DE2610698A1

DE2610698A1 - Medizinischer gegenstand mit einem thrombose verhindernden oberflaechenueberzug und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2610698A1
Application number: DE19762610698
Authority: DE
Inventors: Jan-Christer Eriksson; Maj-Britt Hjelte; Rolf Larsson; Aake Rosengren
Original assignee: Aminkemi AB
Current assignee: Ird Biomaterial Stockholm Se AB
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1976-09-30
Also published as: JPS51128439A; JPS6028504B2; SE400173B; DE2610698C2; AU1195676A; US4118485A; FR2309245B1; NL7602938A; SE7503240L; FR2309245A1; BR7601641A; GB1539215A; DK119276A

Description

Auf dem Gebiet der Medizin wurde während der letzten 10 Jahre starke Beachtung den Problemen geschenkt, die mit der Verwendung künstlicher Materialien verbunden sind, welche in Berührung mit Blut kommen. Bei der Berührung mit einer fremden Oberfläche reagiert Blut in ähnlicher Weise wie im Falle einer Verletzung eines Blutgefäßes: Nach der Proteinadsorption und Thrombozytenanhaftung treten Thrombozytenaggregatxon und Koagulation auf. Folglich kann eine fremde Oberfläche eine Thrombusbildung

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Postsdieck: Frankfurt/Main 67 63-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Konto-Nr. 276807

ORIGINAL INSPECTED

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verursachen, die eine Gefahr für klinische Komplikationen beinhaltet.

Mit dem Ziel einer Verminderung der Gefahr von Komplikationen in Verbindung mit der Berührung künstlicher Materialien mit Blut wurden Bemühungen unternommen, sogenannte thromboresistente oder nichtthrombogene Oberflächen zu bekommen, die mit Blut verträglich sind. Eine Forschungsrichtung beruht auf der Idee, Heparin an die Oberfläche zu binden, wobei Heparin ein bekanntes und viel benutztes Anti-koagulationsmittel ist, das in den meisten Fällen in der Form seines Natriumsalzes vorliegt. Es wurde eine stabile kovalente Bindung von Heparin an verschiedene Substrate versucht. Es war jedoch nicht möglich, eine kovalente Bindung ohne gleichzeitigen Verlust der physiologischen Aktivität des Heparins zu bekommen. Eine Alternativmethode, die auf einer Ionenbindung des negativen Heparinations an eine Oberfläche, welche positive kationische Gruppen enthält, beruht, hat den Vorteil, daß sie keinen Verlust der physiologischen Aktivität des Heparins verursacht, doch wurde andererseits festgestellt, daß Heparin, das nur über Ionenbindungen an eine Oberfläche, die kationische Gruppen enthält, gebunden ist, bei der Berührung mit Plasma oder Blut in einigem Umfang freigegeben wird, d. h. die ionogene Bindung ist nicht ausreichend stabil (siehe G.A. Grode, R. D. Falb und J. P. Crowley, J. Biomed. Mater. Res. Symposium, No. 3 (1972), Seite 77 und R. Cramer, R. Moore und K. Amplatz, Radiology, 109, Seite 585 (1973).

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Die schwedische Patentschrift Nr. 365 710 und die entsprechende USA-Patentschrift 3 810 781 beschreiben ein Verfahren zur Stabilisierung von Heparin, das an kationische Gruppen in einer Kunststoffoberfläche durch Ionenbindungen gebunden ist. Diese Methode beruht· auf der Idee, Verletzungen zwischen den Heparinmolekülen zu erzeugen und so eine Abgabe des Heparins von der Oberfläche zu verhindern. Ein Dialdehyd, hauptsächlich Glutardialdehyd, wurde als Vernetzungsmittel verwendet.

Anschließendes Testen dieser stabilisierenden Behandlung mit Dialdehyd zeigte, daß Unterschiede in der stabilisierenden Wirkung bestehen, wenn unterschiedliche kationi'sche Gruppen für die Ionenbindung von Heparin zu der Kunststoffoberfläche verwendet werden. Die Verwendung kationischer Gruppen vom Typ primärer Amine, wie primärer Ammoniumgruppen, führte zu einer verbesserten Stabilität der heparinisierten, mit Dialdehyd behandelten Oberfläche im Vergleich zu der Verwendung sekundärer, tertiärer oder quaternärer Ammoniumgruppen.

Auf der Grundlage dieser Ergebnisse zeigten weitere Forschungen nunmehr, daß eine verbesserte Stabilisierung der heparinisierten Oberfläche erhalten wird, wenn die anionischen Gruppen des Heparlns mit einem kationischen Oberflächenaktiven Mittel vom primären Amintyp blockiert und dann mit einem Dialdehyd unter Bildung Schiff'scher Basen in der heparinisierten Oberfläche behandelt werden, wobei die Schiff'sehen Basen eine geringe Lös-

R η 9 R A η /11 ο 1

lichkeit in Wasser besitzen und die anionischen Gruppen des Heparins teilsweise von ihrer Blockierung befreit wer. den.

Eine Schiffsche Base ist eine chemische Verbindung, die

die charakteristische Gruppe "-N=C-CH₂-. enthält. Es ist bekannt, daß eine Schiffsche Base bei der Umsetzung zwischen einem Aldehyd und einem primären Amin, doch nicht zwischen einem Aldehyd und einem sekundären, tertiären oder quaternären Amin gebildet wird. Ohne daß hier eine Bindung an irgend-

die

eine spezielle Theorie hinsichtlich der Umsetzungen, die/verbesserte Stabilisierung nach der Erfindung ergeben, erfolgen soll, sei nachfolgend erläutert, wie man sich die Stabilisierung vorstellen kann.

Wenn ein primäres Amin RNH₀, worin R eine Alkylgruppe bedeutet, mit einem Dialdehyd, wie Glutardialdehvd OHC-Ch₂-CH₂-CH₂-CHO, reagiert, können die folgenden Verbindungen gebildet werden:

R-N = C-CH₂-CH₂-CH₂-CHO (1)

H H

R-N = C-CH₀-CH₀-CH₀-C = N · R (2)

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Beide Verbindungen sind Schiffsche Basen. Die Verbindung (1) hat jedoch einige Löslichkeit in Wasser, während die Verbindung (2) eine sehr geringe Wasserlöslichkeit besitzt. Wir nehmen an,da^ß Verbindungen vom Typ (2), die keine unumgesetzten Aldehydgruppen enthalten, für die Stabilisierung verantwortlich sind.

Das Heparinmolekül enthält verschiedene anionische Gruppen, wie die Gruppen -OSO und -NSO., , die beispielsweise mit primären Alkylammoniumionen unter Bildung ionogener Bindungen reagieren können. Die Umsetzung kann auf folgende Weise dargestellt werden, wobei das Heparination der Einfachheit halber bloß als HEPⁿ~ bezeichnet wird.

η RNHt + HEPⁿ' > (RIiHt) HEPⁿ~ (3)

j on

Die anionischen Gruppen des Heparinmoleküls wurden so durch die primären Alkylammoniumionen "blockiert". Die Umsetzung des blockierten Heparins mit dem Dialdehyd kann auf folgende Weise dargestellt werden, wobei der Dialdehyd Glutardialdehyd ist:

(RNHt) HEPⁿ~ > (RNIlt) (H⁺) HEPⁿ~ + m RNH_n)

3 η 3 n-m m 2

H H i

i ! 2 RNH₂ + OHC - (CH₂J₃- CHO —» R-N = C-(CH₃J₃-C = N-R+2H₂O{

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Die erste Stufe der Umsetzung (4) führt zu einer teilweisen "Entblockierung" des Heparins und somit zu einer Wiederherstellung der physiologischen Aktivität desselben und zur Bildung von primärem Alkylamin. Die zweite Stufe der Reaktion (4) führt zur Bildung der Schiff'sehen Base des in Formel (2) oben gezeigten Typs. Die Moleküle dieser Schiff sehen Base (2) sind unter den Heparinmolekulen eingestreut. Sie haben hydrophobe Natur und dies ist wohl der Grund, warum sie das Heparin daran hindern, gelöst zu werden. Mit anderen Worten die Moleküle der Schiff'sehen Base stellen eine sterische Hinderung für die Entfernung der Heparinmoleküle dar.

Es ist wahrscheinlich, daß eine Vernetzungsreaktion zwischen dem Dialdehyd und den Aminogruppen zweier benachbarter Heparinmoleküle auch von einiger Wichtigkeit für die Stabilisierung des Heparins ist. Diese Vernetzungsreaktion kann folgendermaßen wiedergegeben werden:

HEP-NH + OHC - CH₀ - CH₀ - CH₀ - CHO + HEP-NH₀

9 i. Δ Z. £.

H H

! I

HEP-N = C - CH_n - CH₀ - CH₀ - C= N-HEP + 2H_o0 (5)

₂ - CH₂ - CH₃

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine heparinisierte Oberfläche zunächst mit einer wässrigen Lösung eines primären Amins in der Form eines entsprechenden Ammoniumsalzes

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behandelt und anschließend durch Behandlung mit einer wässrigen Lösung eines Dialdehyds stabilisiert. Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird Heparin in einer wässrigen Lösung mit einem primären Amin in der Form eines entsprechenden Ammoniumsalzes angesetzt und bildet dabei eine Heparin-Alkylammoniumkomplexverbindung mit geringer Löslichkeit. Diese Komplexverbindung wird in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, die Lösung wird auf der zu heparinisierenden Oberfläche aufgebracht, und man läßt das Lösungsmittel verdampfen, wobei es einen Heparin-Alkylammoniumkomplexüberzug auf der Oberfläche zurückläßt. Dieser Überzug wird nun stabilisiert, indem man ihn mit einer wässrigen Lösung eines Dialdehyds behandelt.

Es werden nun kurz fünf brauchbare Methoden zur Herstellung einer hepariniserten Oberfläche beschrieben, in der das Heparin eine gute Stabilität besitzt, die mit Hilfe der vorliegenden Erfindung Verbessert werden kann. Ein vollständigerer Überblick über Heparinisierungsmethoden findet sich bei R.G. Guidon, P. Bergeron und J. A. Awad in"L'Union Medical du Canada", 103, Seite 71 (1974).

(1.) Eine Kunstfetoff oberfläche wird zunächst mit einer Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Mittels und danach mit einer Heparinlösung gemäß der schwedischen Patentschrift 306 597 oder der entsprechenden US-Patentschrift 3 634 123 oder nach G. A. Grode, S. A. Andersson, H. M. Grotta, R. D. Falb, "Trans. Amer. Soc. Artif. Intern. Organs", 15, Seite 1 (1969), behandelt.

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(2.) Eine Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Mittels vom quaternären Amintyp wird in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Die Lösung wird dann auf der Oberfläche beispielsweise von Kunststoff, Glas oder Metall, aufgebracht und das Lösungsmittel verdampft. Siehe G. A. Grode, R. D. Falb, J. P. Crowley "J. Biomed. Mater. Res. Symposium", 3, Seite 77 (1972) und K. Amplatz "Invest. Radiol.", 6, Seite 280 (1971). Eine Lösung dieses Typs, die aus der Komplexverbindung aus Heparin und Benzalkoniumchlorid in IsopropyL^alkohol gelöst besteht, ist im Handel erhältlich.

(3.) Ein Kunststoffmaterial wird hergestellt, das Polymerketten enthält, an die quaternäre kationtehe Gruppen chemisch gebunden werden. Alternativ werden quaternäre kationische Gruppen kovalent an die Kunststoffoberfläche mit Hilfe einer chemischen Reaktion, wie beispielsweise gemäß der US-Patentschrift 3 617 344 gebunden. Danach wird Heparin über Ionenbindungen an die kationischen Gruppen in der Kunststoffoberfläche durch Behandlung mit einer Heparinlösung gebunden.

(4.) Ein Kupplungsmittel vom Aminosilantyp wird zunächst an die zu heparinisierende Oberfläche gebunden. Anschließend wird die Oberfläche mit einer Heparinlösung behandelt.

(5.) eine konzentrierte Wasserlösung von Heparin wird auf der zu heparinisierenden Oberfläche aufgebracht, und das Wasser wird derart verdampft, daß ein zusammenhängender Heparinfilm auf der

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Oberfläche gebildet wird. Ein solcher Heparinüberzug wurde für Glasröhren für bestimmte klinische Blutanalysen verwendet, wenn eine Koagulation des Blutes verhindert werden muß.

Bei den Heparinisierungsmethoden (2), (3) und (5) werden keine primären Amino- oder Ammoniumgruppen angefügt. Die Komponenten der heparinisierten Oberfläche sind in der Methode (2) Heparin und ein kationischen oberflächenaktives Mittel vom quaternären Amintyp, bei der Methode (3) Heparin und quaternäre Ammoniumgruppen und bei der Methode (5) lediglich Heparin. Bei der Heparinisierungsmethode gemäß dem Verfahren (1) werden primäre Alkylaramoniumgruppen nur in bestimmten Fällen angefügt, nämlich wenn eine Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Mittels vom primären Amintyp für die erste Stufe der Behandlmg teerwendet wird. Bei der Heparinisierungsmethode (4) werden gewöhnlich primäre Aminogruppen angefügt. In den nach den Methoden (1) und (4) heparinisierten Oberflächen werden zwar primäre Amine zugegeben, doch ist die Zahl primärer Amino- oder Ammoniumgruppen in der Oberfläche vergleichsweise gering. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß die Oberflächen zunächst mit dem primären Amin und anschließend mit dem Heparin behandelt wurden. Wegen der geringen Zahl primärer Amino- oder Ammoniumgruppen können diese Oberflächen nicht zufriedenstellend stabilisiert werden, indem man sie lediglich mit einem Dialdehyd behandelt.

Eine nach einer der Methoden (1) bis (5)produzierte heparinisier-

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tu Oberfläche kann nach der vorliegenden Erfindung stabilisiert werden. Es ist erwünscht, daß die heparinisierte Oberfläche zunächst mit dem primären Amin bei solchen Bedingungen behandelt wird, daß im wesentlichen alle anionischen Gruppen des Heparins durch die Alkylammoniumionen blockiert werden, und daß die Oberfläche anschließend mit dem Dialdehyd behandelt wird.

Diese Stabilisierungsbehandlung führt zu einer heparinisierten Oberfläche, in welcher das Heparin seine volle physiologische Aktivität besitzt und bei Berührung mit Blut oder Blutplasma nicht von der Oberfläche abgelöst wird. Es ist möglich, stabilisierte Heparinüberzüge nicht nur auf Kunststoffgegenständen zu produzieren. Die Methoden (2), (4) und (5) machen es möglich, solche überzüge auch auf Glas und Metallgegenständen zu bekommen.

Bei der Heparinisierungsmethode (2) besteht die Oberflächenschicht aus einer Komplexverbindung von Heparin und einer oberflächenaktiven quaternären Ammoniumverbindung. Wenn diese Komplexverbindung mit einer wässrigen Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Mittels vom primären Amintyp behandelt wird, findet eine Austauschreaktion statt, die zur Bildung eines Komplexes zwischen dem Heparin und dem oberflächenaktiven Mittel führt, während die oberflächenaktive quaternäre Ammoniumverbindung von der Oberfläche entfernt wird. Dies ist so, da die Löslichkeit des Komplexes von primärer Alkylaiaiaoniumverbindung und Heparin geringer als die des Komplexes von quaternärer Alkylammoniumverbindung und Heparin

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ist. Die beschriebene Austauschreaktion bedeutet daher, daß die anionischen Gruppen von Heparin durch langkettige Ammoniumkationen blockiert werden.

Kationische Gruppen vom primären Amintyp können an das Heparin angefügt werden, selbst bevor das Heparin an die Oberfläche des Gegenstandes gebunden wird. Dies erfolgt durch Umsetzung des Heparins in einer wässrigen Lösung mit einem primären Alkylammoniumsalz unter Bildung einer Heparin-Alkylammoniumkomplexverbindung mit geringer Löslichkeit. Es ist erwünscht, diese Umsetzung soweit ablaufen zu lassen, daß im wesentlichen alle anionischen Gruppen im Heparinmolekül mit den Alkylammonlumionen umgesetzt wurden. Der beste Weg, die Reaktion soweit ablaufen zu lassen und so eine vollständige Blockierung zu bekommen, besteht darin, das Alkylammoniumsalz in einer Menge vorliegen zu haben, die wenigstens der Zahl der anionischen Gruppen im Heparin entspricht, welche in der Lösung vorhanden sind, aus der der Komplex ausgefällt wird.

Die so gebildete Komplexverbindung wird in einem Lösungsmittel aufgelöst, und die Lösung wird auf dem zu heparinisierenden Gegenstand aufgebracht. Das Lösungsmittel wird nunmehr verdampft und hinterläßt dabei eine dünne Schicht des Heparin-Alkylammoniumkomplexes auf der Oberfläche des Gegenstandes. Als Garantie, daß alle anionischen Gruppen das Heparins mit Alkylammoniumionen

R Ο 9 8 4 Π / 1 1 0 1

umgesetzt wurden, kann nun der Gegenstand mit einer wässrigen Lösung des Alkylammoniumsalzes in Berührung gebracht werden. Die heparinisierte Oberfläche wird nun stabilisiert, indem man sie mit einer wässrigen Lösung des Dialdehyds behandelt.

Das Lösungsmittel für die Heparin-Alkylammoniumkomplexverbindung sollte ein Gemisch eines nicht polaren Lösungsmittels, wie Cyclohexan, und eines polaren Lösungsmittels, wie eines niedermolekularen Alkohols, z. B. Äthanol oder Propanol, sein. Die Heparin-Alkylammoniumkomplexverbindung wird vorzugsweise in dem nicht polaren Lösungsmittel dispergiert, und das polare Lösungsmittel wird langsam zugegeben. Die Komplexverbindung bildet zunächst eine Emulsion in dem nicht polaren Lösungsmittel. Eine fortgesetzte Zugabe des polaren Lösungsmittels führt dazu, daß sich die Komplexverbindung auflöst. Es ist nun bevorzugt, eine kleine Menge eines löslich machenden Mittels mit einer Polarität zwischen derjenigen der beiden Lösungsmittel zuzugeben, um die Lösung stabil zu machen und eine Phasentrennung zu verhindern. Wenn man ein Gemisch von Cyclohexan und Äthanol verwendet, Kann das löslich machende Mittel Dichloräthan sein.

Die Wichtigkeit der Tatsache, daß man eine ausreichend große Zahl der anionischen Gruppen des Heparins mit den primären Alkylammoniumionen umsetzt, wurde oben erklärt. Der Umsetzungsgrad kann mit Hilfe eines Indikators geprüft werden, der eine charakteristische Farbe ergibt, wenn er mit Heparin reagiert. Es wird bevorzugt, Toluidinblau zu verwenden, welches ein Salz ist, das sich leicht

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in Wasser auflöst und eine blaue Lösung ergibt. Wenn eine heparinisierte Oberfläche mit dieser Lösung behandelt wird, ergibt die Umsetzung zwischen dem Toluidinblau und den anionischen Gruppen des Heparins eine rosa Farbe. Die Intensität dieser rosa Farbe ist ein Indikator für die physiologische Aktivität des Heparins. Ein mehr quantitativer Weg für die Messung der physiologischen Aktivität ist der, die Abnahme der Farbintensität der Toluidinblaulösung infolge einer Adsorption von Toluidinblau an der heparinisierten Oberfläche spektrophotometrisch zu messen. Es ist bevorzugt, die Umsetzung zwischen dem Heparin und den primären Alkylammoniumionen soweit ablaufen zu lassen, daß keine rosa Farbe beobachtet werden kann, wenn die Oberfläche bei dem Toluidinblautest geprüft wird.

Der Toluidinblautest ist auch brauchbar für die Prüfung der heparinisierten Oberfläche nach der Stabilisierungsbehandlung mit dem Dialdehyd, um sicherzustellen, daß eine ausreichende Zahl der anionischen Gruppen des Heparins von der Blockierung befreit wurde . Wenn eine schwach rosa Farbe beobachtet werden kann, ist die Entblockierung zufriedenstellend. Der Toluidinblautest ist auch brauchbar für die Prüfung, ob das Stabilisierungsverfahren zu einer zufriedenstellenden Bindung des Heparins an die Oberfläche führte. Die fertige Oberfläche wird

mit Blut oder Blutplasma während 60 Minuten in Berührung geblau bracht. Nach dem Spülen wird nun der Toluldinfcest wiederholt.

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itfenn eine verminderte Farbintensität beobachtet wird, wurde zuviel Heparin von der Oberfläche freigegeben.

Der Toluidinblautest ist sehr brauchbar nicht nur für die Prüfung der Qualität der stabilisierten Oberfläche, sondern auch für das Herausfinden der besten Reaktionsbedingungen für die Behandlng der heparinisierten Oberfläche mit dem primären Alkylämmoniumsalz und für die Stabilisierungsbehandlung mit dem Dialdehyd. Durch Experimentieren mit verschiedenen Konzentrationen der Lösungen mit verschiedenen Temperaturen und Behandlungszeiten und durch Beobachtung der Ergebnisse mit dem Toluidinblautest kann man die besten Bedingungen herausfinden.

Von den kationischen obeflächenaktiven Stoffen vom primären Amintyp, die heute im Handel erhältlich sind, wurde die Verwendung unter anderem von Alkylaminhydrochloriden mit acht bis zweiundzwanzig Kohlenstoffatomen in der Alkylkette in dem Verfahren nach der Erfindung untersucht. Es wurde gefunden, daß kationische oberflächenaktive Stoffe vom primären Amintyp mit einer kritischen Mizeikonzentration (¹¹KMK") von weniger als etwa 5 . 10 Mol je Liter in der Lage sind, die anionischen Gruppen in Heparin zu blockieren, so daß die Farbreaktion mit Toluidinblau nicht auftritt. Die Verwendung solcher oberflächen-

-3 aktiver Stoffe mit einem KMK von weniger als etwa 5 . 10 Mol je Liter und anschließende Stabilisierungsbehandlung mit einem

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Dialdehyd führt zur Bildung einer ausreichenden Menge Schiff'scher Basen mit einer niedrigen Löslichkeit in der heparinisierten Oberfläche und auch zu einer Teilentblockierung der anionischen Gruppen des Heparins.

Die kritische Mizelkonzentration ist die niedrigste Konzentration, bei der MizeUaggregate in einer wässrigen Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes auftreten. Weitere Informationen über die KMK (CMC) kann man beispielsweise bei Mukerjee & Mysels in "Critical Micelle Concentrations of Aqueous Surfactant Systems", herausgegeben von dem U.S. National Bureau of Standards (NSRDS-NBS 3 6) finden.

Es wurde festgestellt, daß Hexadecylaminhydrochlorid (andere Bezeichnung Cetylaminhydrochlorid) ein besonders brauchbarer kationischer oberflächenaktiver Stoff vom primären Amintyp ist. Mit Hilfe der oben beschriebenen Toluidinblaureaktion wurden die Behandlungsbedingungen bei Verwendung dieses oberflächenaktiven Stoffes für die Stabilisierung von heparinisierten Oberflächen, die freisetzbares Heparin enthalten, untersucht.

Dabei wurde ermittelt, daß die Behandlung einer heparinisierten Obaflache mit einer Wasserlösung von Cetylaminhydrochlorid, die zu der erwünschten Stabilisierungswirkung führt, in weiten Bereichen der Temperatur, der Zeit und der Konzentration der Lösung durchgeführt werden kann. Es ist jedoch bevorzugt, die

ß π 9 8 4 η /11 η ι

Behandlung unter solchen Temperatur- und Konzentrationsbedingungen durchzuführen, daß eine klare Lösung des fraglichen kationischen oberflächenaktiven Stoffes erhalten wird. Wenn daher eine Konzentration unterhalb der kritischen Mizellkonzentration ausgewählt wird (KMK für Cetylaminhydrochlorid liegt bei etwa 10 Mol je Liter), kann die Behandlung bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Eine Konzentration unterhalb 10~ Mol je Liter ist nicht allgemein geeignet, da ein relativ großes Volumen an Lösung verwendet werden muß, um die Oberfläche mit einer ausreichenden Menge des kationischen oberflächenaktiven Stoffes zu versorgen. Wenn es andererseits ratsam ist, ein kleineres Lösungsvolumen zu verwenden und daher eine Konzentration zwischen den KMK und der Sättigungskonzentration ausgewählt wurde, sollte eine höhere Behändlungstemperatur als die Krafft-Temperatur verwendet werden. Der oberflächenaktive Stoff wird in Wasser bei einer Temperatur oberhalb der Krafft-Temperatur gelöst und bildet so eine klare Lösung. Für Cetylaminhydrochlorid liegt die Krafft-Temperatur bei etwa 50 C. Die speziell geeigneten Bedingungen bei Verwendung anderer kationischer oberflächenaktiver Stoffe vom primären Amintyp können mutatis mutandis in entsprechender weise bestimmt werden.

Die Umsetzung zwischen dem an die Oberfläche gebundenen Heparin und dem kationischen oberflächenaktiven Stoff vom primären Amintyp findet so schnell in einer wäarigen Lösung statt, daß eine Beandlungszeit von wenigen Minuten allgemein ausreichend ist.

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Wenn die heparinisierte Oberfläche eine Komplexverbindung

von Heparin und eines oberflächenaktiven Mittels vom seem
kundären, tertiären oder quattären Amintyp enthält, muß die Behandlung mit der Lösung des oberflächenaktiven MittsLs vom primären Amintyp normalerweise bei einer Konzentration oberhalb des KMK und bei einer Temperatur oberhalb der Krafft-Temperatur durchgeführt werden, damit die Behandlungszeit kürzer als 15 Minuten sein kann.

Die Behandlung mit dem Dialdehyd kann in der in der schwedischen Patentschrift 365 710 und der entsprechenden US-Patentschrift 3 810 781 beschriebenen Weise durchgeführt werden, d.h. innerhalb der folgenden Begrenzungen bezüglich der Zeit, der Temperatur, der Konzentration und des pH-Wertes in der Lösung:

Zeit: 1 Minute - 3 Stunden

Temperatur: 20 - 80 °C

Konzentration: 0,1 - 25 Gewichtsprozent

pH-Wert: zwischen 2 und 10.

Es ist bevorzugt, einen Dialdehyd der Formel CHO-CHO oder CHO-R-CHO zu verwenden, worin R 1-4 CH₂ Gruppen bedeutet. Glutardialdehyd ist besonders bevorzugt.

Wie in der schwedischen Patentschrift 365 710 und der entsprechenden US-Patentschrift 3 810 781 kann der Dialdehyd auch in

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der Form des entsprechenden Acetals zugegeben werden.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Stabilisierungsbehandlung für heparinisierte Oberflächen nach der Erfindung und der Prüfung der resultierenden Oberflächen hinsichtlich der Stabilität.

Beispiel 1

Stabilisierung einer heparinisierten Oberfläche, die unter Verwendung einer Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Mittels vom quaternäcen Amintyp hergestellt worden war.

Polyäthylenkatheter wurden mit einer Lösung von Heparin-Benzalkoniumchloridkomplex in Isopropanol (1000 IE Heparin/ml) behandelt. Benzalkoniomchlorid ist eine Verbindung der allgemeinen Formel"

CH₃ +

R-N- CH₃ Cl

CH₂

worin R einen Alkylrest mit 3-18 Kohlenstoffatomen bedeutet. In der in diesem Beispiel speziell verwendeten Verbindung enthielt R 16 Kohlenstoffatome. Nach dem Trocknen in Luft wurden

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die Katheter mit 10 mMol einer wässrigen Lösung von Alkylaminhydrochlorid mit unterschiedlichen Kohlenwasserstoffkettenlängen bei 65 °C während 15 Minuten behandelt. Die auf diese Weise behandelten Proben wurden dann mit einer 0,5 %igen wässrigen Lösung von Glutardialdehyd 20 Minuten bei 55 °C behandelt. Die Versuche Nr. 1 und 2 betreffen Vergleichsproben. Das Testen erfolgte durch Messung der Farbreaktion mit Toluidinblau und durch Messen der Ileparinmenge, die nach 60 Minuten in Berührung mit Blutplasma bei Raumtemperatur gemäß Eika, Godal und Keirulf freigesetzt wurde.

Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, erhielt man vollständig zufriedenstellende Ergebnisse bei Verwendung von Alkylaminhydrochloriden mit einer Kettenlänge von C₁₄ und größer. Das

KMK für Tetradecylaminhydrochlorid (C₁₄) liegt bei etwa 5 .· Mol je Liter, während das KMK für Dodecylaminhydrochlorid (C₁₂) etwa 10 Mol je Liter beträgt. Vollständige Blockierung der anionischen Gruppen des Heparins bekommt man nicht mit Kohlenwasserstoffkettenlängen von C₁₂ und kürzer. Bei dem Test Nr. 4 wurde NaCl während der Behandlung mit Glutardialdehyd zugegeben. Eine solche Zugabe von NaCl hat in diesem Fall eLne günstige Wirkung, wie ersichtlich ist, und vermindert den Heparinverlust. Entsprechende Testergebnisse wurden beim Heparinisieren und Stabilisieren von Oberflächen aus anderen Materialien, wie Glas, Metall und Polytetrafluoräthylen, erhalten.

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TABELLE

Test-Nr,

CN

Behandlung mit Alkylaminhydrochloridlösung, 10 mMol, 65 ⁰C, 15 Minuten Behandlung mit Glutar- Vor der Glutar- nach der dialdehydlösung, 0,5 %ig,dialdehydbehand- Glutardi-T, 20 Minuten

Alkylkohlenstoffkette

KMK, Mol/Liter lung absorbierte aldehyd-Toluidinblaumenbehandge, ausgedrückt lung abals äquivalente
Heparinmenge,
mg/cm

sorbierte Toluidinblaumenge,
ausgedrückt als äquivalente Heparinmenge, mg/cm

Heparinver- lust in mg/cm nach 60 Min. Berührung

Blutplaffii ma bei Raumtemp.

CD CO CD

1 2

-4

'14

Ί4

5.10

-3

5.10

-3

10

-3 + (1m/NaCl)

2.5.10
2.5.10

-2

8.1.10

-2

4.4.10

-2

4.6.10

-2

3.1.10

-2

0.5.10

0.7.10

0.07.10

0.02.10

CD

CO

Beispiel 2 Behandlung einer heparinisierten Oberfläche, die unter Verwendung einer Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und AlkylaminRydrochlorid hergestellt worden war.

300 mg Heparin entsprechend 40 000 IE wurden in 100 ml destilliertem Wasser aufgelöst. Diese Heparinlösung wurde mit 100 ml heißer (60 ⁰C) wässriger Lösung von Alkylaminhydrochlorid (17,6 mMol) vermischt. Eine Komplexverbindung von Heparin und Alkylaminhydrochlorid mit einer geringen Löslichkeit wurde gebildet. Diese Komplexverbindung wurde durch Zentrifugalkraft von der Lösung abgetrennt und dann in 120 ml Cyclohexan dispergiert. 64 ml Äthanol wurden dann langsam zugegeben, wobei die ganze Zeit gerührt wurde. Schließlich wurden 40 ml Dichloräthan zugesetzt, worauf die Lösung filtriert wurde. Der resultierende Heparingehalt in der Lösung lag bei 165 IE/ml = 1,25 mg/ml. Auf diese Weise wurden mehrere Lösungen hergestellt, die Komplexverbindungen von Heparin und Alkylaminhydrochloriden unterschiedlicher Kohlenwasser stoff kettenlängen enthielten.

Polyäthylenkatheter wurden durch Eintauchen in die so erhaltenen Lösungen behandelt. Das Lösungsmittel wurde durch Verdampfen entfernt. Stabilisierungsbehandlung erfolgig dann unter Verwendung einer 0,5 %igen Glutardialdehydlösung in Wasser während 20 Min. bei 55 ⁰C. Die Oberflächen wurden durch Messung der Toluidinblauadsorption auf den Oberflächen vor und nach der Stabilisierungsbehandlung und nach 15minütiger Behandlung mit einer 2 5 %igen NaCl-Lösung bei Raumtemperatur getestet. Der zuletzt erwähnte

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Test ist brauchbar, da eine 25 %ige tlaCl-Lösung Heparin von einer heparinisierten Oberfläche löst, die unzureichend stabilisiert v/urde.

V7ie aus Tabelle II ersichtlich ist, erhielt man vollständig zufriedenstellende Ergebnisse unter Verwendung von Komplexverbindungen von Heparin und Alkylaminhydrochloriden mit
einer Alkylketter.länge von C₁₄ oder mehr. Aus der Tabelle
ist auch klar, daß eine Blockierung der anionischen Gruppen des Heparins durch die Alkylaminhydrochloride mit einem PvMK von ungefähr 5.10 Mol/Liter und darunter erfolgte.

Die Stabilisierungswirkung ist zufriedenstellend für C₁₄-Aminhydrochloride mit einem KMK = 5 .10 , wenn NaCl während der Glutardialdehvdbehandlung zugegeben wird. Entsprechende Testergebnisse sieht man beim Heparinisieren und Stabilisieren von Oberflächen auch aus anderen Materialien, wie Glas, Metall und Polytetrafluoräthylen.

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TABELLE

II

Test-

Nr.

Komplexverbindung von Heparin und Alkylaminhydrochlorid mit

Kohlenstoffkettenlänge

KMK, Mol/Liter

Behandlung mit Glutardialdehydlösung, 0,5 %ig, 55 ⁰C, 20 Min. Absorbierte Toluidinblaumenge, ausgedrückt als
äquivalente Heparinmenge, mg/cm

vor der Behandlung mit nach Behandlung nach. Behandl. Glutardialdehyd mit Glutardi- mit 25 %iger

aldehyd NaCl-Lösung

1
2
3
4
5
6

Ί2

Ί4

'14

18

'22

-2

5.10

10

4.10

-3 -3

-3

-4

4.10

-5

+ (1 m/NaCl) 6.6.10
0
0
0
0
0

-2

3.1.1Ο*"²

2.8ΊΟ"²

2.4.10

-2

2.0.10
1.6.10

-2

.1.10

-2

2.3.10
1.3.10
2.5.10
0.5.10

-2

ro cn

CD CD CO OO

Beispiel 3. Stabilisierung einer heparinisierten Oberfläche, die durch Behandlng der Oberfläche zunächst mit einer Lösung ■ffon Cetylaminhydrochlorid und dann mit einer Heparinlösung hergestellt worden war.

Die Heparinisierung erfolgte gemäß der schwedischen Patentschrift 106 597 und der entsprechenden US-Patentschrift 3 63 4 123. Polyäthylen- und Polyurethan-Katheter wurden zunächst bei 7 5 °C 15 Minuten mit einer 0,5 mMol Cetylaminhydrochloridlösung in Wasser und danach bei 70 C während 55 Min. mit einer wässrigen Lösung von 10 ΙΕ/ml Heparin behandelt. Die Katheter wurden nun neu mit einer wässrigen Lösung von Alkylaminhydrochlorid behandelt, nämlich mit 0,5 mMol Lösungen von Cetylaminhydrochlorid bzw. Octadecylaminhydrochlorid, bei 60 C während 15 Minuten. Die Stabilisierungsbehandlung erfolgte nunmehr mit einer 0,5 %igen Glutardialdehydlösung während 20 Min. bei 55 C. Die auf diese Weise behandelten Katheter wurden mit Kathetern verglichen, die in gleicher Weise, doch mit Ausnahme der Behandlung mit Cetylaminhydrochlorid bzw. Octadecylaminhydrochlorid behandelt worden waren. Wie aus Tabelle III ersichtlich ist, führte die Behandlung mit C_1g- und C^-Aminhydrochloridlösung vor der Stabilisierungsbehandlung zu einer starken Verminderung des Heparinverlustes bei Berührung mit Blutplasma oder 25 %iger NaCl-Lösung.

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TABELLE

III

Test-Nr.

Kathetermaterial
(Handelsname)

Behandlung mit Alkylaminhydrochlorid nach der Heparinisierung und vor der Stabilisierung mit Glutardialdehyd: Alky!kohlenstoffkette Heparinverlust nach
Berührung mit Blutplasma während
15 Minuten bei Raumtemperatur
(IE je cm )

Heparinverlust nach Berührung mit 25 %iger NaC1-Lösung während 10 Minuten bei 40 C (IE je cm ^Z)

CD
O
CO
OO

1	Polyäthylen (Kifa)
2	Polyäthylen (Kifa)
3	Polyurethan (Cordis)
4	Polvurethan (Cordis)
5	Polyäthylen (Portex)
6	Polyäthylen (Portex)
7	Polyäthylen (Surgimed)
8	Polyäthylen (Surgimed)

Ί6

16

Ί8

'16 1.6
0.02
0.2
0.02

0.26
0.01

0.14 0.03

ro

CO

CD GD CO OO

Claims

Patentansprüche

1. Medizinischer Gegenstand mit einem Thrombose verhindernden heparinhaltigen Oberflächenüberzug, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenüberzug zusätzlich wenigstens eine Schiffsche Base mit geringer Löslichkeit aus der Umsetzung eines Dialdehyds mit einem primären Amin enthält und die Moleküle der Schiff 'sehen Basen zwischen den Heparinmolekülen in-'der Oberflächenbeschichtung eingestreut sind.

2. Medizinischer Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiffsche Base ein Umsetzungsprodukt eines Dialdehyds der Formel OHC-CHO oder OHC-R-CHO, worin R 1-4 CH₂-Gruppen bedeutet, vorzugsweise von Glutardialdehyd, ist.

3. Medizinischer Gegenstand nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiffsche Base ein Umsetzungsprodukt eines primären Amins der allgemeinen FormelRNH,, ist, worin R eine Alkylgruppe mit 14-22, vorzugsweise 16-18 Kohlenstoffatomen bedeutet.

4. Medizinischer Gegenstand nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiffsche Base ein Umsetzungsprodukt eines primären Amins ist, dessen Ammoniumsalz eine kritische

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MizeUkonzentration unterhalb 5.10~ Mol je Liter besitzt.

5. Medizinischer Gegenstand nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß seine heparinisierte Oberfläche durch Verwendung einer Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven-Stoffes vom quaternären Amintyp erhalten wurde.

6. Medizinischer Gegenstand nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß seine heparinisierte Oberfläche durch Verwendung einer Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und Alkylammoniumsalz erhalten wurde.

7. Medizinischer Gegenstand nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß seine heparinisierte Oberfläche durch deren Behandlung zunächst mit einer Lösung eines Alkylammoniumsalzes und dann mit einer Heparinlösung erhalten wurde.

8. Verfahren zur Herstellung mediziniaher Gegenstände nach Anspruch 1-7 unter Heparin!sierung der Oberfläche des Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß man das Heparin mit einem kationischen oberflächenaktiven Stoff vom primären Amintyp unter Blockierung der anionischen Gruppen des Heparins behandelt und die solchermaßen blockiertes Heparin enthaltende Oberfläche des Gegenstandes mit einem Dialdehyd unter Bildung einer Schiff'sehen Base mit niedriger Löslichkeit behandelt und teilweise die anionischen Gruppen des Heparins entblockiert.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß man Heparin mit einem kationischen oberflächenaktiven Stoff vom primären Amintyp unter Ausbildung einer unlöslichen Komplexverbindung umsetzt, in der die anionischen Gruppen des Heparins durch das kationische Oberflächenmittel blockiert sind, diese Komplexverbindung in einem organischen Lösungsmittel auflöst, die so gebildete Lösung auf der Oberfläche zu einem Oberflächenüberzug aufbringt, das Lösungsmittel aus dem Überzug verdampft und den Überzug mit einer wässrigen Lösung des Dialdehyds behandelt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Heparin mit dem kationischen oberflächenaktiven Stoff vom primären Amintyp behandelt, bis eine im wesentlichen vollständige Blockierung aller anionischen Gruppen des Heparins, festgestellt nach dem Toluidinblautest, erfolgt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß man einen kationischen oberflächenaktiven Stoff vom primären Amintyp verwendet, dessen kritische MizeSkonzentration geringer als etwa 5.10~ Mol je Liter ist.

12. Verfahren nach Anspruch 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß man des Heparin mit einer wässrigen Lösung des kationischen oberflächenaktiven Stoffes vom primären Amintyp einer Kon-

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zentration oberhalb der kritischen Mizelkonzentration bei einer Temperatur oberhalb der Krafft-Temperatur behandelt.

13. Verfahren nach Anspruch 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß man das Heparin mit einem Alkylaininhydrochlorid mit 14 bis 22,vorzugsweise 16 bis 18 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe behandelt.

14. Verfahren nach Anspruch 8-13, dadurch gekennzeichnet, daß man die blockiertes Heparin enthaltende Oberfläche mit Glutardialdehyd behandelt.

15. Verfahren nach Anspruch 8-14 unter Stabilisierung einer durch Ionenbindungen an eine PolymerOberfläche gebundenen Heparinschicht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Heparinschicht mit einer 0,5 mM wässrigen Lösung von Cetylaminhyärochlorid oder Octadecylaminhvdrochlorid bei 60 ⁰C während 15 Minuten und dann mit einer 0,5 %igen wässrigen Lösung von Glutardialdehyd bei 55 ⁰C während 20 Minuten behandelt.

16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man 100 Volumenteile einer wässrigen Heparinlösung, die 300 mg (40 000 IE) je 100 ml enthält, bei 60 °C mit 100 Volumenteilen einer wässrigen Lösung von 17,6 Millimol

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je Liter Alkylaminhydrochlorid mit 16 bis 18 xiohlenstoffatomen in der Alkylkette vermischt, die resultierende unlösliche Komplexverbindung von Heparin und Alkylaminhydrochlorid von der Lösung abtrennt, die Komplexverbindung in 120 Volumenteilen Cyclohexan dispergiert, nach und nach 64 Volumenteile Äthanol unter Rühren zusetzt, 40 Volumenteile Dichloräthan zu der so gebildeten Lösung zugibt, die resultierende Lösung filtriert, die so erhaltene Lösung auf die Oberfläche des Gegenstandes unter Ausbildung eines Oberflächenüberzuges aufbringt, das Lösungsmittel aus dem Oberflächenüberzug verdampft und den Oberflächenüberzug mit einer 0,5 %igen wässrigen Lösung von Glutardialdehyd bei 55 °C 20 Minuten behandelt.

17. Verfahren nach Anspruch 8-16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche unter Verwendung einer Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes vom quaternären Amintyp heparinisiert.

18. Verfahren nach Anspruch 8-16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche unter Verwendung einer Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und Alkylammoniumsalz heparinisiert.

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19. Verfahren nach Anspruch 8-16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche durch Behandlung zunächst mit einer Lösung eines Alkylammoniumsalzes und dann mit einer Heparinlösung heparinisiert.

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