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.
Process for the preparation of a completely water-soluble polymer homologue of dextran.
Because of their non-toxicity and their physiological properties, which are favorable in other respects, are suitable, as has been found, high molecular weight polysaccharidic substances, so-called. Polymer homologues of Dextran, LÏvulan, Galactan etc., as they can be produced from these substances, especially as an additive to saline solutions, which are used as injection liquids to replace blood and blood plasma. These polymer homologues can be used for injections either alone or in combination with indifferent substances.
Their most important feature in this regard, namely their water-binding ability, is shown in the fact that, after they have been injected in the correct dose, there is a clearly perceptible and permanent reduction in the hematocritical values.
It is known that neutral, imperfectly water-soluble polysaccharides, such as Dex tran, Lävulan, Galactan, can be isolated from products which have been isolated by microbiological processes from solutions of mono- or disaecharides, e.g. B. sucrose, both from natural solutions in the form of berry, fruit or tuber juices as well as from artificially prepared aqueous solutions.
For example, Leu conostoe mesenterioides and related organisms can build up Dex tran from solutions of Saechariden. The chemical formula of dextran is given in the literature as (C6H10O5) n, where n is an integer; this polysaccharide is made up of glucose residues (a-gluco-pyranose units), which are lined up in long chains by means of glucoside bonds, in particular due to the carbon atoms 1 and 6.
Determinations of the average molecular weight of dextran carried out in connection with the present invention have shown that the molecular weight must be regarded as being several million.
Because of its high molecular weight and its only imperfect solubility in water, dextran has a gelatinous or slimy texture. It is known to hydrolyze polysaccharides through the action of acids. In the case of dextran, the molecule has so far been completely broken down, so that glucose is obtained directly in this already known process. During the breakdown of polysaccharides composed of pentose residues, e.g. B. from pen tosain, pentose is obtained in the same way.
However, it has been found that an appropriately regulated hydrolytic treatment can only partially depolymerize the dextran molecule, so that so-called polymer homologs are formed (P. Karer, Textbook of the Org. Chemistry, 7th edition, page 381) be, d. H.
Molecules which are mainly built up in the same way as those of the starting material, but which have a different, in this case lower molecular weight than this, and which are freed from degradation products that are too low to the desired extent by dialysis or by precipitation with alcohol can, thereby obtaining a partially depolymerized substance having the properties desired for use in injection liquids. A similar result is achieved in the same way with, for example, Levulan and Ga. Laotan.
These new substances, which essentially consist of a mixture of molecules of varying molecular weight, are completely soluble in water and provide solutions whose viscosities can be changed within wide limits. The necessary prerequisite for preventing the already known complete thawing of the starting material formed by microbiological means is a "mild" hydrolytic treatment.
The present patent relates to a process for the production of a completely water-soluble polymer homologue of dextran with a medium degree of polymerization from dextran, which is characterized in that the high-polymer starting material is subjected to an acidic partial hydrolysis under such conditions that the polymer homologue of dextran obtained is 4% aqueous solution has a relative viscosity, compared with water = 1, between 1.5 and
15 has.
The reaction conditions, in particular the temperature, duration and
Acid concentration during hydrolysis can be chosen within quite wide limits in order to achieve the result mentioned, although there is a certain dependency between the individual factors.
A low acid concentration requires a relatively long hydrolysis time and / or a high temperature. A high acid concentration, on the other hand, requires a relatively short hydrolysis time and / or a low temperature. This can be seen from the following Tables I-III, which show some examples of how the
Viscosity of the hydrolysis product is influenced by these factors. In this case, the hydrolysis was carried out with hydrochloric acid on a starting material which consisted of an 8% strength solution of dextran. After the hydrolytic treatment, the degradation product was precipitated with alcohol, dried and made into one in water
6% solution dissolved.
Table I. Effect of Md! EfMermemci! Er <SaMfe / eoMeMratoK.
Hydrolysis time Temperature Concentration of HCl Relative viscosity of a 6% solution
20 minutes 87¯ C 0.080-n 9, 0 20 Xinuben 8'7 C 0, 100-n 7, 2
20 minutes 87¯ C 0.120-n 5, 4
20 minutes 87¯ C 0.140-n 3, 3 Table II. Effect of changes in hydrolysis time
Time Minutes Temperature Concentration of HCl Relative viscosity of a 6% solution
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 Table III. Effects of changes in hydrolyzing temperature
Time Minutes Temperature Concentration of HCl Relative viscosity of a 6% solution
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
The above numbers clearly indicate the direction in which each of these three main factors affect hydrolysis.
It is of course possible to obtain hydrolysis products of the property mentioned by using extremely high or low values for one of these factors, if the other two are adjusted accordingly. Temperatures from 30 to 150 "C and times from a few minutes to 24 hours can thus be combined with degrees of acidity from 10-n to extremely low values (0, 0001-n).
The polymer homologues of dextran obtained by the process according to the invention show sedimentation constants (determined by the ultracentrifuge according to Svedberg) of 1.5 M-is to 20.10% at a concentration of 0. 70% (in aqueous solution). 13 and diffusion constants within the limits 0, 2. 10-7 and 8.10-7. The colloid osmotic pressure of these polymer homologues was between 50 and 1000 mm water column for 6% aqueous solutions.
Products which, at a concentration of 4%, have a relative viscosity, compared to water == 1, of about 3.5 to 7.5 are particularly suitable for therapeutic use. The sedimentation constant for long molecules depends on the concentration insofar as it increases with decreasing concentration of the high molecular weight substance: however, it is not a linear function of the concentration.
The curves in the accompanying drawing show schematically the relationship between concentration and relative viscosity in the case of dextran and various partially hydrolyzed products obtained therefrom (polymer homologues of dextran). The values of the relative viscosity (water = 1) are plotted on the ordinate axis and the values of the concentration of the solution in percent are plotted on the abscissa axis. Curve I corresponds to non-hydrolyzed dextran.
The curves II-V represent some solutions of partially hydrolyzed dextran. Corresponding viscosity curves for other dextrant hydrolyzates prepared according to the invention can be obtained with reasonable accuracy by interpolating these curves if the viscosity for a single concentration value is known.
With regard to the physiological properties of the products, the following should be mentioned:
Intravenous administration of solutions of dextran or hydrolysis products thereof has very different effects depending on the mean molecular weight of the dissolved substance and consequently also depending on the viscosity. It should be noted in this context that the dextran, or its hydrolysates, in relation to the size of the molecules, i. H. the molecular weight, are not uniform.
If they are used intravenously, very high molecular weight products can damage the liver and kidneys in particular, and the tissue damage that occurs can be detected under the microscope.
An excessively low molecular weight dextran hydrolyzate in solution, on the other hand, does not meet the requirements for a replacement for blood plasma. It has lost the physical properties necessary for a plasma substitute, and its molecules are so small that they quickly pass through the capillaries of the tissues and membranes of the renal system into the urine.
Solutions which contain molecular sizes within those limits as they correspond to the products produced by the process according to the invention, on the other hand, very well meet the requirements to be placed on a plasma substitute, provided that they contain no impurities.
Example 1.
5 cm3 of concentrated HCl were added to 600 cm3 of a 3.5% aqueous solution of dextran, and the solution was refluxed for two minutes, after which the solution was cooled and treated with concentrated NaOH. Solution was neutralized.
800 cm3 of alcohol (95%) were then added with stirring; whereby the high molecular weight decomposition products formed a white precipitate. This precipitate was dissolved in water and dialyzed against water in a dialysis sack made of collodion or acetate cellulose in order to remove low-molecular substances, especially alcohol. The solution of the high-molecular hydrolysis products of dextran was tested with regard to its physicochemical properties.
The relative viscosity was 13.4 at a concentration of 8.867% and 9.9%. at a concentration of 7.25% '. The sedimentation constant was calculated to be 2.7.10-13 at a concentration of 0.72% in the ultracentrifuge. The value of 2.010-7 was found for the diffusion constant both at a concentration of 0.36% and at a concentration of 0.72%. In this area, no change in the last tere constant can be observed.
Example?.
30 liters of concentrated HCl were added to 450 cm3 of a 3.5% strength aqueous dextran solution. The solution was refluxed for six minutes, cooled and neutralized with concentrated NaOH solution. The solution was dialyzed against water for 24 hours in a dialysis bag, as mentioned in Example 1, after which the solution was evaporated in vacuo (30 ° C.) to a volume of 72 cm. At a concentration of 4%, this solution had a relative viscosity of 1, 5 on.
Example 3.
Dextran was purified by reprecipitation with alcohol and the precipitated dextran was dried in a vacuum at 65.degree. 5 kg of the dry product are dissolved in 001 water, and the solution is heated to 85¯C and kept at this temperature. 1.45 l of 5N HCl were then added, and after twenty minutes the amount of alkali calculated for the neutralization was added. Both the acid and the alkali are added while stirring vigorously. The pH of the solution was always kept below 7.0. Then 20 g of an adsorbent and filter agent made of kieselguhr were added and the solution was filtered through a 1 cm thick layer of this adsorbent.
180 g of an asbestos adsorbent was added to the filtrate, followed by boiling and filtering again. Finally, 600 cc of an aluminum hydroxide suspension and 60 g of sodium chloride were added, after which the mixture was boiled again and filtered. The purified solution obtained in this way was precipitated with alcohol and the precipitate was dried in vacuo.
For the production of injection liquids from according to the invention, for. B. in the manner described in the previous examples, obtained hydrolysis products can be proceeded in the following way: a) The dry depolymerization product obtained according to Example 3 is dissolved in 3% NaCl solution to a concentration of 6% dextran. This solution has a relative viscosity (water = 1) of about 5.5. To increase the shelf life, tricresol or another substance that reduces the effects of bacteria is added, after which the solution is filtered through a glass filter of suitable porosity and sterilized at 120 C for twenty minutes.
The solution is now ready to use. b) From a solution of a partially depolymerized, z. In approximately the same way as in example] or 2 obtained polymer lomologues of dextran this is treated with e.g. B. like twice the volume of 95% alcohol. The alcohol-containing precipitate is dissolved in distilled water to a suitable concentration and dialyzed against distilled water in a collodion or acetate cellulose sack for 24 hours.
Sufficient NaCl is added to the solution so that its concentration is 0.9%. In this way, a solution is produced with the following features: The solution contains 6.5% of a partially hydrolyzed dextran, it has a neutral reaction, its colloid osmotic pressure is 450 mm water column and its relative viscosity (water = 1) is 6.2.
The liolloid osmotic pressure is measured with an onkometer according to Krogh and Nakazawa and the viscosity with a viscometer according to Ostwald.) This solution can be used immediately as an injection fluid for shock relief.
In comparison with previously proposed plasma substitutes such as gum arabic, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, gelatin,
Pectin, etc., the solutions of polymer homologues of polysaccharides have certain and distinct advantages. The therapeutic use of the known substances listed has always been associated with certain disadvantages, such. B. damage to the tissues of the liver, kidneys and other internal organs as well as complaints that have their cause in it, cannot be broken down or separated from oranism, but z. B. be accumulated in the liver. In general, this can be attributed to the fact that these substances are "foreign" to the organism.
A polymer homologue of dextran is also a substance that does not occur in the human organism, but it is less "foreign" than any other substance that has already been proposed as a plasma substitute because it is made up entirely of glucose The fact that partially depolymerized dextran is a high molecular weight substance does not speak against its usefulness. A very high molecular weight polymer of glucose is also found in glycogen, a substance found in the body. Known neural polymers of glucose, such as starry and the mentioned glycogen, become quickly degraded by the starch-decomposing enzymes of the human organism, which is why they are unsuitable as plasma substitutes.
The polymer homologue of dextran prepared according to the invention, on the other hand, is only very slowly attacked and degraded by amylases.
The partially depolymerized dextran produced by the process according to the invention does not form any poisons and does not cause anaphylactic conditions. It is partly broken down into glucose in the organism and used as such or partly broken down into molecules of medium size, which can leave the body through the kidney system. The speed of this fermentative breakdown is almost ideal, with a therapeutic dose remaining just about as long as is necessary to treat shock effects, such as in the case of larger burns. Bruises, broken legs, etc. occur. to bring the desired therapeutic effect to full advantage.
In addition to the production of physiological injection liquids, where it serves as a regulator of viscosity and colloid osmotic pressure, the polymer homologue of dextran obtained according to the invention can be used as a thickener in ointments and cosmetic preparations, as so-called swelling substances for medical purposes, etc.