KR100419037B1 - 폐를통한인슐린의전달방법및그조성물 - Google Patents

Abstract

포유류 숙주에게 인슐린을 전신 전달하는 방법은 건식 분말 인슐린의 흡입에 의해 달성된다. 건식 인슐린 분말은 폐포 영역을 통해 신속하게 흡수되는 것으로 밝혀졌다.

Description

폐를 통한 인슐린의 전달 방법 및 그 조성물

본 출원은 1994년 3월 7일자로 출원된 출원번호 제08/207,472호의 일부 계속 출원이며, 그 전체 개시 사항을 본원에 참고로 인용하였다.

에어로졸화된 수성 인슐린 용액의 호흡기를 통한 전달에 관해서는 다수의 참

인슐린 같은 건식 분말 약제의 폐를 통한 전달에 대해서는 미국 특허 제5,254,330호에 개시되어 있다. 추진제내에 현탁된 결정성 인슐린을 전달하는 계량 투여량 흡입기(MDI: metered dose inhaler)가 문헌[Lee 및 Sciara (1976)J. Pharm. Sci.65:567-572]에 개시되어 있다. 흡입 유속 조절용 스페이서내로 인슐린을 전달하는 MDI는 미국 특허 제5,032,094호에 개시되어 있다. 재조합 인슐린의 기관지내 투여에 대해서는 문헌[등 (Abstract) (1984)Diabetes33:75A 및등(1987)Atemw. Lungenkrkh.13:230-232]에 개시되어 있다. 인슐린을 포함하는 다양한 폴리펩티드를 증강제의 존재하에 비강내 및 호흡기를 통해 전달하는 방법에 대해서는 미국 특허 제5,011,678호 및 문헌[Nagai등 (1984)J. Contr. Rel.1:15-22]에 개시되어 있다. 증강제의 존재하에 그리고/또는 서방성 제제에 함유된 인슐린의 비강내 전달에 대해서는 미국 특허 제5,204,108호; 제4,294,829호; 및 제4,153,689호; PCT출원 WO 93/02712호, WO 91/02545호, WO 90/09780호 및 WO88/04556호; 영국 특허 제1,527,605호; 문헌[및 Edman (1992)Int. J. Pharm.83:1-10; 및및 Edman (1988)Int. J. Pharm.47:233-238]에 개시되어 있다. 무정형 인슐린의 제조 및 안정성에 대해서는 문헌[Rigsbee 및 Pikal, the American Association of Pharmaceutical Sciences (AAPS), 1993년 11월 14-18일, 플로리다레이크 뷰에나 비스타]에 개시되어 있다. 약제를 안정화시키는 무정형 구조를 형성하는 담체내에 폴리펩티드, 폴리뉴클레오티드 및 기타 불안정성 약제를 분무 건조시키는 방법이 유럽 특허 출원 제520 748호에 개시되어 있다.

본 발명은 일반적으로는 당뇨병 환자에게 호흡기를 통해 인슐린을 전달하는 방법 및 그 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 폐를 통해 신속하게 전신으로 흡수되는 건식분말 인슐린 제제를 폐를 통해 전달하는 방법에 관한 것이다.

인슐린은 정상인(당뇨병이 없는 사람)의 췌장 β-세포에서 생성되는 분자량 약 6,000의, 50개 아미노산으로 구성된 폴리펩티드 호르몬이다. 인슐린은 혈당량을 감소시키므로써 탄수화물 대사를 조절하는 필수물질로서 이것이 전신에서 결핍되면 당뇨병이 발생한다. 당뇨병 환자의 생존은 인슐린을 빈번하게 그리고 장기간 투여하여 허용가능한 혈당량을 유지하느냐에 달려 있다.

인슐린은 피하주사에 의해 통상은 복부 또는 대퇴 상부로 투여하는 것이 가장 일반적이다. 허용 혈당량을 유지하기 위하여, 필요시에 신속하게 작용하는(이하 신속 작용이라 함) 인슐린을 보충적으로 주사하므로써 하루에 적어도 1회 또는 2회 인슐린을 주사할 필요가 있다. 환자가 가정용 진단 키트를 사용하여 혈당량을 면밀히 점검하는 경우에, 당뇨병을 적극적으로 치료하기 위해서는 이보다 훨씬 자주 주사할 필요가 있다. 본 발명은 특히 1 시간내에 혈청 인슐린 최대치 및 90분내에 글루코스골을 제공할 수 있는 신속작용 인슐린을 투여하는 방법에 관한 것이다.

주사에 의해 인슐린을 투여하는 방법은 여러가지 면에서 바람직하지 못하다. 먼저, 다수의 환자에게는 허용 혈당량을 유지하는 데 필요한 만큼 자주 스스로 주사하는 것이 어렵고 성가신 일이 된다. 이러한 거부감이 불응을 야기하므로써 가장 심각한 경우에는 생명에 위협이 될 수도 있다. 게다가, 피하 주사로부터 인슐린의 전신적 흡수는 신속 작용 인슐린 제제를 사용할 때조차도 상대적으로 느려서 종종 45 내지 90분이 필요하다. 따라서, 자가주사의 필요성을 제거하여 인슐린의 신속한 전신적 이용을 제공할 수 있는 대체적 인슐린 제제 및 투여 경로를 제공하는 것이 오랜 목표가 되어 왔다.

비강내, 직장내 및 질내를 포함하는 다양한 상기와 같은 대체적 인슐린 투여 경로가 제안되어 왔다.

상기 투여법 등은 피하 주사와 관련된 불쾌감 및 불량한 순응성은 제거하지만, 이들은 각각 그 자체의 한계를 가지고 있다. 직장내 및 질내 투여는 불편하고 불쾌감을 주며, 질내 투여는 당뇨병의 전체 인구에 이용할 수 없다. 비강내 전달법이 주사보다 편리하고 아마도 거부감이 덜할 것이나, 거대분자의 통과에 내성이 있는 두꺼운 상피층이 특징인 비강 점막을 횡단하여 인슐린을 통과시키기 위해 맹독성의 "투과촉진제"의 사용을 요한다. 본 발명에서 특히 관심있는 것은 폐를 통한 인슐린의 전달인 데, 이 방법에서는 환자가 인슐린 제제를 흡입하고, 폐포 영역의 상피 세포의 얇은 층을 통해 전신 흡수가 일어난다. 이러한 폐를 통한 인슐린의 전달 방법은 피하 주사보다 신속한 전신 이용율을 제공하는 것으로 보이며, 바늘을 사용하지 않는다. 그러나, 폐를 통한 인슐린의 전달 방법은 아직 널리 허용되지는 않고 있다. 지금까지, 폐를 통한 전달은 액체 인슐린 제제의 분무를 통해 가장 자주 행해져 왔는데, 이 때에는 성가신 액체 분무기를 사용할 필요가 있었다. 게다가, 그러한 분무기에 의해 형성된 에어로졸은 매우 낮은 인슐린 농도를 가져서 충분한 투여적량을 제공하기 위해서는 여러 차례 흡입할 필요가 있다. 인슐린 농도는 적합한 수성 용액에서의 인슐린의 낮은 용해도로 인해 제한된다. 일부 경우에는 충분한 투여적량을 얻는 데 80회 이상의 호흡을 필요로 하며 10 내지 20분 또는 그 이상의 투여 시간을 필요로 한다.

폐를 통한 인슐린의 개량된 전달 방법 및 그 조성물을 제공하는 것이 바람직하다. 이 방법 및 조성물은 가정에서 떨어져 있을 때도 자가투여할 수 있을 만큼 충분히 편리하고 비교적 적은 횟수, 바람직하게는 10회 이하의 호흡으로 목적하는 총 투여적량을 전달할 수 있으면 특히 바람직하다. 상기 방법 및 조성물은 또한 인슐린의 신속한 전신흡수를 제공하여, 바람직하게는 45분 이내에 혈청 최대치에 도달하고 약 1 시간 이내에 글루코스골을 생성시켜야 한다. 이러한 신속 작용 제제는 중간 및 장기 작용 인슐린의 주사가 감소되거나 배제되는 경우에 적극적인 치료 프로토콜에 사용하기에 적합한 것이 바람직하다. 본 발명의 조성물은 또한 안정해야하는 데, 농축된 건식 분말제제로 이루어진 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 방법에 따라 인슐린의 투여량을 에어로졸화하는 시스템의 개략도.

도 2는 도 1의 시스템으로부터 인슐린의 에어로졸화된 투여량을 흡입하는 환자의 개략도.

도 3A 및 3B는 3가지 상이한 건식 분말 제제를 에어로졸화한 이후의 사람의 재조합 인슐린의 쥐에서의 흡수 및 그로 인해 나타나는 글루코스 반응을 예시한 그래프. 각각의 점은 3가지 상이한 속도의 평균값을 나타낸다. 0 시간에 건식 분말 에어로졸 발생기를 켰다. 87% 인슐린/시트레이트, 20% 인슐린-만니톨/시트레이트 및 20% 인슐린-라피노스/시트레이트 분말에 대해 각각 5분, 14분 및 20분에 에어로졸화가 완료되었다. 동물들을 하루밤 동안 단식시켰다.

도 4A 및 4B는 사이노몰구스 원숭이에서 에어로졸 및 피하 투여와 비교하여 평균 혈청 시간-농도 인슐린 및 글루코스 프로필을 각각 예시한 그래프. 에어로졸 군에 대해서는 3 마리 원숭이의 평균값을 나타내고, 피하 투여군에 대해서는 4 마리 원숭이의 평균값을 나타낸다.

도 5A는 사람에서의 피하 주사의 경우( ○ )와 3회 훅 들이마셔 흡입한 경우 (●)의 시간에 따른 평균 인슐린 농도를 예시한 도.

도 5B는 도 5A의 인슐린 농도에 상응하는 평균 글루코스 농도를 도시한 도.

도 6A는 사람에서의 피하 주사(○)와 3회 훅 들이마셔 에어로졸을 투여(●)한 결과로서 시간에 따른 혈청 인슐린 농도를 예시한 그래프.

도 6B는 도 6A의 인슐린 농도에 상응하는 혈청 글루코스 농도를 예시한 도.

도 7A 및 7B는 피하 투여(○)와 에어로졸 투여( ● )의 경우 혈청 인슐린(도 7A) 및 글루코스 레벨(도 7B)의 피험대상간의 변이성을 비교한 도.

도 8A, 8B 및 8C는 사람 인슐린의 rpHPLC 크로마토그램을 도시한 도. 도 8A는 25℃의 10 mM HCl중에 표준 인슐린의 크로마토그래프로서, 사람 인슐린이 23.87분에, 데사미도 인슐린이 30.47분에 용출됨을 나타내고 있다. 도 8B는 사람의 표준 인슐린의 유사한 크로마토그램을 도시한 것이다. 도 8C는 본 발명에 따라 제조된 재구성되고 분무건조된 인슐린 제제의 유사한 크로마토그램을 도시한 것이다.

도 9는 분무건조 전후에 인슐린 제제의 자외선 스펙트럼을 도시한 도. 가시광 범위에서는 광분산이 관찰되지 않았는 데, 이것은 분무건조 과정중에 인슐린이 응집되지 않았음을 의미하는 것이다.

본 발명에 의하면, 포유류 숙주, 특히 당뇨병 환자에게 인슐린을 에어로졸화하여 전신으로 전달하는 방법 및 그 조성물은 피하 주사를 피하면서 혈액 순환계내 로의 신속한 흡수 작용을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 방법에서는 인슐린이 건식 분말 형태로 폐를 통해 전달되는가가 관건이 된다. 놀랍게도, 흡입된 건식 인슐린 분말은 폐포 영역에 축적되고 폐포 영역의 상피 세포를 통해 혈액 순환계내로 신속히 흡수된다는 것을 발견했다. 따라서, 인슐린 분말의 폐를 통한 전달은 피하 주사의 효과적인 대체 투여 방법이다.

본 발명의 제1 양태로, 인슐린은 보통은 실질적으로 무정형 상태(반드시 그렇지는 않음)인 건식 분말로 제공되며, 공기 또는 기타 생리적으로 허용가능한 기류에 분산시켜 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 환자가 계속적으로 흡입해야 하는 경우에는 마우스피스를 가진 챔버중에 포획된다. 선택적으로는 건식 분말 인슐린을하기에 상설하는 바와 같이 약학적으로 허용가능한 건식 분말 담체와 함께 배합한다. 인슐린 분말은 직경이 10 μm 이하인 입자가 바람직하며, 직경은 7.5 μm이하가 보다 바람직하고, 5 μm 이하가 가장 바람직하며, 통상은 0.1 μm 내지 5 μm의 범위이다. 놀랍게도, 본 발명의 건식 분말 인슐린 조성물은 비강 점막 및 상부 기도를 통한 흡수에 필요한 것과 같은 투과촉진제를 사용하지 않고도 폐에서 흡수된다.

제2의 양태로 본 발명은 평균 입자 크기가 10 μm 이하인 건식 분말 인슐린을 주성분으로 하고 건식 분말 약학적 담체와 배합될 수 있는 인슐린 조성물을 제공한다. 인슐린 조성물은 투과촉진제가 없는 것이 바람직하고, 직경이 10 μm 이하, 바람직하게는 7.5 μm 이하, 가장 바람직하게는 5 μm 이하, 통상은 0.1 μm 내지 5 μm의 범위인 입자를 포함한다. 통상, 인슐린 건식 분말은 이하에 상설하는 바와 같이 적합한 약학적 담체내에, 보통은 탄수화물, 유기염, 아미노산, 펩티드 또는 단백질 내에 조성물 중량의 5 내지 99 중량%, 보다 보통으로는 15 내지 80 중량%의 인슐린을 함유한다.

본 발명의 제3의 양태에서, 인슐린 건식 분말은 수성 완충제에 인슐린을 용해시켜 용액을 형성하고, 그 용액을 분무 건조시켜 입자 크기가 10 μm 이하, 바람직하게는 7.5 μm 이하, 가장 바람직하게는 5 μm 이하, 통상은 0.1 μm 내지 5 μm의 범위인 실질적으로 무정형의 입자를 생성시키므로써 제조된다. 선택적으로는 약학적 담체를 또한 완충제에 용해시켜 균질의 용액을 형성하는 데, 이 용액을 분무 건조시키면 인슐린, 담체 완충제, 및 용액에 존재하는 임의의 기타 성분을 포함하는 개별의 입자가 생성된다. 담체는 분무 건조 후 실질적으로 무정형의 구조를 생성시키는 탄수화물, 유기염, 아미노산, 펩티드 또는 단백질이 바람직하다. 무정형의 담체는 유리 또는 고무일 수 있고, 보관중 인슐린의 안정성을 증가시킨다. 그러한 안정화된 제제는 또한 폐포 영역으로의 흡입시에 인슐린을 혈류로 효과적으로 전달하는 것이 유리하다.

본 발명의 성질 및 장점에 관한 추가의 이해는 상세한 설명 및 도면의 나머지 부분을 참조로 하면 명백해질 것이다.

본 발명에 의하면, 인슐린은 건식 분말로서 제공된다. "건식 분말"이란 분말의 수분 함량이 약 10 중량% 이하, 통상적으로 약 5 중량% 이하, 그리고 바람직하게는 약 3 중량% 이하임을 뜻한다. "분말"이란 인슐린이 폐포 속으로 통과되도록 선택되는 크기, 바람직하게는 직경이 10 μm 이하, 보다 바람직하게는 7.5 μm 이하, 가장 바람직하게는 5 μm 이하이고, 통상적으로 0.1 μm 내지 5 μm의 크기를 가진 자유 유동 미립자를 포함함을 뜻한다.

본 발명은 적어도 일부는 건식 분말 인슐린이 숙주의 폐를 통해 용이하고 신속하게 흡수된다는 놀라운 관찰에 기초한다. 인슐린 입자와 같은 수용성 약제는 흡습성으로 공지되어 있기 때문에, 건식 분말 인슐린이 폐포 영역에 도달할 수 있다는 사실은 놀라운 것이다. 참조문헌[Byron 편집,Respiratory Drug Delivery, CRC Press, Boca Raton (1990), p.150]. 따라서, 상기 입자들이 폐의 기도(37℃에서 99%를 초과하는 상대습도 가짐)를 통과할 때 각각의 입자는 수분을 흡수하여 본 발명의 10μm 상한값보다 더 큰 유효 입자 크기로 커지는 경향을 가질 것으로 예상되었다. 인슐린 입자의 실제 분획이 목표하는 크기 범위보다 크다면, 입자들은 폐포 영역보다는 폐의 중앙 기도내에 축적되고 따라서 전달 및 계속적인 전신 흡수를 제한할 것으로 예상된다. 게다가, 폐의 상피 세포위의 유체층은 매우 얇아서 보통 인슐린 분말의 직경을 가진 분획이 전달된다. 따라서, 본 발명 이전에는 건식 인슐린 입자가 폐포 영역내에 축적시에 용해될 것인 지는 예측불가능한 것이었다. 놀랍게도, 건식 인슐린 분말은 명백히 폐포 영역내로 통과할 수도 있고, 일단 그들이 폐포 영역내에 축적되면 용해될 수 있다. 그 후 용해된 인슐린은 상피 세포를 가로질러 순환계내로 들어갈 수 있다.

현재 인슐린의 효과적인 흡수는 폐포 내벽의 초박(<0.1 μm) 유체층에서의 신속한 용해에서 기인하는 것으로 생각되고 있다. 따라서 본 발명의 입자가 폐의 유체층보다 10 내지 50배 더 큰 평균 크기를 가짐에도 불구하고 입자들이 용해되고 인슐린이 신속한 방법으로 전신으로 흡수된다는 것은 놀라운 일이라 아니할 수 없다. 사실, 이하 실험 부분에서 나타나는 바와 같이, 본 발명의 건식 인슐린 제제는 현재 가장 통상적인 투여 형태인 피하 주사에 의해 제공되는 것보다 훨씬 더 신속한 혈청 인슐린 최대값 및 글루코스골(glucose trough)을 제공할 수 있다. 그러나, 정확한 메카니즘의 이해는 본원발명을 실시하는 데에는 불필요하다.

본 발명에 따른 바람직한 조성물은 투과촉진제가 거의 없는 것이다. "투과촉진제"는 점막 또는 내벽을 통해 인슐린(또는 기타 약제)의 침투를 촉진하는 표면 활성 화합물이며, 비강내, 직장내 및 질내 약제에 사용하는 것으로 제안되어 있다. 투과촉진제의 예로는 타우로콜레이트, 글리코콜레이트 및 데옥시콜레이트와 같은담즙염; 타우로데히드로푸시데이트와 같은 푸시데이트; 및 트윈스(Tweens), 라우레트(Laureth)-9와 같은 생체적합성 세제 등이 있다. 그러나, 폐안의 상피 혈액 차단 층이 상기 표면 활성 화합물에 의해 악영향을 받을 수 있기 때문에, 폐에 사용하기 위한 제제에 투과촉진제를 사용하는 것은 일반적으로 바람직하지 않다. 놀랍게도, 본 발명의 건식 분말 인슐린 조성물은 투과촉진제를 이용할 필요없이 폐에서 쉽게 흡수된다는 것을 발견하였다.

본 발명에 사용하기에 적합한 인슐린 건식 분말로는 무정형 인슐린, 결정형 인슐린 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 건식 분말 인슐린은 전술한 범위내의 입자 크기를 가지는 실질적으로 무정형의 분말을 생성시키는 조건하에 분무 건조시켜서 제조하는 것이 바람직하다. 한편, 무정형의 인슐린은 무정형의 구조를 생성시키는 조건하에 적합한 인슐린 용액의 친액성화(동결건조), 진공건조 또는 증발건조에 의해 제조할 수 있다. 그렇게 생성된 무정형 인슐린은 연마하거나 분쇄하여 목적하는 크기 범위내의 입자를 생성시킬 수 있다. 결정형 건식 분말 인슐린은 대형 결정 인슐린의 연마 또는 젯 밀링에 의해 형성할 수 있다. 목적하는 크기 범위의 미립자를 포함하는 인슐린 분말을 형성하는 바람직한 방법은 순수한 대형 인슐린(보통 결정형)을 생리적으로 허용가능한 수성 완충제, 통상 약 2 내지 9의 pH 범위를 가진 시트레이트 완충제에 먼저 용해시키는 경우에, 분무건조시키는 방법이다. 인슐린은 0.01 내지 1 중량%, 보통은 0.1 내지 0.2 중량%의 농도로 용해된다. 그 용액을 부치, 나이로와 같은 공급처에서 입수한 통상의 분무건조 장치에서 분무 건조시켜 실질적으로 무정형의 미립자 생성물을 생성시킬 수 있다.

건식 인슐린 분말은 필수 크기 범위내의 인슐린 입자로 거의 구성되고, 임의의 기타 생물학적 활성 성분, 약학적 담체등은 거의 없다. 그러한 "순" 제제는 낮은 양으로, 통상 10 중량% 이하, 보통 5 중량% 이하의 양으로 존재하는 방부제와 같은 소량 성분을 포함할 수 있다. 그러한 순제제를 사용하여, 높은 투여량에 대해서도 필요한 흡입 횟수는 종종 단 1회의 호흡으로까지 상당히 감소시킬 수 있다.

본 발명의 인슐린 분말은 호흡기 및 폐를 통한 투여에 적합한 약학적 담체 또는 부형제와 배합할 수도 있다. 그러한 담체는 환자에게 전달될 분말내 인슐린 농도를 감소시키고자 할 때 단순히 확장제(bulking agent)로서 작용할 수 있지만, 인슐린 조성물의 안정성을 증가시키고, 분말 분산 장치내 분말의 분산성을 향상시켜 인슐린을 보다 효율적이고 재생가능하게 전달하며, 유동성 및 점조도와 같은 인슐린의 취급 특성을 향상시켜 제조 및 분말 충전을 용이하게 하는 작용을 할 수도 있다.

적합한 담체 물질은 무정형 분말, 결정형 분말 또는 이들의 배합물 형태일 수 있다. 적합한 물질로는 (a) 프럭토스, 갈락토스, 글루코스, D-만노스, 소르보스 등과 같은 단당류; 락토스, 트레할로스, 셀로비오스 등과 같은 이당류; 2-히드록시 프로필-β-시클로덱스트린과 같은 시클로덱스트린; 및 라피노스, 말토덱스트린, 덱스트란 등과 같은 다당류를 포함하는 탄수화물; (b) 글리신, 아르기닌, 아스파라긴산, 글루탐산, 시스테인, 라이신 등과 같은 아미노산; (c) 시트르산나트륨, 아스코르빈산나트륨, 글루콘산마그네슘, 글루콘산나트륨, 트로메타민 염산염 등과 같이, 유기산 및 염기로부터 제조된 유기염; (d) 아스파탐, 사람 혈청 알부민, 젤라틴 등과 같은 펩티드 및 단백질; (e) 만니톨, 크실리톨 등과 같은 알디톨이 있다. 바람직한 담체군으로는 락토스, 트레할로스, 라피노스, 말토덱스트린, 글리신, 시트르산나트륨, 트로메타민 염산염, 사람 혈청 알부민 및 만니톨을 들 수 있다.

그러한 담체 물질은 담체 물질을 분무건조용으로 조제된 완충 용액에 첨가하므로써, 분무건조시키기 전에 인슐린과 배합할 수 있다. 그런 방식으로, 담체 물질은 인슐린 입자의 일부로서 동시에 형성된다. 통상, 담체를 인슐린과 함께 분무건조시켜 형성할 경우, 인슐린은 각각의 입자에 5 내지 95 중량%, 바람직하게는 20 내지 80 중량%의 범위로 존재한다. 입자의 나머지는 주로 담체 물질(통상 5 내지 95 중량%, 보통은 20 내지 80 중량%)이지만, 완충제(들)를 포함하기도 하며, 전술한 기타 성분을 포함할 수도 있다. 폐포 영역으로 전달되는 입자(즉, 10 μm 이하의 필수 크기 범위를 가진 입자)내에 담체 물질의 존재로 인해 인슐린의 전신 흡수가 크게 방해되지는 않는 것으로 확인되었다.

한편, 담체들은 건식 분말 형태로 별개로 제조되며, 혼합에 의해 건식 분말 인슐린과 배합할 수도 있다. 별개로 제조된 분말 담체는 통상 결정형이지만(물의 흡수를 피하기 위해), 일부 경우에는 무정형이거나 또는 결정형과 무정형의 혼합물일 수도 있다. 담체 입자의 크기는 인슐린 분말의 유동성을 향상시키는 크기, 통상 25 μm 내지 100 μm 범위를 선택할 수 있다. 상기 크기 범위의 담체 입자는 일반적으로 폐포 영역으로 침투하지 않으며, 흡입전 전달 장치내의 인슐린으로부터 종종 분리된다. 따라서, 폐포 영역내로 침투되는 입자는 인슐린과 완충제를 주성분으로 구성될 수 있다. 바람직한 담체 물질은 전술한 범위의 크기를 가지는 결정형 만니톨이다.

본 발명의 건식 인슐린 분말은 기타 활성 성분과 배합할 수도 있다. 예를 들면, 인슐린 분말내에 소량의 아밀린 또는 활성 아밀린 유사체를 배합하여 당뇨병 치료를 개선하는 것이 바람직할 수 있다. 아밀린은 정상인(비당뇨병환자)의 췌장 β-세포에서 유래한 인슐린과 함께 분비되는 호르몬이다. 아밀린은 생체내 인슐린 활성을 조절하는 것으로 생각되고, 아밀린을 인슐린과 동시에 투여하면 혈당 조절을 개선할 수 있음이 제안되었다. 본 발명의 조성물에 건식 분말 아밀린을 인슐린과 배합하면 그러한 동시 투여에 특히 편리한 생성물을 제공한다. 아밀린은 인슐린 0.1 내지 10 중량%(1회 투여량 중의 인슐린 총중량을 기준으로), 바람직하게는 0.5 내지 2.5 중량%와 배합할 수 있다. 아밀린은 캘리포니아 샌 디에고 아밀린 코오포레이션과 같은 공급처에서 입수가능하며, 본 발명의 조성물에 쉽게 제형화될 수 있다. 예를 들면, 아밀린은 수성 또는 기타 적합한 용액에서 인슐린, 그리고 임의로 담체와 함께 용해시킬 수 있고, 용액을 분무건조시켜 분말 생성물을 생성시킬 수 있다.

본 발명의 건식 분말 인슐린 조성물은 유동 공기 또는 기타 생리적 허용 기류에 통상의 방법으로 분산시켜 에어로졸화하는 것이 바람직하다. 그러한 분산에 적합한 한가지 시스템은 WO 93/00951호로 공개된 동시계류중인 출원번호 제 07/910,048호에 개시되어 있으며, 그 전체 개시사항을 본원에 참고로 인용하였다. 도 1을 참조하면, 자유유동성 건식 인슐린 분말은 고속 공기 또는 기류 속으로 도입되고, 생성된 분산액은 보유실(10)내로 도입된다. 보유실(10)은 공기 분말 분산액의 유입점의 반대쪽 말단에 마우스피스(12)를 포함한다. 보유실(10)의 부피는 목적하는 투여량을 포획하기에 충분히 크고, 봉쇄 촉진용 조절 장치 및/또는 1 방향 밸브를 가질 수도 있다. 인슐린 분말 투여량을 보유실(10)에 포획한 후, 환자 P(도 2)는 마우스피스(12)에서 흡입하여 에어로졸화된 분산액을 그의 폐 속으로 끌어들인다. 환자 P가 흡입할 때, 구성 공기가 접선 방향으로 배향된 공기 유입구(14)를 통해 도입되어 공기가 일반적으로 소용돌이형으로 유동하여 보유실로부터 에어로졸화된 인슐린을 환자의 폐속으로 일소한다. 보유실의 부피 및 에어로졸화된 투여량은 환자가 전체 에어로졸화된 인슐린 투여량을, 그 다음 인슐린이 폐포의 아래 영역에 도달하는 지를 확인하는 데 충분한 공기를 완전히 흡입할 수 있는 정도이어야 한다.

상기 에어로졸화된 인슐린 분말은 당뇨병 및 관련 인슐린 결핍증의 치료에서 신속 작용하는 인슐린의 피하 주사 대신에 특히 유용하다. 놀랍게도, 건식 분말 인슐린의 에어로졸 투여가 피하 주사에 의해 얻어지는 것 보다 상당히 더 빠른 인슐린 흡수 및 글루코스 반응을 야기한다는 것을 알아냈다. 따라서, 본 발명의 방법 및 조성물은 환자가 혈당량을 자주 점검하고 필요시에 인슐린을 투여하여 목적 혈청 농도를 유지하는 경우의 치료 프로토콜에 특히 유용할 것이나, 전신 인슐린 투여가 요구되는 경우에도 유용하다. 환자는 전술한 바와 같이 적합한 양의 인슐린을 흡입하므로써 목적하는 투여적량을 얻을 수 있다. 전술한 방법을 통한 전신 인슐린 전달의 효율은 개별 투여로써(흡입 기준당) 통상 15% 내지 30%의 범위이고, 통상 약 0.5 mg 내지 10 mg의 범위이다. 통상, 1회 호흡기 투여중에 목적하는 인슐린의총 투여적량은 약 0.5 mg 내지 15 mg의 범위이다. 따라서, 목적하는 투여적량은 환자가 1회 호흡 내지 4회 호흡을 가질 때 효과적일 수 있다.

이하의 실시예는 예시 목적으로 제공되며 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니다.

실험

재료 및 방법

재료

사람의 결정형 아연 인슐린 26.3 유닛/mg(릴리 로트 #784KK2)을 인디애너 주인디애너폴리스의 엘리 릴리 앤드 컴퍼니에서 입수하고, rpHPLC로 측정하여 순도가 >99%로 확인되었다. USP 만니톨은 로케트 코오포레이션(일리노이주 거니)에서 입수하였다. 라피노스는 팬스틸(Pfanstiehl) 래보러토리즈(일리노이주 워케건)에서 입수하였다. 시트르산나트륨 이수화물, USP, ACS 및 시트르산 일수화물 USP는 J.T. 베이커(뉴저지주 필립스버그)에서 입수하였다.

분말 생성

부형제(만니톨 또는 라피노스, 또는 없음)를 함유하는 시트르산나트륨 완충제에 대형 결정형 인슐린을 용해시켜 최종 고체 농도 7.5 mg/mℓ 및 pH 6.7±0.3을 만들므로써 인슐린 분말을 제조했다. 분무 건조기는 110℃ 내지 120℃의 유입구 온도와 5 mℓ/분의 액체 공급 속도로 작동시키면 이후 배출구 온도는 70℃ 내지 80℃가 되었다. 그 용액을 0.22 μm 필터를 통해 여과하고, 부치 스프레이 드라이어에서 분무 건조시켜 미세한 백색 무정형 분말을 형성했다. 생성된 분말은 건조 환경(<10% RH)에서 긴밀하게 캐핑된 용기에 보관했다.

분말 분석

분말의 입자 크기 분포는 세디스퍼스 A-11(조지아주 노르크로스 마이크로메리틱스)에서 분말들을 분산시킨 다음 호리바 CAPA-700 입자 크기 분석기에서 액체 원심분리 침전시켜 측정하였다. 분말들의 수분 함량은 미츠비시 CA-06 습도계를 사용하여 칼 피셔 기술로 측정하였다.

분말 처리 전후의 인슐린의 순도는 증류수에 계량된 분말 분획을 재용해시키고, 재용해된 용액을 분무 건조기내에 놓인 최초 용액과 비교하므로써 사람의 인슐린의 참조 표준에 대해 측정하였다. rpHPLC에 의한 보유 시간 및 피크 영역을 사용하여 인슐린 분자가 공정중에 화학적으로 변형되거나 분해되었는 지를 측정하였다. UV 흡광도를 사용하여 인슐린 농도(278 nm) 및 불용성 응집물의 존재 또는 부재(400 nm)를 측정하였다. 또한, 출발 용액 및 재구성 용액의 pH를 측정하였다. 인슐린 분말의 무정형성은 편광현미경으로 확인하였다.

쥐의 에어로졸에의 노출

에어로졸 노출실에서 쥐의 실험을 수행하였다. 암컷쥐(280-300 g)를 하루밤 동안 단식시켰다. 동물(21-24/실험)을 플렉시글래스 튜브에 넣고 48 개 출입구가 있는 코만 노출시키는 에어로졸 노출실(뉴멕시코 앨버쿼키의 인-톡스 프로덕츠)에 장착시켰다. 호흡 대역으로의 공기유동은 7.2 내지 9.8 ℓ/분으로 유지하고, 진공으로 제거한 후 자기나선형 게이지로 측정하여 노출실에 약간의 음압력(∼1.5 cm H₂O)이 존재하도록 하였다. 에어로졸 노출 시간은 얼마나 많은 분말을 노출실로 공급하느냐에 따라 다르나, 통상 5 내지 20분 사이였다. 분말들을 작은 벤튜리 노즐속으로 손으로 공급하여 분말 입자를 분산시켜 미세한 에어로졸 구름을 형성시켰다. 벤튜리 노즐은 15 psig를 넘는 압력으로 작동시키고, 공기 유동 속도는 7.2 ℓ/분 내지 9.8 ℓ/분으로 맞추었다. 벤튜리 노즐을 투명한 플렉시글래스 분산실(750 mℓ)의 바닥에 맞추고, 에어로졸을 코만 노출시키는 노출실로 직접 통과시켰다.

쥐의 에어로졸 노출실 기준눈금

인-톡스 필터 홀더를 가진 호흡 대역에서 진공 유속 2ℓ/분으로 다수의 시간을 정한 필터 샘플을 취하므로써 호흡 대역에서의 분말의 농도를 측정하였다. 노출실은 동물이 있는 경우와 없는 경우 둘다 눈금을 정했다. 분말의 질량은 비중계로 측정하였다. 호흡 대역에서의 분말의 입자 크기는 호흡공에 위치하고 2 ℓ/분의 유속으로 작동하는 캐스케이드 충격기(인-톡스 제품)로 측정하였다. 각 단계에서의 분말의 질량은 비중계로 측정하였다.

각각의 분말 시험은 21 내지 24 마리의 쥐를 이용하고, 에어로졸 노출은 5 내지 20분 지속하였다. 에어로졸 노출 종결후 0, 7, 15, 30, 60, 90, 120, 180 및 240분에 각각 3 마리씩을 죽였다. 동물들을 마취시키고, 복개하고, 대형 혈액 샘플을 배의 대동맥으로부터 채취하였다. 그 후 동물들을 경부를 탈구시켜 죽였다.

혈액이 실온에서 30분 동안 응고되게 한 후, 혈청 분리기 튜브에서 3500 rpm 으로 20분 동안 원심분리하였다. 혈청을 즉시 분석하거나 또는 분석시까지 -80℃에서 동결시켰다. 에어로졸 투여의 종결후 가능한 한 빨리(0-7분) 3 마리의 쥐를 죽이고, 그 혈액을 채취하고, 그 폐를 인산염 완충염수(PBS)의 5 mℓ 세정액으로 6회 세척하였다. 최종 수집된 세척 샘플내 인슐린의 양은 생체이용률의 계산에서 쥐의 에어로졸 투여량으로서 사용하였다.

영장류 노출 시스템

야생에서 생포한 어린 수컷 사이노몰구스 원숭이주 마카카 패시쿨라리스(Macaca fascicularis)(2-5 kg)(찰스 리버 프라이미츠 인코오포레이티드)를 영장류 에어로졸 연구(3-4 마리의 동물/군)에 사용하였다. 그 동물들에게 휴물린(인디애너주 인디애너폴리스의 엘리 릴리)을 피하 주사하거나 또는 인슐린의 분말 에어로졸에 노출시켰다. 각 동물을 머리만 노출시키는 유닛에 위치시켜 동물의 최소 산소 요구량을 제공하기에 충분한 유속(7 ℓ/분)으로 시험 대기와 신선한 공급물을 제공하였다. 동물들을 똑바로 앉은 자세로 위치시키는 의자형 장치에 결박시켰다. 동물들이 그 환경을 완전히 볼 수 있도록 후드를 깨끗이 했다. 내재하는 카테테르를 다리에 위치시켜 혈액 샘플을 언제라도 채취할 수 있도록 했다. 전체 과정중에 원숭이는 완전히 깨어 있었고, 조용하게 보였다. 영장류 혈액은 쥐와 동일하게 처리하였다(상기 참조).

영장류 에어로졸 노출 시스템은 각각의 원숭이가 흡입하는 공기량을 정량하는 호흡 모니터를 포함했다. 이 값은 들이 쉰 공기에서 인슐린의 농도의 측정과 연관된 것으로서, 얼마나 많은 인슐린이 각각의 동물에 의해 흡입되는 지를 정확히 계산할 수 있게 했다.

인체 실험

24명의 사람 환자에게 인슐린을 피하로, 그리고 에어로졸화된 건식 인슐린 분말의 흡입에 의해 투여하였다. 각각의 피하 주사는 10.4U의 휴물린 R 100 U/mℓ(인디애너주 인디애너폴리스의 엘리 릴리)로 구성되었다. 건식 인슐린 분말은 무정형이었고, 전술한 바와 같이 20 중량%의 만니톨 부형제로 분무건조시켜 제조했다. 인슐린 건식 분말의 투여량(5 mg)을 고속 기류에 분산시켜 보유실에 포획된 미세한 에어로졸을 생성시켰다. 각 환자는 각 에어로졸 환괴를 느리고 깊은 호흡으로 또는 "훅 들이마심(puff)"에 의해 에어로졸 분말을 흡입하였다. 분말을 3회 훅 들이마셔서 투여하였다(31.9U의 투여적량). 혈청 인슐린 및 혈당량은 후술하는 바와 같이 시간에 따라 측정하였다.

혈청 분석

사람 인슐린용 코트-A-카운트 방사성 면역분석 키트(캘리포니아 로스앤젤레스의 다이애그노스틱 프로덕츠 코오포레이숀)를 사용하여 쥐, 영장류 및 사람의 혈청 인슐린 레벨을 측정하였다. 매회분의 샘플을 사용하여 표준 곡선을 그렸다. 분석의 감도는 약 43 pg/mℓ이었다. 분석범위내 변이성(%CV)은 5%보다 작았다. 베링거만하임/히타치 747 분석기용 글루코스/HK 시약 시스템 팩을 사용하여 캘리포니아주 웨스트 새크러멘토의 캘리포니아 베터리너리 다이애그노스틱스 인코오포레이티드에 의해 글루코스 분석을 실시했다. 분석범위내 변이성(%CV)은 3%보다 작았다.

쥐의 실험에서, 에어로졸의 상대 생체이용률은 농도-시간 프로필의 곡선(AUC)아래의 투여량 조정된 면역반응성 인슐린(IRI) 면적을 피하 주사에서 얻은 면적과 비교하여 계산하였다. 쥐에서 세척된 총 인슐린 질량을 에어로졸 투여량으로 사용하였다. 일부 인슐린이 흡수된 후 폐를 세척할 수 있고, 그래서 이 기술에 의해 산정되는 투여량은 아마도 축적된 총투여량보다 약간 낮게 산정된 값이다. 이 추정 손실량에 대한 보정은 없었다.

원숭이 실험에서, 상대적 생체이용률은 에어로졸 투여량으로 세척된 폐 인슐린을 사용하는 대신에 흡입된 인슐린의 총량을 사용한다는 점을 제외하고는 상기 쥐에 대한 것과 유사하게 계산하였다. 쥐에서는 비강 및 인후에 축적된 인슐린은 아니고 폐에 축적된 재료만이 투여량 산정치에 포함되었다. 원숭이에서는 동물에투여된 모든 인슐린이 투여량 산정치에 포함되었다.

쥐에서의 인슐린 흡수의 결과

동물 연구에 사용된 인슐린 분말 모두는 입자 크기(질량 중앙 직경)가 1 내지 3 μm 및 수분 함량이 <3%였다. rpHPLC로 측정되는 분말의 인슐린 순도는 >97%였다. 20% 인슐린 제제의 대표적인 크로마토그래프는 도 8C에 도시한다. 분말들은 자외선 흡광도가 400 nm에서 <0.01이고, pH가 6.7±0.3인 순수한 물로 재구성시에 투명한 용액을 생성시켰다. 20% 인슐린 제제에 대한 대표적 자외선(UV) 스펙트럼을 도 9에 도시한다.

다음 3종의 인슐린 분말 제제는 인-톡스 48 개 출입구가 있는 노출실에서 에어로졸로서 쥐에서 시험하였다.

1. 87.9% 인슐린; 11.5% 시트르산나트륨; 0.6% 시트르산.

2. 20% 인슐린; 66% 만니톨; 12.4% 시트르산나트륨; 0.6% 시트르산.

3. 20% 인슐린; 66% 라피노스; 12.4% 시트르산나트륨; 0.6% 시트르산.

표 1에 호흡 대역 및 보유실 작동 조건에서 에어로졸의 특성을 포함하여 3가지 상이한 쥐의 노출 연구에서 중요 측정치를 나열한다. 분말 공급중 분말의 밀착 및 불완전한 분산으로 인한 벽에서의 손실 때문에 벤튜리 노즐 속으로 공급된 분말의 분획이 쥐의 호흡 대역에 도달했다(34%-67%). 그러나, 호흡 대역에서의 에어로졸의 입자 크기가 폐에의 축적에 이상적이었고(1.3 내지 1.9 μm), 동물 노출실에서의 보다 큰 입자의 선택적 손실로 인해 본래의 제제 입자 크기(2.0 내지 2.8 μm)보다 다소 더 작았다.

[표 1]

쥐의 에어로졸에의 노출 측정

표 2에는 3회의 에어로졸 및 1회의 피하 연구에서 생성된 쥐의 혈청 인슐린 및 글루코스의 양을 나타낸다. 도 3A 및 3B에는 에어로졸에 의해 투여되는 3종의 제제에 대한 혈청 면역반응성 인슐린(IRI) 농도-시간 프로필 및 혈청 글루코스 농도-시간 프로필을 도시되어 있다. 표 3에는 피하 주사와 비교되는 에어로졸의 상대적 생체이용율 뿐만 아니라 이와 다른 연구로부터의 인슐린 t_max및 글루코스 t_min가 제시되어 있다.

[표 2]

쥐에서의 혈청 인슐린 및 글루코스의 결과

[표 3]

동물들에서 에어로졸 및 피하(SC) 인슐린의 비교

3개 제제 모두 신속 흡수성 인슐린을 쥐의 전신 순환계로 제공했다(도 3A 및 3B). 생체이용율 및 글루코스 반응은 20% 인슐린/만니톨 분말(표 3)의 경우 보다 높았지만, 다수의 반복 실험이 없다 하더라도 그 차이가 유의 수준인지는 불확실하다.

영장류 시험 결과

인체 실험에 사용된 것과 동일한 투여량(0.2 U/kg, ∼27 μg/원숭이)을 4 마리의 원숭이에 주사하여 이 SC 데이타와 에어로졸 투여 결과를 비교하였다(도 4A 및 4B). 표 4는 원숭이의 에어로졸 노출 데이타를 나타낸다. 표 5는 에어로졸 노출 및 피하 연구에 있어서의 평균 혈청 인슐린 및 글루코스를 나타낸다. 에어로졸 투여량은 강력한 인슐린 및 글루코스 반응(높은 투여량)을 나타냈다. 도 4는 2회의 에어로졸 및 1회의 SC 연구로부터 평균 혈청 인슐린 프로필을 비교한 것이다. 이들프로필의 AUC로부터 에어로졸 인슐린의 상대 생체이용율은 12%로 계산되었다.

[표 4]

원숭이 에어로졸 노출 데이타

인체의 결과

호흡기를 통한 전달 및 피하 주사 사이의 비교 결과는 하기 표 5에 제시한다. 호흡기를 통한 에어로졸 전달은 주사의 경우(90분에서의 골)보다 더 신속한 글루코스 반응(60분에서의 골)을 나타냈고, 흡수에 있어서는 주사의 경우(60분에서 최대값)보다 더 신속한 흡수(20분에서 최대값)를 나타냈다. 인슐린 및 글루코스 반응 둘다에서 주사의 경우보다 재생성이 높았지만 에어로졸의 경우보다는 낮았다. 주사량을 체중에 따라 주의깊게 조정하였지만, 에어로졸 투여량은 조정하지 않았다. 글루코스 반응을 기준으로 에어로졸 인슐린의 생물학적 활성은 주사에 비해 28 내지 36%였다. 인슐린 곡선 아래의 면적을 기준으로 에어로졸 인슐린의 생체이용율은 3개의 훅 들이마심 군에 있어서 주사에 비해 22.8%였다.

[표 5]

사람에서의 혈청 인슐린 및 글루코스의 결과

인체 실험 결과는 도 5A 및 5B에 추가로 제시한다. 도 5A는 피하 주사(○), 흡입(3회 훅 들이마심, ●)의 경우 시간에 따른 평균 혈청 인슐린을 도시한 것이다. 평균 혈청 글루코스 레벨은 도 5B에 유사하게 제시한다. 인슐린 최대값 및 글루코스골을 각각 도 6A 및 6B에 도시하며, 혈청 인슐린 및 글루코스의 환자간 변이성은 각각 도 7A 및 7B에 제시한다.

또한, 에어로졸 노출중에 원숭이의 얕은 들숨(1회 호흡량)은 깊은 폐 축적의 최적 호흡 운동을 나타내지 않는다. 최적 호흡 운동을 사용하고 에어로졸 환괴를 비강 흡입이 아닌 경구 흡입에 의해 흡수할 때 예상대로 사람에서 보다 높은 생체 이용율이 관찰되었다(표 5 참조).

이해를 명확히 할 목적으로 상기에서 본 발명을 예시 및 실시예에 의해 상세히 기술하였지만, 첨부하는 특허청구의 범위내에서 특정의 변형예 및 개조예를 실시할 수 있음은 분명한 사실이다.

Claims (18)

1. 인슐린을 건식 분말로서 제공하는 단계; 건식 분말을 기류에 분산시켜 에어로졸을 형성하는 단계; 및 차후 환자에 의한 흡입을 위해 마우스피스를 가진 챔버 내에 그 에어로졸을 포획하는 단계를 포함하는 인슐린의 에어로졸화 방법.
2. 제1항에 있어서, 인슐린이 투과촉진제 없이 존재하는 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 인슐린이 5% 내지 99% 범위의 중량 농도로 건식 분말 담체 내에 존재하는 것인 방법.
4. 제3항에 있어서, 분말 담체가 탄수화물, 유기염, 아미노산, 펩티드 또는 단백질을 포함하는 것인 방법.
5. 제1항에 있어서, 인슐린 건식 분말이 평균 입자 크기가 10 μm 이하인 입자를 포함하는 것인 방법.
6. 제1항에 있어서, 건식 분말이 인슐린 및 담체 물질을 둘다 포함하는 개별의 입자를 포함하는 것인 방법.
7. 제6항에 있어서, 인슐린이 5 내지 99 중량%의 개별 입자로 존재하는 것인 방법.
8. 수성 완충제에 인슐린을 용해시켜 용액을 형성하는 단계; 및 그 용액을 분무 건조시켜 평균 입자 크기가 10 μm 이하인 무정형 입자를 생성시키는 단계를 포함하는 안정한 건식 분말 인슐린 조성물의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 인슐린이 약학적 담체와 함께 수성 완충제 중에 용해되어 있고, 분무 건조 후 5 내지 99 중량%의 개별 입자로 존재하는 인슐린을 함유하는 건식 분말이 생성되는 것인 방법.
10. 제9항에 있어서, 약학적 담체가 분무 건조 후 분말을 생성하는 탄수화물, 유기염, 아미노산, 펩티드 또는 단백질인 것인 방법.
11. 제10항에 있어서, 탄수화물이 만니톨, 라피노스, 락토스, 말토 덱스트린 및 트레할로스로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
12. 제 10 항에 있어서, 유기염이 시트르산나트륨, 아세트산나트륨 및 아스코르빈산나트륨으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
13. 약학적 담체 물질내에 5 내지 99 중량%의 양으로 존재하는 인슐린을 포함하는 개별 입자를 포함하며 그 입자의 크기가 10 μm 이하인, 폐를 통한 전달용의 인슐린 조성물.
14. 제13항에 있어서, 조성물이 투과촉진제를 포함하지 않는 것인 조성물.
15. 제13항에 있어서, 약학적 담체 물질이 만니톨, 라피노스, 락토스, 말토 덱스트린 및 트레할로스로 구성된 군에서 선택되는 탄수화물을 포함하는 것인 조성물.
16. 제13항에 있어서, 약학적 담체 물질이 시트르산나트륨, 글루콘산나트륨 및 아스코르빈산나트륨으로 구성된 군에서 선택되는 유기염을 포함하는 것인 조성물.
17. 제8항의 방법으로 생성된 인슐린 조성물.
18. 평균 입자 크기가 10 μm 이하인 건식 분말 인슐린을 포함하는 인슐린 조성물.