专利名称：制备稳定的锌胰岛素类似物结晶的方法
技术领域：
本发明是关于人工胰岛素的单体类似物。更具体地说，本发明涉及制备一结晶状胰岛素类似物的方法。该方法可用于LysB28ProB29-人工胰岛素的纯化和制备。LysB28ProB29-人工胰岛素可用于治疗糖尿病。
由于廿世纪20年代胰岛素的推广，糖尿病治疗的改进取得了不断的进展。在胰岛素纯度和有效性方面取得了主要的进展。还研究了不同时间作用的各种配方。尽管取得了这些进展，但是皮下注射治疗仍然未能给患者提供方便的控制方法和标准的糖血控制。在患者的使用期限，从正常糖血水平的经常偏离额定值会导致高血糖、低血糖和长期的并发症(包括视网胰病、神经病、肾病以及微血管病和大血管病)。
为了避免引起急剧的糖血水平变化，糖尿病人经常实施多次注射治疗，因此需每餐注射胰岛素。但是这种治疗方法不是优选的。在注射市场上购买的最迅速作用的胰岛素之后达到峰值太迟，并且拖得时间太长以至于不能最优的控制葡萄糖水平。近来人们做了相当大的努力以便创造改变皮下吸收过程动力学的胰岛素配方和胰岛素类似物配方。
由于所有市售的胰岛素药用的配方含有自联状态的并主要为锌-六聚物形式的胰岛素，因此据信由皮下注射储存到血流的胰岛素吸收的限速过程是自身聚集的胰岛素六聚物的溶解作用。为了加速该吸收过程，研究了单体胰岛素类似物。这些单体类似物具有比胰岛素更迅速的活性开始，同时保持天然人工胰岛素的生物活性。它们可提供准确注射时间的迅速吸收，并使胰岛素作用的高峰非常接近于与进餐有关的饭后葡萄糖偏离额定值。
本发明提供新的制备上述单体类似物LysB28ProB29-人工胰岛素(LysB28ProB29-hI)结晶的方法。LysB28ProB29-hI已在欧洲专利公布号383472中公开。但是该专利未公开制备结晶状LysB28ProB29-hI大批生产可行的方法。
胰岛素的结晶方法在先有技术中是已知的。如果以Abel在等电区从用番木鳖碱、吡啶和乙酸铵缓冲的溶液中结晶胰岛素计算，开始发现时间应追溯到1926年。Abel J.J，Proc.Nat′lAcad.Sci.U.S.12132(1926).Peterson等在美国专利2,920,104中叙述了胰岛素结晶和制剂以及制备它们的方法。现今大批结晶胰岛素的方法包括用碱(最好用氢氧化铵)将含有0.25N乙酸、约2g/l胰岛素和2％锌的胰岛素溶液的碱性调节到pH 5.9～6.0。JensBrange，GALENICS OF INSULIN，Springer-Verlag(1987)。最明显的是，为了形成任一锌结晶，如果使LysB28ProB29-hI经受人工胰岛素形成的条件，那么就没有上述结晶过程发生。
本发明提供了只有该分子才有的结晶LysB28ProB29-hI的方法，即该条件不使人工胰岛素结晶。该方法可大规模地制备高质量和高收率的锌结晶。该结晶提供一稳定的固体分子形式。结晶状的固体是特别有益的，因为它们与非结晶的固体相比更容易具有特性，更纯，并且药学上更精致。因此，本发明方法适用于大批生产应用。
本发明提供了制备结晶状LysB28ProB29-人工胰岛素的方法，该方法包括从含有LysB28ProB29-人工工胰岛素、锌、至少0.3N选自乙酸、柠檬酸或甘氨酸以及酚衍生物的有机酸溶液中于pH约5.5～6.5使LysB28ProB29-人工胰岛素结晶。
如以上所述，本发明提供了制备结晶状LysB28ProB29-人工胰岛素的方法。术语“LysB28ProB29-人工胰岛素”或“LysB28ProB29-hI”是较少有二聚作用或自联作用倾向的快速作用的胰岛素类似物。如欧洲专利公布号383,472所述，LysB28ProB29-hI是人工胰岛素，其中在B-链的B28位置上的脯氨酸由赖氨酸取代；在B-链的B29位置上的赖氨酸由脯氨酸取代，将该文献收编在本申请中作为参考。
应用在本申请中所有的氨基酸缩写均符合United States Patent&Trademark Office(美国专利和商标局)37C.F.R.§1.822(b)(2)所规定。
本申请中应用的术语“酚的”或“酚的衍生物”总起来说是指苯酚、间苯二酚、间甲苯酚或对羟基苯甲酸甲酯或它们的混合物。
本申请中应用的术语“结晶”是指生成LysB28ProB29-人工胰岛素结晶。
术语“生理上可耐受的碱”是本技术领域专业人员熟知的。生理上可耐受的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铵。优选的碱是氢氧化铵。
对结晶状胰岛素的生成进行了广泛的研究。人工胰岛素在工业上于0.25N乙酸、1.6～2.1g/l胰岛素和2％锌存在下，在pH5.95～6.05进行结晶。加入碱，通常用氢氧化钠从酸性侧链进行结晶。最令人预料之外的是，在已知的制备胰岛素结晶条件下可溶的LysB28ProB29-hI不出现结晶。目的是使LysB28ProB29-hI有最小的自联和聚集作用。Brems等最早进行了LysB28ProB29-hI不聚集的研究(ProteinEngineering，56，527-533(1992))。最小的自联和聚集作用使该类似物成为单体，据信这是在胰岛素的研究条件下LysB28ProB29-hI未能结晶的主要原因。
本发明叙述了LysB28ProB29-hI与锌和酚的化合物一起形成稳定的结晶状固体的条件。优选的酚衍生物系选自苯酚、间苯二酚或它们的混合物。为了完成结晶过程，锌和酚衍生物是关键性的。
将所述胰岛素类似物溶于水稀释液中制得LysB28ProB29-hI溶液。该LysB28ProB29-hI溶液的浓度为约1.8g/l～2.5g/l。最好该类似物浓度为约2g/l。溶解可以借助于通常称作为酸溶解的方法，即用生理上可耐受的酸(最好是盐酸)使pH降至3.0～3.5。其他生理上可耐受的酸包括乙酸、柠檬酸和磷酸。
选自于乙酸、柠檬酸或甘氨酸的有机酸的浓度至少为0.3N，低于0.3N会产生大量的非晶体产物。将LysB28ProB29-hI溶于约0.8～1.2N乙酸中较好，最好溶于1N乙酸中。
加入的锌浓度是这样的，以致于最终的浓度为每克类似物用约40～400mg。锌最好以盐的形式加入。具有代表性的锌盐的实例有乙酸锌、溴化锌、氯化锌、氟化锌、碘化锌和硫酸锌。熟悉本技术领域的专业人员认识到，还有许多其他的锌盐也可以用于本发明的方法。应用乙酸锌或氯化锌是较好的，因为这些锌盐对于大规模的可以接受的方法不增加新的化学离子。在结晶中锌的适宜浓度为每克LysB28ProB29-hI约100～300mg。
该结晶条件对酚衍生物、碱和锌的浓度是敏感的，即为了获得好的所规定的结晶，实施该方法的熟悉本技术领域的专业人员应该调整这里所规定的参量。并用各个酚衍生物-碱的适宜的条件可在本发明公开的范围内进行改变。酚衍生物为苯酚，其浓度为约0.15～0.25％(V/V，最终浓度)是较好的。苯酚的浓度为0.2％更好。
LysB28ProB29-hI溶于溶液中的方式，或酚衍生物、锌和LysB28ProB29-hI加入到溶液中的顺序对本发明方法来说不是关键性的。但是，在低于LysB28ProB29-hI等电点下使酚衍生物与LysB28ProB29-hI相互反应是重要的。因此，通过加入锌，或者通过加入生理上可耐受的碱使所述溶液从酸性pH调节到约5.5～6.5从而可使结晶过程开始。生理上可耐受的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铵。较好的碱是氢氧化铵。
通过用生理上可耐受的碱调节含有LysB28ProB29-人工胰岛素、锌、至少0.3N的有机酸选自乙酸、柠檬酸或甘氨酸以及酚衍生物溶液的碱性，使其pH值调节至约5.5～6.5可以完成结晶过程。调节pH至5.9～6.2更好。当调节pH时结晶形成。
更好的是将LysB28ProB29-hI溶于约1N乙酸中(在溶解中如果需要，该pH可调节至3.0～3.5)。然后将酚衍生物加到上述溶液中并使其平衡。用生理上可耐受的碱使溶液的pH调至约5.5～6.5。优选的碱为氢氧化铵，并将pH调节至约5.9～6.2。然后通过加入锌使结晶过程开始。
结晶过程中应用的方式是进行搅动使结晶生成，或者不进行搅动使结晶生成，然后收集结晶并进行洗涤。结晶过程应用搅动是较好的。如果需要，可以将LysB28ProB29-hI进行重结晶，以便容易过滤。可以接通常的方法将该结晶收集、干燥。如果通过过滤收集结晶，那么可以将另外的锌加到滤液中或母液中，以便进一步得到LysB28ProB29-hI。按照本发明以工业规模制得的结晶是高质量和高收率的。上述结晶提供了满足/完成生产的适用于保存和配制的稳定固体形式的大批量药物。该结晶过程不改变药物的纯度或聚集作用动力学。
结晶的温度不是关键性的。可以接受的温度范围为约4～26℃。优选的温度是约22～24℃。
LysB28ProB29-hI可以用各种认可的肽合成技术中的任一方法进行制备，包括经典方法(溶液法)、固相方法、半合成方法以及较近代的DNA体外重组方法。例如，Chance等，欧洲专利公布号383,472公开的制备LysB28ProB29-人工胰岛素方法。
下面的实施例仅是为了进一步详细叙述本发明胰岛素类似物的制备方法以及本发明。本发明的范围不应解释为仅由下述实施例构成。
实施例1在不锈钢筒中用纯化水(260.6l)和冰乙酸(19.44l)将846.5gLysB28ProB29-hI(碱基)的116l乙酸缓冲液稀释至最终乙酸浓度为1N，在276nm处的吸光度为2.25。以2ml/l的比例(总共792ml)将液化的苯酚加到上述溶液中，生成溶液的pH确认低于pH3。加入24l氢氧化铵使溶液的pH调节至6.01，然后温热至22℃。温热之后，加入5.35l氯化锌溶液(2％W/V水溶液)。再次确认溶液的pH在所要求的范围(5.9～6.1)内，将该溶液搅动12小时。溶液冷却至8℃，停止搅动，于2～8℃允许结晶沉降18小时。结晶沉降之后，倾出370l上清液，余下的上清液和结晶层转移至较小的不锈钢筒内再次进行沉降，并倾出部分上清液清洗原先用的不锈钢圆筒。沉降14小时之后，倾出61l上清液，佘下约9l结晶层和上清液。
在上述容器中将结晶搅成泥浆状物并离心在6个1l离心瓶中，用DPR6000以4000rpm(约4000×G)离心45分钟。为了将全部结晶泥浆状物离心在6个离心瓶中需要装料2次。倾去上清液。每一离心瓶中的结晶(每瓶约250ml)用500ml纯化水搅成泥浆状，并以4000rpm离心45分钟。然后离心瓶中的结晶再用约500ml冷却(2～8℃)的无水乙醇(SD No.3A)搅成泥浆状并再次以4000rpm离心15分钟。倾去上述乙醇上清液，再用乙醇重复2次。在真空下将乙醇洗涤的结晶(湿重1.9kg)干燥。
实施例2制备约2g/l的约LysB28ProB29-hI溶液，最终乙酸浓度为1M(在280nm处测定光密度)。向上述溶液中加入液化苯酚(每升该溶液用3.3ml)，接着用浓氢氧化铵调节pH至5.9～6.2，再加入氯化锌(2％W/V或20％W/V溶液)，最终浓度为每克LysB28ProB29-hI用40～160mg氯化锌。使生成的结晶沉降，用倾析法移出母液，随后离心。用水连续搅成泥浆状并离心，最后在真空干燥之前用无水乙醇搅成泥浆状并离心。通过向母液中加入锌得到另外的结晶，其极限值为每克母液有LysB28ProB29-hI 160mg。
实施例3将LysB28ProB29-人工胰岛素(222mg)溶于100ml Milli-Q水中。用高效液相色谱分析测定，每毫升上述溶液含有2.0mg LysB28ProB29-hI。用10％盐酸将溶液的pH调节至约3，溶液变清。取4份等分试样，每份5ml，并加入冰乙酸使乙酸浓度为1N，确认pH在3.5以下。在每份样品中依次加入10μl液化苯酚和6μl氯化锌溶液(20％W/V水溶液)。加入浓氢氧化铵，或者加入氢氧化钠(10％W/V溶液)或氢氧化钾(10％W/V溶液)，调节pH至6.0。将上述溶液搅拌约15分钟，随后于室温下复盖静置。约2小时之后，在所有3份溶液中均有很好的菱形结晶生成，并且在用氢氧化钾调节pH的溶液中结晶形成最迅速。
实施例4将约42mg LysB28ProB29-hI溶于各含有1.2ml冰乙酸的两份20ml Milli-Q水中。44μl液化苯酚加到第一份样品中，34μl液化苯酚加到第二份样品中。加入浓氢氧化铵使2份样品的pH调节至6.0，随后加入45μl氯化锌溶液(20％W/V水溶液)。将溶液搅拌约5分钟，并使其于室温下复盖静置。约24小时后得到很好的菱形结晶。
实施例5将LysB28ProB29-人工胰岛素(222mg)溶于100ml Milli-Q水中，用高效液相色谱分析测定，每毫升溶液含有2.0mg LysB28ProB29-hI。用10％盐酸调节pH至约3.0，溶液变清。取4份等分试样，每份5ml，并加入泳乙酸使乙酸浓度为1N，确认pH在3.5以下。向各等分试样中加入间甲苯酚(12μl)、苯酚(10μl)、间苯二酚(每毫升水溶液含100mg，用2.1μl)或羟基苯甲酸甲酯(每毫升水溶液含10mg，用1.6ml)，得到具有相同的肽与酚衍生物摩尔比例的结晶溶液。向每份样品中加入6μl氯化锌溶液(20％W/V水溶液)，用浓氢氧化铵调节pH至6.0。溶液搅拌约15分钟，然后于室温下将其复盖静置。约24小时之后在含有苯酚的溶液中得到很好的菱形结晶。含有羟基苯甲酸甲酯的溶液生成一些不好的平面结晶。在上述条件下含有间甲苯酚和间苯二酚的溶液未产生结晶。
用1/10量间苯二酚并用氢氧化钠(10％W/V溶液)进行调节，按同样的方法处理，得到很好的菱形结晶。该实施例表明，应用酚衍生物，按常规的最佳条件可以得到很好的结晶。
实施例6将LysB28ProB29-hI(222mg)溶于100ml Milli-Q水中，用高效液相色谱法分析测定，每毫升该溶液含有2.0mg LysB28ProB29-hI。用10％盐酸调节pH至约3.0，溶液变清。取1份5ml试样，加入泳乙酸，使乙酸浓度为0.25N，确认pH低于3.5。向该样品中加入20μl氯化锌溶液(2％W/V水溶液)。加入浓氢氧化铵调节pH至6.0。将溶液搅拌约15分钟，并使其于室温下复盖静置。约24小时之后，在溶液中无结晶生成，但在容器的底部有非结晶状沉淀沉集。
取另一5ml试样作为对照，并按实施例1所述方法用氢氧化铵进行处理。得到很好的LysB28ProB29-hI菱形结晶。而当人工胰岛素(2.3mg/ml，1N乙酸)按实施例1所述条件用氢氧化铵处理时，在7天内无结晶生成。
上述实验表明，用于使生物合成的人工胰岛素结晶的常规条件不适用于使LysB28ProB29-人工胰岛素结晶，并且同样，使LysB28ProB29-hI结晶所述的结晶条件也不能使人工胰岛素结晶。
实施例7按实施例1类似的方法实施结晶过程，但用1N柠檬酸代替1N乙酸。结晶过程中产生很好的LysB28ProB29-hI结晶。
权利要求
1.制备结晶状LysB28ProB29-人工胰岛素的方法，该方法包括使LysB28ProB29-人工胰岛素从含有LysB28ProB29-人工胰岛素、锌、至少0.3N选自乙酸、柠檬酸或甘氨酸以及酚衍生物的有机酸的溶液中在约pH5.5～6.5结晶。
2.权利要求1的方法，其中LysB28ProB29-人工胰岛素的浓度为约1.8～2.5g/l；酚衍生物为苯酚；锌的浓度为约每克LysB28ProB29-人工胰岛素40～400mg。
3.权利要求2的方法，其中苯酚的浓度为按体积计约0.15～0.25％。
4.权利要求3的方法，其中pH为约5.9～6.2。
5.制备结晶状LysB28ProB29-人工胰岛素的方法，该方法包括(a)将苯酚按0.15～0.25％(以最终体积计)加到每升为1.8～2.5g LysB28ProB29-hI的约1N乙酸的溶液中；(b)用氢氧化铵调节pH至约5.9～6.2；(c)加入锌盐溶液，最终浓度为每克LysB28ProB29-hI约40～400mg锌。
全文摘要
本发明公开了制备结晶状胰岛素类似物的方法。该方法可用于纯化和制备Lys
文档编号C07K1/00GK1128271SQ9510655
公开日1996年8月7日 申请日期1995年6月14日 优先权日1994年6月16日
发明者J·C·贝克, N·D·卡特, B·H·弗兰克 申请人:伊莱利利公司