Wirkstofftransport: Paclitaxelbeladene polymere Mizellen (Pizellen) für die Behandlung von triple-negativem Brustkrebs (PP-TNBC) - Synthese, Maßstabsübertragung und GMP-Produktion

Abstract

Ursprüngliche Aufgabenstellung Im Rahmen des Arbeitspaketes AP1 des PP-TNBC Projektes sollte ein neues Paclitaxel-Produkt basierend auf stabilisierten polymeren Mizellen (Pizellen) zur Behandlung vom triple-negativem Mammakarzinom entwickelt werden. Das Fraunhofer Pilotanlagenzentrum Schkopau als Teil des Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP hat die Aufgabe übernommen, die Synthese von Ausgangs-, Hilfsstoffen und Polymeren durchzuführen. Weiterhin beinhaltete die Aufgabenstellung die Überführung der Synthesen in den erforderlichen Mengenmaßstab (Scale-up) sowie, in Zusammenarbeit mit einem Unterauftragnehmer, die Erstellung eines GMP-konformen Syntheseprotokolls.

Wissenschaftlichen und technischen Stand, an den angeknüpft wurde Den Synthesen des Monomers HPMA-Bz sowie seiner Vorstufe HPMA, der Makroinitiatoren und Polymeren sowie weiterer Stoffe lag eine überschaubare Anzahl von Publikationen aus frei zugänglichen Fachzeitschriften zugrunde [1-4]. Weiterhin wurden durch den Projektpartner UKA eine Reihe von Informationen und Vorgaben aus eigenen Vorarbeiten zur Verfügung gestellt.

Ablauf des Vorhabens Zunächst wurden sämtliche erforderlichen Stoffe in kleinerem Maßstab synthetisiert. Die Herstellung der Polymere erfolgte parallel auf zwei Synthesewegen, der freien radikalischen Polymerisation (FRP) und der reversiblen Additions-Fragmentierungs Kettenübertragungs-polymerisation (RAFT). Im Anschluss wurden an den erhaltenen Materialien alle anzuwendenden analytischen Verfahren getestet. Herangezogen wurden dazu die Kern-resonanzspektroskopie zur Strukturaufklärung, die Bestimmung des Restmonomergehaltes in den Polymeren und der Gehalt am Copolymer PEG, die Gelpermeationschromatographie zur Bestimmung von Molekulargewichten und deren Verteilung, die HPLC zur Reinheitsbestimmung, die Dünnschichtchromatographie sowie die DSC zur Bestimmung von Schmelzpunkten. Die an den Projektpartner UKA übergebenen Materialien wurden zur Bildung von Pizellen und deren Untersuchung verwendet. In Abhängigkeit der erhaltenen Ergebnisse erfolgten Änderungen bzw. Anpassungen der Reaktionsbedingungen. Die Arbeiten zur Maßstabserweiterung wurden ebenfalls in enger Absprache mit UKA durchgeführt. Nach Festlegung aller Polymerisationsparameter und des Aufarbeitungsregimes erfolgte eine schrittweise Erhöhung der Ansatzgrößen.

Wesentliche Ergebnisse Alle vereinbarten Synthesen wurden erfolgreich durchgeführt. Die Synthesen der Monomere (HPMA, und HPMA-Bz) und des FRP-Makroinitiators (mPEG5k-ABCPA-mPEG5k) wurden in den Maßstab eines 2L-Laborreaktors erweitert. In dieser Größenordnung können im Batch-Verfahren bis max. 400g HPMA bzw. HPMA-Bz in Rohqualität hergestellt werden. Die zugängliche Menge an FRP-Makroinitator kann mit ca. 250g angegeben werden. Die freie radikalische Polymerisation von HPMA-Bz wurde bis zum 1L-Maßstab durchgeführt. Hier sind unter Berücksichtigung des Reaktionsumsatzes bis zu 120g Polymer erhältlich. Ein weiteres Upscaling der o.e. Synthesen im Labormaßstab ist bis zu 5L-Reaktoren problemlos möglich. Allerdings muß erwähnt werden, daß dann die großen Aufarbeitungsvolumina limitierend sind. Bemerkenswert war die gute Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse im Hinblick auf das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung. Die parallel dazu durchgeführten Arbeiten zur RAFT wurden wegen Schwierigkeiten bei der Reproduzierbarkeit nur bis zum 100ml-Maßstab verfolgt. Weitere Hilfsstoffe und Polymere wurden in den angefragten Mengen synthetisiert. Für alle Produkte konnte ein effektives Aufreinigungsprotokoll etabliert werden.

Zusammenarbeit mit anderen Forschungseinrichtungen Innerhalb des Projektes gab es eine enge Zusammenarbeit mit UKA. Regelmäßige Onlinebesprechnungen fanden statt und ein reger Mailverkehr diente dem Austausch von Informationen und Dokumenten. Ab Anfang 2023 wurde ein wöchentlicher Austausch unter Hinzuziehung des Unterauftragnehmers ARDENA eingeführt. Einige analytische Untersuchungen wurden auf Basis von Dienstleistungsverträgen durch externe Anbieter durchgeführt (z.B. NMR-Untersuchungen an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und HPLC durch die Fa. InfraLeuna).