高效輸送大量治療性氣霧劑的製作方法

2023-09-22 08:30:30 7

專利名稱：高效輸送大量治療性氣霧劑的製作方法
背景技術：
Adjei A和Garren在1990年的《藥物研究雜誌》以及ZanenP和Lamm J在《國際藥物雜誌》上都對將治療性藥劑輸送到呼吸道中的氣霧劑進行了論述。呼吸道包括上部呼吸道和下部呼吸道。上部呼吸道包括咽部和喉部，接下來是下部呼吸道；下部呼吸道包括氣管以及隨後分叉的支氣管和細支氣管。上部呼吸道和下部呼吸道被稱為導通氣道。末梢細支氣管再分成呼吸細支氣管，呼吸細支氣管再伸向最終呼吸區域肺泡或肺部深處。Gonda I.1990年在《治療性藥物載體系統重要回顧》上發表的題為「將治療性及診斷性藥劑輸送到呼吸道上的氣霧劑」的文章對此有所論述。在內吸收給藥法中，肺部深處或肺泡是所吸入的治療性氣霧劑的首要去向目標。
所吸入的氣霧劑用於治療局部肺部異常，其中包括哮喘和肺囊纖維化病變；氣霧劑可用於肽以及蛋白質的內吸收輸送。
包括巨分子在內的許多分子的相對較高生物效力可通過呼吸過程實現。Wall D.d在《給藥法》(1995)、Patton J和PlatzR在《先進給藥法回顧》(1992)以及Byron P在《先進給藥法回顧》(1990)上發表的文章對此有所討述。因此，某些治療性藥物的幾種氣霧劑型配方正在使用之中或正在對肺部給藥進行測試。Patton J.S等人在《受控給藥》(1994)、Damms B和BainsW在《自然生物技術》(1996)、Niven R W等人在《藥物研究》(1995)以及Kobayashi S等人在《藥物研究》(1996)上發表的文章對此有所論述。
然而，肺部給藥方法卻存在著諸多難點，巨分子藥物的情況尤其如此。這些難點包括蛋白質在氣霧化過程中發生變性、所吸入藥物在咽腔中的過度損失(損失率通常超過80％)、藥物沉積位置的控制不準確、由於呼吸方式的變化而導致的治療效果重複性低下、藥物經常出現吸收過快從而導致潛在的局部中毒效應以及由肺巨噬菌體引發的吞噬作用。
此外，目前許多用於吸入療法的器械存在著藥物損失問題。人們對治療性氣霧劑吸入器械的結構投入了很大精力，藉此來改善吸入療法的功效。Timsina等人在《國際藥物雜誌》(1995)以及Tansey IP在《噴霧技術市場》(1994)上所發表的文章對此有所論述。人們還對乾粉氣霧劑表面特性的結構給予了關注，尤其關注的是避免顆粒集結；乾粉顆粒的集結會大大降低吸入療法的功效。French D L、Edwards D A和Niven R W在《氣霧劑科學雜誌》(1996)所發表的文章對此有所論述。
乾粉劑型做為肺部給藥的氣霧劑型正引起越來越廣泛的興趣。Damms B和W.Bains在《自然藥物》(1996)、Kobayashi S等人在《藥物研究》、以及Timsina M等人要《國際藥物雜誌》(1994)所發表的文章對此有所論述。吸入療法所用乾粉氣霧劑平均幾何直徑基本上在5微米以下。Ganderton D在《生物製藥科學雜誌》(1992)所發表的文章以及在《製藥科學課題》上發表的題為「氣霧劑給藥法中的物理-化學原理」的文章對此有所論述。大型「載體」顆粒(不含藥物)隨治療氣霧劑一同輸送以達到有效的氣霧化效果。French D.L、Edwards D.A和Niven R.W在《氣霧劑科學雜誌》(1996)上所發表的文章對此有所論述。
乾粉劑型的缺陷是細小的粉末顆粒通常流動性較差、氣霧化性能差，這會造成氣霧劑的可吸入部分相對較少，這裡所述的可吸入部分是指除沉積在口腔和喉部外可沉積在肺部的氣霧劑部分。Gonda I在《製藥科學課題》是所發表的文章對此有所論述。流動性和氣霧化性能差通常是由顆粒的集結造成的，而顆粒的集結又是由於顆粒間的相互作用造成的，比如顆粒間的疏水相互作用、靜電相互作用以及毛細相互作用。乾粉劑型已經取得一些進展。例如，大顆粒乾粉劑型在流動性上已有所改善，比如集結程度更小、氣霧化更容易、吞噬作用趨勢更小。RudtS和RH Muller在《受控給藥》(1992)上所發表的文章以及Tabata Y和Y.Ikada在《J.Biomes.Mater..Res.》上所發表的文章對此有所論述。對於長期及短期給藥而言，無論是局部給藥還是系統給藥，有效的乾粉吸入療法需要一種能夠將乾粉劑型有效地送入肺部的方法；而且從治療的角度講，這種方法不需要消耗過多的能量。
在肺部給藥過程中還使用了Cipolla等人所說明的噴霧器(在2000年5月14～18日所舉行的有關會議上，Cipolla等人發表的文章對該噴霧器進行了論述，文章題目為「與氣霧劑優化給藥法相關的生物、製藥、臨床及管理問題」，該文章的內容在此通過引證被併入本文)。
將乾粉劑型藥物輸送到肺部的吸入器械包括非呼吸觸發器械或「多步」器械。1999年12月7日授予Patton等人的5,997,848號美國專利對此類器械有所論述，該專利的內容在此通過引證被併入本文。在這些器械中，藥物成份首先由不是來自患者呼吸的能量進行分散，然後被患者吸入。
使用「單次呼吸觸發步驟」的吸入器械以單一步驟將乾粉分散，例如使用簡易乾粉吸入器(見美國4,995,385和4,069,819號專利)對乾粉進行分散，分散後的乾粉立即被患者吸入。
其他種類的吸入器械還包括Spinhaler吸入器(Fisons，Loughboroagh U.K.)和Rotahaler吸入器(Glaxo-Wellcome，Research Triangle Park，N.C.)，但其他種類的吸入器械並不局限於這二種。
與「單一步驟」吸入器相比，現有的「多步吸入器」操作起來更複雜且操作費用更高，因為將藥物輸送到肺部需要額外的能量。所需的能量隨用藥量的增加而增加。另一方面，在「高效率」給藥情況下，呼吸觸發的多步吸入器械通常只能將藥物容器最初含藥量(額定劑量)的約50％輸送到呼吸道中。因此，患者直至目前還需在給藥的費用/複雜性之間進行選擇。對此進行權衡的原因是現行的吸入方法和器械存在著固有的形式缺陷以及固有的器械結構限制。這些缺陷造成了不必要的藥物損失及整體治療費用的上升。此外，現行吸入器械和方法所造成的結果是通常不能在一次呼吸中將有效劑量(即治療劑量)的藥物輸送到肺部。目前，通過液體吸入器或乾粉吸入器一次吸入肺部的藥劑量通常超不過5毫克(見Cipolla等人在《呼吸給藥法》(2000)發表的文章)。
因此，現在存在一種需求，即通過單一步驟吸入系統能至少將額定劑量的約50％輸送到肺部組織中。另外還需要將相對大量的藥劑輸送到肺部組織中，例如將治療性、預防性、診斷性或預測性藥劑輸送到肺部組織中。還需要將相對大量的生物活性藥劑，尤其是大量的可吸入乾粉藥劑輸送到肺部組織中。再者，還需要將大劑量藥物從簡易呼吸觸發的器械中以單一步驟輸送到肺部組織的方法；例如將生物活性藥劑輸送到肺部組織中的方法。
發明概述本發明與將藥劑(例如治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑、預測性藥劑)輸送到肺部組織的方法有關。本發明還涉及到將生物活性藥劑輸送到肺部組織的方法。
在某一實施方案中，本發明涉及使用單次呼吸觸發的步驟將藥劑輸送到肺部組織的方法，該步驟包括a)提供含有藥劑成份的顆粒；b)將這些顆粒從含有大量此類顆粒的容器中引入患者的呼吸道，其中至少將輸送約50％的顆粒。
在另一實施方案中，本發明涉及使用單向呼吸將藥劑輸送到肺部組織的方法，該步驟包括a)提供含有藥劑成份的顆粒；b)將這些顆粒從含有大量此類顆粒的容器中引入患者的呼吸道，其中顆粒至少將輸送約5毫克的藥劑。在其他實施方案中，至少將輸送約7毫克的藥劑，或至少將輸送約10毫克的藥劑，或至少將輸送約15毫克的藥劑，或至少將輸送約20毫克的藥劑或至少將輸送約25毫克的藥劑。還可輸送更多的藥劑量。例如，顆粒可以至少輸送約35毫克的藥劑量、或至少輸送約40毫克的藥劑量或至少輸送約50毫克的藥劑量。
在另一實施方案中，本發明涉及將藥劑輸送到肺部組織的方法，該方法包括a)提供載體顆粒，載體顆粒的搖實密度小於0.4克/立方釐米；b)提供某種組分，該組分至少由一種藥劑構成；c)將a)中的載體顆粒和b)中的組分進行混合以製成可吸入的組分；d)將c)中的組分送入患者的呼吸道。正如本文所用的，「可吸入組分」指適於送入患者呼吸道的組分。
本發明還涉及能被送入肺部組織的可吸入組分。本發明中的可吸入組分在優選的情況下由載體顆粒和某種組分構成；其中載體顆粒的搖實密度小於0.4克/立方釐米，某種組分由某種藥劑構成。在某一實施方案中，可吸入組分中包含的載體顆粒可在沒有藥劑存在的情況下單獨製備，然後再與含有藥劑的組分進行混合。
在某一實施方案中，本發明中的顆粒是從帶有、含有或封裝有大量此類顆粒的容器中引出的。在本發明可使用容積至少為0.37立方釐米的容器。也可以使用容積至少約為0.48立方釐米、0.67立方釐米或0.95立方釐米這些更大一些的容器。容器在結構上最好適合用於乾粉吸入器。
在另一實施方案中，在正常的生理吸氣氣流速度範圍內，患者的呼吸足以克服使乾粉顆粒處於集結狀態的能量並吹散容器中所含的乾粉，使之成為可吸入的顆粒。彌散的顆粒通過患者的呼吸高效滲透並沉積在患者的氣道和/或肺部深處。
在本發明的優選實施方案中，顆粒的搖實密度小於約0.4克/立方釐米，優選的情況是約為0.1克/立方釐米或更低。在另一實施方案中，顆粒的堆平均幾何直經大於5微米，優選的情況是約為10微米或者更大。在另一實施方案中，顆粒的堆平均空氣動力學直經位於約1微米至約5微米之間。
在某一實施方案中，載體顆粒的直徑約約為10微米，密度約為0.001克/立方釐米；空氣動力學直徑約為0.3微米，優選的情況是約為0.001微米至約0.03微米(約10至約300納米)或是約為0.001微米至約0.2微米。在這一範圍內的載體顆粒不被認為是可吸入的。亞微米級顆粒具有足夠的密度，可以將非吸入載體顆粒轉化成可吸入的範圍之內。例如，在某一實施方案中，亞微米級顆粒的密度可以約為1克/立方釐米。選用這樣的載體顆粒是為了確保當能達到治療效果的納米級藥劑量附著在載體顆粒的表面、吸附在載體顆粒表面或者同載體顆粒形成化學結合時不致於對載體顆粒的空氣動力學性能造成負面影響。舉例而言，要解決這一問題，載體顆粒被設計成具有10微米的直徑，並且具有極低的密度(約為0.001克/立方釐米)，這樣顆粒自身可以形成空氣動力學尺寸很小(比如0.3微米)的顆粒，這些顆粒在可吸入範圍之內。然而，納米級顆粒(如約為10～200納米的顆粒)具有更高的密度(比如約為1克/立方釐米)並且含有藥劑成份，由於含有足夠多的這些亞微米顆粒，所以最終得到的顆粒位於所需的大小及孔隙率範圍之內。這樣可容納大量的藥劑。雖然不局限於一種解釋，但一般認為，微米級中較小尺寸的顆粒在給定的體積內，顆粒之間的接觸點數量大於較大尺寸顆粒之間的接觸點數量。由較小顆粒構成的乾粉在分散成氣霧劑時需要的能量更多。能量需求大所造成的結果是器械的體積更大、藥劑量更小。
本發明具有諸多優點。例如，通過乾粉吸入器可以高效地將大劑量藥劑(例如治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑、預測性藥劑)一次輸送到肺部組織中。本發明使用簡便的、低費用的肺部給藥器械，該器械提高了給藥效率並將藥劑的浪費降到了最低程度。由於本發明的給藥方法可以降低給藥頻率，因此患者會更樂於接受治療和預防措施。肺部給藥的優點消除了注射給藥的不便。例如，糖尿病人可不必再每天注射胰島素。同樣，增強顆粒本身的性能還可取得用藥劑量上的優勢，這樣實際上可以降低達到治療、預防、診斷或預測效果所需的藥劑量。本文中的實例5～9對這一效果進行了論述。這種用藥劑量上的優勢同其他類型的給藥方式相比，尤其與口服給藥方式相比，在生物活性(例如，原生質水平上的生物活性)以及治療優勢上至少高出2倍。再者，這種高效給藥方式與劑量優勢結合在一起使藥劑的效力超過目前已知的水平。同樣，作為載體的顆粒可以攜帶各種藥劑，這拓寬了本發明的應用性。
圖示簡介

圖1表明的是微米級硫酸舒喘寧、噴射乾燥型硫酸舒喘寧和噴射乾燥型人體生長激素的堆平均幾何直徑隨壓力的變化圖。
圖2A是對比棒圖，它表明的是微米級硫酸舒喘寧和噴射乾燥型硫酸舒喘寧和噴射乾燥型人體生長激素做為基本顆粒(每對棒組的左邊一個)由RODOS測量出的平均幾何直徑與IHA測量出的平均幾何直徑(每對棒的右側一個)的對比情況。IHA的測量對象是吸入器以30升/分鐘速度工作時所釋放出的顆粒。
圖2B也是對比棒圖，它表明的是微米級硫酸舒喘寧和噴射乾燥型硫酸舒喘寧做為基本顆粒(左邊的棒)，由AeroDispenser測出的平均幾何直徑與AeroBreather測得的平均幾何直徑(右邊的棒)的對比情況。AeroBreather測量的對象是吸入器以30升/分鐘速度下操作時所釋放出的顆粒。
圖3是棒圖，它表明的是乾粉吸入器在60升/分鐘速度下工作時，所釋放的劑量中＞4.0微米的細微顆粒分率。
圖4是棒圖，它表明的是放射性同位素示蹤顆粒的堆團顆粒(左邊的棒)與γ射線計量顆粒在大小分布上的對比情況。
圖5是棒圖，它表明的是沉積在肺部的藥量與額定劑量的對比。10個人體的平均沉積率為59％。
圖6是棒圖，它表明的是裝填重量為6毫克和50毫克情況下，所得到的質量分率分布對比情況。
圖7是棒圖，它表明的是在健康志願者的呼吸速度範圍內本發明中的顆粒在肺部的沉積情況。在相同呼吸速度範圍內，這一沉積情況與乾粉吸入器的肺部沉積進行比較。從與乾粉吸入器的比較看，本發明中顆粒的沉積效率在歸整後平均為1.0。在除以額定劑量後，本發明中顆粒在肺部沉積的平均效率為59％，如圖5所示。
圖8表明的是在口服或肺部給藥(標準為8毫克劑量)後，左旋多巴的原生質濃度隨時間的變化情況。
圖9表明的是口服組和肺部給藥組中凱特普羅芬的原生質濃度隨時間的變化情況。
圖10表明的是口服組中凱特普羅芬的原生質濃度隨時間的變化情況。
圖11表明的是肺部給藥組中凱特普羅芬的原生質濃度隨時間的變化情況。
圖12表明的是含有左旋多巴不同粉末劑型的RODOS曲線。
圖13A和圖13B是高壓液相色譜儀色譜圖，它表明了與空白樣品(圖13B)相比，左旋多巴從粉劑(圖13A)回收的情況。
圖14A表明的是在肺部給藥和日常口服後左旋多巴原生質的濃度。
圖14B表明的是在肺部給藥、口服及靜脈注射後左旋多巴原生質的濃度。
圖15A和圖15B分別表明了在口服和肺部給藥情況下，左旋多巴對患帕金森疾病老鼠的功能性「放置任務」的作用結果。
圖16A和16B，分別表明了在口服和肺部給藥情況下，左旋多巴對患帕金森疾病老鼠的功能性「支撐任務」的作用結果。
圖17A和17B，分別表明了在口服和肺部給藥情況下，左旋多巴對患帕金森疾病老鼠功能性「運動失能任務」的作用結果。
圖18表明了口服左旋多巴和肺部左旋多巴給藥對患帕金森疾病老鼠功能性旋轉的作用結果。
圖19表明的是在使用沙美特羅製劑[F-1(0.5)(實心菱型)；F-1(1.0)(實心正方形)；F-1(2.0)(實心三角形)]治療後24小時內乙醯甲基膽鹼對豚鼠的療效與使用Serevent製劑[SX-1(0.5)用「X」表示，SX-2(1.0)用空心圓表示]進行治療的對比。
圖20表明的是在使用沙美特羅製劑[F-2(0.5)(實心菱型)；F-2(1.0)(實心正方形)；F-2(2.0)(實心三角形)]治療後24小時內乙醯甲基膽鹼對豚鼠的療效與使用Serevent製劑[SX-1(0.5)用「X」表示，SX-2(1.0)用空心圓表示]進行治療的對比。
本發明的詳細說明本發明的特點和其餘細節即是本發明的步驟也是本發明各部分的組合，下面將結合所附圖形以及權利要求所指出的內容對本發明進行更具體的說明。應該理解，本發明中的具體實施方案只起到示範性作用，並不對本發明構成任何限制。在不脫離本發明範圍的情況下，本發明的原理特點可被用於各種實施方案中。本申請與09/665,252號美國專利申請(代理案卷號為2685.1009-000)有關，該申請於2000年9月19日提交，其題目為「治療中樞神經系統疾病的肺部給藥法」；本申請還與具有相同題目和發明人的延續申請有關，延續申請於同一申請的提交的第二天提交。所述的申請內容在此通過引證被併入正文。
本發明涉及將目標顆粒輸送到肺部組織的方法。本發明還涉及可吸入組分，可吸入組分由載體顆粒以及可輸送到肺部組織的組分組成。
在某一實施方案中，本發明中的顆粒由某種藥劑組成。正如本文下面所使用的，「藥劑」一詞包括治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑和預測性藥劑，但並不局限於這些藥劑。本發明還涉及構成本發明方法所輸送顆粒的藥劑。根據所設計的用途，藥劑可以是乾粉劑型(例如，顆粒粉末)、顆粒劑型(例如，微米級顆粒、亞微米級顆粒、納米級顆粒、脂質體、微球體、微粒體、微胞體和珠體，但並不局限於此)、結晶劑型、液體溶液劑型、懸浮液劑型以及乳液劑型，但藥劑並不局限於這些劑型。「藥劑」包括生物活性藥劑。正如本文所使用的「生物活性」一詞是指對有生命生物，例如哺乳動物尤其是人體有作用。顆粒形式或顆粒粉末形式的藥劑可通過研磨、過濾、蒸發、萃取、噴射乾燥以及本領域所知的其他技術進行製備。在某一實施方案中，藥劑例如是非晶體，藥劑不具有晶態結構，或者不含有晶粒。
某些適合的生物活性藥劑包括藥物(例如，疏水性藥物、親水性藥物)、製藥成份、維生素、製藥輔藥、蛋白質、肽、聚肽、激素、胺基酸、核酸、疫苗成份、失活病毒、磷脂、表面活性劑以及這些物質的混合物。其他的藥劑包括合成化合物、無機化合物以及有機化合物。
本發明還涉及通過噴射乾燥過程來製備特殊的顆粒。這些顆粒獨特的性質使它們具備優良的可吸入性、流動性和分散性。無論藥劑1)是噴射乾燥預先混合物的一部分，並由此與顆粒結為一體；2)添加到單獨製備好的顆粒中以附著在顆粒上或同顆粒形成化學結合；或者3)同顆粒混合起來，並一同被釋放出去，顆粒的這些獨特性能都將保持不變。其中化學結合方式包括離子相互作用、帶電顆粒和/或介質的吸引、偶極-偶極相互作用、範德瓦爾斯力、共價相互作用、吸收作用以及氫鍵結合。
與本領域已知的顆粒不同，本發明中的乾燥顆粒具有揮發性。例如，本發明中的顆粒能與藥劑結合、攜帶藥劑或者與藥劑一同輸送。在某一實施方案中，被共同輸送的顆粒被稱為伴隨物，它至少伴隨一種藥劑到達肺部所希望的沉積位置。例如，乳糖就是一種經過驗證的、經濟上可行的載體。然而，乳糖不能有效地送達肺部深處。本發明中的顆粒確實有能力伴隨、陪伴和/或同所用的藥劑一起被輸送到所要求的沉積位置。本文將提供幾個這樣的實例，在這一方面，本發明中的顆粒被用作載體時，具備包括乳糖在內的其他載體所不具備的優勢，並能提供其他載體所不能提供的功能。
本發明中的顆粒有能力攜帶非常大量的藥劑。本發明中的顆粒還具有很高的分散性，並且有能力到達呼吸系統中的多個部位。本發明中方法所用的組分包括能攜帶非常大量藥劑的乾燥顆粒，這些顆粒還能夠到達呼吸系統的特定區域，例如到達上部呼吸道、中部呼吸道和/或肺部深處。
通過考慮本發明顆粒的單獨性質以及藥劑的單獨性質，組分可以進行優化以便實現有效的肺部給藥。作為一種選擇，由高分散性顆粒構成的組分可以包括其他的顆粒和/或藥劑。可以理解的是，由本發明中顆粒構成的組分包括帶有或不帶有藥劑的顆粒。如果帶有藥劑，則藥劑可以1)與顆粒結合在一起；2)吸附、附著在顆粒上，或者與顆粒形成化學結合；3)與顆粒混合在一起，並同顆粒一同被輸送出去。
正如本文所描述的，由本發明中顆粒構成的組分，尤其是本文所定義的高分散性顆粒還含有某種藥劑。在某一實施方案中，由本發明中顆粒構成的組分至少含有一種其他藥劑。正如所說明的，由本發明中顆粒所構成的組分可以將藥劑結合到顆粒中，也可以用顆粒攜帶藥劑和/或將顆粒和藥劑共同釋放出去，或使用任何的組合方式。藥劑包括治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑和預測性藥劑，但藥劑種類並不局限於這些。適合的藥劑還包括生物活性藥劑。某些適合的生物活性藥劑包括多種藥品(如疏水性藥品、親水性藥品)、製藥成份、維生素、製藥輔料、蛋白質、肽、聚肽、激素、胺基酸、核酸、疫苗成份、失活病毒、肺表面活化劑以及這些物質的任意組合，但適合的生物活性藥劑並不局限於上述這些種類。其他的藥劑包括合成化合物、無機化合物和有機化合物、蛋白質和肽、多糖和其他糖類、脂質體、具有治療、預防、診斷和/或預測功能的脫氧核糖核酸以及核糖核酸系列物質。核酸系列物質又包括基因、反義的分子和核糖酶；其中反義的分子與互補脫氧核糖核酸形成結合以防止發生轉錄作用。藥物包括疏水性藥物以及親水性藥物。
藥劑可以與本發明中顆粒相結合、附著在顆粒上、與顆粒形成化學方式的結合和/或與顆粒混合在一起並共同被輸送出去；這些藥劑可以具有各種生物活性。這些藥劑包括血管作用藥劑、神經作用藥劑、激素、抗凝血劑、免疫調節藥劑、細胞毒素藥劑、預防性藥劑、抗生素、抗病毒劑、反義的藥劑、抗原以及抗體，例如單克隆抗體，例如palivizumab(Medimmune，Gaithersberg，MD)。在某些情況下，蛋白質可以是抗體或抗原，這些抗體或抗原原本是要通過注射進行給藥來引起相應的反應。分子量範圍很寬的化合物可以製成膠囊，例如可以製成100～500,000道爾頓的膠囊。本文中蛋白質被定義為含有100個或更多胺基酸餘項，肽含有100個以下的胺基酸餘項。除非另有說明，「蛋白質」一詞即指蛋白質，也指肽。具體實例包括胰島素和其他激素。多糖也可被輸送，例如可以輸送肝素。
這些顆粒，尤其是本文所述的高分散性顆粒可以含有生物活性藥劑，該生物活性藥劑適用於系統療法。另外，這些顆粒還可含有適合在肺部進行局部釋放的生物活性藥劑，例如治療哮喘、肺氣腫、肺囊纖維化病變或適合於系統治療的藥劑。舉例而言，正如β興奮劑用於治療哮喘一樣，治療像肺囊纖維化病變這樣的疾病可以通過釋放基因來實現。其他的專用生物活性藥劑包括生長激素(例如哺乳動物生長激素，尤其是人類生物激素)、白細胞間介素、胰島素、降血鈣素、釋放黃體化激素的激素、釋放促性腺激素的激素以及類似激素、粒性白細胞菌落刺激因子、與副甲狀腺激素有關的肽、生長激素抑制素、睪丸激素、黃體酮、強力求偶素、尼古丁、芬太奴、諾塞甾酮、氯壓定、東莨菪鹼、水楊酸鹽、色甘酸鈉、沙美特羅、佛米特羅、藥薯溴化物、舒喘寧(包括硫酸舒喘寧)、弗路地凱松、安定、阿普唑侖以及左旋多巴。但專用生物活性藥劑並不局限於上述這些物質。其他適合的治療性和/或預防性藥劑包括5,875,776號美國專利以及2000年9月19提交的09/665,252號美國專利申請(代理案卷號為2685.1009-000)中所例出的藥劑，但治療性和/或預防性藥劑並不局限於上述兩專利所列出的藥劑，這兩項專利的內容在此通過引證被併入本文。這些治療性藥劑帶有電荷，像包括胰島素在內的大多數蛋白質一樣，這些治療性藥劑可以做為帶電藥劑和帶有與其相反電荷分子之間的絡合物加以給藥。優選的情況是，帶有相反電荷的分子是帶電的類脂化合物或帶有相反電荷的蛋白質。顆粒可以同這些類脂化合類相結合，類脂化合物可以持續釋放出小分子和大分子。絡合物或類脂化合物可以加入到任何尺寸及形狀的顆粒中去，加入絡合物或類脂化合物對於改變被吸入顆粒釋放治療性藥劑的速度特別有效。
高分散性顆粒可含有任何種類的診斷性和/或預測性藥劑。在向患著給藥後，這些顆粒可在局部釋放所含的藥劑，或系統地釋放所含的藥劑。另一方面，診斷性和/或預測性藥劑可以附著在顆粒上、或與顆粒形成化學結合、或與高分散性顆粒一同輸送出去。使用本領域現有的技術和商業上可行的設備可對含有診斷性藥劑的顆粒進行檢測。
在某一實施方案中，由本發明中顆粒構成的組分還包括診斷性和/或預測性藥劑。診斷性和/或預測性藥劑可含有示蹤劑，其中示蹤劑包括放射性同位素、抗原決定基示蹤劑、親和力示蹤劑、旋轉示蹤劑、酶示蹤劑、螢光簇和化學發光簇示蹤劑，但示蹤劑並不局限於這些種類。例如，在某一實施方案中，示蹤劑是放射性同位素鎝99m。可以理解的是，本領域還有其他熟知的示蹤劑，這些示蹤劑也包括在本發明之中。
例如，使用本領域技術人員所知的技術可將生物適合氣體或可接受的生理氣體結合到顆粒中或者將這些氣體限制在顆粒的孔隙中。「氣體」一詞是指氣態化合物或者在進行成像的溫度下能夠轉化為氣態的化合物。在某一實施方案中，氣體在顆粒中的停留情況可通過在顆粒周圍形成氣閉屏障加以改善。本領域的技術人員對這類屏障十分了解。
其他可用的成像藥劑包括商業上可行的藥劑，這些藥劑用於正電子輻射析層成像法、計算機輔助析層成像法、單光子輻射計算機析層成像法、X射線成像、螢光成像和磁共振成像。
在磁共振成像中適合作為對比藥劑的材料包括釓螯合物以及鐵、鎂、錳、銅或鉻；釓螯合物例如可以是二亞乙基三胺五乙酸以及二乙醯三胺五醋酸釓。
用於計算機輔助析層成像和X射線成像的材料包括通過靜脈注射的碘基物質、非離子化單體、非離子化二聚物和離子化二聚物；其中碘基物質例如可以是以泛影葡胺和腦影酸鹽為代表的離子化單體，非離子化單體例如可以是碘異酞醇、異己醇和碘佛醇，非離子化二聚物例如可以是碘曲侖以及碘克沙醇，離子化二聚物例如可以是ioxagalte。
藥劑還包括定向分子，定向分子通過顆粒上的反應官能團而附著在顆粒上。定向分子可使顆粒與特定受體位置發生鍵合相互作用，例如與肺部組織中的受體發生鍵合相互作用。這些顆粒通過附著在配體上來瞄準目標，而配體與特定的目標可形成特定鍵合或不形成特定鍵合。典型的定向分子包括抗體(例如多克隆血清、單克隆、嵌合物等等)以及抗體斷片，還包括抗體變異區域、外源凝集素、激素或其他能夠進行特定鍵聯的有機分子。
藥劑，尤其是生物活性藥劑還包括表面活性劑，例如對肺是內源代激的表面活性劑。天然及合成的肺組織表面活性劑均在本發明範圍之內。
本發明中的方法還涉及向患者呼吸道輸送顆粒和/或含有本發明顆粒的組分，這些顆粒和/或組分封裝在容器中。正如本文所描述的，在某些實施方案中，本發明與輸送本發明中顆粒的方法有關，而在另一些實施方案中，本發明又與輸送由本發明中顆粒組成的可吸入組分的方法有關。正如本文所使用的，「容器」包括膠囊、發泡器、薄膜覆蓋的容器、腔室以及其他適合的儲存器具；這些適合的儲存器具可儲存顆粒、粉末或者吸入器械中的可吸入組分，本領域的技術人員對這些器具十分熟悉，但「容器」並不局限於所列的這些種類。
在優選實施方案中，容器用於乾粉吸入器。本發明方法所使用的乾粉吸入器包括4,995,385和4,069,819號美國專利所展示的吸入器、Spinhaler吸入器(Fisons，Loughboroh，U.K.)、Rotahaler吸入器(Glaxo-Wellcome，Research Triangle TechnologyPark，North Carolina)、Flowcaps吸入器(Hovione，Loures，Portugal)、Inhalator吸入器(Boehringer-Ingelheim，Germany)、Aerolizer吸入器(Novartis，Switzerland)、Diskhaler吸入器(Glaxo-Wellcom，RTP.NC)以及其他本領域技術人員所熟知的吸入器，但乾粉吸入器並不局限於所列出的這些類種。在某一實施方案中，所用的吸入器是某一美國專利申請所描述的吸入器，該專利申請的題目是「吸入裝置和方法」，該專利申請由David A.Edwards等人於2002年4月16日提交，該申請的代理案號為00166.0109.US00。該專利申請的全文在此通過引證被併入本文。
在某一實施方案中，容器的體積至少約為0.37立方釐米。在另一實施方案中，容器的體積至少約為0.48立方釐米。在其他實施方案中，容器的體積至少約為0.67立方釐米或0.95立方釐米。本發明還與容器有關，容器可以是膠囊。例如膠囊可以具有特定的尺碼，如2號、1號、00號或000號膠囊。適合的膠囊例如可以從Shionogi公司(Rockville，MD)購得。發泡器可以從Hueck Foils公司(Wall，NJ)購得，本領域的技術人員對於其他的容器以及其他適用於本發明的容器的體積十分清楚。
容器將顆粒和/或由顆粒構成的組分封裝或儲存起來。在某一實施方案中，顆粒和/或由顆粒構成的可吸入組分是以乾粉形式存在的。正如本領域所共知的，容器中填充有顆粒和/或由顆粒構成的組分。例如，可使用真空填充或填實技術。一般而言，用本領域共知的方法可將粉末顆粒填充到容器中去。在本發明的某一實施方案中，封裝或儲存在容器中的顆粒、粉末或可吸入組分至少重約5毫克。在優選情況下，封裝或儲存在容器中的顆粒或可吸入組分至少在10毫克左右。
在本發明某一實施方案中，容器中裝有一堆顆粒，尤其是裝有本文所述的高分散性顆粒。顆粒中包括額定劑量的藥劑。正如本文所使用的，「額定劑量」意思是指容器中這堆顆粒中所含藥劑的總量，這一總量同時也是一次呼吸中所能攝取的最大藥劑量。
顆粒和/或由顆粒構成的組分儲存或封裝在容器中，並被輸送到人體的呼吸道中。正如本文所使用的，顆粒和/或可吸放組分的「輸送」或「輸送到」是指將顆粒引入人體的呼吸道。
正如本文所描述的，在某一實施方案中，本發明與由載體顆粒和某種藥劑組成的組分有關。在另一實施方案中，本發明又與輸送由載體顆粒和某種藥劑組成的組分的方法有關。正如本文所使用的，「載體顆粒」是指含有藥劑的顆粒，這些顆粒幫助將某種藥劑釋放到人體的呼吸系統中，例如通過提高藥劑的穩定性、分散性、氣霧性能、相容性和/或膨脹特性來幫助藥劑的釋放。很明顯，在某些實施方案中，本發明中的顆粒是可以被輸送到人體呼吸道中的載體顆粒。
在某一實施方案中，本發明與可吸入組分有關，該可吸入組分由載體顆粒(不含藥劑)與由藥劑組成的組分混合而成。這種可吸入組分然後被送入人體的呼吸道中。在另一實施方案中，可吸入組分例如是通過使用乾粉吸入器械而被送入人體呼吸道的。在某一實施方案中，可吸入組分由含有藥劑的組分組成，其中的藥劑是以微米級顆粒的形式存在的(例如是亞微顆粒)。
在本發明中的顆粒做為載體顆粒同藥劑一起輸送出去的實施方案中，在優選情況下載體顆粒會促進藥劑進入人體的呼吸道(例如進入上呼吸道、下呼吸道、肺部深處)。在某一實施方案中，本發明的顆粒做為載體顆粒與藥劑一同被輸送，並促進藥劑均勻地輸送到人體呼吸系統的特定區域(例如上呼吸道、中部呼吸道；優選的區域是肺部深處)。載體顆粒與藥劑共同輸送還可幫助降低由巨噬細胞(例如肺泡巨噬細胞)造成的吞噬作用和/或提高藥劑的分散性以及氣霧化性能(例如，通過降低顆粒的集結和結塊來提高顆粒的分散性和氣霧化性能)。
正如本文所說明的，顆粒和由本發明顆粒構成的可吸入組分還可含有表面活性劑，比如含有內源代謝表面活性劑。在優選情況下，本文所述的顆粒以及由本發明顆粒構成的可吸入組分是可生物降解的，並且具有生物適合性。可以選擇的是，本文所述的顆粒以及由本發明顆粒構成的可吸入組分可以影響同時輸送的藥劑的生物降解性能和/或藥劑的釋放速度。
正如本文所說明的，包括本文所述的可吸入組分所含的載體顆粒在內，優選的顆粒「在空氣動力學上是很輕的」。正如下面所文明的，本文中所用的「在空氣動力學上是輕的」是指顆粒的搖實密度小於0.4克/立方釐米。在某一實施方案中，載體顆粒的搖實密度接近或小於0.1克/立方釐米。下面將對載體顆粒的搖實密度和測定搖實密度的方法做進一步更詳細的說明。
在某一實施方案中，包括本文所述可吸入組分所含的載體顆粒要內，在優選情況下，這些顆粒的堆平均幾何直徑大於約5微米，在其他實施方案中，顆粒的堆平均幾何直徑約為5微米到約30微米之間，或者堆平均幾何直徑在約10微米到約30微米之間。堆平均幾何直徑以及顆粒堆平均幾何直徑的計算方法將在下面進行更詳細的說明。
可以理解的是，顆粒和/或由本發明顆粒構成的可吸入組分可以送入人體的呼吸道。正如本領域所共知的，做為某種選擇，這些顆粒和/或可吸入組分還可含有在藥理上可接受的載體。正如本文所使用的，「在藥理上可接受的載體」是指可送入人體呼吸道但不會造成嚴重負面毒副作用的顆粒。在藥理上可接受的合適載體包括那些通常用於吸入療法的載體(例如乳糖)，還包括液體形式(如生理鹽水)以及粉末(如顆粒狀粉末)形式的載體。在某一實施方案中，在藥理上可接受的載體包括平均直徑範圍在約50微米到約200微米的載體顆粒，在這一範圍內的乳糖顆粒尤其適合做為載體。可以理解的是，本領域中的技術人員可以容易地找到輸送、伴隨本發明顆粒或者同本發明顆粒一同輸送的且在藥理上可接受的載體。
在本發明的某一實施方案中，顆粒/或由顆粒構成的可吸入組分在一次性、呼吸觸發的步驟中被引入人體。正如本文所使用的，「呼吸觸發的」和「呼吸起動的」可互換使用。正如本文使用的，「一次性、呼吸觸發的步驟」是指顆粒在一個步驟中被分散並被吸入人體。舉例而言，在一次性、呼吸觸發的吸入器械中，人體呼吸的能量將顆粒分散並將顆粒吸入口腔或鼻咽腔。本發明方法所用的一步性、呼吸觸發的適合吸入器包括4,995,385號和4,069,819號美國專利所說明的簡易乾粉吸入器、Spinhaler吸入器(Fisons，Loughborough，U.K.)、Rotahaler吸入器(Glaxo-Wellcome，Research Technology Park，North Carolina)、FlowCape吸入器(Hovione，Loures，Portugal)、Inhalator吸入器(Borhringer-Ingelhim，Germany)、Aerolizer吸入器(Novagtis，Switzerland)、Diskhaler吸入器(Glaxo-Wellcome，RTP.NC)以及其他類型的吸入器，但吸入器並不局限於上述這些種類。本領域的技術人員對吸入器非常了解。在某一實施方案中，所用的吸入器在由DavidA.Edwards等人於2001年4月26日提交的題為「吸入裝置和方法」的美國專利申請中有所論述，該美國專利申請的代理案卷號是00166.0109.US00。該申請的全文在此通過引證被併入本文。
「單次呼吸」輸送過程即包括一步性、呼吸觸發的輸送過程，也包括顆粒以及可吸入組分或粉末先被分散，然後分散的顆粒以及可吸入組分或粉末再被吸入的過程。在後一種輸送方式中，人體呼吸所供能量之外的外部能量將顆粒分散開來。不使用人體呼吸所供能量的一步性吸入器的一個實例就是5,997,848號美國專利所說明的裝置，該專利於1999年12月7日被授於Patton等人，該專利的全文在此通過引證被併入本文。
在優選實施方案中，含有顆粒、由顆粒構成的可吸入組分或粉末的容器在一步性、呼吸觸發的步驟中被清空。在另一優選實施方案中，含有顆粒的容器被一次性吸空。正如本文所使用的，「清空」的意思是指容器中至少50％的顆粒在顆粒被送入人體呼吸系統的過程中從吸入器中噴射出來。
在本發明的優選實施方案中，所輸送的顆粒具有高分散性。正如本文所使用的，「高分散性」顆粒或粉末是指以下顆粒或粉末，這些顆粒或粉末可被RODOS乾粉分散器(或同等技術)所分散，且在1巴壓力下，由RODOS縫隙噴射出的乾粉顆粒經HRLOS或其他雷射衍射系統測量出的幾何直徑小於在4巴壓力下所測得顆粒幾何尺寸的1.5倍。高分散性粉末的結塊、集結或聚攏的趨勢較低；即使發生結塊、集結或聚攏，高分散性粉末在從吸入器噴出以及被吸入人體時也容易被分散或被拆散。一般而言，與普通微米級粉末相比，適用於本發明方法的高分散性顆粒具有較低的集結程度，並具有相近的空氣動力學直徑，且適於送入肺部組織中。增強分散性的因素例如包括顆粒電荷量、表面粗糙度、表面化學性質以及較大的對比幾何直徑。在某一實施方案中，由於粉末顆粒之間的吸引與幾何直徑的平方成反比，而顆粒的剪應力隨幾何直徑的平方而增加；因此，粉末的分散性與顆粒幾何直徑的4次冪成反比。增大顆粒的尺寸會減小顆粒之間的附著力。(見Visser J.在《粉末技術》(1989)所發表的文章)。因此，在其他因素相同的情況下，較大尺寸的顆粒由於具有較低的堆積密度而會具有較高的氣霧化效率。增加顆粒表面的不規則度以及粗糙度也可以提高顆粒的分散性。表面粗糙度可以用凸凹度來表示。
在優選情況下，顆粒是可生物降解的，並且具有生物適合性。可選擇的是，在治療性、預防性、診斷性或預測性藥劑受控的給藥速度下，顆粒有能力發生生物降解。生物活性藥劑是優選藥劑，但除此以外，顆粒還可包含多種物質，其中可以使用的物質包括有機材料以及無機材料。例如，可以使用陶瓷材料。還可以利用脂肪酸來形成具有很輕空氣動力學性質的顆粒。其他適用的材料包括胺基酸、明膠、聚乙二醇、海藻糖以及葡聚糖。但其他適用的材料並不局限於這些物質。優選的顆粒組分將在下面做進一步的說明。在某一實施方案中，本發明中的顆粒是非聚合物質。在另一實施方案中，可吸入組分包括由非聚合物質構成的載體顆粒。
在本發明的某一實施方案中，送入人體呼吸道顆粒的搖實密度小於約0.4克/立方釐米。在本文中，搖實密度小於約0.4克/立方釐米的顆粒被認為「在空氣動力學上是輕的」。在優選實施方案中，顆粒的搖實密度接近或小於約0.1克/立方釐米。搖實密度是代表顆粒特徵的封裝堆積密度。在統計學上為均質形態的顆粒的封裝堆積密度被定義為顆粒的質量與封裝顆粒所用的最小球形體積之比。使顆粒具有較低搖實密度的因素包括顆粒不規則的表面特徵以及有空隙或有孔隙的顆粒結構。
搖實密度可以使用本領域技術人員所熟知的儀器進行測定，例如使用雙平臺微處理器控制的搖實密度測試儀(Vankel，NC)來測定搖實密度。搖實密度是封裝堆積密度的標準測量值。使用USP堆積密度和搖實密度測定方法可以確定搖實密度。在另一實施方案中，顆粒的堆平均幾何直徑大於約5微米，優選的情況是接近或大於約10微米，在某一實施方案中，顆粒的堆平均幾何直徑在約5微米到約30微米之間。在另一實施方案中，顆粒的堆平均幾何直徑在約10微米至約30微米之間。
在某一實施方案中，由本發明顆粒構成的組分的動力學堆積密度為0.1克/立方釐米或者大於0.1克/立方釐米，但搖實密度小於約0.4克/立方釐米。在優選實施方案中，顆粒的動力學堆積密度大於0.1克/立方釐米，搖實密度接近或小於約0.1克/立方釐米。
使用諸如Coulter Multisizer IIe(Coulter Electronics，Luton，Beds，England)這樣的帶電區域傳感儀或雷射衍射儀器(例如Helos Sympatec，Inc生產的儀器)可以測定顆粒的堆平均幾何直徑。樣品顆粒的直徑所處的範圍取決於諸如顆粒組成以及合成方法這些因素。可以對顆粒尺寸的分布進行選擇以便使顆粒在呼吸道中的目標位置形成最佳的沉積效果。
本發明中所用的顆粒具有很輕的空氣動力學性質，這些顆粒可以通過諸如過濾或離心過程進行製造或分離，這樣可以得到具有預定大小分布的顆粒樣品。例如，在樣品中直徑大於5微米的顆粒可佔30％、50％、70％或80％以上。舉例而言，選定的範圍可以在約5到30微米之間，或者可選擇位於5微米至15微米之間，某一百分比的顆粒必須位於這一範圍之內。在某一實施方案中，至少一部分顆粒的直徑在約9微米至11微米之間。可選擇的情況是，顆粒樣品可以有至少90％或者至少有95％或99％位於所選定的直徑範圍之內。直徑大(至少約為5微米)、動力學性質輕的顆粒比率愈高，則愈能促進治療性、預防性、診斷性或預測性藥劑到達人體肺部的深處，這些藥劑或與顆粒結合為一體或附著在顆粒表面，或為顆粒表面所吸附，或隨顆粒一同被輸送。
在某一實施方案中，顆粒樣品的四分位數的間距範圍是2微米，平均直徑在約7.5微米到13.5微米之間。因此，至少30％和40％顆粒的直徑在選定範圍之內。在優選情況下，所述百分比的顆粒的直徑變化範圍為1微米；舉例而言，顆粒的直徑或位於6.0～7.0微米之間，或位於10.0～11.0微米之間，或位於13.0～14.0微米之間。
在另一實施方案中，顆粒的空氣動力學直徑位於約1微米至約5微米之間。空氣動力學直徑daer通過下面方程計算daer＝dg√ρtap其中dg是幾何直徑，例如是堆平均幾何直徑；ρ是粉末的密度。從實驗方法上講，空氣動力學直徑可使用重力沉降法加以測定，其中全部顆粒在一定距離內的沉降時間被直接用來推算出顆粒的空氣動力學直徑。測量堆平均空氣動力學直徑的間接方法可使用多級液態衝擊取樣法。
在某一實施方案中，本發明顆粒的動力學堆積密度大於0.1克/立方釐米。
在本發明某一實施方案中，容器中所含顆粒的至少50％在單次、由呼吸觸發的步驟中被輸送到患者的呼吸道中。在優選情況下，至少55％的顆粒被送入患者的呼吸道。
在本發明另一實施方案中，在一次呼吸將容器中所含顆粒送入患者呼吸道的過程中，至少有5毫克的藥劑被送入患者體中；更佳的情況是至少輸送7毫克或至少輸送10毫克的藥劑，其中優選的藥劑是生物活性藥劑。在優選情況下，至少可以輸送20毫克的藥劑；在更優選的情況下，至少可輸送25、30、35、40以及50毫克的藥劑。在優選實施方案中，至少將輸送35毫克的藥劑量。在另一優選實施方案中，至少將輸送50毫克的藥劑量。
送入患者呼吸道的顆粒被輸往肺部組織。適用於本發明方法的顆粒可穿越上呼吸道(咽部和喉部)和下呼吸道，並能穿過末梢支氣管。其中下呼吸道包括氣管以及後面的分支氣管和細支氣管；末梢細支氣管又分成呼吸細支氣管，呼吸細支氣管通向最終呼吸區域，即胞泡或肺部深處。在本發明某一實施方案中，大部分顆粒沉積在肺部深處。在本發明另一實施方案中，給藥目標主要是中部呼吸道。在本發明另一實施方案中，給藥目標主要是上呼吸道。
適用於本發明的顆粒可以用適當的材料製成，顆粒具有合適的表面粗糙度、直徑以及搖實密度，這樣顆粒可被輸送到呼吸道中所選定的區域，例如輸送到肺部深處、中部呼吸道或上呼吸道。例如，尺寸較大、密度較高的顆粒可用於上呼吸道給藥，在一次給藥過程中，由不同尺寸顆粒組成的混合顆粒可帶有相同種類或不同種類的藥劑，混合顆粒可對肺部區域中的不同目標進行給藥。顆粒的降解時間和釋藥時間從幾秒鐘至幾個月不等，這兩個時間的長短取決於諸如顆粒的材質等因素。
在單次、呼吸觸發的過程中，使用相對較低的能量來分散顆粒可以促進顆粒進行肺部組織的效果；將顆粒分散的能量通常來自患者的呼吸。這樣的能量在本文中被認為是「較低的」。正如本文所使用的，「低能量給藥」是指在給藥過程中，分散和吸入顆粒所需的能量通常是由患者的呼吸所提供。
在本發明的某一實施方案中，進入患者體內的高分散性顆粒含有生物活性藥劑以及具有生物適合性的聚合物、共聚物或它們的混合物；這些聚合物、共聚物或它們的混合物最好同時具備生物降解功能。可對聚合物進行特殊處理以便對顆粒的不同特性進行優化；這些特性包括i)所輸送的藥劑與聚合物之間的相互作用，在藥劑輸送過程中這種作用會保持藥劑的穩定性及活性；ii)聚合物的降解速度以及藥劑的釋放速度；iii)由化學變換造成的表面特性和定向能力；iv)顆粒的孔隙度。
諸如聚酐類物質這類侵蝕表面的聚合物可用來製造顆粒。舉例而言，可以使用聚對羧基苯氧基己酐這樣的聚酐類物質。4,857,311號美國專利對可生物降解的聚酐類物質有所論述。由包括聚醇酸在內的聚酯類物質所構成的堆侵蝕聚合物也可以被使用。例如，製備顆粒可以使用聚乙二醇酸、聚乳酸或這二者的共聚物。聚酯物質還可帶有電荷或像胺基酸這樣的官能團。在優選實施方案中，具有可控釋放性質的顆粒可由聚乳酸以及乳酸乙二醇酸共聚物製成，聚合物和共聚物與二棕櫚醯卵磷脂這樣的表面活性劑結合為一體。
其他聚合物包括聚醯胺、聚碳酸酯、聚亞烷基物質、聚乙烯類化合物、丙烯酸聚合物以及甲基丙烯酸聚合物、纖維素以及其他多糖、肽或蛋白質、共聚物或這些物合的混合物；其中聚亞烷基化合物例如是聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚環氧乙烷、聚對苯二甲酸乙二酯；聚乙烯類化合物例如是聚乙烯醇、聚乙烯醚以及聚乙烯酯。可以對聚合物進行選擇和改性，以便在各種受控給藥應用中聚合物可具備相應的穩定性以及在人體內適當的降解速度。
正如Hrkach等人在《巨型分子》以及Hrkach等人在題為「乳酸胺基酸接觸共聚物一類功能性生物降解生物材料」的文章中所述的，高分散性顆粒可由功能性聚酯類接融共聚物製成。Hrkach等人的文章發表於由Raphael M.Ottenbrite等人編輯的美國化學協會627號專題論文集《適用於生物用途的水凝膠和生物降解聚合物》。
在本發明的優選實施方案中，含有生物活性藥劑和磷脂的高分散性顆粒被送入患者體內。適用的磷脂包括上述09/665,252號美國專利申請中所列出的磷脂類物質。其他適用的磷脂包括卵磷脂、磷脂醯乙醇胺、磷脂醯甘油、磷脂醯絲氨酸、磷脂醯肌醇以及這些物質的混合物。專用磷脂包括卵磷脂類二棕櫚醯卵磷脂、二棕櫚醯磷脂醯乙醇胺、二硬脂醯卵磷脂、二棕櫚醯磷脂甘油或者這些物質的任意組合；但專用磷脂並不局限於這些物質。本領域的技術人員對其他種類的磷脂也十分了解。在優選實施方案中，磷脂對肺部組織而言是內源代謝的。
磷脂在顆粒中所佔的重量可以從約0～90％。一般情況下，磷脂在顆粒中所佔的重量比例範圍為約10％～約60％。
在本發明的另一個實施方案中，磷脂類物質或它們的混合物被用來使高分散性顆粒具備受控釋放性能。專用磷脂的相變溫度可以低於、高於患者的生理體溫，或者在患者生理體溫的周圍。優選的相變溫度範圍為30℃～50℃(即在患者正常體溫的正負10℃之內)。通過根據相變溫度來選擇磷脂類化合物或它們的混合物，可以對顆粒進行特別處理以使顆粒具有受控釋藥功能。例如，當含有磷脂或磷脂混合物的顆粒的相變溫度高於患者體溫時，則多巴胺先驅物、興奮劑、先驅物和/或興奮劑混合物的釋放速度可以減緩下去。另一方面，在顆粒中使用相變溫度較低的磷脂可以獲得快速釋放效果。60/150,752號美國臨時專利對具有受控釋藥性能的顆粒以及調節生物活性藥劑釋放的方法進行了說明；該臨時申請的標題為「通過控制基體變化來調節乾粉藥劑的釋放」，該臨時專利申請於1999年8月25日提交，其內容在此通過引證被併入本文。
在本發明的另一實施方案中，顆粒可以包括表面活性劑。正如本文所使用的，「表面活性劑」被認為是在兩個不相溶物相界面間優先起到吸收作用的介質，例如在水/有機聚合物溶液界間、水/空氣界面或有機溶劑/空氣界面間的表面活性劑。表面活性劑通常帶有親水基和親脂基，這樣在與微小顆粒結合後，表面活性劑暴露給外部環境的部分就不能再吸引外層相似的顆粒，從而降低了顆粒的結塊程度。
除了上述討論的諸如磷脂類物質這樣的肺用表面活化劑外，適用的表面活化劑包括十六烷醇、諸如聚乙二醇這樣的脂肪醇、聚氧化乙烯十二烷基醚、表面活性脂肪酸，例如棕櫚酸或油酸、甘膽酸鹽、surfactin、poloxomer、脫水山梨醇脂肪酸酯，例如脫水山梨醇三油酸酯(山梨糖醇酯85)、tyloxapol。但適用的表面活性劑並不局限於上述列出的這些物質。
表面活性劑在顆粒中所佔的重量百分比可從約0％～90％。優選情況下，顆粒中表面活性劑的重量百分比在約10％至約60％之間。
1999年1月5日授予Hanes等人的5,855,913號美國專利以及1999年11月6日授予Edwards等人的5,985,309號美國專利對含有表面活性劑，尤其是含有磷酯且具有較輕空氣動力學性質的顆粒製備方法以及輸送方法進行了說明。這二項專利的內容在此通過引證被併入本文。將顆粒輸入急症患者體內的方法也有說明。當其他常規給藥方法不能發揮作用時，本發明中的高分散性顆粒有能力被送達肺部並被肺部組織所吸收。
在另一實施方案中，所輸送的高分散性顆粒只含有生物活性藥劑和表面活性劑。高分散性顆粒可由表面活性劑製成，並含有治療性、預防性或診斷性藥劑；這樣可通過降低顆粒表面相互作用來改善顆粒的氣霧化效率，並且可以降低潛在的由肺泡巨噬細胞的吞噬作用所造成的藥劑損失。
在本發明另一實施方案中，所輸送的高分散性顆粒含有胺基酸。優選的胺基酸是疏水性胺基酸。適用的胺基酸包括自然產生的疏水性胺基酸以及非自然產生的疏水性胺基酸。某些自然產生的疏水性胺基酸以及非自然產生的胺基酸包括β胺基酸，但並不局限於這類胺基酸。可以使用D，L結構以及消旋結構的疏水性胺基酸。適用的疏水性胺基酸還包括胺基酸類似物質。正如本文所使用的，胺基酸類似物質包括D或L結構的胺基酸，其分子式為-NH-CHR-CO-，其中R是脂肪基、可替代的脂肪基、苯甲基基團、可替代的苯甲基基團、芳香基基團或可替代的芳香基官能團，R與自然產生的胺基酸中的側鏈不相一致。正如本文所使用的，脂肪基官能團含有碳原子數從1～8的直鏈烷烴、支鏈烷烴或環烷烴，這些烴都是完全飽和的。脂肪基官能團還包括一個或兩個異質原子和/或一個或多個不飽和單位；例如異質原子可以是氮原子、氧原子或硫原子。芳香基官能團包括碳環芳香官能團，如苯基、萘基；芳香基官能團還包括異質環芳香基官能團，如咪唑基、吲哚基、噻吩基、呋喃基、吡啶基、吡喃基、唑基、苯並噻吩基、苯並呋喃基、喹啉基、異喹啉基以及吖啶基。
適合的脂肪基、芳香基或苯甲基官能團替代物包括-OH、滷基(-Br、-Cl、-I以及-F)、-O(脂肪基、可替代的脂肪基、苯甲基、可替代的苯甲基、芳香基或可替代的芳香基官能團)、-CN、-NO2、-COOH、-NH2、-NH(脂肪基官能、可替代的脂肪基、苯甲基、可替代的苯甲基、芳香基或可替代的芳香基官能團)、-N(脂肪基官能團、可替代的脂肪基、苯甲基、可替代的苯甲基、芳香基或可替代的芳香基官能團)2、-COO(脂肪基官能團、可替代的脂肪基、苯甲基、可替代的苯甲基、芳香基或可替代的芳香基官能團)、-CONH2、-CONH(脂肪基官能團、可替代的脂肪基、苯甲基、可替代的苯甲基、芳香基或可替代的芳香基官能團)、-SH、-S(脂肪基官能團、可替代的脂肪基、苯甲基、可替代的苯甲基、芳香基或可替代的芳香基官能團)以及-NH-C(＝NH)-NH2。可替代的苯甲基或芳香基官能團還可帶有脂肪基官能團或做為可替代組分的可替換脂肪基官能團。可替換的脂肪基官能團也可帶有做為可替換組分的苯甲基、可替換的苯甲基、芳香基或可替換的芳香基官能團。可替換的脂肪基官能團、可替換的芳香基官能團或可替換的苯甲基官能團可以帶有一個或多個可替換組分。例如，改變胺基酸的替換組分可以增加疏水性天然胺基酸的親脂性或疏水性。
本文提到的多種適用的胺基酸、胺基酸類似物質以及鹽類物質可通過商業渠道獲得。其餘的種類可用本領域共知的方法加以合成。例如，在Green和Wuts所著的《有機合成中的保護性官能團》一書中的第五章和第七章對合成技術進行了說明，該書由John Wiley父子出版社於1991出版。
疏水性一般是針對胺基酸在非極性溶劑與水之間的偏向性而定義的。疏水性胺基酸是那些對非極性溶劑表現出親和力的胺基酸。胺基酸的相對疏水度可用疏水度單位來表示，在這一單位中甘氨酸的疏水度值為0.5。根據這一單位，親水性胺基酸的值低於0.5，而疏水性胺基酸的值大於0.5。正如本文所使用的，「疏水性胺基酸是指在疏水性單位中刻度值小於或等於0.5的胺基酸」；換句話說就是，疏水性胺基酸偏向非極性酸的程度至少與甘氨酸的程度相等。
可用的胺基酸包括甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸、巰基丙氨酸、蛋氨酸、α-氨基異戊酸、亮氨酸、絡氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸，但可用的胺基酸並不局限於這些酸。優選的疏水性胺基酸包括亮氨酸、異亮氨酸、丙氨酸、α-氨基異戊酸、苯丙氨酸以及甘氨酸。疏水性胺基酸的混合物也可以使用。此外，總體上偏向疏水性的疏水性胺基酸和親水性(優先與水親和)胺基酸也可以使用。
胺基酸在本發明顆粒中所佔的重量比至少為10％。在優選情況下，胺基酸在顆粒中所佔的重量比在約20％至約80％這一範圍內。疏水性胺基酸鹽在本發明顆粒中所佔的重量比至少為10％。在優選情況下，胺基酸鹽在顆粒中所佔的重量比在約20％至約80％這一範圍內。在優選實施方案中，顆粒的搖實密度小於約0.4克立方釐米。
製備和輸送含有胺基酸的顆粒的方法在09/382,959號美國專利申請中有所說明，該專利申請的題為「在噴霧乾燥過程中使用簡單的胺基酸製備多孔性顆粒」。該專利申請於1999年8月25日提交；其內容在此通過引證被併入本文。
本發明中的顆粒還含有如下的一種或多種賦形劑糖，例如乳糖、蛋白質，例如白蛋白、膽固醇和/或表面活性劑。
如果所要輸送的藥劑帶有負電荷(例如胰島素)，則可以加入魚精蛋白或其他帶有正電荷的分子，這樣可以形成親脂性絡合物，而親脂性絡合物會持續地釋放出帶有負電荷的藥劑。帶有負電荷的分子可用來轉化難溶性帶正電的藥劑。
適用於本發明方法的高分散性顆粒可使用一次和雙次乳化溶劑蒸發法、噴霧乾燥法、溶劑萃取法、溶劑蒸發法、相分離法、簡單和複雜凝聚法、層間聚合法、超臨界二氧化碳法或其他本領域所熟知的方法進行製備。顆粒可使用本領域已知的用於製備微球體或微形膠囊的方法進行製備，只是需要對製備條件進行優化以便形成具備所需動力學性能(如空氣動力學直徑)的顆粒；或者再執行附加的步驟以便將空氣動力學直徑在1到5微米之間的顆粒，優選的是1到3微米的顆粒挑選出來。
對於某些聚合系統而言，使用單級或雙重乳化技術製備的顆粒在尺寸上的變化取決於液滴的大小。如果水—油乳液中的液滴不小到合適的尺寸以便形成具有所需大小範圍的顆粒，則可以通過諸如對乳液進行聲波振蕩或均質化處理、或通過加入表面活性劑來製備更小的液滴。
如果使用上述任何方法所製備出的顆粒超出了所要求的尺寸範圍，則可通過諸如篩選法以及本領域技術人員所共知的基於密度的技術對製備出的顆粒進行進一步的分離。
製備顆粒的優選方法是噴霧乾燥法。
下面的設備和藥劑與本文有關。為方便起見，將這些設備和藥劑一次性列出並帶有相關的信息。除非另有指明，否則所有的設備均按製造商的說明進行操作。同樣，除非另有指明，否則本領域技術人員所熟知的其他類似設備也可使用。
(1)RODOS乾粉分散器(Sympatec Inc.，Princeton.N.J.)(2)HELOS雷射衍射儀(Sympatec Inc.，N.J.)(3)單級Andersen衝擊器(Andersen Inst.，Sunyrna，GA)(4)AeroDisperser(TSI Inc.，Amherst，MA)(5)Aerosizer(TSI Inc.，Amherst，MA)(6)發泡器Fantasy Blister Machine(Schaefer Tech，Inc.，Indianapolis，IN)(7)摺疊式Andersen串級衝擊器(由製造商所定義的0級組成)以及過濾器段(Anderson Inst.，Sunyra，GA)(8)肺活量計(Spirometrics，USA，Auburn，ME)(9)多級液相衝擊器(Erweka，USA，Milford CT)(10)螢光分光光度計(Hitachi Instruments，San Jose，CA)(11)γ攝像機(通用型)
藥劑硫酸舒喘寧顆粒(Profarmco Inc.，Italy)人體生長激素(Elililly，Indianapolis，IN)2號甲基纖維素(shionogi，Japan)發泡劑(Heuck Foils，Well，N.J.)二棕櫚醯卵磷脂(Avanti，Alabaster，Alabama)正如在下面章節中更詳細討論的，本發明中的方法要求來自簡易吸入裝置的粉末具有良好的氣霧化性能。為了確定粉末是否具有適當的氣霧化性能，需要對粉末的分散性能和噴射性能進行測試。雖然本領域中的技術人員知道測定這些性能的同等方法，但仍進行了針對衝擊器的玻璃試管試驗，該試驗表明了粉末堆的輸送過程。所要測試的粉末在不同剪切力下被引入粉末分散器的，例如引入到RODOS乾粉分散器中。這一過程通過調節吹散顆粒的空氣壓力來實現。通過對顆粒的幾何尺寸進行測量可以確定在各種條件下顆粒是否被有效地分散。除分散性能外，還可對顆粒從簡易的、呼吸觸發的吸入器中噴射出來的能力進行測定。適用於本發明顆粒的吸入器有Spinhaler吸入器(Fisons，Loughborough，U.K.)、Rotahaler吸入器(Glaxo-Wellcome，Research Triangle Park，North Carolina)、FlowCaps吸入器(Hovione，Loures，Portugal)、Inhaler吸入器(Boehringer-Ingelheim，Germany)和Aerolizer(Novartis，Switzerland)吸入器。要理解的是，諸如Diskhaler吸入器(Glaxo-Wellcome，RTP，N.C.)這些其他類型的吸入器也可使用。特別適用的吸入器是簡易乾粉吸入器(4,995,385和4,069,819號美國專利中對此有說明)。本文將對確定三種不同粉末的分散性能和噴射性能的實驗實例進行更詳細的說明，這些實例不對本發明構成任何限制。簡單而言，就是對具有不同分散性能的三種粉末進行了特性測定。第一種顆粒是微米級硫酸舒喘寧顆粒。第二種和第三種顆粒是通過將賦形劑和生物活性藥劑的混合物溶解在乙醇/水溶劑中然後再進行噴霧乾燥所製得的顆粒。通過實驗對這三種粉末的幾何直徑、搖實密度和空氣動力學直徑進行了確定。
顆粒通過孔隙被引入RODOS乾粉分散器中，通過調節吹散顆粒所用氣流的壓力來使顆粒在不同的剪切力下進行分散。實驗人員使用HELOS雷射衍射儀對離開的顆粒進行確定從而得到顆粒幾何直徑的分布，並將平均值記錄下來。數據經過匯總後，實驗人員繪出堆平均幾何直徑與壓力的關係圖。
實驗人員假定並通過本文所述的實驗發現在高壓下，例如在3或4巴壓力下，所有這三種粉末都有是以基本(不結塊的)顆粒的形式離開分散器的。這一發現證明相對較高的能量可將這三種粉末有效地分散開。然而，在低於2巴這一更接近於人體生理呼吸速度的壓力時，微米級粉末(表1中的粉末1)以結塊的狀態離開孔隙，其證據是離開孔隙的顆粒平均直徑大於粉末基本顆粒直徑。對於噴霧乾燥的粉末(表1中的粉末2和粉末3)而言，情況則不是如此，噴霧乾燥的粉末基本上是以基本顆粒的形式從孔隙中噴出的。這些粉末是高分散性粉末。
為了進一步評價這三種粉末從簡易的、呼吸觸發的吸入器中噴射出來的能力，實驗人員在2號甲基纖維素膠囊中放入每種粉末各5毫克，並將膠囊插入呼吸觸發的吸入器中。本領域技術人員將理解的是，盛放顆粒所用的容器將視所選用的吸入器而定。在本文下面的實例中將對結果進行討論。實驗人員通常發現，當吸入器使用相對較低的能量吹散粉末時，即使RODOS所測出的基本顆粒直徑級別在2微米，微米級硫酸舒喘寧粉末仍以幾何直徑大於30微米的結塊狀態從吸入器中噴出。另一方面，通過噴霧乾燥法製備的硫酸舒喘寧高分散性顆粒或人體生長激素都以非常接近於基本顆粒直徑的狀態噴出。使用本發明中的方法，本領域中的技術人員可通過在簡易的、呼吸觸發的吸入器中加載入高分散性粉末來實現高效給藥。
本發明的另一特點是，在低能耗下不僅能將大部分額定劑量的藥劑從單劑量、呼吸觸發的吸入器噴出，而且能將大部分額定劑量的藥劑從各種呼吸觸發的乾粉吸入器中噴出。
為了表明高分散性粉末能從多種呼吸觸發的乾粉吸入器中高效地噴射出來並滲透到肺部，實驗人員製備了由檸檬酸鈉、二棕櫚醯卵磷脂、氯化鈣緩衝劑以及若丹明螢光示蹤劑組成的噴霧乾燥型粉末。例2將對此進行詳盡說明。該粉末的平均空氣動力學直徑為2.1微米(由AeroDispenser和Aerosizer測出)，幾何直徑為11.0微米(使用上述的RODOS/HRLOS組合測出)。實驗人員發現被測試的粉末表現出了優良的分散性能。
實驗人員特別使用半自動化膠囊裝料裝置將5毫克受測粉末裝入下列吸入器的容器中由本發明申請人開發的呼吸觸發的吸入器、Spinhaler吸入器(Fisons，Loughborough.U.K.)、Rotahaler吸入器(Glaxo-Wellcome，Research Triangle Park，NorthCarolina)、FlowCaps吸入器(Hovione，Loures，Portugal)、Inhaler吸入器(Boehringer-Ingelheim，Germany)以及Aerolizer吸入器(Novartis，Switzerland)。實驗人員還對Diskhaler吸入器(Glaxo-Wellcome，RTP，NC)進行了測試，在該測試中使用機械裝料方式將3毫克的粉末加入到發泡器中。實驗人員將每個吸入器與摺疊式Andersen串級衝擊器(由0級和1級組成)連接起來，並在裝置起動2秒後以60升/分鐘的速度抽出空氣。使用螢光分光光度汁對0級以下小於4.0微米的細微顆粒部分進行測定。
實驗人員發現，在每種情況中噴射出劑量的約50％或50％以上具有的平均空氣動力學直徑小於4微米，這表明儘管這些呼吸觸發的裝置結構簡單，但在生理呼吸速度下粉末能夠有效地進入患者的肺部。
為了對高分散性粉末進行人體試驗，本發明申請人進行了例3所述的人體沉積研究以確定從簡易呼吸觸發的吸入器中噴出的高分散性粉末是否能夠高效地送達人體的肺部器官(＞50％的額定劑量)。這一點特別重要，因為許多裝置依靠患者的呼吸來提供能量以便將乾燥物料吹散成自由流動的粉末。這類裝置對於呼吸能力較弱的患者而言是無效的，例如對於小患者、老年患者、虛弱患者、哮喘患者或有其他呼吸困難的病人而言，這類裝置就無效了。本發明方法的優勢在於本發明可以獨立於氣流速度而實現高效輸送。因此，使用本發明的方法，即使微弱的呼吸也足以輸送所需的劑量。就標準乾粉吸入器的應有功能而言，這是非常出色的。正如在圖7中所見的，使用本文所述的方法，即便呼吸速度在約25升/分鐘～約75升/分鐘這一較低範圍內仍可達到很理想的給藥效果。當呼吸速度至少在約20升/分鐘至約90升/分鐘時，本發明的方法可達到最佳效果。
使用鎝99m對具有下列性質的粉末進行示蹤Dg＝6.7微米，P＝0.06克/毫升，Da＝1.6微米。所得到的堆積顆粒直徑分布和γ輻射顆粒直徑分布相同，這一點在下面的例3中將詳細討論。在2號膠囊中加入了約5毫克的粉末。膠囊被放置到呼吸觸發的吸入器中並被開啟。10個健康的受試者以約60升/分鐘的速度通過吸入器進行呼吸。使用γ攝像機拍攝沉積圖像。圖5表明了粉末在10個受試者肺部沉積的百分比(相對於額定劑量)。相對額定劑量而言，顆粒在肺部的平均沉積率為59％。本領域的技術人員會認識到，這一沉積程度證實使用單次呼吸觸發的吸入器可以將高分散性藥劑粉末高效地吸入肺中。
此外，申請人發現，用相同方法製備的高分散性粉末從單次吸入器出來時具有優良的氣霧化程度，這些高分散性粉末可用於通過單次呼吸中釋放大劑量的藥物。高分散性粉末即可攜帶大量預先稱量過的藥劑量(50毫克)，也可攜帶少量預先稱量過的藥劑(6毫克)。粉末顆粒的性質如下Dg＝10.6微米，P＝0.11克/毫升，Da＝3.5微米。本領域中的技術人員將會理解如前面所述的、適用於本發明的顆粒的特性範圍。
顆粒的空氣動力學直徑分布特徵使用在60升/分鐘速度下操作的多級液相衝擊器進行測定。6毫克藥劑使用2號膠囊，50毫克藥劑使用000號膠囊。本發明申請人對6毫克和50毫克兩種劑量下所得到的顆粒直徑分布情況進行了比較。6毫克和50毫克劑量下直徑小於6.8微米的細微顆粒部分(相對於總劑量而言)分別為74.4％和75.0％。因此，本發明申請人已經證明通過將高分散性粉末的性能組合在一起，對肺部進行大劑量給藥與小劑量給藥具有相同的效率。實例和數據表例證除非另有說明，否則例證中的儀器設備和藥劑從本文前面所列出的供應者處獲得。
實例1適用於本發明方法的顆粒從簡易吸入器出來時需要具備良好的氣霧化程度。為了確定這些性質，本發明的申請人對三種被認為具有不同分散性能的乾燥粉末進行了特性測定。所測試的第一種粉末是從Spectrum Labs(Laguna Hills，CA)獲得的亞微級硫酸舒喘寧顆粒。第二種和第三種粉末是通過將賦形劑和生物活性藥劑的混合物溶解於乙醇/水溶劑中再經過噴霧乾燥所製備出的顆粒。
微粒的製備安慰劑顆粒由70％的二棕櫚醯卵磷脂、20％的檸檬酸鈉和10％的氯化鈣組成。0.2克檸檬酸鈉和0.1克氯化鈣容於0.11升水中。將0.7克二棕櫚醯卵磷脂(DL-α-二棕櫚醯卵磷脂，AlantiPolag Lipids，Alabster，AL)溶於0.89升95％的乙醇中製備成二棕櫚醯卵磷脂的乙醇溶液。然後，再將檸檬酸鈉/氯化鈣溶液和二棕櫚醯卵磷脂/乙醇溶液混合起來。最終的總溶質濃度為1.0克/升，其中二棕櫚醯卵磷脂的濃度為0.7克/升、檸檬酸鈉的濃度為0.2克/升、氯化鈣的濃度為0.1克/升、乙醇所佔的體積為85％、水所佔的體積為15％。
人體生成激素顆粒的組成為58/38.5/3.5的人體生長激素/二棕櫚醯卵磷脂/磷酸鈉。1.16克的人體生長激素(Lilly，Insianapolis，IN)溶解於300毫升磷酸鈉緩衝液(10mM，PH7.4)中。0.77克的二棕櫚醯卵磷脂溶於700毫升乙醇中。然後將這二種溶液混合，最終得到的溶質濃度為2克/升，其中乙醇所佔的體積為70％，水所佔的體積為30％。
硫酸舒喘寧顆粒的組成為76/20/4的二硬脂醯卵磷脂/亮氨酸/舒喘寧。2.28克二硬脂醯卵磷脂(Avanti Polar Labs)和0.6克亮氨酸(Spectrum Labs，Laguna Hills，CA)溶解於700毫升的乙醇中。0.12克的硫酸舒喘寧(Profarmco，Italy)溶解於300毫升水中。然後，將二種溶液混合起來，形成最終溶質為3克/升的溶液，其中乙醇的體積佔70％，水的體積佔30％。
噴霧乾燥Nitro Atomizer可攜式噴霧乾燥器(Nitro Inc，Columbus，MD)被用來製備乾燥粉末。位於乾燥器上方的旋轉式噴霧器(2000～3000轉/分鐘)由壓力為1～5巴的壓縮空氣驅動。電子計量泵(LMI，model#A151-192s，Acton，MA)將不同流率(20～66毫升/分鐘)的液體進料連續地輸送到噴霧器中。對液體的進出口溫度進行測量。入口溫度用手動控制，其變化範圍在100℃至400℃之間，入口溫度維持在100℃、110℃、150℃、175℃、或200℃，控制精度在5℃之內。出口溫度由入口溫度以及諸如氣體和液體進料流率這些因素所決定。出口溫度在50℃至130℃之間變化。一個容器與旋風集塵器緊密相接以便收集粉末產物。
結果表1中列出了三種粉末的幾何直徑和搖實密度。
表1
為了評價這三種粉末的分散性，本發明申請人將粉末引入ROPOS乾粉分散器中，並通過調節氣流的壓力來改變吹散顆粒的剪應力。然後按照製造商提供的使用說明，使用HELOS雷射衍射儀測得顆粒的幾何直徑分布，並記錄下平均值。得到的數據經匯總後被繪成堆平均幾何直徑隨壓力的變化圖。
圖1表明了這一實驗的結果。本發明申請人發現，在大於2巴尤其是在約3～4巴的高壓下，所有這三種粉末都以基本(分散的)顆粒的形式離開分散器。這就證明，在相對較高的壓力下這三種粉末不會結塊。然而，在壓力低於2巴時，微米級的粉末(粉末1)離開噴孔時出現了結塊。其證據是離開噴孔的平均顆粒直徑大於粉末基本顆粒的直徑。但對於噴霧乾燥的粉末而言，情況不是這樣，噴霧乾燥的粉末(粉末2和粉末3)以近似於基本顆粒的直徑離開噴孔。粉末2和粉末3是高分散性粉末。
本發明中顆粒的特點還可通過下列技術體現。使用RODOS乾粉分散器(Sympatec，Princeton，NJ)結合HELOS雷射衍射儀(Sympatec)來測定顆粒的基本直徑。粉末被引入RODOS入口，並由壓力為4巴的壓縮空氣所產生的剪切力進行氣霧化。氣霧化雲團隨後被抽入HELOS雷射衍射儀的測量區；在測量內區氣霧化顆粒團將雷射散射並產生佛朗荷費衍射圖像，利用該圖像可推算出顆粒的直徑分布。
使用帶有HELOS雷射衍射儀的IHA輔助設備可以測量離開呼吸觸發的吸入器的顆粒幾何直徑。IHA連接器將乾粉吸入器定位在測量區的前方，並將粉末氣霧化所用的空氣引入到乾粉分散器中。AIR吸入器以30升/分鐘的速度抽取空氣以便將粉末分散，並利用佛朗荷費衍射作用測量顆粒的幾何直徑。
顆粒的基本空氣動力學直徑由AeroDisperseg/Aerosizer(TSIInc，Amherst，MA)測量。粉末樣品由壓力為1psi的入口氣流在AeroDisperser中氣霧化，然後加速到聲速並進入Aerosizer。Aerosizer測量每個顆粒穿越兩個固定雷射束之間距離所用的時間，這一時間與顆粒的慣量無關。然後使用Stokes定理將穿越時間測量值轉化成空氣動學直徑。
使用AeroBreather(TSI Inc，Amherst，MA)結合Aerosizer(TSI，Inc.)對AIR吸入器射出顆粒的空氣動力學直徑進行測定。粉末在以30升/分鐘速度操作的吸入器中被氣霧化，並進入AeroBreather的腔室，然後沉降在Aerosizer中。
使用這些技術，本發明申請人將4巴壓力下從乾粉分散器噴出顆粒的基本直徑與30升/分鐘速度下操作的AIR吸入器中噴出顆粒的直徑進行比較(圖2A)。正如可以看到的，噴霧乾燥型人體生長激素(粉末2)和噴霧乾燥型硫酸舒喘寧(粉末3)的噴出顆粒直徑幾乎與它們的基本顆粒直徑測量值相等，而微米級硫酸舒喘寧(粉末1)的情況則不是如此。此外，本發明申請人測量了噴霧乾燥型硫酸舒喘寧的基本空氣動力學直徑，並與微米級硫酸舒喘寧進行了比較(圖2B)。再者，噴霧乾燥型硫酸舒喘寧噴出時的空氣動力學直徑與其基本顆粒的空氣動力學直徑幾乎相同，而微米級硫酸舒喘寧噴出時的空氣動力學直徑遠遠大於其基本顆粒的空氣動力學直徑。這進一步證明本發明中噴霧乾燥型粉末可以分散成可吸入的顆粒，而微米級藥劑即使其基本顆粒是可吸入的但仍不能分散成可吸入顆粒。
這一實例的結果表明，使用本發明中的方法可通過在簡易的、呼吸觸發的裝置中加載高分散性粉末來實現高效給藥。
實例2為了表明高分散性粉末可以從多種呼吸觸發的乾粉吸入器中噴射出來並滲透到肺部組織中，本發明申請人製備了由檸檬酸鈉、二棕櫚醯卵磷脂、氯化鈣緩衝劑和極少量若丹明螢光示蹤劑組成的噴霧乾燥型粉末。粉末的平均空氣動力學直徑為2.1微米(使用Aerodisperser和Aerosizer測得)，幾何直徑為11.0微米(使用本文所述的RODOS乾粉分散器和HELOS雷射衍射儀測得)；該粉末表現出了與例1中噴霧乾燥型粉末相似的優良分散性能。
本發明申請人使用半自動裝填裝置將5毫克粉末裝入到下列吸入器中由本發明申請人開發出的呼吸觸發的吸入器(AIRTM吸入器)、Spinhaler吸入器(Fisons，Loughborough，U.K.)、Rotahaler吸入器(Glaxo-Wellcome，RTP，NC)、FlowCaps吸入器(Hovione，Loures，Portugal)、Inhalor吸入器(Borhringer-Ingelheim，Germany)、以及Aerolizer吸入器(Novartis，Switzerland)。本發明申請人還對Diskhaler吸入器(Glaxo-Wellcome，RTP，NC)進行了測試，在該測試中，使用裝填機在發泡器中加入了3毫克的粉末。本發明申請人將每種吸入器與摺疊式Andersen串級衝擊器(由0級和過濾級組成)，並在該填裝置起動後2秒以60升/分鐘的速度抽取空氣。使用螢光分光光度計對0級以下且最大直徑不到4.0微米的精細顆粒部分進行測定。
測試的結果如圖3所示。本發明申請人發現，在每種情況中，噴出劑量中的約50％或以上具有小於4微米的平均空氣動力學直徑。這表明儘管這些呼吸觸發的吸入器結構簡單，但在生理呼吸速率下粉末可以有效地進入人體的肺部。本發明申請人還發現，在低能耗下使用本發明中的方法不僅可以從單次劑量、呼吸觸發的吸入器中噴出大部分的額定劑量，而且能從多種呼吸觸發的乾粉吸入器中噴出大部分的額定劑量。
實例3為了確定簡易呼吸觸發的吸入器所噴出的高分散性粉末是否能有效地到達人體的肺部(＞額定劑量的50％)，還進行了顆粒在人體中的沉積研究。所使用的顆粒具有如下性質Dg＝6.7微米，p＝0.06克/毫升，Da＝1.6微米。
使用鎝99m納米級顆粒對粉末進行示蹤。
在人體中的沉積測試研究γ閃爍掃描術是確定所吸入顆粒在人體中沉積模式的常規方法。要本實例中，使用少量InAMed實驗室(Gauting，Germany)生產的鎝99m放射性同位素來對受測物質進行示蹤。通過實施氪81m排氣掃描來確定肺部組織的邊界。在測試過程中對吸氣流速進行監測以確保在沉積研究過程中受測試者保持深入流暢的吸氣。在測試研究前，對通過呼吸觸發的吸入器的最高吸氣流速進行測定。超出特定範圍的最高吸氣流速重複出現。
本測試對10個正常人體進行了研究。基線排氣掃描被用來確定肺部組織的邊界。在每次吸入試驗的前後都對肺功能進行了測定。在顆粒被吸入後使用γ閃爍掃描儀來測定沉積情況。在沉積過程中使用肺活量計對通過呼吸觸發的吸入器的吸氣流速進行監測。
受測人員接受訓練以便通過呼吸觸發的吸入器進行流暢的深呼吸。受測人員還接受進一步的訓練，以便在通過呼吸觸發的吸入器進行吸氣時達到特定範圍的最高吸氣流速，這一範圍代表著流暢的深呼吸。在沉積研究過程中，呼吸觸發的吸入器與肺活量計相連，並由監測吸氣流速的肺活量驅動。受測人員在臨使用前根據預定的隨機方案從相應的盒中取出一個膠囊，並將膠囊放入吸入器/肺活量裝置中。
正常呼氣結束時將吸入器的吸嘴放入他/她的口中之前，每個受測人員均處於放鬆狀態並進行正常的呼吸(至少5次呼吸)。受測人員通過吸嘴進行流暢的深呼吸直至肺部達到吸滿狀態。然後受測人員至少屏住呼吸約5秒鐘(漫數到5)。在呼氣後立刻用γ攝像儀對沉積情況進行測定。然後使用Jaeger人體體積掃描儀(Jaeger，Wurzburg，Germany)對肺功能進行進一步的測試。
材料和方法安慰劑粉末由重量比為70/20/10的二棕櫚醯卵磷脂、檸檬酸鈉和氯化鈣組成，其性質如下Dg＝6.7微米，p＝0.06克/毫升，Da＝1.6微米。根據飛行時間(AeroSizer/AeroDisperser)推算出基本顆粒空氣動力學直徑的特徵，使用在1巴和2巴壓力下操作的雷射衍射儀(使用本文所述的RODOS乾粉分散器和HELOS雷射衍射儀測量)得到顆粒的幾何直徑特徵。在總空氣量為2升情況下，使用以28.3升/分鐘速度操作的Andersen串級衝擊法(重力分析法)得到噴出顆粒的空氣動力學直徑特徵。使用以60升/分鐘操作的雷射衍射法(IHA/HELOS，Sympatec，NJ)得到顆粒幾何直徑的特徵。
粉末的放射性示蹤將安慰藥劑粉末裝入容器，容器用0.2微米過濾器封住。鎝99m溶液(0.5毫升鎝99m的等滲鹽水加入到100毫升去離子水中)被裝入Pari Jet噴霧器中，該噴霧器置於乾燥室內。Pari Jet噴霧器工作3分鐘，將1.5毫升的鎝99m溶液霧化。鎝99m顆粒在乾燥室中被乾燥，然後被引入含有粉末的容器。對示蹤室的溼度進行控制，並使相對溼度決對控制在30％之內。
由於鎝99m的半衰期較短，所以在顆粒吸入前2～4個小時實施示蹤。為了確定吸入開始時粉末的實際活性，粉末的活性對鎝的自然衰變進行了校正。
為了證實放射性示蹤過程不會影響顆粒直徑分布，使用8級Andersen串級衝擊器(重力分析法)測量加入示蹤劑後噴出顆粒的空氣動力學直徑分布情況。
在2號大小的膠囊中手工加入5(±1)毫克放射性示蹤粉末。對每個膠囊進行編號並記錄下膠囊內裝入粉末的重量以及放射性水平。受測人員在臨使用前取一粒膠囊並將其放入到吸入器/肺活量計中。
確定肺部區域中粉末情況的方法受測人員在背對γ攝像機坐正的情況下吸入示蹤性多孔顆粒。在吸入顆粒後，受測人員坐直，背對攝像機，然後拍取γ閃爍掃描圖像。記錄下吸入時間和屏氣時間長度。使用氪掃描技術確定肺的尺寸。
受測人員進行氪排氣掃描確定出肺的輪廓。由於受測人員在氪氣掃描期間及粉末吸入測試期間坐在同一位置上，所以需要注意的區域有4個，這些區域是左肺、右肺、胃和咽喉(包括上部氣管)。
這4個需要注意的區域被拷貝到粉末吸入的γ攝像圖片上。在受測人員肺部以外的區域中，對背景活性加以確定並按像素逐一將其從整幅圖像中去除。然後確定每個需要注意區域的放射性數量。每個區域的放射數量對衰減因子進行校正。經過校正後，確定出顆粒在胸腔內及胸腔外的沉積情況。
顆粒的堆積直徑分布情況與γ輻射直徑分布情況相近，如圖4所示。在2號膠囊中加入約5毫克的粉末，將膠囊置於本發明申請人發明的呼吸觸發的吸入器(AIR吸入器)中，並啟動吸入器。然後10個健康的受測試人員以大約60升/分鐘的吸氣速度通過吸入器進行呼吸(受測人員的實際吸氣速度在20升/分鐘至90升/分鐘之間變化，這與人體的正常吸氣速度是一致的)。60升/分鐘是一個理想的平均速度，這一速度在實驗中被用來模仿吸氣速度。正如用肺活量計測量吸氣速度一樣，使用γ攝像機來拍攝顆粒的沉積圖像。10個受測試者的肺部沉積百分比(相對於額定劑量而言)如圖5所示。相對於額定劑量的肺部平均沉積率為59％。
通過這一實驗，本發明申請人證實，使用簡易呼吸觸發的吸入器可以使含有藥劑的高分散性粉末被高效地吸入肺中。
實例4為了表明經簡易吸入器後具有優良氣霧化性能的同一高分散性粉末可用於在單次吸入中釋放很大劑量的藥劑，本發明申請人製備了高分散性粉末，並將粉末製成預稱過的大劑量(50毫克)或預稱過的小劑量(6毫克)。粉末的顆粒直徑特徵如下Dg＝10.6微米，p＝0.11克/毫升，Da＝3.5微米。
使用以60升/分鐘速度工作的多級液相衝擊器來測定顆粒的空氣動力學直徑分布。6毫克劑量使用2號膠囊，50毫克劑量使用000號膠囊。圖6表明了50毫克劑量和6毫克劑量間顆粒直徑分布的對比結果。在6毫克和50毫克劑量中直徑小於6.8微米的細微顆粒部分分別為74.4％和75.0％。
這一實驗表明，使用本發明中的方法，通過將高分散性粉末的多種性能組合起來，特大劑量的給藥可以達到與小劑量給藥相同的效率。
實例5按如下述所述製備由左旋多巴和適於吸入的組分構成的顆粒。將2.00123克二棕櫚醯卵磷脂(Avanti Polar L腹膜內的ids，批號G160PC-25)加入到2.80升乙醇中，並進行攪拌使二棕櫚醯卵磷脂溶解。將0.0817克左旋多巴(Spectrum，批號0Q0128，Laguna Hills，CA)、0.9125克檸檬酸鈉(無水)(Spectrum批號NX0195)以及0.5283克氯化鈣(無水)(Spectrum批號NT0183)加入到1.2升水中進行溶解。將水溶液和乙醇溶液混合起來，並對混合溶解進行攪拌直至混合溶液變得清徹。混合溶液組分的重量百分比約為20％的左旋多巴、50％的二棕櫚醯卵磷脂、20％的檸檬酸鈉、10％氯化鈣。
然後按照製造商的說明使用旋轉式噴霧器和氮氣乾燥氣將最終的混合溶液在Nitoo乾燥器(Nitoo公司，Columbus，MD)中進行噴霧乾燥；噴霧乾燥條件如下T入口＝120℃，T出口＝54℃，進料速度＝65毫升/分鐘，熱氮氣壓力＝38毫米水柱，噴霧器速度＝20,000轉/分鐘(使用V24型噴霧器)。
所得到的顆粒性質如下推平均空氣動力學直徑＝2.141Mm，體積平均幾何直徑＝10.51Mm。
在使用克他命麻醉劑後，六隻老鼠接受了上述組成(20/50/20/10的左旋多巴、二棕櫚醯卵磷脂、檸檬酸鈉、氯化鈣)的肺部給藥。
結果如圖8所示，該圖表明了口腔強制給藥或將藥劑直接吹入肺部後血液中左旋多巴的濃度。左旋多巴的濃度用高壓液相色譜儀進行測定。在左旋多巴給藥前1小時，試驗動物接受末梢脫羧酶抑制劑卡比多巴(200毫克/公斤)的腹膜內注射。在使用過強力麻醉劑克他命後，試驗動物被分成兩組。在第一組中，不對動物進行夜間餵食；左旋多巴(8毫克)與含有1％甲基纖維素的鹽水溶液形成懸浮液，並通過口腔進行強制給藥。在第二組中，左旋多巴通過呼吸被直接送入肺部。然後通過預先放置的股動脈插管在下述時間抽取血樣(200毫升)0分鐘(臨左旋多巴給藥前)、左旋多巴給藥後2分鐘、5分鐘、15分鐘、30分鐘。口服給藥後血液中左旋多巴的濃度隨時間增長比較平緩。相比之下，肺部給藥使左旋多巴的濃度產生了強烈快速的增長。肺部給藥組中左旋多巴的濃度在用藥後30分鐘依然高於口服組所具有的左旋多巴濃度。數據按8毫升/公斤劑量(強制口服點劑量)歸一。數據以平均值±電子掃描顯微鏡測兩值毫微克左旋多巴/毫升血液濃度的方式表示。
實例6製備凱特普羅芬/二棕櫚醯卵磷脂/麥芽糖糊精顆粒，並進行體內給藥。
凱特普羅芬(99.5％)從Sigma公司獲得(St.Louis，Mo)，二棕櫚醯卵磷脂從Avanti Polari Polar Lids公司(Alabaster，AL)獲得，麥芽糖糊精為穀物加工公司(Musiatine，IA)的M100型麥芽糖糊精。
為了製備凱特普羅芬/二棕櫚醯卵磷脂/麥芽糖糊精溶液，將麥芽糖糊精(0.598克)加入到0.6升USP水中。將二棕櫚醯卵磷脂(0.901克)加入到1.40升乙醇中並攪拌至溶解。每次試驗取500毫升基礎溶液。表2中列出了向二棕櫚醯卵磷脂/麥芽糖糊精基礎溶液中所加入的凱特普羅芬量。
Nitrlo可攜式噴霧乾燥器(Niro，Inc，Columbus，MD)被用來製備乾燥粉末。可變壓力(1～5巴)的壓縮空氣驅動位於乾燥器上方的旋轉噴霧器(2,000～30,000轉/分鐘)。凱特普羅芬/二棕櫚醯卵磷脂/麥芽糖糊精溶液由電子計量泵(LMI，A151～192S型)以可變流量(20～60毫升/分鐘)連續輸送至噴霧器。對溶液的入口溫度及出口溫度進行測量。入口溫度在100℃～400℃之間變化，由手動控制，控制精度為5℃。出口溫度的變化範圍為50℃～130℃。表了中列出了每一溶液的噴霧條件，表3中的數據表明在整個測試過程中噴霧條件幾乎維持恆定。表4列出了每種溶液的總產率。
按製造商提供的操作說明使用Aerosizer(TSI，Inc，Amherst，MA)和RODOS乾粉分散器(Sympatec Inc，Princeton，NJ)對顆粒的性質進行測定。顆粒的幾何直徑在2巴壓力下由RODOS測定。同時，還使用摺疊式重力Andersen串級衝擊器(ACI，2級，Andenson Inst，Sungra，GA)對第5次試驗中的材料性質進行了測定。試驗樣品用電子掃描顯微鏡進行檢驗。
表4中的數據表明，增加凱特普羅芬的重量百分比會導致產率下降。向基礎溶液中加入凱特普羅芬的量與產率的降低成線性關係。這是由於二棕櫚醯卵磷脂與凱特普羅芬混合時融化溫度的降低導致了產率的下降。
表5列出了直徑從8.8～10.2毫米(體積平均幾何直徑)和直徑從2.65～3.11(空氣動力學平均直徑)的顆粒。所用材料中堆平均幾何直徑比例最低的是8.4％(第五次試驗)。
表6表明了Andersen摺疊式衝擊器對第五次試驗所用物質的測試結果。直徑小於5.6微半和直徑小於3.4微米的細微顆粒部分與可吸入粉末是一致的。
表2
表3
表4
表5
表6
按上面所述製備出350毫升凱特普羅芬濃度為8％的溶液，其中二棕櫚醯卵磷脂/麥芽糖糊精的比例為60/40，並給20隻Spragne Dawley鼠服入。8隻鼠通過呼吸吸入7毫克粉末，7隻老鼠口服7毫克粉末溶於50％乙醇的溶液。時間點定為0、5、15、30、60、120、240、360和480分鐘。當時間為0分鐘時，對4隻沒有給藥的鼠進行試驗。在此後的每一時間點分別從3或4隻鼠上採樣。每隻鼠用於4個時間點，3或4隻鼠組成一組，一共四組。試驗用鼠按如下分配3隻鼠在5、30、120、360分鐘時間點進行口服，4隻鼠在15、60、240、480分鐘時進行吸入。在每一時間點要抽取足夠的血樣進行凱特普羅芬血漿分析。血樣經過離心分離處理，所收集到的血漿被冷凍到-20℃，然後運去相應的實驗室進行分析。本試測中所用分析法的檢測底限為1.0毫克/毫升。試驗用鼠通過口服或肺部給藥攝入凱特普羅芬，由此來確定肺部給藥途徑是否會改變達到最大血漿濃度所需的時間。試驗結果表明，肺部給藥途徑會在給藥後10分鐘內導致濃度極速上升。口服凱特普羅芬的鼠卻表現出了一定程度的藥物動力學異常行為，相對生物效力只是經肺部給藥試驗鼠所表現出生物效力的一半左右。這一結果出乎意料，因為人體口服凱特普羅芬的生物活性為90％。然而，口服給藥試驗鼠的異常結果並不能否定經肺部給藥途徑試驗鼠早期所表現出的重要結果。
表7中列出了這些結果。根據標準偏差和P值計算出了平均值。這些結果還在圖9～11中以圖形的形式表現出來，其中圖9表明了兩種給藥方式的數據組，圖10表明的是口服給藥的結果，圖11表明的是吸入給藥的結果。在圖9中，P值小於0.05的點用「*」標記，P值小於0.0 1的點用「**」標記。在圖10和圖11中，曲線之下的面積是通過平滑曲線內插數值積分得到的。
在t＝0時，所有試驗鼠的凱特普羅芬濃度都低於分析的檢測極限值。從t＝5分鐘至t＝60分鐘，吸入給藥試驗鼠的凱特普羅芬濃度從統計數字上看是相等的。當t＝360分鐘和t＝480分鐘時，兩組鼠血漿中的凱特普羅芬濃度接近於分析的檢測極限值。
吸入給藥試驗鼠的曲線下方面積與口服給藥試驗鼠的曲線下方面積之比約為2。在早期時間點上，凱特普羅芬在血漿中的濃度具有重要的統計意義。
對於吸入給藥的試驗鼠而言，在給藥後15分鐘內出現明顯的效果，而口服給藥的試驗鼠在給藥後15～60分鐘內才出現明顯的效果。由於這一組的標準偏差較大以及血漿濃度相對較低，所以無法精確確定所需要的時間。
與口服給藥方式的響應(t＝15～60分鐘)相比，肺部給藥方式會導致非常快的響應(小於15分鐘)。
與口服給藥的試驗鼠相比，吸入給藥試驗鼠表現出了更高的生物效力。這一點出乎意料，因為以前的人體試驗研究表明，無論是口服給藥、皮下給藥還是直腸給藥，凱特普羅芬都表現出了同樣高的生物效力(大於90％)。由於口服凱特普羅芬後的藥物動力學行為眾所周知，所以口服給藥組試驗鼠所表現出的異常結果並不能否定吸入給藥組所表現出的結果。
表7
口服給藥組和肺部給藥組中凱特普羅芬在血漿中的平均濃度實例7使用下述實驗方法和儀器對含有左旋多巴和適於肺部釋放組分的顆粒的物理性質加以確定。
使用APL AeroDisperser和Aerosizer(TSI，Inc，St.Paul，MN)按照標準程序(Alkermes SOP#Ms-034-005)對空氣動力學直徑進行測定。粉末樣品被引入AeroDisperser並被分散，然後加速通過Aerosizer的噴嘴。直接對Aerosizer中每個顆粒的飛行時間進行測量，這一時間的長短取決於顆粒的慣量。然後使用基於Stokes定理的力平衡法則將飛行時間分布轉化成基於質量的空氣動力學直徑分布。
使用雷射衍射技術(Alkermes SOP#MS-021-005)來確定顆粒的幾何直徑。所用儀器包括HELOS衍射儀和RODOS分散器(Sympstec，Inc，Princeton，NJ)。RODOS分散器向顆粒樣品施加剪切力，該剪切力通過調節進入分散器的壓縮空氣壓力來控制。分散後的顆粒穿越雷射束，所產生的衍射光由一系列的檢測器進行收集。然後使用佛朗荷費衍射模型將整體衍射模式轉化成基於體積的顆粒直徑分布。根據這一模型，顆粒越小則衍射光的角度越大。
使用MK Anderson串級衝擊器(Anderson儀器公司，Smyrna，GA)對吸入裝置所分散的粉末的空氣動力學性質進行測定。該衝擊器由兩級組成，它根據顆粒的空氣動力學直徑來分離氣霧化顆粒。在每一級中，氣霧化物流穿過一組噴嘴並撞擊相應的衝擊板。慣量足夠小的顆粒將隨氣霧化物流進入到下一級，剩下的顆粒將撞擊這塊板。在每個相連的級中，氣霧化物流將以更高的速度穿過噴嘴，因此在衝擊板上會收集到空氣動力學直徑更小的顆粒。在氣霧化物流通過最後一級後，過濾器將負責收集所剩餘的最小顆粒。
在測定AIR粉末中的藥劑量之前，首先要將藥劑與粉末中的賦形劑分離開。人們開發出了將左旋多巴與賦形劑二棕櫚醯卵磷脂分離的萃取技術。顆粒首先溶解在50％氯仿50％甲醇的液體中。不溶性的左旋多巴被壓成球狀並由同一溶劑進行洗滌，然後溶解於0.5M的鹽酸中。使用左旋多巴抑制二棕櫚醯卵磷脂以確定萃取量。將樣品注射到反相高壓液相色譜儀中進行分析。
使用Waters Symmetry C185-微米色譜柱(高150-mm，內徑4.6-mm)進行分離過程。柱溫保持在30℃，樣品溫度保持在25℃。樣品注射量為10微升。移動相由2.5％的甲醇和97.5％的水溶液(10.5克/升的檸檬酸、20毫克/升乙二胺四乙酸、20毫克/升辛烷磺酸鈉單水合鹽)組成。移動相被連續攪拌，並由Waters在線除氣系統進行除氣。左旋多巴進行等度洗脫。使用波長為254納米的紫外線檢測器進行檢測。
由於左旋多巴一次的口服量通常在100～150毫克之間，所以對製備適於吸入的、含有大量左旋多巴的顆粒進行了實驗。對左旋多巴載藥量為20％和40％的配方進行了研究。脫羧酶抑制劑卡比多巴隨左旋多巴一起使用以防止發生末梢脫羧作用；在某些配方中該脫羧酶抑制劑與左旋多巴的重量比為4∶1。左旋多巴和左旋多巴與卡比多巴混合劑與二棕櫚醯卵磷脂組分被成功地一起噴霧。最佳配方的組成為左旋多巴和/或卡比多巴、20％(重量/重量)檸檬酸鈉、10％(重量/重量)氯化鈣、其餘為二棕櫚醯卵磷脂。
表8匯總了配方的詳細信息以及所得到顆粒的物理性質。空氣動力學直徑或堆平均空氣動力學直徑由Aerosizer測定；幾何直徑或體積平均幾何直徑由雷射衍射儀測定；細微顆粒部分由2級Andersen串級衝擊器測定。如圖12以及表8中的體積平均幾何直徑比率所示，粉末的流率是不受影響的。顆粒由電子掃描顯微鏡進行觀測。
表8
左旋多巴在連續過程中的完整性似乎在溶液配製和噴霧乾燥過程中保持了下來。左旋多巴被從左旋多巴粉末中提取出來，並用反相高壓液相色譜儀進行分析。在左旋多巴粉末沒有檢測到雜質(圖13A)，在試樣注射到色譜儀後1～2分鐘出現的早期峰值是溶劑的峰值，如圖13B所示。溶劑是不含左旋多巴的空白試樣。從加載量為20％和40％的顆粒中回收的左旋多巴的濃度分別為99.8％和99.9％。
為了測定粉末中左旋多巴的加載量，首先將左旋多巴與賦形劑分離開，然後用反相高壓液相色譜儀對左旋多巴進行分析。表9中給出了從粉末中回收左旋多巴的結果以及最終加載量的計算結果。萃取回收和加載量的測量均達到了滿意的效果。測定的藥劑加載量約為額定加載量的87％。正如本文所用的，「額定加載量」是指用於給藥顆粒量中所希望含有的生物活性藥劑總量；它代表可用於給藥的生物活性藥劑的最大量。正如本文所使用的，「額定劑量」是指用於給藥的顆料中所含的生物活性藥劑總量；它代表可用於給藥的生物活性藥劑的最大量。
表9
實例8在靜脈注射、強制口服給藥或肺部給藥後，對血漿中的左旋多巴濃度進行測定。給藥過程通常加入卡比多巴，這樣可確保末梢脫羧酶活性被完全抑制。在本實例中，試驗用動物在攝入左旋多巴前1小時接受末梢脫羧酶抑制劑卡比多巴(200毫克/公斤)的腹膜內注射。在使用強力麻醉劑克他命後，試驗用動物被分成3組。對第一組試驗動物而言，將2毫克左旋多巴放入含有1％甲基纖維素和1％抗壞血酸的鹽水中制在成懸浮液，並使第一組動物口服下去。對第二組動物通過肺部給藥法使動物吸入載有左旋多巴(加載密度為20％)的顆粒。使用喉鏡來觀察試驗用鼠的會厭部位，並將鈍頭吸入裝置(Penn Century吸入粉末傳輸裝置)插入到鼠的氣管中。使用吸入裝置所附帶注射器中的空氣(3毫升)將吸入裝置中預先加載上藥劑的粉末輸送到試驗用鼠的肺部。所輸送的粉末總量為10毫克(2毫克左旋多巴)。對於第三組動物，使用先前插入動物體內的股動脈插管來釋放左旋多巴(2毫克，2～3秒)。從每隻試驗用鼠體內的股動脈插管採取血樣(200微升)，血樣採集時間如下0分鐘(臨左旋多巴給藥前)、左旋多巴給藥後2分鐘、5分鐘、15分鐘、30分鐘、60分鐘、120分鐘、240分鐘。所有血樣在使用高壓液相色譜儀檢測左旋多巴的濃度前均需進行處理。
表14A和表14B給出了使用本文所述程序進行藥物動力學研究的結果。圖14A表明了左旋多巴肺部給藥和口服給藥的對比結果。在吸入給藥後，血漿中左旋多巴的峰值濃度最早出現時間為2分鐘，並在給藥後15分鐘內開始下降。但與口服給藥後120分鐘的情況相比，吸入給藥情況下左旋多巴的濃度依然高於口服給藥的濃度。相比之下，口服左旋多巴會使左旋多巴在血漿中的濃度逐步升高，這一濃度在服藥後15～30分鐘達到最大，並在此後的1～2小時內逐漸降低。
靜脈給藥、口服給藥和肺部給藥的效果也進行了對比。對比結果如圖14B所示。圖14B表明的數據與圖14A相同，只是加入了靜脈給藥的結果。圖14B給出了三種給藥方式(肺部給藥、口服給藥以及靜脈給藥)後血漿中左旋多巴濃度的直接對比情況。圖14B中的數據是平均值±電子掃描顯微鏡測得的微克值。在靜脈約藥後，左旋多巴在血漿中的濃度迅速上升。左旋多巴的最大濃度出現在靜脈給藥後2分鐘，但此後左旋多巴的濃度迅速下降。
通過計算曲線下方的面積來評定生物效力，在整個試驗研究期間(0～240分鐘)，左旋多巴肺部給藥的相對生物效力(與靜脈給藥相比)約為75％，而左旋多巴口服給藥的相對生物效力為33％。在給藥後15分鐘和60分鐘時左旋多巴肺部給藥的相對生物效力分別為38％和62％，而口服給藥的生物效力分別為9％和24％。
實例9對攝入左旋多巴的試驗用鼠還進行了藥效學評價。試驗用鼠接受了神經毒素6-OHDA對中前腦神經束的單側注射。然後對試驗用鼠進行篩選以確保使用標準阿樸嗎啡誘導調節範例時紋狀體多巴胺有效地耗盡。在手術後兩星期，對試驗鼠進行每周一次共三周的阿樸嗎啡誘導的旋轉動作測試。在這一測試中，試驗用鼠接受阿樸嗎啡的腹膜內注射(第一次測試注射量為0.25毫克/公斤，後二次測試的注射量為0.1毫克/公斤)，並將試驗用鼠放入有機玻璃桶中。對試驗用鼠在30分鐘內所做的360°轉圈進行計數，只有在30分鐘內轉圈次數大於200的試驗鼠(12/30受損傷)才能用於行為測試。
受損傷的試驗用鼠被用於左旋多巴給藥後的幾項運動神經測試。這些測試研究(放置測試、支撐測試、運動失能測試)的數據進一步表明了肺部給藥比口服給藥所具有的優越性。
在一次測試中，通過阿樸嗎啡測試的試驗用鼠接受「放置任務」測試。在每天測試前，試驗鼠接受如前面所述的末梢脫羧酶抑制劑卡比多巴(200毫克/公斤)的腹膜內注射。試驗用鼠然後口服左旋多巴(0、20或30毫克/公斤)或進行肺部給藥(0、0.5、1.0或2.0毫克左旋多巴)，並在給藥後15、30、60以及120分鐘時對實驗用鼠進行測試。在口服左旋多巴以及肺部給藥實驗過程中，每隻實驗用鼠以隨機方式接受每種可能的給藥方式。
在藥效學中「放置任務」需要動物根據感官刺激定向移動前肢。將實驗用鼠吊起，使它們的四肢懸在空中。將實驗用鼠提升到桌子的邊緣，記錄下實驗用鼠將前肢放置在桌子頂面上的總次數。
圖15A和圖15B表明了「放置任務」的結果。在基準測試中(t＝0，在臨使用左旋多巴之前)，實驗鼠用未受影響的前肢很出色地完成了「放置任務」，做到了9/10以上的正確反應。相比之下，當實驗用鼠用受損傷的前肢執行同一任務時，它們的能力明顯受到了影響，在10次測試中只有約一次做出了正確的響應。
口服左旋多巴使實驗用鼠用受損傷的肢體執行動作情況出現了改善(圖15a)，改善的程度服藥量有關。與鹽水調節劑相比，在最大用藥量(30毫克/公斤)情況下，動作執行情況在用藥30分鐘後出現改善，並在給藥後1～2小時達到最大改善效果。在較低給藥量(20毫克/公斤)情況下，情況也稍有改善。最大效果出現在給藥後60分鐘，此後動物的表現保持穩定。在實驗用鼠服用鹽水調節劑後，實驗用鼠的動作執行情況沒有發生變化。
與口服給藥相比，在肺部給藥後「放置任務」的執行情況得到了迅速改善，如圖15B所示。在最大劑量情況下，給藥後10分鐘出現了明顯的改善，在15～30分鐘期間出現了最大程度的改善(相比之下，口服給藥是在1～2小時期間出現了最大程度的改善)。改善的效果與給藥量有關，當左旋多巴給藥量低到0.5毫克時仍可觀察到明顯的改善。與口服給藥情況下觀察到的改善相比，肺部給藥可在更低劑量的條件下使動物的動作執行情況得到改善。例如，口服30毫克/公斤所取得的效果與1毫克肺部給藥的效果相當(注假定動物的體重約為300克，則1毫克左旋多巴肺部給藥相當於約3毫克/公斤的劑量)。因此，在左旋多巴用量對體重進行歸一化處理後，則產生相同效果所用的藥量相差約10倍。在口服和肺部給藥二種方式下，動作改善的持續情況大致相同。
圖16A和圖16B表明了支撐任務測試的結果。支撐任務測試使用相同的實驗用鼠在進行「放置任務」測試的同時進行。實驗用鼠被放置在光滑的不鏽鋼表面上，將老鼠以20釐米/秒的速度向一側推出90釐米。將實驗用鼠移動方向一側的肢體所行走的步數記錄下來。在每次測試中將實驗用鼠向前向後推動各2次。
實驗用鼠用受損傷的肢體執行這一任務的能力受到了很大的影響，只做出約3次反應；而肢體沒有受損傷的老鼠做出了大約7次反應，如圖16A所示。口服給藥改善了任務的執行情況，但改善程度與服藥量有關。在給藥劑量為30毫克/公斤(約10毫克左旋多巴)的情況下，任務執行情況的改善出現在給藥30分鐘內。在給藥後60分鐘達到了最大改善效果，此後的任務執行情況維持穩定。口服劑量較低(20毫克/公斤或約7毫克左旋多巴)時，任務執行情況稍有好轉。服用鹽水調節劑對任務的執行情況沒有影響。
與口服給藥相比，在進行左旋多巴肺部給藥後，這一任務的執行情況得到了迅速改善，如圖16B所示。肺部給藥後10分鐘就出現了明顯的改善，在15～30分鐘(口服給藥在30～60分鐘)內達到了最大改善效果。這些改善效果與給藥的劑量有關，在給藥量低到0.5毫克(相當於約1.5毫克/公斤)時仍在統計數字上出現了明顯的改善。與其他官能性測試相同，在達到一定改善效果的條件下，通過肺部給藥所用的藥劑量遠遠低於口服給藥達到相同程度改善效果所需的藥劑量，二種給藥途徑下任務執行情況改善的保持趨勢大致相同。
另外，還進行了官能性運動失能藥效學測試。測試研究結果如圖17A和圖17B所示。該項測試是使用相同老鼠在進行前面二項任務測試的同時進行的。在該測試任務中，將老鼠吊起，使其只能靠一個前肢站立，並允許老鼠自行移動。將支撐老鼠站立的前肢在30秒鐘內所行走的步數記錄下來。
正如在進行放置測試和支撐測試時所看到的，老鼠用受損傷的肢體執行運動失能任務的能力受到了很大的影響。正常的老鼠用正常的肢體可行走17步左右，而受損傷的肢體還達不到這一數字的一半(步數範圍＝0～10步)。口服給藥(圖17A)可以改善這一任務的執行情況，但改善的程度與服藥量有關。在給藥劑量為30毫克/公斤(約10毫克左旋多巴)情況下，給藥後30分鐘情況出現了改善，在給藥後60分鐘內達到了最大改善效果。口服較低劑量的左旋多巴(20毫克/公斤或約6.8毫克左旋多巴)也會使任務執行情況得到相同方式的改善，但改善的絕對程度稍低於更高劑量左旋多巴所達到的效果。對於口服給藥以及肺部給藥二種給藥途徑而言，在給藥後60～120分鐘期間任務的執行情況維持穩定狀態。服用鹽水調節劑對任務的執行情況沒有影響。
與口服給藥相比，在進行左旋多巴肺部給藥後，這一任務的執行情況得到了迅速改善，如圖17B所示。肺部給藥後10分鐘就出現了明顯的改善，在15～30分鐘(口服給藥在30～60分鐘)內達到了最大改善效果。這些改善效果與給藥的劑量有關，在給藥量低到1.0毫克時仍在統計數字上出現了明顯的改善(p＜0.05)。與其他官能性測試相同，在達到一定改善效果的條件下，通過肺部給藥所用的藥劑量遠遠低於口服給藥達到相同程度改善效果所需的藥劑量，二種給藥途徑下任務執行情況改善的保持趨勢大致相同。
動物還接受了藥效學標準轉動測試，該測試被認為是對多巴胺在腦組織中活性的靈敏度及可靠度測定。在這一測試中，對動物進行左旋多巴口服給藥(30毫克/公斤或共約10毫克)或肺部給藥(共2毫克)。選擇這兩個劑量進行此項測試是因為在前面的官能性測試中這兩種劑量達到了最大功效。服藥後，動物被放入有機玻璃瓶中。在120分鐘的測試期內，對360°的旋轉進行計數，並分組成5個小倉室。接受轉動測試的動物有一部分用卡比多巴進行了預處理，有一部分沒有用卡比多巴進行預處理。
6-OHDA是專門作用於腦組織中多巴胺神經原的神經毒素，所有接受測試的動物均接受了6-OHDA單側注射。因為多巴胺的消耗是單側的，未注射多巴胺的一側仍保持原有狀態並仍然能夠對多巴胺活性的變化做出響應。當動物被注射多巴胺興奮劑(如左旋多巴)時，在未注射一側的腦組織多巴胺活性優先受到刺激。這會導致運動神經活動處於不對稱的興奮狀態，這種狀態表現為旋轉或轉圈行為。轉圈行為的發作和旋轉次數可以測定多巴胺活性增強的程度和持續時間的長度。
結果如圖18所示。口服左旋多巴會產明顯的順時針轉圈作為，在服藥後10～15分鐘內這種動作處於中等程度(小於5圈/動物)。在接下來的20分鐘內，轉圈的次數明顯上升，在服用左旋多巴後30分鐘時轉圈行為達到了最高程度，這表明在腦組織未注射的紋狀體中多巴胺的活性已經增強。在接下來的90分鐘內，轉圈次數逐漸減少，但這一減少相對最高程度而言不具備統計意義(P＞0.05)。
與口服給藥相比，左旋多巴的肺部給藥迅速增強了旋轉行為。這表明肺部給藥更迅速地將左旋多巴轉化成了未接受注射腦紋體中的多巴胺。肺部給藥組動物在頭10～15分鐘內的旋轉次數比口服給藥組動物多3次。旋轉次數會逐漸增加，在25～30分鐘達到最大次數，此後會保穩相對穩定。雖然口服給藥後也出現了轉圈次數增加的趨勢，但這一趨勢是在服藥120分鐘後出現的，這不具統計意義(P＞0.05)。在沒有接受卡比多巴預處理的動物中，實際上沒有出現轉圈行為(數據未給出)。
實例10下列實驗的目的是測試各種組分的相對生物效力，這些組分至少由載體顆粒組成；做為一種選擇，組分中還可包括某種藥劑。除非另有說明，否則這裡所用的噴霧乾燥型顆粒是遵循前面實例中的步驟而製備的。所製備顆粒的性質均在前面所述的範圍之內。下面的表10列出了這些組分。
測試是使用各種沙美特羅配方進行的。除非另有說明，否則微米級沙美特羅xinafoafe被用於製備顆粒。表10列出了二種這樣的組分F1和F2。F1由69％和二棕櫚醯卵磷脂、20％的檸檬酸鈉、10％的氯化鈣和1％的沙美特羅組成。F2由29.5％和二棕櫚醯卵磷脂、29.5％的二棕櫚醯卵磷脂乙醇胺、20％的乳糖、20％的檸檬酸鈉和1％的沙美特羅組成。為進行對比，還製備了不含沙美特羅的F1和F1組分。在對F1和F2分別進行測試時，使用了二種含沙美特羅的調節劑SX1和SX2。
表10
為了製備噴霧乾燥前的F1溶液，將200毫克的檸檬酸鈉和100毫克的氯化鈣溶於300毫升水中。將690毫克的二棕櫚醯卵磷脂、和10毫克沙美特羅溶於700毫升乙醇中。將以上兩種溶液混合形成體積為1升的溶液，其中乙醇體積佔70％，水體積佔30％，固體含量為1克/升。
為了製備噴霧乾燥前的F2溶液，將200毫克的檸檬酸鈉和200毫克的乳糖溶於300毫升水中。將295毫克的二棕櫚醯卵磷脂、295毫克的二棕櫚醯卵磷脂乙醇胺和10毫克沙美特羅溶於700毫升乙醇中。將以上兩種溶液混合形成體積為1升的溶液，其中乙醇體積佔70％，水體積佔30％，固體含量為1克按前面所述的過程將噴霧乾燥前的溶液進行噴霧乾燥，製成乾燥的顆粒。這些乾燥顆粒被用於下述實驗。
實例11上面所製備的乾燥顆粒(AIR顆粒)被用於給藥。不含有沙美特羅的F1和F2噴霧乾燥顆粒被放置一膠囊中並被稱量。然後將所需的活性組分(F1、F2)放置在AIR顆粒的頂部並記錄下重量。特別要注意的是，將F-1組分放在不含沙美特羅的F1上面，將F-2放在不含沙美特羅的F2上面。膠囊中的最終總重為1.0毫克。將膠囊封閉起來並反覆翻轉膠囊以便膠囊內的組分混合。這一過程使膠囊內部生成一種「混合物」，該「混合物」被用於實驗中的給藥過程。
Serevent是Glaxo Wellcome公司註冊的商標。在測試試驗中製備了活性組分Serevent1和Serevent。Serevent是沙美特羅xinafoate的一種類型，它是外消旋類型的沙美特羅的1-羥基-2-荼甲酸鹽。這一組成中的活性成份是沙美特羅基，該基是選擇性很高的β2腎上腺素支氣管擴張劑。沙美特羅xinafoate的化學名稱是4-羥基-2-[[[6-(4-苯丁氧基)乙基]氨基]甲基]-1，3-苯二甲醇、1-羥基-2-荼甲酸酯。
在上述膠囊中的裝藥過程按常規進行。然而，在含有Serevent1和Serevent2的試驗配方中不使用AIR顆粒。相反的是，在膠囊中先裝入微米級乳糖粉末並記錄重量。然後在乳糖粉末上加入Serevent。然後將膠囊封閉起來，並反覆翻轉膠囊使其中的組分混合。最後在實驗中使用二種含沙美特羅的調節劑SX1和SX2，在這二種調節劑中Serevent與不含沙美特羅的AIR顆粒(載體)相混合。在不含沙美特羅的F-1情況中，AIR顆粒先被放入膠囊中並記錄下重量。然後將Serevent放置在AIR顆粒上面。與前面相同，膠囊中的總量為1.0毫克。將膠囊封閉起來並反覆翻轉膠囊使其中的組分相混合。這一過程在膠囊內產生一種「混合物」，這一混合物被用於這些實驗。
實例12在對quinea豬的肺功能進行評價時，使用的是全身體積掃描成像法，試驗組分通過氣管吸入法輸入到麻醉的動物體中。這一系統可使每頭quinea豬通過噴霧法反覆接受乙醯甲基膽鹼的測試。根據氣流參數、PenH(增強的間歇)來計算氣管的阻力，該阻力被專門用做避免由乙醯甲基膽鹼引發的支氣管收縮發生的標誌值。
具體而言，所使用的系統是BUXCO全身無限制體積掃描儀系統，該系統配有BUXCOXA肺功能軟體(BUXCO Electronics，Inc.，Sharon，CT)。該系統在Silbaugh和Mauderly在美國生理協會的「對清醒的quinea豬進行非插入式氣管收縮檢測」的文章中以及Chong等人所寫的「使用全身體積掃描儀測定支氣管收縮對受約束quinea豬進行自由移動的比較」文章中有所論述。在進行實驗步驟之前對基本肺功能(氣管過度反應)值進行測定。然後在沙美特羅給藥後的各個時間點(2-3、16、24以及24小時)測定氣管過度反應對鹽水和乙醯甲基膽鹼的響應程度。根據施用鹽水或乙醯甲基膽鹼後4～9分鐘間所收集到的數據計算出PenH的平均值。對每個實驗動物計算出每個時間點的基本PenH的百分率。對攝入相同組分的動物的值進行平均以確定在每一時間點一組動物的平均響應值(±標準偏差)。
雄性Hartley quinea豬是從Elm Hill Breeding Labs(Chelmsford，MA)獲得的。用於quinea豬的粉末(1毫克裝於膠囊中)被送入吸入裝置中，吸入器的輸送管通過口腔插入到氣管中，並向裡推入直至管前端推進到距隆線(第一分叉處)1釐米為止。輸送吸入器中粉末所用的空氣量為3毫升，這些空氣是從一個10毫升的注射器中釋放出來的。為了將最大量的粉末送入quinea豬體內，該注射器還要再進行二次充氣和放氣，這樣在每份粉末的輸送過程中共有三次放氣操作。在粉末吸入後2-3、16和24小時進行乙醯甲基膽鹼測試。
使用該配方成份重複進行測試，表11列出了用量。
表11
實例13在某一實驗中，實驗按例12中的過程進行。表11中所列出的組分F-1(0.5)、F-1(1.0)、F-1(2.0)、SX1(0.5)和SX2(1.0)被用於實驗動物。F-1系列組分中含有沙美特羅、二棕櫚醯卵磷脂、檸檬酸鈉和氯化鈣。根據氣流參數計算出每隻動物的PenH(增強的間歇或者氣管阻力的測定值)並將其記錄下來。對動物進行25小時的試驗及觀察。試驗結果如圖19所示。SX組分中含有SereventTM，這是沙美特羅的商品形式。當同不含沙美特羅的AIR顆粒(有時被稱為空白顆粒或安慰劑顆粒)相混合時，含沙美特羅的AIR顆粒(表10和表11列出的F-1系列組分)可合適地被比作表11中列出的含Serevent的組分(SX1(0.5)SX2(1.0))。F-1組分遇到的氣管阻力通常小於SX組分所遇到的氣管阻力。此外，所有F-1組分所遇到的氣管阻力都小於SX1(0.5)所遇到的氣管阻力。從給藥後10小時開始，與SX1或SX2相比，所有F-1組分都表現出了持續的、明顯低的氣管阻力。
實例14在另一實驗中，按照例12中的步驟將表11中列出的F-2(0.5)、F-2(1.0)、F-2(2.0)、SX1(0.5)和SX2(1.0)施用給動物。F-2系列組分含有沙美特羅、二棕櫚醯卵磷脂、二棕櫚醯卵磷脂乙醇胺、檸檬酸鈉和乳糖。根據氣流參數計算出每隻動物的PenH(增強的間歇或者氣管阻力的測定值)並將其記錄下來。對動物進行25小時的試驗及觀察。試驗結果如圖20所示。SX組分中含有SereventTM，這是沙美特羅的商品形式。當同不含沙美特羅的AIR顆粒(有時被稱為空白顆粒或安慰劑顆粒)相混合時，含沙美特羅的AIR顆粒(表10和表11列出的F-2系列組分)可合適地被比作表11中列出的含Serevent的組分(SX1(0.5)SX2(1.0))。F-2組分遇到的氣管阻力通常小於SX組分所遇到的氣管阻力。此外，所有F-2組分所遇到的氣管阻力都小於SX1(0.5)所遇到的氣管阻力。
實例15在另一實驗中，按照上面的步驟進行試驗。將表11中列出的F-1(0.5)、F-1(1.0)、F-1(2.0)、Serevent1(0.5)和Serevent2(1.0)施用給動物。，Serevent組分與F-1系列(未給出數據)的比較結果與SX組分與F-1系列的比較結果是一致的。重要的是，這些結果表明當AIR顆粒(空白顆粒或安慰顆粒)作為載體使用時，雖然效果不一定好於乳糖，但可以達到同等的效果。乳糖是美國食品和藥品管理局批准的載體，乳糖可通過商業渠道獲得。然而，乳糖不能達到肺部深處。如例3所示，AIR顆粒的確能夠到達肺部深處，並可隨同或陪伴所用的藥劑到達藥劑的沉積位置，例如隨同本實驗中的沙美特羅到達沉積位置。
實例16在另一實驗中，執行與上述相同的過程。表11中所列出的F-2(0.5)、F-2(2.0)、Serevent(0.5)和Serevent(1.0)被用於實驗動物。在該實驗再次觀察到Serevent組分與F-2系列的比較結果是一致的。這些結果支持例15所得出的結論。
雖然本發明是結合優選實施方案進行具體說明和描述的，但本領域中的技術人員應該理解，在不脫離本文所附權利要求書所定義的本發明範圍的情況下可以在形式和細節上對本發明進行各種改動。
權利要求
1.以單次呼吸觸發的步驟進行肺部給藥的方法，該方法包括a)提供含有藥劑的顆粒；b)將顆粒從儲有一定量顆粒的容器中輸送到患者的呼吸道中，至少50％的顆粒被送達目的地。
2.如權利要求1中的方法，其中的藥劑選自治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑以及預測性藥劑。
3.如權利要求1中的方法，其中顆粒的搖實密度約小於0.1克/立方釐米。
4.如權利要求1中的方法，其中顆粒的幾何直徑大於5微米。
5.如權利要求1中的方法，其中容器的容積至少約為0.37立方釐米。
6.如權利要求1中的方法，其中容器的容積至少約為0.48立方釐米。
7.如權利要求1中的方法，其中容器的容積至少約為0.67立方釐米。
8.如權利要求1中的方法，其中容器的容積至少約為0.95立方釐米。
9.如權利要求1中的方法，其中的給藥基本上到達肺部深處。
10.如權利要求1中的方法，其中的給藥基本上到達氣管中部。
11.如權利要求1中的方法，其中的藥劑是生物活性藥劑。
12.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是硫酸舒喘寧。
13.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是胰島素。
14.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是生長激素。
15.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是藥薯溴化物。
16.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是弗路地凱松。
17.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是沙美特羅。
18.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是左旋多巴。
19.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是疏水性藥物。
20.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是親水性藥物。
21.如權利要求11中的方法，其中的生物活性藥劑是單克隆抗體。
22.如權利要求1中的方法，其中的顆粒是噴霧乾燥型顆粒。
23.如權利要求1中的方法，其中的顆粒是乾燥粉末。
24.如權利要求1中的方法，其中對呼吸道的給藥是通過乾粉吸入器實現的。
25.如權利要求1中的方法，其中的顆粒是非聚合物顆粒。
26.如權利要求1中的方法，其中顆粒的動務學堆積密度大於0.1克/立方釐米。
27.如權利要求1中的方法，其中的藥劑是非晶體藥劑。
28.如權利要求2中的方法，其中的藥劑是診斷性藥劑或預測性藥劑。
29.如權利要求28中的方法，其中的診斷性藥劑或預測性藥劑中含有示蹤劑。
30.如權利要求29中的方法，其中示蹤劑選自放射性同位素、抗原決定基示蹤劑、親和力示蹤劑、酶示蹤劑、螢光族示蹤劑以及化學發光族示蹤劑。
31.如權利要求30中的方法，其中的示蹤劑是放射性同位素。
32.如權利要求31中的方法，其中的放射性同位素是鎝99m。
33.如權利要求1中的方法，其中的藥劑與顆粒結為一體。
34.如權利要求33中的方法，其中的藥劑在噴霧乾燥過程中與顆粒結為一體。
35.如權利要求1中的方法，其中的藥劑附著在顆粒的表面。
36.如權利要求1中的方法，其中的藥劑吸附在顆粒的表面。
37.如權利要求1中的方法，其中至少一種其他藥劑隨顆粒一起被輸送。
38.如權利要求37中的方法，其中至少一種其他的藥劑與顆粒結為一體、附著在顆粒的表面或吸附在顆粒的表面。
39.在單次呼吸中將藥劑輸送到肺部組織的方法，該方法包括a)提供含有藥劑的顆粒；b)將顆粒從含有一定量顆粒的容器中輸送到患者的呼吸道中，其中顆粒至少輸送約5毫克的藥劑。
40.如權利要求39中的方法，其中的藥劑選自治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑以及預測性藥劑。
41.如權利要求39中的方法，其中顆粒的搖實密度約小於0.1克/立方釐米。
42.如權利要求39中的方法，其中顆粒的幾何直徑大於5微米。
43.如權利要求39中的方法，其中容器的容積至少約為0.37立方釐米。
44.如權利要求39中的方法，其中容器的容積至少約為0.48立方釐米。
45.如權利要求39中的方法，其中容器的容積至少約為0.67立方釐米。
46.如權利要求39中的方法，其中容器的容積至少約為0.95立方釐米。
47.如權利要求39中的方法，其中顆粒至少輸送7毫克的藥劑。
48.如權利要求39中的方法，其中顆粒至少輸送10毫克的藥劑。
49.如權利要求39中的方法，其中顆粒至少輸送15毫克的藥劑。
50.如權利要求39中的方法，其中顆粒至少輸送20毫克的藥劑。
51.如權利要求39中的方法，其中顆粒至少輸送30毫克的藥劑。
52.如權利要求39中的方法，其中顆粒至少輸送35毫克的藥劑。
53.如權利要求39中的方法，其中顆粒至少輸送50毫克的藥劑。
54.如權利要求39中的方法，其中的給藥基本上到達肺部深處。
55.如權利要求39中的方法，其中的給藥基本上到達氣管中部。
56.如權利要求39中的方法，其中的藥劑是生物活性藥劑。
57.如權利要求56中的方法，其中的生物活性藥劑是硫酸舒喘寧。
58.如權利要求56中的方法，其中的生物活性藥劑是胰島素。
59.如權利要求56中的方法，其中的生物活性藥劑是生長激素。
60.如權利要求56中的方法，其中的生物活性藥劑是藥薯溴化物。
61.如權利要求56中的方法，其中的生物活性藥劑是弗路地凱松。
62.如權利要求56中的方法，其中的生物活性藥劑是沙美特羅。
63.如權利要求56中的方法，其中的生物活性藥劑是左旋多巴。
64.如權利要求39中的方法，其中的生物活性藥劑是疏水性藥物。
65.如權利要求39中的方法，其中的生物活性藥劑是親水性藥物。
66.如權利要求39中的方法，其中的生物活性藥劑是單克隆抗體。
67.如權利要求39中的方法，其中的顆粒是噴霧乾燥型顆粒。
68.如權利要求39中的方法，其中的顆粒是乾燥粉末。
69.如權利要求39中的方法，其中對呼吸道的給藥是通過乾粉吸入器實現的。
70.如權利要求39中的方法，其中的顆粒是非聚合物顆粒。
71.如權利要求39中的方法，其中顆粒的動務學堆積密度大於0.39克/立方釐米。
72.如權利要求39中的方法，其中的藥劑是非晶體藥劑。
73.如權利要求40中的方法，其中的藥劑是診斷性藥劑或預測性藥劑。
74.如權利要求73中的方法，其中的診斷性藥劑或預測性藥劑中含有示蹤劑。
75.如權利要求74中的方法，其中示蹤劑選自放射性同位素、抗原決定基示蹤劑、親和力示蹤劑、酶示蹤劑、螢光族示蹤劑以及化學發光族示蹤劑。
76.如權利要求75中的方法，其中的示蹤劑是放射性同位素。
77.如權利要求76中的方法，其中的放射性同位素是鎝99m。
78.如權利要求39中的方法，其中的藥劑與顆粒結為一體。
79.如權利要求78中的方法，其中的藥劑在噴霧乾燥過程中與顆粒結為一體。
80.如權利要求39中的方法，其中的藥劑附著在顆粒的表面。
81.如權利要求39中的方法，其中的藥劑吸附在顆粒的表面。
82.如權利要求39中的方法，其中至少一種其他藥劑隨顆粒一起被輸送。
83.如權利要求82中的方法，其中至少一種其他的藥劑與顆粒結為一體、附著在顆粒的表面或吸附在顆粒的表面。
84.將藥劑輸送到肺部組織的方法，該方法包括a)提供搖實密度小於0.4克/立方釐米的載體顆粒；b)提供至少含有一種藥劑的組分；c)將a)中的載體顆粒與b)中的組分相混合，形成可吸入的組分；d)將c)中的可吸入組分輸送到者的呼吸道中。
85.如權利要求84中的方法，其中b)中的組分由乾燥粉末組成。
86.如權利要求85中的方法，其中乾燥粉含有微米級顆粒。
87.如權利要求86中的方法，其中微米級顆粒由亞微顆粒組成。
88.如權利要求84中的方法，其中b)中的組分包括液相溶液，溶液中含有藥劑。
89.如權利要求84中的方法，其中d)中的可吸入組分是通過單次呼吸觸發的步驟輸送到患者的呼吸道中。
90.如權利要求84中的方法，其中d)中的可吸入組分從容器輸送到患者的呼吸道中。
91.如權利要求90中的方法，其中容器的容積至少約為0.37立方釐米。
92.如權利要求90中的方法，其中容器的容積至少約為0.48立方釐米。
93.如權利要求90中的方法，其中容器的容積至少約為0.67立方釐米。
94.如權利要求90中的方法，其中容器的容積至少約為0.95立方釐米。
95.如權利要求84中的方法，其中載體顆粒的搖實密度約小於0.1克/立方釐米。
96.如權利要求84中的方法，其中載體顆粒的幾何直徑大於5微米。
97.如權利要求84中的方法，其中載體顆粒的幾何直徑大於50微米。
98.如權利要求84中的方法，其中載體顆粒的幾何直徑大於100微米。
99.如權利要求84中的方法，其中載體顆粒的幾何直徑約在5～300微米之間。
100.如權利要求84中的方法，其中藥劑基本上送達肺部深處。
101.如權利要求84中的方法，其中藥劑基本上送達氣管中部。
102.如權利要求84中的方法，其中的藥劑選自治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑以及預測性藥劑。
103.如權利要求84中的方法，其中藥劑是生物活性藥劑。
104.如權利要求103中的方法，其中生物活性藥劑選自硫酸舒喘寧、胰島素、生長激素、藥薯溴化物、弗路地凱松、沙美特羅以及左旋多巴。
105.如權利要求104中的方法，其中生物活性藥劑是沙美特羅。
106.如權利要求102中的方法，其中的藥劑是診斷性藥劑或預測性藥劑。
107.如權利要求106中的方法，其中的診斷性藥劑或預測性藥劑中含有示蹤劑。
108.如權利要求107中的方法，其中示蹤劑選自放射性同位素、抗原決定基示蹤劑、親和力示蹤劑、酶示蹤劑、螢光族示蹤劑以及化學發光族示蹤劑。
109.如權利要求108中的方法，其中的示蹤劑是放射性同位素。
110.如權利要求109中的方法，其中的放射性同位素是鎝99m。
111.如權利要求84中的方法，其中的載體顆粒是噴霧乾燥型顆粒。
112.如權利要求84中的方法，其中的載體顆粒是非聚合物顆粒。
113.如權利要求84中的方法，其中載體顆粒的動力學堆積密度大於0.1克/立方釐米。
114.如權利要求84中的方法，其中的藥劑是非晶體藥劑。
115.如權利要求84中的方法，其中組分含有附著在顆粒的表面或吸附在顆粒的表面上的某種藥劑。
116.如權利要求84中的方法，其中至少一種其他藥劑隨可吸入組分一起被輸送。
117.可被輸送到肺部組織的可吸入組合物，該組合物由搖實密度小於0.4克/立方釐米的載體顆粒和含有某種藥劑的組分組成。
118.如權利要求117中的可吸入組合物，其中含有藥劑的組合物是乾燥的粉末。
119.如權利要求118中的可吸入組合物，其中乾燥粉末由微米級顆粒組成。
120.如權利要求119中的可吸入組合物，其中乾燥粉末由亞微顆粒組成。
121.如權利要求117中的可吸入組合物，其中含有藥劑的組合物還可是液相溶液。
122.如權利要求117中的可吸入組合物，其中可吸入組合物是在單次呼吸觸發的步驟中被送入患者的呼吸道中。
123.如權利要求117中的可吸入組合物，其中可吸入組合物是從容器被輸送到患者的呼吸道中。
124.如權利要求117中的可吸入組合物，其中載體顆粒的搖實密度小於約0.1克/立方釐米。
125.如權利要求117中的可吸入組合物，其中載體顆粒的幾何直徑大於5微米。
126.如權利要求117中的可吸入組合物，其中載體顆粒的幾何直徑大於50微米。
127.如權利要求117中的可吸入組合物，其中載體顆粒的幾何直徑大於100微米。
128.如權利要求117中的可吸入組合物，其中載體顆粒的幾何直徑約在5～300微米之間。
129.如權利要求117中的可吸入組合物，其中的可吸入組合物給藥到達肺部深處。
130.如權利要求117中的可吸入組合物，其中的可吸入組合物給藥到達氣管中部。
131.如權利要求117中的可吸入組合物，其中的藥劑選自治療性藥劑、預防性藥劑、診斷性藥劑以及預測性藥劑。
132.如權利要求117中的可吸入組合物，其中的藥劑是生物活性藥劑。
133.如權利要求132中的可吸入組合物，其中生物活性藥劑選自硫酸舒喘寧、胰島素、生長激素、藥薯溴化物、弗路地凱松、沙美特羅以及左旋多巴。
134.如權利要求133中的可吸入組合物，其中生物活性藥劑是沙美特羅。
135.如權利要求131中的可吸入組合物，其中的藥劑是診斷性藥劑或預測性藥劑。
136.如權利要求135中的可吸入組合物，其中的診斷性藥劑或預測性藥劑中含有示蹤劑。
137.如權利要求136中的可吸入組合物，其中示蹤劑選自放射性同位素、抗原決定基示蹤劑、親和力示蹤劑、酶示蹤劑、螢光族示蹤劑以及化學發光族示蹤劑。
138.如權利要求137中的可吸入組合物，其中的示蹤劑是放射性同位素。
139.如權利要求138中的可吸入組合物，其中的放射性同位素是鎝99m。
140.如權利要求117中的可吸入組合物，其中的載體顆粒是噴霧乾燥型顆粒。
141.如權利要求117中的可吸入組合物，其中的載體顆粒是非聚合物顆粒。
142.如權利要求117中的可吸入組合物，其中載體顆粒的動務學堆積密度大於0.1克/立方釐米。
143.如權利要求117中的可吸入組合物，其中的藥劑是非晶體藥劑。
144.如權利要求117中的可吸入組合物，其中組分含有吸附在顆粒表面上的藥劑。
145.如權利要求117中的可吸入組合物，其中至少一種其他藥劑隨可吸入組分一起被輸送。
146.如權利要求1中的方法，其中顆粒的搖實密度小於0.4克/立方釐米。
147.如權利要求39中的方法，其中輸送發生在單次呼吸觸發的步驟中。
148.如權利要求39中的方法，其中顆粒的搖實密度小於0.4克/立方釐米。
149.如權利要求84中的方法，其中可吸入組分在一起呼吸中可輸送至少約5毫克的藥劑。
150.如權利要求116中的方法，其中至少一種其他的藥劑與顆粒結為一體、附著在顆粒的表面或吸附在顆粒的表面。
151.如權利要求117中的可吸入組分，其中可吸入組分在一起呼吸中可輸送至少約5毫克的藥劑。
全文摘要
本文涉及以單次呼吸觸發的方式或以單次呼吸方式向肺部組織輸送某種藥劑的方法。該方法將含有大量顆粒容器中的顆粒引入患者的呼吸道。該方法至少將約50％的顆粒輸送到患者肺部組織中；顆粒的搖實密度小於0.4克/立方釐米。這些顆粒可以攜帶多種藥劑。藥劑為1)噴射乾燥預混合物的一部分，並通過噴射乾燥過程與顆粒結為一體；2)加入到單獨製備好的顆粒上，藥劑由此與顆粒形成化學結合；3)與顆粒進行混合，並同顆粒一起被輸送。本文還對可吸入組分以及由藥劑組成的組分進行了說明。可吸入組分包括載體顆粒，顆粒的搖實密度小於0.4克/立方釐米。本文還包括輸送這些可吸入組分的方法。
文檔編號A61K31/137GK1441670SQ01812533
公開日2003年9月10日 申請日期2001年6月8日 優先權日2000年6月9日
發明者戴維·A·愛德華茲, 理察·P·巴泰基, 勞埃德·莊斯頓 申請人:先進吸入藥劑研究公司