DE60301641T2

DE60301641T2 - Emulgierungs- und nachfolgender Aggregierungsprozess als Methoden zur Darstellung polymerer Mikrokügelchen für die biomedizinische Verwendung an Mensch und Tier

Info

Publication number: DE60301641T2
Application number: DE60301641T
Authority: DE
Inventors: Patricia A. Milton Burns; Hadi K. Mississauga Mahabadi; Ronald F. Ziolo; Raj D. Oakville Patel
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: EP1371365A1; BR0301253A; US7276254B2; JP4698933B2; JP2004002410A; US20030211035A1; EP1371365B1; DE60301641D1; BR0301253B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf polymere Mikrokügelchen, einschließlich magnetische und/oder superparamagnetische, polymere Mikrokügelchen, die für biomedizinische Anwendungen verwendbar sind. Die polymeren Mikrokügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung haben im Allgemeinen eine geringe Größe von etwa 1–15 Mikron und zeigen im Allgemeinen eine enge Partikel- oder geometrische Größenverteilung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf Verfahren, insbesondere auf Emulsions-/Aggregations-Polymerisationsverfahren, die für die Herstellung von solchen polymeren Mikrokügelchen verwendbar sind.
Polymere Mikrokügelchen, das heißt Mikrokügelchen, die (wenigstens zum Teil) aus einem Polymer gebildet sind, haben eine große Zahl von Anwendungen in medizinischen und industriellen Gebieten. Ferner sind biologisch abbaubare Polymere Gegenstand von zahlreichen Untersuchungen bei der kontrollierten Arzneimittelabgabe. Als Arzneimittelträger haben die aus biologisch abbaubaren Polymeren geformten Mikrokügelchen die Vorteile, dass sie einen großen Oberflächenbereich bereitstellen, einfach injizierbar sind, und dass nach Vollendung der Arzneimittelfreisetzung keine Entfernung der Mikrokügelchen notwendig ist. Es wurde gefunden, dass bei Verwendung der Mikrokügelchen als eine injizierbare Arzneimittel-Zuführvorrichtung, die Arzneimittelfreisetzungsrate und die Interaktion der Mikrokügelchen mit den Zellen stark von der Größenverteilung der Mikrokügelchen abhängig sind.
Die US 5,160,745 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubaren Mikrokügelchen, worin ein Vinylderivat eines biologisch abbaubaren, hydrophilen Polymers, das ein Polyester sein kann, ein wasserlösliches Monovinylmonomer und ein biologisch aktives Makromolekül in Wasser emulgiert und co-polymerisiert werden. Die Mikrokügelchen haben eine Partikelgröße von 1–15 μm im Durchmesser.
Die US 4,609,689 bezieht sich auf polymere Mikrokügelchen, die eine Dispersion von polymeren Partikeln als eine erste reaktive, funktionelle Gruppe umfassen, welche die Anheftung einer zweiten funktionellen Gruppe erlaubt.
Die US 5,648,100 beschreibt Mikrokügelchen, die ein hydrophiles Acrylcopolymer, ein neutrales hydrophiles Acrylcopolymer und ein Monomer umfassen, welches mit einem Zellanheftungspromoter beschichtet ist. Die Mikrokügelchen haben eine Größe im Bereich von 100 bis 2.000 μm im Durchmesser und die Polymerisation kann als Massenpolymerisation oder als Emulsionspolymerisation durchgeführt werden.
Die WO-A-01/70132 beschreibt eine injizierbare Zusammensetzung, die biokompatible, biologisch abbaubare oder nicht biologisch abbaubare, polymere Mikrokügelchen, die ein therapeutisches Mittel enthalten, umfasst. Der Partikelgrößenbereich liegt bei 10 bis 120 μm. Die Mikrokügelchen können unter anderem durch Suspensionspolymerisation und Tropfen-für-Tropfen-Polymerisation hergestellt werden.
Die US 2002/01027 bezieht sich auf freisetzungskontrollierte Dosierungsformen, die einen Opioidagonisten, einen Opioidantagonisten und ein Freisetzungskontrollmaterial enthalten. Injizierbare Formulierungen, wo die Mittel in Mikropartikeln vorhanden sind, sind beschrieben. Die Mikropartikel haben einen Durchmesser im Bereich von 5–200 μm.
Die US 5,723,269 beschreibt eine Mikropartikelzubereitung. Diese Zubereitung wird hergestellt durch Sprühen einer Polymerlösung, die ein Arzneimittel enthält, und einer Lösung oder Dispersion eines wasserlöslichen, anorganischen Salzes, einer wasserlöslichen organischen Säure oder eines wasserlöslichen Salzes einer organischen Säure aus verschiedenen Düsen sowie durch Inkontaktbringen der Lösungen in einem Sprühtrockner.
Die US 6,238,702 bezieht sich auf eine freisetzungskontrollierte Dosierungsformulierung. Diese Formulierung kann in Form von Mikropartikeln vorliegen. Die Mikropartikel können zum Beispiel hergestellt werden durch Verwendung von Lösungsmittelverdampfung, Phasentrennung und Wirbelsinterverfahren. Die Mikropartikel haben vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 200 μm.
Jedes der bekannten Verfahren zur Bildung von polymeren Mikrokügelchen weist Unzulänglichkeiten auf, welche die Verwendung der gebildeten Mikrokügelchen in verschiedenen Anwendungen beeinträchtigt, und zwar insbesondere dann, wenn die Verfahren bei der kontinuierlichen Produktion von einheitlich großen Mikrokügelchen angewandt werden, einschließlich biokampatibler, biologisch abbaubarer, mit Arzneimittel beladenen Mikrokügelchen.
Es besteht ein Bedürfnis für ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung von Mikrokügelchen mit einheitlicher Größe. Es ist wünschenswert, einheitlich große Mikrokügelchen in einer kontinuierlichen Weise so herzustellen, dass die Größe der Mikrokügelchen einfach kontrollierbar ist, die Verfahren auf eine größere Herstellungsmenge angewandt werden können und die Verwendung von flüchtigen Lösungsmitteln möglich ist.
Die Erfindung stellt Verfahren bereit, die für die Herstellung von Mikrokügelchen geeignet sind. Die Verfahren berücksichtigen die mit den existierenden Verfahren assoziierten Probleme, bieten signifikante Vorteile im Vergleich zu den existierenden Verfahren und stellen weitere Vorteile bereit.
Diese und andere Aufgaben werden von der Erfindung gelöst, welche ein Emulsions-/Aggregationsverfahren für die Herstellung von polymeren Mikrokügelchen bietet. Die polymeren Mikrokügelchen zeigen eine enge Partikel- oder geometrische Größenverteilung und haben Partikelgrößen, die sie nützlich für biomedizinische Anwendungen machen. In Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung können die polymeren Mikrokügelchen einer geeigneten Behandlung unterworfen werden, die ihre Verwendung bei der gewünschten biomedizinischen Anwendung ermöglicht.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung von polymeren Mikrokügelchen für biomedizinische Anwendungen bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bilden von polymeren Mikrokügelchen durch ein Emulsions-/Aggregationsverfahren aus Monomervorstufen; und
Behandlung der polymeren Mikrokügelchen, um ein biomedizinisches, funktionelles Material an diese polymeren Mikrokügelchen zu binden,
wobei diese polymeren Mikrokügelchen einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser im Bereich von 1 bis 15 Mikron mit einer engen geometrischen Partikelgrößenverteilung haben.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Emulsions-/Aggregationsverfahren die Bildung eines polymeren Harzes aus Monomervorstufen, die Aggregation des polymeren Harzes zu polymeren Partikel, die Koaleszenz dieser polymeren Partikel zu polymeren Mikrokügelchen und optional die Isolierung dieser polymeren Mikrokügelchen.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Emulsions-/Aggregationsverfahren die Bildung eines polymeren Harzes aus Monomervorstufen, die Bildung einer Emulsion, welche das polymere Harz umfasst, die Koaleszenz des polymeren Harzes zu polymeren Mikrokügelchen und optional die Isolierung dieser polymeren Mikrokügelchen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Emulsions-/Aggregationsverfahren die Bereitstellung eines Polyesterharzes, das aus den Monomerarten gebildet ist, die Dispersion des Polyesterharzes in einem wässrigen Medium durch Erhitzen in Wasser, die Bereitstellung einer Suspension von suspendierten Partikeln des Polyesterharzes, das Homogenisieren der Suspension, die Aggregation der homogenisierten Suspension durch Zugabe eines kationischen Metallsalzes und optionalen Additiven, um aggregierte und koaleszierte Partikel durch Erwärmung der Aggregate nahe, und vorzugsweise unter, einer Glasübergangstemperatur des Polyesterharzes zu bilden, um polymere Mikrokügelchen zu formen, und optional die Isolierung dieser polymeren Mikrokügelchen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Emulsions-/Aggregationsverfahren die Bereitstellung eines Polyesterharzes, das aus den Monomerarten gebildet ist, die Dispersion des Polyesterharzes in einem wässrigen Medium, das ein anionisches, oberflächenaktives Mittel umfasst, um eine Suspension von suspendierten Partikeln des Polyesterharzes bereitzustellen, das Homogenisieren der Suspension, die Aggregation der homogenisierten Suspension durch Zugabe eines kationischen, oberflächenaktiven Mittels und optionalen Additiven, um das Aggregat zu bilden, die Koaleszenz der Aggregate durch Erhitzen der Aggregate oberhalb einer Glasübergangstemperatur des Polyesterharzes, um polymere Mikrokügelchen zu bilden, und optional die Isolierung dieser polymeren Mikrokügelchen.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung von Mikrokügelchen bereit, das die Bildung von geeigneten Partikeln (polymere Mikrokügelchen) in einem Emulsions-/Aggregationsverfahren umfasst und wobei anschließend die gebildeten Partikel einer geeigneten Behandlung unterworfen werden, was die Verwendung der Mikrokügelchen in der gewünschten biomedizinischen oder einer anderen Anwendung ermöglicht.
Nach einer Ausführungsform umfassen die Partikel Emulsions/Aggregations (E/A)-Partikel, das heißt, Partikel, die durch die bekannte Emulsions-/Aggregationstechnik hergestellt wurden. Die Hauptvorteile von E/A Partikel als die polymeren Mikrokügelchen bestehen darin, dass die E/A Partikel eine sehr enge Partikelgrößenverteilung besitzen, eine mehr einheitliche Bewegung und Eigenschaften der Partikel bereitstellen, die Wahrscheinlichkeit einer Agglomeration während der Verwendung geringer ist, und eine minimale Partikelgrößenklassifizierung nach ihrer Bildung aufweisen. Die E/A Verfahren sind insbesondere geeignet für die Herstellung von Mikrokügelchen mit einer engen Partikelgrößenverteilung, da die Verfahren für die Bildung von Mikrokügelchen eines gewünschten Größenbereiches wirksam sind. Ein anderer Vorteil der E/A Partikel ist ihre Fähigkeit, einfach Additive in die Mikrokügelchen einzulagern, wie Färbemittel (konventionelle, fluoreszierende oder ähnliches), magnetische und/oder superparamagnetische Materialien, etc. Das E/A Verfahren stellt ferner ein größeres Maß an Flexibilität bei der Bildung von gewünschten Mikrokügelchen bereit, da das E/A Verfahren den Bereich an Harztypen, die verwendet werden können, erweitert und die Möglichkeit bereitstellt, mit Harzen zu starten, die funktionelle Gruppen aufweisen oder die einfach durch Reaktionen an der Oberfläche der Mikrokügelchen nach deren Formung gebildet werden können.
Die Emulsions-/Aggregationsverfahren für die Herstellung von Partikel, bei denen die Partikel über eine Aggregation im Gegensatz zu einer Partikelgrößenreduktion erzielt werden, sind gut bekannt. Solche E/A Verfahren umfassen im Allgemeinen zum Beispiel die Schritte der Emulsion, Aggregation, Koaleszenz, Waschen und Trocknen. Das E/A Verfahren ist nicht besonders auf die Anwendung von bestimmten Polymeren für Tonerpartikel beschränkt, obgleich Polyester und Polymere auf Acrylbasis zur Verwendung bei dem Verfahren geeignet sind, wobei die Verwendung von Polyester ferner den Vorteil aufweist, dass sie keine oberflächenaktiven Mittel bei der Herstellung der Partikel erfordern. Fluorpolymere können auch verwendet werden, da diese Polymere ausgezeichnete Ladungseigenschaften in Kohlenwasserstoffen zeigen.
E/A Partikel können so hergestellt werden, dass sie über eine geeignete kleine Größe verfügen, zum Beispiel in der Größenordnung von 0,5 bis 20 Mikron oder von 1 bis 10 Mikron, und zwar mit einer ausgezeichneten Partikelgrößenverteilung im Vergleich zu der verstreuten Verteilung, die in typischer Weise bei Polymerpartikel vorliegt, die durch Mahltechniken hergestellt werden. Die E/A Partikel können auch spezifische Oberflächenbehandlungen und Formen aufweisen in Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen, was bei verschiedenen Anwendungen wichtige Parameter sein können.
Bei den Ausführungsformen gemäß der Erfindung kann jedes geeignete Polymermaterial für die Bildung der polymeren Mikrokügelchen verwendet werden. Das spezifische verwendete Polymer kann zum Beispiel abhängig sein von verschiedenen Überlegungen, wie die Kompatibilität mit dem Emulsions-/Aggregationsverfahren, Kompatibilität mit dem biologischen Gewebe, physikalische Eigenschaften, chemische Eigenschaften und ähnliches. Beispiele für Polymerharze, die für das Verfahren und die Partikel gemäß der Erfindung ausgewählt werden, umfassen Polyester, Polystyrol, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polystyrol-Butadien, Polystyrol-Methacrylat, Polystyrol-Acrylat, Mischungen davon und ähnliches.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung umfassen die geeigneten Polymermaterialien auch funktionalisierte Polymere, das heißt, Polymere die bereits funktionelle Gruppen aufweisen, wobei diese funktionellen Gruppen ihrerseits für die Verwendung in den gebildeten polymeren Mikrokügelchen vorhanden und verfügbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Emulsion durch Rühren einer Mischung von einem oder mehreren, optionalen, nicht ionischen, oberflächenaktiven Mittels, eines optionalen, anionischen, oberflächenaktiven Mittels und einem Monomer zur Bildung der polymerisierten Partikel in Wasser gerührt. Wenn mehr als ein Monomer verwendet wird, oder wenn eine Monomer- oder Polymerspezies als Samen für das Polymerisationsverfahren verwendet wird, kann die Polymerisation der Monomere oder der Polymere in einer Weise stattfinden, dass das Monomer oder die Polymerpartikel durch Erhitzen von Umgebungstemperatur auf 80°C eingebettet oder auf andere Weise eingelagert werden. Die Harzpartikel in der Emulsion werden mit einem durchschnittlichen Volumendurchmesser von 0,02 bis 1,2 Mikron gebildet, wobei sie alle Unterbereiche und einzelne Werte innerhalb des Bereiches von 0,02 bis 1,2 Mikron umfassen. Die erzielte Harzemulsion, die in typischer Weise 20 bis 60% Feststoffe enthält, wird dann vorzugsweise mit Wasser auf etwa 15% Feststoffgehalt verdünnt.
Als nächstes können ein oder mehrere optionale Additive der Harzemulsion zugesetzt werden, die in die gewünschten polymeren Partikel eingelagert werden. Geeignete Additive können zum Beispiel Färbemittel, magnetische Materialien, superparamagnetische Materialien, bioaktive Mittel, etc., umfassen.
Zum Beispiel kann ein Färbemittel oder mehrere Färbemittel, wie Pigmente oder Farbstoffe, der Harzemulsion in einer Menge von weniger oder gleich 65% der Partikelfeststoffe und vorzugsweise von 0,5% bis 65% der Partikelfeststoffe zugesetzt werden. Die Färbemittel können so vorbehandelt sein, dass sie an die Harzpartikel gemäß der Erfindung binden. Alternativ können die Färbemittel ganz oder teilweise in den Harzpartikel eingebettet sein. Die erzielte Mischung kann optional unter Verwendung eines Brinkman- oder IKA- Homogenisators dispergiert werden.
Ein oder mehrere bioaktive Mittel, wie Medikamente, können der Harzemulsion in einer Menge von weniger als oder gleich 65% der Partikelfeststoffe und vorzugsweise von 0,5% bis 65% der Partikelfeststoffe zugesetzt werden. Wie bei den Färbemitteln, können auch die bioaktiven Mittel so vorbehandelt sein, dass sie an die Harzpartikel der Erfindung binden. Alternativ können die bioaktiven Mittel in die Harzpartikel ganz oder teilweise eingebettet werden. Die erzielte Mischung kann optional unter Verwendung eines Brinkman- oder IKA- Homogenisators dispergiert werden.
Wenn solche Additive in die Harzemulsion eingebaut werden, kann eine optionale Ausflockung der Emulsion durchgeführt werden, um die Herstellung der polymeren Mikrokügelchen zu unterstützen. Die optional ausgeflockte Harz-Additiv-Mischung wird dann in geeigneter Weise homogenisiert, zum Beispiel bei 2.000 bis 6.000 Umdrehungen pro Minute, um statisch gebundene, zusammengesetzte Aggregationspartikel zu formen, die dann auf eine geeignete Temperatur, zum Beispiel auf 60 bis 95°C, und für einen geeigneten Zeitraum von zum Beispiel 60 bis 600 Minuten erhitzt werden, um polymere Partikel (Mikrokügelchen) mit einer kontrollierten, engen Größenverteilung herzustellen. Gemäß der Erfindung können die polymeren Mikrokügelchen einen geeigneten durchschnittlichen Volumendurchmesser von zum Beispiel 0,5 bis 25 Mikron oder von 1 bis 15 oder 20 Mikron, oder von 2 oder 3 bis 10 oder 15 Mikron aufweisen. Die polymeren Mikrokügelchen haben eine geometrische Standardverteilung von weniger als 1,3, vorzugsweise von weniger als 1,25 oder weniger als 1,20.
Wie oben erwähnt, kann jede geeignete Monomer- oder Polymerspezies, wie gewünscht, verwendet werden. Spezifische Beispiele für nicht ionische Monomere umfassen Styrol, Alkyl-substituierte Styrole, halogenierte Styrole, halogenierte Alkyl-substituierte Styrole und ähnliches.
Beispiele für die zusätzlichen, nützlichen Monomere umfassen nicht ionische Diolefin- oder Dien-Monomere, wie Butadien, substituierte Butadiene, Isopren, Mycerin, Alkyl-substituiertes Isopren, Mischungen davon und ähnliches.
Falls gewünscht und auf Basis der beabsichtigen Verwendung der polymeren Mikrokügelchen können ein oder mehrere Monomere oder Polymere bei dem Polymerisationsverfahren verwendet werden. Wenn dies so angewandt wird, kann das erzielte Harzlatex Homopolymere, Copolymere oder Polymere höherer Ordnung (Terpolymere und ähnliches) umfassen. Wenn Copolymere oder Terpolymere vorhanden sind, können diese Polymere Blockpolymere, Pfropfpolymere, zufällige Polymere oder ähnliches oder Kombinationen davon sein.
Im Allgemeinen umfassen nützliche Färbemittel oder Pigmente Kohleschwarz, Magnetit oder Mischungen davon, Cyan, Gelb, Magenta oder Mischungen davon, oder Rot, Grün, Blau, Braun oder Mischungen davon. Typische nützliche Färbemittel oder Pigmente sind in einer wirksamen Menge von zum Beispiel 1 bis 65 Gewichtsprozent, von 1 bis 25 Gewichtsprozent oder von 3 bis 10 Gewichtsprozent vorhanden. In Ausführungsformen nach der Erfindung kann es ferner möglich sein, niedrigere Mengen der Färbemittel zu verwenden, wie von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent oder von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent.
Zusätzliche, nützliche Färbemittel umfassen Pigmente in Dispersionen auf Wasserbasis, wie solche, die kommerziell verfügbar sind von Sun Chemical und Clariant.
Andere nützliche Färbemittel umfassen Magnetite und oberflächenbehandelte Magnetite.
Beispiele für das oberflächenaktive Mittel, welches den Aggregaten vor Beginn der Koaleszenz zugesetzt werden kann, sind anionische Tenside oder eine wirksame Menge des anionischen oder nicht ionischen Tensides, das bei der Koaleszenz verwendet wird, um die Aggregatgröße gegen ein weiteres Wachstum mit der Temperatur zu stabilisieren. Die wirksame Menge liegt bei etwa 0,01 bis 10 Gewichtsprozent und vorzugsweise bei 0,5 bis 5 Gewichtsprozent der Reaktion. Zusätzliche Verfahren für die Stabilisierung der Aggregatgröße umfassen das Anheben des pH's der Emulsion auf über 6, wie zum Beispiel durch Zugabe von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid.
Farbstoffe, die für das nackte Auge nicht sichtbar sind, die aber durch Exposition mit einer Strahlung außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereiches (wie ultraviolette Strahlung oder Infrarotstrahlung) detektierbar sind, sind auch geeignet.
Zusätzlich können geeignete Färbemittel, die bei der Erfindung verwendet werden können, ein oder mehrere fluoreszierende Färbemittel umfassen, die Pigmente, Farbstoffe oder Mischungen von Pigmenten und Farbstoffen darstellen können.
Geeignete fluoreszierende Farbstoffe umfassen Rhodamine, Fluoreszeine, Coumarine, Naphthalimide, Benzoxanthene, Acridine, Azos und ähnliches.
Wie oben erwähnt, können auch magnetische und/oder superparamagnetische Materialien verwendet werden. Solche magnetischen Materialien können den polymeren Mikrokügelchen magnetische und/oder superparamagnetische Eigenschaften verleihen für Färbemitteleigenschaften oder ähnliches. Geeignete magnetische und/oder superparamagnetische Materialien, die bei der Erfindung verwendet werden können, umfassen Magnetite, Ferrite und ähnliches. Beispiele für geeignete Materialien umfassen eine Mischung von Eisenoxiden, Bariumferritpulver, Strontiumferritpulver, Barium-Strontiumferritpulver, Pulver auf Basis von SmCo₅, Pulver auf Basis von Sm₂Co₁₇, Pulver auf Basis von Nd₂Fe₁₄B, Pulver auf Basis von Sm₂Fe₁₇N₃, (NdDy)₁₅Fe₇₉B₆, Legierungen von 33Ne66Fe 1B, abgeschrecktes magnetisches Pulver auf Basis von Nd-Fe-B, Ferritpartikel und ähnliches. Andere geeignete magnetische und/oder superparamagnetische Materialien können auch verwendet werden. Die magnetischen und/oder superparamagnetischen Materialien können in den polymeren Mikrokügel-chen in allen wirksamen Mengen vorliegen, wie 10 Gewichtsprozente bis 75 Gewichtsprozente der polymeren Mikrokügelchen. Vorzugsweise ist das magnetische und/oder superparamagnetische Material in einer Menge von 30 bis 55 Gewichtsprozent der polymeren Mikrokügelchen vorhanden.
Beispiele für geeignete Kettenüberträger, die bei den Verfahren der Erfindung verwendet werden können, umfassen Dodecanthiol, Tetrabromkohlenstoff und ähnliches, die verwendet werden können, um die Molekulargewichtseigenschaften des Polymers zu steuern, wenn die Emulsionspolymerisation durchgeführt wird. Eine wirksame Menge eines Kettenüberträgers, die im Allgemeinen verwendet wird, liegt beispielsweise bei 0,005 bis 10 Gewichtsprozent oder von 0,01 bis 5 Gewichtsprozent oder von 0,1 bis 3 Gewichtsprozent.
Beispiele für optionale, nützliche Radikalinitiatoren umfassen Initiatoren des Azotyps. Eine wirksame Menge eines Initiators liegt im Allgemeinen innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent der Reaktionsmischung.
Zusätzlich zu den oben spezifisch identifizierten Monomeren und Polymeren sind die Verfahren nach der Erfindung auch anwendbar auf polymere Mikrokügelchen, die aus Polyesterharzen, wie sulfonierte Polyesterharze, hergestellt sind.
Bei solchen Polyesteremulsions-/Aggregationsverfahren kann das Polyester erzielt werden aus der Schmelzveresterung einer Dicarbonsäure oder einer Diesterkomponente mit einer Diolkomponente und optional einem sulfonierten, difunktionellen Monomer sowie unter Verwendung eines Polykondensationskatalysators. Die Dicarbonsäure- und/oder Diesterkomponenten sind im Allgemeinen in einer Menge von 42 bis 49,5 Molprozent des Polyesters vorhanden. Die Diolkomponente liegt im Allgemeinen in einer Menge von 50 Molprozent des Polyesterharzes vor. Das sulfonierte, difunktionelle Monomer, wenn vorhanden, liegt im Allgemeinen in einer Menge von 0,5 bis 8 Molprozent des Polyesters vor. Der Polykondensationskatalysator liegt im Allgemeinen in einer Menge von 0,01 bis 0,1 Molprozent des Polyesters vor.
Das Emulsions-/Aggregationsverfahren zur Bildung von polymeren Polyester-Mikrokügelchen umfasst im Allgemeinen die Erzielung oder die Bildung des Polyesterharzes, gefolgt von (a) Dissipieren des Polyesterharzes in Wasser durch Erhitzen bei 60°C bis 120°C unter Mischen für 1 Minute bis 1 Stunde, um so suspendierte Polyesterpartikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,01 bis 2 Mikron zu erzeugen, (b) anschließender Zugabe zu der erzielten Emulsionssuspension von einem optionalen Pigment oder einer anderen additiven Dispersion, wie in einer wässrigen Mischung, die ein gegenionisches Metallsalz enthält, und Erzielung der Aggregation und Koaleszenz der Harzpartikel und des optionalen Pigmentes oder des Additivs von 3 bis 21 Mikron, wodurch polymere Mikrokügelchen mit einem gewünschten, durchschnittlichen Partikelvolumendurchmesser bereitgestellt werden, und (c) Abkühlen der Mischung auf Umgebungstemperatur, 3 bis 6-maliges Waschen mit Wasser und Trocknen des Produktes durch bekannte Verfahren, wie Wirbelbetttrockner.
Falls gewünscht, können die polymeren Mikrokügelchen optional bekannte Ladungsadditive in geeigneten wirksamen Mengen von zum Beispiel 0,1 bis 5 Gewichtsprozent umfassen. Solche Ladungsadditive sind bei der Verwendung in elektrostatographischen, bildgebenden Tonerzusammensetzungen gut bekannt.
Nachdem die polymeren Mikrokügelchen gebildet worden sind, können sie aus der Reaktionsmischung durch geeignete Mittel isoliert werden. Geeignete Isolierungsverfahren sind Filtration, Partikelklassifizierung und ähnliches.
Alternativ können die gebildeten, polymeren Mikrokügelchen gewaschen und mit bekannten Mitteln getrocknet werden.
Die polymeren Partikel können anschließend einer optionalen chemischen Oberflächenbehandlung unterworfen werden. Die polymeren Partikel können zum Beispiel jeder gewünschten Oberflächenbehandlung unterworfen werden, um die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der Partikel zu verändern, wie die Hydrophobie, die Hydrophilie, die Oberflächenladung und ähnliches, oder um funktionelle Gruppen an die Oberfläche der Mikrokügelchen zu binden oder zu verändern.
Oberflächenadditive, die optional den polymeren Mikrokügelchen zugesetzt werden können, umfassen zum Beispiel Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale Kieselerden, Metalloxide, wie Titan, Mischungen davon und ähnliches, normalerweise vorliegend in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent. Zusätzliche Additive umfassen Zinkstearat in einer Menge von 0,1 bis 2% und Silika in Mengen von 0,1 bis 5%, die während des Aggregationsverfahrens zugesetzt oder in das gebildete Produkt eingemischt werden können.
Die gebildeten polymeren Mikrokügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung können auch oder alternativ, teilweise oder insgesamt, zum Beispiel zu 100%, oberflächenhalogeniert werden, um die olefinischen Doppelbindungen durch eine elektrophile Additionsreaktion in dem Kettenrückrat des Oberflächenpolymers und in den Seitengruppen in die entsprechende halogenierte Kohlenwasserstofffunktionalität zu verwandeln. Die Oberflächenhalogenierung der polymeren Mikrokügelchen gewährleistet weiter die Steuerung von einer Reihe von rheologischen Eigenschaften, die von den Copolymerharzen erzielt werden können. Die Oberflächenhalogenierung wird mit einer gasförmigen Mischung oder einer Flüssigkeitslösung mit einer wirksamen Menge von 0,01 bis 5 molaren Doppelbindungsäquivalenten von Halogengas oder der in Wasser gelösten Halogenflüssigkeit erzielt oder mit einem organischen Lösungsmittel, zum Beispiel Chlorgas, flüssiges Brom, oder kristallines Iod, das in einem Lösungsmittel gelöst ist, wie ein aliphatischer Alkohol, zum Beispiel Ethanol, der die Größe oder die Form der polymeren Mikrokügelchen nicht auflöst oder wesentlich verändert.
Wenn reaktivere Halogene, wie Fluor, verwendet werden, kann ein inertes Trägergas als Verdünnungsmittel ausgewählt werden, zum Beispiel 0,1 bis 98 Volumenprozent des inerten Gases relativ zu dem reaktiven Halogengas, um das Maß der Reaktion und die Temperatur zu bremsen und die Korrosivität des Halogenierungs-/Einbettungsverfahrens zu steuern.
Eine Vielzahl von gleichwertig nützlichen Halogenierungsmittel ist bekannt, welche die äquivalenten Reaktionsprodukte mit olefinischen Doppelbindungen, wie die oben erwähnten, zweiatomigen Halogene, erzielen.
Die oben erwähnte Halogenierung kann als eine Additionsreaktion durchgeführt werden. Dies bedeutet zum Beispiel, dass das Halogen mit dem Polymerharz reagiert und in dieses diffundiert, wodurch eine Hülle ausgebildet wird. Die Hülle kann eine unterschiedliche effektive Dicke haben, die aber im Allgemeinen bei etwa 1 Mikron oder weniger und insbesondere bei 0,1 bis 1 Mikron in den Ausführungsformen vorliegt. Typische Mengen von verbrauchtem Halogen umfassen zum Beispiel 0,1 bis 1 g Halogen pro 100 g Polymerharz.
Andere funktionelle Gruppen können auf der Oberfläche der polymeren Mikrokügelchen vorhanden sein, wobei diese funktionellen Gruppen entweder direkt in dem Polymermaterial, das von dem Polymerisationsverfahren abstammt, vorliegt, oder durch Oberflächenmodifikation der gebildeten Mikrokügelchen. Verschiedene Verfahren zur Bildung von solchen funktionellen Gruppen sind im Stand der Technik bekannt. Solche funktionellen Gruppen können modifiziert sein, um eine schnelle Anheftung der biologischen oder anderen Materialien zu ermöglichen. Alternativ können die funktionellen Gruppen mit Materialien reagieren, die ihrerseits als Koppler zu biologischen Materialien, Liganden oder anderen Materialien dienen.
Hydroxylgruppen können zum Beispiel mit Sulfonylchloriden reagieren, um einen nukleophilen Angriff durch Amine, Alkohole und ähnliches zu ermöglichen. Der Aminteil eines Proteins kann reagieren und zu einer Anheftung des Proteins an die Oberfläche der Mikrokügelchen führen. Alkohole können einer Veresterung unterliegen, um reaktive funktionelle Gruppen zu binden, an die biologische oder andere Materialien gebunden werden können. Primäre Amine können zu Amiden, Säuren oder Sulfonaten umgewandelt werden, die geeignete funktionelle Gruppen für weitere Manipulationen besitzen. Chlormethylgruppen können zu Aminen, Ether, Aldehyden und Thiolen umgewandelt werden, die an biologische oder andere Materialien durch bekannte Verfahren gebunden werden können. Carbonsäuren können zu Ester oder Amiden umgewandelt werden und können oft direkt mit Proteinen reagieren. Estergruppen können einer Umesterung unterliegen. Aminogruppen können an Proteine mit Glutaraldehyd koppeln. Epoxygruppen, die durch vorherige Manipulationen (oder andere) eingeführt wurden, können schnell mit biologischen Materialien reagieren, um eine Bindung zu ermöglichen. Andere geeignete Gruppen können die Partikel mehr hydrophob machen.
Falls gewünscht, können selbstverständlich zwei oder mehr unterschiedliche Oberflächenbehandlungen oder Modifikationen an dem gleichen Mikrokügelchen durchgeführt werden. Solche multiplen Oberflächenbehandlungen oder Modifikationen können zum Beispiel vorteilhaft sein, um multiple unterschiedliche Materialien zu binden oder um multiple Funktionalitäten der Mikrokügelchen bereitzustellen.
Die polymeren Mikrokügelchen, die gemäß der Erfindung hergestellt werden, können für eine große Zahl an Anwendungen benutzt werden. Die Mikrokügelchen sind insbesondere nützlich für biologische und medizinische Zwecke. Demgemäß sind die polymeren Mikrokügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise biokompatibel. Mit biokompatibel ist gemeint, dass die polymeren Mikrokügelchen und die Additive nicht zerstörerisch für gesundes lebendes Gewebe, zumindest jenseits jedes gewünschten und beabsichtigen Effektes, über die Lebenszeit, welche die polymeren Mikrokügelchen in Kontakt mit oder in der Nähe von solchen biologischen Geweben vorliegen, sind. Wenn die polymeren Mikrokügelchen ex vivo verwendet werden, ist eine solche Biokompatibilität jedoch nicht notwendig.
Die hier beschriebenen Mikrokügelchen können als Größenstandards für analytische Zwecke verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Mikrokügelchen aus biologisch abbaubaren, biokompatiblen Polymeren und enthalten ein bioaktives Mittel, das darin dispergiert vorliegt. Das bioaktive Mittel kann innerhalb der Polymerphase gelöst sein oder als diskrete, feste Partikel dispergiert sein.
Mikrokügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung können auch verwendet werden für die Embolisierung, einschließlich der voroperativen Embolisierung von Hemangioblastomen.
Die Erfindung zielt auch auf die Verwendung der Mikrokügelchen, um die Rate des Blutflusses zu messen.
Einheitlich große Mikrokügelchen können auch verwendet werden, um ein bioaktives Mittel an einen zu behandelnden Gegenstand zu liefern. Solche therapeutischen Mikrokügelchen können entweder durch Einlagerung eines bioaktiven Arzneistoffes in die Mikrokügelchen oder durch Bindung eines bioaktiven Arzneistoffes an die Oberflächen der Mikrokügelchen hergestellt werden. Beispiele für geeignete bioaktive Mittel umfassen antiproliferative Mittel, Steroide, Analgetika, narkotische Antagonisten, Antibiotika, Antipilzmittel, Antihistamine, Antiasthmatika, Betablocker und Krebsmittel. Ferner können radioaktiv markierte Mikrokügelchen für therapeutische Zwecke verwendet werden.
Ein geeignetes, bioaktives Mittel für die Einlagerung in ein Mikrokügelchen sollte einen Löslichkeitsparameter nahe an dem des Polymers haben, welches zur Herstellung des Mikrokügelchens verwendet wurde. Auf diese Weise kann das gleiche Lösungsmittel verwendet werden, um das bioaktive Mittel und das Polymer zu lösen und um eine homogene Lösung herzustellen.
Solch eine Präferenz hinsichtlich der Löslichkeit ist jedoch nicht anwendbar auf therapeutische Mikrokügelchen, die ein an der Oberfläche gebundenes, bioaktives Mittel umfassen. Für die Bindung an die Oberflächen der Mikrokügelchen sind zum Beispiel Polypeptide, wie pharmakologisch aktive Peptide, Antigene und Antikörper geeignet. Zur erläuternden Darstellung sei auf die Herstellung von Mikrokügelchen verwiesen, die ein infektiöses Antigen für die Impfung tragen.
Mikrokügelchen können auch derart hergestellt werden, dass sie bioaktive Mittel, die innerhalb der Mikrokügelchen vorliegen und die an der Oberfläche gebunden sind, umfassen. Antikörper oder Antikörperfragmente können zum Beispiel an eine Oberfläche der Mikrokügelchen gebunden sein, um die Zielabgabe für ein anderes bioaktives Mittel darzustellen, das innerhalb der Mikrokügelchen vorliegt.
Mikrokügelchen können ferner in einem zweiten Polymer eingelagert sein. Dies bedeutet, dass einheitlich große Mikrokügelchen in einem Gel oder einer Viskosenlösung dispergiert sind oder in einem festen, biologisch abbaubaren Polymergerüst dispergiert vorliegen.
Therapeutische Mikrokügelchen können einem Ziel über transdermale, orale, nasale, Lungen-, Augen- oder parenterale Routen zugeführt werden. Beispiele für parenterale Routen umfassen eine intramuskuläre, intratumorale, intraarterielle und intravenöse Verabreichung. Da die therapeutischen Mikrokügelchen sowohl für die menschliche Therapie als auch für tierische Zwecke verwendet werden können, umfassen geeignete Objekte sowohl den Menschen wie auch nicht menschliche Tiere.
Mikrokügelchen, die ein bioaktives Mittel umfassen, können auch in einer Reihe von landwirtschaftlichen Anwendungen verwendet werden.
Kontrollierte Freisetzungssysteme für die Freisetzung von Makromolekülen aus einer Polymermatrix wurden als wirksam für viele Anwendungen beschrieben. Polyethylenvinylacetat (EVA) wurde für diese Verwendung zum Beispiel untersucht und kann als das Polymer in den Zusammensetzungen gemäß der Erfindung verwendet werden. EVA wurde bei verschiedenen Zuführungssystemen für verschiedene Makromoleküle, wie Heparin, Enzyme und Antigene, verwendet. Der Mechanismus der kontrollierten Freisetzung von Makromolekülen aus nicht abbaubaren Polymeren umfasst die wässrige Diffusion des Makromoleküls durch ein Netzwerk an miteinander verbundenen Kanälen, die innerhalb des Polymers zum Zeitpunkt der Einlagerung des Makromoleküls entstehen.
Um diese Verwendungen zu erzielen, können die polymeren Mikrokügelchen verarbeitet werden, um geeignete biologische oder medizinische Materialien an die Oberflächen der Mikrokügelchen zu binden. Solche biologischen Materialien umfassen Materialien, die für spezifische therapeutische, diagnostische, analytische oder experimentelle Zwecke dienen und die radioaktive, biologische und Ligandenmaterialien umfassen. Die biologischen Materialien können auch an die Oberfläche der Mikrokügelchen durch kovalente Bindung, Komplexierung, physikalische Adsorption, physikalische Absorption, etc., gebunden werden.
Im Fall von radiomarkierten oder radioaktiven, polymeren Mikrokügelchen kann die radioaktive Komponente in die Mikrokügelchen eingebaut werden oder sie kann dem gebildeten Mikrokügelchen zugeführt werden, wie gewünscht. Wenn die radioaktive Komponente in das Mikrokügelchen selbst eingelagert wird, ist es günstig, das radioaktive Material der Emulsion während des Herstellungsverfahrens hinzuzufügen. Die radioaktive Komponente kann, falls gewünscht, ein Material sein, das selbst radioaktiv ist, oder es kann ein radioaktives Vorläufermaterial sein, das bei Exposition mit einer geeigneten Initiationsquelle radioaktiv wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die radioaktive Komponente des Mikrokügelchens so gewählt, dass bei Administration in einem Patienten die radioaktiven Mikrokügelchen eine therapeutische Intensität und Menge von kurz wirkender (zum Beispiel eine Penetration in das Gewebe im Bereich von wenigen Millimetern oder weniger) Beta- oder Gamma-Strahlung aussendet, wobei aber keine signifikante Menge von unerwünschter Beta- oder Gamma-Strahlung emitiert wird, welche einen negativen Effekt auf das gesunde Gewebe haben könnte, welches um das kanzeröse oder tumortragende Gewebe vorliegt. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Komponenten der polymeren Mikrokügelchen so ausgewählt werden, dass die strahlungsemitierenden Radioisotope die einzigen Isotope sind, die eine signifikante Menge von Strahlen über einen relativ kurzen Zeitraum, zum Beispiel im Bereich von 1 Woche oder weniger, emitieren können.
Die verbleibenden, aufbauenden Elemente der polymeren Mikrokügelchen gemäß der Erfindung werden vorzugsweise so ausgewählt, dass die Mikrokügelchen keine signifikante Menge von Elementen enthalten, die einen großen Wirkungsquerschnitt für Neutronen haben. Ein Beispiel für solch ein Element, das einen großen Wirkungsquerschnitt für Neutronen besitzt, ist Bor, welches einen Querschnitt von 3837 Barns besitzt. Die Mikrokügelchen enthalten vorzugsweise keine signifikante Menge an Elementen mit einem Wirkungsquerschnitt für Neutronen von mehr als 200 Barns.
Im Falle von polymeren Mikrokügelchen, die ein biologisches Material enthalten, kann ein oder mehrere biologische Materialien in das Mikrokügelchen eingelagert werden oder dem gebildeten Mikrokügelchen, falls gewünscht, zugeführt werden. Wenn die Einlagerung in das Mikrokügelchen selbst erfolgt, ist es günstig, das bioaktive Material während des Herstellungsverfahrens der Emulsion hinzuzufügen.
Gemäß der Verwendung in dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck ein bioaktives Material oder ein bioaktives Mittel auf Materialien, die einen therapeutischen Effekt zeigen, wenn sie biologischen Geweben, Organen, Flüssigkeiten oder ähnliches zugeführt werden oder auf andere Weise ihnen ausgesetzt werden.
Bioaktive Materialien oder bioaktive Mittel beziehen sich somit auf alle Materialien, die Medikamente umfassen, sowie auf andere aktive Mittel, die biologische Mittel, Organe, Flüssigkeiten oder ähnliches beeinflussen.
Beispiele für solche bioaktive Materialien umfassen somit Antibiotika, antimikrobielle Mittel, antiseptische Mittel, Bakteriozine, Bakteriostate, Desinfektionsmittel, Steroide, analgetische Mittel, Fungizide, entzündungshemmende Mittel, antibakterielle Mittel, antivirale Mittel, Antitumormittel, Wachstumsförderer und Mischungen davon. Bevorzugte bioaktive Materialien sind USP zugelassen oder monographiert.
Im Falle von polymeren Mikrokügelchen, die einen oder mehrere Liganden umfassen, kann in ähnlicher Weise der Ligand in dem Mikrokügelchen vorliegen oder kann, falls gewünscht, dem gebildeten Mikrokügelchen zugeführt werden. Wenn die Liganden in oder an den Mikrokügelchen vorliegen, kann der Ligand vorzugsweise dem Material der Emulsion während des Herstellungsverfahrens zugesetzt werden, wobei es aber bevorzugt ist, die Liganden nach Bildung der Mikrokügelchen auf den Oberflächen der Mikrokügelchen hinzuzufügen.
Geeignete Liganden, die an die polymeren Mikrokügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung gebunden werden können, umfassen alle bekannten Liganden. Geeignete Liganden umfassen somit zum Beispiel Proteine, Enzyme, Analyte, Antigene, Antikörper, etc. Solche Materialien können mittels Absorption oder Adsorption an die Oberfläche der Mikrokügelchen gebunden werden.
Geeignete Antigene können von einer Zelle, einem Bakterium, einem Viruspartikel oder einem Teil davon abstammen. Das Antigen kann ein Protein, Peptid, Polysaccharid, Glycoprotein, Glycolipid, Nukleinsäure oder eine Kombination davon sein, die eine Immunreaktion in einem Tier, einschließlich Säugetier, Vögel und Fischen, hervorrufen. Die Immunantwort kann eine humorale Immunantwort oder eine zellübertragende Immunantwort sein. In einigen Ausführungsformen ist es wünschenswert, ein zusätzliches Adjuvans neben dem Antigen vorzusehen. Andere geeignete Antigene können selbstverständlich auch verwendet werden.
Beispiele von bevorzugten Antigenen umfassen virale Proteine, wie Influenzaproteine, HIV-Proteine des menschlichen Immunschwächevirus, Proteine von Haemophilus influenza, Hepatitis B-Proteine und bakterielle Proteine und Lipopolysaccharide, wie gramnegative Bakterienzellwände und Proteine von Neisseria gonorrhea.
Unabhängig davon, ob die Mikrokügelchen gemäß der Erfindung im Wesentlichen hohlraumfrei sind, Mikrohüllen oder mehrere Hohlraumzellen haben, ist es bevorzugt, dass die Mikrokügelchen im Wesentlichen kugelförmig sind, das heißt, sie haben keine scharfen Kanten oder Punkte, welche die Mikrokügelchen veranlassen würden, sich an einen anderen Ort als gewünscht anzulagern. In diesem Zusammenhang werden elipsoide oder ähnlich geformte Partikel, die keine scharfen Kanten oder Punkte haben, als im Wesentlichen kugelförmig in der Form angesehen.
Beispiel 1

1. Aggregation von Styrol/Butylacrylat/Acrylsäure-Latex.
2. Pigmentdisperion: 7 g Trockenpigment SUN FAST BLUE^TM und 1,46 g des kationischen Tensides SANIZOL B-50^TM werden in 200 g Wasser bei 4.000 Umdrehungen pro Minute unter Verwendung eines Mischers dispergiert.

Ein polymerer Latex wird durch Emulsionspolymerisation von Styrol/Butylacrylat/Acrylsäure (82/18/2 Teile) in einer nicht ionischen/anionischen Tensidlösung (3%) wie folgt hergestellt. 352 g Styrol, 48 g Butylacrylat, 8 g Acrylsäure und 12 g Dodecanthiol werden mit 600 ml deionisiertem Wasser gemischt. Darin werden 9 g Natriumdodecylbenzolsulfonat, anionisches Tensid (NEOGEN R^TM, das 60% aktive Komponente enthält), 8,6 g Polyoxyethylennonylphenylether, nicht ionisches Tensid (ANTAROX 897^TM–70% aktive Komponente) und 4 g Ammoniumpersulfat als Initiator gelöst. Die Emulsion wird bei 70°C für 8 Stunden polymerisiert. Der erzielte Latex enthält 60% Wasser und 40% Feststoffe aus hauptsächlich Polystyrol/Polybutylacrylat/Polyacrylsäure (82/18/2)-Harz, Glasübergangstemperatur 53,1°C; Molekulargewicht = 20.000 und Kernmasse = 6.000. Die Partikelgröße des Latex beträgt 160 Nanometer.
2. Herstellung von Partikeln mit Mikrokügelchengröße – 11,7% Feststoffe –, umfassend die obigen Harzpartikel (95%) und Pigmentpartikel (5%) und geschert
Herstellung der aggregierten Partikel: 208,5 g der oben hergestellten SUN FAST BLUE^TM Dispersion werden zu 300 ml Wasser hinzugefügt, das 1,5 g des kationischen Tensides, Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid (SANIZOL B-50^TM) enthält. Diese Dispersion wird gleichzeitig mit 325 g des oben hergestellten Latex zu SD41 einer kontinuierlichen Rührvorrichtung zugefügt, die 300 g Wasser enthält. Die Pigmentdispersion und der Latex werden durch kontinuierliches Pumpen durch die Scherkammer, die bei 10.000 Umdrehungen pro Minute für 8 Minuten läuft, gut gemischt. Eine homogene Mischung wird erzielt, die dann in einen Kessel transferiert wird, der in einem Heizmantel angeordnet ist und mit einem mechanischen Rührer und Temperaturfühler ausgerüstet ist. Die Temperatur in dem Kessel wird von Raumtemperatur auf 45°C angehoben, wobei die Aggregation für 2 Stunden unter Rühren bei 4.000 Umdrehungen pro Minute durchgeführt wird. Aggregate mit einer Partikelgröße (durchschnittlicher Volumendurchmesser) von 4,7 und GSD von 1,20 werden erzielt.
Koaleszenz der aggregierten Partikel: Nach der obigen Aggregation werden 55 ml 20% anionisches Tensid (NEOGEN R^TM) hinzugefügt und die Rührgeschwindigkeit wird von 400 auf 150 Umdrehungen pro Minute reduziert. Die Temperatur in dem Kessel wird von 45°C auf 85°C mit 1°C/Minute angehoben. Die Aggregate der Latex- und Pigmentpartikel werden bei 85°C für 4 Stunden koalesziert. Nach 30-minütiger Erhitzung bei 85°C werden Mikrokügelchen mit einer Partikelgröße bei einem durchschnittlichen Volumendurchmesser von 4,7 und ein GSD von 1,20 erzielt. Nach 4 Stunden Erhitzung werden Mikrokügelchen-Partikel von 4,6 Mikron (durchschnittlicher Volumendurchmesser) mit einem 1,21 GSD erzielt, was anzeigt, dass die Partikelgröße und GSD während des Koaleszenzschrittes bewahrt werden.
Die erzielten polymeren Mikrokügelchen bestehen aus Poly(Styrol-Co-Butylacrylat-Co-Acrylsäure), 95%, und Cyanpigment, 5 Gewichtsprozent der Partikel. Die polymeren Mikrokügelchen werden unter Verwendung von heißem Wasser (50°C) durch Filtration gewaschen und in einem Gefriertrockner getrocknet. Die Ausbeute an trockenen polymeren Mikrokügelchen beträgt 95%.
Beispiel 2
Die Verfahren nach Beispiel 1 werden wiederholt, wobei aber die cyangefärbte Pigmentdispersion durch eine Dispersion von MAPICO BLACK^TM ersetzt wird, um ein magnetisches Material zu erzielen. Der polymere Latex wird wie im Beispiel 1 gebildet und wird mit 15 Gewichtsprozent der magnetischen Materialdispersion gemischt. Die Mikrokügelchen-Partikel werden hergestellt und koalesziert, wie oben beschrieben.
Die erzielten, magnetischen, polymeren Mikrokügelchen bestehen aus Poly(Styrol-Co-Butylacrylat-Co-Acrylsäure), 85%, und MAPICO BLACK^TM, 15 Gewichtsprozent der Partikel. Die polymeren Mikrokügelchen werden dann durch Filtration unter Verwendung von heißem Wasser (50°C) gewaschen und in einem Gefriertrockner getrocknet.
Beispiel 3
1. Herstellung von Polyester-Aminharz, das Asparaginsäure enthält:
Ein natriumsulfoniertes, zufälliges Polyester-Aminharz, das seitliche Amingruppen enthält und auf Molprozentbasis aus etwa 0,415 Mol Terephthalat, 0,05 Mol Asparaginsäure, 0,35 Mol Natriumsulfoisophthalat, 0,375 Mol 1,2-Propandiol, 0,025 Mol Diethylenglycol und 0,100 Mol Dipropylenglycol umfasst, wird wie folgt hergestellt.
Ein 1 Liter Parr-Reaktor, der mit einem Bodenablassventil, einem Doppelturbinenrührer und einem Destillatsammler, der ein Kaltwasserkühlrohr enthält, ausgerüstet ist, wird beladen mit 368,6 g Dimethylterephthalat, 52 g Natriumdimethyisulfoisophthalat, 13,31 g Asparaginsäure, 285,4 g 1,2-Propandiol, 285,4 g Dipropylenglycol, 26,025 g Diethylenglycol (1 Mol Überschuss aus Glycolen) und 0,8 g Butylzinnhydroxidoxid als Katalysator. Der Reaktor wird unter Rühren für 3 Stunden auf 165°C erhitzt, wodurch sich 115 g Destillat in dem Destillatsammler sammelt. Das Destillat besteht zu 98 Volumenprozent aus Methanol und zu 2 Volumenprozent aus 1,2-Propandiol. Die Mischung wird dann auf 190°C über einen Zeitraum von 1 Stunde erhitzt und anschließend wird der Druck langsam von Atmosphärendruck auf 260 Torr über einen Zeitraum von 1 Stunde reduziert und dann über einen Zeitraum von 2 Stunden auf 5 Torr reduziert, wobei etwa 122 g Destillat in dem Destillatsammler gesammelt werden. Das Destillat besteht zu etwa 97 Volumenprozent aus 1,2-Propandiol und zu 3 Volumenprozent aus Methanol. Das erzielte Polymer wird über das Bodenablassventil des Reaktors auf einen mit Trockeneis gekühlten Behälter abgelassen, wodurch 460 g eines 3,5 Molprozent Amin enthaltenden, sulfonierten Polyesterharzes, Copoly(1,2-propylen-ethylenoxyethylenterephthalat)-copoly(copoly(1,2-propylen-ethylenoxyethylennatrium-5-sulfoisophthalat-copoly(copoly(1,2-propylen-ethylenoxyethylenaspartat) erzielt werden. Die Eigenschaften des sulfonierten, Amin enthaltenden Polyesterharzes sind: Glasübergangstemperatur = 54,1°C (Beginn), Erweichungspunkt = 150,8°C, Kernmasse = 3.500 g/Mol, Molekulargewicht 5.660 g/Mol.
2. Herstellung der Mikrokügelchen-Partikel:
Polymere Mikrokügelchen werden wie folgt hergestellt von und enthalten 96 Gewichtsprozent des sulfonierten Polyesteramins und 4 Gewichtsprozent Cyan 15 : 3 Pigment.
Zu einem 3 Liter Reaktionskessel, der mit einem mechanischen Rührer ausgerüstet ist, werden sulfoniertes Polyesteraminharz (250 g) in Wasser (2 Liter) bei 80°C zugesetzt, um eine Emulsion mit darin vorliegenden Partikel zu erzielen. Die Größe des Partikeldurchmessers beträgt 70 Nanometer. Die erzielte Emulsion wird auf 50 bis 60°C abgekühlt und 23 g FLEXIVERSE CYAN 15 : 3 Pigmentdispersion werden dann hinzugefügt, verfügbar von Sun Chemical und enthaltend 45 Gewichtsprozent des Cyanpigmentes in Wasser, so dass die Gesamtmenge des Pigmentes in den polymeren Mikrokügelchen 4 Gewichtsprozent ist. Die erzielte Mischung wird auf 56°C erhitzt und dazu werden 500 ml einer 5% wässrigen Zinkacetatlösung mit einer Rate von 1 ml pro Minute hinzugegeben. Die Tonerpartikelgröße der Mischung wird erfasst, bis sie eine Größe von 6 Mikron (durchschnittlicher Volumendurchmesser) erreicht. Anschließend wird die Reaktionsmischung mit 500 ml kaltem Wasser (2°C) gelöscht. Der Inhalt des Reaktionskessels wird durch ein 25 Mikron Sieb filtriert und das Tonerprodukt wird filtriert, in 2 Liter Wasser für 1 Stunde redispergiert, ein zweites Mal refiltriert, wieder in 2 Liter Wasser aufgenommen, ein drittes Mal refiltriert und gefriergetrocknet, wobei 205 g polymere Mikrokügelchen mit einer Partikelgröße von 6 Mikron und GSD von 1,18 erzielt werden.
Beispiel 4
Die Verfahren von Beispiel 3 werden mit der Ausnahme wiederholt, dass die cyangefärbte Pigmentdispersion durch eine Dispersion von MAPICO BLACK^TM ersetzt wird, um ein magnetisches Material zu erzielen. Der Polymerlatex wird wie in dem Beispiel 3 gebildet und wird mit 15 Gewichtsprozent der magnetischen Materialdispersion gemischt. Die Mikrokügelchen-Partikel werden hergestellt und wie oben koalesziert.
Die erzielten, magnetischen, polymeren Mikrokügelchen bestehen aus Asparaginsäure enthaltendes Polyesteraminharz, 85%, und MAPICO BLACK^TM, 15 Gewichtsprozent der Partikel. Die polymeren Mikrokügelchen werden dann unter Verwendung von heißem Wasser (50°C) mittels Filtration gewaschen und in einem Gefriertrockner getrocknet.
Beispiel 5
Polymere Mikrokügelchen werden wie in den Beispielen 1–4 mit der Ausnahme hergestellt, dass eine kleine Menge einer Kombination von Yttrium-89 und Phosphor-31, die bei Bestrahlung über einen kurzen Zeitraum mit einem intensiven thermalen Neutronenfluss, der mit einem Kernspaltungsreaktor erzeugt wird, Yttrium-90 und Phosphor-32 erzeugen, den entsprechenden Pigment- oder Magnetitdispersionen zugesetzt wird.
Die erzielten polymeren Mikrokügelchen umfassen radioaktive Vorläuferkomponenten in einer Menge, die für Zwecke der radioaktiven Markierung geeignet ist. Die polymeren Mikrokügelchen zeigen die gleiche Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung, wie dies in den Beispielen 1–4 beschrieben ist.
Beispiel 6
Polymere Mikrokügelchen werden unter Verwendung der Verfahren der Beispiele 1–4 hergestellt. Nach Bildung der polymeren Mikrokügelchen werden die Mikrokügelchen verarbeitet, um ein Antigen; nämlich ein Influenzaprotein, an die Oberfläche der Mikrokügelchen zu adsorbieren.
Das Antigen bindet gut an die Mikrokügelchen und es wird ein Produkt bereitgestellt, das für die Verabreichung an einen Patienten geeignet ist.

Claims

Verfahren zur Bildung von polymeren Mikrokügelchen für biomedizinische Anwendungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bildung von polymeren Mikrokügelchen durch Emulsionspolymerisation aus Monomervorstufen, um ein Polymerharz zu bilden, gefolgt von einem Aggregationsschritt zur Bildung von polymeren Mikrokügelchen, und Behandlung der polymeren Mikrokügelchen, um ein biomedizinisches, funktionelles Material an die polymeren Mikrokügelchen zu binden, wobei die polymeren Mikrokügelchen einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser in dem Bereich von 1 bis 15 Mikron mit einer engen geometrischen Partikelgrößenverteilung besitzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die enge geometrische Partikelgrößenverteilung weniger als 1,25 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die polymeren Mikrokügelchen aus einem Polymer gebildet werden, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Polyester und Polymere auf Acrylbasis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Polyester durch Schmelzveresterung von Dicarbonsäure- oder Diester-Komponenten mit Diolkomponenten in Gegenwart eines Polykondensationskatalysators erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das biomedizinische, funktionelle Material wenigstens durch kovalente Bindung, Komplexbildung, physikalische Adsorption oder physikalische Absorption an die polymeren Mikrokügelchen gebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die polymeren Mikrokügelchen aus den Monomervorstufen und einem oder mehreren Additiven gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner eine Oberflächenbehandlung der polymeren Mikrokügelchen umfasst, die nach dem Bildungsschritt, aber vor dem Behandlungsschritt durchgeführt wird, um eine chemische Eigenschaft einer Oberfläche der polymeren Mikrokügelchen zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die chemische Eigenschaft aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Hydrophobie, Oberflächenladung und der Gegenwart von funktionellen Gruppen besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die polymeren Mikrokügelchen biokompatibel sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die polymeren Mikrokügelchen biologisch abbaubar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die polymeren Mikrokügelchen nicht biologisch abbaubar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aggregationsschritt die Aggregation des polymeren Harzes in polymere Partikel, die Koaleszenz der polymeren Partikel in polymere Mikrokügelchen, und die optionale Isolierung dieser polymeren Mikrokügelchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aggregationsschritt die Bildung einer Emulsion, welche das polymere Harz umfasst, die Koaleszenz der polymeren Mikrokügelchen, und die optionale Isolierung der polymeren Mikrokügelchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das polymere Harz ein Polyesterharz ist, vor der Aggregation das Polyesterharz in einem wässrigen Medium, das optional ein oberflächenaktives Mittel umfasst, dispergiert wird, um eine Suspension der suspendierten Partikel des Polyesterharzes bereitzustellen, und die Suspension homogenisiert wird, und wobei der Aggregationsschritt die Aggregation und die Koaleszenz der homogenisierten Suspension umfasst, indem ein kationisches Metallsalz und optionale Additive zugegeben und die Aggregate erhitzt werden, um polymere Mikrokügelchen zu bilden, wobei dieses Erhitzen bei oder nahe an einer Glasübergangstemperatur des Polyesterharzes durchgeführt wird.