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Dokumentenidentifikation DE69534080T2 13.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000774964
Titel KONTROLLIERTE, LOKALE VERABREICHUNG VON CHEMOTHERAPEUTISCHEN WIRKSTOFFEN ZUR BEHANDLUNG VON FESTEN TUMOREN
Anmelder Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Mass., US;
The Johns Hopkins University, Baltimore, Md., US
Erfinder BREM, Henry, Lutherville, US;
LANGER, J., Robert, Newton, US;
DOMB, J., Abraham, 90435 Efrat, IL
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69534080
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.08.1995
EP-Aktenzeichen 959287210
WO-Anmeldetag 02.08.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/US95/09805
WO-Veröffentlichungsnummer 0096003984
WO-Veröffentlichungsdatum 15.02.1996
EP-Offenlegungsdatum 28.05.1997
EP date of grant 16.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse A61K 31/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse A61K 31/335(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A61K 31/47(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A61K 9/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A61K 9/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A61K 47/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   A61P 35/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der lokalisierten Abgabe chemotherapeutischer Mittel an solide Tumore.

Die US-Regierung besitzt Rechte an dieser Erfindung aufgrund eines Stipendiums des National Cancer Institute, Cooperative Agreement Nummer U01 CA 52857 und der N.I.H.-Stipendien U01 CA52857 für Henry Brem und Robert S. Langer und T32 CA09574.

Ein Drittel aller Individuen allein in den Vereinigten Staaten entwickelt Krebs. Obwohl die Fünfjahresüberlebensrate in Folge des Fortschritts einer frühzeitigen Diagnose und der Therapie dramatisch auf nahezu 50% gestiegen ist, steht Krebs nur Herzkrankheiten als Todesursache in den Vereinigten Staaten nach. Zwanzig Prozent der Amerikaner sterben an Krebs, die Hälfte aufgrund von Lungen-, Brust- und kolorektalem Krebs.

Die Gestaltung wirksamer Behandlungen für Patienten mit Krebs stellt eine große Herausforderung dar. Das derzeitige Protokoll mit chirurgischer Resektion, Strahlentherapie mit externer Strahlung und/oder systemischer Chemotherapie war bei einigen Malignomarten teilweise erfolgreich, ergab jedoch bei anderen keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Bei einigen Malignomen, wie Hirnmalignomen, ergibt dieses Protokoll ein mittleres Überleben von weniger als einem Jahr.

Beispielsweise kehren 90% von resezierten malignen Gliomen innerhalb von zwei Zentimetern der ursprünglichen Tumorstelle innerhalb einem Jahr zurück.

Obwohl dies bei einigen Krebsarten wirksam war, hatte die Verwendung einer systemischen Chemotherapie bei der Behandlung von Krebs von Kolorektum, Ösophagus, Leber, Pankreas und Niere und Melanom geringen Erfolg. Ein Hauptproblem bei einer systemischen Chemotherapie zur Behandlung dieser Krebsarten besteht darin, dass die zum Erreichen einer Kontrolle des Tumorwachstums erforderlichen systemischen Dosen häufig zu einer inakzeptablen systemischen Toxizität führen. Die Bemühungen um eine Verbesserung der Abgabe chemotherapeutischer Mittel am Tumorort führten zu Fortschritten einer organgerichteten Chemotherapie, beispielsweise durch kontinuierliche systemische Infusion. Jedoch zeigten kontinuierliche Infusionen von Antikrebsarzneimitteln allgemein keinen klaren Vorteil gegenüber Puls- oder Kurzzeitinfusionen. Implantierbare Elastomerzugangsanschlüsse mit selbstschließenden Silicondiaphragmen wurden ebenfalls für eine kontinuierliche Infusion versucht, doch bleibt Extravasation ein Problem. Tragbare Infusionspumpen sind nun als Abgabevorrichtungen verfügbar und werden hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bewertet (siehe Harrison's Principles of Internal Medicine 431–446, E. Braunwald et al., Hrsg., McGraw-Hill Book Co. (1987) für eine allgemeine Übersicht).

Im Hirn werden Gestaltung und Entwicklung wirksamer Antitumormittel zur Behandlung von Patienten mit malignen Neoplasmen des Zentralnervensystems durch zwei Hauptfaktoren beeinflusst: 1) die Blut-Hirn-Schranke bildet eine anatomische Blockade, die den Zugang von Arzneimitteln zu diesen Tumoren beschränkt; und 2) die Arzneimittel, die in hohen systemischen Konzentrationen gegeben werden, sind allgemein cytotoxisch. Bemühungen um eine Verbesserung der Arzneimittelabgabe an das Tumorbett in Hirn umfassten ein transientes osmotisches Brechen der Blut-Hirn-Schranke, eine Hirnflüssigkeitsperfusion und eine direkte Infusion in einen Hirntumor unter Verwendung von Kathetern. Jede Technik hat signifikante Beschränkungen. Das Brechen der Blut-Hirn-Schranke erhöhte die Aufnahme hydrophiler Substanzen in normales Hirn, erhöhte jedoch den Substanztransport in den Tumor nicht signifikant. Nur kleine Bruchteile von der Hirnflüssigkeit verabreichten Mitteln drangen tatsächlich in das Hirnparenchym ein. Arzneimittel, die zur Behandlung von Tumoren durch eine Infusion verwendet wurden, waren unzureichend, diffundierten nicht über eine ausreichende Strecke vom Infusionsort oder konnten nicht bei einer ausreichenden Konzentration gehalten werden, um einen nachhaltigen Diffusionsgradienten zu ermöglichen. Die Verwendung von Kathetern wurde durch hohe Raten einer Infektion, Obstruktion und Dysfunktion aufgrund von Verstopfung kompliziert. Siehe T. Tomita, "Interstitial chemotherapy for brain tumors: review" J. Neuro-Oncology 10: 57–74 (1991).

Biologisch kompatible Polymere mit gesteuerter Freisetzung zur lokalen Arzneimittel Abgabe wurden zur Kontrazeption, Insulintherapie, Glaukombehandlung, Asthmatherapie, Prävention von Zahnkaries und bestimmten Arten der Krebschemotherapie genutzt (R. Langer und D. Wise, Hrsg., Medical Applications of Controlled Release, Band I und II, Boca Raton, CRC Press (1986)). Hirntumore sind einer Chemotherapie gegenüber besonders widerstandsfähig. Einer der Hauptgründe ist die durch die Blut-Hirn-Schranke auferlegte Beschränkung. Mittel, die in vitro gegenüber bestimmten Hirntumoren, wie Gliomen, wirksam erscheinen, können in klinischen Versuchen versagen, da unzureichendes Arzneimittel in den Tumor eindringt. Obwohl die Blut-Hirn-Schranke im Kern eines Tumors gebrochen ist, ist sie an der Peripherie, an der aktiv an der Invasion beteiligte Zellen lokalisiert sind, größtenteils intakt. Experimentelle intratumorale Protokolle umfassen die Infusion oder Implantation therapeutischer Mittel in dem Tumorbett nach einer chirurgischen Resektion gemäß der Beschreibung bei T. Tamita, J. Neuro-Oncol. 10: 57–74 (1991).

Die Verabreichung eines lipidlöslichen Chemotherapeutikums mit niedrigem Molekulargewicht, 1,3-Bis(2-chlorethyl)-1-nitrosoharnstoff (BCNU), in einer Polymermatrix, das Hirntumoren direkt benachbart implantiert wurde, hat eine gewisse Wirksamkeit nach dem Bericht von Brem et al., J. Neurosurg. 74: 441–446 (1991); Brem et al., Eur. J. Pharm. Biopharm. 39 (1): 2–7 (1993); und Brem et al., "Intraoperative Chemotherapy using biodegradable polymers: Safety and Effectiveness for Recurrent Glioma Evaluated by a Prospective, Multi-Institutional Placebo-Controlled Clinical Trial" Proc. Amer. Soc. Clin. Oncology, 17. Mai 1994. Die polymervermittelte Verabreichung von BCNU war einer systemischen Verabreichung im Hinblick auf eine Verlängerung des Überlebens von Tieren mit intrakranialem 9L-Gliosarkom überlegen und zeigte gewisse Wirksamkeitsergebnisse bei klinischen Versuchen. Jedoch ist BCNU ein Arzneimittel mit niedrigem Molekulargewicht, es durchquert die Blutschranke und es wurde bereits gezeigt, dass es bei systemischer Verabreichung gewisse Wirksamkeit hat.

Unglücklicherweise bleibt die Vorhersagbarkeit der Wirksamkeit von Chemotherapeutika gering. Arzneimittel, die bei systemischer Verabreichung an Tiere wirksam erscheinen, können bei systemischer Verabreichung an Menschen aufgrund von physiologischen Unterschieden und Problemen der biologischen Verfügbarkeit nicht wirksam sein, und Arzneimittel, die systemisch wirksam sind, können bei lokaler Verabreichung nicht wirksam sein.

Beispielsweise wurde für ein vielversprechendes Chemotherapeutikum, Camptothecin, ein natürlich vorkommendes Alkaloidisolat aus Camptotheca acuminata, einem in China heimischen Baum, das seine pharmakologischen Wirkungen durch irreversible Hemmung von Topoisomerase I, einem an der DNA-Replikation stark beteiligten Enzym, ausübt, gezeigt, dass es in vitro eine starke cytotoxische Antitumoraktivität gegen eine Vielzahl experimenteller Tumore, wie das L1210- und Ratten-Walker-256-Karzinosarkom, aufweist (J. M. Venditti und B. J. Abbott, Lloydia 30: 332–348 (1967); C. G. Moertel et al., Cancer Chemother. Rep. 56 (1): 95–101 (1972)). Klinische Untersuchungen der Phase I und II von Camptothecin an humanen Patienten mit Melanom und fortgeschrittenem gastrointestinalem Karzinom zeigten jedoch unerwarteterweise schwere systemische Toxizität mit geringem Tumoransprechen und die klinische Untersuchung wurde daher gestoppt (J. A. Gottlieb und J. K. Luce, Cancer Chemother. Rep. 56 (1): 103–105 (1972); C. G. Moertel et al., Cancer Chemother. Rep. 56 (1): 95–101 (1972); F. M. Muggia et al., Cancer Chemother. Rep. 56 (4): 515–521 (1972)). Ferner zeigte die pharmakologische Bewertung durch Gottlieb et al., Cancer Chemother. Rep. 54 (6): 461–470 (1970) und Slichenmyer et al., J. Clin. Pharmacol. 30: 770–788 (1990), dass die Natriumsalzformulierung von Camptothecin stark proteingebunden war und zur Wirksamkeit die Umwandlung in eine Lactonstruktur erforderte. Das Alkaloid, ein 4-Ethyl-4-hydroxy-1H-pyrano-[3',4':6,7]indolizino[1,2-b]chinolin-3,14(4H,12H)-dion, mit einem Molekulargewicht von 348, ist nicht nur wasserunlöslich, sondern kristallisiert auch aus Acetonitril-Methanol aus und bildet mit Säuren keine stabilen Salze. Die schlechte biologische Verfügbarkeit kann das Fehlen einer In-vivo-Wirksamkeit erklären.

Viele andere Chemotherapeutika, die bei systemischer Verabreichung wirksam sind, müssen aufgrund schlechter biologischer Verfügbarkeit in sehr hohen Dosierungen abgegeben werden, um Toxizität zu vermeiden. Beispielsweise wurde Paclitaxel (Taxol) systemisch mit Wirksamkeit bei der Behandlung mehrerer humaner Tumore, die Eierstock-, Brust- und nicht-kleinzelligen Lungenkrebs umfassen, verwendet. Jedoch war das Aufrechterhalten ausreichender systemischer Konzentrationen des Arzneimittels zur Behandlung von Tumoren mit schwerer, in einigen Fällen "lebensbedrohender" Toxizität, nach dem Bericht von Sarosy und Reed, J. Nat. Med. Assoc. 85 (6): 427–431 (1993) verbunden. Paclitaxel ist ein stark lipophiles Diterpenoid mit hohem Molekulargewicht (854), das aus der Pazifischen Eibe, Taxus brevifolia, isoliert wurde, das in Wasser unlöslich ist. Es wird normalerweise mittels einer Verdünnung des in polyoxethyliertem Rizinusöl gelösten oder suspendierten Arzneimittels in Kochsalzlösung intravenös verabreicht. Es wurde berichtet, dass dieser Träger in einer Zahl von Patienten eine anaphylaktische Reaktion induziert (Sarosy und Reed (1993)), so dass alternative Träger, beispielsweise ein Micellenformulierungsgemisch zur parenteralen Verabreichung gemäß der Beschreibung von Alkan-Onyuksel et al., Pharm. Res. 11 (2), 206–212 (1994), vorgeschlagen wurden. Es besteht auch eine starke nichtrenale Clearance mit Anzeichen, dass das Arzneimittel entfernt und peripher gespeichert wird. Pharmakokinetische Belege aus klinischen Untersuchungen (E. K. Rowinsky et al., Cancer Res. 49: 4640–4647 (1989)) und Tieruntersuchungen (R. W. Klecker, Proc. Am. Assoc. Cancer Res. 43: 381 (1993)) zeigen, dass Paclitaxel die intakte Blut-Hirn-Schranke schlecht, falls überhaupt, durchdringt und dass kein verstärktes Überleben aufgrund systemischer intraperitonealer Injektionen von Paclitaxel in Ratten mit intrakranialen Gliomen besteht. Paclitaxel wurde in einer polymeren Matrix zur Hemmung von Narbenbildung im Auge nach dem Bericht von Jampel et al., Ophthalmic Surg. 22, 676–680 (1991) verabreicht, wurde jedoch nicht lokal zur Hemmung von Tumorwachstum verabreicht.

Walter et al. (1994) Cancer Research 54, 2207–2212, untersucht interstitielles Paclitaxel, das von einem biologisch abbaubaren Polymerimplantant zugeführt wurde, gegen ein experimentelles malignes Gliom.

Kaetsu et al. (1987) J Controlled Release 6, 249–263, beschreibt biologisch abbaubare Implantatverbundstoffe für eine lokale Therapie. Straw et al. (1993) Front Osteosarcoma Res. 121–123, und Auerbach et al. (1992) Polym Adv Technol 3 (6), 323–329, beschreiben eine Polymerverabreichung von Cisplatin und BCNU.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer chemotherapeutischen Zusammensetzung und eines Verfahrens zur Verwendung derselben, das eine wirksame langzeitige Freisetzung von Chemotherapeutika, die in wässrigen Lösungen nicht stabil oder löslich sind oder die in vivo eine beschränkt biologische Verfügbarkeit aufweisen, zur Behandlung solider Tumore ergibt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Zusammensetzung und eines Verfahrens zur Verwendung zur Behandlung solider Tumore mit chemotherapeutischen Mitteln, das hohe systemische Konzentrationen des Mittels und die damit verbundenen Toxizitäten vermeidet.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Verfahren und Vorrichtungen zur lokalisierten Verabreichung eines Chemotherapeutikums an solide Tumore werden beschrieben, wobei das Mittel die Blut-Hirn-Schranke nicht durchquert und durch eine schlechte biologische Verfügbarkeit und/oder kurze Halbwertszeit in vivo gekennzeichnet ist. Die Vorrichtungen bestehen aus Reservoiren, die Arzneimittel über einen längeren Zeitraum freisetzen, während gleichzeitig die biologische Aktivität und biologische Verfügbarkeit des Mittels erhalten bleibt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die Vorrichtung aus biologisch abbaubaren polymeren Matrizes, obwohl Reservoire auch aus nicht-biologisch-abbaubaren Polymeren formuliert werden können. Die Vorrichtungen werden in die zu behandelnden Tumore oder diesen unmittelbar benachbart oder an der Stelle, wo sie chirurgisch entfernt wurden, implantiert.

Die Beispiele belegen die Wirksamkeit von Paclitaxel, Camptothecin und Cisplatin, die in Polymerimplantaten, die durch Formpressen biologisch abbaubarer und nicht-biologisch-abbaubarer Polymere jeweils hergestellt wurden, verabreicht wurden, gegenüber einer Zahl humaner Tumorzelllinien sowohl in vitro als auch in vivo. Die Ergebnisse sind statistisch hoch signifikant.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Diagramm, das die Zellabtötung von Paclitaxel zeigt, die durch einen Klonogentest gegenüber der humanen Gliom-U373-Zelllinie mit einem Einwirken des Arzneimittels von 1 h (LD90 = 280 nM, leere Quadrate), 24 h (LD90 = 29 nM, volle Kreise) und einem kontinuierlichen Einwirken von 6 bis 8 Tagen (LD90 = 7,2 nM, leerer Kreis) bestimmt wurde, die als Kolonienzahl (% der Kontrolle)/log Konzentration von Paclitaxel in nM angegeben ist.

2 ist ein Diagramm der kumulativen prozentualen Freisetzung über die Zeit (Stunden) für PCPP-SA (20:80)-Polymerscheiben (10 mg), die mit 20 Gew.-% (Raute), 30 Gew.-% (Dreieck) oder 40 Gew.-% (Quadrat) Paclitaxel beladen sind.

3 ist ein Diagramm des prozentualen Überlebens über die Zeit in Tagen (Kaplan-Meier-Überlebenskurven) bei Ratten, die am Tag 0 ein intrakraniales 9L-Gliosarkom-Tumorimplantat erhielten und am Tag 5 mit einem intratumoralen Implantat, das aus einer 10-mg-Scheibe von PCPP-SA (20:80), die mit 20, 30 oder 40 Gew.-% Paclitaxel beladen war, bestand, behandelt wurden. Ein Kontrolltier erhielt ein 10-mg-PCPP-SA (20:80)-Implantat ohne Arzneimittelbeladung.

4 ist ein Diagramm der kumulativen prozentualen Invitro-Freisetzung über die Zeit in Tagen von 10-mg-Ethylenvinylacetat (EVAc)-Polymerimplantaten, die mit 20 Gew.-% (Dreieck), 40 Gew.-% (Quadrat) und 50 Gew.-% (Kreis) Camptothecin formuliert wurden. Jeder Punkt stellt den Mittelwert von drei Messungen dar.

5 ist ein Diagramm des prozentualen Überlebens über die Zeit in Tagen (Kaplan-Meier-Überlebenskurven), wobei eine systemische Verabreichung von Camptothecin mit einer lokalen Verabreichung ausgehend von EVAc-Polymeren verglichen wird. Ratten erhielten am Tag 0 ein intrakraniales 9L-Gliosarkomimplantat und die Behandlung wurde am Tag 5 begonnen. Kontrolltiere und diejenigen, die mit Camptothecin i.p. behandelt wurden, erhielten ein 9,0-mg-EVAc-Polymerimplantat ohne Arzneimittelbeladung. Systemisches Camptothecin mit 20 oder 40 mg/kg/Tag wurde über vier Tage i.p. verabreicht, wobei am Tag 5 begonnen wurde. Die Camptothecin-Polymergruppe erhielt ein intratumorales 9,2-mg-Implantat von EVAc, das mit 50 Gew.-% Camptothecin beladen war.

Detallierte Beschreibung der Erfindung

Ein Verfahren zur Verlängerung der Dauer des Einwirkens eines Arzneimittels auf einen Tumor ist eine interstitielle Verabreichung des Arzneimittels an den Tumor. Gesteuerte Infusionspumpen und biologisch abbaubare Polymervorrichtungen werden derzeit entwickelt, um Arzneimittel in einer derartigen nachhaltigen Weise an Tumore des Zentralnervensystems zu verabreichen. Eine interstitielle Verabreichung minimiert die systemischen Arzneimittelkonzentrationen und Nebenwirkungen eines Mittels. Die lokale Verabreichung von Chemotherapeutika an einen Tumor ist ein wirksames Verfahren zur Verlängerung des Einwirkens des Arzneimittels auf den Tumor, während die die Arzneimitteldosis beschränkenden systemischen Nebenwirkungen, wie Neutropenie, minimiert werden.

Eine interstitielle Arzneimittelverabreichung umgeht auch die Beschränkungen der Blut-Hirn-Schranke. Derzeit ist unklar, wie gut einige Arzneimittel, wie Paclitaxel, die Blut-Hirn-Schranke durchqueren.

Gemäß der vorliegenden Beschreibung wird eine Zusammensetzung eines Chemotherapeutikums, das nicht wasserlöslich ist und in vivo schlechte biologische Verfügbarkeit aufweist, das in eine biologisch kompatible polymere Matrix, vorzugsweise eine biologisch abbaubare, verkapselt ist, zur Verwendung bei der Behandlung solider Tumore formuliert. Das Mittel wird durch Diffusion und/oder Abbau über einen therapeutisch wirksamen Zeitraum, üblicherweise acht Jahre bis fünf Jahre, vorzugsweise eine Woche bis ein Jahr, freigesetzt.

Gegenstand eines ersten Aspekts der Erfindung ist eine chemotherapeutische Zusammensetzung, umfassend eine biologisch kompatible synthetische Polymermatrix in Form eines Films, Röhrchens oder Mikroimplantats, wie ein Mikropartikel, eine Mikrokapsel oder ein Mikrokügelchen, die eine bei einer In-vivo-Freisetzung an der Stelle eines Tumors zur Hemmung des Tumorwachstums wirksame Menge eines wasserunlöslichen, relativ lipidunlöslichen chemotherapeutischen Mittels (im Vergleich zu BCNU (1,3-Bis(2-chlorethyl)-1-nitrosoharnstoff)) enthält, wobei das chemotherapeutische Mittel in die synthetische Polymermatrix eingebaut ist und aus dieser durch Abbau der Polymermatrix oder Diffusion des Mittels aus der Matrix über einen Zeitraum von mindestens acht Stunden freigesetzt wird.

Gegenstand eines zweiten Aspekts der Erfindung ist die Verwendung eines wasserunlöslichen, relativ lipidunlöslichen chemotherapeutischen Mittels (im Vergleich zu BCNU) bei der Herstellung eines Medikaments zur Behandlung eines Patienten mit einem Tumor, wobei das chemotherapeutische Mittel in einer zur Hemmung des Wachstums eines soliden Tumors wirksamen Menge lokal nahe dem oder in den Tumor verabreicht wird, wobei die systemische Verabreichung der gleichen Dosierung des chemotherapeutischen Mittels zur Behandlung von Tumoren nicht wirksam ist oder vom Patienten nicht gut toleriert wird, und wobei das chemotherapeutische Mittel in eine synthetische Polymermatrix eingebaut ist und aus dieser durch Abbau der Polymermatrix oder Diffusion des Mittels aus der Matrix über einen Zeitraum von mindestens 8 Stunden freigesetzt wird und die Zusammensetzung in der Form eines Films oder Röhrchens oder in der Form von Mikroimplantaten vorliegt und durch Injektion oder Infusion verabreicht wird.

Polymerformulierungen

Die ideale polymere Matrix vereinigt die Eigenschaften Hydrophobie, Stabilität, organische Löslichkeit, niedriger Schmelzpunkt und passendes Abbauprofil. Das Polymer muss hydrophob sein, so dass es dessen Integrität bei Platzieren in einer wässrigen Umgebung, wie dem Körper, über einen geeigneten Zeitraum beibehält, und so ausreichend stabil sein, dass es vor der Verwendung über einen längeren Zeitraum aufbewahrt werden kann. Das ideale Polymer muss auch fest und dennoch ausreichend flexibel sein, so dass es während der Verwendung nicht krümelt oder bricht.

Biologisch kompatible Polymere können als biologisch abbaubar und nicht-biologisch-abbaubar kategorisiert werden. Biologisch abbaubare Polymere werden in vivo als Funktion der chemischen Zusammensetzung, des Herstellungsverfahrens und der Implantatstruktur abgebaut. Synthetische und natürliche Polymere können verwendet werden, obwohl synthetische Polymere aufgrund eines stärker gleichförmigen und reproduzierbaren Abbaus und anderer physikalischer Eigenschaften bevorzugt sind. Beispiele für synthetische Polymere umfassen Polyanhydride, Polyhydroxysäuren, wie Polymilchsäure, Polyglykolsäuren und Copolymere derselben, Polyester, Polyamide, Polyorthoester und einige Polyphosphazene. Beispiele für natürlich vorkommende Polymere umfassen Proteine und Polysaccharide, wie Kollagen, Hyaluronsäure, Albumin und Gelatine. Arzneimittel können in dem Implantat, durchgängig durch das Implantat und/oder auf der Oberfläche des Implantats eingekapselt werden. Das Arzneimittel wird durch Diffusion, Abbau des Polymers oder eine Kombination derselben freigesetzt. Es gibt zwei allgemeine Klassen biologisch abbaubarer Polymere: diejenigen, die durch Massenerosion abgebaut werden, und diejenigen, die durch Oberflächenerosion abgebaut werden. Die letzteren Polymere sind bevorzugt, wenn eine stärker lineare Freisetzung erforderlich ist. Die Freisetzungsdauer kann durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung, beispielsweise durch Erhöhen der Menge eines aromatischen Monomers, wie p-Carboxyphenoxypropan (CPP), das mit einem Monomer wie Sebacinsäure (SA) copolymerisiert ist, manipuliert werden. Ein besonders bevorzugtes Polymer ist CPP-SA (20:80).

Die Verwendung von Polyanhydriden bei Vorrichtungen mit gesteuerter Verabreichung wurde von Leong et al., J. Med. Biomed. Mater. Res. 19, 941 (1985); J. Med. Biomed. Mater. Res. 20, 51 (1986); und Rosen et al., Biomaterials 4, 131 (1983) berichtet. Die Freisetzung und die zur Verarbeitung zu Implantaten erforderlichen physikalischen Eigenschaften werden größtenteils durch die Hydrophobie und das Molekulargewicht bestimmt, wobei Polymere mit höherem Molekulargewicht günstigere physikalische Eigenschaften aufweisen. Aromatische Polyanhydride zeigen eine Erosion und Freisetzungskinetik nahezu nullter Ordnung (linear), jedoch sehr niedrige Abbauraten. Beispielsweise wurde abgeschätzt, dass eine aus p-CPP hergestellte Verabreichungsvorrichtung für einen vollständigen Abbau in vivo mehr als drei Jahre brauchen würde. Aus linearen aliphatischen Disäuren hergestellte Polymere sind hydrophile Feststoffe, die durch Masseerosion abgebaut werden, was zu einer raschen Freisetzung des Arzneimittels aus der polymeren Matrix führt. Ferner sind Anhydridhomopolymere auf der Basis aromatischer oder linearer aliphatischer Dicarbonsäuren hochkristallin und sie zeigen schlechte Filmbildungseigenschaften. Aromatische Polyanhydride besitzen auch hohe Schmelzpunkte und geringe Löslichkeit in organischen Lösemitteln. Eine Copolymerisation der linearen aliphatischen Disäuren mit aromatischen Disäuren zur Bildung von beispielsweise dem Copolymer von Poly-1,3-(bis(p-carbophenoxy)propananhydrid (p-CPP) (ein aromatisches Polyanhydrid) mit Sebacinsäure (ein Copolymer einer aromatischen Disäure und einer aliphatischen Disäure) kann zur Gewinnung von Polymeren mit passenden Abbauzeiten verwendet werden. Gemäß der Beschreibung in US-Patent 4 757 128 von Domb und Langer sind Copolymere mit hohem Molekulargewicht von aliphatischen Dicarbonsäuren mit aromatischen Disäuren weniger kristallin als aromatische oder lineare aliphatische Polyanhydride, und sie bilden flexible Filme. US-Patente, die die Verwendung von Polyanhydriden zur gesteuerten Verabreichung von Substanzen beschreiben, umfassen das US-Patent 4 857 311 von Domb und Langer, das US-Patent 4 888 176 von Langer et al. und das US-Patent 4 789 724 von Domb und Langer.

Andere Polymere, wie Polymilchsäure, Polyglykolsäure, und Copolymere derselben sind als Nahtmaterialien seit einer Zahl von Jahren im Handel erhältlich und können ohne weiteres zu Vorrichtungen zur Arzneimittelverabreichung geformt werden.

Nicht-biologisch-abbaubare Polymere bleiben in vivo über längere Zeiträume (Jahre) intakt. In die nicht-biologisch-abbaubare Polymermatrix geladenes Arzneimittel wird durch Diffusion über das Polymermikroporengitter in nachhaltiger und vorhersagbarer Weise freigesetzt, wobei diese durch Änderung der prozentualen Arzneimittelbeladung, Porosität der Matrix und Implantatstruktur maßgeschneidert werden kann, um eine schnelle oder langsamerere Freisetzungsrate zu erhalten. Ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVAc) ist ein Beispiel für ein nicht-biologisch-abbaubares Polymer, das als lokales Verabreichungssystem für Proteine und andere Makromoleküle nach dem Bericht von R. Langer und J. Folkman, Nature (London) 263: 797–799 (1976), verwendet wurde. Andere umfassen Polyurethane, Polyacrylnitrile und einige Polyphosphazene.

Einzukapselnde Verbindungen Chemotherapeutische Mittel

Eine Vielzahl unterschiedlicher Chemotherapeutika kann in die polymere Matrix eingebaut werden. Allgemein werden Arzneimittel zu zwischen 10 und 50% (Gew/Gew) zugesetzt, obwohl das Optimum in Abhängigkeit vom Arzneimittel in breitem Umfang von 1% bis 90% variieren kann.

Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung von Untersuchungen einer intrakranialen lokalen Arzneimittelverabreichung in Rattengliommodellen, die in den folgenden Beispielen beschrieben sind.

Die bevorzugten Chemotherapeutika sind Camptothecin und Taclitaxel, die in Wasser unlöslich sind, in Lipid (im Vergleich zu beispielsweise BCNU) relativ unlöslich sind, hohes Molekulargewicht besitzen (d.h. ein Molekulargewicht, wobei normalerweise die Blut-Hirn-Schranke nicht durchquert wird), rasche nichtrenale Clearance in vivo zeigen und eine wesentliche systemische Toxizität aufweisen, und deren funktional wirksamen Derivate. Wenn sie hier verwendet werden, bezeichnen Paclitaxel Paclitaxel und funktional äquivalente Derivate desselben und Camptothecin Camptothecin und funktional äquivalente Derivate desselben. Andere Chemotherapeutika, die verwendbar sein können, umfassen die Chemotherapeutika auf Platinbasis Carboplatin und Cisplatin allein oder in Kombination mit anderen Chemotherapeutika.

Der bevorzugte Gewichtsprozentbereich des Arzneimittels in Polymer beträgt 1 bis 90% und die bevorzugte Abbauzeit beträgt zwischen einer Woche und einem Jahr für sowohl Paclitaxel als auch Camptothecin. Die Dosierungen müssen in Abhängigkeit von der Größe des Implantats, dem Ort und der Größe des zu behandelnden Tumors und dem Zeitraum, über den Arzneimittel zu verabreichen ist, optimiert werden. Diese Berechnungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Verabreichung einer Chemotherapie an Tumorpatienten Routine. Allgemein ist die wirksame Dosierung eines Chemotherapeutikums, das lokal durch längere Freisetzung verabreicht wird, signifikant geringer als die Dosierung für das gleiche Arzneimittel, das über kürzere Zeiträume verabreicht wird. Beispielsweise beträgt, wie in 1 gezeigt und in Beispiel 1 und Tabelle 3 beschrieben ist, der LD90-Wert für Paclitaxel bei Verabreichung durch einstündige Infusion 280 nM, für Paclitaxel bei einer Infusion von 24 h 29 nM, bei kontinuierlicher längerer Freisetzung 7,2 nM.

Tabelle 2: In-vitro-Wirksamkeit von Camptothecin und Paclitaxel gegenüber mehreren Zelllinien

Adriamycin (Doxorubicin) ist ein weiteres Chemotherapeutikum, das verwendet werden kann. Gliome sind in vitro gegenüber diesem Arzneimittel sehr hoch empfindlich, es besteht eine signifikante dosisabhängige Herztoxizität, und es besteht Synergie mit Tumorvakzinen und einer Therapie auf Immunbasis. Zum Einbau in Polymere ist das Arzneimittel in Wasser, Methanol und wässrigen Alkoholen löslich. Es ist in Aceton, Benzol, Chloroform, Ethylether und Petrolether unlöslich. Ein ideales Freisetzungsprofil würde eine längere Freisetzung über einen Zeitraum von mindestens einem Monat aufweisen. Die Dosierung auf der Basis des LD90-Werts für Gliomlinien liegt im Bereich von 10 bis 100 ng/ml.

Kombinationen mit anderen biologisch aktiven Verbindungen

Diese Chemotherapeutika können auch in Kombination miteinander oder anderen Chemotherapeutika einschließlich einer Strahlentherapie verabreicht werden. Beispiele für andere Chemotherapeutika umfassen cytotoxische Mittel, wie Ternozolamid, Platinarzneimittel, wie Cisplatin, Differenzierungsmittel, wie Butyratderivate, transformierender Wachstumsfaktor, wie Faktor-alpha-Pseudomonas-Exotoxin-Fusionsprotein, und Antikörper für Tumorantigene, insbesondere Gliomantigene, wie der monoklonale Antikörper 81C6.

Therapeutische Immunreaktionen können durch Erzeugen und Verstärken einer gegen einen Tumor gerichteten systemischen entzündlichen Reaktion und die Verstärkung einer lokalen entzündlichen Reaktion auf den Tumor modifiziert werden. Granulocyte-Makrophage Colony Stimulating Factor (GM-CSF) ist ein Beispiel für ein Cytokin, das cytotoxische T-Lymphocyten (CTL) systemisch aktiviert, wobei gezeigt wurde, dass dies zur Eliminierung von Tumorzellen in wirksamer und spezifischer Weise führt, indem das Wachstum und die Aktivität mehrerer Knochenmarkzellen stimuliert wird und dies eine kritische Rolle bei der Migration und Entwicklung professioneller antigenpräsentierender Zellen, wie dendritischer Reticulumzellen, spielt. Eine tumorspezifische CTL-Induktion und ein systemischer Schutz vor einem Tumorbefall kann durch die subkutane Injektion von bestrahlten Tumorzellen, die gentechnisch so modifiziert wurden, dass sie den Cytokin Granulycate-Macrophage Colony Stimulating Factor (GM-CSF) produzieren, erzeugt werden. In einer Ausführungsform werden abgetötete Tumorzellen mit dem Gen mit Codierung für GM-CSF transduziert und als Impfstoff zur Stimulierung der CTL-Aktivierung verabreicht. Dies kann vor oder in Kombination mit einer Implantation oder lokalen Verabreichung der Chemotherapeutika erfolgen. Andere Cytokine, wie Interleukin 2 (IL-2), Tumornekrosefaktor (TNF) und IL-4 sowie IL-5, IL-6 und gamma-Interferon (wenngleich nicht so gut), wirken lokal unter Stimulierung von Tumorreaktionen. IL-2 induziert eine lokale entzündliche Reaktion, die zur Aktivierung von sowohl Helferzellen als auch cytotoxischen Unterklassen von T-Zellen führt. IL-4 hat breite immunregulatorische Eigenschaften. TNF-&agr; besitzt einen breit gestreuten Bereich biologischer Eigenschaften einschließlich der Erzeugung einer Zahl von Cytokinen, wie IL-6, IL-8, GM-CSF und G-CSF, sowie der Erzeugung hämorrhagischer Nekrose in etablierten Tumoren. Diese sind hochwirksam, wenn sie in der polymeren Matrix mit dem Chemotherapeutikum oder in der Form transduzierter Zellen, die IL-2 exprimieren, die gleichzeitig an das Tier verabreicht werden, verabreicht werden. Andere Impfstoffe und Immuntoxine sind dem Fachmann ebenfalls geläufig.

Beispiele für bevorzugte Kombinationen umfassen Kombinationen von cytotoxischen Mitteln oder von einem cytotoxischen Mittel und Inhibitoren 4-HC und Topoisomeraseinhibitoren, wie Camptothecin, 4-HC und BCNU, BCNU und O6-BG, 4-HC und Novobiocin, 4-HC und Novobiocin, und 4-HC und BSO; Kombinationen von cytotoxischen Mitteln und anderen Mitteln, wie Alkylierungsmitteln und Differenzierungsmitteln (4HC und Phenylbutyrat) und cytotoxischen Mitteln und biologischen Mitteln (Antikörper, Immuntoxine oder mit Wachstumsfaktor verknüpfte Toxine), und Kombinationen von einem Chemotherapeutikum, Cytokin (Interleukin) und Fumagillin. Andere Mittel, die eingearbeitet werden können, umfassen Antiangiogenesemittel und für Strahlung empfindlich machende Mittel, die dem Fachmann bekannt sind. Beispielsweise ist von Paclitaxel bekannt, dass es als ein für Strahlung empfindlich machendes Mittel wirksam ist.

Die gleichen Verfahren, die in der Literatur mit Bezug auf den Einbau von BNCU und hier mit Bezug auf den Einbau von Camptothecin und Paclitaxel beschrieben sind, können zum Einbau dieser Verbindungen in polymere Matrizes verwendet werden. Beispielsweise berichtete Domb et al., Polym. Prepr. 32 (2): 219–220 (1991), das Einarbeiten der wasserlöslichen Chemotherapeutika Carboplatin, einem Analogon von Cisplatin, und 4-Hydroperoxycyclophosphamid in eine biologisch abbaubare polymere Matrix zur Behandlung von Tumoren mit vielversprechenden Ergebnissen bei Tieren.

In Variationen dieser Ausführungsformen kann es günstig sein, andere pharmazeutisch aktive Verbindungen, wie entzündungshemmende Verbindungen oder Steroide, die zur Verringerung eines Anschwellens verwendet werden, Antibiotika, antivirale Mittel oder Antikörper, einzuarbeiten. Beispielsweise wurde Dexamethason, ein synthetisches Corticosteroid, das systemisch zur Bekämpfung eines Hirnödems verwendet wird, in eine nicht-biologisch-abbaubare polymere Matrix eingearbeitet und in Rattenhirn in vitro und in vivo auf die Wirksamkeit zur Aufhebung eines Hirnödems getestet. Andere Verbindungen, die eingearbeitet werden können, sind Konservierungsmittel, Antioxidationsmittel und Füllstoffe, Überzüge oder Massemittel, die auch zur Änderung von Polymerfreisetzungsraten verwendet werden können.

Additive, die zur Änderung von Eigenschaften der Polymerzusammensetzung verwendet werden

In der bevorzugten Ausführungsform werden nur Polymer und freizusetzende Arzneimittel in die Verabreichungsvorrichtung eingearbeitet, obwohl andere biologisch kompatible, vorzugsweise biologisch abbaubare oder metabolisierbare Materialien für Verarbeitungszwecke eingearbeitet werden können.

Puffer, Säuren und Basen werden zur Einstellung des pH-Werts der Zusammensetzung verwendet. Mittel zur Erhöhung der Diffusionsstrecke von aus dem implantierten Polymer freigesetzten Mitteln können ebenfalls eingearbeitet werden.

Füllstoffe sind wasserlösliche oder -unlösliche Materialien, die in die Formulierung zum Hinzufügen von Masse eingearbeitet werden. Füllstoffarten umfassen Zucker, Stärken und Cellulosen. Die Füllstoffmenge in der Formulierung liegt typischerweise im Bereich von zwischen etwa 1 und etwa 90 Gew.-%.

Sphäronisierungsverstärker ermöglichen die Herstellung sphärischer Implantate. Substanzen, wie Zein, mikrokristalline Cellulose oder mit Natriumcarboxymethylcellulose gemeinsam verarbeitete mikrokristalline Cellulose, verleihen der Formulierung Plastizität sowie Implantatfestigkeit und -Integrität. Während der Sphäronisierung führen Extrudate, die steif, jedoch nicht plastisch sind, zur Bildung von hantelförmigen Implantaten und/oder einem hohen Feinanteil. Extrudate, die plastisch, jedoch nicht steif sind, tendieren zur Agglomeration und bilden übermäßig große Implantate. Eine Balance zwischen Steifigkeit und Plastizität muss aufrechterhalten werden. Der Prozentanteil eines Sphäronisierungsverstärkers in einer Formulierung hängt von den sonstigen Streckmitteleigenschaften ab und er liegt typischerweise im Bereich von 10–90% (Gew/Gew).

Disintegrationsmittel sind Substanzen, die in Gegenwart einer Flüssigkeit das Aufbrechen der Implantate fördern. Die Funktion des Disintegrationsmittels besteht darin, der Wirkung etwaiger in der Formulierung verwendeter Bindematerialien entgegenzuwirken oder diese zu neutralisieren. Der Disintegrationsmechanismus umfasst zu einem großen Teil die Absorption von Feuchtigkeit und Aufquellen durch ein unlösliches Material. Beispiele für Disintegrationsmittel umfassen Croscarmellosenatrium und Crospovidon, die in Implantate typischerweise im Bereich von 1–20% des gesamten Implantatgewichts eingearbeitet werden. In vielen Fällen können lösliche Füllstoffe, wie Zucker (Mannit und Lactose), ebenfalls zur Erleichterung der Disintegration der Implantate zugesetzt werden.

Grenzflächenaktive Mittel können bei Implantatformulierungen zur Verstärkung der Benetzbarkeit von schlecht löslichen oder hydrophoben Materialien notwendig sein. Grenzflächenaktive Mittel, wie Polysorbate oder Natriumlaurylsulfat, werden, falls nötig, in niedrigen Konzentrationen, allgemein weniger als 5%, verwendet.

Bindemittel sind Klebematerialien, die in Implantatformulierungen zum Binden von Pulvern und Aufrechterhalten der Implantatintegrität eingearbeitet werden. Bindemittel können als trockenes Pulver oder als Lösung zugesetzt werden. Zucker und natürliche und synthetische Polymere können als Bindemittel fungieren. Materialien, die spezifisch als Bindemittel zugesetzt werden, werden allgemein im Bereich von etwa 0,5–15% (Gew/Gew) der Implantatformulierung eingearbeitet. Bestimmte Materialien, wie mikrokristalline Cellulose, die auch als Sphäronisierungsverstärker verwendet werden, besitzen ebenfalls zusätzliche Bindungseigenschaften.

Verschiedene Beschichtungen können zur Modifizierung der Eigenschaften der Implantate appliziert werden. Drei Arten von Beschichtungen sind eine Versiegelungsbeschichtung, Glanzbeschichtung und enterische Beschichtung. Die Versiegelungsbeschichtung verhindert eine übermäßige Feuchtigkeitsaufnahme durch die Implantate während der Applikation enterischer Beschichtungen auf Wasserbasis. Die Glanzbeschichtung verbessert die Handhabung des fertigen Produkts. Wasserlösliche Materialien, wie Hydroxypropylcellulose, können zur Versiegelungsbeschichtung und Glanzbeschichtung von Implantaten verwendet werden. Die Versiegelungsbeschichtung und Glanzbeschichtung werden allgemein auf die Implantate gesprüht, bis eine Gewichtszunahme zwischen etwa 0,5 und etwa 5%, vorzugsweise etwa 1% für eine Versiegelungsbeschichtung und etwa 3% für eine Glanzbeschichtung, erhalten wurde.

Enterische Beschichtungen bestehen aus Polymeren, die bei dem niedrigen pH-Wert (weniger als 3,0) des Magens unlöslich sind, jedoch bei dem erhöhten pH-Wert (größer als 4,0) des Dünndarms löslich sind. Polymere wie Eudragit®, RohmTech, Inc., Malden, MA, und Aquateric®, FMC Corp., Philadelphia, PA, können verwendet werden und werden aus einer wässrigen Lösung oder Suspension als dünne Membranen auf die Implantate als Schicht aufgetragen. Die enterische Beschichtung wird allgemein bis zu einer Gewichtszunahme von etwa 1 bis etwa 30%, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 15%, aufgesprüht und sie kann Beschichtungshilfsstoffe, wie Weichmacher, grenzflächenaktive Mittel, Trennmittel, die die Klebrigkeit der Implantate während der Beschichtung verringern, und Mittel zur Einstellung der Beschichtungsunpermeabilität, enthalten. Andere Beschichtungsarten mit verschiedenen Auflösungs- oder Erosionseigenschaften können zur weiteren Modifizierung des Implantatverhaltens verwendet werden. Derartige Beschichtungen sind einem Fachmann üblicher Erfahrung ohne weiteres bekannt.

Herstellung von Polymer-Arzneimittel-Zusammensetzungen

Vorrichtungen mit gesteuerter Freisetzung werden typischerweise auf eine von mehreren Weisen hergestellt. Beispielsweise kann das Polymer geschmolzen, mit der zu verabreichenden Substanz gemischt und dann durch Kühlen verfestigt werden. Derartige Schmelzfertigungsverfahren erfordern Polymere mit einem Schmelzpunkt, der unter der Temperatur liegt, bei der die zu verabreichende Substanz und das Polymer abgebaut werden oder reaktiv werden. Alternativ kann die Vorrichtung durch Lösemittelguss hergestellt werden, wobei das Polymer in einem Lösemittel gelöst wird und die zu verabreichende Substanz in der Polymerlösung gelöst oder dispergiert wird. Das Lösemittel wird dann abgedampft, wobei die Substanz in der polymeren Matrix zurückbleibt. Lösemittelguss erfordert, dass das Polymer in organischen Lösemitteln löslich ist und dass das einzukapselnde Arzneimittel in dem Lösemittel löslich oder dispergierbar ist. Ähnliche Vorrichtungen können durch Phasentrennungs- oder Emulgier- oder auch Sprühtrocknungstechniken hergestellt werden. Bei noch anderen Verfahren wird ein Pulver des Polymers mit dem Arzneimittel gemischt und dann komprimiert, wobei ein Implantat gebildet wird.

Verfahren zur Herstellung von Implantaten umfassen auch Granulation, Extrusion und Sphäronisierung. Ein trockenes Pulvergemisch wird hergestellt, das die gewünschten Streckmittel und Mikrokügelchen umfasst. Das trockene Pulver wird mit Wasser oder anderen Nichtlösemitteln für Mikrokügelchen, wie Ölen, granuliert und durch einen Extruder geschickt, wobei "Streifen" oder "Fasern" eines feuchten zusammengeballten Materials gebildet werden, wenn es das Extrudersieb durchläuft. Die Extrudatstreifen werden in eine Sphäronisiervorrichtung gegeben, die durch Brechen der Streifen und wiederholten Kontakt zwischen den Teilchen, den Sphäronisiervorrichtungswänden und der rotierenden Grundplatte der Sphäronisiervorrichtung sphärische Teilchen bildet. Die Implantate werden getrocknet und gesiebt, um Aggregate und Feinmaterial zu entfernen.

Diese Verfahren können zur Herstellung von Mikroimplantaten (Mikroteilchen, Mikrokügelchen und Mikrokapseln, die freizusetzendes Arzneimittel einkapseln), Blöcken oder Lagen, Filmen, Röhrchen und anderen Strukturen verwendet werden. Eine bevorzugte Form zur Infusion oder Injektion sind Mikroimplantate.

Verabreichung an Patienten

Die hier beschriebenen Chemotherapeutika oder deren funktional äquivalente Derivate können allein oder in Kombination mit einer entweder vorherigen, gleichzeitigen oder anschließenden Behandlung unter Verwendung eines anderen Chemotherapeutikums oder einer Strahlentherapie oder eines chirurgischen Eingriffs verabreicht werden. Eine Option ist eine lokale Verabreichung durch Implantation einer biologisch kompatiblen Polymermatrix, die mit dem Chemotherapeutikum beladen ist, oder eine Injektion/Infusion von Mikroimplantaten unter Verwendung von Dosierungen, die wie hier beschrieben bestimmt werden. Die Dosierungen für funktional äquivalente Derivate können aus den In-vitro- und In-vivo-Daten extrapoliert werden.

Die Zusammensetzung kann auch lokal unter Verwendung einer Infusionspumpe, beispielsweise des zur Zufuhr von Insulin oder anderen Chemotherapeutika zu spezifischen Organen oder Tumoren verwendeten Typs, verabreicht werden, obwohl die Polymervorrichtungen gegenüber der Verwendung einer Pumpe, selbst einer implantierten Pumpe mit einem wiederauffüllbaren Reservoir, insbesondere im Hinblick auf die wirksamen Dosierungsbereiche, die so signifikant geringer als die für eine systemische Verabreichung sind, klare Vorteile hat.

Die Polymerimplantate können am Ort eines Tumors entweder nach einer chirurgischen Entfernung oder Resektion oder durch Injektion unter Verwendung von Mikropartikeln eines Durchmessers von weniger als etwa 100 bis 200 &mgr;m, die mittels eines Katheters oder einer Spritze injiziert wurden, implantiert werden. Wenn biologisch abbaubare Polymere verwendet werden, ist es nicht notwendig, das Implantat nach der Freisetzung des Chemotherapeutikums zu entfernen.

Die Polymerimplantate können auch mit anderen therapeutischen Modalitäten, die eine Strahlentherapie, andere Chemotherapeutika, die systemisch oder lokal verabreicht werden, und eine Immuntherapie umfassen, kombiniert werden.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden nicht beschränkenden Vergleichsbeispiele weiter verständlich.

Beispiel 1: Wirksamkeit von Paclitaxel in vitro

Zellkultur. Die Tumorempfindlichkeit gegenüber Paclitaxel wurde durch den Klonogentest gemäß der Beschreibung bei Rosenblum et al., Cander 41: 2305–2314 (1978) und Salcman et al., Neurosurgery 29: 526–531 (1991) mit Rattengliom (9L, F98)-, humanen Gliom (H80, U87, U373)- und humanen Medulloblastom (D324)-Zelllinien ermittelt. Die Zellen wurden in Minimum Essential Medium (MEM), das mit 10% fetalem Rinderserum, L-Glutamin, Penicillin und Streptomycin ergänzt war, gezüchtet und vermehrt und bei 37°C in einer 5 CO2 enthaltenden Atmosphäre inkubiert. Zu Beginn jedes Tests wurden 600 Tumorzellen in 2 ml Medium auf Falcon 6-Vertiefungen-Gewebekulturplatten (Becton-Dickenson, Lincoln Park, N. J.) ausplattiert. Nach Inkubation während 24 h wurde das Medium von den Platten entfernt und durch 2 ml Medium, das Paclitaxel und 0,1% Dimethylsulfoxid (DMSO) enthielt, ersetzt. Die Behandlungslösungen wurden gemäß der Beschreibung bei Roytta et al., Prostate 11: 95–106 (1987) hergestellt. Die Paclitaxel-Behandlungslösung wurde dann entweder durch frisches paclitaxelfreies Medium, das 0,1 DMSO enthielt, nach 1 oder 24 h ersetzt oder während eines Inkubationszeitraums von 6 bis 8 Tagen an Ort und Stelle belassen. Am Ende des Inkubationszeitraums wurden die Platten mit einer Lösung, die 0,63 g Coomassieblau (Sigma), 125 ml Methanol, 87 ml H2O und 38 ml Essigsäure enthielt, angefärbt. Die Kolonien auf jeder Platte wurden gezählt und das Ergebnis wurde als Prozentsatz der Kolonien, die auf Kontrollplatten ohne Einwirken von Paclitaxel gebildet wurden, ausgedrückt. Die Plattierungseffizienz für Kontrollplatten lag im Bereich von 20 bis 25%. Ein Bereich von Arzneimittelkonzentrationen wurde auf jeden Satz der Zellen appliziert. Der Prozentsatz der Zellabtötungswerte für die Paclitaxel-Behandlungen wurde als Funktion der verwendeten Arzneimittelkonzentration aufgetragen. Die Arzneimittelkonzentration, die notwendig war, um 1 log Zellabtötung (LD90) hervorzurufen, wurde aus dem Diagramm interpoliert. Die Digramme wurden unter Verwendung von Cricket Graph V. 1.3.2 (Cricket Software, Malvern, PA) hergestellt und analysiert. Jede Bestimmung wurde dreifach durchgeführt.

Chemikalien. Paclitaxel für diese Experimente, das durch das NCI geliefert wurde (NSC 125973/44), wurde ohne weitere Reinigung verwendet und bei 4°C als feste Masse aufbewahrt. Eine 1 mM Stammlösung von Paclitaxel in DMSO wurde hergestellt und bei –20°C aufbewahrt, bis es zur Verwendung aufgetaut wurde. F98-Gliomzellen, die fünf Jahre übertragen wurden, wurden ursprünglich von Dr. Joseph Goodman, Department of Neurosurgery, Ohio State University, Columbus, Ohio, bereitgestellt. 9L-Gliomzellen, die acht Jahre übertragen wurden, wurden ursprünglich von Dr. Marvin Barker von der University of California, San Francisco, California, erhalten. D324 (DAOY), beschrieben von Jacobsen et al., J. Neuropathol. Exp. Neurol. 44: 472–485 (1985), wurde von Dr. Henry Friedman, Division of Pediatric Hematology and Oncology, Department of Pediatrics, Duke University, Durham, North Carolina, bereitgestellt. U373, U87 (beschrieben von Beckman et al., Hum. Hered. 21: 238–241 (1971)) und H80 (U251) (Bullard et al., J. Neuropathol. Exp. Neurol. 40: 410–427 (1981)) wurden von der American Type Culture Collection, Rockville, Maryland, erhalten.

Ergebnisse

Die Wirkungen von Paclitaxel auf die Koloniebildung in vitro in den Rattengliom (9Lm F98)-, humanen Gliom (U87, U373, H80)- und humanen Medulloblastom (D324)-Tumorlinien sind in Tabelle 3 angegeben. Alle Zellen waren für das Arzneimittel empfindlich, wenn Paclitaxel 6–8 Tage kontinuierlich einwirken gelassen wurde. Log-Zellabtötung (LD90) erfolgte bei Werten im Bereich zwischen 3,9 (D324) und 4 nM (9L). Die humanen Tumorlinien waren gegenüber Paclitaxel gleichmäßig stärker empfindlich als die Rattenlinien. Log-Zellabtötung erfolgte bei nanomolaren Paclitaxelkonzentrationen für drei (U87, U373, H80) der vier untersuchten humanen Linien, während für die Rattenlinien (9L, F98) die vier- bis zehnfachen dieser Mengen erforderlich waren.

Tabelle 3: LD90-Werte für Paclitaxel gegenüber malignen Hirntumorzelllinien nach der Bestimmung durch den Klonogentest

Die Einwirkungsdauer des Arzneimittels beeinflusste die Wirksamkeit von Paclitaxel in vitro signifikant. Nach dem Einwirken von Paclitaxel auf Zellen während nur 1 h nahm der LD90-Wert im Vergleich mit den für das kontinuierliche Einwirken (6 bis 8 Tage) aufgezeichneten Werten um Faktoren von mehr als 20 für die 9L-Linie und 40 für die U373-Linie zu. Zellen, auf die Paclitaxel 24 h einwirkte, ergaben LD90-Werte zwischen den für ein Einwirken von 1 h und kontinuierliches Einwirken erhaltenen. Beispielsweise zeigt für die humane U373-Linie 1, dass der LD90-Wert für ein Einwirken von 1 h 280 nM, der für ein Einwirken von 24 h 29 nM und der für ein kontinuierliches Einwirken 7,2 nM für die humane U373-Linie betrug.

Für Paclitaxel wurde früher gezeigt, dass es in Zellkulturmedium stabil ist, siehe Ringel et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 242: 692–698 (1987). Es liegt im Gleichgewicht mit dessen gleich wirksamem Epimer, 7-Epitaxol, vor, erfährt jedoch eine signifikante (weniger als 10%) Hydrolyse zu inaktiven Verbindungen. Die Wirksamkeit der Paclitaxellösungen sollte sich daher während des Verlaufs der 6- bis 8-tägigen Inkubation nicht verringert haben.

Diese Ergebnisse belegen, dass Paclitaxel in vitro gegenüber den untersuchten Ratten- und humanen Hirntumorzelllinien hochwirksam ist. Log-Zellabtötung erfolgte bei nanomolaren Konzentrationen des Arzneimittels, was mit den Berichten von Aktivitäten von Paclitaxel gegenüber anderen Malignomen in vitro konsistent ist. Beispielsweise wurde ermittelt, dass nanomolare Konzentrationen von Paclitaxel in vitro gegenüber Eierstock-, Brust-, Lungen- und Prostatakrebs und Melanom cytotoxisch ist, siehe die Berichte von Hanauske et al., Anticancer Drugs 3: 121–124 (1992); Rowinsky et al., Cancer Res. 4093–4100 (1988); Roytta et al., Prostate 11: 95–106 (1987). Ferner zeigte Paclitaxel nach den Berichten von Roth et al., Pr. Annu. Meet. Am. Soc. Clin. Oncol. 11: A598 (1992); Rowinsky et al., (1990), gegenüber jedem dieser Tumore in klinischen Untersuchungen Wirksamkeit. Hirntumore scheinen daher in vitro gegenüber Paclitaxel so empfindlich zu sein wie andere Tumorzelllinien, die derzeit mit Paclitaxel in klinischen Untersuchungen behandelt werden. Ferner nahm die Zellempfindlichkeit gegenüber einer Paclitaxelkonzentration mit zunehmender Dauer des Einwirkens des Arzneimittels (von 1 h bis 1 Woche) in vitro signifikant zu. Diese Erkenntnis ist mit früheren Forscherberichten über die Wirkung von Paclitaxel in vitro gegenüber anderen Malignomen konsistent. Paclitaxel stoppt den Zellzyklus während der späten G2- oder M-Phase, verlangsamt jedoch das Fortschreiten der Zelle durch die vorherigen Stufen der Zellreplikation gemäß der Beschreibung von Horwitz et al., Ann. NY Acad. Sci. 466: 733–744 (1986), nicht. Das Erhöhen der Einwirkdauer von Paclitaxel ermöglicht das Eintreten von mehr Zellen in einer gegebenen Probe in die Zellzyklusphasen, während derer Paclitaxel aktiv ist. Bei kürzeren Einwirkzeiträumen des Arzneimittels ist ein größerer Anteil der Zellen vollständig außerhalb der Paclitaxel-empfindlichen G2- und M-Phasen während des Behandlungsintervalls vorhanden.

Zur Maximierung der klinischen Wirksamkeit von Paclitaxel ist daher ein Arzneimittelverabreichungsprotokoll günstig, das eine erhöhte Arzneimittelkonzentration über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten kann. Bisher umfassten die in Untersuchungen der klinischen Phase I entwickelten Protokolle allgemein eine einzige Infusion von 1 bis 24 h, die alle 2–3 Wochen wiederholt wurde, oder eine Infusion von 1 bis 6 h, die während 5 Tagen einmal täglich gegeben wurde. Die in diesen Untersuchungen bestimmten Eliminierungshalbwertszeiten zeigen, dass Paclitaxel relativ rasch mit einer Eliminierungshalbwertszeit t1/2&bgr; zwischen 1,3 und 1,8 h abgebaut bzw. ausgeschieden wird (Rowinsky et al. (1988)). Da 93,5% eines Arzneimittels nach vier Halbwertszeiten eliminiert sind, ist der größte Teil des Paclitaxel bei diesen Protokollen zwischen 5 und 26 h nach dessen Verabreichung verschwunden. Die hier beschriebenen Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Wirksamkeit von Paclitaxel in vitro um einen Faktor des Zwei- bis Vierfachen zunimmt, wenn Paclitaxel mehr als 24 h auf Zellen einwirkt.

Beispiel 2: Herstellung eines Paclitaxelimplantats

Festes Paclitaxel, das von Napro Biotherapeutics (Boulder, CO) oder von National Cancer Institute (Bethesda, MD) erhalten wurde, wurde mit Poly[bis(p-carboxyphenoxy)propansebacinsäure]-Copolymer (PCPP-SA) (20:80), das gemäß dem Verfahren von A. J. Domb und R. Langer (J. Polym. Sci. 25: 3373–3386 (1987)), dessen Lehren hier als Bezug aufgenommen sind, synthetisiert wurde, gemischt, wobei ein Gemisch erhalten wurde, das 0, 20, 30 oder 40 Gew.-% Paclitaxel enthielt. Das Paclitaxel-Polymer-Gemisch wurde in Methylenchlorid (Fluka, Switzerland) gelöst, wobei eine 10%-ige Lösung (Gew/V) erhalten wurde. Das Lösemittel wurde mit einem Stickstoffstrom abgedampft, wobei ein trockenes Pulver erhalten wurde. Paclitaxel-Polymer-Scheiben (10 mg Endgewicht) wurden durch Formpressen von 11 mg des Paclitaxel-Polymer-Pulvers mit einem Formwerkzeug aus nichtrostendem Stahl (Innendurchmesser 2,5 mm) unter leichtem Druck einer Carver Press mit 200 psi hergestellt. Die Scheiben wurden 45 min unter W-Licht sterilisiert.

Beispiel 3: Demonstration der Abgabe von Paclitaxel aus einer biologisch abbaubaren Matrix in das umgebende Medium in vitro

Die Wirksamkeit der Abgabe von in ein biologisch abbaubares Polymer eingearbeitetem Paclitaxel in das umgebende Medium wurde in vitro wie folgt getestet.

Herstellung von Polymerscheiben. Polymerscheiben wurden wie oben beschrieben hergestellt, wobei jedoch 3H-markiertes Paclitaxel (Atomic Energy Commission, Nuclear Research Center, Beer Sheva, Israel) bei der Polymerherstellung verwendet wurde. Das 3H-markierte Paclitaxel wies eine letztendliche spezifische Aktivität von 0,019 &mgr;Ci/mg auf und wurde durch Mischen von 3H-markiertem Paclitaxel mit 6,2 Ci/mmol mit 100 mg unmarkiertem Paclitaxel (Napro Biotherapeutics, Boulder, CO; oder National Cancer Institute, Bethesda, MD) in Methanol und anschließendes Abdampfen des Lösemittels erhalten.

Protokoll. Die Paclitaxel-beladenen Polymerscheiben wurden in eine Probenkapsel aus mikroporösem Polyethylen (8 × 8 mm Innendurchmesser und Höhe) gegeben, die in 7 ml 0,1 M Phosphatpuffer, pH-Wert 7,4, eingetaucht wurde. Die Vorrichtung wurde in einen Inkubator von 37°C gesetzt. Das Freisetzungsmedium wurde zu spezifizierten Zeitpunkten während des Inkubationszeitraums von 45 Tagen (1000 Stunden) ersetzt, und die gewonnenen Lösungen wurden durch Szintillationszählung und Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC) analysiert. Die HPLC-Analyse zur Feststellung der Freisetzung von intaktem Paclitaxel wurde durch Extraktion von 2 ml der Lösung in Methylenchlorid und Eindampfen zur Trockne durchgeführt. Das Produkt wurde dann erneut in Methanol gelöst und auf eine C1a-HPLC-Säule (Licosphere-100RP-18, 5 mm; E. Merck, Darmstadt, Deutschland) als Teil eines Merck-Hitachi-Systems, bestehend aus einem L-4200 W-Vis-Detektor, einer intelligenten Pumpe L-6200 und einem D-2500 Chromato Integrator, injiziert. Die mobile Phase bestand aus Methanol:Wasser (70:30) und die Detektion erfolgte bei 230 nm. Kontrolllösungen, die 100 mM Paclitaxel in Methanol enthielten, wurden zur Bestimmung der Retentionszeit von Paclitaxel unter diesen Bedingungen verwendet (6,73 bis 9,04 min). Die radioaktive Analyse zur quantitativen Bestimmung der Menge der Paclitaxelfreisetzung erfolgte durch Mischen von 200 &mgr;l der Freisetzungspufferlösung mit 4 ml eines Szintillationsgemischs, das aus Toluol und einem Lumax (Landgraat, Niederlande)-Szintillationsgemisch in einem 2:1-Volumenverhältnis bestand. Diese Lösung wurde auf einen 1211 Rack &bgr;-Liquid Scintillation Counter (LKB-Wallac OY, Finnland) gezählt. Jede Messung stellt den Mittelwert. von 3 unabhängigen Zählungen dar. Am Ende des Freisetzungszeitraums wurde die in der Scheibe verbleibende Arzneimittelmenge durch Auflösen des Polymerrests in Methylenchlorid und Zählen der Lösung durch die obige Technik quantitativ bestimmt. Die Freisetzung wurde von Scheiben, die 20, 30 und 40 Gew.-% Paclitaxel enthielten, über die Zeit gemessen.

Ergebnisse. Die Ergebnisse der In-vitro-Arzneimittelfreisetzungsuntersuchung sind in 2 gezeigt, die erläutert, dass die Abgabe von Paclitaxel aus der biologisch abbaubaren Matrix in das umgebende physiologische Medium effizient war. HPLC bestätigte, dass das in Puffer freigesetzte Paclitaxel intaktem Paclitaxel entsprach. Für jede der Polymerladungen folgte auf einen Ausbruch der Arzneimittelfreisetzung während der ersten wenigen Stunden in Lösung eine Freisetzung einer Kinetik von im wesentlichen nullter Ordnung bis zum Ende des Experiments. Die effizienteste Freisetzung wurde von der 20% beladenen Scheibe erhalten, die 80% des geladenen Paclitaxel innerhalb des Versuchszeitraums von 1000 h freisetzte. Die Gesamtmenge des aus jeder Scheibe freigesetzten Paclitaxel betrug etwa die gleiche Menge, jedoch 1,6 mg für die 20%-Scheibe, 1,8 mg für die 30%-Scheibe und 2,0 mg für die 40%-Scheiben.

Diese Ergebnisse zeigen, dass Paclitaxel aus dem Polymer in zwei Phasen freigesetzt wird, mit einer Ausbruchphase am Anfang und einer anschließenden Phase mit langsamerer konstanter Freisetzung. Es ist wahrscheinlich, dass die Ausbruchphase der raschen Freisetzung von in der Matrixoberfläche eingebetteten Paclitaxelteilchen entspricht, während die längere Freisetzung eine langsamerere Freisetzung von Paclitaxel aus der Matrixmitte darstellt.

Die Beladung des Polymers scheint nicht direkt mit der während des Versuchszeitraums freigesetzten Paclitaxelmenge zu korrelieren. Obwohl das mit 40% beladene Polymer die zweifache Menge Paclitaxel wie die mit 20% beladene Scheibe enthielt, setzte die mit 40% beladene Scheibe nur die 1,25-fache Paclitaxelmenge gegenüber der mit 20% beladenen Scheibe nach 800 h in einem Kochsalzlösungsbad frei. Wenn der Polymerabbau der einzige bestimmende Faktor der Paclitaxelfreisetzung wäre, würde man eine direkte Korrelation der Beladung mit dem gesamten freigesetzten Arzneimittel erwarten. Da die Korrelation geschwächt zu sein scheint, muss ein anderer Faktor zumindest partiell die Paclitaxelfreisetzung aus der Scheibe kontrollieren. Sehr wahrscheinlich beschränkt die niedrige Wasserlöslichkeit von Paclitaxel dessen Aufnahme in Medien trotz des Abbaus der Matrix. Alternativ kann die Hydrophobie von Paclitaxel eine Hydrolyse der Polyanhydridmatrix hemmen. Zwar schlieißen derartige Wechselwirkungen die klinische Verwendung dieser Formulierung nicht aus, doch machen sie bei einer Implantation in vivo im Vergleich zu einer topischen Applikation oder systemischen Verabreichung die Pharmakokinetik der Zubereitung komplexer und die Ergebnisse weniger vorhersagbar.

Beispiel 4: Demonstration der intrazerebralen Paclitaxelabgabe aus der Polymermatrix in vivo

Die Wirksamkeit der Abgabe von Paclitaxel aus der Polymermatrix in umgebendes Hirngewebe und die Konzentration von aktivem Paclitaxel im Hirn, die bis zu einem Monat nach der chirurgischen Implantation ermittelt wurde, wurden wie folgt getestet.

Tiere. Männliche Fischer-344-Ratten eines Gewichts von 200–225 g wurden von Harlan Sprague-Dawley, Inc. (Indianapolis, IN) erhalten, mit 4 Ratten/Käfig in Standardtiereinrichtungen gehalten und mit freiem Zugang zu Certified Rodent Chow Nr. 5002 (Ralston Purina Co., St. Louis, MO) und städtischem Wasser von Baltimore ausgestattet.

Anästhesie. Die Ratten wurden mit einer intraperitonealen Injektion von 2–4 ml/kg einer Stammlösung, die Ketaminhydrochlorid (25 mg/ml), Xylazin (2,5 mg/ml) und 14,25 Ethylalkohol in normaler Kochsalzlösung enthielt, anästhesiert. Sie wurden sich nach allen chirurgischen Verfahrensmaßnahmen in ihren Käfigen erholen gelassen.

Euthanasie. Vor der Euthanasie wurden die Ratten wie oben anästhesiert. Die Euthanasie wurde mit einer intrakardialen Injektion von 0,3 ml Euthanasia-6 Solution CIITM (Veterinary Laboratories, Inc., Lenexa, KS) durchgeführt.

Herstellung des Paclitaxel-beladenen Polymers. Polymerscheiben, die markiertes Paclitaxel enthielten, wurden wie oben hergestellt, wobei jedoch eine kleine Menge von 3Hmarkiertem Paclitaxel (spezifische Aktivität 19,3 Ci/mmol; National Cancer Institute) in Toluol zu der ursprünglichen Lösung von Polymer und Paclitaxel in Methylenchlorid gegeben wurde. Das Polymer-Paclitaxel-Gemisch wurde dann in einem Vakuumexsikkator getrocknet und unter Verwendung eines Tischschraubstocks, der so kalibriert war, dass ein Pellet gebildet wurde, zu Scheiben gepresst.

Paclitaxel-Polymer-Implantation. Das Verfahren zur Polymer-implantation in der Ratte wurde von R. J. Tamargo et al. beschrieben (Cancer Res. 53: 329–333 (1993)), dessen Lehren hier als Bezug aufgenommen sind. Kurz gesagt, wurden die Köpfe von anästhesierten Ratten rasiert und aseptisch vorbereitet. Der Schädel wurde mit einem Mittellinienschnitt geöffnet und ein 3-mm-Bohrerloch wurde durch die Schädeldecke 5 mm posterior und 3 mm lateral zum Bregma gebohrt. Die Dura wurde mit einem mikrochirurgischen Messer (Edward Weck und Co., Inc., Research Triangle Park, NC) eingeschnitten und die Polymerscheibe wurde in das Hirnparenchym eingefügt. Die Wunde wurde ausgewaschen und mit chirurgischen Klammern (Clay Adams, Parsippany, NJ) geschlossen.

Protokoll zur intrazerebralen Arzneimittelverteilung. Zwölf Ratten erhielten Implantate von 10-mg-Scheiben, die 40 Gew.-% Paclitaxel und 0,60 &mgr;Ci/mg Scheibengewicht enthielten. 3, 9, 17 und 30 Tage nach der Implantation wurden Gruppen von jeweils 3 Ratten euthanasiert. Der Schädel wurde geöffnet und das Hirn freigelegt. Die Polymerscheibe wurde in situ aus dem Hirn entfernt. Das Hirn wurde dann aus dem Schädel entfernt und über Trockeneis in Heptan schockgefroren. Das Hirn wurde in der Mittellinie in Implantat und kontralaterale Hemisphären zerteilt. Jede Hemisphäre wurde koronal in 2-mm-Abständen unter Verwendung eines Gewebeklingengitters, das aus individuellen Gewebeklingen, die parallel durch 2-mm-Metallabstandshalter getrennt angeordnet waren, bestand, zerschnitten. Jeder Schnitt wurde gewogen, in 15 ml Solvable Homogenisierungslösung (New England Nuclear Dupont, Boston, MA) gelöst und mit 15 ml AtomlightTM-Szintillationsgemisch (New England Nuclear Dupont) kombiniert. Die Hirnproben wurden auf einem Flüssigszintillationszähler von Beckman gezählt. Die Rohzählraten wurden bezüglich Quenchen korrigiert und unter Verwendung einer linearen Regression auf der Basis einer Reihe gequenchter Standards in dpm umgewandelt.

Zur Umwandlung von dpm/mg Gewebe in die Paclitaxelkonzentration wurde ein zweites Experiment durchgeführt. Vier Ratten erhielten Implantate von mit 40% beladenen Polymerscheiben mit 0,39 &mgr;Ci/mg. Jeweils eine Ratte wurde nach 3, 9, 17 und 30 Tagen getötet. Das Hirn wurde wie oben entfernt und eingefroren. Ein koronaler 2-mm-Schnitt wurde über die Position des Polymerimplantats genommen. Der Schnitt wurde zerkleinert und mit Ethanol extrahiert. Die Ethanolfraktion wurde in zwei geteilt. Die erste Hälfte wurde in einem Vakuumexsikkator getrocknet und dann in 100 &mgr;l Ethanol resuspendiert. Proben dieser Lösung wurden auf Silica-Dünnschichtchromatographieplatten (Sigma, St. Louis, MO) getüpfelt. Eine Lösung von nicht-radioaktivem Paclitaxel in Ethanol wurde ebenfalls auf die Platten über dem Ethanolextrakt appliziert. Die Platte wurde mit Methylenchlorid:Methanol (95:5) entwickelt und in einer Iodkammer exponiert. Der Rf-Wert für das Paclitaxel wurde bestimmt und jede Spur wurde in 4 Abschnitte zerschnitten: A, Ursprung; B, Ursprung bis Paclitaxelfleck; C, Paclitaxelfleck; und D, Paclitaxelfleck bis Lösemittelfront. Die Chromatographiestreifen wurden mit AtomlightTM-Gemisch kombiniert und in einem Flüssigszintillationszähler gezählt. Die Verteilung von markierten Paclitaxel über die Chromatographieplatte ermöglichte die Bestimmung eines intaktem Arzneimittel entsprechenden Signals. Zur Bestimmung der Wirksamkeit der Extraktion wurde die verbliebene Hälfte des ursprünglichen Extrakts mit Gemisch kombiniert und gezählt, und das übrige Hirngewebe wurde wie oben homogenisiert und gezählt. Die Paclitaxelkonzentration in ng/mg Hirngewebe wurde durch Multiplikation des Prozentsatzes von intaktem Paclitaxel mit dem dpm/mg Hirn und Division durch die spezifische Aktivität von in der Polymerscheibe vorhandenem Paclitaxel berechnet.

Ergebnisse. Die Ergebnisse der Untersuchungen der intrazerebralen Verteilung zeigen, dass das Implantat erhöhte Hirnkonzentrationen von Paclitaxel im gesamten Rattenhirn hervorrufen kann. Diese Ergebnisse zeigen, dass Paclitaxel das Hirnparenchym in Konzentration, die theoretisch in vitro tumorizid sind, durchdringt und dass die Paclitaxelkonzentration über eine längere Zeitdauer intrakranial erhöht bleibt, was den therapeutischen Zeitraum verlängert.

Paclitaxel aus dem Implantat war im gesamten Rattenhirn weit verbreitet. Die Konzentrationen betrugen 100 bis 1000 ng/mg Hirngewebe innerhalb von 2 bis 3 mm des Implantats, jedoch nur 1 bis 10 ng/mg in Hirngewebe in einer Entfernung von mehr als 4 mm von dem Implantat und in der gesamten kontralateralen Hemisphäre. Die Paclitaxelkonzentrationen nahmen während der 30 Tage leicht zu, was mit zusätzlichem, aus der Polymerscheibe freigesetztem Arzneimittel korreliert. Der intaktem Paclitaxel entsprechende Prozentsatz an Radioaktivität in jedem Schnitt, was durch Dünnschichtchromatographie ermittelt wurde, änderte sich während des Verlaufs des Experiments nicht deutlich. An jedem Zeitpunkt stellten etwa 56 ± 3% (Standardfehler des Mittelwerts) der Rohzählraten Stammarzneimittel dar. Dreizehn ± 2% stellten polare Metaboliten dar und 31 ± 3% waren gewebegebunden. Die Nachweisgrenze für den Gesamttest betrug 0,2 ng/mg Hirngewebe.

Obwohl die Paclitaxelkonzentration innerhalb von 1 bis 3 mm des Implantats scharf von 100 bis 1000 ng/mg (&mgr;M) Hirngewebe in der Implantathemisphäre auf 1 bis 10 ng/mg (&mgr;M) Hirngewebe an der Peripherie des Rattenhirns (7 mm) und in der gesamten kontralateralen Hemisphäre fiel, waren selbst diese niedrigeren Konzentrationen 2 bis 3 Größenordnungen höher als die 90%-Letaldosis-Konzentrationen von Paclitaxel für mehrere humane (U87, U373, H80, D324) und Ratten (9L, F98)-Gliomlinien in vitro. Unter Berücksichtigung der Hydrophobie von Paclitaxel wird angenommen, dass diese Konzentrationen den Sättigungspunkt von Paclitaxel im interstitiellen Milieu darstellen.

Es ist anzumerken, dass die Paclitaxelkonzentration mindestens einen Monat nach der Implantation im Rattenhirn erhöht blieb. Auf der Basis von In-vitro-Daten verringert eine Verlängerung des Einwirkens von Paclitaxel die Konzentration von Paclitaxel, die zum Erreichen von Log-Zellabtötung für sowohl Glia- als auch andere Tumore notwendig ist, signifikant (E. K. Rowinsky et al., Cancer Res. 48: 4093–4100 (1988)). Daher scheint das Polymerimplantat den Antitumornutzen von Paclitaxel zu maximieren. Pharmakokinetische Untersuchungen von Untersuchungen der Phase I zeigen, dass Paclitaxel aus dem Kreislauf relativ schnell mit einer &bgr;-Halbwertszeit zwischen 1,3 und 8,6 h entfernt wird (E. K. Rowinsky et al., J. Matl. Cancer Inst. 82: 1247–1259 (1990)). Da 93,5% eines Arzneimittels nach vier Halbwertszeiten entfernt sind, ist es unwahrscheinlich, dass eine systemische Verabreichung derart hohe intrakraniale Paclitaxelkonzentrationen über längere Zeiträume aufrechterhalten kann, insbesondere da die Blut-Hirn-Schranke eine Aufnahme des Arzneimittels beschränkt.

Im Vergleich dazu zeigten Untersuchungen, die die intrazerebrale Verteilung des Nitrosoharnstoffs BCNU, der von dem PCPP-SA (20:80)-Polymer geliefert wurde, in Kaninchenhirn untersuchten, dass BCNU anfangs in breitem Umfang aus dem Polymer bis zu 12 mm von der Implantatposition mit einer durchschnittlichen Konzentration von 8 mM verteilt wurde (S. Grossman et al., J. Neurosurg. 76: 640–647 (1992)).

Voruntersuchungen zeigten, dass diese Konzentration zwei Größenordnungen höher als die 90%-Letaldosis für BCNU gegenüber Rattengliomzellen auf der Basis von In-vitro-Messungen ist. Die Hirnmenge, auf die BCNU einwirkt, beginnt nach drei Tagen abzunehmen. Jedoch ist BCNU am Tag 7 nach der Implantation nur innerhalb eines Radius von 40 mm ausgehend von dem Implantat und 21 Tage nach der Implantation nur innerhalb eines Radius von 3 mm detektierbar. Im Gegensatz dazu und überraschenderweise ist die Paclitaxelkonzentration 30 Tage nach der Implantation im gesamten Rattenhirn noch konstant oder steigend. Daher scheint Paclitaxel ein besserer Kandidat als BCNU für eine nachhaltige interstitielle Chemotherapie auf pharmakokinetischer Basis zu sein.

Beispiel 5: Demonstration der Menge der Implantattoxizität

Die Toxizitätsmenge, die mit dem mit Paclitaxel beladenen Polymerimplantat im Hirn verbunden ist, wurde wie folgt bestimmt.

Protokoll. Tiere wurden wie oben beschrieben erhalten, im Käfig gehalten, anästhesiert und getötet. PCPP-SA (20:80)-Scheiben (10 mg), die 20, 30 und 40 Gew.-% Paclitaxel enthielten, wurden mittels der oben beschriebenen Technik intrakranial Ratten implantiert. Eine Gruppe von Kontrollratten erhielt Implantate von Leerwert-PCPP-SA-Scheiben, die kein Paclitaxel enthielten. Die Ratten wurden zweimal täglich auf Zeichen von Neurotoxizität im Hinblick auf Pflege, Reaktion auf einen Schreckreiz und Haltung überprüft. Nach 60 Tagen wurden alle überlebenden Ratten getötet und deren Hirne entfernt und in Formalin fixiert. Ein durch das Polymerimplantat zentrierter koronaler Hirnschnitt wurde für jede Ratte genommen und mit Hämatoxylin und Eosin angefärbt.

Ergebnisse. Die Ergebnisse der Implantattoxizitätsuntersuchungen sind in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4: Toxizität von intrakranialen Paclitaxelimplantaten in Fischer-344-Ratten
  • * klinische Toxizität oder Tod nicht beobachtet.

Wie in Tabelle 4 gezeigt, bestand keine offensichtliche akute chemische Toxizität aufgrund des Implantats. Alle Ratten erholten sich von dem Implantationseingriff und waren im Hinblick auf motorische Aktivität, Reaktion auf einen Reiz und Pflege von Kontrollen nicht unterscheidbar. Zwei Ratten entwickelten später Ataxie und anschließend eine zum Implantat kontralaterale Hemiplegie, Gewichtsabnahme und Tod. Eine Ratte starb spontan ohne ein Vorzeichen. Alle anderen Ratten blieben während des Experiments neurologisch intakt. Die histologische Untersuchung von Hirngewebeschnitten durch die Paclitaxel-Polymerimplantatposition zeigte verstreute Herde karyorrhektischer Kerne zwischen Bereichen von normalem Hirn verteilt. Zusätzlich gab es verstreute zytologisch atypische Zellen mit großen hyperchromatischen, manchmal bilobären Kernen. Diese atypischen Zellen waren rings um die Implantatposition zahlreicher, wurden jedoch bilateral beobachtet. Die Veränderungen waren in variierenden Graden in den Hirnen aller Ratten, die das Paclitaxel-Polymerimplantat erhielten, vorhanden, waren jedoch in Ratten, die die Leerwert-PCPP-SA-Scheibe erhielten, nicht vorhanden, was anzeigt, dass die zytologischen Veränderungen ein Ergebnis der Paclitaxeleinwirkung waren. Es gab keinen quantitativen oder qualitativen Unterschied der sichtbaren zytologischen Veränderungen, die bei Tieren mit Paclitaxelimplantaten auftraten, entweder zwischen Gruppen mit Implantaten einer unterschiedlichen Paclitaxelkonzentration oder zwischen Tieren, die starke Neuroverhaltenstoxizität zeigten, und solchen, die dies nicht taten. Der Grad an zytologischer Pathologie war daher gleichmäßig unter den verschiedenen Paclitaxel-Polymer-Zubereitungen verteilt.

Eine minimale Menge klinischer und histologischer Toxizität war mit dem Paclitaxel-Polymerimplantat im Rattenhirn verbunden. Drei der 12 Ratten, die das Implantat (mit 20 beladenes Polymer) ohne Tumor erhielten, starben während des Versuchszeitraums von 60 Tagen, während die anderen Raten die Behandlung ohne offensichtliche klinische Symptome tolerierten. Zwei Ratten, die Paclitaxel (mit 20 und 30% beladene Polymere) nach einer Tumorimplantation erhielten, starben ebenfalls ohne einen sichtbaren Tumor, jedoch mit der Atypie, die bei allen Ratten, die das Paclitaxelimplantat erhielten, gefunden wurde. Diese atypischen Veränderungen waren mit ähnlichen zytologischen Veränderungen, die durch eine breite Vielzahl von Chemotherapeutika hervorgerufen werden, konsistent. Die Symptome einer offenkundigen Toxizität erschienen spät im Experiment, 30 Tage oder mehr nach der Implantation, was anzeigt, dass eine akute Toxizität kein primärer Faktor ist. Interessanterweise waren bei allen Ratten, die das Paclitaxel-Implantat erhielten, bei mikroskopischer Untersuchung zytologische Anomalitäten sichtbar, und es bestand keine Korrelation zwischen dem Grad der Atypie und dem Vorhandensein oder der Schwere einer klinischen Toxizität. Aus den pharmakokinetischen Messungen der intrazerebralen Arzneimittelverteilung nach einer Implantation ist offensichtlich, dass diese Vorrichtungen hohe Arzneimittelkonzentrationen im gesamten Rattenhirn verteilt hervorriefen. Diese Konzentrationen blieben mindestens einen Monat nach der Implantation intrakranial erhalten. Es ist daher nicht überraschend, dass das Hirn selbst nach einem längeren Einwirken derart hoher Paclitaxelkonzentrationen beeinflusst wurde. Dennoch lebten mehrere Ratten aus den Tumor-Polymeruntersuchungen nach der Implantation 120 Tage oder mehr, und zwei lebten ein Jahr.

Geringere Paclitaxeldosen könnten bei Patienten entweder aufgrund einer proportional kleineren Polymerscheibe oder aufgrund einer Scheibe mit einer geringeren Prozentbeladung von Paclitaxel verwendet werden. Diese Dosen könnten für eine langanhaltende Therapie klinisch besser toleriert werden. Von anderen Mitteln, die interstitiell an das Hirn verabreicht wurden, wurde berichtet, dass sie ohne messbare Toxizität bei klinischen Untersuchungen bei Tiermodellen Toxizität zeigten. Passende Dosierungen zur Behandlung von Patienten können unter Verwendung von Standard- und Routineverfahren bestimmt werden.

Beispiel 6: Demonstration der Wirksamkeit des Paclitaxelbeladenen Polymerimplantats bei der Verlängerung des Überlebens bei Ratten, die ein intrakraniales 9L-Gliosarkom tragen

Die Wirksamkeit des Paclitaxel-beladenen Polymerimplantats bei der Verlängerung des Überlebens bei Ratten, die ein intrakraniales 9L-Gliosarkom tragen, wurde wie folgt ermittelt.

Tumor. Das 9L-Gliosarkom wurde 1985 von Marvin Barker, Brain Tumor Research Center, University of California, San Francisco, CA, erhalten und subkutan in der Flanke von männlichen Fischer-344-Ratten gehalten. Der Tumor wurde alle 2 bis 3 Wochen übertragen. Zum Ernten von Tumor für Übertragungs- und intrakraniale Untersuchungen wurde die Flanke einer Ratte, die das 9L-Gliosarkom trug, rasiert und mit 70% Ethanol und Polyvidon-Iod vorbereitet. Ein Einschnitt erfolgte in der Flanke und der Tumor wurde als Ganzes entfernt und in 1-mm3-Stücke geschnitten, die während des Implantationseingriffs in Kochsalzlösung über Eis gehalten wurden (4 Stunden).

Protokoll für die Untersuchung der intrakranialen Wirksamkeit. Zwei getrennte Experimente zur Untersuchung der Wirksamkeit des Paclitaxel-Polymerimplantats gegenüber dem intrakranialen 9L-Gliom wurden durchgeführt. Auf der Basis von In-vitro-Clonogentests scheint das 9L-Gliom im Vergleich zu humanen Gliomzellen gegenüber Paclitaxel relativ beständig zu sein. Die intrakraniale Tumorimplantation in der Ratte wurde gemäß der von Tamargo et al. (1993), dessen Lehren hier aufgenommen sind, beschriebenen Technik durchgeführt. Kurz gesagt, wurde wie oben beschrieben ein Bohrerloch in die eingeschnittene Dura gebohrt. Der Kortex und weiße Substanz wurden unter Absaugen reseziert, bis der obere Teil des Hirnstamms sichtbar war. Die Wunde wurde 10 min mit steriler Gaze verpackt, um eine Blutung zu bekämpfen. Die Gaze wurde dann entfernt und ein 1-mm3-Stück des 9L-Gliosarkoms wurde in den kranialen Defekt eingeführt und auf dem Hirnstamm platziert. Die Wunde wurde gespült und mit Wundklammern geschlossen. Ein Eingriff zur Implantation der Polymer-Chemotherapievorrichtung wurde fünf Tage später durchgeführt. Die Ratten wurden randomisiert auf eine der Behandlungs- oder Kontrollgruppen verteilt und gewogen. Der ursprüngliche Schnitt wurde aseptisch erneut geöffnet und die Position des Tumors wurde festgestellt. Ein kreuzförmiger Einschnitt wurde in der Oberfläche des Tumors gemacht und die Polymerscheibe wurde in den Tumor gesetzt. Behandlungsratten erhielten 10-mg-PCPP-SA-Scheiben, die 20, 30 oder 40 Gew.-% Paclitaxel enthielten, während Kontrollratten leere 10-ml-PCPP-SA-Scheiben, die kein Paclitaxel enthielten, erhielten. Tamargo et al. zeigten, dass kein Überlebensunterschied zwischen Ratten mit intrakranialen 9L-Gliomen, die mit den leeren PCPP-SA-Scheiben behandelt wurden, und Ratten, die eine "Schein"-Operation ohne ein Implantat erhielten, bestand. Eine Blutung wurde spontan abklingen gelassen und die Wunde wurde mit 0,9%-iger Kochsalzlösung gespült und mit chirurgischen Klammern geschlossen. Die Ratten wurden zweimal täglich überprüft und die Zeit bis zum Tod wurde aufgezeichnet. Langzeitüberlebende wurden entweder 120 Tage (Experiment 1) oder 1 Jahr (Experiment 2) nach der Implantation getötet. Nach dem Tod wurde das Hirn entfernt und in Formalin fixiert. Ein koronaler Schnitt wurde durch die Polymerimplantatposition entnommen und mit Hämatoxylin und Eosin angefärbt. Der Schnitt wurde untersucht, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Tumorwachstum festzustellen. Das Überleben wurde auf einer Kaplan-Meier-Überlebenskurve aufgetragen und die statistische Signifikanz wurde durch eine nichtparametrische Kruskal-Wallis-Varianzanalyse und einen anschließenden nichtparametrischen Student-Newman-Keuls-Test für mehrfache Vergleiche gemäß der Beschreibung bei J. M. Zar, Biostatistical Analysis, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, N. J. (1984), dessen Lehren hier als Bezug aufgenommen sind, bestimmt. Die Ergebnisse der Untersuchungen der intrakranialen Wirksamkeit sind in Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5. Wirksamkeit von intrakranialen Paclitaxelimplantaten gegenüber einem Ratten-9L-Gliosarkom
  • *Langzeitüberlebende waren 120 Tage nach der Implantation lebend.

Ergebnisse eines nichtparametrischen Newman-Keuls-Tests, der Behandlungsgruppen mit einer Kontrolle vergleicht. Der Freiname für TaxolTM ist Paclitaxel.

Wie in Tabelle 5 gezeigt, ermittelten zwei getrennte Experimente, dass das Paclitaxel-Polymerimplantat das Überleben bei Ratten, die das intrakraniale 9L-Gliosarkom trugen, im Vergleich zu Kontrolltieren signifikant verlängerte. Das Überleben wurde auf das 1,5- bis 3,2-fache verlängert (P-Werte von < 0,05 bis jeweils < 0,001, nichtparametrischer Newman-Keuls-Test). Jede Polymerzubereitung ergab mehrere Langzeitüberlebende (120 Tage oder länger ab der Tumorimplantation). Die zwei Langzeitüberlebenden von Experiment 2 wurden vor der Tötung ein Jahr leben gelassen. Keines der überlebenden Tiere hatte bei einer Autopsie entweder im Großen oder mikroskopisch in Hämatoxylin- und Eosin-gefärbten Schnitten einen sichtbaren Tumor. Im Gegensatz dazu starben alle Tiere in den Kontrollgruppen mit großen intrakranialen Tumoren. Es gab keinen signifikanten Überlebensunterschied unter den Behandlungsdosen der einzelnen Experimente (P > 0,05, nichtparametrischer Newman-Keuls-Test).

Ferner starben zwei Tiere (mit 20% und 30% beladene Polymergruppen) in Experiment 1 während des Versuchszeitraums ohne makro- oder mikroskopische Anzeichen von Tumorwachstum. Verstreute Herde von atypischen und karyorrhektischen Zellen ähnlich den bei den Ratten, die das Paclitaxelimplantat ohne Tumor erhielten, beobachteten waren in diesen Hirnen sowie in den Hirnen von Ratten, die bis zum Ende des Versuchszeitraums überlebten, vorhanden. Die Kaplan-Meier-Kurve für Experiment 1 ist in 3 gezeigt.

Daher verlängerten die Paclitaxel-Polymervorrichtungen das mittlere Überleben von Ratten, die intrakraniale Tumore trugen, im Vergleich zu Kontrollen auf das 1,5- bis 3,0-fache (P < 0,05 bis < 0,001).

Beispiel 7: Demonstration der Freisetzungskinetiken von Camptothecin aus einem biologisch kompatiblen Polymer

Polymerherstellung. EVAc (40 Gew.-% Vinylacetat; Elvax 40P) wurde von Dupont (Wilmington, DE) erhalten. Das EVAc wurde in absolutem Ethylalkohol zur Extraktion des entzündlich wirkenden Antioxidationsmittels Butylhydroxytoluol gemäß der Beschreibung bei R. Langer et al., J. Biomed. Mater. Res. 15: 267–277 (1981), dessen Lehren hier als Bezug aufgenommen sind, gewaschen. Natriumcamptothecin, das vom National Cancer Institute erhalten wurde, wurde in die Polymermatrix durch eine Modifikation des Verfahrens gemäß der Beschreibung von W. D. Rhine et al., J. Pharm. Sci. 69: 265–270 (1980), dessen Lehren hier als Bezug aufgenommen sind, eingearbeitet. Camptothecin und EVAc wurden so kombiniert, dass zu 20 Gew.-%, 40 Gew.-% oder 50 Gew.-% beladene Polymere erhalten wurden. Methylenchlorid wurde zu dem Gemisch gegeben, wobei eine 10%-ige Lösung von EVAc und Methylenchlorid erhalten wurde, und es wurde bis zur vollständigen Auflösung auf einem Vortex-Mischer gerührt. Die Camptothecin-EVAc-Methylenchloridlösung wurde dann bei –70°C in eine Glasform gegossen. Nach 20 min wurden die verfestigten Polymere 4 Tage in eine Gefriervorrichtung von –30°C überführt. Die Polymere wurden dann 4 Tage in einen Vakuumexsikkator bei Raumtemperatur gegeben, um eine Verdampfung von Methylenchlorid zu ermöglichen, wonach sie bei 4°C aufbewahrt wurden.

Protokoll. Mit Camptothecin beladene EVAc-Polymere wurden in 3,0 ml 0,9%-iger NaCl in einen Inkubator von 37°C gegeben. Die Lösung wurde zu verschiedenen Zeitpunkten entfernt und durch frisches 0,9%-iges NaCl ersetzt, wodurch die Konzentration von Camptothecin in dem Freisetzungsmedium bei Bedingungen einer unendlichen Senke gehalten wurde. Die in die Lösung freigesetzte Camptothecinmenge wurde wie im folgenden beschrieben mittels HPLC ermittelt. Die kumulative freigesetzte Dosis wurde durch Kombination der Freisetzungswerte an jedem Zeitpunkt bestimmt.

HPLC-Verfahren zur Messung von Camptothecin. Die quantitative Analyse wurde auf einem chromatographischen System von Beckman, das mit einem 507 Autosampler, 126AA-Lösemittelmodul, 166-Detektor und einem System Gold-Datensystem ausgestattet war, durchgeführt. Die Säule war eine Reverse-Phase Microbondpak C18 Waters-Säule (Teilchengröße 10 &mgr;m, 3,9 × 300 mm), die durch eine Uptight Precolumn (Upchurch Scientific, Inc.) geschützt war. Das HPLC-System wurde isokratisch mit Methanol:Wasser (63:37; V/V) bei Raumtemperatur eluiert. Die Durchflussrate der mobilen Phase betrug 1,0 ml/min und Proben wurden bei einer Wellenlänge von 254 nm gemessen. Eine Standardkurve wurde durch Auftragung der Peakfläche gegen die Konzentration konstruiert.

Ergebnisse. EVAc-Polymere wurden mit Beladungen von 20, 40 und 50 Gew.-% Camptothecin hergestellt. Das durchschnittliche Polymergewicht betrug 10 mg. Daher betrugen die Gesamtarzneimittelbeladungen etwa 2 mg, 4 mg bzw. 5 mg. Die Ergebnisse der Freisetzungskinetikuntersuchungen sind in 4 gezeigt. Bei einer Beladung von 50% wurde ein Anfangsausbruch von Camptothecin aus dem Polymer freigesetzt und nach 3 Tagen eine Gleichgewichtszustandsfreisetzung erreicht, die mindestens 21 Tage dauerte. Die 20%- und 40%-Beladungen ergaben an jedem Zeitpunkt weniger Camptothecin. Das zu 50% beladene Polymer wurde daher zur Bewertung der Wirksamkeit in vivo auf der Basis dieser Eigenschaften gewählt.

Beispiel 8: Demonstration der Wirksamkeit von Camptothecin bei der Behandlung von Gliosarkomzellen in vitro

Tumorzelllinien. Die 9L-Gliosarkomzellen wurden 1985 von Dr. Marvin Barker von der University of California, San Francisco, California, erhalten. Die F98-Gliomzellen wurden von Dr. Joseph Goodman, Department of Neurosurgery, Ohio State University, Columbus, Ohio, bereitgestellt. Die humanen Gliomzelllinien U87 und U373 wurden von Dr. O. Michael Colvin, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland, bereitgestellt. JH1 ist eine Zelllinie, die aus einer Biopsieprobe von einem Patienten mit einer pathologisch festgestellten Glioblastommultiform erhalten wurde.

Zellkultur von frisch durch eine Biopsie erhaltenen Gliomen. Biopsieproben wurden aus dem Operationsraum erhalten und in sterilen Probenbehältern transportiert. Proben wurden über ein Sammelsieb von 230 &mgr;m mesh (Bellco Glass, Inc., Vineland, NJ) unter Verwendung eines Glaspistills filtriert. Die Probe wurde dann 10 min mit 1000 rpm zentrifugiert. Die Überstandsfraktion wurde verworfen und das Zellpellet wurde in 1 ml Minimum Essential Medium (Gibco BRL, Grand Island, NY) mit 10% fetalem Rinderserum, 0,5 L-Glutamin, Penicillin (Base, 80,5 Einheiten/ml) und Streptomycin (80,5 &mgr;g/ml) resuspendiert. Die Suspension wurde durch fortschreitend kleinere Nadeln geschickt, bis sie leicht durch eine 25er Nadel lief, wonach sie erneut 5 min mit 1000 rpm zentrifugiert wurde. Die Überstandsfraktion wurde verworfen und das Pellet wurde in 5 ml Medium resuspendiert. Diese Suspension wurde auf T75-Kulturkolben mit verschiedenen Verdünnungen ausplattiert und bei 37°C inkubiert. Das Medium wurde etwa alle 3 Tage gewechselt. Wenn die Anfangskultur Konfluenz erreichte, wurden die Zellen trypsinisiert und passiert. Die Empfindlichkeit wurde durch den im folgenden angegebenen Clonogentest getestet, wobei mit dem zweiten Durchgang begonnen wurde.

Clonogentest. Die Empfindlichkeit der einzelnen Gliomzelllinien wurde in einem Clonogentest getestet. Bei Konfluenz wurden die Zellen trypsinisiert und mit 400 Zellen pro 60-mm-Vertiefung ausplattiert. Nach 24 h wurde frisches Medium, das Camptothecin mit verschiedenen Konzentrationen enthielt, zugesetzt. Für Kurzeinwirkungsexperimente wurde das Camptothecin nach 1 h entfernt und durch frisches Medium ersetzt; für kontinuierliches Einwirken wurde das Medium 7 Tage an Ort und Stelle belassen. Nach 7 Tagen wurden alle Platten fixiert und mit Coomassie Brilliant Blue (Bio Rad, Richmond, CA) angefärbt. Kolonien, die mehr als 50 Zellen enthielten, wurden identifiziert und gezählt. Die Behandlungen wurden dreifach durchgeführt. Das Überleben wurde als die Zahl der Kolonien, die sich durch die behandelten Zellen bildeten, bezogen auf die Zahl der Kolonien, die durch die unbehandelten Zellen gebildet wurden, berechnet.

Ergebnisse. Die Ergebnisse des Einwirkens von Camptothecin auf Gliome in Zellkultur sind in Tabelle 6 dargestellt.

Tabelle 6. In-vitro-Empfindlichkeit von Gliomen gegenüber Camptothecin
  • aF98 und 9L sind Rattengliomlinien. U87 und U373 sind bekannte humane Gliomlinien. JH1 ist eine Glioblastomlinie, die am Johns Hopkins Hospital direkt aus einer Biopsieprobe entwickelt wurde. Alle wurden in einem Clonogentest auf Empfindlichkeit gegenüber Camptothecin getestet.

Das Experiment wurde so gestaltet, dass die Empfindlichkeit von Gliomen in vitro bei einem kurzen (1 h) Einwirken und einem kontinuierlichen (7 Tage) Einwirken getestet wurde. Bei Einwirken während 1 h lag der LD90-Wert im Bereich von 1,4 &mgr;M für 9L, F98 und U87 bis 0,3 &mgr;M für U373-Zellen. Für alle Zelllinien verringerte ein kontinuierliches Einwirken während 7 Tagen den LD90-Wert um das 10- bis 100-fache. Für die Ratten- und bekannten humanen Zelllinien betrug der LD90-Wert nach kontinuierlichem Einwirken etwa 0,1 &mgr;M oder weniger. Die humane Gliomlinie JH1, die direkt aus einem Tumor, der im Operationsraum erhalten wurde, entwickelt wurde, zeigte bei beiden Einwirkzeiten die höchste Empfindlichkeit gegenüber Camptothecin. Die Abtötung aller Zellen für JH1 wurde bei einer Konzentration von 0,14 &mgr;M nach einem Einwirken während 1 h und von 0,03 &mgr;M nach kontinuierlichem Einwirken erreicht.

Beispiel 9: Demonstration der Wirksamkeit von Camptothecin bei der Behandlung eines Gliosarkoms in vivo

Tiere. Männliche Fischer-344-Ratten eines Gewichts von 200–250 g wurden von Harlan Sprague Dawley, Inc. (Indianapolis, IN) erhalten. Die Tiere wurden in Standardtiereinrichtungen gehalten und erhielten freien Zugang zu Certified Rodent Chow Nr. 5002 (Ralston Purina Co., St. Louis, MO) und städtischem Wasser von Baltimore.

Intrakraniales Gliosarkom-9L-Modell. Das 9L-Gliosarkom wurde in den Flanken von männlichen Fischer-344-Ratten gehalten. Zur intrakranialen Implantation wurde der Tumor aus dem Trägertier chirurgisch herausseziert und in Stücke von 1 × 2 × 2 mm geschnitten. Die Stücke wurden während des Implantationsverfahrens in steriler 0,9%-iger NaCl auf Eis gehalten.

Männliche Fischer-344-Ratten wurden mit einer intraperitonealen Injektion von 3–5 ml/kg einer Stammlösung, die 2,5 mg/ml Ketaminhydrochlorid, 2,5 mg/ml Xylazin und 14,25 Ethylalkohol in 0,9% NaCl enthielt, anästhesiert. Die Operationsstelle wurde rasiert und mit 70% Ethylalkohol und PrepodyneTM-Lösung vorbereitet. Nach einem Mittellinieneinschnitt wurde ein Bohrerloch von 3 mm, das 5 mm posterior der koronalen Naht und 3 mm lateral zur sagittalen Naht zentriert war, gebildet. Die Dura wurde geöffnet und der Kortex und weiße Substanz wurden unter Verwendung von leichtem Absaugen reseziert, bis der Hirnstamm sichtbar war. Die Operationsstelle wurde mit steriler 0,9%-iger NaCl gespült, bis sie klar war. Ein einziges Tumorstück wurde in den Tiefen der Kortexresektion platziert. Die Haut wurde mit chirurgischen Klammern geschlossen.

Protokolle zur systemischen und lokalen Verabreichung von Camptothecin. Die Tiere wurden in vier Behandlungsgruppen geteilt und erhielten Camptothecin durch entweder intraperitoneale Injektion oder polymervermittelte lokale Verabreichung. Intraperitoneale Injektionen von Camptothecin wurden an den Tagen 5, 6, 7 und 8 nach der Tumorimplantation mit Dosen von 4, 10, 20 und 40 mg/kg/Tag gegeben. Zur lokalen Verabreichung durch ein Polymer wurde Camptothecin in EVAc mit einer Dosis von 50 Gew.-% eingearbeitet. Polymerzylinder der Abmessung 1 × 3 mm wurden gestaltet und 1 bis 2 h vor der Implantation zur Sterilisation unter W-Licht gesetzt. Die Polymere wogen durchschnittlich 9,2 mg und daher enthielt jedes 4,6 mg Camptothecin. Die Polymere wurden 5 Tage nach der Tumorimplantation durch das ursprüngliche Bohrerloch direkt in den Tumor platziert. Kontrolltiere und diejenigen, die systemisches Camptothecin erhielten, erhielten am Tag 5 leere intratumorale EVAc-Polymere einer ähnlichen Größe und eines ähnlichen Gewichts. Die Tiere wurden täglich auf Zeichen von Toxizität, insbesondere neurologische und Verhaltensänderungen, getestet. Todesfälle wurden täglich quantitativ bestimmt. Zum Zeitpunkt des Todes wurde das Hirn entfernt und mindestens eine Woche in 10% Formalin gegeben. Die Hirne wurden zur Hämatoxylin- und Eosinfärbung präpariert. Schnitte durch den Tumor wurden zur Verifizierung des Vorhandenseins eines Tumors angefärbt.

Statistiken. Für die Tierwirksamkeitsuntersuchungen wurden das Überleben auf einer Kaplan-Meier-Überlebenskurve aufgetragen und die statistische Signifikanz durch die nichtparametrische Kruskal-Wallis-Varianzanalyse und das anschließende nichtparametrische Analogon des mehrfachen Vergleichstests nach Newman-Keuls bestimmt.

Ergebnisse. Camptothecin wurde auf dessen Potential zur Verlängerung des Überlebens bei dem intrakranialen Ratten-9L-Modell bei entweder systemischer Verabreichung oder lokaler polymervermittelter Verabreichung bewertet. Die Tabelle 7 zeigt die Überlebensdaten für die verschiedenen Behandlungsgruppen.

Tabelle 7: Wirksamkeit von Camptothecin gegenüber einem intrakranialen 9L-Gliosarkom bei Fischer-344-Ratten
  • * Bezeichnet Behandlungsgruppen, die leere intratumorale EVAc-Scheiben erhielten.
  • a Langzeitüberlebende lebten länger als 120 Tage.
  • b Ergebnisse eines nichtparametrischen Newman-Keuls-Tests, der Behandlungsgruppen mit einer Kontrolle vergleicht.
  • c NS, nicht signifikant.

Camptothecin, das mittels des Polymers abgegeben wurde, verlängerte das Überleben im Vergleich zu Kontrollen signifikant, wobei 59% der Tiere langzeitig überlebten (länger als 120 Tage, P < 0,001). Die systemische Verabreichung von Camptothecin erhöhte das Überleben in Bezug auf Kontrollen nicht. Statt dessen starben bei der höchsten getesteten Dosis, 40 mg/kg/Tag während 4 Tagen, die Tiere vor den Kontrollen, obwohl dieses Ergebnis statistisch nicht signifikant war. Kaplan-Meier-Überlebenskurven sind in 5 gezeigt. Es gab keine Zeichen von neurologischen oder Verhaltensanomalitäten, die bei einem der Tiere festgestellt wurden.

Diese Daten zeigen, dass Camptothecin wirksam durch lokale Verabreichung mit einem Polymer mit gesteuerter Freisetzung zur Verlängerung des Überlebens bei Ratten, die intrakranial ein 9L-Gliosarkom implantiert erhielten, genutzt werden kann. Ferner zeigen die Daten, dass eine lokal gesteuerte Arzneimittelverabreichung die klinische Verwendung dieses hochwirksamen Arzneimittels ermöglicht, das wegen dessen Toxizität und engem therapeutischen Fenster systemisch nicht verwendet werden könnte.

Beispiel 10: Toxizität und Wirksamkeit von Carboplatin, das aus Polymeren mit nachhaltiger Freisetzung abgegeben wird

Carboplatin (CBDCA) war als antineoplastisches Mittel gegenüber sowohl primären Tumoren des Zentralnervensystems (ZNS) als auch mehreren soliden Tumoren, die häufig in das Hirn metastasieren, vielversprechend. Unglücklicherweise ist CBDCA in seiner Verwendung für Tumore im ZNS durch systemische Toxizität und schlechtes Durchdringen der Blut-Hirn-Schranke beschränkt. Diese Untersuchung testete die Toxizität und Wirksamkeit von Carboplatin, das von Polymeren mit nachhaltiger Freisetzung abgegeben wird, bei der Behandlung experimenteller Gliome bei Nagetieren.

MATERIALIEN UND VERFAHREN

Polymerherstellung. Zwei getrennte Polyanhydridpolymersysteme, FAD:SA und pCPP:SA, wurden in dieser Untersuchung unabhängig voneinander getestet. FAD:SA-Polymerscheiben wurden von Scios Nova Inc. (Baltimore, MD) erhalten und wie bei Domb et al., Polymer Preprints 32, 219 (1991) beschrieben hergestellt. Die pCPP-SA-Polymere, die in einem 20:80-Verhältnis formuliert wurden, wurden gemäß der Beschreibung bei Chasin et al., Biopharm. Manufact. 1, 33 (1988) hergestellt. CBDCA wurde von Bristol Meyers Pharmaceutical Company (Syracuse, New York) erhalten. Es wurde durch Mischungsschmelzen in pCPP:SA-Polymer eingearbeitet.

Tiere. Männliche Fischer-344-Ratten eines Gewichts von 200–250 g wurden von Harlan Sprague-Dawley (Indianapolis, IN) erhalten und gemäß den Vorschriften des Johns Hopkins School of Medicine Animal Care and Use Committee gehalten.

F-98-Gliominokulationen. 10000 F98-Gliomzellen wurden stereotaktisch in den linken Parietallappen von Ratten gemäß der Beschreibung von Judy et al., J. Neurosurg. 82, 103 (1995), injiziert.

Polymerimplantation. Polymere von 3 × 1 mm wurden in das Hirn gemäß der Beschreibung von Judy et al. (1995) platziert. Bei Toxizitätsuntersuchungen wurde Polymer am ersten Tag der Untersuchung implantiert. Bei Wirksamkeitsversuchen wurden Polymere fünf Tage nach der Injektion in die Tumorbetten implantiert.

Versuchsgestaltung. Drei Experimente wurden durchgeführt. Das erste ermittelte die Toxizität von aus dem FAD-Polymer abgegebenem Carboplatin. Das zweite testete die Wirksamkeit der höchsten nichttoxischen Polymerdosen unter Verwendung von FAD:SA-Polymer und drei systemischen Dosen gegenüber dem intrakranialen F98-Gliom. Das dritte verglich drei Dosen von aus dem pCCP:SA-Polymer freigesetztem CBDCA. Bei allen drei Untersuchungen wurden die Tiere täglich auf Zeichen von neurologischer oder systemischer Toxizität und auf Überleben beobachtet. Beim Tod eines Tieres wurde das Hirn unmittelbar entnommen und mindestens fünf Tage in gepuffertes Formalin gegeben. Die Probe wurde in Paraffin eingebettet, geschnitten und mit Hämatoxylin und Eosin zur histologischen Untersuchung angefärbt.

Zum Testen der Toxizität erhielten fünf Tiere pro Gruppe intrakraniale FAD:SA-Polymere, die 0%-, 3%-, 5%-, 7%- und 10%-Beladungsdosen von Carboplatin enthielten, gemäß der obigen Beschreibung.

Zum Testen der Wirksamkeit unter Verwendung von FAD:SA-Polymer erhielten Tiere intrakraniales F98-Gliom. Am fünften Tag nach der Operation erhielten Tiere im Polymerzweig des Protokolls FAD:SA-Polymere, die mit 0%, 1%, 2% oder 5% Carboplatin beladen waren. Tiere in dem Zweig einer systemischen Chemotherapie erhielten intrakranial leeres Polymer zusätzlich zu intraperitonealen Injektionen von Carboplatin einmal pro Woche während 3 Wochen, beginnend fünf Tage nach der Tumorinokulation. Die drei systemischen Dosen betrugen 10, 30 und 50 mg/kg/Woche. Die Zahl der Tiere in jeder Gruppe ist in Tabelle 8 aufgelistet.

Tabelle 8: Überleben bei Ratten mit intrakranialem F98-Gliom nach einer Behandlung mit Carboplatin, das mittels FAD-SA-Polymer direkt in das Tumorbett oder durch systemische Injektion verabreicht wurde.

Zum Testen der Wirksamkeit aufgrund von pCCP:SA-Polymer erhielten 32 Tiere eine intrakraniale Injektion eines F98-Tumors. Fünf Tage später wurden die Tiere in vier Truppen von acht Tieren randomisiert verteilt. Die Gruppe 1 erhielt leeres pCCP:SA-Polymer. Die Gruppen 2, 3 und 4 erhielten eine intrakraniale Platzierung von pCCP:SA-Polymer, das mit 2%, 5% bzw. 10% CBDCA beladen war.

Eine statistische Analyse wurde unter Verwendung von EGRET- und SAS-Software durchgeführt. Kaplan-Meier-Überlebenskurven wurden bestimmt. Vergleiche zwischen Gruppen innerhalb eines Experiments wurden mittels Zufalls/rationaler Analyse durchgeführt.

ERGEBNISSE

Toxizität. Die Toxizität von lokal freigesetztem Carboplatin aus FAD:SA-Polymer wurde intrakranial bei der Ratte getestet (Tabelle 9). Das FAD:SA-Polymer allein zeigte keine Toxizität. Die 3%- und 5%-Beladungen von Carboplatin riefen jeweils einen einzigen Todesfall 4 Tage nach der Implantation hervor. Überlebende Tiere waren neurologisch normal und erscheinen systemisch wohlbefindlich. Die Histologie zeigte Fibrose und Gliose am Ort der Polymerplatzierung. Der darunterliegende Thalamus zeigte auf der Polymerseite einige Degenerationsbereiche, jedoch nicht im kontralateralen Thalamus. Vier von fünf Tieren, die 7% erhielten, und alle 5 der Tiere, die mit 10% beladenes Polymer erhielten, starben in den ersten 5 Tagen nach einer Polymerplatzierung. Das mit 5% beladene Polymer war die höchste tolerierte Beladungsdosis (80% Langzeitüberleben) und aus diesem Grund wurde die 5%-Beladung von CBDCA in FAD:SA als die höchste Dosis für die Wirksamkeitsuntersuchungen gewählt.

Tabelle 9: Toxizität von intrakranialem Carboplatin, das durch FAD:SA-Polymere mit nachhaltiger Freisetzung abgegeben wurde.
Tabelle 10: Überleben bei Ratten mit intrakranialem Gliom nach einer Behandlung mit Carboplatin, das mittels pCCP:SA-Polymerfreisetzung in das Hirn lokal verabreicht wurde.

Wirksamkeit von aus FAD:SA-Polymer freigesetztem Carboplatin oder systemischem Carboplatin zur Behandlung von experimentellem F98-Gliom.

Das intrakraniale F98-Gliom war für unbehandelte Tiere bei einem Medianwert von 16 Tagen gleichförmig tödlich, wobei alle Tiere bis zum Tag 19 starben. Von den drei Beladungsdosen von CBDCA (1%, 2% und 5% ), die als lokale Therapie für intrakraniale F98-Gliome versucht wurden, war die 5%-Beladung von Carboplatin die wirksamste zur Verlängerung des Überlebens (Tabelle 8). (Medianwert des Überlebens = 53 Tage). Es bestand eine frühe Toxizität, da ein Tier (von 15) jeweils am Tag 9 und Tag 10 starb. Die 5%-Beladung war statistisch besser als die Kontrolle (p < 0,001) und sie war auch besser als geringere Beladungsdosen zur Verlängerung des Überlebens (p = 0,007). Ein Prozent- und zwei Prozent-Beladungen von FAD:SA verlängerten ebenfalls das Überleben signifikant ohne Zeichen von früher Toxizität.

Von den drei getesteten systemischen Dosen war die mittlere Dosis (30 mg/kg) die wirksamste (Medianwert des Überlebens = 36,5 Tage, p < 0,001 gegenüber Kontrolle). Das mit 5 beladene Polymer war zur Verlängerung des Überlebens bei Ratten mit F98-Gliom signifikant besser als die beste systemische Dosis (p = 0,027).

Die histologische Untersuchung zeigte, dass Tiere, die leeres Polymer oder ineffektive Dosen einer systemischen Chemotherapie erhielten, an der Injektionsstelle große infiltrierende Tumore aufwiesen. Viele Tiere, die die wirksamste Behandlung, mit 5% beladenes FAD:SA-Polymer, erhielten, hatten an der Injektionsstelle einen kleinen oder keinen Tumor. Mehrere Langzeitüberlebende in der lokalen 5%-Gruppe waren zum Zeitpunkt des Todes frei von einem Tumor im Hirn. Jedoch wurden bei diesen Tieren gelegentlich große infiltrative Tumore des Subarachnoidalraums des Rückenmarks mit Markinvasion beobachtet.

Wirksamkeit von aus pCCP:SA-Polymer freigesetztem CBDCA gegenüber F98-Gliom

Das mittlere Überleben für Tiere, die leeres pCCP:SA-Polymer erhielten, (Tabelle 10) betrug 23 Tage. Tiere, die mit 2% oder 5% beladenes pCCP:SA-Polymer erhielten, wiesen ein signifikant längeres Überleben von 46,5 bzw. 86,5 Tagen auf. Tiere, die mit 10% beladenes Polymer erhielten, wiesen ein mittleres Überleben von 8 Tagen mit fünf von acht Tieren am Tag 8 auf. Dies legt Toxizität nahe. Zwei von acht Tieren, die mit 5% beladenes Polymer erhielten, starben frühzeitig (eines jeweils am Tag 9 und Tag 10). Es gab keine frühzeitigen Todesfälle in der 2%-Polymergruppe. Mit Ausnahme von diesen frühen Todesfällen zeigten Autopsien, dass die Tiere an der Injektionsstelle von F98 an großen intrakranialen Tumoren starben.

Neurotoxizität wurde bei Tieren, die hohe Dosen einer interstitiellen Chemotherapie von CBDCA erhielten, bei beiden Polymersystemen beobachtet. Eine klare Dosis-Ansprechen-Kurve wurde mit einer zunehmenden Zahl vorzeitiger Todesfälle bei steigenden Dosen einer lokalen Chemotherapie beobachtet. Bei beiden Polymersystemen starben Tiere, die mit 10% beladenes Polymer erhielten, bald nach der Implantation; mit 5% beladenes Polymer zeigte eine gewisse frühzeitige Toxizität, jedoch scheinbar nahe der maximal tolerierbaren Dosierung. Niedrigere Dosen zeigten keine frühzeitige Toxizität, waren jedoch mit einer niedrigeren Wirksamkeit verbunden.

Bei dieser Untersuchung war eine 5%-Beladung von CBDCA in jedem der beiden Polyanhydridpolymere zur Verlängerung des Überlebens bei Ratten mit F98-Gliom klar wirksam. In mehreren klinischen Untersuchungen zeigten humane Gliome einen unterschiedlichen Grad des Ansprechens auf eine systemische Carboplatintherapie. Dieser Unterschied der Wirksamkeit zwischen In-vitro- und In-vivo-Beobachtungen kann durch mehrere Gründe erklärt werden, die Fehler bei der adäquaten Platzierung des Arzneimittels über die Blut-Hirn-Schranke in den Tumor, eine systemische Toxizität, die die Dosis unter eine therapeutische Konzentration beschränkt, und Tumorzellbeständigkeit umfassen.

Eine interstitielle Chemotherapie über biologisch abbaubare Polymere kann die Wirksamkeit durch Ansprechen von allen dreien dieser Mechanismen erhöhen. Zunächst umgeht eine lokale Verabreichung von Platinarzneimitteln die Blut-Hirn-Schranke durch Verabreichung der Chemotherapie direkt in den Tumor. Wasserlösliche Verbindungen, wie die Platinarzneimittel, weisen ein relativ schlechtes Eindringen in das ZNS auf. Infolgedessen kann deren Wirksamkeit schwer beschränkt sein, wenn sie systemisch verabreicht werden. Zweitens kann eine lokale Verabreichung zu einer verringerten systemischen Toxizität führen, wenn die Blut-Hirn-Schranke (BBB) umgekehrt zur Verringerung einer systemischen Verbreitung des Arzneimittels genutzt wird. Bei experimentellen Untersuchungen erhöhte sich die maximal tolererierbare Dosis (LD50) von CBDCA bei lokaler Verabreichung über Polymere im Vergleich zu systemischer Verabreichung vierfach, und die CBDCA-Spiegel im Tumor waren hoch, während systemische Spiegel niedrig blieben.

Folgerungen. Unter Berücksichtigung dessen, dass Carboplatin in vitro für humane Gliomlinien cytotoxisch ist, Wirksamkeit gegenüber ZNS-Malignomen einschließlich eines Glioms bei klinischen Untersuchungen zeigte und in dieser Untersuchung von einem Polymer wirksam gegenüber einem intrakranialen F98-Gliom bei Ratten abgegeben wurde, sollte von einem Polyanhydridpolymer abgegebenes Carboplatin in humanen Untersuchungen der Phase I bewertet werden. Die direkte Abgabe von Carboplatin an der Hirntumorposition unter Verwendung von Polymeren mit nachhaltiger Freisetzung kann dessen therapeutischen Index verbessern und dadurch dessen Wirkung gegen Hirntumore steigern.

Verfahren. Zwei biologisch abbaubare Polyanhydridpolymersysteme wurden mit CBDCA beladen und unabhängig voneinander getestet. Dosis-Toxizität-Untersuchungen wurden durch Platzieren von CBDCA-beladenen Polymeren in dem Hirn von Ratten durchgeführt. Die höchsten nichtletalen Dosen wurden dann in die Hirne von Ratten fünf Tage nach einer Injektion von F-98-Gliomzellen an der gleichen Position implantiert. Das Überleben von Tieren, die Polymer erhalten hatten, wurde mit dem von Tieren, die systemische CBDCA-Dosen erhielten, verglichen.

Ergebnisse. CBDCA-Polymer wurde in Dosen bis zu einer Beladung von 5% gut toleriert. Lokal abgegebenes CBDCA war zur Verlängerung des Überlebens von Ratten mit F98-Gliomen wirksam. Maximales Überleben wurde bei einer 5%-Beladung von jedem der beiden Polymere beobachtet, wobei das mittlere Überleben auf das Zwei- bis Dreifache gegenüber der Kontrolle erhöht war (p < 0,004). Optimale Dosen von systemischem CBDCA verlängerten das Überleben signifikant. Die beste Polymerdosis war signifikant stärker wirksam als die beste systemische Dosis.

Folgerungen: Carboplatin ist zur Verlängerung des Überlebens bei Nagetieren mit experimentellen Gliomen bei Verabreichung mittels Polyanhydridpolymeren mit nachhaltiger Freisetzung wirksam. Lokal verabreichtes Carboplatin ist zur Verlängerung des Überlebens in einem Gliommodell stärker wirksam als systemisches Carboplatin.


Anspruch[de]
  1. Chemotherapeutische Zusammensetzung, umfassend

    eine biologisch kompatible synthetische Polymermatrix in Form eines Films, Röhrchens oder Mikroimplantats, wie ein Mikropartikel, eine Mikrokapsel oder ein Mikrokügelchen,

    die eine bei einer In-vivo-Freisetzung an der Stelle eines Tumors zur Hemmung des Tumorwachstums wirksame Menge eines wasserunlöslichen, relativ lipidunlöslichen chemotherapeutischen Mittels (im Vergleich zu BCNU (1,3-Bis(2-chlorethyl)-1-nitrosoharnstoff)) enthält, wobei das chemotherapeutische Mittel in die synthetische Polymermatrix eingebaut ist und aus dieser durch Abbau der Polymermatrix oder Diffusion des Mittels aus der Matrix über einen Zeitraum von mindestens acht Stunden freigesetzt wird.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das chemotherapeutische Mittel Paclitaxel oder ein funktional wirksames Derivat ist.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das chemotherapeutische Mittel Camptothecin oder ein funktional wirksames Derivat ist.
  4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Polymermatrix biologisch abbaubar ist.
  5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die Polymermatrix aus einem Polymer gebildet ist, das aus der aus Polyanhydriden, Polyhydroxysäuren, Polyphosphazenen, Polyorthoestern, Polyestern, Polyamiden, Polysacchariden, Polyproteinen und Copolymeren und Gemischen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Polymermatrix aus Ethylenvinylacetat gebildet ist.
  7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die ferner biologisch aktive Verbindungen umfasst, die aus der aus anderen Chemotherapeutika, Antibiotika, antiviralen Mitteln, entzündungshemmenden Mitteln, Targeting-Verbindungen, Cytokinen, Immuntoxinen, Antitumorantikörpern, Antiangiogenesemitteln, Antiödemmitteln, strahlenempfindlich machenden Mitteln und Kombinationen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
  8. Verwendung eines wasserunlöslichen, relativ lipidunlöslichen chemotherapeutischen Mittels (im Vergleich zu BCNU) bei der Herstellung eines Medikaments zur Behandlung eines Patienten mit einem Tumor, wobei das chemotherapeutische Mittel in einer zur Hemmung des Wachstums eines festen Tumors wirksamen Menge lokal nahe dem oder in den Tumor verabreicht wird, wobei die systemische Verabreichung der gleichen Dosierung des chemotherapeutischen Mittels zur Behandlung von Tumoren nicht wirksam ist oder vom Patienten nicht gut toleriert wird, und wobei das chemotherapeutische Mittel in eine synthetische Polymermatrix eingebaut ist und aus dieser durch Abbau der Polymermatrix oder Diffusion des Mittels aus der Matrix über einen Zeitraum von mindestens 8 Stunden freigesetzt wird und die Zusammensetzung in der Form eines Films oder Röhrchens oder in der Form von Mikroimplantaten vorliegt und durch Injektion oder Infusion verabreicht wird.
  9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei das chemotherapeutische Mittel Paclitaxel oder ein funktional wirksames Derivat ist.
  10. Verwendung nach Anspruch 8, wobei das chemotherapeutische Mittel Camptothecin oder ein funktional wirksames Derivat ist.
  11. Verwendung nach Anspruch 8, wobei das chemotherapeutische Mittel durch direkte Infusion an den Tumor aus einem Reservoir abgegeben wird.
  12. Verwendung nach Anspruch 8, wobei das chemotherapeutische Mittel durch Implantation einer biologisch kompatiblen Polymermatrix, die das chemotherapeutische Mittel enthält, lokal abgegeben wird.
  13. Verwendung nach Anspruch 8, wobei die Polymermatrix biologisch abbaubar ist.
  14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei die Polymermatrix aus einem Polymer gebildet ist, das aus der aus Polyanhydriden, Polyhydroxysäuren, Polyphosphazenen, Polyorthoestern, Polyestern, Polyamiden, Polysacchariden, Polyproteinen und Copolymeren und Gemischen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  15. Verwendung nach Anspruch 8, wobei die Polymermatrix aus Ethylenvinylacetat gebildet ist.
  16. Verwendung nach Anspruch 8, die ferner das Verabreichen von Strahlung an den Patienten in Kombination mit der Zusammensetzung umfasst.
  17. Verwendung nach Anspruch 8, die ferner ein Verabreichen von biologisch aktiven Verbindungen, die aus der aus anderen Chemotherapeutika, Antibiotika, antiviralen Mitteln, entzündungshemmenden Mitteln, Targeting-Verbindungen, Cytokinen, Immuntoxinen, Antitumorantikörpern, Antiangiogenesemitteln, Antiödemmitteln, strahlenempfindlich machenden Mitteln und Kombinationen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt sind, mit dem chemotherapeutischen Mittel umfasst.
  18. Zusammensetzung gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Verwendung in der Medizin.
  19. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei der Patient einen Hirntumor hat.
  20. Chemotherapeutische Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 17 oder 19, wobei das chemotherapeutische Mittel in der Polymermatrix zu zwischen 10 und 50 (Gew/Gew) eingebaut ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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