WO2002064116A2 - Thermolabiles liposom mit geregelter freigabetemperatur - Google Patents

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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Definitions

  • the invention relates to a thermolabile liposome with a regulated release temperature for the liposome content, in particular a liposome stable at 37 ° C. in serum with a regulated release temperature between 40 and 80 ° C.
  • Liposomes are artificially formed vesicles from lipid bilayers that enclose an aqueous compartment (Bangham et al. 1 965). Originally used as a model system for a cell membrane, liposomes have recently been further developed primarily for the transport of drugs. Liposomes can increase the tolerability of active substances (reduction of the active toxicity of amphothericin B by liposomal formulation (AmBisome ® ) by a factor of 75 (Proffitt et al. 1 991). However, they also open up the possibility of specifically transporting drugs into diseased tissue (Forssen et al.
  • liposomes are mainly taken up in cells of the reticuloendothelial system (RES) of the liver and spleen (Gregoriadis and Nerunhun 1974).
  • RES reticuloendothelial system
  • attempts were made increase the circulation time of the liposomes in the blood, especially in tumors, which are often very well vascularized (Jain 1 996) and their vessels are particularly permeable due to dilated interendothelial connections, a large number of fenestrations and discontinuous basement membranes (Murray and Carmichael 1 995) would be the probability of admission vo n Massively increase liposomes.
  • the invention is therefore based on the object of creating a liposome which has a significantly improved half-life in the serum compared to the usual half-life of known liposomes of the order of 4 hours, and which is such that the content of the liposomes is at a certain level Temperature is released quickly.
  • a liposome with a regulated release temperature for the liposome content which is characterized in that it consists essentially of at least one phosphatidylcholine with a main transition temperature which is in the range from 0 to 80 ° C. and 2 to 15% by weight .-% Phosphatidyloligoglycerin is formed.
  • Liposomes constructed in accordance with the invention have significantly improved half-lives of up to 20 hours in the serum and, by suitable selection of the components and amounts of the components depending on their main transition temperature, can release the ingredient (s) quickly and completely at a predetermined preselected temperature.
  • the liposome according to the invention is preferred from 65 to 75% dipalmitoyl lecithin (1, 2-dipalmitoylglycero-3-phosphocholine), 10 to 30% Distearoyl lecithin (1,2-distearoylglycero-3-phosphocholine) and 5 to 10% dipalmitoylphosphoglyceroglycerin.
  • This preferred composition is stable at 37 ° C in the serum, but releases the content quickly when the temperature exceeds 40 ° C.
  • the above-mentioned preferred composition of the liposome according to the invention can be tailored for other temperature ranges by selecting components with the most suitable main transition temperature.
  • Table 1 shows the main transition temperatures (T M ) of phosphatidylcholines, the main transition temperature of which is in the range from 0 to 80 ° C. The main transition temperatures are shown in the table, depending on the chain length and the distribution over positions 1 and 2 of glycero-3-phosphocholine or 1 and 3 of glycero-2-phosphocholine.
  • the values listed in Table 1 show that by using fatty acids with an odd chain length and suitable distribution over the basic glycerol structure, practically any desired temperature in the specified range from 0 to 80 ° C. can be set.
  • the phosphatidyl oligoglycerol content in the liposome according to the invention is essential for the required long circulation time in the serum.
  • Phosphatidyl oligoglycerols and their preparation are known from DE 1 96 22 224. Dipalmitoylphosphoglyceroglycerin (DPPG2) is preferably used.
  • thermolabile liposomes according to the invention are outstandingly suitable for use in various fields, but especially in the context of regional deep hyperthermia.
  • Regional deep hyperthermia which is used in combination with systemic chemotherapy at specialized clinical centers, is an ideal technique for tumor-specific liposomal transport and the subsequent release of a drug from the liposomal envelope.
  • hyperthermia promotes the extravasation of liposomes from tumor capillaries into the interstitium (Gaber et al. 1 996).
  • warming can induce a release of the drug from special thermosensitive liposomes (Magin and Niesman 1 984).
  • there are numerous indications for an increased cytotoxic effect of cytostatics Hahn et al. 1 975) and an immunomodulation (activation of NK cells; Multhoff et al. 1 999) through regional deep hyperthermia.
  • thermolability of the liposomes according to the invention is caused by the phase change of the phospholipids within the liposome membrane. If the phase transition temperature is passed through, there is a brief membrane instability and subsequent release of the liposomal content.
  • the tumor is regionally overheated, so that the temperature is above the limit temperature
  • the liposome content here is, in particular, active ingredients which can be used in oncology, for example Cytostatics into consideration.
  • contrast agents such as gadolinium, carboxyfluorescein or the like can also be used. be released alone or together with an active ingredient.
  • contrast media such as gadolinium
  • MRC which measures the released gadolinium.
  • a hyperthermia device coupled with an MRC device is expediently used.
  • liposomes according to the invention can be found in ophthalmology.
  • a fluorescent labeling substance e.g. in the case of laser treatment by releasing the fluorescent active substance, e.g. Detect carboxyfluorescein where the desired warming has actually occurred.
  • liposomes according to the invention can therefore generally be used to make it possible to subsequently determine the temperatures reached, e.g. when certain heating temperatures or the like. should be determined.
  • the liposomes according to the invention essentially consist of the substances specified above, which are preferably in pure form. Impurities should be kept as low as possible, in particular the cholesterol content should be as low as possible. Liposomes that are completely free of cholesterol are preferred since cholesterol leads to smearing of the phase transition temperature and thus to a thermal transition range that is too wide.
  • thermolabile liposomes according to the invention are prepared in a conventional manner by dissolving the lipids, e.g. in chloroform or
  • Chloroform / water / isopropanol stripping off the solvent, expediently in vacuo in a rotary evaporator, tempering the lipids with aqueous Solutions of the ingredients to be encapsulated at temperatures that are above the phase transition temperature.
  • the duration of this tempering treatment is expediently 30 to 60 minutes, but can also be shorter or longer.
  • Homogenization takes place through repeated freeze-thawing processes, for example 2-5 times freezing and thawing again.
  • the lipid suspension obtained is extruded through a membrane of defined pore size at a temperature above the phase transition temperature in order to achieve the desired liposome size.
  • Suitable membranes are, for example, polycarbonate membranes with a defined pore size, such as 100 to 200 nm.
  • non-encapsulated ingredient may be separated, for example by column chromatography or the like.
  • Example 1 a) Liposomes are prepared in the manner described above, which are composed of 70% DPPC, 20% DSPC and 10% DPPG2. They contain encapsulated carboxyfluorescein. Free carboxyfluorescein was previously separated by column chromatography with Sephadex G75.
  • the chamber model (A-Mel-3 melanoma of the Syrian hamster) of the Syrian hamster is suitable for intravital microscopic detection of CF release from thermolabile liposomes in the hyperthermia field.
  • a transparent, dorsal skin chamber is implanted in a Syrian golden hamster. After the skin chamber has been implanted, cells of the hamster's A-Mel-3 melanoma are implanted on the subcutaneous tissue in the chamber.
  • a tumor of several millimeters in size grows within the hamster's dorsal skin.
  • the microcirculation as well as the fluorescence enrichment within the tumor can be done with a modified vital microscope to be watched.
  • the animals also receive a central venous catheter. With the help of a heat exchanger located under the skin chamber, the tumor can be locally heated to 42 ° C. The tumor temperature can be measured directly using a temperature probe (Endrich 1 988).

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Abstract

Ein thermolabiles Liposom mit geregelter Freigabetemperatur für den Liposominhalt ist im Wesentlichen aus mindestens einem Phosphatidylcholin mit einer Hauptumwandlungstemperatur, die im Bereich von 0 bis 80 DEG C liegt und 2 bis 15 Gew.-% Phosphatidyloligoglycerin gebildet.

Description

Thermolabiles Liposom mit geregelter Freigabetemperatur
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein thermolabiles Liposom mit geregelter Freigabetemperatur für den Liposomeninhalt, insbesondere ein bei 37 °C in Serum stabiles Liposom mit einer geregelten Freigabetemperatur zwischen 40 und 80 °C.
Liposomen sind künstlich gebildete Vesikel aus Lipiddoppelschichten, welche ein wässriges Kompartiment einschließen (Bangham et al. 1 965) . Ursprünglich noch als Modellsystem für eine Zellmembran genutzt, wurden Liposomen in jüngster Zeit vor allem für den Arzneistofftransport weiterentwickelt. Liposomen können dabei die Verträglichkeit von Wirkstoffen steigern (Senkung der aktiven Toxizität von Amphothericin B durch liposomale Formulierung (AmBisome®) um den Faktor 75 (Proffitt et al. 1 991 ) . Sie eröffnen aber auch die Möglichkeit, Arzneistoffe gezielt in erkranktes Gewebe zu transportieren (Forssen et al. 1 992) . Nach intravenöser Applikation werden Liposomen hauptsächlich in Zellen des retikuloendothelialen Systems (RES) der Leber und Milz aufgenommen (Gregoriadis und Nerunhun 1974). Um Liposomen als Arzneistoffträger für Zellen außerhalb des RES nutzen zu können, versuchte man die Zirkulationszeit der Liposomen im Blut zu erhöhen. Vor allem in Tumoren, die häufig sehr gut vaskularisiert sind (Jain 1 996) und deren Gefäße durch geweitete interendotheliale Verbindungen, einer großen Anzahl von Fenestrierungen sowie diskontinuierlicher Basalmembranen (Murray and Carmichael 1 995) besonders durchlässig sind, würde sich die Aufnahmewahrscheinlichkeit von Liposomen dadurch massiv erhöhen.
Ein erstes Problem bei der Verwendung von Liposomen zum Transport von Wirkstoffen oder Markierungsstoffen in Körperflüssigkeiten liegt daher in der Erhöhung der Zirkulationszeit im Serum. Man hat zwar bereits gefunden, dass durch kovalente Bindung von Methoxypolyethylenglykolen an die Liposomenmembran die frühzeitige Erkennung der Liposomen durch das RES verhindert werden und damit die Zirkulationszeit verbessert werden kann. Neben einer Verbesserung der Zirkulationszeit besteht jedoch großes Interesse an einer Möglichkeit, durch Temperatureinwirkung eine gezielte Freigabe der Liposominhaltsstoffe bei bestimmter Temperatur zu erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Liposom zu schaffen, welches eine wesentlich verbesserte Halbwertszeit im Serum aufweist, verglichen mit der üblichen Halbwertszeit bekannter Liposomen in der Größenordnung um 4 Stunden, und welches so beschaffen ist, dass der Inhalt der Liposomen bei einer bestimmten Temperatur rasch freigesetzt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Liposom mit geregelter Freigabetemperatur für den Liposominhalt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es im Wesentlichen aus mindestens einem Phosphatidylcholin mit einer Hauptumwandlungstemperatur, die im Bereich von 0 bis 80 °C liegt und 2 bis 1 5 Gew.-% Phosphatidyloligoglycerin gebildet ist.
Erfindungsgemäß aufgebaute Liposomen weisen wesentlich verbesserte Halbwertszeiten von bis zu 20 Stunden im Serum auf und können durch geeignete Wahl der Komponenten und Mengen der Komponenten in Abhängigkeit von deren Hauptumwandlungstemperatur den oder die Inhaltsstoffe bei einer vorbestimmten vorgewählten Temperatur rasch und vollständig freigeben.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Liposom aus 65 bis 75 % Dipalmitoyllecithin ( 1 ,2-Dipalmitoylglycero-3-phosphocholin), 10 bis 30 % Distearoyllecithin (1,2-Distearoylglycero-3-phosphocholin) und 5 bis 10 % Dipalmitoylphosphoglyceroglycerin zusammengesetzt. Diese bevorzugte Zusammensetzung ist bei 37 °C im Serum stabil, gibt jedoch den Inhalt bei Überschreiten einer Temperatur von 40 °C rasch frei.
Die vorstehend genannte bevorzugte Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Liposoms lässt sich für andere Temperaturbereiche maßschneidern durch Wahl von Komponenten mit der jeweils geeigneten Hauptumwandlungstemperatur. In Tabelle 1 sind die Hauptumwandlungstemperaturen (TM) von Phosphatidylcholinen angegeben, deren Hauptumwandlungstemperatur im Bereich von 0 bis 80 °C liegt. Die Hauptumwandlungstemperaturen sind wie aus der Tabelle erkennbar, abhängig von der Kettenlänge und der Verteilung über die Positionen 1 und 2 von Glycero-3-phosphocholin oder 1 und 3 von Glycero-2-phosphocholin.
Tabelle 1
Figure imgf000005_0001
Die in Tabelle 1 aufgeführten Werte zeigen, dass durch Verwendung von Fettsäuren mit ungerader Kettenlänge und geeigneter Verteilung über das Glyceringrundgerüst praktisch jede gewünschte Temperatur im angegebenen Bereich von 0 bis 80 °C eingestellt werden kann. Der Gehalt an Phosphatidyloligoglycerinen im erfindungsgemäßen Liposom ist essenziell für die erforderliche lange Zirkulationszeit im Serum. Phosphatidyloligoglycerine und ihre Herstellung sind bekannt aus der DE 1 96 22 224. Bevorzugt wird Dipalmitoylphosphoglyceroglycerin (DPPG2) verwendet.
Die erfindungsgemäßen thermolabilen Liposomen eignen sich hervorragend für die Anwendung auf verschiedenen Gebieten, insbesondere aber im Rahmen der regionalen Tiefenhyperthermie . Die regionale Tiefenhyperthermie, die in Kombination mit systemischer Chemotherapie an spezialisierten klinischen Zentren angewendet wird, bietet sich als ideale Technik für den tumorspezifischen liposomalen Transport und die anschließende Freisetzung eines Arzneistoffs aus der liposomalen Hülle an. So fördert die Hyperthermie zum einen die Extravasation von Liposomen aus Tumorkapillaren in das Interstitium (Gaber et al. 1 996) . Zum anderen kann durch die Erwärmung eine Freisetzung des Arzneistoffs aus speziellen thermosensitiven Liposomen induziert werden (Magin und Niesman 1 984) . Zusätzlich gibt es zahlreiche Hinweise für einen gesteigerten zytotoxischen Effekt von Zytostatika (Hahn et al. 1 975) sowie einer Immunmodulation (Aktivierung von NK-Zellen; Multhoff et al. 1 999) durch regionale Tiefenhyperthermie.
Die Thermolabilität der erfindungsgemäßen Liposomen wird durch die Phasenumwandlung der Phospholipide innerhalb der Liposomenmembran bedingt. Wird die Phasenumwandlungstemperatur durchlaufen, so kommt es einer kurzzeitigen Membraninstabilität und anschließende Freisetzung des liposomalen Inhalts.
Bei der oben erwähnten regionalen Hyperthermie wird der Tumor regional spezifisch überwärmt, sodass die Temperatur über der Grenztemperatur zur
Freisetzung des Liposomeninhalts ansteigt. Als Liposomeninhalt kommen hierbei insbesondere in der Onkologie anwendbare Wirkstoffe wie z.B. Zytostatika in Betracht. Jedoch können auch Kontrastmittel, beispielsweise Gadolinium, Carboxyfluorescein o.dgl. allein oder zusammen mit einem Wirkstoff zur Freisetzung gebracht werden. Durch Verwendung von Kontrastmitteln wie Gadolinium wird eine nicht invasive Thermometrie möglich gemacht, bei der die erreichte Temperatur durch MRC bestimmt werden kann, die das freigesetzte Gadolinium misst. Bei dieser Anwendung der erfindungsgemäßen Liposomen wird zweckmäßig ein Hyperthermiegerät mit einem MRC-Gerät gekoppelt angewendet.
Eine weitere Anwendungsart für die erfindungsgemäßen Liposomen findet sich in der Augenheilkunde. Bei Einkapselung einer fluoreszierenden Markierungssubstanz lässt sich z.B. bei einer Laserbehandlung durch Freisetzung des fluoreszierenden Wirkstoffes wie z.B. Carboxyfluorescein nachweisen, wo die angestrebte Überwärmung tatsächlich aufgetreten ist.
Analog zu der am Auge erläuterten Einsatzmöglichkeit können daher erfindungsgemäße Liposomen generell dazu verwendet werden, erreichte Temperaturen nachträglich bestimmbar zu machen, z.B. wenn bestimmte Erhitzungstemperaturen o.dgl. festgestellt werden sollen.
Die erfindungsgemäßen Liposomen bestehen im Wesentlichen aus den oben angegebenen Substanzen, die bevorzugt in reiner Form vorliegen. Verunreinigungen sollten möglichst gering gehalten werden, insbesondere sollte ein möglichst geringer Cholesteringehalt vorliegen. Bevorzugt werden Liposomen, die völlig frei von Cholesterin sind da Cholesterin zu einer Verschmierung der Phasenumwandlungstemperatur führt und damit zu einem zu breiten thermischen Übergangsbereich.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen thermolabilen Liposomen erfolgt in üblicher Weise durch Auflösen der Lipide, z.B. in Chloroform oder
Chloroform/Wasser/Isopropanol, Abziehendes Lösungsmittels, zweckmäßig im Vakuum im Rotationsverdampfer, Tempern der Lipide mit wässrigen Lösungen der einzukapselnden Inhaltsstoffe bei Temperaturen, die über der Ph asen u mwand l u ng stemperatur l iegen . Die D auer d ieser Temperungsbehandlung beträgt zweckmäßig 30 bis 60 Minuten, kann jedoch aber auch kürzer oder länger sein. Durch mehrfach wiederholte Einfrier-Auftau-Vorgänge, beispielsweise 2- bis 5-faches Einfrieren und wieder Auftauen, erfolgt eine Homogenisierung. Schließlich wird die erhaltene Lipidsuspension durch eine Membran definierter Porengröße bei einer Temperatur über der Phasenumwandlungstemperatur extrudiert, um die angestrebte Liposomengröße zu erreichen. Als Membran eignen sich beispielsweise Polycarbonatmembranen definierter Porengröße, wie 100 bis 200 nm. Schließlich kann gegebenenfalls nicht eingekapselter Inhaltsstoff abgetrennt werden, beispielsweise durch Säulenchromatographie o.dgl.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter.
Beispiel 1 a) In der oben beschriebenen Weise werden Liposomen hergestellt, die aus 70 % DPPC, 20 % DSPC und 10 % DPPG2 zusammengesetzt sind. Sie enthalten eingekapseltes Carboxyfluorescein. Freies Carboxyfluorescein wurde vorher durch Säulenchromatographie mit Sephadex G75 abgetrennt.
b) Chamber Modell:
Zur intravitalmikroskopischen Detektion der CF-Freisetzung aus thermolabilen Liposomen im Hyperthermiefeld eignet sich das Chambermodell (A-Mel-3-Melanom des syrischen Hamsters) des syrischen Hamsters. Hierbei werden einem syrischen Goldhamster eine transparente, dorsale Hautkammer implantiert. Nach Implantation der Hautkammer erfolgt die Implantation von Zellen des A-Mel-3-Melanoms des Hamsters auf das in der Kammer befindliche Subkutangewebe. Innerhalb von wenigen Tagen wächst innerhalb der Rückenhaut des Hamsters ein Tumor von mehreren Millimeter Größe. Die Mikrozirkulation sowie die Fluoreszenzanreicherung innerhalb des Tumors kann mit einem modifizierten Vitalmikroskop beobachtet werden. Die Tiere erhalten zusätzlich einen zentralen Venenkatheter. Mit Hilfe eines unter der Hautkammer befindlichen Wärmetauschers kann lokal eine Erwärmung des Tumors auf 42 °C erreicht werden. Die Tumortemperatur kann mit Hilfe einer Temperatursonde direkt gemessen werden (Endrich 1 988).
Neben der Vitalmikroskopie ist auch das Verfahren der MRT-Messung am Chamber-Modell etabliert (Pahernik et al. 1 999) . Hierbei können analog zur Mikroskopie MRT-Bilder aufgenommen werden.
Die erhaltenen Werte in vitro zeigt Tabelle 2.
A) in-vitro
Freisetzung von CF nach 5 Minuten Inkubation
Figure imgf000009_0001
Temperatur in Grad Celsius
Liposomenzusammensetz ng:
DPPG:DSPC:DPPG-G2 = 7:2: 1
Große Stabilität in Gegenwart von Serum bei 37°C (CF-Freisetzung nach 12 Stunden < 7%)

Claims

Ansprüche
1. Thermolabiles Liposom mit geregelter Freigabetemperatur für den Liposominhalt, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n et, dass es im Wesentlichen aus mindestens einem Phosphatidylcholin mit einer Hauptumwandlungstemperatur, die im Bereich von 0 bis 80 °C liegt und 2 bis 15 Gew.-% Phosphatidyloligoglycerin gebildet ist.
2. Liposom nach Anspruch 1, d a d u rc h g e ke n n z e ic h n et, dass es mindestens ein Phosphatidylcholin, ausgewählt aus der
Gruppe, bestehend aus 1 -Palmitoyl-2-olioylglycero-3-phosphocholin, 1-Stearoyl-2-olioyl-3-phosphocholin, 1-Palmitoyl-2-lauroylglycero-3- phosphocholin, 1-Behenoyl-2-olioylglycero-3-phosphocholin, 1- Stearoyl-2-lauroylglycero-3-phosphocholin, 1,3-Dimyristoylglycero-2- phosphocholin, 1 ,2-Dimyristoylglycero-3-phosphocholin, 1-Palmitoyl- 2-myristoylglycero-3-phosphocholin, 1-Stearoyl-2-myristoylglycero- 3-phosphocholin, 1 -Myristoyl-2-palmitoylglycero-3-phosphocholin,
1 ,3-Palmitoylglycero-2-phosphocholin, 1 ,2-Dipalmitoylglycero-3- phosphocholin, 1 -Myristoyl-2-stearoylglycero-3-phosphocholin, 1 - Stearoyl-3-myristoylglycero-2-phosphocholin, 1 -Stearoyl-2- palmitoylglycero-3-phosphocholin, 1-Palmitoyl-2-stearoylglycero-3- phosphocholin, 1 ,3-Distearoylglycero-2-phoshocholin, 1,2-
Distearoylglycero-3-phosphocholin, 1 ,2-Diarachinoylglycero-3- phosphocholin, 1,2-Dibehenoylglycero-3-phosphocholin und 1,2- DiIignoceroylglycero-3-phosphocholin, enthält.
3. Liposom nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, d a s s e s a l s P h o s p h at i d y l o l i g o g l y c e r i n Dipalmitoylphosphoglyceroglycerin enthält.
4. Liposom nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n et , dass es im Wesentlichen aus 65 bis 75 % Dipalmitoyllecithin (DPPC), 15 bis 25 % Distearoyllecithin (DSPC) und 5 bis 10 % Dipalmitoylphosphoglyceroglycerin (DPPG2) besteht.
5. Liposom nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et , dass es kein Cholesterin enthält.
6. Liposom nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ke n n z e ic h n et, dass es einen Wirkstoff oder/und eine Markierungssubstanz enthält.
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