由α-半水硫酸钙、万古霉素和妥布霉素组成的可植入药物组合物的制作方法

由
α-半水硫酸钙、万古霉素和妥布霉素组成的可植入药物组合物
技术领域
1.本发明涉及用于递送可植入材料/药物/药物装置组合的药物组合物，该药物组合物由仅由α-半水硫酸钙组成的组分与两种抗生素万古霉素和妥布霉素组合制备，所述药物组合物用于治疗或预防骨和软组织的感染，所述抗生素万古霉素和妥布霉素以盐酸万古霉素和硫酸妥布霉素的形式提供。两组术语都将在本文中使用，并且它们被认为是彼此可互换的。
2.该组合物通常制备成可吸收的珠粒植入骨和软组织的受感染的手术部位。此外，本发明涉及形成以上组合物的方法，所述组合物可以以珠粒或小球的形式，并且涉及当以特定剂量/重量组合下组合时组合物的所得物理特性。


背景技术：

3.使用硫酸钙骨空隙填充剂与抗生素结合一起用于直接引入至受感染的手术部位的研究已经显示出令人鼓舞的结果。除了促进骨的再生外，它们还提供高局部水平的抗生素，因此还提供填充清创留下的死腔的有益效果。
4.由于硫酸钙的制造工艺不同，硫酸钙的溶解速率可能会有很大差异。向半水合物粉末中添加不同数量的二水硫酸钙和/或硫酸钾通常用于加速硫酸钙珠粒或小球的凝固时间(seting times)，但这会导致孔隙率和孔径的差异，从而使溶解速率在显著程度上可变的。图1中描绘的图表显示了本发明中使用的两种商业上可获得的硫酸钙和α-半水硫酸钙之间的溶解变化，所述硫酸钙和α-半水硫酸钙各自具有不同的制造方法。
5.一种药用级硫酸钙材料，适合用作身体治疗剂的载体，具有制药和医疗器械行业所需的纯度水平。它通常用作片剂制剂中的赋形剂。然而，这种高纯度硫酸钙材料通常通过化学沉淀反应使用具有必要高纯度水平的试剂产生，并且以二水合物形式存在，这种高纯度硫酸钙材料具有细粒度和高比表面积，并且因此，当通过加热(“湿”或“干”)处理时产生具有高需水量的α-半水合物形式的硫酸钙。
6.因此需要与相对大量的含有治疗剂的水混合，多达以按重量计1:1的液体：粉末比例，以形成适合掺入用于植入的治疗试剂的糊剂稠度。液体：粉末比例中的粉末是指硫酸钙材料，而液体是指含有治疗剂/抗生素的水溶液。这产生了具有高孔隙率、低强度和低密度的凝固二水合物形式，因此在患者体内具有快速溶解速率。这导致掺入的治疗剂/抗生素的释放过快。某些患者和外科手术中的这种情况可导致患者出现不良事件如高钙血症和急性肾损伤。
7.此外，许多商业上可获得的α-半水硫酸钙的形式含有另外的赋形剂比如二水硫酸钙、硫酸钾、磷酸三钠和磷酸钠，以加速或减慢凝固时间，或含有硬脂酸钙以减慢吸收速率。因此，这种材料不能被认为是纯硫酸钙。
8.希望克服上述问题，并且本发明实现了这一点。
9.因此，本发明提供了由仅由以下组成的组分制备的药物组合物：
10.a)18.4g医药级、相纯的α-半水硫酸钙；
11.b)1000mg的盐酸万古霉素；和
12.c)240mg的硫酸妥布霉素；
13.其中α-半水硫酸钙通过以下制备：首先将医药级二水硫酸钙原料通过在悬浮液中水热处理转化为可溶性无水硫酸钙，并且然后将所得的可溶性无水硫酸钙转化为α-半水硫酸钙，其通过以下步骤：
14.i)将二水硫酸钙以0.3:1-0.5:1的水：二水硫酸钙的比例添加到一定量的水中，以形成悬浮液，并且将悬浮液在235-265℃高压灭菌1-2小时以脱水，从而形成可溶性无水硫酸钙；
15.ii)允许可溶性无水硫酸钙在高压釜中以悬浮液冷却，以再水化回二水硫酸钙；和
16.iii)排出过量的水并且将再水化的二水硫酸钙在110-150℃再高压灭菌1-2小时以将再水化的二水硫酸钙转化为α-半水硫酸钙。
17.一旦在步骤(iii)中形成了α-半水硫酸钙，通常将其研磨成粉末用于进一步加工。
18.步骤(i)中的水：二水硫酸钙比例通常可以在0.4:1-0.45:1的范围内，比如约0.42:1-0.43:1之间。
19.步骤(i)中的高压灭菌通常可以在约250℃进行约90分钟；而步骤(iii)中的高压灭菌通常可以在约130℃进行约90分钟。
20.盐酸万古霉素通常以粉末的形式添加，硫酸妥布霉素通常以液体的形式添加。将液体硫酸妥布霉素与盐酸万古霉素粉末组合形成含有万古霉素和妥布霉素的悬浮液。
21.以上所述的方法提供了低需水量(医药级)α-半水硫酸钙。然后形成适合于将盐酸万古霉素和硫酸妥布霉素掺入α-半水硫酸钙中的“糊剂”稠度所需的液体：粉末比例理想地在按重量份数计(parts by weight)0.26-0.35:1，更典型地0.28-0.32:1的范围内，即当形成含有盐酸万古霉素和硫酸妥布霉素的珠粒时水化α-半水硫酸钙所需的溶液。本文液体：粉末比例中的粉体是指α-半水硫酸钙，而液体是指含有万古霉素和妥布霉素抗生素的悬浮液。通过比较，商业上可获得的可替选的硫酸钙具有0.39:1的更高需水量，这导致更高的孔隙率、更低的强度和更低的密度，并且因此在患者的身体内溶解速率更快。这是不希望的。
22.α-半水硫酸钙需要限定范围内的需水量(或溶液)来完全转化为二水合物，即凝固硬化(set hard)。如果所需的溶液量太高，则孔隙率增加，并且因此溶解速率将太高。太低的需水量将折损(compromise)强度。如本文使用的，“溶液”是与万古霉素组合的液体妥布霉素，其形成含有万古霉素和妥布霉素的悬浮液。
23.盐酸万古霉素是三环糖肽类抗生素，其可抑制易感细菌(susceptible bacteria)中细菌细胞壁膜的合成。其范围限于治疗由包括金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌(包括耐甲氧西林菌株)的需氧和厌氧革兰氏阳性细菌和链球菌物种引起的感染。万古霉素对革兰氏阴性菌株无效，因为这组细菌的外膜含有对药物不渗透的肽聚糖聚合物层。
24.硫酸妥布霉素是氨基糖苷类抗生素。其作用方式是通过结合至30s亚单位细菌核糖体。这会损害t-rna的校正，导致产生插入细胞质膜的错误蛋白质，从而杀死细菌。妥布霉素针对对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和包括铜绿假单胞菌的许多革兰氏阴性菌有效。
25.对于一些严重的感染，盐酸万古霉素的功效并不总是令人满意的。耐万古霉素菌株的增加也令人担忧。盐酸万古霉素与硫酸妥布霉素的组合在体外已显示出有希望的结
果，并且也已在临床上得到证实。
26.孔隙率是药物洗脱材料的重要特征。孔径和溶解速率之间存在直接相关性。材料越多孔，越多流体可以渗透材料，加快溶解速率，并且因此允许释放含有的药物。材料的孔隙率取决于α-半水硫酸钙的纯度、结晶成二水合物的速度(即凝固时间)以及活性药物成分的剂量。此外，含有活性药物成分(即万古霉素和妥布霉素)的水溶液的体积对于凝固珠粒的最终组成至关重要。添加太少的水溶液导致仅部分转化为二水硫酸钙，产生更弱、更可溶的双相材料。相反地，过多的液体导致多余的水用于结晶，其不会参与反应，并且作为自由水保留在材料中，从而有助于随后的孔隙率。因此，液体与粉末的比例是产生具有理想表面积和孔径的成品材料的重要参数，是珠粒溶解以及因此所添加药物洗脱的关键因素。
27.材料的孔隙率和表面积可以通过brauner、emmett和teller(bet)技术或可替选地通过压汞法(mercury intrusion porosimetry)测量。涉及氮吸附的bet技术广泛用于检测主要在微孔(≤2nm)至中孔(2-50nm)区域的开孔。吸附至材料表面的氮体积在氮的沸点(-196℃)处测量。在该温度，氮气低于临界温度，并且因此在表面凝结成单层。由于氮原子/分子的大小是已知的，吸附(凝结)气体的量与表面处包括孔的颗粒的总表面积相关。
28.平均孔径分布可以根据barrett-joyner-halenda(bjh)方法推导出来。bet理论测量材料的比表面积，bjh理论是孔径分布测定方法。该方法使用吸附和解吸技术确定孔面积和比孔容，并且表征孔径分布，这由于样品粒径与外部面积无关。
29.材料的凝固时间可以通过多种方法确定。表面渗透测试涉及将加重的维卡(vicat)或吉尔摩(gilmore)针应用于材料表面。当材料已渗透到给定深度(维卡)或形成足够的强度以支撑针并且不再产生压痕(吉尔摩)时，该材料被视为凝固。维卡和吉尔摩测试都是多个标准物的主体(subject)，包括astm。可替选的方法是声学监测，其中记录当将材料从设定高度落到硬表面时产生的声音频率。当频率与完全凝固的控制样品的频率匹配时，确认凝固时间。确定凝固时间的更准确方法是通过使用插入材料中的校准热电偶监测凝固质量的温度。硫酸钙结晶反应是放热的，并且物质的温度将继续升高，直到反应完成，此时材料的温度将开始降低。温度曲线的峰值表示最终的凝固时间。
30.因此，本发明通过提供由仅由药学上纯的α-半水硫酸钙组成的材料与特别量的两种抗生素万古霉素和妥布霉素组合(一起提供协同效应)产生的负载双重抗生素的材料，提供了用于治疗身体的局部感染的可植入组合物。
31.本发明提供了组合物，所述组合物不仅为两种抗生素提供局部递送载体，而且具有提供受控的可再现溶解速率所必需的特别性质。孔径、表面积和抗压强度都决定了凝固珠粒在两种抗生素的溶解速率和洗脱动力学方面的物理性质。描述了不含助凝剂和其他加工赋形剂的硫酸钙的纯度连同固定剂量的两种抗生素，两种抗生素共同针对更广泛的细菌感染。
32.详细描述
33.本发明提供了由18.4g医药级相纯的α-半水硫酸钙、1000mg的盐酸万古霉素和240mg的硫酸妥布霉素组成的组分制备的组合物；其中α-半水硫酸钙是使用以上讨论的步骤(i)-(iii)制备的。组合物通常以珠粒或小球的形式提供，其通过在模具垫内凝固一定量的组合物糊剂而形成，该模具垫包含特定尺寸和形状的腔以产生用于植入外科手术部位的具有一个半球形端部的圆柱形珠粒地方。其通过在模具垫内设置一定量的组合物糊剂而形
成，模具垫含有特定尺寸和形状的腔以产生用于植入手术部位的具有一个半球形端部的圆柱形珠粒。
34.用于制备组合物的硫酸钙是α-半水硫酸钙。本发明的组合物仅使用α-半水硫酸钙、盐酸万古霉素和硫酸妥布霉素制备，并且不含包括二水硫酸钙、磷酸钾、氯化钠、硫酸钠或硬脂酸钙的加工和凝固助剂。这简化了工艺，使其减少了成本，并且降低了组合物孔隙率和孔径的可变性。
35.万古霉素以其盐酸盐的形式提供。盐酸万古霉素通常为粉末形式。
36.妥布霉素以其硫酸盐的形式提供。硫酸妥布霉素通常为溶液并且用于溶解和悬浮盐酸万古霉素粉末以及水化半水硫酸钙以形成凝固珠粒或小球。通常用于水化α-半水合物的溶液体积是6ml，并且表示0.32的水粉比。
37.如果组合物是珠粒或小球的形式，它们是通过测量以合适剂量的硫酸妥布霉素溶液并且将溶液添加到规定重量的盐酸万古霉素粉末中形成的。盐酸万古霉素部分地溶解在硫酸妥布霉素溶液中，以产生含有两种抗生素的悬浮液。然后将悬浮液应用到规定重量的α-半水硫酸钙粉末上并且混合，通常约20秒。将所得糊剂应用到珠粒模具上并且允许凝固。
38.一旦凝固，然后将所得珠粒从模具中取出并且备好用于植入至手术部位。珠粒拥有当在体外测量时允许可预测和受控速率的溶解和药物洗脱的比表面积和孔径分布。在一个具体实施方式中，珠粒是圆柱形的，在它们的最宽点处具有2.8mm和3.2mm之间的直径。珠粒的一个端部是半球形的。珠粒模具通常含有总计837个腔，以掺入所有的糊剂。
39.珠粒模具通常是在两侧具有珠粒腔的双侧模具(two-sided mould)。通过添加模具的弹性，这有助于更容易地去除珠粒。腔通常在两侧相同。在一个具体的实施方式中，珠粒模具是正方形的，以具有152.5mm的边长和7.5mm的深度的形状。
40.珠粒的物理特性是抗生素剂量和用于制造它们的半水硫酸钙粉末的重量的结果(product)。药物浓度与半水合物粉末的比例(即上面提到的液体：粉末比例)对于植入后的珠粒性能至关重要。液体：粉末比例与珠粒凝固时间、抗压强度和两种药物成分的洗脱曲线有关。
41.如以上讨论的，组合物的孔隙率部分地由含有活性药物成分的水溶液的体积确定。向粉末中添加太少的水溶液只会导致部分转化为二水硫酸钙，从而产生更弱、更可溶的双相材料。相反地，过多的液体导致多余的水用于结晶，其不会参与反应，并且作为自由水保留在材料中，从而有助于随后的孔隙率并且留下较弱的材料。液体与粉末的比例是产生具有理想表面积和孔径的成品材料的重要参数，是珠粒溶解以及因此所添加药物洗脱的关键因素。
42.完全转化α-半水硫酸钙的理想的液体与粉末比例在0.26-0.35:1的范围内，更典型地0.28-0.32:1。其他商业上可获得的硫酸钙产品的液体与粉末比例使用低于或高于此的比例，如以下表1所示，因为它们以不同方式制造本发明中使用的α-半水硫酸钙。
43.在一个具体实施方式中，溶液中硫酸妥布霉素的剂量是40mg/ml。6ml的溶液用于部分溶解以1000mg的剂量的盐酸万古霉素，并且所得水性悬浮液含有166.66mg/ml的盐酸万古霉素。这将使18.4g的α-半水硫酸钙粉末完全水化。将额外重量的粉末添加到α-半水硫酸钙中不需要另外的溶液，因为抗生素不参与凝固反应。
44.在如描述制备的18.4gα-半水硫酸钙与1000g万古霉素和240mg妥布霉素的具体实
施方式中，凝固珠粒按照约0.2m2/g和0.8m2/g之间；更典型地约0.4m2/g和0.6m2/g之间的bet表面积具有特定性质。
45.根据本发明的一个实施方式，珠粒或小球具有根据barrett-joyner-halenda(bjh)孔径分布方法推导的约10nm和25nm之间的bjh吸附平均孔径(4v/a)面积。
46.当根据上述实施方式产生时珠粒具有低于20分钟的凝固时间，该凝固时间定义为从水性悬浮液与α-半水硫酸钙组合直到实现硬化所需的时间。公开的实施方式产生了负载抗生素的二水硫酸钙珠粒，其保持足够的抗压强度，不会因添加抗生素而受损。根据一个实施方式，混合后1小时的抗压强度在10和20mpa之间。
47.使用上述方法产生的珠粒可用于外科手术，作为感染管理策略的一部分，与全身施用两种抗生素相比，它们在手术部位吸收和洗脱全部量的万古霉素和妥布霉素，降低了全身毒性的风险。
48.附图详述
49.图1说明了具有不同液体/粉末比例的三种商业上可获得的硫酸钙之间的溶解变化，如表1显示：
50.表1.具有不同液体/粉末比例的商业上可获得的硫酸钙
[0051][0052]
图2示出了由本发明的组合物制成的3mm珠粒2的平面图、截面侧视图和透视图。珠粒最宽点处的直径是3mm。
[0053]
图3示出了用于制造珠粒的模具4的平面图。模具在其上具有多个腔6，在此每个腔具有3mm的直径。
[0054]
珠粒模具4通常是在两侧具有珠粒腔6的双侧模具，如图4中显示，其显示了珠粒模具4的两个截面侧视图，一个具有更宽的视角，并且另一个显示了模具的各侧上两个对应的腔6。在模具4的两侧上的腔6通过添加模具4的弹性有助于更容易地去除珠粒。模具4两侧上的腔是相同的。
[0055]
图5示出了珠粒模具4的另一个透视图，显示了模具及其腔6的布置。
[0056]
图6示出了来自组合物的盐酸万古霉素和硫酸妥布霉素的典型洗脱曲线，如通过液相色谱质谱法用4ml的磷酸盐缓冲盐水(pbs)中的1.5g珠粒分析的。24小时时期进行部分离子交换(1.5ml)，并且补充新鲜的pbs。
实施例
[0057]
实施例1
[0058]
展示表面积
[0059]
将18.4g的α-半水硫酸钙与240mg(6ml)的硫酸妥布霉素液体和1000mg的盐酸万古霉素粉末组合，并形成3mm珠粒并且允许凝固。随机选择3个珠粒的样品组用于分析。将珠粒在室温真空脱气，并且然后使用氮气吸附仪(tristar ii plus.micromeritics ltd.)获得等温线。结果在表2中显示。
sb-c18色谱柱(21.x 100mm,2.17μm)进行分离。
[0071]
lcms条件是缓冲液a为99.9％h2o、0.1％七氟丁酸，并且b为99.9％乙腈(can)、0.1％七氟丁酸。梯度用30.0％b保持2min，然后在5min内线性增加到95.0％。将100％b进一步保持1min，然后在100％a中快速平衡。流速恒定在0.3ml/min。
[0072]
原料中的气体温度是325℃，具有9l/min的流速。雾化器压力是每平方英寸35磅，并且毛细管电压3.5kv。针对每种抗生素优化了碎裂电压(fragmentor)和碰撞能量电压。洗脱浓度在表4和图6中显示。
[0073]
表4.洗脱浓度
[0074] 妥布霉素万古霉素天μg/mlμg/ml17046.20813420.6934693.26411787.9243130.58910336.1671972.7439807.79581058.7516936.3499574.15674778.23810354.7423093.85411216.3521932.85914135.2563905.371715109.8367603.59531715.186135.9353189.977667147.697217.12591.762225.19366759.85067233.86566736.98767243.27723.549252.91316.01967292.8339.746302.5986.082333312.4536674.065667
[0075]
结果证明了受控且可再现的洗脱曲线，其浓度超过最低抑制浓度(mic)最多长达31天，如该体外实验证明的。达到高于可以安全地全身施用的浓度的局部浓度。