DE2021266A1 - Resorbierbarer Faden fuer chirurgische Naehte - Google Patents

Description

• Beschreibung zur Anmeldung von Resorbierbarer Faden für chirurgische Nähte Die Erfindung betrifft einen chirurgischen Nähfaden mit verbesserter physiologischer Vertpäglichkeit, der aus einem antigenfreien, resorbierbaren, ionotropen Protein-Polysaccharid-Gel besteht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Fadens.
• Chirurgisches Nahtmaterial aus natürlichen Darmes, etwa das bekannte, vorzugsweise aus der Muskelschicht von Schafsdärmen gewonnene Catgut, verursacht die für artfremdes Eiweiß typischen Abwehrreaktionen im Organismus, d.h. solches Material wird mehr oder weniger volllständig abgestoßen, DarUberhinaus ist die Catgutherstellung wegen des zur Sterilisation erforderlichen Aufwands unwirtschaftlich.
• Es ist auch bekannt, synthetische Produkte, z.B. Nylon, als Nahtmaterial einzusetzen. Diese lassen sich zwar leicht steril erhalten, werden jedoch vom menschlichen Körper naturgemäß nicht resorbiert, so daß. Fäden aus derartigem Material grundsätzlich nach fortgeschrittener Wundheilung gezogen werden müssen.
• In ein Fällbad, beispielsweise in Ammoniak enthaltendes Aceton oder Äthanol, versponnene Kollagenfäden, die z.B. aus Sehnen von Rindern hergestellt werden, und ihre Verwendung als chirurgisches Nahtmaterial sind ebenfalls bekannt, desgleichen Wundschwämme oder Tampons aus Kollagen oder Gelatine. Es ist auch bekannt, eine Dispersion aus vororientierten Kollagenfasern zu einer Schicht zu extrudieren, die anschließend zu Bändern zerschnitten und zu Strängen gewunden werden kann.
• Kollagen ist im Vergleich mit anderem biologischem Material außergewöhnlich reißfest und in reiner Form im wesentlichen ant igenfrei; e rlift daher keine nennenswert en Abwehrlteaktionen im Organismus hervor und wird nach kurzer Zeit weitgehend resorbiert. Selbst hochgereinigtes Kollagen enthält jedoch immer noch geringe Mengen an Hexoson in Form von Mucopolysacchariden, die antigen wirken. Daher werden Kollagenmaterialien bisher praktisch erreichter Reinheit nicht in allen Fällen ohne Gewebereizungen vertragen. Auch die oft zusätzlich zum Zerkleinern und Dispergieren vor dem Verspinnen vorgenommene saure Quellung des Kollagenausgangsmaterials unter nicht-denaturierenden Bedingungen, d.h. bei Temperaturen zwischen etwa +4 und +400 C, beseitigt die antigene Wirkung des Endprodukts nicht restlos. Andere, an sich bekannte Behandlungsschritte wie Weichmachen, Strecken, Zwirnen und Dehydratisieren, die üblicherweise zur Erzielung bestimmter mechanischer Eigenschaften des extrudierten Materials durchgeführt werden müssen, haben hierauf selbstverständlich überhaupt keinen Einfluß. Zudem ist es bislang nicht gelungen, versponnene Kollagenfäden mit für chirurgische Zwecke genügender Festigkeit herzustellen.
• Man kennt auch lithoden zur Veränderung der Rc-sorptionsgeschwindigkeit von Kollagenmaterial. So ist es bekannt, die Resorptionszeit von Kollagenerzeugnissen durch EJinwirkung ionisierender Strahlung zu verlcür:zcn. oder durch Gerbbehandlung zu verlängern. Dies ist allerdings nur innerhalb gewisser Grenzen möglich, da - insbesondere bei Fäden -einerseits genügende Elastizität und andererseits ausreichende Reiß- und Knotenfestigkeit erhalten bleiben müssen.
• Die physiologische Verträglichkeit von Kollagenerzeugnissen wird durch eine derartige Nachbehandlung jedoch ebenfalls nicht verbessert, zuweilen sogar eher verschlechtert, beispielsweise infolge der Giftigkeit chromhaltiger Gerbmittel.
• Es ist ebenfalls bekannt, zur Erzeugung eßbarer Wurstdärme Kollagen oder ein anderes Faserprotein nicht allein sondern in Kombination mit einem eßbaren Polysaccharid, z.B. Natriumalginat, als Film zu extrudieren. Als Fällbad dient hierbei eine Lösung von Calciumchlorid, da Alginsäure ein schwerlösliches Calciumsalz bildet. Für medizinische Anwendungen wurde dieses Produkt allerdings nicht vorgeschlagen, vermutlich weil Klarheit darüber herrschte, daß es hinsichtlich der physiologischen Verträglichkeit- gegenüber einem ohne Polysaccharidzusatz in bekannter Weise hergestellten Kollagenmaterial keine Vorteile aufweist. Natriumalginat gehört zwar zu den Polysacchariden ohne antigene Wirkung, doch ändert auch die chemische Umsetzung mit einer biologisch unspezifischen Substanz naturgemäß nichts an der Tatsache, daß der andere Reaktionspartner, das Faserprotein, auch nach der üblichen Säurequellung noch geringe Mengen spezifischer, d.h. antigen wirkender, Mucopolysaccharide enthält, Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellte die vorstehend aufgezeigten Nachteile zu beseitigen, insbesondere den Chirurgen mit Nähfäden zu versorgen, die völlig antigenfrei sind und infolgedessen keine Abwehrreaktionen im Organismus hervorrufen können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines resorbierbaren chirurgischen Nähfadens, bei dem man Kollagen enthaltendes Proteinmaterial zerkleinert, quellen läßt, mit einem nicht-antigenen Polysaccharid zu einem Symplex umsetzt und diesen in einem Fällbad verfestigt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Proteinmaterial zur vollständigen Entfernung vorhandener antigener Mucopolysaccharide unter nicht-denaturierenden Bedingungen in alkalischem Medium aufspaltet, aus dem aufgespaltenen Proteinmaterial ein Protein-Polysaccharid-Symplexsol bildet, dieses Sol in einem mehrwertige Metallionen enthaltenden Elektrolytbad zu einem ionotropen Gel ausfällt, in dem erhaltenen Gel durch Säurebehandlung die Metallionen durch Wasserstoffionen ersetzt, das Gel säurefrei wäscht, gegebenenfalls in an sich bekannter Weise nachbehandelt und trocknet.
• In bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens zerlegt man das Proteinmaterial reversibel bis zur Auflösung seiner Tertiärstruktur> d.h. so weite daß die Kollagenfaser bis zur i-Helix aufgespalten wird.
• Das Faserprotein Kollagen hat Quellungsmaxima sowohl im sauren als auch im alkalischen Bereich und bildet sowohl mit Säuren als auch mit Laugen Sole. Die übliche Säurebehandlung unter nicht-denaturierenden Bedingungen, d.h. bei Temperaturen zwischen etwa +4 und +400 C, führt nur zu einer Quellung unter Zerlegung der makroskopischen Fasern zu Fibrillen bzw. Fibrillenbündeln. Das Tropokollagen-Molekül bleibt dabei erhalten, und daher ist Säurekollagen nicht völlig antigenfrei. Im Gegensatz dazu findet bei dem Verfahren gemäß der Erfindung durch Anwendung eines alkalischen Mediums eine weitergehende Aufspaltung statt. Hierbei werden antigen wirkende Mucopolysaccharide vollständig zerlegt und als Alkalisalze herausgelöst. Zugleich werden im nativen Kollagen die Quervernetzungen zwischen den einzelnen Tropokollagen-Molekülen gelöst und anschließend die Quervernetzungen zwischen den drei Peptidketten der Tripelhelix, so daß nur die d-Komponenten übrigbleiben, was sich elektronen-' optisch, viskosimetrisch oder durch Lichtstreuungsmessung nachweisen läßt. Die Längsvernetzung bleibt unter nichtdenaturierenden Bedingungen erhalten. Damit sind außer den Mucopolysacchariden auch die antigen wirkenden Proteine von mittlerem Molekulargewicht, insbesondere die Gamma-Globuline, unschädlich gemacht.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren führt die Fällung des bis zur i-Helix aufgespaltenen Kollagens und eines unspezwischen Polysaccharids, aus denen zunächst ein kolloides Symplexsol gebildet wird, zu einem besonders gut verfestigten Gel, da man eine als Ionotropie bezeichnete Ausrichtung der FadenmolekÜle im Feld diffundierender Ionen dadurch bewirkt, daß man die Umwandlung des Sols zum Gel in einem wäßrigen Elektrolytbad vornimmt, das mehrwertige Metallionen enthält.
• Es hat sich gezeigt, daß das gefällte Gel weicher und glatter und infolge starker Entquellung auch fester wird, wenn man die zunächst in Form unlöslicher Polysaccharidverbindungen vorliegenden Metallionen durch Säureeinwirkung gegen Wasse-toffionen austauscht. Dabei wird aus dem Gel die freie Polyuronsäure ausgefällt, die als Stützgerüst für das Protein fungiert, und dessen heteropolare Verknüpfung zugleich in eine Wasserstoffbrückenbindung übergeführt. Dieser Austausch ist auch insofern vorteilhaft, als das für medizinische Zwecke verwendete Kollagenprodukt auf diese Weise von giftigen oder zumindest kdrperfrenden Ionen befreit wird.
• Das Mengenverhältnis, in dem Kollagen enthaltendes Proteinmaterial und Polysaccharid miteinander zum Symplex reagieren, kann in weiten Grenzen - zwischen etwa 50:1 und 1:1 -variiert werden. Vorzugsweise wendet man ein Gewichtsverhältnis an, das zwischen 15:1 und 5:1, insbesondere beim oder nahe beim stöchiometrischen Verhältnis, liegt. Für einen Kollagen-Natriumalginat-Symplex entspricht die stöchiometrische Zusammensetzung beispielsweise einem Verhältnis von 11,5:1 (92 Gew.% Kollagen, 8 ges.% Natriumalginat).
• Besonders vorteilhafte Kollagenprodukte erhält man, wenn man als Proteinausgangsmaterial Aorten, z.B. vom Rind oder vom Schwein, benutzt. Ebenso gut können jedoch andere tierische Bindegewebeteile, insbesondere Sehnen, Knorpel oder Haut, der alkalischen Zerlegung unterworfen werden. Anhaftendes grobes Bindegewebe und Fett werden von dem zerkleinerten Proteinmaterial zuvor mechanisch abgetrennt. Auf diese Weise nicht entfernbares Fett wird am besten durch Zugabe von Natriumdesoxycholat zum Quellungsmittel emulgiert und solubilisiert.
• Für die gezielte alkalische Aufspaltung von Kollagen sind grundsätzlich verdünnte Lösungen aller Alkalihydroxide und auch Calciumhydroxid verwendbar. Enthält das Proteinausgangsmaterial neben Kollagen auch Elastin, das in Anteilen von 1 bis 10 % dem Endprodukt besonders hohe Festigkeit verleiht, oder ist dem Kollagensol nachträglich Elastin in solchen Mengen zugesetzt worden, so hat sich Lithiumhydroxid, vorzugsweise in 0,01 bis 4 n wäßriger Lösung und bei Einwirkungszeiten zwischen 1 und s Tagen, als geeignetstes Zerlegungsmittel erwiesen. Elastin ist relativ stabil und wird von anderen basischen Medien bei Einhaltung nicht-denaturierender Reaktionsbedingungen nur unter erhöhtem Druck angegriffen.
• Es hat sich gezeigt, daß zur Symplexbildung im Prinzip alle unspezifischen Polysaccharide brauchbar sind. Besonders gut geeignet sind die als Polyuronsäuren bezeichneten Carboxyhexosen, vorzugsweise Alginsäure oder ihr Natriumsalz.
• Laminarin kann ebenfalls verwendet werden, desgleichen Polyacrylsäure oder andere PolysSuren, auch solche mit Phosphor oder Sulfurylgruppen.
• Zur Umwandlung des Symplexsols zum Gel sind Fällbäder erforderlich, deren Zusammensetzung zur Bildung eines Niederschlags führt. Ein solcher Niederschlag kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß man das Kollagen zur Koagulation bringt. Besser eignet sich jedoch die zweite Möglichkeit, die darin besteht, ein schwerlösliches Salz der eingebrachten Polyuronsäure auszufällen. Am besten haben sich hierfür Elcktrolytbäder bewEhrt, die in verdünnter Lösung das Salz eines ungiftigen, mehrwertigen Netallions mit einem Mineralsäureanion enthalten. Vorzugsweise verwendet man eine 0,01 bis l-n wäßrige Zinknitratlösung, doch sind andere verdünnte Lösungen mehrwertiger Metallsalze, etwa Cadmium-> Kupfer(II)-, Magnesium , Calcium-, Aluminium- oder Lanthannitrat, ebenfalls brauchbar. Auch aliphatische oder aromatische Amine kommen als Salzbildner in Frage.
• Wie bereits anhand früherer Untersuchungen gezeigt werden konnte, bildet sich beim Zusammentreffen eines Polyelektrolyten, z.B. eines Faserprotein-Polyuronsäure-Symplexe8, mit einer Lösung mehrwertiger Kationen eine semipermeable Membran aus, die wie ein Ultrafilter wirkt: Während die Kationen ungehindert in das Symplexsol eindiffundieren können, ist eine Bewegung der kolloiden Solbestandteile in umgekehrter Richtung durch die Membran hindurch nicht möglich. Diese werden vielmehr - nach Austausch der in ihnen enthaltenen Alkaliionen, sofern als Symplexbildner ein Alkalisalz einer Polyuronsäure dient - zum Gel fixiert.
• Die dabei freiwerdenden Alkaliionen wandern entgegen der Bewegungsrichtung der mehrwertigen Kationen aus dem Sol heraus, so daß sich infolge der in der Regel unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit von ein- und mehrwertigen Ionen ein Diffusionspotential ausbildet, unter dessen Wirkung die zunächst geknäuelt vorliegenden Fadenmoleküle des Polyelektrolyten abgeflacht und senkrecht zur Diffusionsrichtung der wandernden Ionen orientiert werden. Wendet man diesen mit partieller Entladung und Dehydratisierung des Polyelektrolyten verbundenen, als Ionotropie bezeichneten Vorgang auf den vorliegenden Fall eines Kollagen-Alginat-Symplexes an, so kommt man zu einem ionotropen Gel, in dem die im Sol regellos verteilten Polypeptidketten unter der vernetzenden Wirkung der mehrwertigen Kationen parallelorientiert und den natürlich gewachsenen biologischen Ausgangsmaterialien vergleichbare Strukturen wiederhergestellt sind.
• Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die mehrwertigen Metallionen des im Elektrolytbad durch Ionotropie orientiert gefällten Gels durch anschließende Behandlung mit verdünnter Mineralsäure, vorzugsweise mit 0,01 bis 1 n Salzsäure, durch Wasserstoffionen zu ersetzen.
• Wie gefunden wurde, erfolgt dieser Ionenaustausch besonders rasch und zugleich die Ausrichtung der Fadenmoleküle durch Ionotropie besonders vollständig, wenn man das Elektrolyt-und das Säurebad alternierend einwirken läßt, so daß die Bildung des ionotropen Gels und der Ersatz der heteropolaren Bindung durch eine Wasserstoffbrückenbindung nebeneinander ablaufen. Die Änderung des Bindungstyps führt zu einer leichten Quellung des Proteins, der sich jedoch die Schrumpfung des Metallalginats zur Alginsäure überlagert, so daß sich insgesamt allmählich eine geringfügige Entquellung des Symplexgels ergibt. Eine weitere Schrumpfung findet statt, während das Gel nach vollzogenem Ionenaustausch und vor der anschließenden Trocknung säurefrei gewaschen wird.
• Im allgemeinen wird man das ionotrope Gel in der Weise herstellen, daß man das Symplexaol aus einer geeigneten Düsenanordnung in das Fällbad preßt und dort zu einem Fadengebilde verspinnt. Diesen Spinnprozeß führt man vorzugsweise als Streckspinnen, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Zwirnen der Fäden, durch. Ebenso gut lassen sich natürlich auch andere Formen, etwa dickere zylindrische Stränge, Mehrfachfäden, quaderförmige oder flächige Gebilde, extrudieren.
• In der Regel werden sich weitere an sich bekannte Verfahrensschritte an die beschriebene Gelherstellung und -umfkllung anschließen. So empfiehlt es sich, das Extrusionsprodukt, nachdem es in die gewünschte Fadenform.gebracht worden ist, vor der endgültigen Trocknung zur Erhöhung der Elastizität sowie der Knoten- und der ReiBfestigkeit im Anschluß an den Ionenaustausch weiter zu verstrecken, mit bekannten Mitteln partiell zu dehydratisieren und weichzumachen; als wasserentziehende Agentien sind alle mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel, insbesondere Aceton, Methanol, Äthanol oder Polydiole, geeignet, als Weichmacher können beispielsweise Glycerin oder Alkylphthalate dienen. Auch ist es im allgemeinen erwünscht, eine bestimmte Resorptionszeit des Fadens im Organismus einzustellen. Dies wird in ebenfalls an sich bekannter Weise dadurch erreicht, daß man das getrocknete Vorprodukt durch Behandlung mit Gerbbädern gezielt vernetzt. Gebräuchliche Gerbmittel sind z.B. Aldehyde, Polyphenole, Chinone, Chrom(III)-, Aluminiumsalze oder Mischungen derartiger Substanzen; im vorliegenden Fall wird man physiologisch möglichst unbedenklichen Stoffen, etwa Glyoxal, Glutardialdehyd oder anderen Aldehyden, den Vorzug geben.

Claims (13)

Patentanspruche

1. Chirurgischer Nähfaden mit verbesserter physiologischer Verträglichkeit> dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem antigenfreien, resorbierbaren ionotropen Gel besteht, das durch Umsetzung eines Kollagen enthaltenden, zur vollständigen Entfernung vorhandener antigener Mucopolysaccharide unter nicht-denaturierenden Bedingungen in alkalischem Medium aufgespaltenen Proteinmaterials mit einem nicht-antigenen Polysaccharid zu einem Symplexsol und orientierte Fällung dieses Symplexes in einem mehrwertige Metallionen enthaltenden wäßrigen Elektrolytbad hergestellt ist und in dem die Metallionen durch Wasserstoffionen ersetzt sind.-

2. Chirurgischer.N§hfaden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Symplex, aus dem er hergestellt ist, aus reversibel bis zur i-Helix aufgespaltenem Proteinmaterial und einem nicht-antigenen Polysaccharid besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines resorbierbaren chirurgischen Nghfadens, wobei man Kollagen enthaltendes Proteinmaterial zerkleinert, quellen lädt, mit einem nicht-antigenen Polysaccharid zu einem Symplex umsetzt und diesen in einem Fällbad verfestigt, dadurch gekennzeichnet, daß man das Proteinmaterial zur vollständigen Entfernung vorhandener antigener Mucopolysaccharide unter nicht-denaturierenden Bedingungen in alkalischem Medium aufspaltet, aus dem aufgespaltenen Proteinmaterial ein Protein-Polysaccharid-Symplexsol bildet, dieses Sol in einem mehrwertige Metallionen enthaltenden Elektrolytbad zu einem ionotropen Gel ausfällt, in dem erhaltenen Gel durch säurebehandlung die Metallionen durch Wasserstoffionen ersetzt, das Gel säurefrei wäscht und trocknet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Proteinmaterial reversibel unter Auflösung seiner Tertiärstruktur biß zur o<-Helix aufspaltet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Proteinmaterial Bindegewebeteile wie Aorten, Sehnen, Knorpel oder Haut verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Faserproteinmaterial verwendet, das neben Kollagen 1 bis 10 Gew.% Elastin enthält, bzw. daß man dem Proteinsol nachträglich eine entsprechende Menge Elastin zusetzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufspaltung.des Proteins durch 1 bis 8 Tage dauernde Einwirkung verdünnter, vorzugsweise 0,01 bis 4 n, Lithiumhydroxidlösung vornimmt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polysaccharid eine Polyuronsäure, vorzugsweise Alginsäure, insbesondere in Form des Natriumsalzes, verwendet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man Proteinmaterial und Polysaccharid im Gewichtsverhältnis 50:1 bis 1:1, vorzugsweise 15:1 bis 5:1, insbesondere im stöchiometrischen oder annähernd stöchiometrischen Verhältnis, zum Symplex umsetzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fällbad eine verdünnte wäßrige Lösung des Salzes eines ungiftigen, mehrwertigen Metalls, vorzugsweise Zink, Cadmium, Kupfer, Magnesium, Calcium, Aluminium oder Lanthan, mit einer Mineralsäure, insbesondere eine 0,01 bis 1 n Zinknitratlösung, verwendet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die mehrwertigen Metallionen des Gels durch Behandlung mit verdünnter Mineralsäure, vorzugsweise 0,01 bis 1 n Salzsäure, gegen Wasserstoffionen austauscht.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fällung des ionotropen Gels und den Ionenaustausch durch alternierende Einwirkung von Elektrolyt- und Säurebad vornimmt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gel nach dem Waschen und vor dem Trocknen in an sich bekannter Weise weichmacht, gegebenenfalls durch mechanische Behandlung verfestigt, dehydratisiert und vernetzt.