Verfahren zur Herstellung einer als Plasmaersatzmittel bestimmten wässerigen Injektionslösung. Es ist bekannt, dass gewisse 1Vlikroorganis- men aus Lösungen von Mono- und Disaecha- riden, und zwar sowohl aus natürlichen Lö sungen in Form von Beeren-, Frucht- oder Knollensäften als auch aus in Wasser gelösten 3<B>3</B> 1ono- und Disaeehariclen, z. B. aus Saeeha- roselösungen,
Polysaceharide, aufbauen kön nen. Beispielsweise können der Spaltpilz Leu conostoc mesenterioides und mit ihm nahe verwandte Organismen aus Saceharoselösun- gen das sogenannte Dextran aufbauen.
Weitere Polysaecharide dieser Art sind die Galactane und Lävulane usw., die aus CTalac- tose bzw. Fructose aufgebaut sind. Diese und andere bekannte komplexe Polysaceharide sind wasserunlöslieh oder nur teilweise lös lich. Die Molekulargewiehte dieser Körper liegen in der Grössenordnung von mehreren Millionen, wie im Zusammenhang mit vorlie gender Erfindung ausgeführte Bestimmungen des durchschnittlichen Molekulargewiehtes er geben haben.
Es ist bekannt., Polysaeeharide durch die Wirkung von Säuren zu hydrolysieren. Im Falle von Dextran z. B. wurde dabei bisher das Molekül völlig abgebaut, so dass bei die sem bereits bekannten Verfahren direkt Glu- kose erhalten wird.
Es wurden bisher als Plasmaersatzmittel schon Lösungen von Gummi arabikum, Poly- vinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Gelatine, Pektinstoffen u. a. vorgesehlagen. Diese Sub- stanzen wiesen bei der therapeutischen Ver wendung alle gewisse Nachteile auf, wie z. B. Schädigung der Gewebe der Leber, der Nie ren und anderer innerer Organe. Es treten bei der Applikation Beschwerden auf, die ihre Ursache darin haben, dass diese Stoffe vom Organismus nicht abgebaut oder abge schieden werden können, sondern sich in der Leber ansammeln, da diese Stoffe dem Or ganismus körperfremd sind.
Andere Sub stanzen, deren Lösungen die an ein Plasma ersatzmittel zu stellenden Anforderungen, wie L?bereinstimmung in der Viskosität und im k olloidosmotischen. Druck mit dem Blut plasma, erfüllen würden und die weniger kör perfremd sind, sind Lösungen gewisser neu traler Polymerer von Glukose, wie von Stärke und besonders von Glykogen, dem bekannten Kohlehydratreservestoff in der Leber des tie rischen und menschlichen Organismus. Diese Stoffe werden aber schnell von stärkeabbauen den Enzymen des menschlichen Organismus (Amylasen) abgebaut, weshalb sie als Plasma ersatz untauglich sind.
Es wurde nun gefunden, dass man durch eine zweckmässig geregelte hy drolytische Be handlung eine nur teilweise Depolymerisation von hochpolymeren, neutralen Polysacehari- den, wie z. B. von Dextran, Galactan, Lävulan usw., erzielen kann, so dass sogenannte Poly- mer-homologe (P. Karrer, Lehrbuch der or ganischen Chemie, 7.
Auflage, Seite 381) ge- bildet werden, das heisst Moleküle, die in der Hauptsache in der gleichen Weise wie die des Ausgangsmaterials aufgebaut sind, die aber ein anderes, in diesem Falle niedrigeres Mole- kulargewicht als dieses besitzen, und die bei spielsweise durch Dialyse oder durch Fällung mit Alkohol im gewünschten Masse von allzu niedrigen Abbauprodukten befreit werden können, wodurch eine teilweise depolymeri- sierte Substanz erhalten wird, die die für die Verwendung in Injektionsflüssigkeiten er wünschten Eigenschaften besitzt.
Diese neuen Stoffe, die allem Anschein nach aus einem Gemisch von Molekülen von etwas wechselndem Molekulargewicht beste hen, sind somit in Wasser vollständig löslich und liefern Lösungen, deren Viskositäten in nerhalb weiter Grenzen geändert werden kön nen. Die notwendige Voraussetzung zar Ver hinderung des bereits bekannten vollständi gen Abbaues des auf mikrobiologischem Wege gebildeten Ausgangsmaterials ist eine milde hydrolytische Behandlung.
. Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung einer als Plasmaersatzmittel bestimmten wässerigen In jektionslösung. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein hochpolymeres, neutrales Polysaccharid einer sauren teilwei sen Hydrolyse unterwirft, derart, dass ein im menschlichen Organismus schwer abbaubares, wasserlösliches Polymerhomologes des Poly- saccharides entsteht,
und dass man das so ge bildete Polymerhomologe unter Zusatz minde stens eines physiologisch geeigneten Salzes in eine solche wässerige Lösung überführt, wel che in bezug auf den kolloidosmotischen Druck und die Viskosität mindestens annä hernd dem Blutplasma entspricht.
Dabei werden die Bedingungen bei der Hydrolyse des Polysaccharides, wie besonders Temperatur, Zeitdauer und Säurekonzentra tion, vorteilhaft so gewählt, dass ein Polymer homologes entsteht, dessen 4prozentige wäs serige Lösung eine relative Viskosität, vergli chen mit Wasser - 1, zwischen 1,5 und 15 aufweist.
Eine 0,7prozentige wässerige Lö- sung eines Polymerhomologen mit diesen Vis- kositätswerten besitzt im allgemeinen eine Sedimentationskonstante (durch Ultrazentri fuge nach Svedberg ermittelt) zwischen 1,5.10-13 und 20.10-z3 sowie eine Diffu sionskonstante zwischen 0,2.
10-7 und 8.10-7, während der kolloidosmotische Druck einer 6prozentigen wässerigen Lösung eines solchen Polymerhomologen zwischen 50 und 1000 mm Wassersäule liegt.
Als hochpolymere Polysaccharide kommen für das erfindungsgemässe Verfahren in er ster Linie Dextran, Galactan und Lävulan in Frage. Das Dextran beispielsweise besitzt die allgemeine Formel (CEH1o0,)n, wobei n eine grosse ganze Zahl bedeutet;
man stellt sieh vor, dass ein Polysaccharidmolekül, wie das des Dextrans, aus einzelnen, glukosidisch zu langen Ketten aneinander gereihten Glukose- resten (a-CTluko-Pyranose-Einheiten) besteht, indem dabei die C-Atome 1 und 6 zweier be nachbarter Gliikosereste im Prinzip der Glukosidbindung miteinander verbunden sind.
Wegen seines hohen Molekulargewichtes und seiner nur unvollkommenen Löslichkeit in Wasser weist Dextran eine gallertige oder schleimige Beschaffenheit auf.
Als physiologisch geeignetes Salz kann vorteilhaft Kochsalz verwendet werden. Wegen ihrer Umgiftigkeit und ihrer in an derer Hinsicht günstigen physiologischen Ei genschaften sind diese Polymerhomologen von Polysacchariden, wie von Dextran, Lävulan, Galactan usw., für den vorliegenden Zweck ganz besonders geeignet. Gegebenenfalls kön nen den Injektionslösungen noch gegen die Saccharide indifferente, therapeutisch wirk same Substanzen einverleibt werden.
Die wichtigste Eigenschaft. dieser gelösten Poly- merhomologen für den Zweck des Plasma ersatzes ist ihre Fähigkeit, Wasser zu binden, was dadurch erwiesen ist, dass nach der In jektion der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Lösungen mit rieh- tiger Dosierung der Polymerhomologen eine deutliche und dauernde Herabsetzung der hämatokritischen Werte erfolgt.
Die für den Hydrolysegrad massgebenden Faktoren, wie Dauer der Hydrolyse, Tem peratur und Säurekonzentration, können in nerhalb recht weiter Grenzen geändert wer den, hängen aber weitgehend voneinander ab, das heisst eine niedrige Säurekonzentration erfordert z. B. eine lange Ilydrolysierzeit oder hohe Temperatur und umgekehrt. So können Temperaturen von 30 bis 150 C und Zeiten von wenigen Minuten bis 24 Stunden mit Säuregraden von 10-normal bis 10-4-normal kombiniert werden. Produkte, die bei einer Konzentration von 4 % in Wasser eine relative Viskosität, ver glichen mit Wasser - 1, von 3,5 bis 7,5 auf weisen, sind für den vorliegenden Zweck be sonders geeignet.
In bezog auf die physiologischen Eigen schaften der Produkte ist folgendes zu erwäh nen: Eine intravenöse Verabreichung von Lö sungen von Dextran oder anderer Polysaccha- ride oder von Hydrolyseprodukten davon hat sehr verschiedene Wirkungen je nach dem Molekulargewicht der gelösten Substanz und folglich auch je nach der Viskosität. Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass das Dextran, Lävulan, Galactan usw. bzw.
deren Hydrolysate in bezog auf die Grösse der Moleküle, das heisst das Molekulargewicht, nicht gleichmässig sind. Sehr hochmolekulare Produkte können, wenn sie intravenös verwendet werden, beson ders die Leber und die deren schädigen, wo bei die auftretenden Gewebesehädigungen im :Mikroskop feststellbar sind. Ein allzu niedermolekulares Poly saeeha- ridhydrolysat in Lösung erfüllt dagegen nicht. die an einen Ersatz für Blutplasme zu stellen den Anforderungen.
Es hat. die physikalischen Eigenschaften verloren, die für ein Plasma- ersatzmittel notwendig sind, und seine Mole küle sind so klein, dass sie schnell durch die Kapillaren der Gewebe und der Membrane des Nierensystems in den Harn übergehen. Lösungen, welche Molekülgrössen innerhalb solcher Grenzen enthalten, dass äie dem Blut plasma in bezog auf kolloidosmotisehen Druck und Viskosität entsprechen, erfüllen dagegen sehr gut. die an einen Plasmaersatz zu stellen den Anforderungen, vorausgesetzt, dass sie gut gereinigt. worden sind.
Die Polymerhomologen in den nach dem erfixidungsgemässen Verfahren hergestellten Lösungen sind dem Organismus nun weniger fremd als irgendein anderer als Plasma ersatz bereits vorgeschlagener Stoff. Obwohl zwar z. B. ein Polymerhomologes von Dextran im menschlichen Körper nicht vorkommt, so ist es doch als Plasmaersatz brauchbar, da es ähnlich wie Glykogen ganz aus Glukose aufgebaut ist.
Die in den nach dem erfin dungsgemässen Verfahren hergestellten In jektionslösungen enthaltenen, teilweise de- polymerisierten Polysaccharide werden im Ge gensatz zu Stärke und Glykogen im mensch lichen Organismus von Amylasen nur sehr langsam angegriffen und abgebaut. Diese Stoffe bilden keine Gifte und verursachen keine anaphylaktischen Zustände. Die Poly- merhomologen werden im Organismus teil weise zu Glukose abgebaut und als solche ver braucht oder zum Teil in Moleküle mittlerer Grösse abgebaut, die den Körper durch das Nierensystem verlassen können.
Die Geschwin digkeit .dieses fermentativen Abbaues ist bei nahe ideal; eine therapeutische Dosis bleibt etwa so lange zurüek, als erforderlich ist, um bei Behandlung von Sehoekwirkungen, die bei grösseren Brandwunden, Quetschungen, Bein brüchen usw. auftreten, die erwünsehte thera- peutiseheWirkung zur vollen Geltung zit bringen.
<I>Beispiel 1:</I> Zu 600 cms einer 3,5prozentigen wässe rigen Lösung von auf mikrobiologischem Wege erhaltenem Dextran werden 5 em3 kon zentriertes HCl gegeben, und die Lösung wird 2 Minuten unter Rückfloss gekocht, wo nach sie abgekühlt und mit. konzentrierter Na0H-Lösiuig neutralisiert wird. Aus der Lö sung des so teilweise depoly merisierten Poly- inerliomolo-en von Dcxtran wird dieses mit z.
B. dem doppelten Voliunen 95prozentigen Alkohols gefällt. Die alkoholhaltige Fällung v,-ird in destilliertem Wasser auf geeignete Konzentration gelöst und 24 Stunden in einem Collodium- oder Azetatzellstoffsack gegen de stilliertes Wasser dialysiert. Der Lösung wird so viel NaCl zugesetzt, dass ihre Konzen tration an diesem Salz 0,9% beträgt.
In dieser Weise wird eine Lösung mit den fol genden Merkmalen hergestellt: Die Lösung enthält 6,5 % eines teilweise hydrolysierten Dextrans, sie besitzt neutrale Reaktion, ihr kolloidosinotischer Druck beträgt 450 mm Wassersäule und ihre relative Viskosität (Wasser - 1) ist 6,2.
(Der kolloidosmo- tische Druck wird mit einem Onkometer nach Krogh und Nakazawa und die Viskosität mit einem Viskosimeter nach Ostwald gemessen.) Diese Lösung kann als Injektionsflüssigkeit zur Schocklinderung sofort verwendet werden.
Beispiel <I>2:</I> Auf mikrobiologischem Wege erhaltenes Dextran wird durch Wiederfällung mit Al kohol gereinigt und das gefällte Dextran im Vakuiun bei 65 C getrocknet. 5 kg des trocke nen Produktes werden in 60 Liter Wasser ge löst und die Lösung auf 85 C erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten. Hierauf wer den 1,45 Liter 5n-HCl zugefügt, und nach 20 Minuten wird die für die Neutralisation berechnete Alkalimenge zugesetzt.
Der Zusatz sowohl der Säure als des Alkalis erfolgt un ter kräftigem Umrühren. Der pH-Wert der Lösung darf nie 7,0 überschreiten. Dann wer den 20 Gramm eines Adsorptions- und Fil- triermittels aus Kieselgur zugefügt und die Lösung durch eine 1 cm dicke Schicht dieses Adsorptionsmittels filtriert.
Dem Filtrat wer den 180 Gramm eines Adsorptionsmittels aus Asbest zugesetzt, wonach wieder gekocht und filtriert wird. Schliesslich werden 600 ein' einer Aliuniniumhydroxydsuspension und 60 Gramm Chlornatriiun zugesetzt, wonach das Gemisch wieder gekocht und filtriert wird. Die auf diese Weise erhaltene gereinigte Lö.
sung wird mit Alkohol gefällt und die Fällung im Vakuum getrocknet. Das auf diese Weise erhaltene trockene Depolyinerisationsprodukt wird in 3prozenti- ger Ni aCl-Lösung auf eine Konzentration von 6 ö. Dextran gelöst. Diese Lösung besitzt eine relative Viskosität (Wasser - 1) von etwa 5,5.
Zur Erhöhung der Haltbarkeit wird Tri- kresol oder ein anderer bekannter, die Bakte rienwirkung herabsetzender Stoff zugesetzt, wonach die Lösung durch ein Glasfilter ge eigneter Porosität filtriert und. 20 Minuten bei l20 C sterilisiert wird. Die Lösung ist jetzt gebrauchsfertig.
Process for the preparation of an aqueous injection solution intended as a plasma substitute. It is known that certain microorganisms are produced from solutions of mono- and disaecharides, specifically both from natural solutions in the form of berry, fruit or tuber juices and from 3 3 3 dissolved in water > Mono- and disaeehariclenes, e.g. B. from Saeeharrose solutions,
Polysaceous resins. For example, the fission fungus Leu conostoc mesenterioides and organisms closely related to it can build up what is known as dextran from Saceharose solutions.
Further polysaccharides of this type are the galactans and levulans, etc., which are made up of C talactose or fructose. These and other known complex polysaccharides are insoluble in water or only partially soluble. The molecular weights of these bodies are in the order of magnitude of several million, as determined in connection with the present invention of the average molecular weight.
It is known to hydrolyze polysaccharides by the action of acids. In the case of dextran e.g. For example, the molecule has so far been completely broken down, so that glucose is obtained directly with this already known method.
Solutions of gum arabic, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, gelatin, pectin substances and the like have been used as plasma substitutes. a. suggested. These substances all had certain disadvantages when used therapeutically, such as: B. Damage to the tissues of the liver, kidneys and other internal organs. During the application, complaints arise that are caused by the fact that these substances cannot be broken down or separated by the organism, but rather accumulate in the liver, since these substances are foreign to the organism.
Other substances, the solutions of which meet the requirements to be placed on a plasma substitute, such as matching in viscosity and colloid osmotic. Pressure with the blood plasma, and which are less foreign to the body, are solutions of certain neutral polymers of glucose, such as starch and especially glycogen, the well-known carbohydrate reserve in the liver of the animal and human organism. However, these substances are quickly broken down by the enzymes of the human organism (amylases) that break down starch, which is why they are unsuitable as plasma substitutes.
It has now been found that an expediently regulated hydrolytic treatment is only a partial depolymerization of high-polymer, neutral polysaccharides, such as. B. of dextran, galactan, levulan etc., so that so-called polymer homologues (P. Karrer, textbook of organic chemistry, 7.
Edition, page 381), that is, molecules that are mainly built up in the same way as that of the starting material, but which have a different, in this case lower molecular weight than this, and which, for example, by Dialysis or by precipitation with alcohol to the desired extent can be freed from degradation products that are too low, as a result of which a partially depolymerized substance is obtained which has the properties desired for use in injection liquids.
These new substances, which appear to consist of a mixture of molecules of slightly changing molecular weight, are therefore completely soluble in water and provide solutions whose viscosities can be changed within wide limits. The necessary requirement to prevent the already known complete degradation of the starting material formed by microbiological means is a mild hydrolytic treatment.
. The present invention now relates to a method for producing an aqueous injection solution intended as a plasma substitute. This process is characterized in that a highly polymeric, neutral polysaccharide is subjected to acidic partial hydrolysis in such a way that a water-soluble polymer homologue of the polysaccharide that is difficult to degrade in the human organism is formed,
and that the polymer homolog thus formed is converted into an aqueous solution with the addition of at least one physiologically suitable salt which corresponds at least approximately to the blood plasma in terms of colloid osmotic pressure and viscosity.
The conditions for the hydrolysis of the polysaccharide, such as temperature, duration and acid concentration, are advantageously chosen so that a homologous polymer is formed, the 4 percent aqueous solution of which has a relative viscosity, compared with water - 1, between 1.5 and 15 has.
A 0.7 percent aqueous solution of a polymer homologue with these viscosity values generally has a sedimentation constant (determined by ultracentrifuge according to Svedberg) between 1.5.10-13 and 20.10-z3 and a diffusion constant between 0.2.
10-7 and 8.10-7, while the colloid-osmotic pressure of a 6 percent aqueous solution of such a polymer homologue is between 50 and 1000 mm water column.
Highly polymeric polysaccharides for the process according to the invention are primarily dextran, galactan and levulan. The dextran, for example, has the general formula (CEH1o0,) n, where n is a large integer;
One imagines that a polysaccharide molecule, like that of dextran, consists of individual glucose residues (a-C-luco-pyranose units) lined up in long chains with glucosides, with the carbon atoms 1 and 6 of two neighboring glucose residues are linked together in the principle of glucoside binding.
Because of its high molecular weight and its incomplete solubility in water, dextran has a gelatinous or slimy nature.
Common salt can advantageously be used as the physiologically suitable salt. Because of their toxicity and their physiological properties which are favorable in other respects, these polymer homologues of polysaccharides, such as of dextran, levulan, galactan, etc., are particularly suitable for the present purpose. If necessary, therapeutically effective substances which are indifferent to the saccharides can also be incorporated into the injection solutions.
The most important property. of these dissolved polymer homologues for the purpose of plasma replacement is their ability to bind water, which is proven by the fact that after the injection of the solutions prepared by the process according to the invention with correct dosage of the polymer homologues, a clear and lasting reduction in the hematocritical Values takes place.
The decisive factors for the degree of hydrolysis, such as the duration of hydrolysis, Tem temperature and acid concentration, can be changed within quite wide limits who, but largely depend on each other, that is, a low acid concentration requires z. B. a long Ilydrolysierzeit or high temperature and vice versa. Temperatures from 30 to 150 C and times from a few minutes to 24 hours can be combined with degrees of acidity from 10-normal to 10-4-normal. Products which, at a concentration of 4% in water, have a relative viscosity, compared with water - 1, of 3.5 to 7.5 are particularly suitable for the present purpose.
With regard to the physiological properties of the products, the following should be mentioned: An intravenous administration of solutions of dextran or other polysaccharides or of hydrolysis products thereof has very different effects depending on the molecular weight of the dissolved substance and consequently also depending on the viscosity . It should be noted in this context that the dextran, levulan, galactan etc. resp.
whose hydrolysates are not uniform in relation to the size of the molecules, i.e. the molecular weight. If used intravenously, very high molecular weight products can especially damage the liver and its liver, where the tissue damage that occurs can be detected under the microscope. On the other hand, an excessively low molecular weight poly acidic acid hydrolyzate in solution is not sufficient. the requirements to be met by a replacement for blood plasma.
It has. lost the physical properties necessary for a plasma substitute and its molecules are so small that they are quickly transferred to the urine through the capillaries of the tissues and membranes of the renal system. Solutions which contain molecular sizes within such limits that they correspond to the blood plasma in terms of colloid osmotic pressure and viscosity, on the other hand, perform very well. the requirements to be met by a plasma substitute, provided that they are well cleaned. have been.
The polymer homologues in the solutions produced by the process according to the invention are now less foreign to the organism than any other substance already proposed as a plasma replacement. Although z. If, for example, a polymer homologue of dextran does not exist in the human body, it can still be used as a plasma substitute, since, like glycogen, it is composed entirely of glucose.
In contrast to starch and glycogen in the human organism, the partially depolymerized polysaccharides contained in the injection solutions produced by the method according to the invention are only very slowly attacked and broken down by amylases. These substances do not form poisons and do not cause anaphylactic states. The polymer homologues are partly broken down into glucose in the organism and consumed as such or partly broken down into molecules of medium size that can leave the body through the kidney system.
The speed of this fermentative degradation is almost ideal; a therapeutic dose remains about as long as is necessary to bring the desired therapeutic effect to full effect in the treatment of visual effects that occur in large burns, bruises, broken legs, etc.
<I> Example 1: </I> To 600 cms of a 3.5 percent aqueous solution of microbiologically obtained dextran are added 5 cubic meters of concentrated HCl, and the solution is refluxed for 2 minutes, where it is cooled and with . concentrated NaOH solution is neutralized. From the solution of the partially depoly merized Poly- inerliomolo-en from Dcxtran this is z.
B. like the double volume of 95 percent 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 of this salt is 0.9%.
In this way, a solution is prepared with the following features: The solution contains 6.5% of a partially hydrolyzed dextran, it has a neutral reaction, its colloidosinotic pressure is 450 mm water column and its relative viscosity (water - 1) is 6.2 .
(The colloid osmotic pressure is measured with an oncometer according to Krogh and Nakazawa and the viscosity with a viscometer according to Ostwald.) This solution can be used immediately as an injection liquid to relieve shock.
Example <I> 2: </I> Dextran obtained by microbiological means is purified by reprecipitation with alcohol and the precipitated dextran is dried in vacuo at 65.degree. 5 kg of the dry product are dissolved in 60 liters of water and the solution is heated to 85 ° C. and kept at this temperature. Then the 1.45 liters of 5N HCl are added, and after 20 minutes the amount of alkali calculated for the neutralization is added.
Both the acid and the alkali are added under vigorous stirring. The pH of the solution must never exceed 7.0. Then 20 grams of an adsorbent and filter agent made from kieselguhr are added and the solution is filtered through a 1 cm thick layer of this adsorbent.
180 grams of an asbestos adsorbent is added to the filtrate, which is again boiled and filtered. Finally, 600 liters of aluminum hydroxide suspension and 60 grams of sodium chloride are added, after which the mixture is boiled again and filtered. The purified Lö obtained in this way.
Solution is precipitated with alcohol and the precipitate is dried in vacuo. The dry depolymerization product obtained in this way is dissolved in 3% Ni aCl 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 known substance which reduces the effect of bacteria is added, after which the solution is filtered through a glass filter of suitable porosity and. Is sterilized for 20 minutes at 120 C. The solution is now ready to use.