DE10258944A1

DE10258944A1 - Vorrichtung zur Entfernung von bakteriellen Lipopolysacchariden oder/und Lipoteichonsäuren aus proteinhaltigen Flüssigkeiten sowie deren Verwendung zur Behandlung von Sepsis

Info

Publication number: DE10258944A1
Application number: DE10258944A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Prof. Dr. Dr.med. Seidel; Karl-Siegfried Prof. Dr. Dr.rer.nat. Boos
Original assignee: B Braun Medizintechnologie GmbH
Current assignee: B Braun Avitum AG
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-01
Also published as: US7608189B2; US20090211976A1; US20050009001A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Entfernung von bakteriellen Lipopolysacchariden und Lipoteichonsäuren aus Blut oder Plasma in einem extrakorporalen Perfusionssystem enthält in einem in das Perfusionssystem integrierbaren Gehäuse ein zur selektiven Entfernung von bakteriellen Lipopolysacchariden und Lipoteichonsäuren geeignetes Hohlfasermaterial, wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass das durch eine erste Öffnung des Gehäuses eintretende Blut oder Plasma das Hohlfasermaterial passieren muss, bevor es durch eine zweite Öffnung des Gehäuses austritt und dem weiteren Perfusions-Kreislauf zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Lipopolysacchariden (LPS, Endotoxinen) oder/und Lipoteichonsäuren (Lipoteichoic Acids, LTA) aus proteinhaltigen Flüssigkeiten, insbesondere aus Blut oder Plasma, sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Behandlung von Patienten mit Erkrankungen, welche hervorgerufen sind durch die Invasion gram-negativer oder/und gram-positiver Bakterien.
Beim Vorliegen einer Bakteriämie im Blutkreislauf des Menschen können oftmals schwere, sogenannte septische Komplikationen bzw. Krankheitsverläufe entstehen.
Bei 50 bis 95 % der Patienten mit schwerer Sepsis oder septischem Schock muß trotz aller therapeutischen Maßnahmen mit einem letalen Ausgang gerechnet werden (Stone, R., Science (1994) 264: 365–367). Die Inzidenz der Sepsis hat in den vergangenen Jahren signifikant zugenommen. Die Gründe hierfür liegen unter anderem in der zunehmenden diagnostischen und therapeutischen Anwendung von Kathedern, Endoskopen, Implantationen von Prothesen, großen chirurgischen Eingriffen, im Einsatz von immunsuppresiven Medikamenten, in der Zunahme an älteren Patienten und in der steigenden Resistenz der Bakterien gegenüber Antibiotika. Infektionen der Intensivpatienten werden heute vorwiegend durch resistente Bakterien verursacht (Vincent, I.L., JAMA (1995) 274: 639–644).
Verantwortlich für die Pathogenität der gram-negativen Bakterien sind vor allem die während und nach der Bakteriolyse und medikamentösen Antibiose freigesetzten Endotoxine (Lipopolysaccharide, LPS).
Lipopolysaccharide sind als Bestandteile der äußeren Membran gram-negativer Bakerien aus drei strukturell unterschiedlichen Regionen aufgebaut. Der Träger der toxischen Eigenschaften ist das Lipid-A. Diese Subregion mit einem Molekulargewicht von 2000 Dalton besteht aus einem phosphorylierten D-Glucosamin-Disaccharid, an das ester- und amidartig mehrere langkettige Fettsäuren gebunden sind (Bacterial Endotoxic Lipopolysaccharides, Morrison, D.C., Ryan, J.L. eds., 1992, CRC Press). Die bakteriellen Lipopolysaccharide (LPS) gelten als initiierende Mediatoren und wichtigste Toxine in der Pathogenese des septischen Schocks. Das klinische Bild der Sepsis korreliert häufig mit der Höhe der LPS-Konzentration im Blut der Patienten (Nitsche, D. et al., Intensive Care Med., 12 Suppl., 1986, 185 ff). Die Lipopolysaccharide stimulieren die als Makrophagen bezeichneten Fresszellen im Organismus zur Produktion und Freisetzung von Entzündungsmediatoren wie TNF α und Interleukinen.
Die Entfernung insbesondere von LPS, jedoch auch des körpereigenen Entzündungsmediators TNF α war daher der bisherige Ansatz zur Behandlung von Sepsis-Kranken.
Allerdings hat man festgestellt, dass nicht nur die LPS der gram-negativen Bakterien eine große Rolle spielen, sondern dass auch Infektionen durch gram-positive Bakterien, welche keine LPS enthalten, zu septischen Komplikationen führen, wobei insbesondere die gefährlichen Krankenhauskeime wie Staphylococcus aureus sich als besonders tückisch erwiesen haben.
Nahezu 50 % der septischen Patienten haben eine Infektion mit gram-positiven Bakterien. Etwa 30 % der Patienten leiden unter einer gemischten bakteriellen Infektion.
Die Toxine der gram-positiven Bakterien, die Lipoteichonsäuren (Lipoteichoic Acids, LTA) befinden sich ebenfalls in der Zellwand und werden bei der Lyse der Bakterien feigesetzt. Die LTA bestehen aus Glycerin- oder Ribit-Polymeren, die über 1→3 Phosphodiester-Bindungen mit Glykolipiden oder Phosphatidyl-Glykolipiden verknüpft sind. Zusätzlich tragen die Polyglycerin- bez. Ribit-Ketten Glucose und/oder N-Acetylglucosamin-Reste. Die LTA stimulieren analog LPS Monozyten und andere immunkompetente Zellen zur Cytokin-Produktion (Mattson, T., FEMS Immunol. Med. Microbiol. (1993) 7: 281–288). Die deletäre biologische Mediatorkaskade wird ähnlich wie bei LPS über lösliche und membranständige Rezeptoren, die sich im Blutkreislauf befinden, vermittelt bzw. angestoßen (Cleveland M.G., Infect. Immun. (1996) 64: 1906–1912).
In die Blutbahn eingeschwemmtes LTA bindet an die Zellen des Monozyten-Makrophagen-Systems und stimuliert diese zu einer gesteigerten Produktion und Freisetzung von Mediatoren (Cytokinen). Als initialer Mediator und potenter proinflammatorischer Stimulus wird zunächst der Tumor-Nekrose-Faktor α synthetisiert und in die Blutbahn sezerniert. Die biologisch wirksame Form des TNF α besteht aus einem Aggregat dreier identischer Polypeptidketten (157 Aminosäuren, Molekulargewicht: 17,4 × 10³ Dalton; Ziegler, E.J., N. Engl. J. Med. 318 (1999) 1533 ff). Die nachfolgende biologische Signalverstärkung über Interleukine, Leukotriene, Prostaglandine und Interferone (Mediatorkaskade) kann schließlich schwere Störungen der Homöostase verschiedener biologischer Regelkreise und Organsysteme, wie beispielsweise das Krankheitsbild des septischen Schocks hervorrufen.
Somit nehmen die Lipopolysaccharide (LPS) als initiierende Toxine gram-negativer Bakterien und die Lipoteichonsäuren (LTA) als hochpotente Pyrogene gram-positiver Bakterien eine Schlüsselrolle hinsichtlich der Pathogenese einer Sepsis ein.
Neben der Herdsanierung durch chirurgische Maßnahmen und der Gabe von Antibiotika haben neue therapeutische Ansätze, die über die Sanierung der Sespisquelle hinausgehen, wie die Plasmapherese, die Gabe von Immunglobulinen und Antikörpern gegen LPS (Bone, R.C., Crit. Care Med. (1995) 23: 994–1000) oder TNF α (Fisher, C.J., N. Engl. J. Med. (1996) 334: 1697–1702) die Prognose für einen septischen Patienten nicht wesentlich verbessern können.
Die Plasmapherese (Plasmaaustauschbehandlung) ist ein unselektives und ineffizientes Verfahren. Neben der Elimination von Toxinen und proinflammatorischen Cytokinen werden dem Patienten auch protektive, anti-inflammatorische Mediatoren entzogen. Ein einzelner Therapiezyklus benötigt ein Austauschvolumen von ca. 12 Litern an Plasma. Daraus ergibt sich ein Bedarf von ca. 50 Spendern, was ein erhöhtes Risiko bezüglich zusätzlicher Infektionen und allergischer Reaktionen mit sich bringt.
Antikörper-Therapieverfahren weisen ebenfalls schwerwiegende Mängel und Nachteile auf. Die Kosten für die technisch aufwändige Gewinnung, Reinigung und Charakterisierung der entsprechenden Antikörper sind sehr hoch und es besteht die Gefahr der allergischen Gegenreaktion (neutralisierende Immunantwort) des Körpers auf die Antikörper. Bezüglich der LPS-Antikörper können die hohen Raten von Therapieversagen unter anderem auf die zu geringe Spezifität bzw. Affinität zwischen den sehr heterogenen LPS-Molekülen und den verwendeten mono- bzw. polyklonalen Antikörpern zurückgeführt werden. In diesem Zusammenhang mußten klinische Multi-Zentren-Studien vorzeitig abgebrochen werden (Luce, J.M., Crit. Care Med. 21 (1993), 1233 ff).
Eine andere Vorgehensweise zur Neutralisation bzw. Elimination pathogener Blutbestandteile besteht in der Behandlung von Vollblut oder Plasma in einem extrakorporalen Perfusionssystem unter Verwendung entsprechend geeigneter Adsorbermaterialien.
Folgende Adsorbermaterialien wurden für eine extrakorporale Elimination von Lipopolysacchariden aus Vollblut und/oder Plasma als potentiell geeignet offenbart:
Poröse Trägermaterialien mit immobilisiertem Polymyxin B sind in US 4,576,928 ; DE 39 32 971 beschrieben. Die klinische Anwendung dieser Affinitätsträger ist jedoch sehr problematisch, da der Ligand Polymyxin B schwere nephro- und neurotoxische Schäden bei seiner Freisetzung in die Blutbahn hervorruft.
Die in DE 41 13 602 A1 offenbarten polyethylenimin-modifizierten Perlcellulosen besitzen eine geringe Bindungskapazität für LPS. Bei ihrer Verwendung in einem extrakorporalen Perfusionssystem würde daher das medizinisch-tolerierbare extrakorporale Totvolumen überschritten.
Das für die Elimination von LPS und TNF α beschriebene H.E.L.P.-Verfahren ( DE 44 35 612 A1 ) ist komplex und stellt daher hohe Anforderungen an seinen Betrieb auf einer Intensivstation. Das System bemötigt ein sehr großes extrakorporales Totvolumen und ist daher aus hämodynamischen Gründen weniger vorteilhaft für den zu behandlenden Patienten. Ein weiterer Nachteil dieses Plasmaperfusionsverfahrens besteht darin, dass neben LPS und TNF α auch das für die plasmatische Gerinnung essentielle Fibrinogen sehr effektiv eliminiert wird. Je nach Ausgangskonzentration von Fibirinogen ist damit die Anwendung des H.E.L.P.-Verfahrens auf maximal 2 bis 3 konsekutive Behandlungen beschränkt, was für eine effektive Behandlung des Patienten in vielen Fällen ungenügend ist.
Gegenüber dem in DE 195 15 554 A1 im Beispiel 2 beschriebenen Anionenaustauschermaterial besitzen die in der vorliegenden Erfindung aufgeführten Anionenaustauschermaterialien auf Hohlfaserbasis den Vorteil, dass diese keine Glukane freisetzen können. Letztere stören den analytischen Nachweis der bakteriellen Endotoxine im Plasma des Patienten. Darüber hinaus können Glukane eine unerwünschte Hämolyse sowie eine unerwünschte Immunstimulation im Patienten hervorrufen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Behandlungsmöglichkeit und eine dafür geeignete Vorrichtung bereitzustellen, mit denen die Nachteile der bisher angewandten Verfahren vermieden werden können, und die eine effektive Behandlung von Sepsispatienten im Allgemeinen erlauben, unabhängig von der Art der verursachenden Bakterien.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Entfernung von bakteriellen Endotoxinen und Lipoteichonsäuren aus Blut oder Plasma in einem extrakorporalen Perfusionssystem, welche in einem in das Perfusionssystem integrierbaren Gehäuse ein zur selektiven Entfernung von bakteriellen Endotoxinen und Lipoteichonsäuren geeignetes Hohlfasermaterial umfaßt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei so ausgestaltet, dass das durch eine erste Öffnung des Geäuses eintretende Blut oder Plasma das Hohlfasermaterial passieren muss, bevor es durch eine zweite Öffnung des Gehäuses austritt und dem weiteren Perfusions-Kreislauf zugeführt wird.
Un eine derartige Vorrichtung zur Adsorptionsapherese nutzen zu können, müssen unter anderem folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

1. Die Elimination der Pathogene sollte möglichst selektiv und effizient erfolgen.
2. Die Bindungskapazität der verwendeten Adsorbentien sollte optimalen praktischen Anforderungen genügen.
3. Die Adsorbentien müssen ohne Verlust oder Veränderung ihrer Eigenschaften mit Hitze oder gamma-Stahlen sterilisierbar sein.
4. Die Adsorbentien sollten eine ausreichend hohe Durchflussgeschwindigkeit im Bereich bis zu 200 ml/min. erlauben.
5. Das Eliminationsverfahren muss die medizinisch-erforderliche Bio- bzw. Hämokompabilität aufweisen und darf keine physiologischen Regelkreise und Schutzmechanismen, wie beispielsweise das Immun-, Komplement- oder Gerinnungssystem beeinträchtigen.

Der Fachmann kann gemäß diesem Anforderungsprofil geeignete Hohlfaser-Adsorptionsmaterialien auffinden. Im Prinzip können Hohlfasermaterialien verwendet werden, welche aus Polyamid, Polysulfon, Polyether, Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder Derivaten oder/und Mischungen solcher Polymere hergestellt wurden. In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bestehen die Hohlfasern aus Nylon.
Erfindungsgemäß geeignete Hohlfasermaterialien basieren auf Affinitätsmembranen, wie sie beispielsweise im U.S. Patent Nr. 5,053,133, 5,766,908, in der WO96/22316 beschrieben sind. Diese Membrangrundmaterialien können nach an sich bekannten Methoden und insbesondere durch Pfropfpolymerisation modifiziert werden, beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die WO96/22316 hingewiesen, in der ein entsprechendes Verfahren beschrieben ist. Andere Derivatisierungsverfahren für entsprechende Polymermaterialien, welche zur Herstellung von Hohlfaseradsorptionsmaterialien geeignet sind, sind dem Fachmann ebenfalls bekannt und im Rahmen der vorliegenden Erfindung anwendbar.
Die erfindungsgemäßen Hohlfasermaterialien sind vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in solcher Weise angeordnet, dass sie vom Blut bzw. Plasma effektiv durchströmt werden, sodass eine maximale Benetzung der Hohlfasermembran erfolgt und somit eine bestmögliche Adsorption der LPS und LTA an die Hohlfaseradsorptionsmaterialien stattfinden kann. Bevorzugte Anordnungen der Hohlfasermaterialien in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der WO98/57733, der WO98/33581, der WO98/19777 oder der WO98/28064 offenbart, eine besonders bevorzugte Anordnung ist darüber hinaus in der EP 1 002 566 beschrieben.
Neben den Hohlfasermaterialien kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzliche Materialien, wie z.B. Flachmembranen, zwischen den Hohlfasern aufweisen, wodurch die Adsorptions- und Trennleistung oftmals noch erhöht werden kann. Entsprechende Adsorberanordnungen sind in der EP 0 956 147 beschrieben.
Sowohl die in den oben genannten Schriften offenbarten Materialien als auch die Modifizierungsverfahren und letztendlichen Anordnungen in Adsorbern können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Einsatz finden. Andere Anordnungen, Materialien und Modifizierungsverfahren sind jedoch ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst, solange sie eine effektive Entfernung von LPS und LTA aus dem Blut bzw. Plasma ermöglichen, und im Übrigen den oben genannten Voraussetzungen 1. bis 5. für die Adsorptionsapherese genügen.
Um die Entfernung von LPS und LTA aus dem Blut oder Plasma besonders effizient zu gestalten, werden in der Vorrichtung Hohlfasern eingesetzt, welche chemisch in solcher Weise modifiziert sind, dass die geladenen LPS und LTA Moleküle besonders gut an das Hohlfasermaterial gebunden und damit aus dem Blut oder Plasma entfernt werden. Bevorzugt erfolgt hierzu eine chemische Modifikation des Hohlfasermaterials, besonders günstig hat sich für eine solche Modifikation eine Pfropfpolymerisation (siehe oben) erwiesen, bei der auf das Hohlfasermaterial Verbindungen aufgepfropft werden, welche gute Bindefähigkeit für LPS oder/und LTA zeigen. Als wiederum besonders bevorzugt hat es sich erwiesen, Anionenaustauschergruppierungen aufzupropfen. Derartige Antionenaustauschergruppierungen sind besonders vorteilhaft als längere Ketten mit einer Vielzahl von kationischen Gruppen, als sogenannte Tentakeln, ausgestaltet. Derartige tentakelartige Fortsätze auf dem Grundmaterial sind fähig, mehrere LPS bzw. LTA-Moleküle zu binden, wodurch die Effizienz des Hohlfasermaterials nochmals gesteigert werden kann. Für diese Modifikation des Hohlfasermaterials mittels Tentakeln werden vorzugsweise synthetische oder/und halbsynthetische oder/und natürliche Polykationenketten eingesetzt, wobei diese Ketten in linearer oder verzweigter Form vorliegen können. Besonders bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Hohlfasermaterialien durch Kationen- bzw. Polykationenketten, welche tertiäre oder/und quartäre Amine aufweisen, modifiziert.
Bevorzugte Anionenaustauschergruppen auf den Hohlfasermaterialien schließen Di- oder Trialkylaminoalkyl-, Di- oder Trialkylaminoaryl-, Di- oder Triarylaminoalkyl-, Di- oder Triarylaminoaryl-, Di- oder Trialkylammoniumalkyl-, Di- oder Triarylammoniumalkyl-, Di- oder Triarylammoniumaryl- und Di- oder Trialkylammoniumaryl-Reste ein. Des Weiteren sind Polymere aus positiv geladenen oder tertiäre oder quartäre Aminogruppen enthaltenden Aminosäuren, wie Polylysin, Polyarginin oder Polyhistidin oder Mischpolymere oder Derivate hiervon im Rahmen der Erfindung als Anionenaustauschermaterialien geeignet, ebenso Polyethylenimin.
In ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält die Vorrichtung ein mit Diethylaminoalkyl- bzw. Diethylaminoaryl-Resten modifiziertes Polyamid-Hohlfasermaterial, insbesondere Diethylaminoethyl-Polyamid.
Des Weiteren ist es bevorzugt, die Vorrichtung in solcher Weise auszugestalten, daß sie als auswechselbare Filterkartusche für ein bestehendes Perfusionssytem eingesetzt werden kann. Diese kann in das Perfusionssystem leicht eingesetzt werden und kann aufgrund der hohen Bindungskapazität und -spezifität des verwendeten Hohlfasermatierals mit einem geringen Volumen auskommen, wochurch sich ein deutlich verringertes Totvolumen im Vergleich zu bisher beschriebenen Systemen erzielen läßt. Überraschenderweise kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Kartusche mit den beispielhaften Abmessungen 12 cm Länge und 5 cm Durchmesser hergestellt werden, welche äußerst effektiv in einem extrakorporalen Perfusionssystem eingesetzt werden kann. Eine solche beispielhafte Kartusche weist ein Tot-Volumen von lediglich ca. 1 15 ml auf. Es ist daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt, die Kartuschen so zu dimensionieren, dass das Tot-Volumen < 150 ml und vorzugsweise 80 bis 130 ml beträgt.
Da gezeigt werden konnte, dass solche Filterkartuschen effektiv und selektiv LPS und LTA entfernen können, ergeben sich bereits aus diesem geringen Tot-Volumen überraschende und erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik zusätzlich zu der erfindungsgemäß neu aufgefundenen Möglichkeit, LPS und LTA gleichzeitig in einer Anwendungsform zu entfernen. Nach Behandlungsende und Reinigung der Apparatur oder auch zur Durchführung einer verlängerten (kontinuierlichen) Blut- oder Plasmaperfusion kann einfach eine neue Kartusche eingesetzt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte festgestellt werden, dass die entsprechenden Hohlfasermaterialien sowohl LPS, als auch LTA bei physiologischem pH-Wert mit hoher Selektivität und Kapazität adsorptiv aus Vollblut oder/und Blutplasma eliminieren.
Weiterhin wurde festgestellt, dass auch bei physiologischem pH-Wert nur eine geringe und von der Zusammensetzung unschädliche Menge ans Blut bzw. Plasmaproteinen adsorbiert werden. Insbesondere Fibrinogen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur in ganz geringer Weise (< 2 %) aus dem Patientenblut entfernt, sodass die natürliche Gerinnungskaskade bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung praktisch nicht beeinträchtigt wird. Aufgrund der außerordentlich hohen Bindekapazität für sowohl LPS auf der einen und LTA auf der anderen Seite, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung erstmals die Behandlung einer Sepsis unabhängig davon, ob gram-positive oder gram-negative Bakterien die Erkrankung verursachen, oder sogar eine gemischt-bakterielle Infektion vorliegt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist folglich die Verwendung der beschriebenen und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Hohlfasermaterialen zur Herstellung eines Mittels zur Elimination von Lipopolysacchariden oder/und Lipoteichonsäuren aus Körperflüssigkeiten, insbesondere aus Blut oder Plasma.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Hohlfasermaterialien, welche vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Polyamide, Polysulfone, Polyether, Polyethylen, Polypropylen oder Polyester sowie Derivate oder/und Mischungen dieser Materialen, ermöglichen eine effektive Eliminierung von LPS oder/und LTA aus dem Blutkreislauf eines Patienten und können daher vorteilhaft in einer Adsorptionsaphereseapparatur eingesetzt werden. In der Regel wird in einer solchen Apparatur zuerst eine Trennung von Vollblut in Plasma und korpuskuläre Blutbestandteile stattfinden, das Plasma wird dann in der Folge über das Adsorptionsmaterial geleitet und darauffolgend wieder mit den korpuskulären Blutbestandteilen versetzt.
Die erfindungsgemäß als Adsorbentien verwendeten Hohlfasermaterialien sind in bevorzugter Ausführungsform chemisch modifiziert in solcher Weise, dass eine optimale LPS- bzw. LTA-Adsorption hieran stattfinden kann. Besonders bevorzugt sind die Hohlfasern über Pfropfpolymerisation modifiziert, wobei das Aufpfropfen von Anionenaustauschergruppierungen, insbesondere in Form von sogenannten Tentakeln, also kettenförmigen, verzweigten Molekülen mit möglichst vielen Anionenaustauschergruppierungen, bevorzugt ist.
Ein besonders bevorzugtes Hohlfasermaterial ist ein durch DEAE modifiziertes Polyamid.
Wie oben im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung bereits ausgeführt, ist es vorteilhaft, das Mittel in Form eines Filters auszugestalten, der möglichst in Form einer Einmalkartusche leichte Handhabbarkeit und sicheren Einsatz gewährleistet.
Die erfindungsgemäß hergestellten Mittel können besonders vorteilhaft zur Behandlung von Patienten mit Sepsis und insbesondere mit septischem Schock eingesetzt werden, da sie aufgrund der guten Selektivität und Spezifität für LPS und LTA die bakteriellen Pyrogene aus dem Patientenblut entfernen und dadurch eine weitere Stimulierung der Entzündungsmediator-Kaskade unterbleibt. Durch die hohe Spezifität für sowohl LPS als auch LTA wird eine Behandlung von Patienten mit der gleichen Appartur bzw. dem gleichen Mittel ermöglicht, unabhängig davon, ob sie an einer durch gram-positive oder gram-negative Bakterien oder von beiden Arten verursachte Sepsis leiden.
Die entsprechende Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäß hergestellten Mittels zur Entfernung von LPS oder/und LTA aus Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut oder Plasma, und insbesondere zur Behandlung von Patienten mit Sepsis bis hin zum septischen Schock ist daher ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäß hergestellte Mittel in einem extrakorporalen Perfusionssystem eingesetzt, was eine besonders effektive Entfernung der bakteriellen Pyrogene aus dem Patientenblut ermöglicht und zu einer außerordentlich erfolgreichen Behandlung der Patienten führt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird des Weiteren sehr selektiv LPS oder/und LTA entfernt, wogegen körpereigene Proteine wenn überhaupt nur in sehr geringem Ausmaß entfernt werden bzw. eine solche Entfernung lediglich Proteine betrifft, welche leicht substituierbar sind und deren Entfernung für den ohnehin besonders geschwächten Sepsispatienten nicht merklich belastend ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglich, die beschriebenen Adsorbermaterialien zur Isolierung und Anreicherung von LPS und LTA einzusetzen, eine derartige Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Eine solche Isolierung und Anreicherung kann aus beliebigen Flüssigkeiten, vorzugsweise aus Blut oder Plasma, erfolgen, wobei dies zu beliebigen Zwecken, insbesondere jedoch zur Analyse oder/und Diagnose erfolgen kann.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Adsorption und Elimination von LPS aus Humanplasma bei Perfusion durch ein erfindungsgemäßes Adsorbermodul
Das eingesetzte Adsorbermodul (Länge: 12 cm, Durchmesser: 5 cm) war mit Polyamid-Hohlfasern entsprechend EP 1 002 566 A2 gepackt. Die Oberfläche der Hohlfasern war erfindungsgemäß mit aufpolymerisierten und mit DEAE-Gruppen funktionalisierten Tentakeln modifiziert. Vor der Perfusion mit Humanplasma wurde das Modul zunächst mit 500 ml einer Ringer-Lösung (140 mmol/l NaCl; 2 mmol/l CaCl₂ und 4 mmol/l KCl) gewaschen bzw. konditioniert.
Zu 100 ml Humanplasma wurden 140 ng (entspricht ca. 1400 Endotoxin-Einheiten, EU) an radioaktivem ³H-LPS (E.coli K12 strain LCD 25) mit einer spezifischen Aktivität von 4 × 10⁵ dpm/μg zugegeben. Diese Mischung wurde bei Raumtemperatur mithilfe einer Schlauchpumpe und einer Flussrate von 20 ml/min über das erfindungsgemäße Hohlfasermodul gepumpt und Eluatfraktionen (5 ml) alle 15 Sekunden gewonnen. Die nachfolgende Flüssigszintillationsmessung der Radioaktivität ergab, dass in keiner der gewonnenen Fraktionen ³H-markiertes LPS nachgewiesen werden konnte.
Parallel erfolgte ein quantitativer Nachweis des LPS im Perfusat mifhilfe des chromogenen kinetischen Limulus-Amoebocyten-Lysat Tests (Fa. BioWhittaker). Auch dieses spurenanalytische Messverfahren ergab, dass das dem Humanplasma zugesetzte LPS im Perfusat nicht mehr nachweisbar war und daher vollständig eliminiert wurde.
Beispiel 2
Adsorption und Elimination von LTA aus Humanplasma bei Perfusion durch ein erfindungsgemäßes Adsorbermodul
Das eingesetzte Adsorbermodul (Länge: 12 cm, Durchmesser: 5 cm) war mit Polyamid-Hohlfasern entsprechend EP 1 002 566 A2 gepackt. Die Oberfläche der Hohlfasern war erfindungsgemäß mit aufpolymerisierten und mit DEAE-Gruppen funktionalisierten Tentakeln modifiziert. Vor der Perfusion mit Humanplasma wurde das Modul zunächst mit 500 ml einer Ringer-Lösung (140 mmol/l NaCl; 2 mmol/l CaCl₂ und 4 mmol/l KCl) gewaschen bzw. konditioniert.
100 ml Humanplasma wurden mit 200 μg LTA aus Streptococcus pyogenes (Fa. Sigma-Aldrich) versetzt und bei Raumtemperatur mithilfe einer Schlauchpumpe und einer Flussrate von 20 ml/min über das oben beschriebene Adsorbermodul gepumpt. Im 15 Sekunden Abstand wurden 5 ml Eluatfraktionen gewonnen und auf eine LTA-Aktivität hin untersucht.
Dies erfolgte mithilfe eines Vollblut-Stimulationstests. Hierzu wurde frisch gewonnenes, heparinisiertes Vollblut eines gesunden Spenders mit jeweils einem Aliquot der erhaltenen Eluatfraktionen im Verhältnis 6 : 1 (v/v) versetzt und bei Raumtemperatur für 24 Stunden inkubiert. Danach wurde nach Zentrifugation und Gewinnung der entsprechenden Plasmafraktion das Interleukin-6 (IL-6) mithilfe eines ELISA-Tests (Fa. Biosource) in allen gewonnenen bzw. inkubierten Eluatfraktionen quantitativ bestimmt.
Als Ergebnis wurde gefunden, dass keine der perfundierten Plasmafraktionen zu einer LTA-vermittelten Stimulation der IL-6 Biosynthese, d.h. zu einer gegenüber der Kontrollprobe (perfundiertes Aliquot einer Plasmaprobe ohne LTA-Zusatz) erhöhten IL-6 Konzentration führte. Damit wurde mithilfe dieses hochempfindlichen Bioassays zwar indirekt, aber hochsignifikant bewiesen, dass das erfindungsgemäß eingesetzte Adsorbermodul bakterielle Lipoteichonsäure aus Humanplasma vollständig eliminiert.
Beispiel 3
Simultane Adsorption und Elimination von LPS und LTA aus Humanplasma bei Perfusion durch ein erfindungsgemäßes Adsorbermodul
Das eingesetzte Adsorbermodul (Länge: 12 cm, Durchmesser: 5 cm) war mit Polyamid-Hohlfasern entsprechend EP 1 002 566 A2 gepackt. Die Oberfläche der Hohlfasern war erfindungsgemäß mit aufpolymerisierten und mit DEAE-Gruppen funktionalisierten Tentakeln modifiziert. Vor der Perfusion mit Humanplasma wurde das Modul zunächst mit 500 ml einer Ringer-Lösung (140 mmol/l NaCl; 2 mmol/l CaCl₂ und 4 mmol/l KCl) gewaschen bzw. konditioniert.
100 ml Humanplasma wurden mit 2000 EU an bakteriellem LPS (E.coli 055: B5 Endotoxin; Fa. BioWhittaker) und 100 μg LTA (Streptococcus pyogenes; Fa. Sigma-Aldrich) versetzt.
Gemäß der Versuchsvorschrift in Beispiel 2 wurden entsprechende Perfusat-Fraktionen gewonnen und hinsichtlich der darin vorhandenen LTA- bzw. LPS-Aktivität mithilfe des beschriebenen Vollblut-Stimulationstests untersucht. Die Analyse ergab, dass in keinem der Perfusate eine LTA- bzw. LPS-Aktivität nachweisbar war.

Claims

Vorrichtung zur Entfernung von bakteriellen Lipopolysacchariden und Lipoteichonsäuren aus Blut oder Plasma in einem extrakorporalen Perfusionssystem, dadurch gekennzeichnet, dass in einem in das Perfusionssystem integrierbaren Gehäuse ein zur selektiven Entfernung von bakteriellen Lipopolysacchariden und Lipoteichonsäuren geeignetes Hohlfasermaterial vorliegt, wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass das durch eine erste Öffnung des Gehäuses eintretende Blut oder Plasma das Hohlfasermaterial passieren muss bevor es durch eine zweite Öffnung des Gehäuses austritt und dem weiteren Perfusions-Kreislauf zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass sie als auswechselbare Filterkartusche ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlfasermaterial aus Polyamid, Polysulfon, Polyether, Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder Derivaten oder/und Mischungen solcher Polymere hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlfasermaterial aus Nylon hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern chemisch modifiziert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern über Propfpolymerisation modifiziert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an die Hohlfasern Tentakeln, die Anionenaustauschergruppierungen umfassen aufpolymerisiert wurden.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschergruppen aus synthetischen oder/und halbsynthetischen oder/und natürlichen Polykationenketten bestehen, wobei diese Ketten in liearer oder verzweigter Form vorliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschergruppen aus Kationen- bzw. Polykationenketten bestehen, welche tertiäre oder/und quartäre Amine aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschergruppen Di- oder Trialkylaminoalkyl-, Di- oder Trialkylaminoaryl-, Di- oder Triarylaminoalkyl-, Di- oder Triarylaminoaryl-, Di- oder Trialkylammoniumalkyl-, Di- oder Triarylammoniumalkyl-, Di- oder Triarylammoniumaryl- oder Di- oder Trialkylammoniumaryl-Reste, Polymere aus positiv geladenen oder tertiäre oder quartäre Aminogruppen enthaltenden Aminosäuren, wie Polylysin, Polyarginin oder Polyhistidin oder Mischpolymere oder Derivate hiervon oder Polyethylenimin sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlfasermaterial ein mit Diethylaminoethylgruppen modifiziertes Polyamid ist.
Verwendung von Hohlfasermaterialien zu Herstellung eines Mittels zur Entfernung von bakteriellen Lipopolysacchariden und Lipoteichonsäuren aus Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut oder Plasma.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlfasermaterialien, welche ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Polyamide, Polysulfone, Polyether, Polyethylen, Polypropylen oder Polyester, sowie Derivate oder/und Mischungen dieser Materialien, zur Anwendung kommen.
Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern chemisch modifiziert sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern über Propfpolymerisation modifiziert sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an die Hohlfasern Tentakeln, welche Anionenaustauschergruppierungen umfassen, aufpolymerisiert wurden.
Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschergruppen aus synthetischen oder/und halbsynthetischen oder/und natürlichen Polykationenketten bestehen, wobei diese Ketten in liearer oder verzweigter Form vorliegen.
Verwendung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschergruppen aus Kationen- bzw. Polykationenketten bestehen, welche tertiäre oder/und quartäre Amine aufweisen.
Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschergruppen Di- oder Trialkylaminoalkyl-, Di- oder Trialkylaminoaryl-, Di- oder Triarylaminoalkyl-, Di- oder Triarylaminoaryl-, Di- oder Trialkylammoniumalkyl-, Di- oder Triarylammoniumalkyl-, Di- oder Triarylammoniumaryl- oder Di- oder Trialkylammoniumaryl-Reste, Polymere aus positiv geladenen oder tertiäre oder quartäre Aminogruppen enthaltenden Aminosäuren, wie Polylysin, Polyarginin oder Polyhistidin oder Mischpolymere oder Derivate hiervon oder Polyethylenimin sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlfasermaterial ein durch Diethylaminoethylgruppen modifiziertes Polyamid ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel in Form eines Filtermoduls ausgestaltet ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Anwendung in einem Plasmaperfusionssystem ausgestaltet ist.
Verwendung nach Anspruch 12 bis 22, wobei das Mittel zur Behandlung einer durch gram-negative und/oder gram-positive Bakterien verursachten Erkrankungen geeignet ist.
Verwendung nach Anspruch 23, wobei das Mittel zur Behandlung von Patienten mit Sepsis, insbesondere septischem Schock eingesetzt wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 zur Entfernung von bakteriellen Lipopolysacchariden oder/und Lipoteichonsäuren aus Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut oder Plasma.
Verwendung nach Anspruch 25, wobei die Vorrichtung in einem extrakorporalen Perfusionssystem eingesetzt wird.
Verwendung nach Anspruch 26 zur Behandlung von Patienten mit Sepsis, insbesondere septischem Schock.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 zur Isolierung oder/und Anreicherung von bakteriellen Lipopolysacchariden oder/und Lipoteichonsäuren.
Verwendung nach Anspruch 28, wobei die Anreicherung aus Patientenblut oder -plasma erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 28 oder 29 zu analytischen oder diagnostischen Zwecken.