For the sustained release formulation of recombinant human growth hormone (rhGH), dissociable rhGH aggregates were microencapsulated within poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) [PLGA] microparticles. rhGH aggregates were first produced by adding a small volume of aqueous rhGH solution into a partially water miscible organic solvent phase (ethyl acetate) containing PLGA. These rhGH aggregates were then microencapsulated within PLGA polymer phase by extracting ethyl acetate into an aqueous phase pre-saturated with ethyl acetate. Release profiles of rhGH from these microparticles were greatly affected by changing the volume of incubation medium. The released rhGH species consisted of mostly monomeric form having a correct conformation. This study reveals that sustained rhGH release could be achieved by microencapsulating reversibly dissociable protein aggregates within biodegradable polymers.
Recombinant human growth hormone was encapsulated, by a double emulsion solvent evaporation method, within two biodegradable microspheres having different monomer compositions. Semi-crystalline poly(l-lactic acid) (PLLA) and amorphous poly(D,L-lactic-coglycolic acid) (PLGA) were used for the encapsulation of rhGH. Protein release profiles from the two microspheres were comparatively evaluated with respect to their morphological difference. Both of the microspheres similarly exhibited rugged surface and porous internal structures, but their inner pore wall morphologies were quite different. The slowly degrading PLLA microspheres had many nano-scale reticulated pores on the wall, while the relatively fast degrading PLGA micropsheres had a non-porous and smooth wall structure. From the PLLA microspheres, rhGH was released out in a sustained manner with an initial - 20 % burst, followed by constant release, and almost 100 % complete release after a one month period. In contrast, the PLGA microspheres showed a similar burst level of 20 %, followed by much slower release, but incomplete release of - 50 % after the same period. The rhGH release profiles differing between PLLA and PLGA microspheres were attributed to different morphological characters of the pore wall structure. The inter-connected nano-porous structure of PLLA microspheres was likely to be formed due to the preferable crystallization of PLLA during the solvent evaporation process.
A new approach for attaining sustained release of water-soluble macromolecules is introduced, involving a pore-closing process of preformed porous PLGA microspheres. Highly porous biodegradable poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres were fabricated by a single water-in-oil emulsion solvent evaporation technique using Pluronic F127 as an extractable porogen. The pore size and its volume in the microspheres were readily controlled by adjusting the relative amount of Pluronic F127 and PLGA. The pores, having a uniform distribution, were highly interconnected throughout the bulk phase and to the surface of the microspheres. Various macromolecular drugs were incorporated into porous microspheres by a simple solution dipping method. For their controlled release, the porous microspheres containing various drugs were treated with water-miscible solvents in aqueous phase for production of pore-closed microspheres. The aqueous pore-closing process resulted in nonporous microspheres which exhibited sustained release patterns over an extended period.
In our previous study, a new approach was introduced for attaining sustained release of water-soluble macromolecular drugs from poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres, via a pore-closing process of preformed drug-loaded porous PLGA microspheres by treating with water miscible solvents in an aqueous solution. However, the drug loading efficiency was extremely low due to rapid dissolution and diffusion of entrapped drug molecules into the aqueous phase during the pore-closing process. To overcome the drug loading problem, the pore-closing process was performed in an ethanol vapor phase using a fluidized bed reactor. Porous microspheres, loaded with recombinant human growth hormone (rhGH), were treated with ethanol vapor to produce nonporous microspheres. The resultant pore-closed microspheres maintained high protein loading amount through the vapor phase pore-closing process and showed sustained rhGH release profiles over an extended period. The released rhGH exhibited structural integrity after the ethanol vapor treatment.
생명공학 기술의 발달로 단백질 약물의 사용과 그 위상이 증대하였으나, 생체 내에서의 안정성 문제로 인해 그 사용이 제한되어 있다. 이런 문제를 극복하기 위해 단백질 약물을 생분해성 고분자 미립구에 봉입하여 지속 방출시키는 연구가 진행되어 왔으나, 많은 경우에 있어 얻어지는 방출거동들이 만족스럽지 못했다. 이는 미립구에 봉입하는 과정에 있어서의 단백질의 불안정성과 봉입이후 미립구 내에서의 단백질의 불안정성으로 인한 약물의 변성, 응집 등이 원인인 것으로 밝혀졌다.
미립구내로 봉입하는 과정에 있어서의 단백질의 불안정성 문제를 해결하기 위해, 물과 부분적으로 섞이는 유기용매인 ethyl acetate 를 사용하는 새로운 제제방법을 기존의 dichloromethane 을 사용하는 제제방법과 비교, 연구하였다. Ethyl acetate 를 사용하여 PLGA 고분자로 둘러싸인 가역적인 단백질(인간성장호르몬) 응집체를 제조함으로서, 인간성장호르몬의 지속 방출 거동을 얻을 수 있었다. 방출 배지 안에서의 인간성장호르몬 농도에 따라 방출 거동이 달라지는 것으로 보아, 가역적 인간성장호르몬 응집체가 풀려 녹아나옴에 따라 미립구로부터 지속적으로 단백질이 방출되어 나온다는 것을 알 수 있었다.
단백질 약물의 봉입 이후, 고분자의 분해에 따라 미립구 내부에 생성되는 산성 환경으로 인한 미립구 내부에서의 불안정성 문제를 해결하기 위해, 나노 다공성의 미립구를 제조하는 새로운 전략을 사용하였다. 저분자량의 반결정성 PLLA 를 사용하여 안쪽 구멍벽에 나노다공성 구조를 가지는 미립구를 제조함으로써, 봉입된 인간성장호르몬의 확산에 의해 조절되며 지속적으로 방출되도록 하였다. 방출된 단백질은 구조적 안정성을 유지하고 있었다.
기존의 문제점들을 해결하고 단백질 약물을 지속 방출하는 미립구 제제를 만들기 위해 독창적이고 참신한 아이디어를 사용하였다. 먼저, 단일유화법으로 Pluronic F127을 수용액 추출성의 porogen으로 사용하여 다공성의 PLGA 미립구를 제조하였다. Pluronic F127/PLGA의 무게비율과 MC/water 부피비율이 미립구의 크기와 구멍의 크기, 형태를 결정하는 주요 변수였다. 만들어진 다공성의 미립구를 약물 용액에 단순히 담금으로써 공극에 여러 종류의 고분자량의 약물을 효과적으로 봉입 할 수 있었다. 이런 구멍을 수용액과 섞이는 유기 용매를 주의 깊게 선택하여 수용액 상에서 구멍을 닫았다. 결과적으로 얻어진 매끈한 표면의 미립구는 오랜 기간에 걸쳐 지속적인 약물의 방출 거동을 나타내었으나, 약물의 봉입 효율이 만족스럽지 못했다.
이를 개선하기 위해 다공성의 미립구의 구멍을 닫는 새로운 방법을 제시하였다. Fluidized bed reactor 를 만들어서 에탄올 증기를 이용하여 구멍을 닫아서 다공성 구조에서 표면이 매끈한 구조로 형태를 변환시켰다. 약물의 봉입 효율과 봉입율면에서, 수용액상에서의 결과와 비교하여 극적으로 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 제조된 미립구로부터 인간성장호르몬이 한달 이상 동안 지속적으로 방출되어 나왔다. 에탄올 증기를 쬐고 미립구에 봉입하여도 단백질의 안정성은 그대로 유지되었다. 이 방법은 펩타이드, 단백질, DNA 같은 다른 친수성 고분자량의 약물에도 적용될 수 있는 잠재력을 가졌다.
