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Die Erfindung betrifft eine Infusionslosung zur Anwendung bei der Diagnose von Tumoren, gegebenenfalls zu deren Behandlung. Die Neubildung von Blutgefässen (Angiogenese) Ist ein entscheidender Faktor für das rasche Wachstum und die Fähigkeit zur Metastaslerung von soliden
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natn1990)
Das Anwachsen eines Tumors uber eine kritische Grosse erfordert Angiogenese und die Dichte kleiner Gefässe Innerhalb von pnmaren Krebsgeschwulsten Ist signifikant verbunden mit der Me-
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gewebe und die wesentliche Herausforderung In der Diagnose und In der Behandlung von Tumoren Bösartige Tumore und deren Metastasen stimulieren die Gefässneubildung Im Gastgewebe durch zahlreiche Im Tumor erzeugte Angiogenese-Faktoren (TAF).
Es gibt zahlreiche potentielle und flusslgkeltsvermittelte Tumor Anglogenese-Faktoren, einschliesslich Flbrobalsten Wachstumsfaktoren, Tumor Nekrose Faktor a, Transformierungsfaktor a und ss und Gefassendothel Wachstumsfaktor (Folkam J. and Shing Y., J. blol Chem 267 10931-11934, 1992).
Es gehört zum gesicherten Wissen, dass der Kapillartell von tumorinduzierten Gefassneubildun- gen signifikant durchlassiger Ist für Makromoleküle als das normale Kapillarbett Auch ein wesent- lich vergrösserter Extrazellularraum wurde in bosartigen Tumoren gefunden, wodurch das Abtransportieren von aus Gefässen ausgetretenen Molekülen weniger wahrscheinlich Ist Auch die Impedanz der Gefässe für den Blutstrom ist in Gefassneubildungen von Tumoren wesentlich niedriger als im normalen Gewebe
Zum Gefässmuster ! n bösartigen Tumoren gehören zu-und abführende Gefasse und ein reicher Kapillarplexus von mehr baumartiger als netzartiger Struktur.
In bösartigen Tumoren sind die Gefässe gering ausdifferenziert bzw von fotalem Charakter, den Gefasswänden fehlt die Ausstattung mit elastischen Fasern weitgehend Es findet sich eine signifikant erhöhte Zahl an sichtbaren Kapillargefässen, sie sind verlängert, erweitert, von gewundenem Verlauf mit vielen Anastomosen und Querverbindungen, sogenannte Riesenkapillaren sind häufig und extrem gewunden. Sie haben oft einen Durchmesser von mehr als 50 am und die Kapillarwand besteht nur aus Endothelzellen mit wenig Faserstützgewebe.
Alle kleinen Gefässe von Tumoren haben Wände aus nur einer Lage von Endotheizellen und Kapillaren mit fensterartigen Defekten im Endothel werden häufig gefunden Gelegentlich werden Kanäle in der Tumormasse gefunden, die nur teilweise von Endothel ausgekleidet sind Sinusartige Ausweitungen werden ebenfalls oft beachtet (Warren B A., In Tumor blood circulation, Edt. Petersen H J CRC Press 1979,1-47) Ein wesentlich vergrösserter Zwischenzellraum ausserhalb der Gefässe wurde in menschlichen sowie In experimentellen Tumoren gefunden. Alle zuvor erlauterten Strukturfaktoren der Gefässe in und um Tumoren sprechen für eine erhöhte Permeabilitat von Kapillaren, die um einen Faktor von bis zu 10 hoher ist als in normalen Kapillaren, abhangig von der Grosse der Makromoleküle (Underwood J. C.
E and Carr I, J Pathol 107 : 157-162, 1972, Peterson H. I et a Bibl. Anat 12 : 511,1973) Die Struktur normaler Kapillaren lässt einige Wege der Penetration von grossen Molekülen vermuten, vor allem Räume zwischen Endothelzellen, offene oder durch ein Diaphragma verschlossene Fenster und Pinozytose Wenigstens ein Modellsystem mit zwei Porengrössen (4 6 und 20 nm Poren) muss verwendet werden, um den Transport von Makromolekulen durch die Wand normaler Kapillaren nachzubilden und der Grössenselektvität für die Proteinmoleküle des Plasmas zu entsprechen.
Poren sind Wasserbrucken verschiedener Form und Bauart, die als Transportwege eine selektive Beschrankung der Durchgangigkeit fur Polymere aufweisen, welche von der Grösse, Form und der elektrischen Ladung von Makromoleküle abhangt (Renkin E. M., J. Appl. Physiol 58 (2) 315-325, 1985)
Systematische Untersuchungen der Permeabilität der Kapillaren von Tumoren stehen aus, aber die erhöhte Permeabilität, die in allen Studien gefunden wurde, wurde den zuvor beschriebenen fehlerhaften Auskleidungen mit Endothel, entsprechend der niedrigen zellulären Differenzierung, den Fensterungen, den zahlreichen und erweiterten Spalten zwischen Zellen, intrazellulären Fensterungen, endothelialen Aussackungen und Bruch bzw Defekte der Gefässwand zugeschrieben.
Vor allem der Kapillarteil von tumorinduzierten Gefässneubildungen ist signifikant durchlässiger fur Polymere und Makromoleküle als das normale Kapillarbett. Selbst der Gefässaustritt grosser Molekule, wie z. B. Albumin (Molekulargewicht 69. 000), konnte nachgewiesen werden, wodurch der Albumingehalt im Extrazellularraum vier-bis fünfmal so hoch ist in Tumoren wie in normalen Körperorganen (Potchen E J et al, Cancer (Philadelphia) 30.693, 1972).
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Infusionslosung anzugeben, bel deren Einsatz Tumore erkannt, gegebenenfalls auch behandelt werden konnen Die erfindungsgemasse Infusionslösung zeichnet sich aus durch einen Gehalt von 6 - 10 % an Polymeren oder Makromoleküle mit einem Molekulargewicht von 6000 bis 60. 000 Dalton z B Gelatine Polysuccinat (35), Hydroxyäthylstarke (40), Dextran (40 bzw. 60), Oxypolygelatine, vernetzte Polypeptide, an weiche Kontrastmittel z. B für MR, CT, PET, Ultraschall - und Fluoreszenzuntersuchungen gebunden sind.
Die in der erfindungsgemässen Infusionslösung enthaltenen Makromoleküle werden praktisch in einem Stoffgemisch mit Krebsdiagnostika und Therapeutika bel bösartigen Tumoren als TumorZiel-und Transportsystem für diagnostische und therapeutische Zwecke eingesetzt. Verwendet werden dabei die gesicherten Permeabilitats-Eigenschaften von neugebildeten Gefässen in und um Tumoren zusammen mit der stark erhöhten Dichte von Kapillaren und deren Gefassoberfläche in Tumoren sowie der Vergrösserung des Extrazellularraums in Tumoren. Das erwähnte Ziel-und Transportsystem kann durch folgende Merkmale charakterisiert werden :
1) Das Molekulargewicht des Makromolekuls oder Polymers liegt uber 6. 000 und unter
60. 000.
Für kristallahnliche oder kugelförmige Transportsysteme ist der zugehörige
Durchmesser (in Nanometer) I (nm) 15.10-3 +/Molekulargewicht, also rund 12-36 Ang- ström bzw. 1, 2-3, 6 Nanometer. Ein Molekulargewicht über 6 000 Dalton ist erforderlich, um einen Austritt aus Lymphgefässen zu vermeiden und so einen physiologischen Abfluss- weg der Makromoleküle sicherzustellen. Ein Molekulargewicht unter 60 000 Dalton ist notwendig, um die normale Ausscheidung durch die Niere nach systemischer Anwendung sicherzustellen Das letztere ist wichtig, um optimale Plasmakonzentrationen während in- travenöser Infusion einstellen zu können und zugleich sicherzustellen, dass eine physiolo- gische Ausscheidung der Makromoleküle mit bekannter Geschwindigkeit und so genau kontrollierbar ablauft.
2) Das makromolekulare Transportsystem ist biologisch inert und nicht allergogen. Es wird nicht metabolisiert oder in Grösse und Struktur im Blutkreislauf oder im Gewebe verändert.
3) Das Transport-und Zieimoieküi ist nicht fettlöslich Fettlösliche Substanzen diffundieren direkt durch die Zellmembranen im Kapillarsystem ohne durch die Poren gehen zu mus- sen Dementsprechend kann ein tumorselektiver Austritt aus den Kapillaren für fettlösliche
Makromoleküle nicht erwartet werden.
4) Das Transport- und Zielmolekül erlaubt die Anlagerung anderer kleiner Moleküle oder
Kontrastmittel gegen Krebs und in dieser Weise die Anreicherung im Tumor-Extrazellulär- raum und die Erhöhung der Tumorselektvitat für diagnostische und therapeutische Ver- fahren.
Zu dieser Klasse von Makromolekulen zählen z. B
Gelatine Polysuccinat (35) Hydroxyäthylstärke (40)
Dextran (40 bzw 60)
Oxypolygelatine
Vernetzte Polypeptide
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sind dort im breiten medizinischen Einsatz
Es gibt weiter eine Vielzahl anderer Makromoleküle, die ebenfalls in erfindungsgemässen Infusionslosungen eingesetzt werden konnen und weiche die vorerwahnten Eigenschaften aufweisen, z B.
das Polyhydroxyethylaspartamid
Gefassneubildung geht der Krebsausbreitung immer voraus und das Sichtbarwerden neugebildeter Gefässe ist ein eindeutiges Unterscheidungsknterium zwischen gut-und bösartigen Tumoren Der Blutstrom in bösartigen Tumoren ist nicht nur durch die geringe Gefassimpedanz charakterisiert,
sondern auch durch inhomogene Flussverteilungen und zumeist durch eine geringere Flussgeschwindigkeit als in normalen Gefässen. Dieses Tumorzlelverfahren wird deshalb signifikant unterstutzt durch die verlängerte Anwesenheit einer ausreichenden Plasmakonzentration des Transportsystems im Vergleich zu den sonst üblichen Bolus-Injektionen Alle zuvor erlauterten Eigenschaften des Tumor-Ziel-und Transportsystems ermöglichen eine langer dauernde Infusion und die Vermeidung unerwünschter Nebenwirkungen oder Gewebeverteilungen
Bei Verabreichung der Klasse von Volumenexpandern (siehe oben) als Trägermolekule für
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Gadolinium oder von Im Laserscan dedektierbaren Fluoreszenzfarbstoffen, ist In der MR-Bildgebung (z.
B. bel Mamma-Karzinom) bzw im Laserscanmikroskop (z B. Hetcam Methode) in Analogie zur Albuminanreicherung eine um den Faktor 4-5 höhere Anreicherung der Makromoleküle im Tumorgewebe zu finden. Diese Anreicherung ist für die angestrebte Anwendung als Ziel-und Transportsystem ein hoher Sicherheitsfaktor für eine erfolgreiche Verwendung
Ein von der erfindungsgemassen Infusionslosung Gebrauch machendes makromolekuläres
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im VergleichZielverfahren aus.
Hinreichende Plasmakonzentrationen dieses Transportsystems müssen für langere Zeiten verabreicht werden können, zur Anreicherung im Tumor-Extrazellularraum und die biologischen Eigenschaften dieses Tumor-Ziel-und Transportsystems sind für diese Anwendung optimiert Das oben beschriebene makromolekulÅare Transportsystem kann die Kapillarwande von tumorinduzierten Gefässneubildungen leicht durchdringen, wird aber signifikant weniger bzw nahezu gar nicht aus dem normalen Kapillarbett austreten können.
In dieser Weise wird bei systemischer Verabreichung des Transportsystems in optimalen Konzentrationen und für hinreichende Zeiträume eine ausgeprägte Anreicherung der Makromolekule im Gewebe ausserhalb der Gefässe von tumorinduzierten Neubildungen eintreten Die Anhangung von Kontrastmitteln oder allen anderen Stoffen zur Sichtbarmachung von Tumoren an diese Makromoleküle (z. B. MR, CT, PET, Fluoreszenz etc. ) wird zu einer genauen Lokalisation von bösartigen Tumoren sowie deren Metastasen führen. Die so erhobenen physikalischen Grössen (z B lokalisiert magnetische Resonanzuntersuchung auf Kontrast oder optische Untersuchung auf Fluoreszenz oder Rontgen CT Kontrast) liefern lediglich Zwischenergebnisse, die alleine noch keine Entscheidung über die notwendige medizinische Behandlung ermöglichen.
Weiterhin kann dieses System auch andere Tumor-Zielbemühungen unterstützen, z. B. eine tumorselektive Chemotherapie durch Verbindung von Chemotherapeutika mit diesem makromolekularen Ziel- und Transportsystem.