AT393795B - Kohaerentes, poroeses kollagenfolienmaterial und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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Description
AT 393 795 B
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung der in der US-PS 4 279 812 beschriebenen Erfindung.
Sie bezieht sich auf Kollagen, insbesondere einen aus natürlichem, unlöslichem Kollagen hergestellten Kollagen-schwamm.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "natürliches, unlösliches Kollagen" ist Kollagen zu verstehen, das in S einer wäßrigen alkalischen Lösung oder in einer anorganischen Salzlösung nicht ohne chemische Modifizierung gelöst werden kann und dazu gehören Felle bzw. Häute, Spaltleder (splits) und andere Säugetier- oder Reptilienfelle bzw. -häute. Unter dem Ausdruck "natürliches, unlösliches Kollagen" ist insbesondere das Corium (die Lederhaut) zu verstehen, bei dem es sich um die Zwischenschicht einer Rinderhaut zwischen der Narben- bzw.
Haarseite und der Fleischseite handelt 10 Bei jungen Tieren liegt eine geringe intermolekulare und interfibrillaie Vernetzung vor, so daß das Kollagen \ bis zu einem gewissen Grade löslich ist. Während des Alterungsprozesses tritt jedoch eine weitere intermole- ^ kulare und interfibrillaie Vernetzung auf, wodurch das Kollagen unlöslich wird.
Die Verwendung von Kollagen in praktisch reiner Form ist bereits für viele Verwendungszwecke vorgeschlagen worden, beispielsweise für Brandwundenverbände, wie in den US-PS 3 939 831 und 3 514 518 15 beschrieben, und ähnliche medizinische Anwendungen, wie in den US-PS 3 157 524 und 3 628 974 beschrieben.
Die US-PS 3 637 642 ist ein Beispiel für ein Verfahren zum Auflösen von unlöslichem Kollagen und Regenerieren der Faser. Es sind auch bereits weitere Verfahren zur Solubilisierung und Regenerierung von Kollagen unter Verwendung von Enzymen zur Spaltung der intra- und interfibrillaren Bindungen, wie beispielsweise in der US-PS 3 034 852 beschrieben, sowie Verfahren zur Umwandlung von Kollagenfasermassen in ein 20 folienartiges Material, wie beispielsweise in den US-PS 2 934 447 und 2 934 446 beschrieben, vorgeschlagen worden.
Nach den US-PS 3 939 831 und 3 742 955 können medizinische Verbände bzw. Verbandsmaterialien aus Kollagen mit darin dispergierten Antibiotika und dgl, hergestellt werden, welche die Abheilung von verbrannter Haut unterstützen. 25 Außerdem ist in der US-PS 3 742 955 faserförmiges Kollagen vorgeschlagen worden, das hämostatische und wundverschließende Eigenschaften hat Das Kollagen liegt in Form eines flockigen Faserprodukts vor, das unter Anwendung mechanischer Methoden in nicht-gewebte Stoffe oder Matten (Vliese) umgewandelt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Kollagenschwamm, der seinen Zusammenhalt durch chemische Bindung des teilchenförmigen nativen Kollagens erhält. Der erfindungsgemäße Kollagenschwamm weist wund-30 heilende Eigenschaften und hämostatische Eigenschaften auf.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines kohärenten, porösen Kollagenfolien-materials, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen in praktisch reiner Form herstellt, das teilchenförmige Kollagen in einer wäßrigen Lösung einer schwachen organischen Säure dispergiert, wobei das Kollagen in Teilchenform verbleibt, und die Dispersion gefriertrocknet unter Bildung 35 eines kohärenten, porösen, nativen Kollagenfolienmaterials, das als Wundverband, Brandwundenverband, hämostatische Folie oder dgl. verwendbar ist.
Das erfindungsgemäß eingesetzte, natürliche, unlösliche, teilchenförmige Kollagen stammt vorzugsweise aus einer Rinderhaut, die durch Kälken enthaart, zur Herstellung von praktisch reinen, nativen, unlöslichen Kollagen-fasem entfettet und bis auf eine Teilchengröße von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm, 40 granuliert worden ist Zweckmäßig setzt man erfindungsgemäß natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen mit einer Teilchengröße von weniger als 1 mm ein. Besonders vorteilhaft setzt man natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen mit einer Teilchengröße von weniger als 0,5 mm ein. Die Entfettung und Granulierung kann mit Materialien, Vorrichtungen und unter Anwendung von Verfahren erfolgen, wie sie dem Fachmanne auf diesem Gebiet an sich bekannt sind. Wichtig ist, daß das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schwam-45 mes verwendete fertige, teilchenförmige, native Kollagen seine Vernetzungen, d. h. seine Unlöslichkeit im Wasser, wäßriger Säure, wäßriger Base oder Salz behält, dabei jedoch praktisch rein bleibt, um so die nicht-antigenen und nicht-allergischen Eigenschaften des nativen Kollagens aufrechtzuerhalten.
Nach der Gewinnung des teilchenförmigen, nativen Kollagens in praktisch reiner Form wird das teilchenförmige Kollagen in der wäßrigen Lösung einer schwachen organischen Säure dispergiert. Vorteilhaft setzt man 50 erfindungsgemäß als schwache organische Säure Essigsäure, Citronensäure, Milchsäure, Ascorbinsäure und/oder Weinsäure ein. Zweckmäßig setzt man erfindungsgemäß eine Dispersion ein, die bis zu 5 Gew.-% teilchenförmiges Kollagen enthält. Besonders vorteilhaft setzt man gemäß der Erfindung eine Dispersion ein, die bis zu 3 Gew.-% teilchenförmiges Kollagen enthält. Vorzugsweise wird der pH-Wert der wäßrigen Säurelösung auf einen Wert unterhalb 4 eingestellt, um eine gute Dispersion des teilchenförmigen Kollagens zu erzielen, und bei 55 Verwendung von Ascorbinsäure ist eine 1 gew.-%ige Lösung erforderlich, während bei Verwendung von Essigsäure oder Weinsäure eine 0,5 gew.-%ige Säurelösung ausreichend ist. Zweckmäßig setzt man erfindungsgemäß eine wäßrige Säurelösung ein, die bis zu 1 Gew.-% Säure enthält. Vorzugsweise sollte der pH-Wert der wäßrigen Lösung etwa 3 bis etwa 4 betragen.
Nach der Herstellung der Dispersion wird diese mit einer Temperaturemiedrigungsrate von etwa 18 bis etwa 60 24 °C/Stunde eingefroren, so daß die gebildeten Eiskristalle extrem klein sind und die Vernetzungen oder
Kollagenketten nicht spalten, so daß die Nativität und natürlichen unlöslichen Eigenschaften des teilchenförmigen Kollagens aufrechterhalten werden. Um die gewünschte Einfriergeschwindigkeit zu erzielen, wird die Kolla- -2-
AT 393 795 B gendispersion bei -60 bis -70 °C in einen Gefrierschrank gegeben.
Die bei einer Anfangstemperatur von -60 bis -70 °C eingefrorene Dispersion wird dann in einen Gefriertrockn» überführt und bei 1,33 x 10'* bis 1,33 x 10'^ Pa durch Absublimieren des Eises vakuumgetrocknet. Die Gefriertrocknung dauert etwa 12 bis etwa 24 Stunden bei einer Endtemperatur von etwa 30 °C. Zweckmäßig führt man erfindungsgemäß das Gefriertrocknen durch, indem man die Dispersion durch Temperaturemiedrigung mit einer Geschwindigkeit von 18 bis 24 °C/Stunde einfriert und mindestens 12 Stunden lang bei 1,33 x 10'* bis 1,33 x 10'^ Pa vakuumtrocknet.
Obgleich die Zerstörung der chemischen Bindungen im Kollagen durch Einfrieren verhindert wird, tritt eine gewisse minimale kryogene Zerstörung auf. Diese kryogene Zerstörung sorgt für Stellen auf dem Kollagen-produkt für reaktive und assoziative Zentren, die während des Gefriertrocknungsprozesses dieses reaktionsfähig machen, so daß sich die einzelnen Kollagenfasem miteinander Verbindung unter Bildung der erfindungsgemäßen kohärenten (zusammenhängenden) Folie.
Obgleich reaktive Zentren gebildet werden, behält das Kollagen seine ursprünglichen Eigenschaften, wobei in der Regel die Dreifachhelixkonfiguration der Fibrillen beibehalten wird und die Fibrillen ihre Ausrichtung mit ein» axialen Periodizität von etwa 64 Nm beihehalten.
Der erfindungsgemäß hergestellte Kollagenschwamm gewinnt seinen Zusammenhalt in dem spezifischen Gefrieitrocknungsverfahren unter Aufrechterhaltung sein» Nativität (seines natürlichen Charakters).
In der Regel hat der erfindungsgemäß hergestellte Kollagenschwamm eine Rohdichte von 0,005 bis 0,0065 g/cm^ und vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 7 mm.
Es ist klar, daß die Reinheit und Nativität (der natürliche Charakter) des zur Herstellung der Dispersion verwendeten teilchenförmigen Kollagens während des gesamten Verfahrens aufrechterhalten werden müssen. D» erfindungsgemäß hergestellte Kollagenschwamm weist wesentliche Vorteile auf, wenn er für medizinische Anwendungszwecke eingesetzt wird.
Der »findungsgemäße Kollagenschwamm trocknet die Wunde aus und koaguliert die Sekrete unter Aufrechterhaltung seiner Kapillarwirkung und hydrophilen Wirkung auch nach d» Aufnahme von Plasma und Sekret. Der Kollagenschwamm verhält sich somit wie eine trockene, nichtrctentive Kruste, die den schnellen Flüssigkeitsablauf erlaubt, so daß die Wunde aufgrund seines Koagulationsvermögens trocken bleibt und » dennoch schmerzfrei für den Patienten leicht von der Wunde entfernt werden kann. Es wurde gefunden, daß der erfindungsgemäße Kollagenschwamm weder an dem Wundauskleidungsgewebe haftet noch das Gewebe durch den Kollagenschwamm negativ beeinflußt wird.
Außerdem ist der Kollagenschwamm mit den meisten Arzneimitteln, wie Antibiotika und dgl., verträglich, so lange die Poren nicht verstopft sind, und er ist in der Tat verwendbar in Kombination mit anderen Verbänden bzw. Verbandmaterialien. Außerdem schützt d» Schwamm die Wunde gegen mechanische Verletzung.
Wegen des hohen Reinheitsgrades des zur Herstellung des Schwammes verwendeten nativen Kollagens und d» Reinheit des resultierenden nativen Kollagenschwammes ist d» Schwamm nicht-allergisch und nicht-antigen.
Außerdem bietet der erfindungsgemäße Kollagenschwamm eine Reihe von physikalischen Vorteilen, da er leicht gelagert und vom Behandlungspersonal leicht gehandhabt werden kann und auch vom Patienten leicht getragen w»den kann, ohne daß das Unbehagen auftritt, das normalerweise mit großen Gazeverbänden verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Produkt werden in den nachfolgenden Beispielen näher beschrieben.
Beispiel la: 90,8 kg einer frischen, mit Kalk gespaltenen Rinderhaut wurden in einer 272,4 kg Wasser von 20 °C und 2,7 kg 37 gew.-%ige Chlorwasserstoffsäure enthaltenden Holztrommel behandelt. Nach dem Einbringen der Hautstücke, des Wassers und der Säure wurde die Trommel 4 Stunden lang in Rotation versetzt. Diese Anfangsstufe wurde durchgeführt, um restlichen Kalk von dem Kollagen zu entfernen. Nach der Kalkentfemung wurden die Spaltstücke 3 Stunden lang in der Holztrommel bei einem Flottenverhältnis von 300 % mit Wasser gewaschen und das Wasser wurde jede Stunde ausgetauscht Die gewaschenen Hautstücke wurden dann mit einem Entfettungsmittel behandelt, in diesem Beispiel mit einer 3 Gew.%igen Lösung eines nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittels.
Das Waschen der Hautspaltstücke wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur in einer Holztrommel bei einem Flottenverhältnis von 200 % durchgeführt Die entfetteten Hautspaltstücke wurden 4 Stunden lang bei Raumtemperatur bei einem Flottenverhältnis von 300 % mit Wasser gewaschen, wobei jede Stunde das Wasser gewechselt wurde. Die Hautstücke wurden durch Auspressen getrocknet so daß überschüssiges Fett entfernt wurde. Das Auspressen wurde 16 Stunden lang bei 60 °C durchgeführt. Nach dem Trocknen lag das Kollagen in einer verhältnismäßig reinen Form vor, und es wurde bei einem Flottenverhältnis von 300 % 2 Stunden lang in ein organisches Lösungsmittel, in diesem Beispiel Petroläther, eingetaucht. Die Hautstücke wurden getrocknet und zu 38,1 cm x 38,1 cm großen quadratischen Stücken zerschnitten. Die Stücke wurden bis zu einer Teilchengröße von 0,032 bis 0,4 mm pulverisiert und das Pulver wurde mit Petroläther extrahiert und erneut getrocknet, um -3-
Claims (8)
- AT 393 795 B restliche öle, Fette oder ähnliche lösliche Hautbestandteile zu entfernen. Das trockene, teilchenförmige, native Kollagen wies die folgende chemische Analyse auf: Protein 90,7 % Salzkonzentration (als NaCl) 0,2 % Acidität (Milliäquivalente/g) 68,7 Hydroxyprolin 10,36 % pH-Wert (1 gew.%ige wäßrige Dispersion) 3,5 Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des teilchenförmigen Kollagens waren folgende: β/α-Kettenverhältnis des Kollagens 34/66 Molekulargewicht (Durchschnittswert) 140 000 Temperaturbereich bis zur Denaturierung 31,7-59,2 °C Beispiel lb: Das in Beispiel la hergestellte natürliche, unlösliche, teilchenförmige Kollagen wurde in einer 0,5 gew.-%igen wäßrigen Essigsäurelösung dispergiert. Die Dispersion enthielt 3 Gew.-% des teilchenförmigen Kollagens des Beispiels la. Der pH-Wert der Dispersion des teilchenförmigen Kollagens betrug etwa 3,5. Die Kollagendispersion wurde in eine 20 cm x 20 cm große Schale mit einer Tiefe von 10 mm eingeführt. Die Kollagendispersion in der Schale wurde in einen Gefrierschrank bei etwa -65 °C gestellt und bei einer Temperaturemiedrigung mit einer Geschwindigkeit von 18 bis 24 °C/Stunde eingefroren, bis sie eine Endtemperatur von -60 bis -70 °C erreicht hatte. Die gefrorene Dispersion in der Schale wurde in einen Gefriertrockner gestellt und 16 Stunden lang ein Vakuum von 1,13 x 10'* bis 1,33 x 10'^ Pa angelegt. Die Kollagendispersion hatte eine Anfangstemperatur von -65 °C und nach 16-stündiger Sublimation im Vakuum eine Endtemperatur von 30 °C. Nach dem Erreichen der Endtemperatur von 30 °C war der Kollagenschwamm eine kohärente (zusammenhängende) offenzeilige Folie mit hämostatischen Eigenschaften, die Wundsekret durch die Dicke des Schwammes transportieren konnte unter Beibehaltung ihrer Kapillarwirkung und hydrophilen Wirkung. Der Kollagenschwamm gemäß diesem Beispiel lb hatte eine Rohdichte von 0,005 g/cm^ und eine Dicke von 5 mm. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines kohärenten, porösen Kollagenfolienmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen in praktisch reiner Form herstellt, das teilchen-förmige Kollagen in einer wässerigen Lösung einer schwachen organischen Säure dispergiert, wobei das Kollagen in Teilchenform verbleibt, und die Dispersion gefriertrocknet unter Bildung eines kohärenten, porösen, nativen Kollagenfolienmaterials.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen mit einer Teilchengröße von weniger als 1 mm einsetzt
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen mit ein»' Teilchengröße von weniger als 0,5 mm einsetzt
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als schwache organische Säure Essigsäure, Citronensäure, Milchsäure, Ascorbinsäure und/oder Weinsäure einsetzt
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dispersion einsetzt, die bis zu 5 Gew.-% teilchenförmiges Kollagen enthält
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dispersion einsetzt, die bis zu 3 Gew.-% teilchenförmiges Kollagen enthält -4- AT 393 795 B
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässerige Säurelösung einsetzt, die bis zu 1 Gew.-% Säure enthält.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gefriertrocknen S durchführt, indem man die Dispersion durch Temperaturemiedrigung mit einer Geschwindigkeit von 18 bis 24 °C/Stunde einfriert und mindestens 12 Stunden lang bei 1,33 x 10'* bis 1,33 x 10'^ Pa vakuumtrocknet. 10 -5-
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