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Die
Erfindung betrifft eine medizinische Einrichtung und ein Verfahren
zu ihrer Herstellung.
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Medizinische
Einrichtungen in Form von Implantaten oder Kathetern sind aus dem
Stand der Technik zahlreich bekannt. Implantate in Form von Stents
und Kathetern zur perkutanen, transluminalen Koronarangioplastie
(PTCA-Katheter) werden mit Hilfe von endovaskulären Techniken
in Blutgefäße eingesetzt, um Engpässe
zu beseitigen. In jedem Fall sollen sie das Gefäß,
in das sie eingesetzt werden, durchgängig machen.
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Eine
häufige Komplikation bei einer Stentimplantation oder Ballondilatation
ist die so genannte Restenose, d. h. der Wiederverschluss des Gefäßes
nach der Dilatation eines Gefäßes und/oder dem
Einsetzen eines Stents. Die Restenose beruht auf der Proliferation
von Zellen, insbesondere glatten Muskelzellen, die sich auf der
Innenwand des Gefäßes ansiedeln und dazu führen,
dass sich das freie Lumen des Gefäßes erneut verengt.
Bei übermäßiger Zellanlagerung kann dies
insbesondere im Koronarbereich zu lebensbedrohlichen Situationen
führen.
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Ein
Grund für die Restenose ist die nach der Ballondilatation
und/oder Stentimplantation häufig auftretende Verletzung
des Endotheliums mit entsprechenden Entzündungsreaktionen
und einer Ausschüttung von Wachstumsfaktoren, die die Zellproliferation
fördern. Die Verletzungen der Gefäßwand
rühren vor allem daher, dass der Ballon oder Stent bei
den herkömmlichen Ballondilatationstechniken bzw. bei den
herkömmlichen Implantationstechniken mit erheblichen Drücken
an und in die Gefäßwand gepresst wird, um das
Gefäß auf diese Weise auf ein zuträgliches
Lumen aufzuweiten. Diese ballondruckbedingten Gefäßwandverletzungen
und die damit verbundenen entzündlichen Erscheinungen führen
zu einer vermehrten Ausschüttung von Wachstumsfaktoren,
was eine verstärkte Proliferation der glatten Muskelzellen
zur Folge hat. Damit kommt es schon kurzfristig zu einem erneuten
Verschluss des Gefäßes aufgrund unkontrollierten
Wachstums.
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Derzeit
wird davon ausgegangen, dass die Restenose maßgeblich durch
die Umstände in den ersten Wochen nach der Dilatation/Implantation
bestimmt wird. Mit der Abheilung der implantationsbedingten Wunden
in der Gefäßwand klingen die entzündlichen
Erscheinungen und die Ausschüttung der Wachstumsfaktoren ab.
Die Zellproliferation kommt zum Stillstand. Allerdings sind die
zu diesem Zeitpunkt bereits gebildeten Zellschichten weiterhin Ansatzpunkt
für erneute Ab- und Anlagerungen, die zu einem langfristigen
Restenoseprozess führen können.
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Es
gibt eine Reihe von Ansätzen, um das Problem der Restenose
zu lösen, indem zusätzlich zur Ballondilatation
ein Stent gesetzt wird. Auch hier entstehen jedoch Restenosen.
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Auf
rein mechanischer Seite wird der Stent allseitig mit einer sehr
sorgfältigen Politur geglättet, um die Anlagerung
von Zellmaterial und die Verletzung des Endotheliums durch Rauhigkeiten
und Grate zu unterbinden. Diese Methode bringt einigen Erfolg, wobei
jedoch eine gewisse Restenoserate im Bereich von etwa 15% bislang
nur schwer unterschritten werden kann.
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Man
hat vergeblich versucht, das Problem der thrombosebedingten Restenose
durch die Ausstattung der Stents mit Heparin zu lösen,
siehe J. Whöne et al., European Heart Journal 2001,
11, 1808–1816. Heparin adressiert als Antikoagulanz
nur die thrombosebedingte Restenose und kann darüber hinaus
nur in Lösung seine volle Wirkung entfalten. Hier hat sich
eine medikamentöse Behandlung durchgesetzt.
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Erste
Versuche, die neointimale Proliferation durch Beschichten der Stents
zu verhindern, bleiben zumeist ohne durchschlagenden Erfolg. Weder
eine Beschichtung mit Gold noch eine Siliciumcarbid- oder Carbonbeschichtung
gab bislang eindeutige Ergebnisse.
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Es
wurde auch versucht, Stents und PTCA-Katheter mit proliferationshemmenden
Medikamenten auszurüsten, um der Zellproliferation entgegenzuwirken.
Bekannte Mittel hierfür sind Paclitaxel und Rapamycin. Damit
ausgerüstete Stents und PTCA-Katheter haben derzeit eine
günstigere Restenoserate als polierte Stents oder nicht
beschichtete PTCA-Katheter.
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Die
US-A-5,891,108 offenbart
einen hohl ausgeformten Stent, welcher in seinem Innern pharmazeutische
Wirkstoffe enthält, welche durch eine Vielzahl von Öffnungen
im Stent freigesetzt werden. Die
EP-A-1 127 582 beschreibt eine andere Variante
eines Stents, der zur Aufnahme eines Wirkstoffes geeignet ist. Medikamenthaltige
Stentbeschichtungen sind beispielsweise aus
WO 95/03036 A bekannt, wo
insbesondere Paclitaxel enthaltende Beschichtungen beschrieben sind.
Die
DE-10244847 A1 beschreibt
einen PTCA-Katheter der mit Paclitaxel beschichtet wurde.
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Derartig
ausgerüstete Stents sind konstruktionsbedingt Wirkstoffreservoire,
die den pharmazeutischen Wirkstoff punktuell in hoher Konzentration
und über einen relativ langen Zeitraum freisetzen. Beschichtete PTCA-Katheter
sind konstruktionsbedingte Beschichtungen die Paclitaxel oder andere
Medikamente direkt an die Gefäßwand abgeben.
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Während
nicht proliferationshemmend ausgerüstete Stents innerhalb
weniger Monate mit einer schützenden Zellschicht bedeckt
werden, wirken proliferationshemmende Medikamente, beispielsweise
Rapamycin und Paclitaxel, diesem Heilmechanismus entgegen. Dies
führt dazu, dass die glatten Muskelzellen nicht mehr oder
nur sehr verzögert in der Lage sind, den Stent zu umhüllen.
Daher ist der Stent viel länger dem Blut ausgesetzt, was
wieder vermehrt zu Gefäßverschlüssen
durch Thrombosen führt, siehe F. Liestro, A. Colombo, „Late
Acute Thrombosis after Paclitaxel Elluting Stent Implantation",
Heart 2001,86, 262–264. Die dadurch künstlich
verlängerte Einheilungszeit stellt eine mehr oder weniger
offene Wunde in der Gefäßwand dar, die leicht
zu Gerinnseln und Thrombosen führen kann. So sind Thrombosen
noch ein Jahr nach dem erfolgreichen und komplikationslosen Einsatz
von medikamentbeschichteten Stents beobachtet worden, E.
Mc Fadden et al., Lancet 2004, 364, 1519–1521.
Ferner scheinen nach jüngsten Erkenntnissen mit proliferationshemmenden Medikamenten
beschichtete Implantate das Risiko von Herzanfällen deutlich
zu erhöhen. Im Bereich der beschichteten PTCA-Ballonkatheter
mit Paclitaxel oder Rapamycin sind noch keine Langzeitstudien veröffentlicht worden.
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Hinzu
kommt bei mit Medikamenten beschichteten Stents oder PTCA-Ballonkathetern
eine Tendenz zur ungleichmäßigen Abgabe des Wirkstoffs,
die einer kontrollierten Einheilung des Stents oder einer Heilung der
Gefäßwand entgegensteht.
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Unter
den jeweils herrschenden physiologischen Bedingungen kommt es häufig
zu einer schubweisen oder verzögerten Freisetzung. Die
verzögerte Freisetzung ist für den erwünschten
Zweck nachteilig, da es insbesondere in den ersten Tagen nach der
Implantation auf eine gleichmäßige Freisetzung
des Wirkstoffs ankommt. Die schubweise Freisetzung ist unerwünscht,
da es sich bei den eingesetzten Medikamenten um hochwirksame Systeme
handelt, die in höheren Konzentrationen Schäden
verursachen können.
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Aus
der
WO 2004/05513
A ist die Verwendung von Aptameren zur Beschichtung von
Oberflächen zur Förderung der Adhäsion
von biologischem Material bekannt. Bei den beschichteten Gegenständen
kann es sich um Implantate handeln, darunter auch solche, die für
das vaskuläre System bestimmt sind. Bei dem biologischen
Material kann es sich beispielweise um Stammzellen, Epithelzellen
und dergleichen sowie deren Vorläuferzellen handeln. Die
Aptamere sind an die Implantatoberfläche gebunden. Die
Oberfläche, d. h. das Implantat kann dabei aus einem Kunststoffmaterial
bestehen. Die Anbindung erfolgt auf photochemische Art und Weise.
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Bekannt
geworden sind ferner spezielle Mikroproteine mit bis zu 40 Aminosäuren,
die in der Lage sind, konformationell stabile dreidimensionale Strukturen
einzunehmen, was sie zu vielseitig einsetzbaren Bindemolekülen
macht. Beispiele für solche Mikroproteine sind Cystin-Knotenproteine
(Krause et al., FEBS 2007, 274, 86–95).
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Aufgabe
der hier vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte medizinische
Einrichtungen zur Verfügung zu stellen.
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Dieses
Ziel wird mit einer medizinischen Einrichtung mit einem Grundkörper
und einer Beschichtung erreicht, wobei die Einrichtung eine Beschichtung
mit einem Kininogen oder mit einer Domäne 5 eines Kininogens
aufweist.
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Dies
hat den Vorteil, dass eine zuverlässige und kontrollierte
Einheilung und Proliferationshemmung gewährleistet ist,
insbesondere wird die Ansiedlung von Epithelzellen auf der beschädigten
Gefäßfläche begünstigt.
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Hochmolekulares
Kininogen (HK) ist ein körpereigenes, aus 626 Aminosäuren
bestehendes Einzelstrang-Plasma-Glykoprotein mit einem vom Glykosilierungsgrad
abhängigen Molekulargewicht von 88–120 kDa. Das
Molekül besteht aus 6 Domänen die unterschiedliche
Eigenschaften und Funktionen einnehmen. HK wird auch bezeichnet
als alpha2-thiol-Proteinase-Inhibitor und gehört zur Superfamile
der Cystatine, die Cystein-Proteinase Inhibitoren sind. Es wurde
zunächst als Vorläufermolekül des bioaktiven
Peptides Bradykinin identifiziert und hat eine durchschnittliche
Plasmakonzentration von 0,67 μM.
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HK
ist auch bekannt als William-Fitzgerald-Flaujeac Faktor oder einfach
Fitzgerald Faktor des intrinsischen Pfades der Blutgerinnung und
fungiert hier als aktivierender, nicht-enzymatischer Cofaktor für
Faktor XII (Hegemann Faktor) und XI. Diese aktivierende Funktion
hat HK auch für Präkallikrein im Kinin-Kallikrein
System. Es spielt somit eine wichtige Rolle bei vielen pathophysiologischen
Prozessen, wie der Fibrinolyse, Thromboseentstehung und bei Entzündungsprozessen.
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Ein
Mangel an Kininogen wird nicht nur mit einer verlängerten
aPTT Gerinnungszeit in Verbindung gebracht, sondern soll laut neueren
Studien auch die Ausbildung von Bauchaortenaneurysmen bei Brown
Norway Ratten begünstigen und innere Organe für
Fettdegeneration anfällig machen. Durch proteolytische
Spaltung von hochmolekularem Kininogen mittels Kallikrein ensteht
durch Herauslösen des kurzlebigen Bradykinins, das Großteile
der Domäne 4 enthält, das so genannte aktivierte
Kini nogen (HKa). Bei Bradykinin handelt es sich um einen potenten
Vasodilatator mit Einfluss auf den Blutdruck, die Permeabilität
kleiner Blutgefäße und die Schmerzwahrnehmung.
Zusätzlich fördert es noch die Angiogenese.
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Bei
HKa handelt es sich um ein durch Konformationsänderung
entstandenes Doppelstrangmolekül, bestehend aus einer schweren
Kette mit den Domänen 1, 2 und 3 sowie einer leichten Kette,
die die Domänen 5 und 6 enthält. Beide Ketten
sind über einzelne Disulfidbrücken miteinander
verknüpft. Im HKa ist im Vergleich zu HK an der Oberfläche
ein größerer Bereich der Domäne 5 exponiert.
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Die
medizinische Einrichtung kann insbesondere ein PTCA-Katheter oder
Stent, insbesondere zur Verwendung im vaskulären System
sein. Auch andere Implantate können jedoch von den verbesserten
Einheileigenschaften profitieren.
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Schicht
bzw. Beschichtung im Sinne der Erfindung ist jede Art von Beschichtung,
die auf den Ballonkatheter oder Stent oberflächlich aufgebracht
wird. Insbesondere sind Beschichtungen im Sinne der Erfindung eine
amino-funktionalisierte oder carboxyl-funktionalisierte Beschichtung,
die auf den Ballonkatheter oder Stent mittels Aminierung aufgebracht
werden und an die das Kininogen kovalent oder photochemisch gebunden
wird.
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Zur
Herstellung derartiger Schichten können die Oberflächen
auf unterschiedliche Weise modifiziert werden.
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Das
Kininogen oder die Domäne 5 des Kininogens können
chemisch modifiziert sein. Dies kann zu einer weiteren Verbesserung
der Einheileigenschaften, der Proliferationshemmung und der Ansieldung
von Epithelzellen führen.
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Insbesondere
von Vorteil ist, wenn die Beschichtung ein Molekül mit
einer spezifischen Bindungsaffinität für CD-34-positive
Zellen aufweist. Insbesondere können die CD-34-positiven
Zellen Endothelprogenitorzellen sein. Auch chemische modifizierte
Zellen mit gleichem Verhalten können verwendet werden.
Dadurch wird die Endothelialisierung beschleunigt und damit der
Restenose entgegengewirkt.
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Das
Kininogen oder die Domäne 5 des Kininogens können
physikalisch oder chemisch gebunden sein. Dadurch kann die Stärke
der Bindung an den Grundkörper variiert werden. Handelt
es sich bei der medizinischen Einrichtung um einen Katheter, so
ist eine schwächere Bindung vorteilhaft, da das Kininogen
oder die Domane 5 des Kininogens über die Entnahme des
Katheters hinaus an der Anwendungsstelle verbleiben sollen. Bei
einen Implantat hingegen kann eine festere Bindung gewählt
werden, da dieses im Körper verbleibt.
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Vorteilhafterweise
weist die medizinische Einrichtung mindestens eine hämokompatible
Schicht auf. Diese kann insbesondere als Grund- oder Basisschicht
unmittelbar auf dem Ballon aufsetzten.
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Die
medizinische Einrichtung kann gegebenenfalls eine oder mehrere weitere
Schichten aufweisen, darunter mindestens eine weitere Schicht, an
die das vorstehend beschriebene Kininogen, insbesondere die Domäne
5 des Kininogens gebunden ist.
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Als
hämokompatible Schichten kommen insbesondere auch oberflächlich
aufgebrachte Oxidschichten in Frage. Die medizinische Einrichtung
kann auch durch Hydroxilierung oder Aminierung so modifiziert werden, dass
sie erfindungsgemäß Kininogene oder deren Domäne
5 binden kann.
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Die
hämokompatible Beschichtung sorgt für eine weitere
Verbesserung der Blutverträglichkeit, während
die Kininogene oder deren Domäne 5 das schnelle Andocken
von Endothelzellen und die Verhinderung einer Proliferation und
damit die schnelle Heilung des betroffenen Gefäßes
fördern.
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Von
Vorteil ist, wenn die medizinische Einrichtung eine biokompatible
Basisschicht aufweist. Diese kann eine Oxidschicht, eine durch Aminierung
erhaltene Oberfläche oder eine Kunststoffschicht sein.
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Das
Kininogen oder die Domäne 5 des Kininogen kann an die hämokompatible
oder biokompatible Basisschicht gebunden sein.
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Die
medizinische Einrichtung kann eine amino-funktionalisierte Schicht
aufweisen.
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Je
nach Anwendungsfall kann auch eine carboxyl-funktionalisierte Schicht
von Vorteil sein. Beide Schichten führen zu einer stabilen
Bindung des Kininogens oder der Domäne 5 des Kininogens
an den Grundkörper.
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Weiter
von Vorteil ist, wenn die medizinische Einrichtung ein Pharmazeutikum
aufweist. Dieses kann dann kontinuierlich an die Umgebung abgegeben
werden.
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Von
Vorteil ist auch, wenn die medizinische Einrichtung eine biolösliche
Deckschicht aufweist. Diese schützt die medizinische Einrichtung,
löst sich aber nach der Implantation auf.
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Vorteilhafterweise
ist das Kininogen oder die Domäne 5 des Kininogens gleichmäßig
auf der Oberfläche der medizinischen Einrichtung verteilt.
Die gleichmäßige Verteilung der Kininogene oder
deren Domäne 5 über die Gesamtoberfläche
des PTCA-Katheters oder Stents bewirkt die gleichmäßige
und kontrollierte Abgabe an die Zellen, neben Endotheizellen auch
an glatte Muskelzellen. Es findet somit eine rasche Besiedlung des
Gefäßes mit Zellen statt, wobei gleichzeitig einer
Proliferation entgegengewirkt wird, was eine Verhinderung der Restenose
mit sich bringt und das Risiko von Thrombosen, insbesondere nach
einer kurzen Heilungszeit stark vermindert. Tatsächlich
findet das Andocken der Endothelzellen innerhalb weniger Stunden
statt, wie Versuche gezeigt haben. Ebenfalls ha ben Versuche gezeigt,
dass Kininogen und die Domäne 5 des Kininogens zusätzlich
einer Proliferation des geschädigten Gefäßes
entgegenwirkt.
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Das
Kininogen oder die Domäne 5 des Kininogens können
in eine Matrix eingebunden sein. Dadurch wird das Kininogen langsam
an das umliegende Gewebe abgegeben (drug eluting).
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Von
Vorteil ist, wenn die medizinische Einrichtung molekular geprägte
Polymere aufweist. Das heißt, die medizinische Einrichtung
weist eine Schicht auf, die eine spezifische Bindungsaffinität
für CD-34-positve Zellen aufweist und molekular geprägte
Polymere enthält. Diese Polymere können in Form
einer Beschichtung vorliegen, aber auch in Form von Nanopartikeln,
die allein oder zusätzlich auf die Implantate aufgebracht
werden.
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Mit
der Technologie des molekularen Prägens können
synthetische Materialien für die molekulare Erkennung erzeugt
werden, die in ihrer Affinität mit biologischen Systemen
vergleichbar sind. Molekulares Prägen (molekular imprinting)
ist eine Templat-Polymerisation, die künstliche molekulare
Erkennungsstellen kreiert. Dazu werden die Zielmoleküle
mit funktionellen Monomeren und Vernetzern gemischt und anschließend einer
radikalischen Polymerisation unterworfen, die ein hoch vernetztes
Polymer ausbildet. Die Zielmoleküle wirken dabei als Template – die
Polymerisation findet um sie herum statt. Werden die Templatemoleküle
durch Extraktion entfernt, verbleiben im Polymernetzwerk Hohlräume,
welche die räumliche Anordnung funktioneller Gruppen abbilden.
Durch dieses Einfrieren der Struktur entstehen spezifische Erkennungsstellen
im Polymermaterial. Als Zielmoleküle dienen dabei die jeweils
interessierenden Zielstrukturen, im vorliegenden Fall die Zielstrukturen
der CD-34-positiven Zellen bzw. Endothelprogenitorzellen. Deren
so verbessertes Anlagern führt zu einer Poliferationshemmung.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung
von medizinischen Einrichtungen, wobei die Beschichtung durch Tauch-,
Plasma-, 3d-Tröpfchen- oder Sprüh- oder CVD-Verfahren
auf das Implantat aufgebracht wird.
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Ein
weiterer Aspekt betrifft einen PTCA-Katheter zum direkten Auftragen
des Kininogens oder der Domäne 5 des Kininogens auf eine
Gefäßwand, wobei der Katheter einen microporösen
Ballon aufweist, der mit einer Lösung, die das Kininogen
oder die Domäne 5 des Kininogens enthält, gefüllt
ist.
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Ein
letzter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren bei denen das
Kininogen oder die Domäne 5 des Kininogens direkt an eine
Gefäßwand appliziert werden.
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Im
Folgenden wird eine Zubereitung beschrieben, wobei die Zubereitung
nicht auf die hier beschriebene Zubereitung beschränkt
wird.
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Das
2-chain high molecular weight Kininogen (HKa) wird nach dem Fachmann
bekannter Art und Weise aufgereinigt.
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Das
aufgereinigte HKa zeigt so dann eine Bande 110 kDa in nicht reduzierten
sodium dodecyl sulphate (SDS) Gelen und zwei Banden von 62 und 46
kDa in reduzierten SDS Gelen.
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Die
Gulthatione-S-Transferase (GST) Fusionspeptide der Domäne
5 des Kininogens wird hergestellt, indem das GST N-terminal mit
den Sequenzen K420 to S513 fusioniert wird. Die Mutanten werden über
eine Glutathion Säule zu einer Reinheit von > 95% aufgereinigt.
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Die
Rückfaltung zur entsprechenden Tertiärstruktur
von cysteinhaltigen Peptiden wird mittels Oxidation für
3 Tage bei 4°C unter kontinuierlicher Bewegung durchgeführt.
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Der
Puffer hierfür besteht aus 50 mM Amonium-Bicarbonat, pH
8,5 bei einer Endkonzentration von 100 mg/ml. Anschließend
werden die Peptide gefriergetrocknet.
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Das
thermosensible Gel muss erst zubereitet werden, da es in Pulverform
geliefert wird.
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Es
wird in einem Eppendorfgefäß in PBS bei 0°C
gelöst und in einem mit Eiswasser befüllten Topf
aufbewahrt.
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Dem
flüssigen Gel mengt man drei 500 μmol/l aktiviertes
Kininogen oder die Domäne 5 des Kininogens bei.
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Bei
Raumtemperatur wird das Gel fest und kann verarbeitet werden. Nun
erfolgt die Beschichtung des PTCA-Katheters oder Stents.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5891108
A [0011]
- - EP 1127582 A [0011]
- - WO 95/03036 A [0011]
- - DE 10244847 A1 [0011]
- - WO 2004/05513 A [0016]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - J. Whöne
et al., European Heart Journal 2001, 11, 1808–1816 [0008]
- - F. Liestro, A. Colombo, „Late Acute Thrombosis after
Paclitaxel Elluting Stent Implantation”, Heart 2001,86,
262–264 [0013]
- - E. Mc Fadden et al., Lancet 2004, 364, 1519–1521 [0013]
- - Krause et al., FEBS 2007, 274, 86–95 [0017]
