DE602004011660T2 - Abdeckmembran - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zellokklusive Membran, die durch Reaktion von mindestens zwei Vorläufern in der Gegenwart von Wasser erhältlich ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung der Membran.
- Implantate, die für den Einsatz in Knochen benutzt werden, zum Beispiel Titan-Schrauben, die im Kiefer angebracht werden sollen, um künstliche Zähne zu befestigen, sind per se bekannt. Die Funktion eines solchen Implantats kann durch ein unzureichendes Knochenvolumen oder das Vorhandensein von Knochendefekten im Implantationsbereich erschwert werden. Eine oft angewandte Massnahme, um die Knochenbildung im Implantationsbereich zu fördern, ist gelenkte Knochenregeneration, genannt „Guided Bone Regeneration" (GBR). In diesem Verfahren wird der Bereich, in dem Knochenbildung erwünscht ist, vom umliegenden Weichgewebe abgetrennt durch eine abgrenzende Membran, die die nicht osteogene Weichgewebezellen davon abhält, in den Bereich einzudringen, wodurch es für Zellen aus dem Knochenmark möglich ist, den Bereich mit Knochen zu füllen. Zusätzlich kann ein osteokonduktives Knochen-Füllmaterial verwendet werden, um die Membran zu unterstützen.
- Es gibt mehrere verschiedene Arten von zellokklusiven Membranen, die im Gebiet der gelenkten Knochenregeneration oder in der Geweberegeneration im allgemeinen verwendet werden. Käufliche zellokklusive Membranen können anhand ihres Ursprungs in xenogenes Membranmaterial, das von Individuen verschiedener Arten abgeleitet ist, und synthetisch hergestelltes Membranmaterial eingeteilt werden.
- Xenogenes Material birgt immer die Gefahr einer Infektion. Die meisten Membranmaterialien werden als Bogen verkauft und müssen vom Chirurgen zurechtgeschnitten werden, was zeitaufwändig ist. Im Weiteren führt dieses Vorgehen zu Schwierigkeiten aufgrund von Formanpassungen. Ein Beispiel für ein xenogenes Material ist Kollagen, das biologisch abbaubar und hydrophil ist.
- Ein Beispiel für synthetisches Material ist PTFE (Teflon). Die PTFE-Membran ist hydrophob und haftet deshalb schlecht an biologischem Gewebe und muss oft mit Nägeln oder Schrauben befestigt werden. Zudem ist das Material nicht biologisch abbaubar und muss demzufolge nach dem Heilprozess in einem zweiten invasiven Verfahren entfernt werden.
- Biologisch abbaubare Materialien sind in der Fachwelt bekannt. In
WO 01/92584 -
WO 00/44808 -
US 5,784,500 offenbart eine quervernetzte Polymerzusammensetzung, bestehend aus einem ersten synthetischen Polymer, das zwei oder mehr Aminogruppen enthält und kovalent an ein zweites synthetisches Polymer gebunden ist, das mehrere elektrophile Gruppen aufweist, und einer biologisch aktiven Komponente. Diese Zusammensetzung kann dazu verwendet werden, die Haftung zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche zu bewirken, um eine Gewebezunahme herbeizuführen, um die Bildung einer chirurgischen Adhäsion zu verhindern und um die Oberfläche eines synthetischen Implantats zu beschichten. - Die Begriffe „Polymerisation" und „Quervernetzung" werden hier verwendet, um das Aneinanderhängen von verschiedenen Vorläufern zu zeigen, das zu einer beträchtlichen Zunahme des Molekulargewichts führt. „Quervernetzung" zeigt im Weiteren Verzweigungen, was typischerweise ein polymeres Netzwerk ergibt.
- Mit „selbst-selektiv" ist gemeint, dass ein erster Vorläufer A der Reaktion viel schneller mit einem zweiten Vorläufer B reagiert als mit anderen Verbindungen, die in dem Gemisch am Ort der Reaktion vorhanden sind, und dass der zweite Vorläufer B viel schneller mit dem ersten Vorläufer A reagiert als mit anderen Verbindungen, die in dem Gemisch am Ort der Reaktion vorhanden sind. Das Gemisch kann andere biologische Materialien enthalten, zum Beispiel Arzneimittel, Peptide, Proteine, DNA, Zellen, Zellaggregate und Gewebe.
- Mit „konjugierte ungesättigte Bindung" ist das Abwechseln von Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Heteroatom- oder Heteroatom-Heteroatom-Mehrfachbindungen mit Einfachbindungen gemeint. Solche Bindungen können Additionsreaktionen unterzogen werden.
- Mit „konjugierte ungesättigte Gruppe" ist ein Molekül oder ein Bereich eines Moleküls gemeint, welches Kohlenstoff-Kohlenstoff-, Kohlenstoff-Heteroatom- oder Heteroatom-Heteroatom-Mehrfachbindungen im Wechsel mit Einfachbindungen enthält und Mehrfachbindungen aufweist, die Additionsreaktionen unterzogen werden können. Beispiele von konjugierten ungesättigten Gruppen schliessen Acrylate, Acrylamide, Chinine, und Vinylpyridinia, zum Beispiel 2- oder 4-Vinylpyridinium mit ein, ohne darauf limitiert zu sein.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine biologisch abbaubare Membran zur Verfügung zu stellen, welche umliegendes Weichgewebe von der Wechselwirkung mit dem zu schützenden Bereich abhält und welche keine Infektionsgefahr birgt.
- Diese Aufgabe wird durch eine Membran-Barriere gemäss Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 17 beschrieben.
- Die Membran gemäss der vorliegenden Erfindung ist durch Reaktion von zwei oder mehr Vorläufern erhältlich. Aufgrund der Eigenschaftskombination der Vorläufer, das heisst sowohl die Anzahl der Ketten an den Vorläufern als auch die Tatsache, dass die benachbarten Vernetzungspunkte durch eine Kette verbunden sind, die weniger als 600 Atome aufweist, ist die resultierende Membran zellokklusiv. Die erfindungsgemässe Membran verhindert eine Wechselwirkung des umliegenden Weichgewebes mit dem zu schützenden Bereich. Dies ermöglicht eine rasche Knochenregeneration bei Knochenmangel.
- Dadurch dass die Membran keinen tierischen Ursprung hat, ist das Entzündungsrisiko und die Gefahr einer Übertragung von tierischen Krankheitserregern vermindert. Im Weiteren ist die Membran biologisch abbaubar, was eine zweite Operation vermeidet. Sie ist jedoch stabil genug, um die Aufrechterhaltung der Barriere während der gesamten Abheilzeit für eine effektive Knochenregeneration in Defekten des Implantatbettes zu gewährleisten, was bedeutet, dass das Resultat der Behandlung vorhersagbar ist, was für den Chirurgen wichtig ist. Die Membran wird innerhalb von etwa 6 Monaten abgebaut. Die Abbauprodukte werden leicht ausgeschieden und sind ungiftig.
- Die erfindungsgemässe Membran kann in situ angewendet werden, was bedeutet, dass ein rasches Auftragen möglich ist, was vom Chirurgen und vom Patienten gefordert wird. Aufgrund der Art der Auftragung übernimmt die Membran die Form der darunter liegenden Oberfläche, wodurch optimaler Sitz und Halt sichergestellt sind. Es ist nicht nötig, eine solche Membran zu befestigen. Das bedeutet, dass sie leicht zu handhaben ist, da ein Zuschneiden ausserhalb des Mundes vermieden wird. Dank dem perfekten Sitz gibt es ein signifikant kleineres Risiko für unerwünschtes Wandern von Körnchen.
- Der erste Vorläufer A besteht aus einem Kernbereich, der n Ketten mit einer konjugierten ungesättigten Gruppe oder einer konjugierten ungesättigten Bindung, die an einem der letzten 20 Atome der Kette befestigt ist, trägt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese konjugierte ungesättigte Gruppe oder konjugierte ungesättigte Bindung endständig. Der Kernbereich kann ein einzelnes Atom wie ein Kohlenstoff- oder Stickstoffatom sein oder kleine Moleküle wie eine Ethylenoxid-Einheit, ein Zucker, ein multifunktioneller Alkohol, wie Pentaerythrol, Glycerin oder Oligoglycerin, wie Hexaglycerol. Die Ketten sind lineare Polymere oder lineare oder verzweigte Alkylreste, die optional Heteroatome enthalten, Amidgruppen oder Estergruppen. Abgesehenen von den Ketten kann der Kernbereich zusätzlich lineare oder verzweigte Alkylreste oder Polymere tragen, die keine konjugierte ungesättigte Gruppen oder Bindungen enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Vorläufer A 2 bis 10 Ketten, in einer besonders bevorzugten 4 bis 8 Ketten auf. Die konjugierten ungesättigten Bindungen sind vorzugsweise Acrylate, Acrylamide, Chinine, 2- oder 4-Vinylpyridinium und Itaconatester der Formel Ia oder Ib, wobei R1 und R2 unabhängig voneinander ein Wasserstoff-, Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest sind, und R3 eine lineare oder verzweigte C1 bis C10 Kohlenwasserstoffkette, vorzugsweise Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl.
- Der zweite Vorläufer B besteht aus einem Kernbereich, der m Ketten trägt, wovon jede eine Thiogruppe aufweist, die an einem der letzten 20 Atome am Ende der Kette befestigt ist. Zum Beispiel kann ein Cysteinrest in die Kette eingebaut sein. Die Thiogruppe ist vorzugsweise endständig. Der Kernbereich kann ein einzelnes Atom wie ein Kohlenstoff- oder Stickstoffatom sein oder kleine Moleküle wie eine Ethylenoxid-Einheit, ein Zucker, ein multifunktioneller Alkohol, wie Pentaerythrol, Glycerin oder Oligoglycerin, wie Hexaglycerol. Die Ketten sind lineare Polymere oder lineare oder verzweigte Alkylketten, die optional Heteroatome enthalten, Amidgruppen oder Estergruppen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Vorläufer B 2 bis 10 Ketten, in einer besonders bevorzugten 4 bis 8 Ketten auf.
- Die erste Vorläuferverbindung A besitzt n Ketten, wobei n grösser oder gleich 2 ist, und die zweite Vorläuferverbindung B besitzt m Ketten, wobei m grösser oder gleich 2 ist. Der erste und/oder der zweite Vorläufer B können zusätzliche Ketten enthalten, welche nicht funktionalisiert sind. Die Summe der Anzahl Ketten des ersten und des zweiten Vorläufers B, das heisst m + n, ist grösser oder gleich 5. Vorzugsweise ist die Summe m + n grösser oder gleich 8, um ein dichtes dreidimensionales Netzwerk zu erhalten.
- Jeder Kernbereich der Vorläufer bildet einen Vernetzungspunkt, falls m und n beide grösser als 2 sind. Falls m gleich 2 ist, das heisst, falls der zweite Vorläufer B linear ist, entspricht der zugehörige Vernetzungspunkt dem Kernbereich des benachbarten ersten Vorläufers A. Falls n gleich 2 ist, das heisst, falls der erste Vorläufer A linear ist, entspricht der Vernetzungspunkt dem Kernbereich des benachbarten zweiten Vorläufers B. Die benachbarten Vernetzungspunkte sind durch eine Kette verbunden, die weniger als 600 Atome aufweist. Diese 600 Atome sind nur diejenigen Atome, welche in der Hauptkette enthalten sind, das heisst, dass Substituenten oder Wasserstoffatome nicht gezählt werden. Vorzugsweise ist die Anzahl der Atome zwischen zwei benachbarten Vernetzungspunkten kleiner als etwa 330 Atome, am besten zwischen 30 und 120 Atome. Demzufolge sind die Maschen des resultierenden dreidimensionalen Netzwerks um mehrere Grössenordnungen kleiner als die Dimensionen einer Zelle (die Dimension einer Zelle ist 1 bis 100 μm), was in einer zellokklusiven Membran resultiert.
- Da die Anzahl der Ketten des ersten und zweiten Vorläufers B (n + m) mindestens 5 ist und die Distanzen zwischen dem Kernbereich des ersten Vorläufers A und dem Kernbereich des zweiten Vorläufers B klein sind, ist der Wassergehalt im Netzwerk reduziert, was zu einer längeren in vivo-Stabilität führt. Aber das Vorhandensein von Wasser sichert den Transport vom kleinen Molekülen, das bedeutet, dass Abfallmaterial von den Zellen weggeführt werden kann und dass Nährstoffe in die Zellen gelangen können.
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- Die entstandene Bindung wird durch Kontakt mit Wasser hydrolytisch gespalten. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Hydrolyse hängt von der Temperatur und vom pH-Wert ab, welcher in den meisten Geweben 7.4 beträgt. Nach der Hydrolyse von mehreren Bindungen wird das querverbundene Netzwerk abgebaut oder bricht zusammen aufgrund der Hydrolyse von instabilen Verbindungen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ketten des ersten Vorläufers A und/oder die Ketten des zweiten Vorläufers B lineare Polymere. Diese Polymers sind vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polyethylenglycol, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, Polyethylene-Vinylalkohol, Polyacrylsäure, Polyethylen-Vinylpyrrolidon, Polyethyloxazolin, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylen-Vinylpyrrolidon, Polymaleinsäure, Polyethylen-Maleinsäure, Polyacrylamid oder Polyethylenoxid-Polypropylenoxid Block-Kopolymeren. Diese Polymere können auch Kopolymere, Block-Kopolymere, Pfropf-Kopolymere oder zufällige Kopolymere sein. Blöcke, welche an den Enden der hydrophilen Polymere polymerisiert sind, können beispielsweise aus Milchsäure, Glycolsäure, ε-Caprolacton, Milchsäure-Glycolsäure-Oligomeren, Trimethylencarbonat, Anhydriden und Aminosäuren bestehen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ketten der Vorläufer-Moleküle Polyethylenglykol-Moleküle (PEG). PEG ist sehr gut wasserlöslich und in guter Qualität und mit vielen verschiedenen Strukturen erhältlich. Ausserdem ist es ungiftig und durch die FDA zugelassen für orale und topisch Verabreichung und Injektionen beim Menschen.
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- In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Viskositäts-Modifikator zu den Vorläufern zugegeben werden, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit abfliesst, bevor sie zum Gel geworden ist. Mögliche Viskositäts-Modifikatoren sind beispielsweise CMC oder Xanthan.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Stabilisator beigefügt werden, um eine Selbstpolymerisation des ersten Vorläufers A zu verhindern. Ein möglicher Stabilisator ist Methylenblau, welches eine gute Stabilisierung sicherstellt.
- Um eine erfindungsgemässe Membran zu erhalten, werden die Vorläufer in der Gegenwart von Wasser zusammengemischt, wobei das Wasser vorzugsweise auf physiologischen oder annähernd physiologischen pH gepuffert ist. Es ist nicht nötig, dass die Monomer vollständig wasserlöslich sind. Im Allgemeinen ist das Vernetzen innerhalb einer relative kurzen Zeitspanne (d. h. 10 Sekunden bis 15 Minuten) abgeschlossen. Demzufolge kann der Operationsbereich relative rasch nach Abschluss des Operationsvorgangs verschlossen werden.
- Das Mischen, um die erfindungsgemässe Membran herzustellen, kann auf verschiedene Arten erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Vorläufer A mit einem ersten Puffer und der zweite Vorläufer B mit einerm zweiten Puffer vermischt. Bei der Anwendung werden die zwei Gemische weiter vermischt mit Hilfe eines statischen Mischers, der an zwei Spritzen befestigt ist, und das resultierende Gemisch wird in situ appliziert.
- Das Mischen kann auch zwischen feinen Tröpfchen von jeder der zwei Vorläufer-Lösungen in einem Luftspray erfolgen. Es könnte eine Lösung von beiden Vorläufern hergestellt werden, aber mit einem pH, zum Beispiel, dass die Reaktion nicht ablaufen kann oder nur langsam abläuft. Nach dem Anbringen der bereits gemischten Vorläufer-Lösung könnte der pH angepasst werden, beispielsweise durch Mischen mit einer Säure oder einer Base oder durch eine chemische Reaktion, bei der eine Säure oder Base entsteht, oder durch Diffusion einer Säure oder Base, mit dem Resultat, dass am Schluss die Bedingungen in der Vorläufer-Lösung dafür geeignet sind, dass die chemische Reaktion abläuft. Eine andere Vorgehensweise kann es sein, die endgültige Vorläufer-Lösung bei einer Temperatur herzustellen, bei der die Reaktion nicht ablaufen kann oder nur sehr langsam abläuft, entweder im Zusammenhang mit der Aktivierungsenergie der Reaktion oder mit einem Puffer mit temperatur-abhängigen Eigenschaften oder mit beidem. Wenn dann gewärmt oder gekühlt (am nützlichsten ist Wärmen) wird, um die endgültige Anwendungstemperatur (z. B. Körpertemperatur nach einer Injektion) zu erreichen, wären die Bedingungen in der endgültigen Vorläufer-Lösung dafür geeignet, dass die chemische Reaktion abläuft.
- Der erste und der zweite Vorläufer B können unabhängig voneinander verkauft werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden sie zusammen in der Form einer Kombinationseinheit, eines sogenannten "Kits", verkauft, bestehend aus dem ersten Vorläufer A und dem zweiten Vorläufer B, wobei diese Vorläufer voneinander getrennt sind. Dies kann beispielsweise durch zwei Spritzen erreicht werden, durch einen Behälter mit zwei Abteilen oder durch zwei verschiedene Behälter. Dieses Kit kann zusätzlich eine gepufferte wässrige Lösung enthalten. Es ist auch möglich, dass die Pufferlösung vom ersten Vorläufer A und vom zweiten Vorläufer B getrennt ist.
- Beispiele
- Beispiel 1: PEG-Tetrathiol 2k
- 20.3 g 4-arm PEG 2k (Mn = 2323 g/mol, 35.7 meq OH) wurden in 200 ml trockenem Tetrahydrofuran in einer Ar-Atmosphäre gelöst. Die Lösung wurde durch Rückflussieren des Lösungsmittels über Molekularsieb getrocknet, bis der Wassergehalt auf unter 200 ppm gefallen war. Dann wurde sie auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, und 2.69 g einer 60%igen NaH-Suspension in Mineralöl (67 mmol) wurden zugegeben und während 15 Minuten reagieren gelassen, wonach 8.75 g Allylbromid (73.3 mmol) zugegeben wurden. Die Suspension wurde zum Rückfluss erhitzt und über Nacht gerührt. Nach dem Abkühlen wurde sie filtriert durch ca. 1 cm Celite 545, was eine hellgelbe, klare Lösung lieferte. Lösungsmittel und überschüssiges Allylbromid wurden mittels Rotationsverdampfer entfernt und das zurückgebliebene Öl wurde in 200 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Emulsion wurde mit 3 × 50 ml Diethylether gewaschen und lieferte eine klare, hellgelbe Lösung, in der 20 g NaCl aufgelöst wurden. Das Produkt wurde mit 3 × 50 ml Methylenchlorid extrahiert und die vereinigten organischen Phasen wurden mit MgSO4 getrocknet und filtriert. Entfernen des Lösungsmittels mittels Rotationsverdampfer ergab 21.3 g (98%) eines hellgelben Öls. 1H NMR bestätigte die Struktur des Produkts. B.) PEG-Tetrathioacetat 2k
- 19.7 g PEG-Tetraallylether 2k (Mn = 2483 g/mol, 31.7 meq Allyl) und 1.70 g (10.4 mmol) AIBN wurden in 150 ml Stabilisator-freiem Tetrahydrofuran gelöst und die Lösung wurde entgast, indem vier Mal Vakuum gezogen und dann wieder mit Ar belüftet wurde. Die Lösung wurde zum Rückfluss erhitzt, und verteilt über 20 h wurden 3 × 10 ml einer entgasten Lösung von 9.0 ml (135 mmol) Thioessigsäure in 21 ml Tetrahydrofuran zugegeben. Vor der letzten Zugabe wurden 0.53 g (3.3 mmol) AIBN zugegeben. Nachdem während weiteren vier Stunden unter Rückfluss gerührt worden war, wurde das Produkt wie unter A.) beschrieben isoliert und lieferte 22.2 g (100%) eines gelblichen Öls. Die Struktur des Produkts und die vollständige Umsetzung der Allylgruppen wurden durch 1H NMR bestätigt, welches einen Funktionalisierungsgrad von ca. 95% zeigte. C.) PEG-Tetrathiol 2k
- 10.9 g PEG-Tetrathioacetat 2k (Mn = 2787 g/mal, 15.7 meq Thioacetat) wurden in 100 ml Wasser gelöst und entgast, indem vier Mal Vakuum gezogen und dann wieder mit Ar belüftet wurde. Dann wurden 100 ml einer entgasten 0.4 M wässrigen NaOH-Lösung zugegeben, und die resultierende Lösung wurde wiederum entgast. Nachdem während zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt worden war, wurden 12.7 ml einer 2.00 M wässrigen KHSO4-Lösung zugegeben, was ein Lösung mit pH 6.5 lieferte. Das Produkt wurde wie unter A.) beschrieben isoliert, aber währenddessen unter Ar gehalten, und lieferte 10.1 g (98%) eines gelben Öls. Mittels IR-Spektroskopie konnten keine Carbonylgruppen detektiert werden (Signal bei 1690 cm–1), und 1H NMR bestätigte die Struktur des Produkts.
- Beispiel 2: Lineares PEG-Dithiol 3.4k
- 34.0 g α,ω-bis-Hydroxy-PEG (Mn = 3391 g/mol, 20.1 meq OH) wurden in 250 ml trockenem Tetrahydrofuran unter einer Ar-Atmosphäre gelöst. Die Lösung wurde durch Rückflussieren des Lösungsmittels über Molekularsieb getrocknet, bis der Wassergehalt auf unter 100 ppm gefallen war. Dann wurde sie auf ca. 50°C abkühlen gelassen, und 1.68 g einer 60%igen NaH-Suspension in Mineralöl (42 mmol) wurden zugegeben und während 15 Minuten reagieren gelassen, wonach 4.0 ml Allylbromid (47 mmol) zugegeben wurden. Die Suspension wurde zum Rückfluss erhitzt und über Nacht gerührt. Nach dem Abkühlen wurde sie filtriert durch ca. 1 cm Celite 545, was eine hellgelbe, klare Lösung lieferte. Lösungsmittel und überschüssiges Allylbromid wurden mittels Rotationsverdampfer entfernt und der zurückgebliebene Feststoff wurde in 200 ml Wasser gelöst.
- Die erhaltene Emulsion wurde mit 2 × 50 ml Diethylether gewaschen und lieferte eine klare, hellgelbe Lösung, in der 20 g NaCl aufgelöst wurden. Das Produkt wurde mit 3 × 50 ml Chloroform extrahiert und die vereinigten organischen Phasen wurden mit MgSO4 getrocknet, filtriert und mittels Rotationsverdampfer auf ca. 80 ml konzentriert. Fällen in 1.2 1 kaltem Diethylether und nachfolgende Filtration und Trocknen bei 60°C in einem Vakuumofen ergab 33.3 g (96%) eines weissen Pulvers. Die Struktur des Produkts wurde durch 1H NMR bestätigt, welches einen Funktionalisierungsgrad von ca. 97% zeigte. B.) α,ω-bis-3-Thioacetylpropyl-PEG
- 31.7 g α,ω-bis-Allyl-PEG (Mn = 3471 g/mol, 18.3 meq Allyl) und 1.02 g (10.4 mmol) AIBN wurden in 200 ml Stabilisatorfreiem Tetrahydrofuran gelöst und die Lösung wurde entgast, indem vier Mal Vakuum gezogen und dann wieder mit Ar belüftet wurde. Die Lösung wurde zum Rückfluss erhitzt, und verteilt über 21 h wurden 3 × 10 ml einer entgasten Lösung von 5.2 ml (73 mmol) Thioessigsäure in 25 ml Tetrahydrofuran zugegeben. Vor der letzten Zugabe wurden 0.26 g (1.6 mmol) AIBN zugegeben. Nachdem während weiteren fünf Stunden unter Rückfluss gerührt worden war, wurde das Produkt wie unter A.) beschrieben isoliert und lieferte 30.8 g (93%) fast weissen Pulvers. Die Struktur des Produkts und die vollständige Umsetzung der Allylgruppen wurden durch 1H NMR bestätigt, welches einen Funktionalisierungsgrad von ca. 97% zeigte. C.) α,ω-bis-3-Mercaptopropyl-PEG 3.4 k
- 8.5 g α,ω-bis-3-Thioacetylpropyl-PEG (Mn = 3623 g/mol, 4.7 meq Thioacetat) wurden in 70 ml entgaster 0.20 M wässriger NaOH-Lösung gelöst und während zwei Stunden bei Raumtemperatur unter Ar gerührt. Dann wurde 2.00 M wässrige KHSO4-Lösung zugegeben, bis die Lösung pH 6 hatte. Das Produkt wurde wie unter A.) beschrieben isoliert, aber währenddessen unter Ar gehalten, und lieferte 6.4 g (76%) eines weissen Pulvers. Mittels IR-Spektroskopie konnten keine Carbonylgruppen detektiert werden (Signal bei 1690 cm–1), und die Struktur des Produkts wurde durch 1H NMR bestätigt.
- 12.7 g 4-arm PEG 2k (Mn = 2323 g/mol, 21.9 meq OH) wurden in 250 ml trockenem Tetrahydrofuran in einer Ar-Atmosphäre gelöst. Die Lösung wurde durch Rückflussieren des Lösungsmittels über Molekularsieb getrocknet, bis der Wassergehalt auf unter 100 ppm gefallen war, und danach auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. 2.81 g Triethylamin (27.8 mmol) wurden zugegeben, und eine Lösung von 2.51 g Acryloylchlorid (27.7 mmol) in 25 ml trockenem Methylenchlorid wurden in einer solchen Geschwindigkeit tropfenweise zugegeben, dass die Temperatur des Reaktionsgemischs unter 30°C blieb. Die resultierende Suspension wurde durch ca. 1.5 cm Celite 545 filtriert, was eine hellgelbe, klare Lösung ergab, zu welcher 44 mg MEHQ zugegeben wurden. Das Lösungsmittel wurde mittels Rotationsverdampfer entfernt, das zurückbleibende Öl wurde in 150 ml Wasser gelöst und NaHCO3 wurde zugegeben, bis zu pH 8. Die wässrige Lösung wurde mit 3 × 50 ml Diethylether gewaschen, 15 g NaCl wurden zugegeben und das Produkt wurde mit 5 × 50 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Na2SO4 getrocknet und filtriert. Nach Entfernen des Lösungsmittels mittels Rotationsverdampfer wurden 12.9 g (93%) eines gelben Öls erhalten. Die Struktur des Produkts wurde durch 1H NMR bestätigt, welches einen Funktionalisierungsgrad von ca. 95% zeigte. Beispiel 4: PEG-Octaacrylat 2k
-
- 12.08 g 4-arm PEG 15k (Mn = 14861 g/mol, 3.3 meq OH) wurden in 150 ml trockenem Tetrahydrofuran unter einer Ar-Atmosphäre gelöst. Die Lösung wurde durch Rückflussieren des Lösungsmittels über Molekularsieb getrocknet, bis der Wassergehalt auf unter 100 ppm gefallen war, und danach auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. 0.78 g Triethylamin (7.7 mmol) wurden zugegeben, und eine Lösung von 0.69 g Acryloylchlorid (7.7 mmol) in 20 ml trockenem Methylenchlorid wurden in einer solchen Geschwindigkeit tropfenweise zugegeben, dass die Temperatur des Reaktionsgemischs unter 30°C blieb. Die resultierende Suspension wurde durch ca. 1 cm Celite 545 filtriert, was eine hellgelbe, klare Lösung ergab, zu welcher 44 mg MEHQ zugegeben wurden. Das Lösungsmittel wurde mittels Rotationsverdampfer entfernt, der zurückbleibende Feststoff wurde in 150 ml Wasser gelöst und NaHCO3 wurde zugegeben, bis zu pH 8. Die wässrige Lösung wurde mit 2 × 40 ml Diethylether gewaschen, 10 g NaCl wurden zugegeben und das Produkt wurde mit 4 × 50 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Na2SO4 getrocknet und filtriert. Zu der resultierenden gelblichen Lösung wurden 30 mg MEHQ zugegeben und sie wurde mittels Rotationsverdampfer auf ca. 35 ml konzentriert. Fällen in 0.8 ml kaltem Diethylether und nachfolgende Filtration und Trocknen bei 60°C im Vakuumofen ergaben 11.5 g (94%) eines weissen Pulvers. Die Struktur des Produkts wurde durch 1H NMR bestätigt, welches einen Funktionalisierungsgrad von ca. 97% zeigte. Beispiel 6: PEG-Octaacrylat 10k
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- 4.7 g (32 mmol) Tris(2-Aminoethyl)amin und 10.3 g (101 mmol) γ-Thiobutyrolacton wurden in 100 ml trockenem Chloroform unter einer Ar-Atmosphäre gelöst. Das Reaktionsgemisch wurde während 24 Stunden unter Rückfluss gerührt, auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und ausgefällt durch langsame Zugabe von 16 ml 2.0 M HCl in Diethylether. Nachdem sich das Fällungsprodukt gesetzt hatte, wurde die überstehende Flüssigkeit abdekantiert und das Fällungsprodukt wurde in Methylenchloride gelöst, wiederum mit Diethylether ausgefällt und in einem Vakuumofen getrocknet, um ein hellgelbes, wachsartiges Material zu erhalten. Die Struktur des Produkts wurde durch 1H und 13C NMR bestätigt. Beispiel 10: Tris(2-(2-{N-Acetylamino}-4-mercaptobutyrylamino]ethyl)amin Hydrochlorid
- 2.51 g (17.1 mmol) Tris(2-Aminoethyl)amin und 8.54 g (53.7 mmol) N-Acetylhomocystein-Thiolacton wurden in 50 ml trockenem Chloroform unter einer Ar-Atmosphäre gelöst. Das Reaktionsgemisch wurde während 22 Stunden unter Rückfluss gerührt, auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und ausgefällt durch langsame Zugabe von 10 ml 2.0 M HCl in Diethylether. Nachdem sich das Fällungsprodukt gesetzt hatte, wurde die überstehende Flüssigkeit abdekantiert und das Fällungsprodukt wurde in Ethanol gelöst, wiederum mit Diethylether ausgefällt und in einem Vakuumofen getrocknet, um 10.2 g (90%) eines weissen Pulvers zu erhalten. Die Struktur des Produkts wurde durch 1H und 13C NMR bestätigt. Beispiel 11: α,ω-bis(4-Mercaptobutyrylamino)-PEG 3.4k
- 1.27 g (32 mmol) α,ω-Bisamino-PEG (Mn = 3457 g/mol, 0.72 meq Amine), 0.22 g (2.1 mmol) γ-Thiobutyrolacton und 20 mg 4-Dimethylaminopyridin wurden in 10 ml trockenem Methylenchlorid unter einer Ar-Atmosphäre gelöst. Das Reaktionsgemisch wurde während 32 Stunden unter Rückfluss gerührt; danach wurde das Produkt durch zweifaches Ausfällen in kaltem Diethylether isoliert und im Vakuumofen getrocknet, was 1.23 g (91%) eines weissen Pulvers lieferte. Die Struktur des Produkts wurde durch 1H NMR bestätigt.
- Gelbildung
- Beispiel 12
- 7.0 mg (4.0 μeq Thiol) des Produkts von Beispiel 2 und 20.0 mg (4.0 μeq Acrylat) des Produkts von Beispiel 8 wurden je in gleichen Mengen eines wässrigen 0.30 M Triethanolamin/HCl-Puffer-Puffers bei pH 8.0 gelöst. Beide Lösungen wurden auf 0°C gekühlt, rasch vermischt und zwischen die Platten eines Parallelplatten-Rheometers gelegt. Die Platten wurden bei 37°C gehalten und die Speicher-(G') und Verlust-(G'')Moduli wurden als eine Funktion der Zeit mit einer Frequenz von 10 Hz gemessen. Der Gel-Punkt, definiert als der Überschneidungspunkt von G' und G'', wurde für mehrere PEG-Konzentrationen bestimmt (Tabelle 1). Tabelle 1
PEG (wt %) Gel-Punkt (s) G' nach 30 min (kPa) 9.2 632 2.9 10.8 486 4.3 12.3 316 8.4 14.9 289 9.6 - Beispiel 13
- 41.9 mg (64.0 μeq Thiol) des Produkts von Beispiel 1 und 40.3 mg (63.5 μeq Acrylat) des Produkts von Beispiel 3 wurden je in 237 mg eines wässrigen 0.050 M Triethanolamin/HCl-Puffers bei pH 7.6 gelöst. Beide Lösungen wurden auf 0°C gekühlt, rasch vermischt und zwischen die Platten eines Parallelplatten-Rheometers gelegt. Die Platten wurden bei 37°C gehalten und die Speicher-(G') und Verlust-(G'')Moduli wurden als eine Funktion der Zeit mit einer Frequenz von 10 Hz gemessen. Der Gel-Punkt, definiert als der Überschneidungspunkt von G' und G'', wurde bestimmt (Tabelle 2). Tabelle 2
PEG (wt %) Gel-Punkt (s) G' nach 10 min (kPa) 14.8 76 83.0 - In vitro Abbau
- Beispiel 14
- 155.8 mg (238 μeq Thiol) des Produkts von Beispiel 1 und 150.6 mg (237 μeq Acrylat) des Produkts von Beispiel 3 wurden je in 0.59 g eines wässrigen 0.030 M Triethanolamin/HCl-Puffers bei pH 7.4 gelöst Beide Lösungen wurden auf 0°C gekühlt, rasch vermischt und zylindrische Gels (70 μl) wurden in Teflon-Formen (Durchmesser 6 mm) gegossen. Die Gels wurden während 1 h bei 37°C ausgehärtet und in 10 mM PBS (pH 7.4) bei 37°C gegeben. Das Aufschwellen aufgrund der Hydrolyse der Esterbindungen wurde verfolgt, indem die Gels in regelmässigen Zeitabständen gewogen wurden (
1 : Durchschnittswerte von 6 Proben; die Linie zeigt einen logarithmischen Verlauf). Das Gel war nach ca. 64 Tagen vollständig gelöst. - Beispiel 15
- Mehrere verschiedene Kombinationen von Thiol- und Acrylat-Verbindungen wurden geliert, gemäss dem in Beispiel 14 beschriebenen Verfahren. Die Zeiten, nach denen die Gels vollständig gelöst waren, sind in Tabelle 3 aufgelistet. Tabelle 3
Bsp.# Thiol Acrylat Tage bis zur vollständigen Bsp.# Ketten Kettenlänge (g/mol) Bsp.# Ketten Kettenlänge (g/mol) Auflösung 15a* 2 2 1740 8 3 4980 11 15b 1 4 655 3 4 635 64 15c 1 4 655 6 8 1240 73 15d 1 4 655 4 8 302 121 15e 1 4 655 4 8 302 157 - * Vergleichsbeispiel
- Beispiel 16 – Zell-Okklusivität
- Methoden
- Trockene, hochporöse Polyvinylalkohol-Schwämme (PVA-Schwämme) wurden in Zylinder mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Höhe von 5 mm geschnitten, und wurden durch Quellen und anschliessendes Autoklavieren in deionisiertem Wasser sterilisiert. Die resultierenden sterilen zylinderförmigen Schwämme wurden lyophilisiert, um überschüssiges Wasser zu entfernen, und steril gelagert bis zum weiteren Gebrauch.
- Ein Standard Fibrin-Klebstoffkit wurde verdünnt, so dass die Endkonzentration der Fibrinogen-Komponente viermal niedriger war und die Endkonzentration der Thrombin-Komponente 125-mal niedriger war als diejenige für eine Standard-Kit. Gleiche Mengen der Fibrinogen- und der Thrombin-Lösung wurden vermischt und in den PVA-Schwamm adsorbiert, wodurch ein Fibrin-Netzwerk in den PVA-Poren gebildet wurde.
- Die so gebildeten Fibrin-PVA-Schwämme wurden bis zur Implantation in ein Tier (+ Kontrolle) oder zum Einbau in ein Membranmaterial in sterilen Petri-Schalen aufbewahrt.
- Membran-PEG-Gels wurden bei Raumtemperatur unter sterilen Bedingungen in zylinderförmige Formen (Durchmesser 7 mm, Höhe 7 mm) aus rostfreiem Stahl gegossen, wobei Membran-Kits verwendet wurden, die äquimolare Mengen an 4-Arm PEG-Thiol 2k und 8-Arm PEG-Acrylat 2k sowie einen Triethanolamin/HCl-Puffer mit CMC als Viskositäts-Modifikatoren enthielten. Bevor die Gelbildung einsetzte, wurde ein Fibrin-Schwamm in die Mitte jedes Membran-Gels gesetzt. Die Formen wurden zugedeckt und die Gels während ca. 1 h ausgehärtet, wonach sie in steriles 10 mM PBS transferiert wurden und über Nacht in einem Inkubator bei 37°C gelagert wurden.
- In einem standardmässigen Arbeitgang, erhielten vierzehn erwachsene weibliche Ratten je vier Implantate, die zufällig über vier subkutane Taschen am Rücken verteilt wurden. In drei der Taschen wurde ein Membran-Implantat platziert und in die vierte Tasche zwei mit Fibrin gefüllte Schwämme als positive Kontrolle. Die Schnitte wurden mit Heftklammern verschlossen. Die Tiere wurden nach mehreren Zeitpunkten postoperativ geopfert und die Implantate wurden in 4% PFA/PBS fixiert. Dehydrierungs-Serien mit 70, 90 und 100% EtOH wurden durchgeführt, während bei Raumtemperatur geschüttelt wurde. Jeder Dehydrierungsschritt dauerte 24 h, in welchen die Lösung einmal ausgewechselt wurde. Nach der Dehydrierung wurden die Explantate während 36 h mit einer frisch katalysierten Histocryl-Lösung infiltriert, welche zweimal gewechselt wurden während der Infiltration. Jede Probe wurde dann in eine Gelatine-Kapsel (EMS, Grösse 13) mit frisch katalysierter Histocryl-Lösung eingebettet. Die eingebetteten Explantate wurden auf einem rotations-Microtom (MICROM) mit einem Messer (d-Form, MICROM) unterteilt. Die Schnitte wurden mit Meyers Hematoxylin (Merck) und einer wässrigen Eosin-Lösung (1%, Sigma), die in Mowiol gelagert war, angefärbt.
- Der Grad an Zellinvasion in die mit Fibrin gefüllten PVA-Schwämme wurde quantifiziert, indem die mit DAPI angefärbten Zellkerne in 36 bis 45 histologischen Schnitten (4 μm dick) von Gewebe-Explantaten durch automatische Bildanalyse gezählt wurden.
- Resultate
- Nach einem Monat waren PEG-geschützte Implantate praktisch frei von Zellen, während in ungeschützten Implantaten die Fibrin-Phase des Schwamms vollständig von dicht gepackten Zellen befallen war. Statistische Analyse zeigte hoch signifikante Unterschiede (P = 0.00004) zwischen Proben und positiven Kontrollen. Zu den nachfolgenden Zeitpunkten wurden im Wesentlichen keine Änderungen bei der Anzahl an Zellen, die in den positiven Kontrollen gefunden wurden, beobachtet. Der Durchschnittswert (±SD) für die Kontroll-Proben war (1.3 ± 0.3)·106 Zellen pro mm3 (n = 12).
-
2 zeigt die Anzahl an Zellen gefunden in jedem PEG-geschützten Schwamm als Prozentanteil der Durchschnittszahl in den Kontrollproben (leere Kreise). Die Durchschnitts-Prozentanteile für jeden Zeitpunkt (±SD) sind mit Kreuzen angegeben. Zwischen 1 und 4 Monaten nahm die Anzahl an Zellen, die in den Proben gefunden wurden, nur leicht zu. Obschon ein deutlicher Anstieg an Zell-Infiltration nach 6 Monaten beobachtet wurde, war die Anzahl Zellen in den meisten Schwämmen immer noch unter 1% von derjenigen in der positiven Kontrolle. Nach 7 Monaten waren die PEG-Membranen grösstenteils abgebaut und die Anzahl an Zellen hatte auf (2.8 ± 4.7)% von derjenigen der positiven Kontrolle zugenommen. Die starke Variation zwischen den einzelnen Proben zu diesem Zeitpunkt können durch leichte Variationen bei der Zeit bis zum vollständigen Abbau zwischen den einzelnen PEG-Membranen erklärt werden. Wenn „zellokklusiv" dadurch definiert wird, dass weniger als 1% der Zellen infiltrieren gelassen werden, kann gefolgert werden, dass die Membran während ca. 6 Monaten zellokklusiv ist. - Zusammenfassung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zellokklusive Membran, erhältlich durch Reaktion von mindestens zwei Vorläufern in der Gegenwart von Wasser. Der erste Vorläufert A umfasst einen Kernbereich und n Ketten, von denen jede eine konjugierte ungesättigte Gruppe oder eine konjugierte ungesättigte Bindung aufweist, und der zweite Vorläufer B umfasst einen Kernbereich und m Ketten, von denen jede eine Thiogruppe aufweist, wobei m grösser oder gleich 2 ist, n grösser oder gleich 2 ist, und m + n grösser oder gleich 5 ist. Die Reaktion bildet ein dreidimensionales Netzwerk mit Vernetzungspunkten. die benachbarten Vernetzungspunkte sind durch eine Kette, die weniger als 600 Atome aufweist, verbunden.
Claims (20)
- Zellokklusive Membran, erhältlich durch Reaktion von mindestens zwei Vorläufern in der Gegenwart von Wasser, wobei ein erster Vorläufer A enthaltend einen Kernbereich, der n Ketten trägt, wovon jede eine konjugierte ungesättigte Gruppe oder eine konjugierte ungesättigte Bindung aufweist, die an einem der letzten 20 Atome der Kette befestigt ist, und ein zweiter Vorläufer B enthaltend einen Kernbereich, der m Ketten trägt, wovon jede eine Thiogruppe aufweist, die an einem der letzten 20 Atome der Kette befestigt ist, wobei m grösser oder gleich 2 ist, n grösser oder gleich 2 ist, m + n grösser oder gleich 5 ist, die Reaktion ein dreidimensionales Netzwerk mit Vernetzungspunkten bildet, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kernbereich der Vorläufer einen Vernetzungspunkt bildet, falls m und n grösser sind als 2, und, falls m gleich 2, der entsprechende Vernetzungspunkt dem Kernbereich des benachbarten ersten Vorläufers A entspricht, und, falls n gleich 2, der Vernetzungspunkt dem Kernbereich des benachbarten zweiten Vorläufers B entspricht, und dass die benachbarten Vernetzungspunkte durch eine Kette verbunden sind, die weniger als 600 Atome aufweist.
- Membran gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konjugierte ungesättigte Gruppe oder eine konjugierte ungesättigte Bindung endständig ist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thiogruppe endständig ist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorläufer A 2 bis 10 Ketten aufweist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorläufer A 2 bis 8, vorzugsweise 4 bis 8 Ketten aufweist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vorläufer B 2 bis 10 Ketten aufweist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vorläufer B 2 bis 8, vorzugsweise 4 bis 8 Ketten aufweist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei benachbarte Vernetzungspunkte durch eine Kette verbunden sind, die weniger als 330 Atome aufweist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei benachbarte Vernetzungspunkte durch eine Kette verbunden sind, die 30 bis 120 Atome aufweist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ketten des ersten oder zweiten Vorläufers B lineare Polymere sind.
- Membran gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Polymere des ersten und/oder zweiten Vorläufers B aus einer Gruppe, bestehend aus Polyethylenglykol, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, Polyethylen-Vinylalkohol, Polyacrylsäure, Polyethylen-Acrylsäure, Polyethyloxazolin, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylen-Vinylpyrrolidon, Polymaleinsäure, Polyethylen-Maleinsäure, Polyacrylamid, und Polyethylenoxid-Polypropylenoxid Block-Kopolymeren, ausgewählt sind.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette des ersten und/oder zweiten Vorläufers B ein Polyethylenglykol-Rest ist.
- Membran gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konjugierte ungesättigte Gruppe oder die konjugierte ungesättigte Bindung des ersten Vorläufers A ein Acrylat, ein Acrylamid, ein Chinin, ein 2- oder 4-Vinylpyridinium oder ein Itaconatester ist.
- Verfahren zur Herstellung einer zellokklusiven Membran gemäss Anspruch 1 durch Mischen des in Anspruch 1 definierten ersten Vorläufers A mit dem in Anspruch 1 definierten zweiten Vorläufer B in Gegenwart von Wasser, um eine zellokklusive Membran zu bilden.
- Verfahren gemäss Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser eine gepufferte wässrige Lösung ist.
- Kit für die Herstellung einer zellokklusiven Membran gemäss Anspruch 1, bestehend aus einem ersten Vorläufer A mit einem Kernbereich, der n Ketten trägt, wovon jede eine konjugierte ungesättigte Gruppe oder eine konjugierte ungesättigte Bindung aufweist, die an einem der letzten 20 Atome der Kette befestigt ist, und einem zweiten Vorläufer B mit einem Kernbereich, der m Ketten trägt, wovon jede eine Thiogruppe aufweist, die an einem der letzten 20 Atome der Kette befestigt ist, wobei m grösser oder gleich 2 ist, n grösser oder gleich 2 ist, m + n grösser oder gleich 5 ist, jeder Kernbereich der Vorläufer einen Vernetzungspunkt bildet, falls m und n grösser sind als 2, und, falls m gleich 2, der entsprechende Vernetzungspunkt dem Kernbereich des benachbarten ersten Vorläufers A entspricht, und, falls n gleich 2, der Vernetzungspunkt dem Kernbereich des benachbarten zweiten Vorläufers B entspricht, und die benachbarten Vernetzungspunkte durch eine Kette verbunden sind, die weniger als 600 Atome aufweist, und der erste Vorläufer A und der zweite Vorläufer B voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ausrüstung eine gepufferte wässrige Lösung und/oder einen Viskositäts-Modifikatoren enthält.
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