Verfahren zur Herstellung eines völlig wasserlöslichen Polymerhomologen von Dextran.
Wegen ihrer Ungiftigkeit und ihrer in anderer Hinsicht günstigen physiologischen Eigenschaften eignen sich, wie gefunden wurde, hochmolekulare polysaccharidische Substanzen, sogen. Polymerhomologe vonDex- tran, LÏvulan, Galactan usw., wie sie aus diesen Stoffen hergestellt werden können, be -son ders als Zusatz zu Salzlosungen, die als Injektionsfl ssigkeiten zum Ersatz von Blut und Blutplasma dienen. Dabei können diese Polymerhomologen entweder allein oder in Kombination mit indifferenten Substanzen für Injektionen verwendet werden.
Ihr wich tige es Merkmal in dieser Hinsicht, nämlich ihre wasserbindende FÏhigkeit, zeigt sich darin, dass, nachdem sie in riehtiger Dose eingespritzt worden sind, eine deutlich wahrnehmbare und dauernde Herabsetzung der haematokritischen Werte erfolgt.
Bekanntlich können neutrale unvollkommen wasserlösliche Polysaccharide, wie Dex tran, Lävulan, Galactan, aus Produkten iso- liert werden, die durch mikrobiologische Prozesse aus L¯sungen von Mono-oder Disaechariden, z. B. von Saccharose, entstehen, und zwar sowohl aus nat rlichen L¯sungen in der Form von Beeren-, Frucht- oder Knollensäften als auch aus k nstlich bereiteten wÏs serigen L¯sungen.
Beispielsweise können Leu conostoe mesenterioides und verwandte Orga- nismen aus Losungen von Saechariden Dex tran aufbauen. Die chemisehe Formel des Dextrans wird in der Literatur mit (C6H10O5) n angegeben, wo n eine ganze Zahl ist ; dieses Polysaccharid ist aus Glukose-Resten a-Gluko- Pyranose-Einheiten) aufgebaut, welche be sonders durch die C-Atome 1 und 6 mittels Glukosidbindungen zu langen Ketten zusam mengereiht sind.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ausgeführte Bestim- mungen des durchschnittlichen Molekularge- wiehtes von Dextran haben ergeben, dass das Molekülargewicht als mehrere Millionen betragend angesehen werden muR.
Wegen seines hohen Molekulargewichtes und seiner nur unvollkommenen L¯slichkeit in Wasser weist das Dextran eine gallertartige oder schleimige Beschaffenheit auf. Es ist bekannt, Polysaccharide durch die Wirkung von Säuren zu hydrolysieren. Im Falle von Dextran wurde dabei bisher das Molekül völlig abgebaut, so da¯ bei diesem bereits be kannten Verfahren direkt Glukose erhalten wird. Beim Abbau von aus Pentose-Resten aufgebauten Polysacchariden, z. B. von Pen tosain, wird in der gleiehen Weise Pentose erhalten.
Es hat sich indessen herausgestellt, dass man durch eine zweckmässig geregelte hydro lytische Behandlung eine nur teilweise Depolymerisation des Dextranmolekülserzielen kann, so dass sog. Polymerhomologe (P. Kar- rer, Lehrbuch d. org. Chemie, 7. Aufl. Seite 381) gebildet werden, d. h.
Moleküle, die in der Hauptsache in der gleichen Weise wie die des Auagangsmaterials aufgebaut sind, die aber ein anderes, in diesem Falle niedrigeres Molekulargewicht als dieses besitzen, und die beispielsweise durch Dialyse oder durch Fällung mit Alkohol im gewünschten Masse von allzu niedrigen Abbauprodukten befreit werden können, wodurch eine teilweise depolymerisierte Substanz erhalten wird, die die für die Verwendung in Injektionsfliissigkeiten erwünschten Eigenschaften besitzt. Ein Ïhnliches Ergebnis wird in der gleichen Weise auch z, B. mit Lävulan und Ga. laotan erzielt.
Diese neuen Stoffe, die allem Ansehein nach aus einem Gemisch von Molekülen von wechselndem Molekulargewicht bestehen, sind in Was-ser vollständig loslich und liefern Losungen, deren Viskositäten innerhalb weiter Grenzen geändert werden können. Die notwendige Voraussetzung zur Verhinderung des bereits bekannten vollständigen Abbtaues des auf mikrobiologischem Wege gebildeten Ausgangsmaterials ist eine"milde"hydro- lytisehe Behandlung.
Das vorliegende Patent betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung eines völlig wasserlöslichen Polymerhomologen von Dextran mittleren Polymerisationsgrades aus Dextran, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man den hoehpolymeren Ausgangsstoff einer sau ren teilweisen Hydrolyse unter solchen Be dingungenunterwirft,dass das gewonnene Polymerhomologe des Dextrans in 4% iger wässeriger Lösung eine relative Viskosität, verglichen mit Wasser = 1, zwischen 1, 5 und
15 aufweist.
Die Reaktionsbedingungen, ins besondere die Temperatur, Zeitdauer und
Säurekonzentration bei der Hydrolyse können innerhalb recht weiter Grenzen gewählt wer den, um das genannte Resultat zu erzielen, wobei aber zwischen den einzelnen Faktoren eine gewisse Abhängigkeit besteht.
So erfordert eine niedrige Säurekonzentra tion eine verhältnismässig lange Hydrolysier- zeit und/oder eine hohe Temperatur. Eine hohe Säurekonzentration erfordert dagegen eine verhÏltnismϯig kurze Hydrolysierzeit und/oder eine niedrige Temperatur. Dies geht aus den folgenden Tabellen I-III hervor, die an einigen Beispielen zeigen, wie die
Viskosität des Hydrolysierproduktes durch diese Faktoren beeinflusst wird. Die Hydrolyse wurde in diesem Falle mit Salzsäure an einem Ausgangsmaterial vorgenommen, das aus einer 8 %igen L¯sung von Dextran be stand. Nach der hydrolytischen Behandlung wurde das Abbauprodukt mit Alkohol ge- fällt, getrocknet und in Wasser zu einer
6 % igen Losung gelöst.
Tabelle I. Wirkqbng Md!efMermemci!er < SaMfe/eoMeMratoK.
Hydrolysierzeit Temperatur Konzentration von HCl Relative ViskositÏt einer 6%igen L¯sung
20 Minuten 87¯ C 0,080-n 9, 0 20 Xinuben 8'7 C 0, 100-n 7, 2
20 Minuten 87¯ C 0,120-n 5, 4
20 Minuten 87¯ C 0,140-n 3, 3 Tabelle II. Wirkung der ¯nderungen der Hydrolysierzeit
Zeit Minuten Temperatur Konzentration von HCl Relative ViskositÏt einer 6%igen L¯sung
14 87¯ 0,120-n 9,6 16 87 0, 120l-n 8, 5
18 87 0, 120-n 6, 5 2t0 87 0, 1210-n 5, 5 Tabelle III. Wirkungen der ¯nderungen der Hydrolysiertemperatur
Zeit Minuten Temperatur Konzentration von HCl Relative ViskositÏt einer 6%igen L¯sung
20 70¯C 0,120-n 30, 0
20 80¯ C 0,120-n 12, 0
20 85¯ C 0,120-n 7, 3
20 90¯ C 0,120-n 3,3
Die obigen Zahlen geben deutlich die Richtung an, in der jeder dieser drei Hauptfaktoren die Hydrolyse beeinflusst.
Es ist selbstverstÏndlich m¯glich, Hydrolysierprodukte der genannten Eigenschaft durch Verwendung äusserst hoher oder niedriger Werte für einen dieser Faktoren zu erhalten, falls die beiden andern entsprechend eingestellt werden. Temperaturen von 30 bis 150"C und Zeiten von wenigen Minuten bis 24 Stunden können somit mit Säuregraden von 10-n bis zu äusserst niedrigen Werten (0, 0001-n) kombiniert werden.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfah- ren erhaltenen Polymerhomologen des Dextrans weisen bei einer Konzentration von 0. 70% (in wässriger Losung) Sedimentations- konstanten (dureh Ultrazentrifuge nach Sved- berg ermittelt) von 1, 5. M-is bis 20. 10-13 sowie Diffusionskonstanten innerhalb der Grenzen 0, 2. 10-7 und 8.10-7 auf. Der kol loidosmotische Druck dieser Polymerhomo- logen lie-, bei 6% igen wässrigen Losungen zwischen 50 und 1000 mm Wassersäule.
Produkte, die bei einer Konzentration von 4% eine relative Viskosität, verglichen mit Wasser == 1, von etwa 3, 5 bis 7, 5 aufweisen, sind zur therapeutischen Verwendung besonders geeignet. Die Sedimentationskonstante für lange Moleküle ist insofern von der Konzentration abhÏngig, als sie bei sinkender Konzentration der hochmolekularen Substanz wÏchst : sie ist aber keine lineare Funktion der Konzentration.
Die Kurven in der beigefügten Zeich nung zeigen schematisch den Zusammenhang zwischen Konzentration und relativer Vis kosität im Falle von Dextran und verschiedener daraus erhaltener, teilweise hydrolysierter Produkte (Polymerhomologe von Dextran). Auf der Ordinatenachse sind die Werte der relativen Viskosität (Wasser = 1) und auf der Abszissenachse die Werte der Kon- zentration der Losung in Prozent aufgetra ben. Kurve I entspricht nicht-hydrolysiertem Dextran.
Die Kurven II-V reprÏsentieren einige Losungen von teilweise hydrolysiertem Dextran. Entsprechende Viskositätkurven f r andere gemäss der Erfindung hergestellte Dextranthydrolysate können mit ziemlicher Genauigkeit durch Interpolieren dieser Kurven erhalten werden, wenn blob die ViskositÏt für einen einzigen Konzentrationswert bekannt ist.
In bezug auf die physiologischen Eigenschaften der Produkte ist folgendes zu erwähnen :
Eine intravenöse Verabreichung von Lo sungen von Dextran oder Hydrolyseproduk- ten davon hat sehr verschiedene Wirkungen je nach dem mittleren Molekulargewicht der gelosten Substanz und folglich auch je nach der Viskosität. Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass das Dextran, bzw. seine Hydrolysate, in bezug auf die Grosse der Moleküle, d. h. das Molekulargewicht, nicht gleichmässig sind.
Sehr hochmolekulare Produkte können, wenn sie intravenös verwendet werden, be sonders die Leber und die Nieren schÏdigen, wobei die auftretenden GewebeschÏdigungen im Mikroskop feststellbar sind.
Ein allzu niedermolekulares Dextran- hydrolysat in Losung erfüllt dagegen nicht die an einen Ersatz für Blutplasma zu stellenden Anforderungen. Es hat die physika lischen Eigenschaften verloren, die für ein Plasmaersatzmittel notwendig sind, und seine Moleküle sind so klein, da¯ sie schnell durch die Kapillaren der Gewebe und der Mem brane des Nierensystems in den Harn über- gehen.
Losungen, die Molekülgrössen innerhalb derjenigen Grenzen enthalten, wie sie den nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Produkten entsprechen, erfüllen dagegen sehr gut die an einen Plasmaersatz zu stellenden Anforderungen, vorausgesetzt, daB sie keine Verunreinigungen enthalten.
Beispiel 1.
Zu 600. cm3 einer 3, 5% igen wϯrigen L¯sung von Dextran wurden 5 cm3 konzentriertes HCl gegeben, und die L¯sung wurde zwei Minuten unter R ckflu¯ gekocht, wonach die Losung abgekühlt und mit konzen- trierter NaOH-Lösüng neutralisiert wurde.
Hierauf wurden 800 cm3 Alkohol (95%) unter Umrühren zugefügt ; wobei die hochmolekularen Zersetzungsprodukte eine wei¯e Fällung bildeten. Biese Fallung wurde in Wasser gel¯st und in einem Dialysesack aus Collodium oder Acetatzellstoff gegen Wasser dialysiert, zwecks Beseitigung niedermoleku- larer Stoffe, besonders Alkohol. Die L¯sung der hochmolekularen Hydrolysierprodukte des Dextrans wurde in bezug auf ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften geprüft.
Die relative Viskosität betrug 13, 4 bei einer Konzentration von 8, 67 % U'nd 9, 9@ bei einer Konzentration von 7, 25%'. Die Sedimenta- tionskonstante wurde bei einer Konzentration von 0,72% in der Ultrazentrifuge zu 2,7.10-13 errechnet. Für die Diffusionskonstante wurde sowohl bei einer Konzentration von 0, 36 % als auch bei einer solchen von 0, 72% der Wert von 2, 0. 10-7 festgestellt. In diesem Bereich konnte somit keine Änderung der letz. teren Konstante beobachtet werden.
Beispiel ?.
Zu 450 cm3 einer 3, 5% igen wässrigen Dextranlösung wurden 30* em konzentriertes HCI gegeben. Die Lösung wurde sechs Minuten unter Rückfluss gekocht, abgekühlt und mit konzentrierter NaOH-Lösung neutrali- siert. Die Losung wurde 24 Stunden in einem Dialysesaek, wie in Beispiel 1 erwÏhnt, gegen Wasser dialysiert, wonach die Lösung im Vakuum (30"C) auf ein Volumen von 72 em eingedampft wurde. Bei der Konzentration 4% wies diese Lösung eine relative ViskositÏt von 1, 5 auf.
Beispiel 3.
Dextran wurde durch Wiederfällung mit Alkohol gereinigt und das gefällte Dextran im VaLuum bei 65 C getrocknet. 5 kg des trockenen Produktes werden in 001 Wasser gelost, und die Losung auf 85¯C erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten. Hierauf wurden 1, 45 1 5-n HCl zugefügt, und nach zwan- zig Minuten wurde die für die Neutralisation berechnete Alkalimenge zugesetzt. Der Zusatz sowohl der Saure als des AIkalis erfolgt unter kräftigem Umrühren. Der pH-Wert der L¯sung wurde stets unter 7, 0 gehalten. Dann wurden 20 g eines Adsorptions-und Filtriermittels aus Kieselgur zugefügt und die Losung durch eine 1 cm dicke Schicht dieses Adsorptionsmittels filtriert.
Dem Filtrat wurden 180 g eines Adsorptionsmittels aus Asbest zugesetzt, wonach wieder gekocht und filtriert wurde. Schliesslich wurden 600 cm3 einer Aluminiumhydroxydsuspension und 60 g Chlornatrium zugesetzt, wonachudas Gemisch wieder gekocht und filtriert wurde. Die auf diese Weise erhaltene gereinigte L¯sung wurde mit Alkohol gefällt und die Fällung im Vakuum getrocknet.
Zur Herstellung von Injektionsflüssig- keiten aus erfindungsgemäss, z. B. in der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Weise, erhaltenen Hydrolysierprodukten kann auf folgende Weise verfahren werden : a) Das gemϯ Beispiel 3 erhaltene trokkene Depolymerisationsprodukt wird in 3%iger NaCl-L¯sung zu einer Konzentration von 6 % Dextran gelost. Diese Lösung besitzt eine relative ViskositÏt (Wasser= 1) von etwa 5, 5. Dur Erhöhung der Haltbarkeit wird Tricresol oder ein anderer die Bakterienwir kungherabsetzenderStffzugesetzt, wonach die L¯sung durch ein Glasfilter geeigneter Porosität filtriert und zwanzig Minuten bei 120 C sterilisiert wird.
Die Lösung ist jetzt gebrauchsfertig. b) Aus einer Lasung eines teilweise depolymerisierten,z. B. in etwa der gleichenWeise wie im Beispiel] oder 2 erhaltenen Polymer lomologen von Dextran wird dieses mit z. B. dem doppelten Volumen 95% igen Alkohols gefällt. Die alkoholhaltige Fällung wird in destilliertem Wasser auf geeignete Konzentration gelost und 24 Stunden in einem Collodium- oder Azetatzellstoffsack gegen destilliertes Wasser dialysiert.
Der Losung wird so viel NaCl zugesetzt, da¯ ihre Konzentration daran 0, 9 % beträgt. In dieser Weise wird eine Losung mit den folgenden Merkmalen hergestellt : Die Losung enthält 6, 5% % eines teilweise hydrolysierten Dextrans, sie besitzt, neutrale Reaktion, ihr kolloidosmotischer Druck betrÏgt 450 mm Wassersäule und Ihre relative ViskositÏt (Wasser =1) ist 6.2.
t Der liolloidosmotische Druck wird mit einem Onkometer nach Krogh und Nakazawa und die Viskosität mit einem Viskosimeter nach Ostwald gemessen.) Diese Losung kann als Injektionsflüssigkeit zur Schocklinderung sofort verwendet werden.
Im Vergleich mit bereits vorgeschlagenem Plasmaersatz, wie Gummiarabikum, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Gelatine,
Pektin u.a., weisen die L¯sungen von Polymerhomologen von Polysacchariden bestimmte und hervortretende Vorteile auf. Die thera peutische Verwendung der aufgezählten bekannten Substanzen war immer mit gewissen Nachteilen verbunden, wie z. B. Schädigung der Gewebe der Leber, der Nieren und ande rer innerer Organe sowie Beschwerden, die ihre Ursache darin haben, vom Oroanismus nicht abgebaut oder abgesehieden werden können, sondern z. B. in der Leber angesammelt werden. Ganz allgemein kann dies darauf zurückgeführt werden, dass diese Stoffe dem Organismus"fremd"sind.
Ein Polymerhomologes von Dextran ist zwar auch ein Stoff, der im menschlichen Organis- mus nicht vorkommt, es ist aber weniger ,, fremd"a. ls irgendein anderer als Plasma- ersatz bereits vorgeschlagener Stoff, weil es ganz aus Glukose aufgebaut ist. Der Umstand, dass teilweise depolymerisiertes Dextran eine hochmolekulare Substanz ist, spricht nicht gegen seine Brauchbarkeit. Ein sehr hochmolekulares Polymerisat von Glukose liegt auch im Glykogen, einem im Körper vorkommenden Stoff, vor. Bekannt neurale Polymere von Glukose, wie Starie und das erwÏhnte Glykogen, werden schnell von den stÏrkezersetzenden Enzymen des menschlichen Organismus abgebaut, weshalb sie als Plasmaersatz untauglich sind.
Das gemäss der Erfindung bereitete Polymerhomologe von Dextran wird von Amylasen dagegen nur sehr langsam angegriffen und abgebaut.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte, teilweise depolymerisierte Dextran bildet keine e Gifte und verursacht keine anaphylaktischen Zustände. Es wird im Organismus teilweise zu Glukose abgebaut und als solche verbraucht oder zum Teil in Moleküle mittlerer Grösse abgebaut, die den Wörper durch das Nierensystem verlassen können. Die Geschwindigkeit dieses fermentativen Abbaues ist beinahe ideal, indem eine therapeutische Dosis gerade etwa so lange zurückbleibt, als erforderlich ist, um bei Behandlung von Schockwirkungen, die bei gr¯ sseren Brandwunden. Quetschungen, Beinbrü- chen usw. auftreten. die erwünschte therapeutische Wirkung zur vollen Geltung zu bringen.
AuBer für die Herstellung physiologischer Injektionsflüssigkeiten, wobei es als Regler der Viskosität und des kolloidosmotischen Druckes dient, kann das gemäss der Erfindung erhaltene Polymerhomologe des Dextrans als Verdickungsmittel in Salben und kosmetischen Präparaten, als sog. Schwell Substanzen f r medizinische Zwecke usw. verwendet werden.