DE1620795C3

DE1620795C3 - Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gegerbten und/oder sterilen Kollagenschwämmen

Info

Publication number: DE1620795C3
Application number: DE1620795A
Authority: DE
Inventors: Eloise Okemos Mich. Kuntz; Elie Sami Basking Ridge N.J. Nuwayser
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1965-03-25
Filing date: 1966-03-11
Publication date: 1974-11-07
Also published as: US3368911A; GB1129277A; SE326800B; DE1620795B2; DE1620795A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gegerbten und/oder sterilen, flüssigkeitsdurchlässigen und wasserunlöslichen KoI-lagenschwämmen unter Verwendung von Kollagenfäserchen, die in wäßriger Kohlensäure gequollen sind. Die Kollagenschwämme gemäß der Erfindung finden insbesondere in der Chirurgie Verwendung.

Die Verwendung von Schwämmen zur Kontrolle von Blutungen ist in der Chirurgie üblich. Die poröse Struktur des Schwamms absorbiert das Blut schnell und ist in idealer Weise geeignet, ein therapeutisches Mittel oder ein Koagulationsmittel, wie Thrombin, aufzunehmen. Darüber hinaus gestattet die Zusammendrückbarkeit des Schwammgefüges die Anwendung von gleichmäßigem Druck, der dazu beiträgt, das Bluten zu verringern.

Es ist manchmal für den Chirurgen wünschenswert, entferntes Gewebe durch Auffüllen der Körperhöhlung mit einem schwammähnlichen Material zu ersetzen. Kollagenschwämme sind für diesen Zweck gut geeignet, da sie nicht antigenisch und absorbierbar sind.

Schwammähnliche Kollagenmassen sind bisher durch Frieren einer Masse aus in Säure gequollenen Kollagenfäserchen und Sublimieren des Wassers unter hohem Vakuum hergestellt worden, während die Temperatur unter dem Gefrierpunkt gehalten wurde. Ein auf diese Weise lyophilisierter Schwamm enthält viele offene Kanäle in der Masse der restlichen Kollagenfäserchen. Auf diese Weise erhaltene Schwämme halten jedoch die zur Quellung des Kollagens verwendete Säure zurück und kehren daher in einen gelartigen Zustand zurück, wenn sie in Wasser getaucht werden. Während es möglich ist, den Schwamm durch Neutralisieren der Säurekomponente in einen wasserunlöslichen Zustand zu verwandeln, beseitigt eine solche chemische Einwirkung die feste Schwammstruktur.
Ein Verfahren zur Entfernung der restlichen Säure aus Schwämmen, hergestellt aus in Säure gequollenen Kollagenfäserchen, ist in der USA.-Patentschrift 3 157 524 beschrieben. Die Beispiele dieser Patentschrift beschreiben die Verwendung von kaltem ammoniakalischem Isopropylalkohol zur Neutralisation

ίο der in den lyophilisierten Kollagenschwämmen anwesenden Säure. Schwämme, die nach dem Isopropylalkoholverfahren hergestellt sind, besitzen eine ausgezeichnete Qualität, das Verfahren ist aber zeitraubend und kostspielig wegen der großen Menge des erforderlichen Isopropylalkohols.

Es wurde nun gefunden, daß Kollagenfäserchen gequollen und in einer wäßrigen Lösung von Kohlensäure dispergiert werden können. Obgleich die Quellung von Kollagen in starker Säure oder stark saurem Medium eine bekannte Erscheinung ist, ist die Quellung von Kollagen durch eine so schwache Säure wie Kohlensäure bisher unbekannt und vollkommen unerwartet. Durch Lyophilisieren einer solchen Kohlensäuredispersion von Kollagen unter genauen Bedingungen erhält man einen porösen und elastischen Kollagenschwamm, der flüssigkeitsdurchlässig, wasserunlöslich, geruchlos und leicht vom tierischen Körper absorbierbar ist. Es wird angenommen, daß die Kohlensäure unter den während der Lyophilisierungsstufe angewendeten Bedingungen zersetzt und aus der Schwammstruktur als Kohlendioxydgas entfernt wird.

Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gegerbten und/oder sterilen Kollagenschwämmen, insbesondere für chirurgische Zwecke, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man im wesentlichen reine Kollagenfäserchen in wäßriger Kohlensäure bei einer Temperatur zwischen 0 und 35° C quellen läßt, das gequollene Kollagen zur Bildung einer gleichmäßigen Kollagenmasse homogenisiert, die Kollagenmasse in die gewünschte Form bringt und die geformte Kollagenmasse zur Bildung eines geruchlosen, wasserdurchlässigen und wasserunlöslichen Kollagenschwammes lyophilisiert und diesen gegebenenfalls mit Formaldehyddampf bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 140° C gerbt und/oder durch Bestrahlen mit Gamma-Strahlen, zweckmäßig mit einer Bestrahlungsdosis von etwa 2,5 Megarad, sterilisiert.

Das als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Schwämme gemäß der Erfindung verwendete Kollagen kann aus Ochsensehne gewonnen werden. Die untere Beugemuskelsehne und die Abzweigungen der unteren Beugemuskelsehne werden bevorzugt. Die Grobheit und Elastizität des Schwammes kann durch Verwendung von Kombinationen der obengenannten Sehnenabschnitte verändert werden. Neugebildetes ungegerbtes Kollagenband, hergestellt wie in den USA.-Patentschriften 3114591 und 3114 593 beschrieben, ist auch ein geeignetes Material zur Verwendung bei der Herstellung von Schwämmen entweder allein oder in Kombination mit Ochsensehne. Die Quellung aus Kohlensäure kann unter Durchleiten von Kohlendioxydgas durch destilliertes Wasser bei der gewünschten Temperatur hergestellt werden. Das pH von gesättigten Lösungen von Kohlendioxyd bei verschiedenen Temperaturen ist in der Tabelle nufeeführt.

Temperatur	Konzen tration	Ka-IO-?	Molarität	pH
⁰C	g/100 ml
0	0,3346	2,64	0,076	3,85
5	0,2774	3,04	0,063	3,86
10	0,2318	3,44	0,053	3,87
15	0,1970	3,81	0,045	3,88
20	0,1688	4,16	0,038	3,90
25	0,1449	4,45	0,032	3,92
30	0,1257	4,71	0,028	3,94
35	0,1105	4,90	0,026	3,95

Eine Zunahme bezüglich der Konzentration an Kohlensäure kann unter Anwendung von Drücken erzielt werden, die größer sind als Atmosphärendruck bei der gewünschten Temperatur. Solche Bedingungen können eingestellt werden zur Sicherung der Quellung der Fdserchen und der Bildung einer Kollagendispersion in dem allgemeinen Bereich von 0 bis 35° C. Niedrigere Temperaturen werden zur Herabsetzung der Denaturierung von Kollagen bevorzugt. Der optimale Temperaturbereich zur Quellung von Kollagen scheint bei 0 bis 4° C und Atmosphärendruck zu liegen. Die Quellung des Kollagens kann durch kontinuierliches oder unterbrochenes Rühren der sauren Suspension beschleunigt werden.

Die mit Kohlensäure gequollenen Kollagenfäserchen können lyophilisiert werden, und die Eigenschaften des so erhaltenen Kollagenschwammes werden durch Gerben bestimmt. Während viele der herkömmlichen Gerbverfahren sowie diejenigen gemäß den USA.-Patentschriften 3152 976, 3166 073 und 3 166 074 geeignet sind, führt die Verwendung von Formaldehyddämpfen zu einer außerordentlich guten Steuerung der physiologischen Absorption und der physikalischen Eigenschaften des Schwammes. Die Konzentration von Formaldehyd, zusammen mit der Zeit und der Temperatur der Gerbung, sind bedeutende Faktoren bei der Formaldehydgerbung. Wenn die Kollagenschwämme mehr als 24 Stunden in Berührung mit Formaldehyddampf gelassen werden, werden die Stärke des Schwammes und seine Fähigkeit zur Absorption von Flüssigkeiten erhöht, aber das Produkt wird langsamer absorbiert. Dies ist besonders der Fall, wenn die Temperatur während der Formaldehydgerbstufe merklich über Raumtemperatur liegt (größer als 20° C). Die Schwämme gemäß der vorliegenden Erfindung können auch durch Erhitzen des Schwammes auf Temperaturen zwischen 100 bis 140° C für kurze Zeitabschnitte von 15 bis 120 Minuten gegerbt werden.

Die Quellung des Kollagens in wäßrigen Kohlensäurelösungen zur Bildung einer Kollagendispersion und die Herstellung von Kollagenschwämmen aus einer solchen Dispersion werden an Hand der nachfolgenden Beispiele erläutert, in denen alle Mengen in Gewichtsteilen angegeben sind, wenn nicht etwas anderes angegeben ist.

Beispiele

1. 300 Teile neugebildetes Kollagenband, hergestellt wie im Beispiel 10 gemäß USA.-Patentschrift 3114 593 beschrieben, werden in einen perforierten Metallkorb gebracht, der in einen Kolben aus rostfreiem Stahl gegeben wird. Dazu werden 151412 Teile einer wäßrieen Lösung von 0,1 % Natriumchlorid zugesetzt, und das Band wird durch Rühren dispergiert. Man läßt das Band sich für eine Zeitdauer von 3 bis 4 Stunden in dieser Lösung vollsaugen. Darauf wird die Flüssigkeit abgezogen, und es wird frische Kochsalzlösung zugesetzt. Dieses Verfahren wird dreimal wiederholt. Das Band wird dann dreimal mit 40 000 Teilen destilliertem Wasser in einer Zeitspanne von 3 bis 4 Stunden je Waschung gewaschen. Dann wird dem gewaschenen und entwässerten

ίο Band eine wäßrige gesättigte Lösung von Kohlensäure bei 0 bis 4° C zugesetzt, bis das Endvolumen 50 000 Volumteile beträgt. Die obengenannte Kohlensäurelösung wird durch Zusatz von Trockeneis zu destilliertem Wasser und Rühren hergestellt, bis

die Temperatur unter 4° C fällt.

Das Band wird dann gleichmäßig in wenigen Minuten durch schwaches Rühren dispergiert. Der Behälter wird leicht bedeckt, um die Atmosphäre über der Flüssigkeit mit Kohlendioxydgas gesättigt zu hal-

ten und einen übermäßigen Verlust zu verhindern. Man läßt das Kollagen über Nacht unter diesen Bedingungen quellen.

Nach dem Quellen wird die erhaltene Masse sorg-" fältig ¹It Stunde gerührt und dann durch wiederholtes Durchpressen durch eine Öffnung von 3,2 mm homogenisiert. Die homogenisierte Masse wird in Formen aus rostfreiem Stahl von 45,7-50,8-6,4 cm gegossen, von denen jede 900 Volumteile enthält. In jeder Form wird der Flüssigkeitsspiegel auf gleiche

Höhe gebracht. Die Dicke des fertigen Schwammes entspricht der Dicke der Schicht der Kollagendispersion im Behälter. Die Behälter werden dann in eine Gefriervorrichtung oder in eine gekühlte Lyophilisierungsvorrichtung gebracht, und die Temperatur der

Kollagendispersion in den Behältern wird auf zwischen -8⁰C und -15⁰C herabgesetzt. Die Behälter und ihre Inhalte werden wenigstens 3 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Darauf wird die gefrorene Kollagendispersion durch Verminderung des

Drucks in der Lyophilisierungsvorrichtung auf nahezu 100 Mikron lyophilisiert, während die Temperatur auf —15° C gehalten wird. Nachdem die Lyophilisierung 4 Stunden fortgeschritten ist, wird die Temperatur des Kollagens auf zwischen —5° C und 0° C über eine Zeitspanne von 1 Stunde erhöht. Die Lyophilisierung wird weitere 9 Stunden bei dieser Temperatur fortgesetzt. Nach 9 Stunden wird die Temperatur auf 40° C während einer Zeitspanne von 3 Stunden erhöht, und diese Temperatur (40° C) wird aufrechterhalten, bis der Schwamm vollständig getrocknet ist. Die Endtrocknung bei 40⁰C erfordert etwa 4 bis 10 Stunden. Der erhaltene getrocknete Schwamm ist etwa 3,2 mm dick.

Die Geschwindigkeit der physiologischen Absorption des Schwammes wird dann durch Gerbung modifiziert. Dies geschieht dadurch, daß man die Schwämme bei Nacht bei normaler Temperatur in eine geschlossene Kammer, in der sich ein Behälter mit l°/oiger wäßriger Formaldehydlösung befindet, bringt. Das Volumen der Gerblösung soll ausreichend sein, um die Luft in der Kammer mit ihren Dämpfen zu sättigen.

Der so erhaltene gegerbte Schwamm fühlt sich nicht glitschig an, wenn er naß ist, und erzeugt keinen Geruch nach längerer Lagerung. Des weiteren enthält der Schwamm keine restlichen quellenden Säuren. Der Schwamm besitzt gute Festigkeitseigenschaften in nassem und in trockenem Zustand.

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Der nach dem Verfahren gemäß dem vorliegenden den mit Sonnenlicht (2140 Lux=200 Fußkerzen) beBeispiel hergestellte Schwamm ist im wesentlichen strahlt, schnell gefroren und lyophilisiert. Der so frei von organischen Salzen, da es nicht erforderlich erhaltene Schwamm ist dichter als der Schwamm ist, die Quellungssäure mit einer Base zu neutrali- nach Beispiel 1. Es wurde beobachtet, daß die Konsieren. Der Aschegehalt des Schwammes beträgt 5 zentration an Kollagen in der Dispersion die Dichte 0,012%. Darüber hinaus ist der Schwamm nicht des daraus hergestellten Schwammes beeinträchtigt; stark sauer, wie durch Eintauchen von Gewichtstei- je größer die Konzentration des Kollagens in der len des Schwammes in 1000 Gewichtsteile destillier- wäßrigen Dispersion, desto größer die Dichte des tes Wasser und einstündiges Rühren demonstriert Schwammes. Verdünnte Kollagendispersionen führen werden kann. Das pH des destillierten Wassers am io-zu Schwämmen von geringer Dichte.
Ende dieser Zeit beträgt 4,8. 3. 120 Teile neugebildetes Kollagenband werden

2. Ochsensehne (die untere Beugemuskelsehne) in einen perforierten Metallkorb gebracht, der in wird in dünne Abschnitte geschnitten, und 130 Teile einen Kolben aus rostfreiem Stahl gegeben wird. Es dieser Scheiben werden mit destilliertem Wasser ge- werden 2000 Teile O,85°/oige Natriumchloridlösung waschen. Die gewaschenen Scheiben werden in 15 zugesetzt, und das Band wird durch Rühren disper-1000 Volumteile lO°/oiges Natriumchlorid gebracht giert. Man läßt das Band sich für eine Zeitspanne und in einem kalten Raum über Nacht gelagert. Am von 1 Stunde vollsaugen. Danach wird die Flüssigkeit folgenden Tag wird die Salzlösung von den Schei- abgezogen, und es wird frische Kochsalzlösung zuben abdekantiert und durch ein gleiches Volumen gesetzt. Dieses Verfahren wird noch einmal wiederfrischer lO°/oiger Natriumchloridlösung ersetzt. Nach 20 holt. Das Band wird dann dreimal in 2000 Teilen 24 Stunden werden die Sehnenscheiben unter sechs- einer wäßrigen Lösung von Kohlensäure bei 0 bis maligem Wechsel mit destilliertem Wasser gewaschen 4° C für die Dauer von 1 Minute für jede Waschung und mit 1000 Volumteilen einer 2°/oigen Malzdia- gewaschen. Die vorgenannte Kohlensäurelösung wird staselösung bei 37° C über Nacht behandelt. Das pH unter Zusatz von Trockeneis zu destilliertem Wasser der Malzdiastaselösung beträgt 8,2. 25 unter Rühren bis auf eine Temperatur unterhalb von

Die mit Malzdiastase behandelten Sehnenscheiben 4° C hergestellt.

werden unter viermaligem Wechsel mit destilliertem 2000 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung von

Wasser gewaschen und 2 Stunden mit 1000 Volum- Kohlensäure werden dann bei 0 bis 4° C dem ge-

teilen einer O,4°/oigen wäßrigen Lösung des Di- waschenen und entwässerten Band zugesetzt. Das

natriumsalzes von Äthylendiamintetraessigsäure be- 30 Band wird gleichmäßig durch mildes Rühren in we-

handelt. Die Sehnenscheiben werden dann wieder nigen Minuten dispergiert. Der Behälter wird leicht

unter sechsmaligem Wechsel mit destilliertem Wasser bedeckt gehalten, um die Atmosphäre über der Flüs-

gewaschen. 230 Gewichtsteile der nassen Kollagen- sigkeit mit Kohlensäuregas gesättigt zu halten und

scheiben werden nach dieser Endwaschstufe wieder- einen übermäßigen Verlust zu vermeiden. Man läßt

gewonnen. 35 das Kollagen 1 Stunde unter diesen Bedingungen

Trockeneis wird zu 3000 Volumteilen Wasser un- quellen.

ter Rühren zugesetzt, bis das Wasser mit Kohlendi- Nach dem Quellen wird die erhaltene Masse 3 bis oxyd gesättigt ist. Dieser Kohlensäurelösung werden 5 Minuten in einem Waring-Mischer homogenisiert. 115 Teile gereinigte Sehnenscheiben zugesetzt, herge- Die homogenisierte Masse hat eine Viskosität von stellt wie vorbeschrieben, und die Mischung wird 4° 970 Centipoise bei 30° C, gemessen mit einem Ferüber Nacht in einen kalten Raum gebracht. Die ge- ranti-Shirley-Viskosimeter mit konischer Platte. Sie quollene so erhaltene Kollagenmasse wird mit ge- kann bei 4° C im Kühlschrank gelagert werden,
sättigter wäßriger Kohlensäure bis zu einem Gesamt- Zur Herstellung von stark verdichteten Schwämvolumen von 5000 Volumteilen verdünnt, und dann men wird die Masse als solche gefroren und dann wird die Mischung in einem Waring-Mischer 10 Se- 45 lyophilisiert. Sie kann auch mit Wasser zur Herstelkunden homogenisiert. Der so erhaltenen Dispersion lung von Dispersionen mit niederen Feststoffgehalten von gequollenen Kollagenfäserchen in wäßriger Koh- verdünnt werden zur Herstellung von Schwämmen lensäure werden 0,6 Teile Riboflavin in 200 Volum- mit geringer Dichte. Diese verdünnten Dispersionen teilen Wasser unter Rühren zugesetzt. sind homogener und stabiler als jene nach Beispiel 1

Eine Schicht dieser Kollagendispersion wird 6 Stun- 50 hergestellten.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gegerbten und/oder sterilen Kollagenschwämmen, insbesondere für chirurgische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß man im wesentlichen reine Kollagenfäserchen in wäßriger Kohlensäure bei einer Temperatur zwischen 0 und 35° C quellen läßt, das gequollene Kollagen zur Bildung einer gleichmäßigen Kollagenmasse homogenisiert, die Kollagenmasse in die gewünschte Form bringt und die geformte Kollagenmasse zur Bildung eines geruchlosen, wasserdurchlässigen und wasserunlöslichen KoI-lagenschwamms lyophilisiert und diesen gegebenenfalls mit Formaldehyddampf bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 140° C gerbt und/ oder durch Bestrahlen mit Gamma-Strahlen, zweckmäßig mit einer Bestrahlungsdosis von etwa 2,5 Megarad, sterilisiert.