige Cyanoacrylate, einschließlich Butyl- und Octylcyanoacrylate Akzeptanz. Während Butylcyanoacrylate einen wirksamen Verschluss einfacher oberflächlicher Verletzungen und Schnitte bewirken, so sind sie dennoch toxisch, wenn sie in den Bereich von Gefäßen gelangen, und zeigen eine niedrige Zugkraft und eine hohe Brüchigkeit.
Octylcyanoacrylate erwiesen sich als die besten Klebstoffe für den Wundverschluss, da sie eine größere Zugkraft als die Butylcyanoacrylate aufweisen und sind bemerkenswerterweise nicht toxisch, wenn sie für den Wundverschluss eingesetzt werden. Octylcyanoacrylat wurde von der FDA zur Verwendung als Gewebe-Klebstoff zugelassen. Nichtsdestotrotz sind mit dessen Verwendung Probleme verbunden, einschließlich eines höheren Auftretens von Wundinfektionen, im Vergleich zum Nähen als Wundverschlussverfahren. Ferner fördern das Blut und Körperflüssigkeiten eine vorzeitige Polymerisierung des Cyanoacrylats, was zu einer unansehnlichen plastifizierten Masse mit sehr niedriger Hautbindung führt. Ferner ist es schwierig, den Klebstoff außerhalb der Wunde zu halten. Die Polymerisierungsreaktion ist exotherm, weshalb die generierte Hitze zu einem Unbehagen des Patienten führen kann. Octylcyanoacrylate können eine niedrige Viskosität besitzen, wodurch sie in ungewünschte Bereiche oder in die Wunde fließen können. So können bspw. Cyano acrylate, die ins Auge verlaufen, zu einer Tarsorraphie (Lidverschluss) oder zu einer Hornhautverletzung führen.
Die WO 99/42535 offenbart Cyanoacrylat-Klebstoff-Zusammensetzungen zum Wundverschluss, die mikro-eingekapselte Wirkstoffe aufweisen können, die die Formaldehydkonzentration reduzieren, d.h., die „Formaldehyd-Fänger" sind. Der Formaldehyd-Fänger ist wirksam in der Reduzierung der aktiven Formaldehydkonzentrationslevel, die in vivo während des biologischen Abbaus des Polymers reduziert werden. Der Klebstoff kann auch wahlweise ein Arzneimittel aufweisen.
Die WO 96/00760 offenbart Cyanoacrylat-Klebstoffe zum Wundverschluss, die eine effektive Menge eines pH-Modifizierers aufweisen, der den pH-Wert einer sofortigen in-vivo-Umgebung des Klebstoffes wirksam modifiziert, bei welchem das Polymer des Klebstoffes mit einer Geschwindigkeit biologisch abgebaut wird, die sich von der Abbaugeschwindigkeit bei einem physiologischen pH-Wert unterscheidet. Der pH-Modifizierer kann mikro-eingekapselt sein, um den biologischen Abbau des Polymers zu steuern.
Die WO 96/10374 offenbart ein biomedizinisches Implantat, das eine biomedizinische Matrix, bspw. aus Cyanoacrylat, und einen biologisch abbaubaren Poren-bildenden Wirkstoff aufweist. Zusätzlich zu dem Matrixmaterial und dem Poren-bildenden Wirkstoff kann das Implantat ferner therapeutische Wirkstoffe aufweisen. Der Poren-bildende Wirkstoff bildet in der Matrix Poren, und zwar derart, dass die therapeutischen Wirkstoffe aus der Matrix freigesetzt werden können.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Im Stand der Technik besteht beim Wundverschluss ein Bedürfnis für einen Klebstoff, der Wunden mit einem reduzierten Risiko einer Infektion, einer reduzierten Blutung, reduziertem Schmerz, reduzierten Vernarbung und einer verbesserten kosmetischen Erscheinung verschließen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a zeigt eine schematische Darstellung der Freisetzung eines eingekapselten Arzneistoffes aus einer Cyanoacrylat-Klebstoff-Matrix. In 1a ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Klebstoff-Matrix mit Mikrokapseln gezeigt. 1b zeigt eine schematische Darstellung der Freisetzung der Mikrokapseln aus der Klebstoff-Matrix.
2 zeigt IR-Spektren für Penicillin G, Gelatine, und Gelatine-Mikrokapseln mit Penicillin G.
3 zeigt UV-Spektren für Penicillin G, Gelatine, und Gelatine-Mikrokapseln mit Penicillin G.
4 zeigt UV-Spektren eines Sulfanilarnid-Mikrokapselextrakt nach 10, 50 und 105 Minuten.
5a zeigt ein Freisetzungsprofil von Gatifloxacin-Mikrokapseln, die aus einer wässrigen, vernetzenden Lösung hergestellt wurden (Einschlusseffizienz 2,3 %, Wirkstoffbeladung 0, 7 %); und 5b zeigt ein Freisetzungsprofil von Gatifloxacin-Mikrokapseln, die aus einer Formaldehyd-Aceton-vernetzenden Lösung hergestellt wurden (Einschlusseffizienz 53 %, Wirkstoffbeladung 6, 7 %).
6 zeigt UV-Spektren von Extrakten von verkapseltem und unverkapseltem Penicillin G in einem verfestigten Cyanoacrylat-Film.
7 zeigt UV-Spektren von Extrakten aus Sulfanilamid in glatten und rauen verfestigten Cyanoacrylat-Filmen.
8 zeigt die Freisetzungskurve (Konzentration gegen Zeit) von Sulfanilamid aus zwei Abschnitten einer Klebstofffilmprobe mit Natriumchlorid als Defekt-bildender Stoff.
9 zeigt die Freisetzungskurve (Konzentration gegen Zeit) von Sulfanilamid aus zwei Abschnitten einer Klebstofffilmprobe mit Polyethylenglycol.
10 zeigt die Freisetzungskurve (Konzentration gegen Zeit) von Gatifloxacin aus einer Klebstofffilmprobe mit und ohne einem Polyethylenglycol als Defekt-bildender Stoff.
Die 11a und 11b sind SEM-Bilder der Oberfläche eines verfestigten Klebstoffs mit 16,2 % PEG 600 vor Extraktion mit einer wässrigen Lösung.
Die 12a und 12b sind SEM-Bilder der Oberfläche eines Klebstoffes aus den 11a und 11b nach Extraktion mit der wässrigen Lösung.
13 zeigt den Effekt auf die bakterielle Kultur nach Exponierung gegenüber Gatifloxacin auf Filterpapier, und gegenüber verfestigtem Klebstoff mit PEG alleine, mikro-eingekapseltem Gatifloxacin alleine, und mikro-eingekapseltem Gatifloxacin mit PEG.
14 zeigt die Freisetzungskurven (Prozentsatz Freisetzung gegen Zeit) von Gatifloxacin aus Klebstofffilmen mit 0, 5,6 und 19 Gew.-% Polyethylenglycol.
15 zeigt Freisetzungskurven (Freisetzung Prozentsatz gegen Zeit) von Gatifloxacin aus Klebstofffilmen mit einer Dicke von 1 mm und 0,2 mm.
16 zeigt eine schematische Zeichnung einer getrennten Verpackung für einen antibiotischen Cyanoacrylat-Klebstoff.
Die 17a und 17b sind optische mikroskopische Aufnahmen von Dexamethasonnatriumphosphat-Gelatine-Mikropkapseln.
18 zeigt Freisetzungskurven (Prozentsatz Freisetzung gegen Zeit) für DST-Gelatine-Mikrokapseln mit unterschiedlichen DST-Gelatine-Zufuhrverhältnissen und Vernetzungszeiten.
19 zeigt HPLC-Chromatogramme für DST-Lösungen und einer extrahierten Lösung aus einem verfestigten Klebstofffilm mit DST-Mikrokapseln.
20 stellt UV-Spektren einer extrahierten Lösung aus Vitamin C-Mikrokapseln (VC-MC-Extrakt), einer extrahierten Lösung eines Vitamin C-Mikrokapsel-enthaltenden Klebstofffilms (VC-MC-SG-Extrakt) und einer wässrigen Lösung von Vitamin C (VC-Lösung).
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Einführung
Die folgende Beschreibung und die Beispiele zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail. Der Fachmann wird erkennen, dass es viele Variationen und Modifikationen der Erfindung gibt, die von deren Rahmen umfasst sind. Dementsprechend soll die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform nicht den Rahmen der vorliegenden Erfindung beschränken.
Mit der minimal-invasiven Chirurgie (Minimally Invasive Surgery, MIS) konnte das Leiden von Patienten gesenkt werden. Medizinische Cyanoacrylat-Klebstoffe wurden zur wirksamen Heilung von Wunden, die während eines solchen chirurgischen Eingriffs erlangt wurden, erfolgreich behandelt, ebenso wie zum Verschließen anderer Wunden, wie bspw. Verletzungen. Eine hierin beschriebene Ausführungsform stellt einen medizinischen Cyanoacrylat-Klebstoff bereit, welcher einen Arznei stoff enthält, der auf kontrollierte Art und Weise freigesetzt und kontrolliert zur Wunde geliefert werden kann.
Der Arzneistoff kann zu einer Wunde gebracht werden, die mit den offenbarten Klebstoffen verschlossen wurde. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Arzneistoff, der in den Klebstoff eingebaut und zu der Wunde gebracht wird, mit bekannten Mikro-Einkapselungstechnologien verkapselt. Bei anderen Ausführungsformen wird der Arzneistoff direkt zum Klebstoff gegeben. Die Klebstoffe einer bevorzugten Ausführungsform gehören zur Klasse der Cyanoacrylat-Klebstoffe. Um die Freisetzung des Arzneistoffs aus der Klebstoff-Matrix zu erleichtern, wird ein Defekt- oder Poren-bildender Stoff dem Klebstoff zugesetzt. 1a zeigt eine schematische Darstellung von Arzneistoff-enthaltenden Mikrokapseln, die innerhalb einer Klebstoff-Matrix eingebaut sind. Die Matrix kann auch einen Defekt- oder Poren-bildenden Stoff mit einschließen, typischerweise ein hydrophiles Polymer oder ein wasserlösliches Salz (1b). Nach Kontakt mit einer wässrigen Lösung (bspw. Blut oder Gewebeflüssigkeit), kann der Defekt- oder Poren-bildende Stoff in Lösung gebracht werden, wodurch er Durchgänge in das Innere der Klebstoff-Matrix hinterlässt (1c). Der in Mikrokapseln eingeschlossene Arzneistoff kann anschließend aus der Klebstoff-Matrix durch diese Defekte oder Poren freigesetzt werden (1d).
Die Klebstoffe bevorzugter Ausführungsformen können verschiedene wünschenswerte Eigenschaften aufweisen, einschließlich, jedoch, nicht hierauf beschränkt, eine erhöhte Viskosität und eine verbesserte Aushärtrate. Mit der Verwendung der Klebstoffe bevorzugter Ausführungsformen können verschiedene positive Effekte erreicht werden, einschließlich jedoch nicht hierauf beschränkt, der Kontrolle starker Blutungen, der Kontrolle von Infektionen, der Schmerzkontrolle, der leichteren Auftragung des Klebstoffes, die erleichterte Hautabheilung, und eine reduzierte Vernarbung.
Der Ausdruck „Einschlusseffizienz", wie er hierin in Verbindung mit mikro-eingekapselten Arzneistoffen, Medikamenten oder anderen Substanzen verwendet wird, ist ein breiter Ausdruck und wird im gewöhnlichen Sinne verwendet, ein schließlich, jedoch ohne Einschränkung, dem Gewicht des eingeschlossenen Arzneistoffs in die Mikrokapsel, geteilt durch das Gewicht des Arzneimittels, das einem Langzeit-Freisetzungsmuster folgt.
Der Ausdruck „Wirkstoffbeladung", wie er hierin in Verbindung mit mikro-eingekapselten Arzneimitteln, Arzneistoffen oder anderen Substanzen verwendet wird, ist ein breiter Ausdruck, und wird in seinem gewöhnlichen Sinne verwendet, einschließlich, jedoch ohne Einschränkung, des Gewichts des eingebauten Arzneimittels, Arzneistoffs oder der anderen Substanz in der Mikrokapsel geteilt durch das Gewicht der Mikrokapsel.
Arzneistoffe
Arzneistoffe sind: Penicilline (Penicillin-G-Natriumsalz, Amoxicillin, Ampicillin, Dicloxacillin, Nafcillin, Piperacillin, Ticarcillin).
Mikro-eingekapselte Arzneimittel
Bestimmte Arzneimittel, pharmazeutische Zusammensetzungen, therapeutische Wirkstoffe und andere Substanzen, die in einen medizinischen Cyanoacrylat-Klebstoff eingebaut werden sollen, können reaktive Gruppen enthalten, die die Polymerisierung der Cyanoacrylester aktivieren, was zu einer vorzeitigen Aushärtung des Klebstoffes führt. Andere Substanzen können gegenüber den Komponenten des Cyanoacrylat-Klebstoffes empfindlich sein, und können als Ergebnis nachteiligen chemischen Reaktionen unterzogen werden, oder werden weniger aktiv oder sogar inaktiv. Diese Effekte können zur Inaktivität des Arzneistoffes und zu einem Versagen der Klebstoffe durch eine Verfestigung während des Lagerns führen. Daher ist die Mikroeinkapselung ein effektives Verfahren, um eine unerwünschte chemische Wechselwirkung zwischen Arzneistoffen und Cyanoacrylaten zu vermeiden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Penicillin-Antibiotika in hydrophile Gelatin-Mikrokapseln eingebaut, und mit Cyanoacrylester-Klebstoffen vermengt. Andere bevorzugte Hüllenmaterialien schließen wasserlösliche Alkohole und Polyethylenoxide mit ein. Die Mikrokapselhüllen blockieren unerwünschte Reaktionen dadurch, dass im Wesentlichen der direkte Kontakt der Antibiotika und der Cyanoacrylate verhindert wird. Mit der Mikroeinkapselung kann ein breites Spektrum von Antibiotika mit einer geeigneten Sensitivität gegenüber Mikroorganismen eingesetzt werden. Mit den mikro-eingekapselten Antibiotika können die Antibiotika langzeitig und kontrolliert aus den verfestigten Klebstoffen mit einer vorausgewählten Konzentration freigesetzt werden.
Mikroeinkapselungsverfahren beinhalten das Beschichten von kleinen festen Partikeln, flüssigen Tröpfchen oder Gasbläschen mit einem dünnen Film eines Materials, wobei das Material eine Schutzhülle für die Inhalte der Mikrokapseln bereitstellt. Mikrokapseln, die bei den bevorzugten Ausführungsformen geeignet sind, können jede geeignete Größe aufweisen, typischerweise von ungefähr 1 μm oder weniger bis ungefähr 1000 μm oder mehr, vorzugsweise von ungefähr 2 μm bis ungefähr 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 oder 900 μm oder noch bevorzugter von ungefähr 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 μm bis ungefähr 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 oder 45 μm. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, Mikrokapseln mit Nanometergröße zu verwenden. Solche Mikrokapseln können im Bereich von ungefähr 10 nm oder weniger liegen, bis weniger als ungefähr 1000 nm (1 μm), vorzugsweise von ungefähr 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80 oder 90 nm bis ungefähr 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 oder 900 nm.
Während bei den meisten Ausführungsformen ein Arzneistoff mit fester Phase oder eine andere Substanz eingekapselt wird, kann es bei bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein, eine flüssige oder gasförmige Substanz einzubauen. Flüssigkeits- oder gasenthaltende Mikrokapseln können mit herkömmlichen Verfahren, die im Gebiet der Mikrokapselbildung hinreichend bekannt sind, hergestellt werden, und diese Mikrokapseln können in die Klebstoffe bevorzugter Ausführungsformen eingebaut werden.
Mikrokapsel-Komponenten
Die Mikrokapseln bevorzugter Ausführungsformen enthalten ein Füllmaterial.
Das Füllmaterial ist typischerweise ein oder mehrere Arzneistoffe oder andere pharmazeutische Formulierungen, wahlweise in Kombination mit anderen Substanzen, die keine Arzneistoffe oder pharmazeutischen Formulierungen darstellen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass die Mikrokapseln eine oder mehrere Substanzen enthalten, die keine Arzneimittel oder pharmazeutischen Formulierungen mit einschließen. Das Füllmaterial ist innerhalb der Mikrokapseln mit einem Hüllmaterial eingekapselt.
Typische Hüllmaterialien schließen Gummi arabicum, Gelatine, Ethylcellulose, Polyharnstoff, Polyamid, Aminoplasten, Maltodextrine und gehärtete Pflanzenöle mit ein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Obgleich irgendein geeignetes Hüllmaterial bei den bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden kann, ist es allgemein bevorzugt, ein essbares Hüllmaterial zu verwenden, das zur Verwendung in Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Anwendungen zugelassen wurde. Solche Hüllmaterialien schließen Gummi arabicum, Gelatine, Diethylcellulose, Maltodextrine und gehärtete Pflanzenöle mit ein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere ist Gelatine bevorzugt, aufgrund deren niedrigen Kosten, ihrer Biokompatibilität und aufgrund der Einfachheit, mit welcher Mikrokapseln mit Gelatine-Hülle hergestellt werden können. Bei bestimmten Ausführungsformen können jedoch auch andere Hüllmaterialien bevorzugt sein. Das optimale Hüllmaterial kann von der Partikelgröße und der Partikelgrößen-Verteilung des Füllmaterials, der Form der Füllmaterial-Partikel, der Kompatibilität mit dem Füllmaterial, der Stabilität des Füllmaterials und der Freisetzungsrate des Füllmaterials aus der Mikrokapsel abhängen.
Mikroeinkapselungsprozess
Verschiedene Einkapselungsverfahren können zur Herstellung der Mikrokapseln bevorzugter Ausführungsformen eingesetzt werden. Diese Verfahren schließen Gasphasen- oder Vakuumverfahren mit ein, bei welchen eine Beschichtung auf die Füllmaterialpartikel gesprayed oder anderweitig aufgebracht wird, so dass eine Hülle gebildet wird, oder bei welchen eine Flüssigkeit in eine Gasphase gesprüht wird und anschließend verfestigt wird, um Mikrokapseln zu bilden. Geeignete Verfahren schließen ferner Emulgierungs- und Dispersionsverfahren mit ein, bei welchen die Mikrokapseln in der flüssigen Phase in einem Reaktor gebildet werden.
Sprühtrocknung
Die Einkapselung durch Sprühtrocknung beinhaltet das Versprühen einer konzentrierten Lösung eines Hüllmaterials mit Füllmaterialpartikeln oder einer Dispersion von nicht mischbaren flüssigen Füllmaterial in eine Heißkammer, in welcher eine schnelle Auflösung vollzogen wird. Irgendein geeignetes Lösungsmittelsystem kann verwendet werden, jedoch ist es am bevorzugtesten, das Verfahren mit wässrigen Systemen zu verwenden. Die Sprühtrocknung wird gewöhnlich dazu eingesetzt, Mikrokapseln mit Hüllmaterialien herzustellen, welche bspw. Gelatine, hydrolisierte Gelatine, Gummi arabicum, modifizierte Stärke, Maltodextrine, Sucrose oder Sorbitol mit einschließen. Wenn eine wässrige Lösung als Hüllmaterial verwendet wird, schließt das Füllmaterial typischerweise eine hydrophobe Flüssigkeit oder ein nicht mit Wasser mischbares Öl mit ein. Dispergiermittel und/oder Emulgatoren können zu der konzentrierten Lösung des Hüllmaterials hinzugefügt werden. Durch Sprühtrocknungsverfahren können relativ kleine Mikrokapseln hergestellt werden, bspw. mit einer Größe von weniger als 1 μm größer als ungefähr 50 μm. Diese entstehenden Partikel können sowohl einzelne Partikel als auch Aggregate von einzelnen Partikeln mit umfassen. Die Menge des Füllmaterials, das bei der Verwendung des Sprühtrocknungsverfahrens eingekapselt werden kann, reicht typischerweise von weniger als ungefähr 20 Gew.-% der Mikrokapsel bis mehr als 60 Gew.-% der Mikrokapsel. Das Verfahren ist aufgrund seiner geringen Kosten im Vergleich zu anderen Verfahren bevorzugt, und kann in einem breiten Bereich für die Herstellung von essbaren Mikrokapseln eingesetzt werden. Das Verfahren könnte zur Herstellung von hitzeempfindlichen Materialien nicht bevorzugt sein.
Bei anderen Arten des Sprühtrocknens wird gekühlte Luft anstelle einer Desolvatisierung eingesetzt, um eine geschmolzene Mischung eines Hüllmaterials mit Füllmaterialien in Form von Partikeln oder einer nicht mischbaren Flüssigkeit zu verfestigen. Verschiedene Fette, Wachse, Fettalkohole und Fettsäuren werden typischerweise als Hüllmaterialien bei einem solchen Einkapselungsverfahren eingesetzt. Das Verfahren ist allgemein zur Herstellung von Mikrokapseln mit wasserunlöslichen Hüllen bevorzugt.
Fließbett-Mikroeinkapselung
Die Einkapselung unter Verwendung von Fließbettverfahren beinhaltet die Sprühung eines flüssigen Hüllmaterials, im Allgemeinen in Lösung oder in geschmolzener Form, auf feste Partikel, die in einem Gasstrom, typischerweise in erhitzter Luft, suspendiert sind, und die anschließende Abkühlung der dadurch eingekapselten Partikel. Die üblicherweise verwendeten Hüllmaterialien schließen Kolloide, Lösungsmittel-lösliche Polymere und Zucker mit ein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Hüllmaterial kann auf die Partikel von der Oberseite des Reaktors aufgetragen werden, oder aber als Spray vom Boden des Reaktors, wie bspw. im Wurster-Prozess. Die Partikel werden solange im Reaktor behalten, bis die erwünschte Hülldicke erreicht ist. Die Fließbett-Mikroeinkapselung wird üblicherweise zur Herstellung von eingekapselten wasserlöslichen Nahrungsmittelinhaltsstoffen und pharmazeutischen Zusammensetzungen verwendet. Das Verfahren ist insbesondere zur Beschichtung von unregelmäßig geformten Partikeln geeignet. Die Fließbett-Einkapselung wird typischerweise verwendet zur Herstellung von Mikrokapseln, die größer als ungefähr 100 μm sind, jedoch können auch kleinere Mikrokapseln damit hergestellt werden.
Komplexe Koazervation
Ein Paar entgegengesetzt geladener Polyelektrolyten, die ein flüssiges komplexes Koazervat bilden können (nämlich eine Masse an kolloidalen Partikeln, die durch elektrostatische Wechselwirkungen aneinandergebunden sind), können dazu eingesetzt werden, Mikrokapseln durch komplexe Koazervation zu bilden. Ein bevorzugtes Polyanion ist dabei Gelatine, mit welchem Komplexe mit verschiedenen Polyanionen gebildet werden können. Typische Polyanionen schließen Gummi arabicum, Polyphosphat, Polyacrylsäure und Alginat mit ein. Komplexe Koazervation wird hauptsächlich zur Einkapselung von nicht mit Wasser mischbaren Flüssigkeiten oder wasserunlöslichen Feststoffen verwendet. Das Verfahren ist nicht geeignet zur Verwendung mit wasserlöslichen Substanzen, oder mit Substanzen, die gegenüber sauren Bedingungen empfindlich sind.
Bei der komplexen Koazervation von Gelatine mit Gummi arabicum, wird ein wasserunlösliches Füllmaterial in einer warmen wässrigen Gelatineemulsion dispergiert, und anschließend Gummi arabicum und Wasser zu dieser Emulsion hinzugefügt. Der pH-Wert der wässrigen Phase wird auf leicht sauer eingestellt, wodurch sich das komplexe Koazervat bildet, das an die Oberfläche des Füllmaterials absorbiert. Das System wird abgekühlt und ein vernetzender Stoff, wie bspw. Glutaraldehyd, hinzugefügt. Die Mikrokapseln können wahlweise mit Harnstoff und Formaldehyd bei einem niedrigen pH-Wert behandelt werden, so dass die Hydrophilie der Hülle reduziert wird, wodurch die Trocknung ohne übermäßige Aggregatbildung erleichtert wird. Die resultierenden Mikrokapseln können anschließend zur Ausbildung eines Pulvers getrocknet werden.
Polymer-Polymer-Inkompatibilität
Mikrokapseln können auch unter Verwendung einer Lösung hergestellt werden, welche zwei flüssige Polymere enthält, die inkompatibel, aber löslich in einem gemeinsamen Lösungsmittel sind. Einer der Polymere wird vorzugsweise durch das Füllmaterial absorbiert. Wenn das Füllmaterial in der Lösung dispergiert wird, wird es spontan von einem dünnen Film des Polymers beschichtet, das vorzugsweise absorbiert wird. Die Mikrokapseln werden entweder durch Vernetzung des absorbierten Polymers oder durch Hinzufügung eines Nichtlösungsmittels für das Polymer zu der Lösung gewonnen. Anschließend werden die Flüssigkeiten entfernt, um Mikrokapseln in Form eines trockenen Pulvers zu erhalten.
Polymer-Polymer-Inkompatibilität-Einkapselung kann in wässrigen oder nichtwässrigen Medien durchgeführt werden. Es wird typischerweise zur Herstellung von Mikrokapseln mit polaren Feststoffen mit begrenzter Wasserlöslichkeit eingesetzt. Geeignete Hüllmaterialien schließen Ethylcellulose, Polylactid, und Lactid-Glycolid-Copolymere mit ein. Die Polymer-Polymer-Inkompatibilität-Einkapselung ist oftmals bevorzugt zur Einkapselung von oral und parenteral einzunehmenden pharmazeutischen Zusammensetzungen, insbesondere für diejenigen, die Proteine oder Polypeptide enthalten, da biologisch-abbaubare Mikrokapseln leicht hergestellt werden können. Mikrokapseln, die durch Polymer-Polymer-Inkompatibilität-Einkapselung hergestellt werden, tendieren dazu, kleiner als Mikrokapseln zu sein, die durch andere Verfahren hergestellt werden, und besitzen typischerweise Durchmesser von 100 μm oder weniger.
Grenzflächenpolymerisierung
Mikrokapseln können auch durch eine Durchführung von Polymerisierungsreaktionen an Grenzflächen in einer Flüssigkeit hergestellt werden. Bei einem solchen Mikroeinkapselungsverfahren wird eine Dispersion von zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten hergestellt. Die dispergierte Phase bildete das Füllmaterial. Jede Phase enthält einen begrenzten Reaktionspartner, wobei die Reaktionspartner zur Bildung einer Hülle einer Polymerisierungsreaktion unterzogen werden können. Der Reaktionspartner in der dispergierten Phase und der Reaktionspartner in der kontinuierlichen Phase reagieren an der Grenzfläche zwischen der dispergierten Phase und der kontinuierlichen Phase zur Bildung einer Hülle. Der Reaktionspartner in der kontinuierlichen Phase wird typischerweise durch einen Diffusionsprozess an die Grenzfläche geleitet. Sobald die Reaktion gestartet ist, bildet die Hülle schließlich eine Diffusionsbarriere und begrenzt dadurch die Rate der Grenzflächenpolymerisierungsreaktion. Dies kann die Morphologie und Einheitlichkeit der Dicke der Hülle beeinflussen. Dispergierstoffe können zu der kontinuierlichen Phase hinzugefügt werden. Die dispergierte Phase kann ein wässriges oder nichtwässriges Lösungsmittel mit einschließen. Die kontinuierliche Phase wird derart ausgewählt, dass sie in der dispergierten Phase nicht mischbar ist.
Typische Polymerisierungs-Reaktionspartner können saure Chloride oder Isocyanate mit einschließen, welche einer Polymerisierungsreaktion mit Aminen oder Alkoholen unterzogen werden können. Das Amin oder der Alkohol wird in der wässrigen Phase in eine nichtwässrige Phase solubilisiert, in welcher das Amin oder der Alkohol gelöst werden kann. Das saure Chlorid oder Isocyanat wird anschließend in der Wasser-(oder nichtwässrigen Lösungsmittel-) nicht-mischbaren-Phase gelöst. Auf ähnliche Weise können feste Partikel mit Reaktionspartnern oder mit auf der Oberfläche beschichteten Reaktionspartnern in einer Flüssigkeit dispergiert werden, in welcher die festen Partikel im Wesentlichen nicht löslich sind. Die Reaktionspartner in oder auf den festen Partikeln reagieren dann mit den Reaktionspartnern in der kontinuierlichen Phase, um eine Hülle zu bilden.
Bei einer anderen Art der Mikroeinkapselung durch Grenzflächenpolymerisierung, auf die gewöhnlich als In-situ-Einkapselung Bezug genommen wird, wird ein Füllmaterial in Form von im Wesentlichen unlöslichen Partikeln oder in Form von nicht mit Wasser mischbaren Flüssigkeiten in einer wässrigen Phase dispergiert. Die wässrige Phase enthält Harnstoff, Melanin, wasserlösliches Harnstoff-Formaldehydkondensat oder wasserlösliches Harnstoff-Melaninkondensat. Um eine Hülle zu bilden, welche das Füllmaterial einkapselt, wird Formaldehyd zu der wässrigen Phase hinzugefügt, das anschließend erhitzt und angesäuert wird. Anschließend setzt sich ein Kondensationsprodukt an der Oberfläche des dispergierten Kernmaterials ab, sobald die Polymerisierungsreaktion fortschreitet. Das Verfahren kann – nicht wie die oben beschriebene Grenzflächenpolymerisierungsreaktion – zur Verwendung mit empfindlichen Füllmaterialien geeignet sein, da die reaktiven Stoffe nicht im Füllma terial gelöst werden müssen. Bei einem ähnlichen In-situ-Polymerisationsverfahren wird eine nicht mit Wasser mischbare Flüssigkeit oder ein Feststoff mit einem nicht mit Wasser mischbaren Vinylmonomer und einem Vinylmonomerinitiator in einer wässrigen Phase dispergiert. Die Polymerisierung wird durch Erhitzung gestartet und eine Vinylhülle an der Grenzfläche mit der wässrigen Phase gebildet.
Gasphasenpolymerisierung
Mikrokapseln können auch durch eine Exponierung der Füllmaterialpartikel gegenüber Gas hergestellt werden, welches an der Oberfläche der Partikel einer Polymerisierung unterzogen werden kann. Bei einem solchen Verfahren weist das Gas p-Xylendimere auf, die an der Oberfläche der Partikel polymerisieren, um eine Poly(p-xylen)-Hülle zu bilden. Eine spezielle Beschichtungsausrüstung kann notwendig sein, um ein solches Beschichtungsverfahren durchzuführen, was das Verfahren teurer als bestimmte Flüssigphasen-Einkapselungsverfahren macht. Auch ist das einzukapselnde Füllmaterial vorzugsweise nicht empfindlich gegenüber den Reaktionspartnern und den Reaktionsbedingungen.
Lösungsmittelverdampfung
Mikrokapseln können durch die Entfernung eines flüchtigen Lösungsmittels aus einer Emulsion zweier nicht mischbaren Flüssigkeiten, wie bspw. Öl-in-Wasser-, Öl-in-Öl- oder Wasser-in-Öl-in-Wasser-Emulsionen entfernt werden. Das sich bildende Material der Hülle ist in dem flüchtigen Lösungsmittel löslich. Das Füllmaterial wird gelöst, dispergiert oder in der Lösung emulgiert. Geeignete Lösungsmittel schließen Methylenchlorid und Ethylacetat mit ein. Lösungsmittelverdampfung ist das bevorzugte Verfahren zur Einkapselung wasserlöslicher Füllmaterialien, wie bspw. von Polypeptiden. Wenn solche wasserlöslichen Komponenten eingekapselt werden sollen, wird typischerweise ein Verdickungsmittel zu der wässrigen Phase hinzugefügt, und anschließend die Lösung abgekühlt, um die wässrige Phase vor Entfernung des Lösungsmittels zu gelieren. Auch können dispergierende Stoffe vor der Lösungs mittelentfernung zu der Emulsion hinzugefügt werden. Das Lösungsmittel wird typischerweise durch Verdampfung bei Atmosphärendruck oder reduziertem Druck entfernt. Mikrokapseln, die kleiner als 1 μm oder größer als 1000 μm im Durchmesser sind, können durch Lösungsmittel-Verdampfungsverfahren hergestellt werden.
Einkapselung durch Zentrifugalkräfte
Bei der Mikroeinkapselung durch Zentrifugalkraft wird typischerweise eine perforierte Schale eingesetzt, die eine Emulsion aus Hüll- und Füllmaterial enthält. Die Schale wird in ein Ölbad eingetaucht und mit einer fixierten Geschwindigkeit gedreht, wodurch sich im Öl außerhalb der sich drehenden Schale Tröpfchen bilden, welche das Hüll- und Füllmaterial mit einschließen. Die Tröpfchen werden durch Abkühlung geliert, wodurch Öl-beladene Partikel erzielt werden, die anschließend getrocknet werden können. Die auf diese Weise hergestellten Mikrokapseln sind im Allgemeinen relativ groß. Eine andere Variierung der Einkapselung durch Zentrifugalkraft, die auch als Rotations-Suspensions-Trennung bezeichnet wird, beinhaltet das Hinzufügen einer Mischung aus Füllmaterialpartikeln und entweder geschmolzener Hülle oder einer Lösung aus Hüllmaterial auf eine rotierende Scheibe. Die beschichteten Partikeln werden vom Rand der Scheibe weggeschleudert, wo sie geliert oder desolvatisiert und gesammelt werden.
Tauchdüseneinkapselung
Die Mikroeinkapselung durch Tauchdüsen beinhaltet im Allgemeinen das Versprühen einer flüssigen Mischung aus Hüll- und Füllmaterial durch eine Düse in einen Strom eines Trägerfluids. Die resultierenden Tröpfchen werden geliert und gekühlt. Die derart hergestellten Mikrokapseln sind im Allgemeinen relativ groß.
Desolvatisierung
Bei der Desolvatisierung oder dem Extraktionstrocknen wird ein Dispersions-Füllmaterial in einer konzentrierten Hüllmateriallösung oder -dispersion in ein Desolvatisierungslösungsmittel atomisiert, typischerweise einem wassermischbaren Alkohol bei Verwendung einer wässrigen Dispersion. Dabei werden typischerweise wasserlösliche Hüllmaterialien verwendet, einschließlich Maltodextrine, Zucker und Gummi. Bevorzugte Desolvatisierungslösungsmittel schließen wassermischbare Alkohole, wie 2-Propanol oder Polyglycole mit ein. Die resultierenden Mikrokapseln haben keine bestimmte Füllmaterialphase. Die daher produzierten Mikrokapseln enthalten typischerweise weniger als ungefähr 15 Gew.-% Füllmaterial, können jedoch in bestimmten Ausführungsformen auch mehr Füllmaterial enthalten.
Liposomen
Liposomen sind Mikropartikel, deren Größe sich typischerweise im Bereich von weniger als ungefähr 30 nm bis größer als 1 mm bewegt. Sie bestehen aus einer Bilayer aus Phospholipiden, die einen wässrigen Raum einkapseln. Die Lipidmoleküle ordnen sich dadurch an, dass sie ihre polaren Kopfgruppen in Richtung der wässrigen Phase anordnen, und dass die hydrophoben Wasserstoffgruppen in der Bilayer aneinander anhaften, wodurch dichte konzentrische Lipidblätter gebildet werden, die wässrige Regionen abteilen. Medikamente können entweder in der wässrigen Phase eingekapselt werden, oder aber zwischen den Lipid-Bilayern eingeschlossen werden. Wo der Arzneistoff eingekapselt wird, hängt von dessen physiochemischen Eigenschaften ab sowie von der Zusammensetzung des Lipids. Die Liposomen können jeden enthaltenden Arzneistoff durch enzymatische Hydrolyse des Lipids langsam freisetzen.
Verschiedene Mikroeinkapselungsprozesse
Obgleich die oben beschriebenen Mikroeinkapselungsverfahren im Allgemeinen zur Herstellung der Mikrokapseln bevorzugter Ausführungsformen bevorzugt sind, können auch andere geeignete Mikroeinkapselungsverfahren eingesetzt werden, wie sie den Fachleuten bekannt sind. Darüber hinaus kann es bei bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein, einen unverkapselten Arzneistoff oder eine andere Substanz direkt in den Cyanoacrylat-Klebstoff einzubauen. Alternativ kann der Arzneistoff oder eine andere Substanz in eine feste Matrix der Trägersubstanz eingebaut werden. Da der Arzneistoff oder eine andere Substanz und das Cyanoacrylat vor Aushärtung des Klebstoffes in Kontakt miteinander kommen, ist bei solchen Ausführungsformen der Arzneistoff oder die andere Substanz vorzugsweise nicht empfindlich gegenüber dem Cyanoacrylat, und verursacht keine vorzeitige Aushärtung des Klebstoffes vor der Anwendung. Die zu dem Klebstoff hinzugefügten Mikrokapseln können alle vom gleichen Typus sein, und den gleichen Arzneistoff oder andere Substanzen enthalten, oder können eine Vielzahl von Typen und/oder eingekapselten Arzneistoffen oder anderen Substanzen enthalten.
Bevorzugte mikro-eingekapselte Arzneistoffe
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden Penicillin-Antibiotika in hydrophile Gelatine-Mikrokapseln eingekapselt, und zwar vor Einbau in den Cyanoacrylat-Klebstoff, so dass unerwünschte Reaktionen zwischen den Antibiotika und dem Cyanoacrylat verhindert werden.
Cyanoacrylat-Klebstoffe
Die Klebstoffe der bevorzugten Ausführungsformen schließen Polymere von 2-Cyanoacrylester mit ein, die üblicherweise als Cyanoacrylate bezeichnet werden. Cyanoacrylate sind harte Glasharze, die eine hervorragende Adhäsion an Oberflächen mit hoher Energie zeigen, wie beispielsweise Haut, die jedoch mit Materialien mit niedriger Energie keine starke Bindung bilden, wie beispielsweise Polyolefine, Polytetrafluorethylen (unter der Bezeichnung Teflon^TM vermarktet) und Polyvinylchlorid (gemeinhin als Vinyl bezeichnet). Cyanoacrylatpolymere bilden sich spontan, wenn ihre flüssigen Monomere zwischen zwei eng anliegende Oberflächen gebracht werden. Die hervorragenden adhäsiven Eigenschaften der Cyanoacrylatpolymere ergeben sich aus den Elektronen-abziehenden Eigenschaften der Gruppen, die in der Nähe der polymerisierbaren Doppelbindung liegen, was die extrem hohe Reaktivität oder Aushärtungsrate begründet, und aus deren polarer Natur, wodurch die Polymere zäh an viele verschiedene Substrate anhaften können.
Chemie der Cyanoacrylat-Monomere
Einige der gebräuchlicheren Cyanoacrylat-Monomere schließen Ethyl-, Methyl-, Isopropyl-, Allyl-, n-butyl-, Isobutyl-, Methoxyethyl-, Ethoxyethyl-, und Octylester mit ein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Cyanoacrylat-Klebstoffe werden weltweit durch verschiedene Firmen hergestellt und vertrieben, einschließlich Loctite, einer Henkel-Firma aus Rocky Hill, CT, SAFE-T-LOC International Corporation aus Lombard, IL, SUR-LOK Corporation aus Walworth, WI und Eimers Products aus Columbus, OH, der Hersteller des bekannten Krazy Glue^TM. Aufgrund der Fähigkeit der Cyanoacrylate, schnell auszuhärten und an Haut zu binden, sind sie besonders gut zum Einsatz als medizinische Klebstoffe geeignet. Cyanoacrylat-Klebstoffe, die zur Verwendung als medizinische Klebstoffe geeignet sind, schließen Octyl-2-cyanoacrylat mit ein, das unter der Bezeichnung Dermabond^TM als topischer Hautklebstoff durch Ethicon, Inc., einer Johnson & Johnson-Firma aus Somerville, NJ, vertrieben wird, und Butylcyanoacrylat, das als Vetbond^TM von World Precision Instruments, Inc. aus Sarasota, FL vertrieben wird.
2-Cyanoacrylat-Ester-Monomere sind sämtlich dünne, wasserklare Flüssigkeiten mit Viskositäten von 1–3 mPa. Nur wenige der vielen Ester, die hergestellt und charakterisiert wurden, sind von bedeutendem kommerziellen Interesse. Methyl- und Ethylcyanoacrylate werden üblicherweise für industrielle Klebstoffe verwendet. Cya noacrylat-Klebstoffe für medizinische und veterinärmedizinische Verwendungen schließen allgemein die längerkettigen Alkyl-Cyanoacrylate mit ein, einschließlich den Butyl-Octyl-Estern.
Die Grundmonomere sind im Allgemeinen für eine herkömmliche Verwendung zu dünn und werden daher im Allgemeinen mit Stabilisatoren, Verdickungsmitteln und Eigenschafts-modifizierenden Zusatzstoffen formuliert. Die Viskositäten solcher Cyanoacrylat-Klebstoffe kann im Bereich von denjenigen der Grundmonomere reichen, bis zu thixotropen Gelen. Die Alkylester sind durch scharfe, lacrimogene, leicht süßliche Gerüche charakterisiert, wohingegen Alkoxyalkylester nahezu geruchsfrei, aber weniger effektive Klebstoffe sind.
Bildung der Bindung
Flüssige Cyanoacrylat-Monomere polymerisieren durch einen anionischen Mechanismus beinahe sofort, wenn sie mit irgendeiner schwach basischen oder alkalischen Oberfläche in Kontakt gebracht werden. Sogar die Gegenwart einer schwach basischen Substanz wie beispielsweise absorbierte Oberflächenfeuchtigkeit reicht aus, um die Aushärtungsreaktion zu starten. Die Aushärtungsreaktion schreitet so lange fort, bis sämtliche verfügbaren Monomere reagiert haben, oder bis sie durch eine saure Substanz beendigt wird. Die Fixierzeit für Cyanoacrylat vollzieht sich innerhalb weniger Sekunden auf stark katalytischen Oberflächen, wie beispielsweise Haut, bis hin zu mehreren Minuten auf nicht katalytischen Oberflächen. Oberflächenbeschleuniger oder Additive, die die Aushärtungsrate unterstützen, können zur Absenkung der Fixierzeit auf nicht-katalytischen Oberflächen eingesetzt werden. Jedoch sind solche Beschleuniger und Additive aufgrund der katalytischen Natur der Hautoberfläche im Allgemeinen nicht beim Einsatz bei der Hautbindung bevorzugt. Die grundlegende Polymerisierungsreaktion schließt die folgenden Initiations-, Fortführungs- und Beendigungsschritte mit ein:
Cyanoacrylat-Klebstoff-Formulierungen
Cyanoacrylat-Klebstoffe sind in N-methylpyrrolidon, N,N-dimethylformamid und Nitromethan löslich. Ausgehärtete Cyanoacrylate sind harte, klare und glasige thermoplastische Harze mit hoher Reißfestigkeit, tendieren jedoch dazu, zu bröckeln und besitzen eine niedrige bis mittlere Schlag- und Abziehfestigkeit. Elastomere Materialien können in Cyanoacrylat-Klebstoff-Formulierungen gelöst werden, um einen ausgehärteten Klebstoff mit größerer Flexibilität und Zähigkeit zu erreichen. Die längerkettigen Alkylester besitzen im Vergleich zu den kürzerkettigen Alkylestern im Allgemeinen längere Aushärtungsraten, eine reduzierte Zug- und Zugscherspannung und Härte. Die längerkettigen Alkylester besitzen im Vergleich zu den kürzerkettigen Alkylestern auch reduzierte Glas-Übergangstemperaturen (T_g) und Klebstoff-Bindungs-Wirkungstemperaturen.
Obwohl die Alkylcyanoacrylatester die üblichsten Cyanoacrylat-Klebstoffe sind, kann es bei bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein, einen Cyanoacrylatester-Klebstoff einzusetzen, der kein Alkylester ist. So können beispielsweise Allylester, die durch Freie-Radikale-Mechanismen über die Allylgruppe vernetzen können, bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein erhöhter thermaler Widerstand erwünscht ist. Alkoxyalkylester können bei solchen Anwendungen eingesetzt wer den, bei welchen ein verminderter Geruch erwünscht ist, und bei welchen eine leicht reduzierte Klebstoff-Eigenschaft akzeptierbar ist.
Cyanoacrylat-Klebstoffe werden durch die Knoevenagel-Kondensationsreaktion hergestellt, bei welcher das korrespondierende Alkylcyanoacetat mit Formaldehyd in Gegenwart eines basischen Katalysators reagiert, um ein Polymer mit niedrigem Molekulargewicht zu bilden. Die Polymerschlämme werden angesäuert und das Wasser entfernt. Das Polymer wird gelöst und bei einer hohen Temperatur in einer geeigneten Stabilisierungskombination redestilliert, um eine vorzeitige Repolymerisierung zu verhindern. Dabei werden starke protonische oder Lewis-Säuren normalerweise in Kombination mit geringen Mengen an Freien-Radikal-Stabilisatoren verwendet.
Klebstoffe, die aus den 2-cyanoacrylestern gebildet werden, enthalten typischerweise Stabilisatoren oder Verdickungsmittel, und können außerdem Aushärter, Farbstoffe und andere spezielle Additive enthalten, die die Eigenschaften unterstützen. Sowohl anionische als auch Freie-Radikal-Stabilisatoren werden benötigt, da das Monomer durch beide Mechanismen polymerisieren wird. Obwohl der anionische Polymerisations-Mechanismus, wie oben dargestellt, die überwiegende Reaktion darstellt, wird das Monomer bei einer verlängerten Exposition gegenüber Hitze oder Licht einer Freien-Radikal-Polymerisation unterzogen werden. Um die brauchbare Haltbarkeit von Cyanoacrylat-Klebstoff-Formulierungen zu verlängern, werden Freie-Radikal-Stabilisatoren wie beispielsweise Quinone oder sterisch gehinderte Phenole üblicherweise zu den Formulierungen hinzugefügt. Anionische Inhibitoren, wie beispielsweise Stickstoffoxid, können ebenfalls hinzugefügt werden. Solche anionischen Inhibitoren ändern die Viskosität und Polymerisationsrate, wodurch das Risiko eines nachteiligen Verschüttens minimiert und die Auftragung erleichtert wird.
Sowohl die flüssigen als auch die ausgehärteten Cyanoacrylate unterstützen Verbrennungen, und aus der direkten Hinzufügung von katalytischen Substanzen, wie beispielsweise Wasser, Alkohole und Basen, wie beispielsweise Amine, Ammoniak oder Beizen, oder aus der Verunreinigung mit Oberflächenaktivatoren können stark exotherme Polymerisationen auftreten.
Cyanoacrylat-Klebstoffe für medizinische Zwecke
Cyanoacrylat-Klebstoffe binden aufgrund der Gegenwart von Feuchtigkeit und Proteinen in der Haut schnell an die Haut. Octylcyanoacrylate sind die am weitesten verbreiteten Cyanoacrylat-Klebstoffe zum Verschließen von Gewebe. Octylcyanoacrylate binden viermal stärker und weniger toxisch an Gewebe als Butylacrylate. Jedoch sind manchmal Butylacrylate zum Verschließen von tieferen Verletzungen bevorzugt, da sie leichter abgebaut werden und durch das Gewebe schneller absorbiert werden als Octylcyanoacrylat.
Die 2-cyanoacrylester besitzen einen scharfen, stechenden Geruch und sind lacrimogen, sogar bei sehr niedrigen Konzentrationen. Diese Ester können für die Nase, den Rachen und das Auge bei Konzentrationen von bereits 3 ppm irritierend sein. Daher ist bei einem Einsatz der Klebstoffe eine gute Belüftung äußerst wichtig, und der Kontakt mit dem Auge oder anderen empfindlichen Körperteilen muss vermieden werden, wenn Cyanoacrylat-Klebstoffe zum Wundverschluss eingesetzt werden. Die ausgehärteten 2-cyanoacrylesterpolymere sind relativ nicht-toxisch, was sie für medizinische Zwecke geeignet macht. Während leichte Hautirritationen beobachtet werden können, gibt es keine Erkenntnisse einer Sensitivierung oder Absorption der Cyanoacrylat-Klebstoffe durch die Haut.
Defekt- oder Poren-bildendes Additiv für den Klebstoff
Cyanoacrylatester bilden nach der Verfestigung eine dichte Struktur, was das Durchdringen der Arzneistoffe, die innerhalb des Klebstoffes enthalten sind, im Blut oder Gewebe verhindert. Die kontrollierte Freisetzung von Arzneistoffen aus Cyanoacrylat-Klebstoffen wird typischerweise durch einen oder mehrere der folgenden Wege erreicht: 1) biologischer Abbau der Cyanoacrylate in Gegenwart von Enzymen aus Blut oder Geweben um Wunden, wo die antiseptischen Klebstoffe aufgetragen werden; 2) Oberflächenrauigkeit oder Poren, die durch eine nicht einheitliche Beschichtung der Klebstoffe auf die Wunde entstehen; und 3) durch künstlich eingeführte Defekte in der Klebstoff-Matrix, durch das Vermischen bestimmter hydrophiler Materialien in den Klebstoff. Wenn das Wasser mit dem hydrophilen Material in der Klebstoff-Matrix in Kontakt kommt, werden die Materialien in das Wasser gelöst und lassen Durchgänge zurück. Diese Durchgänge erleichtern die kontrollierte Freisetzung der Arzneistoffe aus Mikrokapseln, indem Wasser durch die Klebstoff-Matrix hindurchdringen kann.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die kontrollierte Freisetzung von Arzneistoffen aus der Klebstoff-Matrix hauptsächlich durch den Einsatz von künstlich eingeführten Defekten oder Poren erreicht. Solche Defekte können unter Verwendung von wasserlöslichen Salzen, wie bspw. Natriumchlorid in Pulverform eingeführt werden. Jedoch wird bei besonders bevorzugten Ausführungsformen Polyethylenglycol (PEG) zu dem Klebstoff hinzugefügt, um Defekte zu bilden, die für die Durchführungen für die mikro-eingekapselten Arzneistoffe in der Klebstoff-Matrix sorgen, wodurch die Freisetzungsrate der Arzneistoffe in dem verfestigten Klebstofffilm erhöht wird. PEG ist gegenüber wasserlöslichen Salzen im Allgemeinen bevorzugt, da mit ihm eine homogenere Mischung mit Cyanoacrylat-Klebstoffen erreicht werden kann, als mit wasserlöslichen Salzen wie Natriumchlorid.
Defekte oder Durchgänge für die Arzneistofffreisetzung aus einem verfestigten Klebstofffilm oder -Matrix werden vorzugsweise durch das Hinzufügen von PEG mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 600 zu dem Cyanoacrylat-Klebstoff erreicht. Während Polyethylenglycol der bevorzugte Defekt-bildende Stoff ist, können Defekte auch durch Hinzufügung von irgendeinem geeigneten hydrophilen Material zu dem Cyanoacrylat-Klebstoff gebildet werden. Geeignete hydrophile Materialien schließen wasserlösliche oder wassermischbare Polymere mit ein, wasserlösliche Salze, wasserlösliche kleine Moleküle, wasserlösliche natürliche Produkte, Mischungen und Kombinationen daraus, und Ähnliches, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Geeignete wasserlösliche Polymere schließen die folgenden mit ein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt: Polyethylenglycol (PEG), Polyethylenglycolpropionaldehyd, Copolymere von Ethylenglycol/Propylenglycol, Monomethoxy-Polyethylenglycol, Carboxymethylcellulose, Dextran, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon, Poly-1,3-dioxolan, Poly-1,3,6-trioxan, Ethylen/Maleinanhydridcopolymer, Poly (R-Aminosäuren) (einschließlich sowohl Homopolymere als auch zufällige Copolymere), Poly(n-vinylpyrrolidon)polyethylenglycol, Polypropylenglycolhomopolymere (PPG) und andere Polyalkylenoxide, Polypropylenoxid/Ethylenoxidcopolymere, polyoxyethylierte Polyole (POG) (bspw. Glycerol) und andere polyoxyethylierte Polyole, polyoxyethyliertes Sorbitol oder polyoxyethylierte Glucose, Darmsäuren oder andere Kohlenwasserstoffpolymere, Ficoll oder Dextran und Mischungen daraus. Das eingesetzte wasserlösliche Polymer ist vorzugsweise zur klinischen Verwendung zugelassen.
Es können wasserlösliche Polymere irgendeines geeigneten Molekulargewichts verwendet werden. Jedoch ist es bevorzugt, dass das Molekulargewicht derart ausgewählt ist, dass die Polymerkette ungefähr die gleiche Länge hat wie die des Cyanoacrylat-Klebstoffes, mit welchem es gemischt wird. Mit PEG mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 600 wird eine ausreichende Durchführung erzielt, wenn es mit Super Glue gemischt wird.
Die oben diskutierten Ausführungsformen beziehen sich auf Cyanoacrylat-Klebstoffe. Die Verfahren bevorzugter Ausführungsformen, nämlich die Bildung von Poren oder Defekten durch das In-Lösung-Bringen einer hydrophilen Komponente in der Klebstoff-Matrix, kann auch auf Klebstoffe mit anderen chemischen Eigenschaften angewandt werden. Solche Klebstoffe bilden vorzugsweise Matrices, die ähnlich zu denjenigen der ausgehärteten Cyanoacrylate sind, d.h. Matrices, die in Abwesenheit von Additiven im Wesentlichen nicht porös sind, und die in Wasser im Wesentlichen unlöslich sind. Solche Klebstoffe können Epoxide, Harze und ähnliche mit einschließen, die im Stand der Technik hinreichend bekannt sind, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Solche Klebstoffe können auch bei anderen Anwendungen wie Wundheilung und anderen medizinischen Anwendungen nützlich sein, d.h. Anwen dungen, bei welchen die kontrollierte Freisetzung einer Substanz aus der Klebstoff-Matrix unter Feuchtigkeits- oder Nässebedingungen wünschenswert ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann es ferner wünschenswert sein, einen Klebstoff bereitzustellen, der keinen Arzneistoff enthält, der jedoch schneller abgebaut oder zersetzt wird als der unergänzte Klebstoff. Für solche Anwendungen kann ein wie oben beschriebener Defekt-bildender Stoff zu dem Klebstoff hinzugefügt werden.
Anti-Abbaustoffe
Wasserlösliche saure Materialien können die Geschwindigkeit der Polymerisierung und die Abbauraten von Cyanoacrylaten herabsetzen, wodurch möglicherweise die Toxizität von Cyanoacrylat-Klebstoffen reduziert wird. Daher kann es bei bestimmten Ausführungsformen bevorzugt sein, eine oder mehrere physiologisch akzeptable organische oder anorganische Säuren oder Salze von Säuren in die Klebstoffformulierung einzubauen. Geeignete Säuren können fest oder in flüssiger Form vorliegen. Bevorzugt sind übliche basische, dibasische oder höhere organische Säuren, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, Malonsäure, Mandelsäure, Oxalsäure, Milchsäure, Lactobionsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Tartarsäure, Zitronensäure, Ascorbinsäure und Essigsäure. Andere geeignete Säuren schließen physiologisch akzeptierbare Dihydrogenphosphate und Hydrogensulfate mit ein, oder physiologisch akzeptable Salze von Phosphorsäuren (bspw. Dihydrogenphosphate), Schwefelsäuren (bspw. Dihydroschwefelsäure), Halogenwasserstoffsäuren (bspw. Salzsäuren), und ähnliche.
Geeignete Salze von Säuren schließen physiologisch kompatible Alakali- oder Alkali-Erdmetallsalze mit ein, insbesondere Natrium, Kalium oder Calciumsalze, ebenso wie Ammoniumsalze, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Zusätzlich zu ihrer Wirkung als Anti-Abbaustoffe, können die wasserlöslichen sauren Materialien auch als Poren-bildende Stoffe agieren. Bei bestimmten Ausführungsformen, in welchen das saure Material als Poren-bildender Stoff fungiert, kann es bevorzugt sein, einen zusätzlichen Poren-bildenden Stoff vorliegen zu haben, bspw. Polyethylenglycol. Alternativ kann in bestimmten Ausführungsformen das saure Material zu einer Klebstoffformulierung insbesondere aufgrund seiner Anti-Abbau-Aktivität hinzugefügt werden, um einen Klebstoff mit reduzierter Toxizität zu gewinnen. Bei solchen Ausführungsformen kann der Klebstoff einen oder mehrere eines Poren-bildenden Stoffes, Arzneistoffes oder irgendeine andere zusätzliche Substanz, wie oben beschrieben, enthalten, oder auch nicht.
Um die Anti-Abbau-Aktivität über einen verlängerten Zeitraum aufrechtzuerhalten, kann es bevorzugt sein, das saure Material zu dem Klebstoff in eingekapselter Form hinzuzufügen. Geeignete Einkapselungsverfahren können diejenigen darstellen, die oben für die Herstellung von mikro-eingekapselten Arzneimitteln beschrieben wurden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen schließen wasserlösliche saure Materialien Vitamin C (Ascorbinsäure), Zitronensäure und Aspirin (Salicylsäure) mit ein. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen werden diese sauren Materialien als Gelatine-Mikrokapseln bereitgestellt.
Das wasserlösliche saure Material wird zu dem Cyanoacrylat vorzugsweise mit einer Konzentration von 0 Gew.-% bis mehr als ungefähr 30 Gew.-%, bevorzugter von ungefähr 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 Gew.-% bis ungefähr 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 oder 29 Gew.-% hinzugefügt, und am bevorzugtesten von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 oder 19 Gew.-%. Die optimale Konzentration kann von der chemischen Zusammensetzung, Löslichkeit und Azidität des Materials abhängen, der chemischen Zusammensetzung des Cyanoacrylat-Klebstoffes, ferner davon, ob die Säure in verkapselter oder unverkapselter Form vorliegt, sowie von der Freisetzungsrate der Säure, wenn es in verkapselter Form vorliegt, und dem zu erreichenden erwünschten Säuregrad. Wenn die saure Substanz in verkapselter Form bereitgestellt werden soll, ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass die Mikrokapseln eine Größe von 2 Mikrometer oder weniger bis ungefähr 100 Mikrometer oder mehr aufweisen, bevorzugter von ungefähr 5 Mikrometer bis ungefähr 60, 70, 80, oder ungefähr 90 Mikrometer, und am bevorzugtesten von ungefähr 10, 15, 20 oder 25 Mikrometern bis ungefähr 35, 40, 45 oder 50 Mikrometern. Bevorzugte Einschluss-Wirksamkeiten liegen bei 20 Gew.-% oder höher, bevorzugter bei 35 Gew.-% oder höher, und am bevorzugtesten von 50–80 Gew.-% oder höher. Die Arzneistoffbeladung liegt vorzugsweise von ungefähr 1 Gew.-% oder weniger bis 50 Gew.-% oder mehr, und bevorzugter von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
Formulierung eines einen mikro-eingekapselten Arzneistoff enthaltenden Klebstoffes
Mikrokapseln, die Arzneistoffe oder andere Substanzen enthalten, werden wie oben beschrieben hergestellt. Um sicherzustellen, dass kein vorzeitiges Aushärten des Klebstoffes nach Hinzufügen der Mikrokapseln auftritt, ist es wünschenswert, sicherzustellen, dass die Mikrokapseln gründlich getrocknet sind. Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Mikrokapseln in Gegenwart eines Trockenmittels getrocknet, und noch bevorzugter unter einem Vakuum. Nach der Trocknung werden die Mikrokapseln vorzugsweise unter einer inerten Atmosphäre mit hoher Reinheit, wie bspw. trockenem Stickstoff oder Argon, solange aufbewahrt, bis sie zu dem Cyanoacrylat hinzugefügt werden. Da basische Verbindungen die Polymerisierung von Cyanoacrylat-Klebstoffen katalysieren, ist es wünschenswert, die Mikrokapsel- und Klebstoffherstellung derart zu kontrollieren, dass das Vorliegen solcher Verbindungen minimiert wird.
Die Mikrokapseln und der Defekt-bildende Stoff kann auf jede geeignete Art und Weise und in jeder geeigneten Reihenfolge zu dem unausgehärteten Cyanoacrylat-Klebstoff hinzugefügt werden. Allgemein ist es bevorzugt, den Defekt-bildenden Stoff zu dem unausgehärteten Cyanoacrylat-Klebstoff hinzuzufügen, und anschließend die Mikrokapseln zu der entstehenden Mischung hinzuzufügen. Um eine homogene Mischung des Klebstoffes, des Defekt-bildenden Stoffes und der Mikrokapseln zu bilden, kann jedes geeignete Mischverfahren eingesetzt werden, wie bspw. mechanisches Rühren, Schütteln oder Beschallung. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Mischverfahren nicht zu einer wesentlichen Beschädigung der Mikrokapseln führt, und zu der daraus resultierenden vorzeitigen Freisetzung der Arzneimittel oder anderer darin enthaltenen Substanzen. Die Komponenten werden vorzugsweise gemischt und unter einer Art inerten Atmosphäre gelagert, oder in einem luftdichten Behälter vor der Anwendung aufbewahrt.
Die Mikrokapseln werden zu dem Klebstoff vorzugsweise hinzugefügt, um eine Konzentration von weniger als ungefähr 5 Gew.-% bis mehr als ungefähr 30 Gew.-% zu gewinnen, bevorzugter von ungefähr 6, 7, 8 oder 9 Gew.-% bis ungefähr 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 oder 29 Gew.-%, und am bevorzugtesten von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 oder 19 Gew.-%. Die optimale Konzentration kann von der Konzentration des Füllmaterials in den Mikrokapseln abhängen, ferner von der Art des eingesetzten Arzneistoffes, der erwünschten Freisetzungsrate und dem Dosierungslevel des Arzneistoffes, der Menge und Art des Defekt-bildenden Additivs, das zu dem Cyanoacrylat hinzugefügt wird, sowie von dem Einkapselungsverfahren, das zur Herstellung der Arzneistoff-Mikrokapseln verwendet wird. Allgemein wird bevorzugt, dass der Wirkstoff – sei er eingebaut in eine Mikrokapsel oder direkt zum Klebstoff hinzugefügt – im Klebstoff mit einer Konzentration von weniger als ungefähr 5 Gew.-% bis mehr als ungefähr 30 Gew.-% vorliegt, bevorzugter von ungefähr 6, 7, 8 oder 9 Gew.-% bis ungefähr 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 oder 29 Gew.-%, und am bevorzugtesten von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 oder 19 Gew.-%.
Das wasserlösliche Defekt-bildende Material wird zu dem Cyanoacrylat vorzugsweise mit einer Konzentration von 0 Gew.-% bis mehr als ungefähr 30 Gew.-% hinzugefügt, bevorzugt davon ungefähr 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 Gew.-% bis ungefähr 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 oder 29 Gew.-%, und am bevorzugtesten von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 oder 19 Gew.-%. Die optimale Konzentration kann von der chemischen Zusammensetzung und dem Molekulargewicht des wasserlöslichen Materials abhängen, ferner von der chemischen Zusammensetzung des Cyanoacrylat-Klebstoffs, dem Einkapselungsverfahren, das zur Herstellung der Arzneimittel-Mikrokapseln eingesetzt wurde, sowie von der Freisetzungsrate und dem Dosierungslevel des Arzneistoffes.
Im Allgemeinen gilt, dass je mehr an Defekt-bildendem Stoff zu dem Klebstoff hinzugefügt wird, desto größer ist die Freisetzungsrate des innerhalb des Klebstoffes enthaltenen Arzneistoffes. Ähnlich gilt, dass je kleiner die Molekulargröße oder das Molekulargewicht des wasserlöslichen Defekt-bildenden Materials ist, desto größer ist die Freisetzungsrate.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Arzneimittel ein Antibiotikum, das Defekt-bildende Additiv PEG und das Cyanoacrylat Octylcyanoacrylat. Das Antibiotikum ist vorzugsweise in einer Mikrokapsel eingekapselt, die eine Gelatinehülle und einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 4 μm aufweist.
Bei bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, zusätzliche Komponenten zu dem Klebstoff hinzuzufügen. Diese zusätzlichen Komponenten können Additive mit einschließen, die üblicherweise bei Cyanoacrylat-Klebstoffen verwendet werden, wie bspw. Stabilisatoren und Elastomere, wie oben beschrieben. Andere Materialien können Fasern mit einschließen, die die Stärke des ausgehärteten Klebstoffs verbessern. Alternativ kann nachdem der Klebstoff auf die Wunde aufgetragen wurde, jedoch bevor er vollständig ausgehärtet ist, ein flexibler, gewobener oder nicht gewobener Stoff, oder ein anderes ähnliches Folien-ähnliches Material, auf die Oberfläche des Klebstoffes aufgepresst werden. Der auf diese Weise an den Klebstoff gebundene Stoff unterstützt die Stärke des ausgehärteten Klebstofffilms.
Die Klebstoffformulierungen bevorzugter Ausführungsformen können bei irgendeiner Anwendung eingesetzt werden, bei welchen ein herkömmlicher medizinischer Cyanoacrylat-Klebstoff eingesetzt wird. Die Klebstoffe können zum Verschluss innerer Wunden (bspw. bei einem Arterienschnitt) eingesetzt werden, ebenso wie bei externen Wunden (wie bspw. bei Hauteinschnitten, Wunden oder Einstichen). Wenn der Klebstoff bei Verschluss von Arterienschnitten eingesetzt werden soll, ist es bevorzugt, wenn der Klebstoff eine Bruchkraft über 250 mmHg aufweist. Jedoch können bei bestimmten Ausführungsformen niedrigere Bruchkräfte geeignet sein.
Beispiele und vergleichbare Beispiele
Einkapselung der Antibiotika
Penicillin-G-Natriumsalz (im Nachfolgenden „Penicillin G"), Sulfanilamidcristallsteril (im Nachfolgenden „Sulfanilamid"), Cefalexin und Gatifloxacin wurden als beispielhafte Arzneistoffe ausgewählt. Sulfanilamid und Gatifloxacin wurden teilweise deswegen als Testsubstanzen ausgewählt, weil deren sichtbare Ultraviolettspektren sich leicht von dem Hintergrundspektrum unterscheiden lassen, die bei wässrigen Salinelösungen beobachtet werden, und teilweise, weil ihre wässrigen Lösungen bei Raumtemperatur stabil sind.
Antiseptische Mikrokapseln mit jedem der oben aufgelisteten Antibiotika wurden durch die Herstellung einer wässrigen Dispersion des Antibiotikums und Gelatine in flüssigem Wachs und kräftigem Rühren bei 60°C gewonnen. Die Dispersion wurde unter Verwendung einfacher Mikroskopie beobachtet, um sicherzustellen, dass die erwünschte Partikelgröße erreicht wird. Anschließend wurde die Dispersion auf 5°C abgekühlt, wobei gleichzeitig weiter gerührt wurde. Die Dispersion wurde dann mit Isopropanol gemischt und gefiltert, um die Mikrokapseln zu gewinnen. Die Mikrokapseln wurden mit einer Formalinlösung behandelt, anschließend wurde die Lösung in einem Kühlschrank 24 Stunden gelagert. Die Lösung wurde gefiltert, um die Mikrokapseln zu trennen, die anschließend gründlich getrocknet wurden. Die resultierenden antibiotischen Mikrokapseln waren schwachgelb und sphärisch geformt, mit einem Durchmesser von ungefähr 10 bis 100 μm. Oberflächenaktive Stoffe wie bspw. Poly(vinylalkohol) oder Pluronic^TM F68 können eingesetzt werden, um die Mikrokapseln zu stabilisieren, und um für eine geeignete Partikelgrößenverteilung zu sorgen. Eine enge Größenverteilung der Mikrokapseln mit einer ausgewählten durchschnittlichen Partikelgröße kann unter Verwendung herkömmlicher Screening-Verfahren erreicht werden. Die Stabilität der Dispersion der Mikrokapseln im Klebstoff hängt stark von der Partikelgröße ab.
Die in den Gelatine-Mikrokapseln eingeschlossenen Antibiotika können unter Verwendung von Infrarot-(IR)- und Ultraviolett-(UV)-Spektroskopie untersucht werden. Kaliumbromid-Wafer mit jeweils Penicillin G, Gelatine und Gelatine-Mikrokapseln mit Penicillin G wurden unter Verwendung der IR-Spektroskopie untersucht. Wie in 2 gezeigt, gibt es keine offensichtlichen Peaks, die das Vorliegen von Penicillin G im Spektrum von Gelatine-Mikrokapseln für Penicillin G anzeigen würden. Jedoch erzielt die UV-Spektren für wässrige Extrakte von jeweils Penicillin G, Gelatine und Gelatine-Mikrokapseln mit Penicillin G einen bemerkenswerten Absorptionspeak für Penicillin G beim Extrakt der Gelatine-Mikrokapseln mit Penicillin G (3). Da die Durchdringungsfähigkeit von Infrarotlicht in die nicht undurchsichtigen Mikrokapseln eher schwach ist, wird dadurch nahegelegt, dass Penicillin G hauptsächlich im Kern eingebaut ist, und nicht in der Hülle, was auf eine erfolgreiche Mikroeinkapselung hindeutet.
Die Freisetzung des Antibiotikums aus den Mikrokapseln wurde dadurch untersucht, dass entweder Penicillin G oder Sulfanilamid-Mikrokapseln, wie oben hergestellt, in eine physiologische Salinelösung bei Körpertemperatur eingetaucht wurden. Es wurde beobachtet, dass sich Penicillin G während des Freisetzungsprozesses zersetzte. Der wässrige Extrakt von Sulfanilamid war bei Raumtemperatur stabil. 4 zeigt UV-Spektren des Sulfanilamidextrakts bei 10, 50 und 105 Minuten, was die kontrollierte Freisetzung des Sulfanilamids aus den Mikrokapseln zeigt.
Optimierung der Mikrokapsel-Herstellungstechnik
Mikrokapseln, die durch das Anfangsverfahren wie in dem vorherigen Abschnitt beschrieben, hergestellt wurden, besaßen eine relativ niedrige Einschlusseffizienz (< 10 %). Ihr Freisetzungsprofil, wie in 6a dargestellt, folgte keinem Langzeitfreisetzungsmuster. Das Freisetzungsmuster zeigt, dass ungefähr 80 % des gesam ten Arzneimittelinhalts in 2 Minuten freigesetzt wurde, was nahe legt, dass das Arzneimittel hauptsächlich auf der Oberfläche der Gelatinepartikel absorbiert war, anstatt in den Gelatinematrices eingebaut zu sein.
Obgleich nicht auf irgendeinen bestimmten Mechanismus eingeschränkt werden soll, wird angenommen, dass die vernetzenden Schritte teilweise für die Einkapselungseffizienz verantwortlich sind. Als vernetzendes Medium wurde eine Formaldehyd-Acetonlösung eingesetzt, da Gatifloxacin eine relativ schwache Löslichkeit zeigte und Gelatine nicht in einer Formaldehyd-Acetonlösung quillt. Mikrokapseln mit einer deutlich höheren Einschlusseffizienz (50–80 %) wurden unter Verwendung des modifizierten Verfahrens erhalten, und die Mikrokapseln zeigten ein Langzeit-Arzneistofffreisetzungsprofil wie in 6b gezeigt.
Mikrokapseln mit einer höheren Einschlusseffizienz können durch Hinzufügung von 1 Volumen einer wässrigen Lösung von Gatifloxacin (typischerweise ungefähr 1 bis 10 Gew.-%), Gelatine (typischerweise ungefähr 20 Gew.-%) und Pluron F-68 (erhältlich von Jinling Petroleum Chemical Co. Ltd. of China, typischerweise vorliegend mit ungefähr 1 Gew.-% als Stabilisator) in 8 Volumen an flüssigem Paraffin (erhältlich von Hangzhou Chemical Reagent Co. of China) unter kräftigem Rühren bei 60°C erhalten werden. Die Lösung wird ca. 15 min gerührt oder bis eine weißliche Dispersion gebildet wird. Die Dispersion wird auf ungefähr 5°C abgekühlt und für weitere 10 min gerührt, um die volle Gelierung der Gelatinelösungtröpfchen zu induzieren. Anschließend wurden 30 ml einer kalten Formaldehyd-Acetonlösung (10 Gew.-%) zu dem System hinzugefügt, und anschließend weitere 20 min gerührt, währenddessen die Vernetzung in den Mikrokapseln vollzogen wird. Die Suspension wurde gefiltert und die gefilterten Mikrokapseln mit kaltem Aceton gewaschen. Die Partikel wurden bei 40°C für 48 Stunden im Vakuum getrocknet, wodurch schwachgelbe sphärische antibiotische Mikrokapseln mit einer Größe von ungefähr 10–50 μm gewonnen wurden.
Die Effekte des Vernetzungsgrades auf das Freisetzungsprofil der Mikrokapseln wurden untersucht, es wurde jedoch kein bedeutender Einfluss beobachtet. Mit einer Vernetzungszeit von 20 Minuten konnte hinreichende Einkapselungseffizienzen erzielt werden.
Herstellung unverkapselter, Arzneimittel-enthaltender Klebstoffe
Klebstoffformulierungen, die unverkapselte Antibiotika mit einschließen, wurden untersucht. Die Arzneistoffe wurden 6 Stunden lang bei Raumtemperatur in Anwesenheit von Phosphorpentoxid getrocknet, um restliches Wasser zu entfernen. Die direkte Mischung der Arzneistoffe mit Cyanoacrylester wurde in einer Trocknungskammer durchgeführt, geschützt durch eine Stickstoffatmosphäre mit hoher Reinheit. Wenn Penicillin G mit Super Glue gemischt wurde, wurde eine Agglomeration beobachtet, was auf die Initiation der Cyanoacrylat-Aushärtungsreaktion durch Penicillin zurückzuführen sein kann. Im Gegensatz zu Penicilllin G betrug die Haltbarkeit der Cyanoacrylat-Klebstoffe in Gegenwart von Sulfanilamid mehr als 24 Stunden. Dies legt nahe, dass das unausgehärtete Cyanoacrylat gegenüber Penicillin G sensitiver ist als gegenüber Sulfanilamid.
Herstellung von Mikrokapsel-enthaltenden Klebstoffen
Klebstoffformulierungen mit eingekapselten Antibiotika wurden hergestellt. Die mit Antibiotika beladenen Mikrokapseln wurden gründlich unter Vakuum getrocknet, und anschließend gleichmäßig mit Cyanoacrylat-Klebstoffen unter sauerstofffreien und wasserfreien Bedingungen gemischt und anschließend verschlossen. Nach 24 Stunden wurde keine Agglomeration oder Verfestigung des Cyanoacrylesters beobachtet, was nahe legt, dass die Mikrokapselung die unerwünschte chemische Wechselwirkung zwischen dem Arzneistoff und Cyanoacrylestern effektiv unterdrückt.
Kontrollierte Freisetzung der Antibiotika
Proben des Klebstoffs mit entweder eingekapselten Penicillin G oder uneingekapselten Penicillin G wurden wie oben beschrieben, hergestellt. Die Verfestigung der Klebstoffe wurde in feuchter Luft durchgeführt, so dass für eine beschleunigte Verfestigung gesorgt wurde. Die verfestigten Klebstoffe mit einer Dicke von ungefähr 1 mm wurden in kleine Stücke geschnitten, die bei Raumtemperatur in eine physiologische Kochsalzlösung getaucht wurden. Anschließend wurden die wässrigen Extrakte mit UV-Spektroskopie untersucht. Wie in 6 gezeigt, konnte keine detektierbare Freisetzung von Penicillin G (entweder eingekapselt oder uneingekapselt) aus dem verfestigten Klebstofffilm beobachtet werden. Die fehlende Freisetzung könnte auf den dichten Hauptteil des vernetzten Cyanoacrylesters zurückzuführen sein.
Durch die Reduzierung der Dicke des verfestigten Films werden eine größere Oberflächenrauheit und größere Poren gebildet, wodurch Durchgänge für die Freisetzung der Arzneimittel gebildet werden können. Proben eines Sulfanilamid-enthaltenden Klebstoffes wurden auf Filterpapier aufgetragen, welches mit einer physiologischen Salinelösung mit Raumtemperatur getränkt war. Die UV-Spektroskopie der Extrakte der verfestigten Klebstoffe erzielte die charakteristische Absorption von Sulfanilamid (7). Es wird angenommen, dass die raue und poröse Oberfläche des Filterpapiers zu mehr Defekten in dem verfestigten Klebstoff führt, welche sich nach Kontakt mit dem Papier ergeben, was die Freisetzung der Antibiotika erleichtert.
Künstlich gebildete Defekte – Natriumchloridpulver
Durchgänge für die Arzneistofffreisetzung in einem dichten, verfestigten Klebstofffilm wurden durch Einsatz von Poren-bildenden oder Defekt-bildenden Stoffen gebildet. Poly(ethylenglycol) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 600 und Natriumchloridpulver wurden hinsichtlich ihrer Geeignetheit als Defekt-bildende Stoffe ausgewählt und getestet.
Wässrige Extrakte der verfestigten Klebstoffe, die unter Verwendung von Natriumchlorid hergestellt wurden, zeigten ein für Sulfanilamid charakteristisches UV-Absorptionsspektrum. Jedoch wurde eine breite Variation in der Freisetzungsrate bei unterschiedlichen Teilen eines verfestigten Klebstofffilms beobachtet. In 8 werden die Daten der Freisetzungsrate für Extrakte aus zwei unterschiedlichen Abschnitten des Klebstofffilms gezeigt. Diese Daten legen nahe, dass die Mischung aufgrund der heterogenen Dispersion des Natriumchlorids im Klebstoff nicht einheitlich ist.
Im Gegensatz zu den für Natriumchlorid beobachteten Ergebnissen zeigte ein mit PEG hergestellter Klebstoff eine einheitlichere Freisetzungsrate. In 9 sind die Daten der Freisetzungsrate für Extrakte aus zwei unterschiedlichen Abschnitten des Klebstofffilms gezeigt.
Klebstoffe wurden mit Gatifloxacin-Mikrokapseln sowohl mit als auch ohne PEG hergestellt. In 10 sind die Freisetzungscharakteristiken von Gatifloxacin aus dem verfestigten Klebstofffilm gezeigt. Wie bei den Versuchen mit Sulfonilamid bereits beobachtet wurde, erhöhte der Einbau von PEG auch die Freisetzungsrate von Gatifloxacin in dem verfestigten Klebstofffilm.
Obgleich vorliegend sich nicht auf irgendeinen bestimmten Mechanismus eingeschränkt werden soll, wird angenommen, dass, sobald der verfestigte Klebstoff eine wässrige Salinelösung kontaktiert, PEG in dem festen Film in die wässrige Lösung gelöst wird, und Durchgangsporen und Defekte hinterlässt. Die in den Klebstoff eingeschlossenen Mikrokapseln werden hierdurch direkt dem Wasser in den Kanälen ausgesetzt, die durch den Defektbildner, d.h. dem PEG, ausgebildet wurden. Dieser Prozess beschleunigt die Diffusion des Antibiotikums in die Salinelösung. Die 11a und 11b sind SEM-Bilder der Oberfläche eines verfestigten Klebstoffes mit 16,2 % PEG 600 vor der Extraktion mit einer wässrigen Lösung. Die 12a und 12b sind SEM-Bilder der Oberfläche des gleichen Klebstoffes nach Extraktion mit einer wässrigen Lösung. Der verfestigte Klebstoff zeigt nach der Extraktion Brüche und Risse, die vor der Extraktion nicht vorlagen.
Mikrobiologisches Essay der aus dem Klebstoff freigesetzten Antibiotika
Die antibiotische Aktivität unterschiedlicher verfestigter Klebstoffe wurde dadurch gemessen, dass kleine Stücke des verfestigten Klebstoffes in eine S. aureus-Bakterienkultur gegeben wurden. In 13 ist der Effekt auf die bakterielle Kultur nach der Exponierung gegenüber Gatifloxacin auf Filterpapier (untere linke Ecke) gezeigt, sowie gegenüber verfestigten Klebstoffen, die lediglich PEG mit einschlossen, oder nur mikro-eingekapseltes Gatifloxacin oder mikro-eingekapseltes Gatifloxacin mit PEG (in Uhrzeigerrichtung von oben links des Bildes). Die Daten zeigen, dass mit dem antibiotischen Klebstoff mit PEG die höchste Freisetzung erzielt werden konnte.
Freisetzungsverhalten von antibiotischen Klebstoffen mit Gatifloxacin-Mikrokapseln
Polymerisiertes Cyanoacrylat bildet einen kompakten Film, der die Durchdringung von Wasser in die Klebstoff-Matrix verhindern kann. Daher kann die Freisetzung von Antibiotika aus einem gut gebildeten Polycyanoacrylat-Film schwierig sein. Wie oben diskutiert, kann die Einführung von PEG oder Poren in die Klebstoff-Matrix diesen Freisetzungsprozess deutlich beschleunigen.
Der Prozentsatz der Freisetzung für unterschiedliche polymerisierte Cyanoacrylat-Filme, die Gatifloxacin-Mikrokapseln enthalten, ist in 14 und 15 gezeigt. Der Freisetzungsprozentsatz wurde basierend auf dem gesamten Arzneistoffgehalt der Gatifloxacin-Mikrokapseln (6,7 Gew.-% Arzneistoffbeladung), eingeschlossen in dem verfestigten Klebstofffilm, berechnet. Der Mikrokapselinhalt (basierend auf dem Gesamtgewicht des verfestigten Klebstoffes) der drei Filme in 14 (mit jeweils 0 Gew.-%, 5,6 Gew.-% und 19 Gew.-% PEG) betrug jeweils 24 Gew.-%, 25 Gew.-% und 26 Gew.-%. Der Mikrokapselinhalt der Filme in 15 betrug 25 Gew.-%. Die Dicke der verfestigten Klebstofffilme in 14 und des dicken Films in 15 betrug 1 ± 0,1 mm. Die Dicke des dünnen Films in 15 betrug ungefähr 0,2 mm.
Die in 14 gezeigten Daten legen nahe, dass das Vorliegen von PEG in der Klebstoff-Matrix zu einer schnelleren Freisetzung des Antibiotikums führt. Die anfängliche Freisetzungsrate steigt deutlich mit dem Anstieg in der PEG-Konzentration. Obgleich vorliegend keine Einschränkung auf einen bestimmen Mechanismus stattfinden soll, wird angenommen, dass das PEG innerhalb des verfestigten antibiotischen Klebstoffes gelöst wird, und die Durchgänge verlässt, wenn der Film mit Wasser in Berührung kommt. Daher werden die Mikrokapseln, die in dem dichten Film eingeschlossen sind, gegenüber Wasser durch diese Durchgänge, die durch das gelöste PEG hinterlassen werden, exponiert. Dieser Prozess kann die Diffusion von Wasser in den verfestigten Klebstoff und die Arzneistofffreisetzung beschleunigen. Es wurde bemerkt, dass der Klebstoff mit 0 Gew.-% PEG auch eine schwache Freisetzung zeigte. Es wird angenommen, dass dies auf das Vorliegen von wenigen Defekten in dem verfestigten Klebstoff zurückzuführen ist, was zu der Arzneistofffreisetzung führte. Die Versuchsergebnisse zeigten auch, dass die Arzneistofffreisetzung bedeutend beschleunigt werden kann, wenn die Dicke des Klebstofffilms reduziert wird, wie in 15 gezeigt ist. Die Daten zeigen, dass die Arzneistofffreisetzung aus dem dünnen Film mit einer Dicke von ungefähr 0,2 mm bedeutend schneller war als diejenige von dem dicken Film mit einer Dicke von ungefähr 1 mm.
Es wurde jedoch auch bemerkt, dass die Prozentsätze der Freisetzung für die Filme der 14 und 15 unter 100 % ist. Es wird angenommen, dass eine bestimmte Menge der Mikrokapseln fest durch Polycyanoacrylat eingekapselt sind, und daher keinen Zugang zum Wasser erlangen konnten, bis die äußere Polycyanoacrylat-Hülle abgebaut war.
Haltbarkeit der Klebstoffe mit Mikrokapseln
Die direkte Mischung von Methylcyanoacrylat (Super Glue^TM) mit trockenem Gatifloxacin-Pulver führte zur Verfestigung in ungefähr 3 Stunden bei Raumtemperatur, und die Farbe des Cyanoacrylats verfärbte sich in ein helles Grün, was darauf hindeutet, dass etwas Gatifloxacin im Super Glue^TM gelöst wurde. Jedoch zeigte eine Mischung von mikro-eingekapselten Gatifloxacin und Super Glue^TM eine hervorra gende Stabilität. Die Haltbarkeit unterschiedlicher Cyanoacrylat-Klebstoffe mit 25 Gew.-% Gatifloxacin-Mikrokapseln (6,7 % Arzneimittelbeladung) ist in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Die Daten zeigen, dass unterschiedliche Cyanoacrylate unterschiedliche Reaktivitäten besitzen, und daher unterschiedliche Haltbarkeiten. Typischerweise besitzen die höheren Alkylestercyanoacrylate eine niedrigere Reaktivität und eine längere Haltbarkeit als die niederen Alkylestercyanoacrylate. Die Aufbewahrungstemperatur hat ebenfalls einen bedeutenden Effekt auf die Haltbarkeit der Klebstoffe. Mit abnehmender Lagerungstemperatur konnte die Haltbarkeit bedeutend verlängert werden. Daher ist eine kühle Lagerung der antibiotischen Cyanoacrylat-Klebstoffe mit Gatifloxacin-Mikrokapseln bevorzugt und eine Verpackung in einzelnen Chargen.
Zusätzlich zu der chemischen Zusammensetzung des Cyanoacrylats und der Lagerungstemperatur kann die chemische Zusammensetzung oder Konzentration des Poren-bildenden Stoffes oder der Verpackungsprozess und das Behältnis, auch einen bedeutenden Effekt auf die Haltbarkeit der Klebstoffe mit Mikrokapseln besitzen.
Wie in 15 gezeigt, kann das Hinzufügen von PEG die Freisetzung des eingeschlossenen Arzneistoffes beschleunigen. Jedoch kann PEG einen nachteiligen Effekt auf die Stabilität der Cyanoacrylat-Klebstoffe haben. Daher ist es bevorzugt, eine kleine Menge an PEG (typischerweise ungefähr 5 Gew.-% oder weniger) zu benutzen, wenn der Klebstoff in eine einzelne Packung verpackt werden soll. Jedoch kann PEG durch andere Poren-bildende Materialien ersetzt werden, um die Haltbarkeit der Klebstoffe zu verlängern. Wasserlösliche saure Materialien, wie Vitamin C, Zitronensäure und Aspirin, sind als Poren-bildende Stoffe bevorzugt, da saure Substanzen die Polymerisierung und die Abbauraten der Cyanoacrylate verlangsamen und daher möglicherweise die Toxizität der Cyanoacrylat-Klebstoffe reduzieren können.
Alternativ kann eine getrennte Packung für antibiotische Klebstoffe eingesetzt werden, wodurch die Lagerungsinstabilität minimiert wird. Eine getrennte Packung ist eine Packung, in welcher der Cyanoacrylat-Klebstoff und der Poren-bildende Stoff und/oder das mikro-eingekapselte Arzneimittel in unterschiedlichen Kompartementen aufbewahrt und kurz vor Gebrauch gemischt werden. Wenn eine solche Verpackung eingesetzt wird, kann der Gehalt an PEG (oder anderen Poren-bildenden Materialien) erhöht werden, um eine hinreichende Freisetzungsrate und einen höheren Freisetzungsprozentsatz zu erreichen.
Das Vorliegen von Spurenmengen an basischen Substanzen, wie Wasser und Alkohol, kann hinreichend sein, um die Polymerisierung von Cyanoacrylat-Klebstoffen anzustoßen (siehe T. M. Brumit, „Cyanoacrylate adhesives – when should you use them?", Adhesives Age, February 1975, 17-22). Daher ist es bevorzugt, dass die vorliegende Menge an basischen Substanzen in der Mischung des Cyanoacrylats und der Mikrokapsel auf einem Minimum gehalten wird. Daher kann der Verpackungsprozess für die resultierende Stabilität der antibiotischen Klebstoffe eine Rolle spielen. Mit Verpackungsprozessen, die basische Substanzen, einschließlich Wasser effektiv eliminieren, können Produkte mit einer längeren Haltbarkeitsdauer erzielt werden. Auch das Behältnis kann ein Faktor für die Haltbarkeit sein. So können bspw. luftdichte Metallbehältnisse für die beste Lagerungsstabilität sorgen, wobei auch Polyethylenflaschen oder Glasampullen hinreiche Behältnisse darstellen können.
Es ist typischerweise recht schwer, eine hinreichende Haltbarkeit von Cyanoacrylat-enthaltenden antibiotischen Mikrokapseln in einer einzelnen Packung zu erreichen. Daher ist es allgemein bevorzugt, eine getrennte Verpackungsform zu verwenden, wie schematisch in 16 gezeigt ist. Die Cyanoacrylat und Mikrokapseln sind in unterschiedlichen Behältnissen getrennt, welche kurz vor einem Einsatz leicht miteinander gemischt werden können. Eine solche Verpackungsform kann zu einer hinreichenden Lagerungsstabilität führen, ohne den Verlust der Handhabungseinfachheit. Cyanoacrylat wird typischerweise in einer verschlossenen Ampulle aufbewahrt. Die mit einem trockenen Arzneimittel-beladenen Mikrokapseln und geeignete Additive, wie PEG und Vitamin C, werden in einer mit einer Kappe versehenen Spritze aufbewahrt. Um den Klebstoff für die Verwendung vorzubereiten, wird die Verschlusskappe der Spritze entfernt und die Ampulle, die den Klebstoff enthält, geöffnet. Das Cyanoacrylat wird in die Spritze gezogen und darin geschüttelt, um den Klebstoff und die Mikrokapseln gründlich zu mischen. Die so erhaltene Mischung kann durch eine Nadel mit geeigneter Größe ausgespritzt werden. Wenn die Verschlusskappe wieder auf die Spritze gesetzt wird, kann die Mischung ihre Fluidität für einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten, typischerweise für 4 oder mehr Stunden. Es wird angenommen, dass mit einer getrennten Verpackung nicht nur eine viel längere Haltbarkeit erreicht werden kann, sondern dass damit auch die Produktionskosten gesenkt werden können, da die Vorbehandlung (insbesondere der Trocknungsprozess) der Mikrokapseln und der Behältnisse vereinfacht werden kann.
Herstellung von Dexamethasonnatriumphosphat-Gelatine-Mikrokapseln und die Freisetzung von DSP aus verfestigten Klebstoffen mit DSP-Mikrokapseln
Dexamethasonnatriumphosphat (DSP)-Gelatine-Mikrokapseln wurden nach dem optimierten Gelatine-Mikrokapsel-Verfahren unter Verwendung einer Formaldehyd-Aceton-vernetzenden Lösung, wie oben beschrieben, hergestellt. In den 17a und 17b sind optische Mikroskopbilder der entstehenden DSP-Gelatine-Mikrokapseln gezeigt. Die DSP-Konzentration in der Gelatinelösung ist vorzugsweise nicht größer als 1 Gew.-%. Wenn die DSP-Konzentration in der Gelatinelösung größer als 1 % ist, steigt die Viskosität der Dispersionsphase bedeutend an, was zu unerwünscht großen (> 500 Mikrometer) Mikrokapseln führt. Siehe R. Arshady, „Microspheres and Microcapsules: A Survey of Manufacturing Techniques. Part 1: Suspension Cross-Linking," Polym. Eng. and Sci., Dezember 1989, Vol. 29, Nr. 24, 1746-1758. Bei derart niedrigen Konzentrationen war die Arzneistoffbeladung der resultierenden DSP-Mikrokapseln niedrig. Jedoch war die Einschlusseffizienz ausreichend, wie die Daten für vier unterschiedliche Chargen von DSP-Mikrokapseln (DSP-MC1, DSP-MC2, DSP-MC3 und DSP-MC4), gezeigt in Tabelle 2, zeigen. Darüber hinaus zeigte das Freisetzungsprofil von DSP-Mikrokapseln die Eigenschaft einer kontrollierten Langzeitfreisetzung, wie in 18 dargestellt ist.
Tabelle 2
Da sich die UV-Spektren von DSP und der extraktiven Lösung von Super Glue^TM bei 240 nm überlappten, wurde das Freisetzungsverhalten von Cyanoacrylat-Klebstoffen mit DSP-Mikrokapseln mittels HPLC anstelle der UV-Spektroskopie untersucht. Es wurde herausgefunden, dass sich DSP-Mikrokapseln schrittweise in einer wässrigen Lösung zersetzten und dass deren charakteristischer Peak im HPLC-Spektrum bei einer Retentionszeit von 10,7 min stetig abnahm und ein Peak bei 14,4 min erschien, der mit zunehmendem Zersetzungsprozess wuchs. 19a zeigt das HPLC-Chromatogramm einer DSP-Mikrokapsellösung, die exakt vor der HPLC-Testung hergestellt wurde, wohingegen 19b das HPLC-Chromatogramm einer DSP-Mikrokapsellösung zeigt, das einen Monat vor HPLC-Testung hergestellt wurde. Der Peak mit einer Retentionszeit von 14,4 min in 19b ist dem Zersetzungsprodukt von DSP zuzuschreiben, und seine Fläche variiert mit der Lagerungszeit der wässrigen DSP-Lösung.
Das HPLC-Chromatogramm einer extrahierten Lösung von verfestigtem Super Glue^TM-Film mit DSP-Mikrokapseln ist in 19c gezeigt. Bei 10, 7 min kann der Peak beobachtet werden, was auf die Freisetzung von DSP hindeutet. Der Peak bei 14,4 min kann ebenfalls beobachtet werden, was darauf hindeutet, dass ein Teil des DSP während der Lagerung der extrahierten Lösung zersetzt wurde.
Es wird bemerkt, dass, wenn effektivere Dispergierungsverfahren, wie bspw. eine Ultraschallbehandlung, das Mischen mittels eines Vortex und ähnliche, zur Herstellung von Mikrokapseln verwendet werden, die Partikelgröße vermutlich reduziert werden kann, und die Arzneistoffbeladung der DSP-Gelatine-Mikrokapseln ohne einen unerwünschten Anstieg in der Größe gesteigert werden kann. Ein Absinken in der Mikrokapselgröße kann zu einer besseren mechanischen Stärke der verfestigten, Mikrokapsel-enthaltenden Cyanoacrylat-Klebstofffilme führen.
Reduktion der Abbauraten von 2-Cyanoacrylat-Klebstoffen
Bei der Verwendung von 2 Cyanoacrylaten in medizinischen Anwendungen kann deren biologische Abbaubarkeit und der Mechanismus des Abbaus für deren Wirksamkeit eine Rolle spielen. Der vorgeschlagene Abbaumechanismus für Poly(2-cyanoacrylat) schließt zwei mögliche Wege mit ein, wie nachstehend gezeigt ist. Der erste Mechanismus ist ein Abbau des Grundgerüsts, der einer umgekehrten Knoevenagel-Reaktion folgt, was zu Formaldehyd und Alkylcyanoacetat führt. Der andere Weg ist eine Esterspaltung durch Seitenkettenhydrolyse, was zu Poly(2-cyanoacylsäure) und Alkohol führt.
Der zweite Weg scheint der Hauptmechanismus zu sein. Die Abbaurate hängt von der Temperatur, dem pH-Wert des Mediums, dem Enzymgehalt und der Länge der Alkylketten ab, und die Toxizität ist überwiegend auf die Aufbauraten bezogen. Wenn die Abbaurate eines verfestigten Cyanoacrylat-Klebstoffes zu einem solchen Ausmaß abgesenkt wird, dass die Abbauprodukte sofort metabolisiert werden, kann der Klebstoff die Anforderung für eine medizinische Anwendung erfüllen.
Die Abbaurate senkte sich mit einem Absenken in der Temperatur und dem pH-Wert des Mediums, und mit einem Anstieg in der Ester-Seitenkettenlänge. Unterschiedliche Arten von Enzymen und Additiven können den Abbau von Poly(2-cyanoacrylat) beschleunigen oder verhindern. So kann bspw. Esterase den Abbau beschleunigen, und Superoxiddismutase, Indomethacin und Acetylsalicylsäure den Abbau verzögern. Daher können Butyl- und Octyl-2-cyanoacrylat-Klebstoffe für die medizinische Verwendung ausgewählt werden, und die Cytotoxizität der Klebstoffe kann durch eine Anpassung des pH-Werts und/oder des Enzymgehalts, sowie durch Hinzufügen von bestimmten Additiven reduziert werden.
Da die Abbaurate von Poly(2-cyanoacrylat) in einem Medium mit einem pH-Wert von < 7 deutlich reduziert ist, ist es bevorzugt, bestimmte mikroeingekapselte und physiologisch akzeptierbare saure Materialien zu den Cyanoacrylat- Klebstoffen hinzuzufügen, um die Abbaurate und die langfristige Toxizität zu reduzieren. Daher wurden Ascorbinsäure (Vitamin C) Gelatine-Mikrokapseln hergestellt und das Freisetzungsverhalten qualitativ untersucht. Das Verfahren zur Herstellung von Ascorbinsäure-Gelatine-Mikrokapseln ist oben beschrieben, mit der Ausnahme, dass eine N₂-Atmosphäre angewandt wurde, um eine unerwünschte Oxidierung von Vitamin C zu vermeiden. Die Freisetzung von Vitamin C aus verfestigten Vitamin C-Gelatine-Mikrokapseln-enthaltenden Klebstofffilmen wurde durch UV-Spektrometrie untersucht. Das Spektrum, gezeigt in 20, zeigt, dass die saure Umgebung des verfestigten Klebstofffilms auf diese Art und Weise aufrechterhalten werden kann.
Die experimentellen Daten zeigen die Geeignetheit eines medizinischen Cyanoacrylat-Klebstoffes mit einer antibiotischen Funktion. Das Herstellungsverfahren solcher antibiotischen Mikrokapseln spielt bei der Wirksamkeit des Klebstoffes eine Rolle. Um eine hohe Einschlusseffizienz, eine vernünftige Arzneistoffbeladung sowie eine kontrollierbare Mikrokapselgröße sicherzustellen, kann die Herstellungstechnik für unterschiedliche Antibiotika variiert werden. Gatifloxacin-Gelatine-Mikrokapseln im Größenbereich von 10–50 Mikrometern mit 50–80 % Einschlusseffizienz und 5–20 % Arzneistoffbeladung, die durch das Herstellungsverfahren unter Verwendung einer Formaldehyd-Aceton-vernetzenden Lösung hergestellt wurden, bieten im Allgemeinen eine hinreichende Wirksamkeit.
Die Versuchsdaten zeigen auch, dass die Mischung einer Menge an PEG in ein Cyanoacrylat-Klebstoff die Freisetzungsrate von Medikamenten im verfestigten Film erhöhen kann. Die mechanische Stärke eines verfestigten Mikrokapsel-enthaltenden Cyanoacrylat-Klebstofffilms kann bedeutend reduziert werden, wenn der PEG-Gehalt 30 Gew.-% überschreitet, so dass bevorzugt ist, wenn das PEG mit einer Konzentration von 30 Gew.-% oder weniger vorliegt. Der Test für die Aufbruchstärke von Super Glue^TM mit Mikrokapseln (20 Gew.-%) und PEG (20 Gew.-%) war gut (Aufbruchstärke > 350 mmHg). Typischerweise ist die mechanische Stärke von Methylcyanoacrylat (Super Glue^TM) größer als diejenige von Butyl- oder Octylcyanoacrylat.
Wenn 2-Cyanoacrylate für medizinische Anwendungen verwendet werden, kann ihre biologische Abbaubarkeit und der Mechanismus des Abbaus für die Wirksamkeit des Klebstoffes bedeutend sein. Die Abbaurate hängt hauptsächlich von der Temperatur, dem pH-Wert des Mediums, dem Enzymgehalt und der Länge der Alkylketten ab. Die Toxizität ist zum großen Teil mit den Abbauraten verbunden. Wenn die Abbaurate des verfestigten Cyanoacrylat-Klebstoffes zu einem solchen Ausmaß absank, dass die Abbauprodukte sofort verstoffwechselt werden, kann im Allgemeinen der Klebstoff aufgrund seiner niedrigen Toxizität auch intern verwendet werden. Basierend auf der Tatsache, dass die Abbaurate von Poly(2-cyanoacrylat) in einem Medium mit einem pH-Wert < 7 bedeutend reduziert ist, kann ein Cyanoacrylat-Klebstoff mit Ascorbinsäure-Gelatine-Mikrokapseln bevorzugt sein. Die Hinzufügung von sauren Substanzen (Vitamin C, Zitronensäure, und Ähnliches) in Cyanoacrylat-Klebstoffe kann deren Polymerisierung und Abbau verzögern, und dadurch deren Toxizität absenken, so dass Butyl- oder Ohylcyanoacrylat-Klebstoffe die Anforderung an eine innere medizinische Verwendung erfüllen können. Die Hinzufügung von sauren Substanzen zu einem Ethylcyanoacrylat-Klebstoff (Krazy Glue^TM) machen diesen auch für medizinische Verwendungen, wie bspw. das Binden von Hautwunden, geeignet, was die Kosten medizinischer Klebstoffe senken kann, da die Kosten von Ethylcyanoacrylat bedeutend niedriger sind als diejenigen für Butyl- oder Octylcyanoacrylat.
Die Haltbarkeitsdauer von Cyanoacrylat-Klebstoffen, die mit antibiotischen Mikrokapseln in einer einzigen Packung gemischt sind, können begrenzt sein, und die Hinzufügung von PEG kann nachteilige Effekte auf die Lagerungsstabilität von Cyanoacrylat besitzen. Eine getrennte Verpackung für antibiotische Klebstoffe gewährleistet eine kostengünstige und effektive Lösung, um eine hinreichende Haltbarkeitsdauer zu erreichen, ohne die Handhabungseinfachheit zu verlieren. Auf diese Weise wird auch eine höhere Flexibilität erreicht, da unterschiedliche Kombinationen von Cyanoacrylat und Arzneistoff-beladenen Mikrokapseln und/oder Additiven einfach angewendet werden kann, um unterschiedliche praktische Anforderungen zu erfüllen.
Die oben stehende Beschreibung offenbart mehrere Verfahren und Materialien für die vorliegende Erfindung. Die Erfindung kann Modifizierungen hinsichtlich der Verfahren und Materialien unterzogen werden, ebenso wie Änderungen in den Herstellungsverfahren und der Ausrüstung. Solche Modifizierungen werden den Fachleuten unter Berücksichtigung dieser Offenbarung oder durch Ausführung der hierin beschriebenen Erfindung offensichtlich werden. Daher soll diese Erfindung nicht auf die hierin offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern soll alle Modifizierungen und Alternativen abdecken, die innerhalb des wahren Rahmens der Erfindung liegen, wie in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt.

Claims

Stabiler flüssiger Klebstoff zum Verschluss einer Wunde, wobei der Klebstoff ein Cyanoacrylat, einen therapeutischen Stoff mit einem in eine Mikrokapsel verkapselten Penicillin-Antibiotikum, sowie einen Defekt-bildenden Stoff aufweist, wobei der Defekt-bildende Stoff durch Lösen in einer wässrigen Lösung aus einer ausgehärteten Cyanoacrylatmatrix entfernt werden kann, wodurch eine Vielzahl von Defekten in der Matrix gebildet werden, wodurch die Freisetzung des therapeutischen Stoffes aus der Matrix mit einer kontrollierten Rate ermöglicht wird.
Klebstoff nach Anspruch 1, wobei das Cyanoacrylat Butylcyanoacrylat aufweist.
Klebstoff nach Anspruch 1, wobei das Cyanoacrylat Octylcyanoacrylat aufweist.
Klebstoff nach Anspruch 1, wobei der Defekt-bildende Stoff ein hydrophiles Polymer aufweist.
Klebstoff nach Anspruch 4, wobei das hydrophile Polymer Polyethylenglycol aufweist.
Klebstoff nach Anspruch 5, wobei das Polyethylenglycol ein durchschnittliches Molekulargewicht von ungefähr 600 besitzt.
Klebstoff nach Anspruch 1, der ferner einen wasserlöslichen sauren Anti-Abbaustoff aufweist.
Klebstoff nach Anspruch 7, wobei der wasserlösliche saure Anti-Abbaustoff Vitamin C aufweist.
Klebstoff nach Anspruch 1, wobei die Mikrokapsel eine Gelatine-Mikrokapsel aufweist.
Klebstoff nach Anspruch 1, wobei das Penicillin-Antibiotikum Penicillin G aufweist.