[发明专利]包含生物活性材料的干燥玻璃质组合物

说明书

相关申请的互相参考

本申请要求2010年1月28日提交至美国专利与商标局（United States Patent and Trademark Office）的美国临时申请No.61/299,315的优先权，其内容在此为所有目的通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及在苛刻的储存和使用条件下稳定和保护生物材料，更具体来说，本发明涉及将生物活性材料和生物制品包括活细菌包埋在无定形玻璃质基质的保护性制剂中。

背景技术

冷冻干燥在传统上是保存敏感性生物物质例如活或死细菌和病毒以及蛋白质的最常用方法，而其他方法例如喷雾干燥、流化喷雾干燥和干燥法一般不适合。在这些方法中使用的高干燥温度引起对生物活性材料本身的显著伤害。此外，它们不能将材料充分干燥至产物稳定性所需的特定的残余水分或水活度，因此可能需要通过其他手段进行的附加干燥步骤。常规的冷冻干燥方法典型地包括将含有生物活性材料的溶液冷冻，以及将冷冻的生物材料在完全真空下、在保持冷冻的同时冻干。冷冻干燥方法的低温减少了生物活性材料的降解反应，并使最终干燥形式中的活性损失降至最低。通常，由于在缓慢干燥过程期间形成冰晶，冷冻干燥方法往往引起生物活性材料的显著活性损失和损伤。此外，冷冻步骤本身如果不能正确执行，也能使生物活性材料变性或失活。通过向生物活性物质溶液加入低温保护剂可以在一定程度上避开由冰晶结构的形成所引起的损伤（Morgan等，2006）。这样的保护剂是高度可溶的化学物质，其被添加到制剂中以在冷冻期间保护细胞膜和蛋白质，并提高储存期间的稳定性。常用于活细菌和病毒的稳定剂包括相对于细胞物质或生物活性物质来说高浓度的高糖，例如蔗糖、甘油或山梨糖醇（Morgan等，2006；Capela等，2006）。然而，这样的保护剂可能不能足够地穿透到细胞内以保护细胞内体积中的活性组分，这可能引起冷冻干燥物质在储存后的不稳定性。因此，有膜生物材料例如病毒、细菌和细胞在冷冻干燥过程中不能良好存活。因此，对于开发能够使干燥损失最小化并同时获得干燥后材料足够的储存稳定性的最优干燥方法和制剂来说，仍存在显著的挑战。

通过使用某些制剂与在玻璃态、特别是糖玻璃中进行真空干燥的组合已解决了与冷冻干燥相关的一些问题（美国专利6,190,701）。干燥的稳定化生物活性材料在玻璃质基质中受到保护以对抗不利环境例如高的温度和湿度。一般来说，通过玻璃形成而进行的稳定化，从浓缩含有生物活性分子的糖溶液以形成超饱和糖浆开始。进一步去除水使糖浆逐渐固化，最终转变成残余水含量低的固体糖玻璃。在玻璃中的化学扩散是可以忽略不计的，因此化学反应事实上停止。由于变性或膜损坏是化学变化，它们不能在玻璃中发生，因此生物活性材料被稳定化并受到保护。许多玻璃由于在储存期间与生物活性材料反应，因此不能执行稳定化。使用还原糖时出现明显问题，所述还原糖可以形成良好的物理玻璃，然而它们的醛基在典型的美拉德（Maillard）反应中攻击生物活性物质上的氨基基团，而非反应性糖类提供稳定的完全不需要冷藏的产物。

由于糖类的固有吸湿性，超饱和糖浆的除水和最终干燥变得极为困难。（Annear 1962）首先解决了这一缺点，其开发了在糖类和氨基酸的溶液中含有细菌的制剂以及涉及浓缩糖浆的沸腾和泡沫形成的真空干燥方法。Roser等（美国专利6,964,771）公开了通过泡沫形成进行干燥的类似概念，所述概念包括蒸发掉大部分溶剂的浓缩步骤，随后在真空下对浓缩的糖浆进行沸腾和发泡。为了减轻在沸腾步骤中可能发生的氧化和变性损伤，Bronshtein（美国专利5,766,520、7,153,472）介绍了含有糖类和表面活性剂的改进的保护性剂型。保护性溶液的干燥也包括在中度真空下浓缩，然后施加强真空以使剩余的水起泡沸腾，从而形成干燥的稳定泡沫的逐步过程。为了避开沸腾步骤，Busson和Schroeder（美国专利No.6,534,087）介绍了适用于敏感性生物活性材料的制剂的液态干燥方法，并在高于30Torr的非常温和的真空压力下使用真空烘箱。在不使材料沸腾的条件下获得一定干燥水平后，供热至高于20℃，并在仅仅几小时后就收获了干燥的材料。

生物活性物质溶液在整个干燥过程期间被维持在液态中的这种类型的干燥方法，具有由于液体在沸腾期间蒸发和发泡表面所表现出的表面积增加而造成的干燥更快的优点。然而，沸腾和发泡需要输入显著热量来提供必需的溶液喷发。这样的干燥方法不能良好适用于敏感性生物物质例如活病毒、细胞或细菌的干燥，这是由于施加的热加速了酶促降解（例如蛋白质水解）和化学氧化（例如氧化和自由基攻击），其可能破坏生物材料的活性或存活力。