DE1546915A1 - Gegenstand zur Verzoegerung oder Verhinderung der Koagulation von Blut - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath ₆₂ Wiesbaden DipL-Ing. Harry Roever mn**,.

PATENTANWÄLTE W*. ·»«>

TeUgrammadresse: WILLPATENT Postsdieck: Frankfurt/Main fi7«3 Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden

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Jan Clirister ERIKSSON, Bromma, Schweden Hans Ragnar LAGERGREK, Stockholm, Schweden Anders iennart JOHANSSON, Enebyberg, Schweden Elsa Gunilla Gillberg, Stockholm, Schweden

Gegenstand zur Verzögerung oder Verhinderung der Koagulation

von Blut

Prioritäten: vom 17.Bez.i964 in Schweden, Ser.Nr·: 15249/64 vom 11.Juni 1965 in Schweden,« ^w : 7716/65

Die Neigung von Blut zu koagulieren» wenn es in Berührung mit einer fremden Oberfläche gebracht wird, verursacht große Schwierigkeiten für viele Zweige der Medizin und der medizinischen Technologie* Bei chirurgischen Eingriffen, die einen Blutkreislauf außerhalb des Körpers erfordern, beispielsweise bei Ver-Wendung einer Herz-Iungen*aschine oder einer künstlichen Niere, ist es notwendig, Thrombose durch Zugabe eines Antikoalierungsmittels zu verhindern, v/as in vielen Fällen ernsthafte Schwierigkeiten mit sich bringt. Bei der Herzgefäß-Ghirurgie ist es erwünscht, künstliche Blutgefäße und Yentilklappen aus einem synthetischen Material zu verwenden. Zur Zeit ist dies nur in begrenztem Maßstab möglich, da die zur Verfägung stehenden Materialien gewöhnlich schnell nach ihrer Einlagerung in das Blutgefäß Thromboee erzeugen. Künstliche H₆rz-

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klapp·» nit sufriedenstellenden Mechanischen und hydromechanischen Eigenschaften wurden in der Vergangenheit entwickelt, doch ihre Verwendung 1st ebenfalls au· den genannten Gründen begrenrfc. Zn Blutbanken wird gewöalioh tu dem Blut üatrlumsitrat sur Verzögerung der Koagulation gugesetst. Jedoch kann daa Zitrat unerwünscht· phyeiologieche Wirkungen bei den Bluttranefueionen ausüben und bei bestimmten Blutanalysen Unannehmlichkeiten alt eich bringen· Ee wäre ein Voreng, wenn diese Schwierigkeiten beseitigt werden konnten, indem man da· Blut in der Weise absiehen und lagern könnte» daß jeder Kontakt »wischen dem Blut und den die Koagulation fördernden Wänden verhindert würde.

folglich benötigt man «la Wandmaterial, das die Koagulation von Blut verhindert oder versögert gegenüber den sur Zeit verfügbaren Materialien.

Ss sollt· möglich sein, ein Wandmat«rial mit ausreichenden, dl· Koagulation verzögernden Eigenschaften herzustellen, indem man die chemischen !Eigenschaften der Wand natürlicher Blutgefäße nachahmt. Jedoch 1st die Kenntnis der Molekülstruktur der äußersten Schicht der Blutgef&Bwände recht begrenst. Daher wurden bei den vorliegenden Versuchen die chemischen Eigenschaften von Aaterialien, die für dl· Oberflächenschichten, Mepieleweise für Prothesen, Instrumente, Leitungen* Behälter, Membranen, die mit Blut

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in Berührung kommen, variiert.

Sie Experimente bagannen mit dem Binden verschiedener Typen oberflächenaktiver Mittel mit verschiedenen aktiven Gruppen an Wänden, die mit Parafinwache bedeckt waren« Spesiell sl»d bei der vorliegenden Erfindung oberflächenaktive Stoffe vom kationischen und anionischen Typ gemeint· Es wurde gefunden, daß eine parsfTinierte Oberfläche, di· mit einem kationischen oberflächenaktiven Mittel behandelt worden war und einen Überschuß an positiven hydrophilen Gruppen enthielt, in vitro eine verlängerte Koagulationsseit liefert. Diese Koagulationsseit kann außerdem durch nachfolgende Behandlung der Oberfläche mit einer HeparinlOsung verlängert werden· Eine Behandlung der Oberfläche mit einem anionisehen oberflächenaktiven Stoff führte gewöhnlich nicht ku einer Verbesserung, sondern eher su einer Verschlechterung. Auf Irund dieser Experimente wird angenommen, daß di· Wirkung der Wand auf die Koagulation Tön Blut In der Hauptsache ein Hinweis auf die Kapasität der Wand ist, freies Heparin su binden·

Weitere Experimente seigten, daß Moleküle von oberflächenaktiven Stoffen nicht nur an Paraffinwachs sondern ebenso an andere organische Verbindungen gebunden werden können, die Kohlenwaseentoffketten enthalten, wie Kunststoff·· Auch seigten Versuche, daß ausgewählte oberflächenaktiv· Substansen an Metall-Uftd Glasoberflächen gebunden werden

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können»

Die Erfindung beruht auf den oben erwähnten Erkenntnissen und betrifft Gegenstände, wie Prothesen, Instrumente, Leitungen, Behälter und Membranen, die dasu bestirnt sind, ait Blut in Berührung eu kommen, Gemäfi der Erfindung wird ein AntikoagulierungSBittel, wie Heparin, mit Hilfe einer oberfläohenaktiren Substans an dit Oberfläche dieses Gegenstandes gebunden. Obwohl eine Metall·» oder Glasoberflache direkt naoh der Erfindung behandelt werden kann, ist es bevorsugt, Metall- oder Glasgegenstände, wie chirurgische Instrumente, suerst alt einer Kunststoffschicht su überziehen und nachfolgend die Oberfläche des Kunststoffes unter Bildung einer die Koagulation verlagernden Schicht darauf su behandeln.

Das Verfahren nach der Erfindung rerändert den chemischen Charakter der Oberfläche des Gegenstandes, doch es verändert nicht wesentlich die allgemeinen physikalischen Eigenschaften des Gegenstandes, wie seine Festigkeit oder seine Ablichtabsorption·

Das wichtigste natürliche Antikoagulierungsmittel, Heparin, kommt im Körper als Hatriumsale vor. Die Aktirkomponente Ton Heparin 1st ein negatives Ion mit einer großen Zahl von Sulfat- und SuIfonatgruppen. Heparin bildet gewöhnlich schwer lBsllche Niederschläge mit kationischen oberflächenaktiven Substansen, jedoch nicht mit anionischen ober-

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flächenaktiven Substansen. Demzufolge sollte es möglich sein, Heparin durch Chemisorption auf einer Oberfläche fest su binden, die teilweise mit positiven hydrophilen Gruppen bedeckt ist. Dies wurde durch Experimente verifiziert . Ss ist nötig, daß die positiven hydrophilen Gruppen genügend fest und in einer ausreichenden Konzentration an die Oberfläche gebunden werden können. Dies kann duroh . Behandlung der Oberfläche mit chemischen Mitteln erreicht werden, die es den gewünschten positiven Gruppen ermöglichen, an die Oberfläche durch vhemische Bindungen oder durch Sorption gebunden «u werden·

Beispielsweise kann ein Kunststoff, wie Polypropylen, mit einer wässerigen Lösung eines kationiaohen oberflächenaktiven Mittels, beispielsweise Cetyltrimethylammonium-Broaid, bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 100 bis 200⁰C, behandelt werden· Durch Auswahl der Temperatur, der Zeit und der Hatur und Konzentration des oberflächenaktiven Stoffes ist es Möglich, eine große Zahl positiver hydrophiler Gruppen pro Einheit der Oberfläche sinsttlagern· Ein anderes Beispiel ist die Chemisorption eines oberflächenaktiven Stoff·· auf «in»r Oberfläche, beispielsweise aus Glas oder Metall· Der oberflächenaktive Stoff kann beispielsweise ein langkettiges AmIn sein» wobei die Aminogruppe am einen Ende der KohlenwasserBtoffkette da· Amin an die Oberfläche bindet, während das andere Ende der Kohlenwasserstoffkette die erwünschte positive Gruppe enthält, die in der Lag· ist, Heparin su binden. Bin· nach-

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- 6 -folgend· Behandlung »it einer Heparlnlösirag liefert eine

Oberfläche, auf der Blut »loht koaguliert.

Wie nan fand* iat. ea in einigen Fällen schwierig, ein sufriedenetellendes Resultat su erhalten, wenn man suerat die Oberfläche eines Kunststoffes alt einem oberflächenaktiven Stoff und nachfolgend Bit einem Antikoagullerungsmittel behandelt. Biese Schwierigkeiten kann Ban dadurch ausräumen, daß man suerat den oberflächenaktiven Stoff (vorsugsweise einen katlonisohen oberflächenaktive* Stoff) und das Antikoagulierungsmittel unter Bildung einer Kornplexverbindung miteinander reagieren läßt und nachfolgend die Oberfläche des Kunststoffes mit dieser Komplexverbindungt vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur, behandelt» Dieses Verfahren beruht auf der Tateaohe, daß ein AmtikoagullerungsBittel für Blut, wie Heparin, ein polymere: Elektrolyt 1st. Dies bedeutet, daß jedes Molekül «ine große Zahl ionischer Gruppen enthält, an die die Moleküle des oberflächenaktiven Stoffes unter Bindung von Ionen gebunden werden können. Dieses Verfahren beeinträchtigt die Kapasität des Antikoagulierungsmlttels hineichtlich der Koagulierungsverzugerung nicht wesentlich. Die ionischen Gruppen von Heparin treten in einer regelmäßigen Anordnung auf. Wenn eine maximal· Menge an Heparin an eine Oberfläche gebunden wird, die eine bestimmte Zahl von Molekülen des oberflächenaktiven Stoffes enthält, sollten die Stellungen der Indgruppen dieser Moleküle Bit der regelmäßigen Anordnung der Ionischen Gruppen de· Heparin· übereinstimmen.

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Biese Übereinstimmung kann nicht erreicht werden, wenn die Oberfläche stierst Bit dem oberflächenaktiven Stoff behandelt wird, da die Moleküle des oberflächenaktiven Stoffes auf der Oberfläche in unregelmäßiger Weise gebunden werden. Zur Abhilfe dieser Unannehmlichkeit läßt man das Heparin Bit eines oberflächenaktiven Stoff, vorzugsweise einem kationischen oberflächenaktiven Stoff, in einer wässerigen Lösung reagieren, um eine emulgierte Komplexverbindung des Heparins Bit dem oberflächenaktiven Stoff su bilden, und bindet dann die Komplexverbindung an die Oberfläche durch Absorption· Die Umsetzung mit dem Heparin steigert die llpophile Beschaffenheit des oberflächenaktiven Stoffes und demzufolge auch die Neigung des oberflächenaktiven Stoffes, auf der Oberfläche eines Kunststoffes absorbiert su werden.

Wenn eine wässerige Emulsion einer Komplexverbindung von Heparin und einem kationischen oberflächenaktiven Stoff hergestellt werden soll, sollte die Heparinkonsentration voreugeweise wenigstens 0,1 IU (internationale Einheit)

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pro ei der eu behandelnden Kunststoffoberfläche betragen*

Das Verhältnis von kationisohem oberflächenaktivem Stoff

—7 —8 su Heparin sollte vorzugsweise 10 bis 10 Hole des Oberflächenaktiven Stoffes au einer IU (internationalen Einheit) Heparin ausmachen. Geeignete katlonische oberflächenaktive Stoffs sind beispielsweise Monoamine mit einer langen Kohlenwasserstoffkette in einer sauren Lösung, Alkyl-Pyridinium-Chlorid und Alkrl-Trimethvlammonium-

Bromid mit einem langkettigsn Alkyl-radikal.

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Geeignete Kunststoffe, die nach der Erfindung behandelt werden können, sind Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Teflon. Die Behandlungetemperatur kann in weiten Grenzen liegen und ist von der Natur des Kunststoffes, der Behandlungszeit und der Konzentration der Emulsion abhängig.

Bei Verwendung eines Antikoagulierungsmittels mit peeitiv geladenen reaktiven Gruppen sollte der oberflächenaktive Stoff ein anionischer oberflächenaktiver Stoff sein. Beispielsweise wird eine Oberfläche zuerst mit Antrium-Betylchlorid oder einem langkettigen Amin mit einer negativen Endgruppe und nachfolgend mit Protaain-Hydrochlorid behandelt .

Beisgiel_l_

Kleine Röhren aus Polyethylen werden mit einer Lösung von Cetyl-Trimethyl-Ammoniumbromid, mit einer Konzentration ' von 0,0005 Mol pro L.jter während 24 Std. bei 10O⁰C behandelt. Die Röhren läßt man auf 70⁰C in der Lösung des oberflächenaktiven Stoffes abkühlen. S)k werden mn fünf mal mit einer isasmotischen Lösung von Natrium-Chlorid und dann zehn mal mit destilliertem Wasser gespült. Nun läßt man sie «ine Stunde in einer isoosmotisehen Natrium-Chloridlösung stehen, die 100 Iü (internationale Einheiten) Heparin pro Milliliter enthält. Nun werden die Röhren einmal mit einer Lösung von Cetyl-Trimethyl-Ammoniumbromid mit einer Konzentration von 0,0002 Mol pro Liter und dann 10 mal mit

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destilliertem Wässer gespült» In den so behandelten Röhren beginnt Blut nach einer durchschnittlichen Zeit von 80 Minuten zu koagulieren. Nach Überführung des Blutes aus diesen Röhren in einen Glasbehälter koaguliert dies nach 5 biö 20 Minuten*

Kleine Höhren aus !Polypropylen werden mit einer angesäuerten Lösung von Cetylamin mit einer Konsentration von O₁I Mol pro Liter 24 Std. bei 15O⁰C behandelt. Die Röhren werden fünf mal mit destilliertem Wasser gespült und nun mit Lösung von Heparin mit einer Konzentration von 200 internationalen Einheiten pro Milliliter 15 Minuten behandelt und darauf fünf mal mit einer isoeemotisehen Lösung von Matrium-Chlorid gespült. Blut, das mit den so behandelten Höhren in Berührung kommt, koaguliert nach 1 Stunde nicht.

Beis|)iel_3

2 Milliliter einer wässerigen Lösung von Heparin mit einer Konzentration von 5000 IU (internationalen Einheiten) pro Milliliter werden unter Rühren zu einem Liter einer Lösung von Cetyl-Pyridinium-Broraid mit einer Konzentration von 0,001 Mol pro Liter zugesetzt. Eine Polyäthylen-Oberfläche

mit einer Größe von 20 dm wird in der so bereiteten Emulsion 24 Std. bei 83°C behandelt. Die Oberfläche wird nun wiederholt mit einer isocsmotischen Lösung von Natrium-Chlorid gespült. Blut wird nun mit der so behandelten. Ob«r-

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fläche in einem Experiment in vitro in Berührung gebracht. Nach 2 Std. konnte keine Koagulation festgestellt werden. Nachdem das Blut mit dieser Oberfläche In Berührung gebracht und anschließend in einen Behälter aus einem Material, wie Glas, gebracht worden war, das die Koagulation fördert, koaguliert ea nach 10 bis 15 Hinuten.

2 Milliliter einer wässerigen Lösung von Heparin Mit einer Konzentration von 5000 IU (internationalen Einheiten) pro Milliliter wurden unter Rühren asu 1 Liter einer Lösung von Cetyl-Trimethyl-Ammoniumbromid mit einer Konzentraion von 0,001 Mol pro Liter zugesetzt. Eine Polypropylen-Oberfläche

ρ
mit einer Größe von 17 dm wurde in der so bereiteten Emulsion 2 Std. bei 165⁰C behandelt* Die Oberfläche wurde nun wiederholt mit einer isoismo ti sehen Lösung von Natriumchlorid gespült. Blut wird mit der so behandelten Oberfläche in einem Experiment in vitro in Berührung gebracht. Nach 2 Stunden trat keine Koagulation auf. Nachdem das Blut in Berührung mit dieser Oberfläche gebracht und anschließend in einen Behälter aus einem Material, wie Glas, das die Koagulation fördert, überführt worden war, koaguliert es nach 10 bis 15 Minuten.

Kleine Röhren aus Polyethylen werden 36Stunden bei93°C >it einer Emulsion behandelt, die durch Vermischen von 500 Millilitern Heparlnlusung «it einem Gehalt von 40 000 IU

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(internationalen Einheiten) Heparin und 500 Killilitern einer Lösung von Cetyl-Trimethyl-Aiaraoniunbromid mit einer Konzentration von 0,002 Mol pro Liter /bereitet worden war.

Die Röhren ließ man in der Emulsion auf 45°C abkühlen und spülte sie nachfolgend einmal mit einer Lösung von Cethyl-Pyridinium-Bromid mit einer Konzentration von 0,1 Mol pro Liter und dann 10 mal mit destilliertem Wasaer. In den so behandelten Röhren wurde Blut aufbewahrt. Each 2 Stunden konnte keine Koagulation festgestellt werden. Nachdem das Blut aus den so behandelten Röhren in einen Glasbehälter überführt worden war, koaguliert es in der üblichen Zeit.

Beisjiel_6

Kleine Röhren aus Polypropylen werden mit einer Emulsion, wie in Beispiel 5 beschrieben, jedoch bei einer Temperatur von 150°C behandelt. Hach Abkühlen werden die Röhren 10 mal mit destilliertem /asser und 1 mal mit einer iscosmotischen Lösung von Katrium-Chlorio gespült. Bei einer Lagerung von Blut in diesen eo behandelten Höhren konnte während " 2 Jtun1en keine Koagulation beobachtet werden. Hach Überführung des Blutes in einen Glasbehälter koaguliert dies in der normalen Zeit.

Beis£ial_7

500 Milliliter einer Lösung von Cetyl-Trinethyl-Anmoniunbromid alt einer Konsentration von 0,002 Mol pro Liter werden mit 500 Millilitern einer Lösung von Heparin, die 40 000 IU (Internationale Einheiten) Heparin enthält, ver-

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miant. Kleinbehälter aue Polystyrol werden mit der *o bereiteten Lösung 2 Stunden bei 8O⁰C behandelt. Han läßt die Behälter in der Emulsion abkühlen und spült sie nun 10 mal mit destilliertem Wasser und 2 mal mit einer isosmotischen Lösung von Natrium-Chlorid. Bei Aufbewahrung in solchen Behältern beginnt Blut nach etwa 80 Minuten au koagulieren.

Beisgiel_8

Eine Emulsion wird wie in Beispiel 7 bereitet. Röhren aus Polyvinyl-Chlorid werden in der Emulsion 15 Minuten bei 120⁰C behandelt und nachfolgend 10 mal mit deetilliertem Wasser und 2 mal miü einer.isosmotischen Lösung von Natrium-Chlorid gespült. Bei Aufbewahrung in solchen Röhren beginnt Blut nach etwa 60 Minuten zu koagulieren.

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Claims (1)

1. Ij, Gegenstand mit einer Oberfläche, die in der Lage ist» die Koagulation von in Berührung mit dieser Oberfläche stehendem Blut zu verzögern oder zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß er ein mit Hilfe eines oberflächenaktiven Stoffes an seine Oberfläche gebundenes Antikoagulierungsiaittel, wie Heparin, enthält.

   2_L Verfahren zur Behandlung eines Gegenstandes, um dessen Oberfläche die Koagulierung von Blut verzögernd oder verhindernd zu Bachen, dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Übex-f lache ein Antikoagulierungsmittel, wie Heparin, mit Hilfe eines oberflächenaktiven Stoffes bindet.

   2_. Verfahren nach Anbruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes bei erhöhter Temperatur behandelt und dabei die Moleküle des oberflächenaktiven Stoffes auf der Oberfläche " bindet und nachfolgend die Oberfläche mit Lösung eines Antikoagulierungsmittels behandelt und dabei die Moleküle des Antikoagulierungsmittels an die Moleküle des oberflächenaktiven Stoffes bindet.

   4_: Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Antikoagulierungsmittel und den oberflächenaktiven Gtoff unter Bildung einer Komplexverbindung umsetzt und nachfolgend die Oberfläche mit dieser Komplexverbindung be-

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   handelt.

   5_r Verfahren nach Anspruch 3_tzuT Behandlung einer Kunststoff oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einer wässerigen Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes bei erhöhter Temperatur und nachfolgend mit einer wässerigen Lösung von Heparin behandelt.

   6^ Verfahren nach Anspruch 4 zur Behandlung einer Kunststoff oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässerige Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes mit einer wässerigen Lösung von Heparin unter Bildung einer wässerigen Emulsion einer Komplexverbindung von Heparin und oberflächenaktivem Stoff vermischt und anschließend die Oberfläche mit der so bereiteten Emulsion behandelt.

   7^ Verfahren nach Anspruch 2 zur Behandlung einer Oberfläche aus Metall oder Glas, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche mit einem langkettigen Amin unter Bindung der Aminogruppe an einem Ende der Kohlenwasserstoff kette - behandelt und nachfolgend die Oberfläche mit einem Antikoagulierungsmittel unter Bindung dee Antikoagulierungsmittels an die aktive Gruppe an dem anderen Ende der Kohlenwasserstoffkette des Amins behandelt

   Q_x Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die OberfJäoJijp _djui Gegenstandes mit einem Kunststoff-

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   überzug versieht und nachfolgend ein Antikoagulierungelaittel auf der Kunststoffoberfläche mit Hilfe eines oberflächenaktiven Stoffes binlet.

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