三元天然聚合物粘弹性组合物.pdf

公开了一种三元天然聚合物粘弹性组合物。通过联合硫酸葡糖胺(“GS”)、透明质酸钠(“HA”)和硫酸软骨素(“CS”)，本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物可在外科手术位点处提供粘弹性试剂，所述粘弹性试剂不仅充当眼组织的保护剂，而且可充当减轻与眼外科手术有关的疼痛和炎症的试剂。本发明的实施方案可包括GS并联合已有的HA/CS粘弹性试剂。本发明的实施方案也可包括GS和CS并联合冲洗溶液。此外，为了提高在关节内施加位点处，本发明实施方案的留滞时间，下述可生物降解的聚合物也可包括在本发明组合物的实施方案内：纤维素衍生物(例如，羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等)、卡波姆、壳聚糖和胶原。

权利要求书
1.  一种三元天然聚合物粘弹性组合物，包括：
透明质酸基粘弹性试剂；
硫酸葡糖胺；和
硫酸软骨素。

2.  权利要求1的组合物，其中透明质酸基粘弹性材料是平均分子量大于750,000道尔顿和浓度为1％-3wt％的透明质酸钠水溶液。

3.  权利要求1的组合物，其中硫酸软骨素以约0.1-约7wt％的浓度存在。

4.  权利要求3的组合物，其中硫酸软骨素的浓度为约2wt％，和硫酸软骨素的平均分子量为约20,000-约80,000道尔顿。

5.  权利要求3的组合物，其中硫酸软骨素的浓度为约4wt％，和硫酸软骨素的平均分子量为约20,000-约80,000道尔顿。

6.  权利要求1的组合物，其中硫酸葡糖胺以约1％-约5.0wt％的浓度存在。

7.  权利要求6的组合物，其中硫酸葡糖胺以约4wt％的浓度存在。

8.  权利要求1的组合物，其中硫酸软骨素以约4wt％的浓度存在，硫酸葡糖胺以约1％-约4wt％的浓度存在，和透明质酸基粘弹性材料为浓度约3wt％的透明质酸钠水溶液。

9.  权利要求1的组合物，其中该组合物在玻璃体视网膜外科手术中用作玻璃体的替代品。

10.  权利要求1的组合物，其中通过关节内注射施用组合物以供关节内治疗。

11.  进行关节内治疗的方法，该方法包括：
将三元天然聚合物粘弹性组合物引入到治疗位点内，其中该三元天然聚合物粘弹性组合物包括：
透明质酸基粘弹性试剂；
硫酸葡糖胺；和
硫酸软骨素。

12.  权利要求11的方法，其中透明质酸基粘弹性材料是平均分子量大于750,000道尔顿和浓度为1％-3wt％的透明质酸钠水溶液。

13.  权利要求11的方法，其中硫酸软骨素以约0.1-约7wt％的浓度存在。

14.  权利要求13的方法，其中硫酸软骨素的浓度为约2wt％，和硫酸软骨素的平均分子量为约20,000-约80,000道尔顿。

15.  权利要求13的方法，其中硫酸软骨素的浓度为约4wt％，和硫酸软骨素的平均分子量为约20,000-约80,000道尔顿。

16.  权利要求11的方法，其中硫酸葡糖胺以约1％-约5.0wt％的浓度存在。

17.  权利要求16的方法，其中硫酸葡糖胺以约4wt％的浓度存在。

18.  权利要求11的方法，其中硫酸软骨素以约4wt％的浓度存在，硫酸葡糖胺以约1％-约4wt％的浓度存在，和透明质酸基粘弹性材料为浓度约3wt％的透明质酸钠水溶液。

19.  权利要求11的方法，其中通过关节内注射，将该组合物引入到治疗位点处。

20.  一种聚合物冲洗组合物，包括：
冲洗水溶液；
硫酸葡糖胺；和
硫酸软骨素。

21.  权利要求20的组合物，其中冲洗水溶液是选自BSS和BSS Plus中的灭菌冲洗水溶液。

22.  权利要求20的组合物，其中硫酸软骨素以约0.1-约7wt％的浓度存在。

23.  权利要求22的组合物，其中硫酸软骨素的浓度为约2-约5wt％，和硫酸软骨素的平均分子量为约20,000-约80,000道尔顿。

24.  权利要求20的组合物，其中硫酸葡糖胺以约1％-约5.0wt％的浓度存在。

25.  权利要求20的组合物，其中组合物在眼外科手术中用作冲洗溶液。

26.  进行眼外科手术的方法，该方法包括在眼睛内滴入聚合物冲洗组合物，其中该聚合物冲洗溶液包括：
冲洗水溶液；
硫酸葡糖胺；和
硫酸软骨素。

27.  权利要求26的方法，其中冲洗水溶液是选自BSS和BSS Plus中的灭菌冲洗水溶液。

28.  权利要求26的方法，其中硫酸软骨素以约0.1-约7wt％的浓度存在。

29.  权利要求28的方法，其中硫酸软骨素的浓度为约2-约5wt％，和硫酸软骨素的平均分子量为约20,000-约80,000道尔顿。

30.  权利要求26的方法，其中硫酸葡糖胺以约1％-约5.0wt％的浓度存在。

说明书三元天然聚合物粘弹性组合物
技术领域
根据35U.S.C.§119，本申请要求2004年11月23日提交的美国临时专利申请No.60/630584的优先权，其全部内容在此通过参考引入。
本发明涉及新型粘弹性组合物及其在利用粘性和/或粘弹性材料的外科领域(也称为粘性外科手术)中的用途。特别地，本发明涉及在水溶液中的聚合物材料的联用以便特别在某些环境中提高粘性外科材料的性能。本发明还涉及使用这种提高的粘弹性材料，和用于所有常规目的的类似地提高的冲洗溶液的方法，和尤其其中希望使粘弹性材料留滞的那些应用，例如在关节内和在一些眼外科操作中使用的方法。
背景技术
在外科手术中使用的粘性或者粘弹性试剂可具有许多不同的功能，其中包括，但不限于此，维护和支持软组织、组织处理、润滑、组织保护和防止粘合。已知这些试剂不同的流变学性能必然影响其行使这些功能的能力，结果它们适合于一些外科操作。参见，例如美国专利No.5273056，其内容在此通过参考引入。
许多粘性或者粘弹性试剂(下文“试剂”或“粘弹性材料(viscoelastics)”)已知用于眼外科应用：Viscoat(AlconLaboratories，Inc.)(它含有透明质酸钠和硫酸软骨素)；Provisc(Alcon)、Healon、HealonGV和Healon5(PharmaciaCorporation)、Amvisc和AmviscPlus(Bausch&Lomb，Inc.)和Vitrax(Allergan Inc.)(所有这些含有透明质酸钠)；和Cellugel(Alcon)(它含有羟丙基甲基纤维素(HPMC))。所有粘弹性材料的前述实例可在白内障外科手术中使用。由熟练的眼外科医生来使用它们用于数个目的，其中包括维持眼前房和在外科手术期间保护眼睛组织，尤其角膜的内皮细胞，和作为处理眼组织的助剂。
在眼外科手术中使用粘弹性组合物是广泛的。尽管以上所述的所有试剂可在白内障，或者其它眼睛外科手术期间使用，但每一试剂具有一些被公认的优点和缺点。例如，现有技术的粘弹性组合物主要因其在眼睛外科手术中的有益效果而打算被使用。然而，文献中充分描述了眼睛外科手术的术后并发症，且主要包括炎症与疼痛。目前外科医生通过在术前和术后使用局部类固醇，来治疗与眼睛外科手术有关的炎症。这一常规实践的一些缺点包括差的患者并发症、额外的成本和不想要的类固醇副作用。类似地，以常规的方式，例如通过口服药物治疗术后疼痛，并具有类似的缺点。
在关节治疗中使用粘弹性试剂也是本领域已知的。粘弹性关节疗法涉及关节内施加可商购的透明质酸钠粘弹性材料，例如HYLAN G-F20、SYNVISC、HYALGAN、ARTZ等。这些产品由各种分子量的透明质酸钠(“HA”)组成。认为HA影响滑液的流变学，从而产生几乎立即自由移动的感觉和遭受软骨软化和/或关节炎，尤其骨性关节炎的患者显著减轻的疼痛。然而，这些产品主要的缺点是，尽管HA是存在于人类(和其它动物)体内的，且以相对高的含量存在于关节组织和滑液内，但HA不是关节内软骨的主要物质，因此它不可能必然终止软骨变薄和关节炎的进展。HA在关节内充当润滑剂和振动吸收剂。
然而，在软骨内大量地存在硫酸葡糖胺(“GS”)，和它在健康和回弹性方面起到重要的作用。当身体变老时，它们损失一些GS和软骨内的其它物质。这最终可导致软骨变薄，和关节炎的开始与进展。GS非常快速地扩散到大多数组织和器官内，且它对联接组织(例如，软骨)和骨头具有特殊的吸引力。在一些临床研究中，表明口服剂型形式的GS显著缓解骨性关节炎症状及其进展。还认为GS可拥有抗氧化剂能力且它可对前列腺素合成具有抑制效果。
还已知硫酸软骨素(“CS”)可用于治疗疾病或者受外伤的关节。参见美国专利No.5498606。CS通过充当涂布剂，进一步保护软骨和周围关节组织。研究表明，当结合GS和CS治疗关节内疾病时具有增加的益处。GS和CS二者均有助于建造软骨，且可辅助延迟破坏软骨的酶的释放。目前在市场上存在包含GS和CS(或者单独的GS和CS)的产品作为口服复合维生素或者营养品。这些产品在临床上表明有效且安全地减轻骨性关节炎症状(例如，疼痛、炎症，和关节间距宽度的变窄)，且可以是非类固醇类消炎药物(“NSAID”)的很好替代品。然而，GS和CS的口服剂型形式的缺点是吸收差、迟后的开始作用且作用时间短。
与现有技术的聚合物联用相比，和特别地与口服剂型形式相比，HA、GS和CS联用的注射剂型形式(关节内)具有增加的益处，其中包括快速开始作用、作用持续时间延长，和更重要的是，输送所有三种天然聚合物到受影响的关节内。HA、GS和CS是天然存在的聚合物且在商业上是丰富的。
因此，仍需要一种聚合物组合物，它包括聚合物的粘弹性组合物，它不仅可在现有技术的粘弹性组合物的外科手术期间提供保护功能，而且可提供与外科手术有关的疼痛和炎症的减轻以及关节内疾病的减轻。
发明内容
本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的实施方案基本上满足这些需要和其它需要。本发明涉及通过提供改进的止痛和消炎性能的，用于进行外科手术，特别是眼外科手术，和进行治疗，特别是粘弹性关节治疗的改进的粘弹性组合物。本发明组合物的实施方案可包括天然与生物相容聚合物HA、GS和CS的结合物，以形成可用作眼内和/或关节内试剂的粘性和弹性灭菌溶液。
本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的实施方案能具有数种功能。当用于眼内外科手术时，基于其粘弹性特性，它们可作为传统的粘弹性试剂对内皮细胞提供保护。更重要的是，对于本发明的目的来说，它们也可对控制与眼外科手术有关的疼痛和炎症提供消炎和止痛作用。当用作关节内试剂时，本发明的实施方案可提供改进的骨性关节炎症状的减轻。
在文献中充分描述了眼外科手术的术后并发症，其中包括炎症和疼痛。眼外科手术期间使用粘弹性试剂提供眼内部分的保护是广泛的。通过结合GS、HA和CS，本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的实施方案可在外科手术位点处提供粘弹性试剂，所述粘弹性试剂不仅充当眼组织的保护剂，而且可充当减轻与眼外科手术有关的疼痛和炎症的试剂。本发明组合物的实施方案也可包括GS和CS与已有的冲洗溶液的联合，以提供消炎效果。作为关节内试剂，本发明的实施方案可通过替代关节组织内减少的乙酰透明质酸和软骨内减少的葡糖胺，提供患者益处，防止骨性关节炎进展。
本发明的实施方案可包括与已有的HA/CS粘弹性试剂，例如由Alcon Laboratories，Inc.of Fort Worth，Texas(“Alcon”)制造的DiscoviscTM和ViscoatTM粘弹性产品联合的GS。本发明的实施方案也可包括与冲洗溶液，例如BSSTM、BSS-PlusTM和StabIEyzTM(所有这些由Alcon制造)联合的GS和CS。此外，在本发明实施方案中，为了提高关节内施加位点处的留滞时间，下述可生物降解的聚合物也可包括在本发明的组合物的实施方案内：纤维素衍生物(例如，羟丙基甲基纤维素(“HPMC”)、乙基纤维素、羧甲基纤维素等)、卡波姆(carbopol)、壳聚糖和胶原。
本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的实施方案可提供与眼外科手术(例如，白内障或者玻璃体视网膜外科手术)有关的疼痛和炎症减轻的优点。此外，在眼外科手术期间或者之后，它们可降低或者省去对局部施加类固醇类消炎产品的需要，这可导致更好的患者顺应性和降低的副作用。对于关节内应用来说，本发明的益处包括联合三种天然聚合物HA、GS和CS的优点到单一的可注射配方内，这可促进软骨形成和修复以及减轻骨性关节炎症状。此外，这种可注射配方提供试剂的就地输送，和改进的作用开始与持续作用时间。
附图说明
通过参考下述说明，结合附图，可获得本发明及其优点的更全面理解，其中相同的参考标记表示相同的特征和其中：
图1示出了本发明的各种组合物的粘度曲线对应测试溶液的粘度曲线。
具体实施方式
尽管在眼外科手术，和特别是白内障外科手术中尤其重要，但本发明的方法和组合物可在任何粘性外科手术过程和透明质酸基粘弹性材料中使用。在白内障外科手术中，眼前房，即在虹膜和角膜内皮之间的空间用粘弹性材料填充。粘弹性材料具有两个目的：(1)维持角膜的半球形，使外科医生得到内部手术位点的无障碍视野，和(2)通过覆盖保护角膜中精密的内皮细胞。如上所述，现有技术的粘弹性试剂没有提供止痛或者消炎效果，其结果是必需使用局部试剂在术前和术后控制疼痛和炎症。因此，如果可通过单一的粘弹性材料行使传统的粘弹性功能和止痛与消炎功能则是优选的。使用本发明的方法和组合物，满足了这一目的。本发明的粘弹性组合物的各种实施方案也非常适合于在例如玻璃体视网膜外科手术中用作玻璃体的替代品，且认为这种用途在本发明的范围内。
由于本发明的粘弹性组合物当注射到体内时，能实现提高的留滞时间，因此它们同样非常适合于通过关节内注射治疗关节。根据本发明的教导，通过添加GS和CS，来提高常规的透明质酸盐的效果。美国专利No.5498606(其全部内容在此通过参考引入)公开了当在马的关节中关节内注射硫酸软骨素时观察到的消炎和细胞保护效果。最近，建议关节内注射VISCOAT(它含有透明质酸钠和硫酸软骨素的混合物)可在遭受I级和II级骨性关节炎的患者关节内引起软骨再生。关于这一点，共同转让的美国专利申请序列号10/082743的内容在此通过参考引入。进一步认为可构造本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的实施方案，以利用待审的美国专利申请No.10/882901中所公开的抗稀释的粘弹性组合物的抗稀释性能的优点，其内容在此通过参考全部引入。
此处所使用的术语“透明质酸基粘弹性材料”是指不含任何显著量的任何低分子量的非HA聚合物的透明质酸或其生理可接受的盐的任何水溶液。以上所述的所有商业HA产品被视为透明质酸基粘弹性材料，但Viscoat例外。根据本发明的教导，适合于与GS和CS联合的透明质酸基粘弹性材料包括通常可表征为含有平均分子量大于500,000道尔顿，优选约1,000,000-约5,000,000道尔顿，且浓度为约1.0-约3.0wt％的透明质酸钠(或其它生理可接受的透明质酸盐)的那些材料。
根据本发明的教导，适合于与GS和CS结合产生聚合物冲洗溶液的实施方案的冲洗溶液包括适合于外科手术的任何灭菌的含水冲洗溶液。优选平衡的盐溶液，例如BSS或BSS PLUS(AlconLaboratories，Inc.，Fort Worth，Texas)。可按照美国专利No.5409904(在此通过参考全文引入)中所述的方式将聚合物加入到冲洗溶液中。适合于本发明目的的相对低重量的CS包括平均分子量小于约100,000道尔顿，优选约20,000-约80,000道尔顿，和最优选约30,000-约50,000道尔顿的材料。本发明的聚合物冲洗组合物的实施方案中聚合物组分(GS和CS)的浓度范围可根据所选聚合物组分的分子量而变化，但应当维持在足够低到保持冲洗溶液所需流动性能的水平下。对于CS来说，冲洗溶液内的浓度可以是0.1-10wt％，优选0.5-约7％，和最优选约2％-约5wt％。对于GS来说，冲洗溶液内的浓度可以是1％-5％。对于关节内使用来说，在不使用冲洗溶液的情况下混合本发明的聚合物组合物。可如下所述混合聚合物与透明质酸基粘弹性材料，以实现此处所述的性能。
提供下述实施例，进一步阐述本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的实施方案的各种特征。
制备下表1中列出的配方，并测试其流变学和CDI(粘结性/分散性指数)，并与粘弹性材料VISCOAT比较。表1示出了所测试的每一配方的组成。
表1  批次  FID  组成(w/v％)  03-34322  105620  在PBS中，GS1％+HA3％+CS4％  03-34461  105708  在PBS中，GS2％+HA3％+CS4％  03-34504  105722  在PBS中，GS3％+HA3％+CS4％  03-34689  105808  在PBS中，GS4％+HA3％+CS4％  Lot#02H29A  VISCOAT  在PBS中，HA3％+CS4％
GS(硫酸葡糖胺)、HA(透明质酸)、CS(硫酸软骨素)、PBS(磷酸盐缓冲盐水)
测量表1所列的每一配方的pH和摩尔渗透压浓度，并列于下表2中。
表2  批次  pH  摩尔渗透压浓度(mOsm/kg)  03-34322  6.6  330  03-34461  6.2  352  03-34504  6.2  307  03-34689  6.4  359
还进行表1中每一配方的流变学评价并与VISCOAT比较。图1是显示表1的每一配方的流变学曲线以及VISCOAT的流变学曲线的图表。下表3中列出了在各种剪切速度下，表1中每一配方的粘度数据。
表3
在各种剪切速度下的平均粘度(在25℃下的Bohlin CSRheometer)  批次 粘度(Pa.s) 0剪切  0.1  1  2  10  100  03-34322 106  102  70  58  25  10  03-34461 102  97  68  58  23  5  03-34504 138  130  95  70  25  5  03-34689 102  98  63  55  25  5  VISCOAT 68  66  54  44  22  9
样品制备和粘度测定
如下所述制备表1所列配方。从10ml灭菌塑料注射器(A1)中拉出柱塞，并用灭菌的顶盖(tip cap)密闭另一端。在天平上，注射器A1直立放置在烧杯内。称取适量灭菌的HA聚合物并转移到注射器A1内。按照类似的方式，称取适量灭菌的GS和CS，并转移到注射器B1内。在整个说明书中，“适量”和“足量”是指提供表1所列组合物之一所需的材料、聚合物或者溶液的用量。注意也可视需要使用其它注射器尺寸。
制备配方缓冲溶液，并灭菌过滤经过0.2微米的过滤器(可视需要使用其它过滤器尺寸)。按照与以上所述类似的方式，将足量灭菌的缓冲溶液加入到两个另外的注射器A2和B2中。然后将柱塞仔细往回放置到每一单独的注射器内。从注射器A1和A2中取下顶盖，并借助Luer-Lock连接器将这两个注射器连接在一起。然后替换地通过推动互连的注射器的柱塞，直到获得均匀的混合物，从而彻底混合注射器A1和A2的内容物。将混合溶液的最终产物收集到注射器之一，例如注射器A1内。
按照类似的方式，从注射器B1和B2中取下顶盖，并借助Luer-Lock连接器将这两个注射器连接在一起。然后替换地通过推动互连的注射器的柱塞，直到获得均匀的混合物，从而彻底混合注射器B1和B2的内容物。将混合溶液的最终产物收集到注射器之一，例如注射器B1内。
然后借助Luer-Lock连接器连接注射器A1和B1，且替换地通过推动互连的注射器的柱塞，直到获得均匀的混合物，从而彻底混合其内容物。然后在冰箱内储存所得组合物过夜，获得完全的水合。这一最终的配制剂是灭菌的、均匀的、透明聚合物混合物溶液。然后在第二天测定每一个这样的配方的样品流变学曲线。
测定流变学曲线(0剪切粘度)
通过使用Bohlin CS Rheometer测定流变学曲线。使用在0.15mm的间隙宽度下，4°锥体和40mm直径的板(CP4/40)。在25℃下测定粘度。所施加的剪切应力为0.06-139Pa。在200秒的冲洗之后，或者在体系达到允许的稳态的任何时候，通过Bohlin软件，计算相应的剪切速度和粘度。
粘度结果
基于所施加的剪切应力，Bohlin CS Rheometer计算剪切速度和在该剪切速度下的表观粘度。在Y轴上粘度的对数(单位帕斯卡.秒(Pa.s))对在X轴上相应的剪切速度(单位秒的倒数(1/s))作图。通常对于大多数粘弹性材料来说，在低剪切速度下存在显著的粘度平台。平台的高度随不同的粘弹性材料而变化。在Y轴上平台的截距被视为0剪切粘度。当剪切速度进一步增加时，粘度呈指数下降。图1中画出了表1中每一配方的粘度曲线。
表1所列出的本发明的配方的流变学评价清楚地表明，通过添加GS到每一配方中，每一种三元天然聚合物粘弹性组合物的粘弹(粘性和弹性)性能得到保持，且类似于VISCOAT。添加1-4w/v％的GS没有负面影响粘弹性材料，例如VISCOAT的流变学性能。对于眼内和关节内应用来说，本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的优选配方因此可包括下述：
透明质酸钠(HA)        3％w/v
硫酸软骨素(CS)        4％w/v
硫酸葡糖胺(GS)        1-4％w/v
一元磷酸钠            0.045％w/v
二元磷酸钠            0.2％w/v
NaCl                  0.43％w/v
注射用水              QS100％
还评价表1所列的本发明每一配方的粘结性和分散性，因为这些数值与在施加位点处配方的留滞密切相关。下表4列出了与VISCOAT相比，每一配方的CDI。添加GS看起来提高配方VISCOAT的分散性，因此本发明的三元天然聚合物配方的实施方案极可拥有比VISCOAT长的留滞时间，这将有利于关节内施加。对于眼内施加来说，为了较高的粘结性和容易除去，可优选较高浓度的GS(例如，4％＝CDI 12.1)。
表4
配方CDI  批次  CDI  03-34322  3.3  03-34461  2.9  03-34504  2  03-34689  12.1  VISCOAT  8
本发明的实施方案可包括将本发明的三元天然聚合物粘弹性组合物的实施方案和/或聚合物冲洗溶液的实施方案引入或者滴入到治疗位点(例如，关节或眼睛)内，例如进行关节内治疗或者进行眼睛治疗。
通过参考一些优选实施方案描述了本发明，但应当理解，在没有脱离本发明的精神或者基本特征的情况下，它可体现在其它具体形式或者其变体上。以上所述的实施方案因此被视为在所有方面是例举，而不是限制，本发明的范围通过所附权利要求来定义。