DE2616086A1

DE2616086A1 - Kolloidales volumenersatzmittel aus hydroxyaethylstaerke und haemoglobin

Info

Publication number: DE2616086A1
Application number: DE19762616086
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Beez; Wolfgang Dr Rothe
Original assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG
Current assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG
Priority date: 1976-04-13
Filing date: 1976-04-13
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2616086C2

Description

Kolloidales Volumenersatzmittel aus
Hydroxyäthylstärke und Hämoglobin Die Erfindung bezieht sich auf kolloidale Volumenersatzmittel aus Hydroxyäthylstärke und Hämoglobin und deren Herstellungsverfahren.
Blut- und Plasmaverluate bis zu ca. 1,5 Liter nach Verletzungen, Operationen und internen Erkrankungen lassen sich heutzutage durch Infusion kolloidaler Volumenersatzmittel (z.t3. Gelatine, Dextrane, Hydroxyäthylstärke) ausgleichen. Diese Kolloide tierischen bzw. oflanzlichen Ursprungs dienen dabei der Aufrechterhaltung eines kolloidosmotischen (onkotischen) Druckes und einer physiologischen Wasserbindung, welche im Blut im wesentlichen durch swumanalbumin geregelt werden.
Ubersteigt der Blut- oder Plasmaverlust 1500 ml, so reicht die verbleibende Erythrocytenzahl für einen adäquaten Sauerstofftransport nicht aus, so daß Zellen, Gewebe und Organe nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. In solchen Fällen mußte Vollblut übertragen werden, ein Vorgehen, welches trotz sorgfältiger Spenderauswahl mit Risiken behaftet ist. Insbesondere treten folgende Nachteile auf: a) Gruippengleiches Blut, insbesondere seltenere Gruppen, wie Rh negativ, AB oder B, kann nicht unbegrenzt bereitgestellt werden.
b) Mit jedem Blutpräparat (Vollblut ebenso wie Blutbestandteile) werden körperfremde Substanzen zugeführt, die eine Immunisierung hewirken und eine spätere lebensrettende Bluttransfusion durch anaphylaktische Zwischenfälle gefährden können.
c) Nach Vollbluttransfusionen unter Anwendung anderer Blutpräparate kann es zu einer Hepatitis kommen, welche oft zu einer lebenslangen Belastung des Patienten führt.
d) Blutplättchen und weiße Blutkörperchen sind nur wenige Tage lebensfähig und eine Aggregatbildung zugrunde gegangener Zellen erfordert die Anwendung von Mikrofiltern bei Bluttransfusionen, um Verstopfungen im Mikrokapillarenbereich von Lunge, Gehirn und Herz zu vermeiden.
e) Vollblut und Blutbestandteile sind wegen der erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen und der kurzen Verwendbarkeit relativ kostspielig.
Zu den Präparaten, welche im Hinblick auf eine 02-tragende Funktion im tierischen Organismus seit Jahren getestet werden, gehören die Fluorkohlenwasserstoff-Emulsionen und stromafreie Hämoglobinlösungen.
Der klinische Finsatz voll synthetischer Fluorcarbonemulsionen (Clark und Gever, Triangel, 11, 4, 115 (1973) ist bisher nicht möglich. Emulsionsstabilität und quantitative Ausscheidung der körperfremden Fluorkohlenwasserstoffe und der Emulgatoren sind ungelöste Probleme.
Auch der klinische Einsatz zellfreier H&moglobinlösungen, welche von Rabiner (J. Exp. Med. 126, 1127 (1967) vorgeschlagen und von zahlreichen Forschern in Europa weiterentwickelt wurden, konnte bisher nicht realisiert werden, da diese Präparate nierentoxische Wirkung, Extravasationen und Gerinnungsstörungen zeigten.
Selbst die quantitative Beseitigung sämtlicher Zellfragmente durch Relihan (Ann. Surq. 176, 700 (1972) als nachgewiesene Ursache nephrotoxischer Wirkungen von stromafreien Hamoglobinldsungen verhalf der Hämoglobinlösung nicht zur klinischen Anwendung, da die Verweildauer im Kreislauf für eine adäquate Volumenwirkung zu kurz ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kolloidales Volumenersatzmittel mit sauerstofftragender Wirkung zu schaffen. Die Volumenwirkung soll dabei nach Ausmaß und Dauer vorwählbar sein, und die 02-tragende Wirkung soll die Wirkung einer Vollbluttransfusion haben.
Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß das bewährte kolloidale Volumenersatzmittel rlydroxyäthylstärke mit Hämoglobin stromafrei üher chemische Vernetzungsverbindungen gekoppelt wird, wie im folgenden an einem Beispiel demonstriert wird: Hydroxyäthylstärke + Vernetzungsmittel (= HÄS) (Bromcyan) H0S-Cyan-Derivat + Hämoglobin zellfr (= HGB) bzw. chemisch formuliert: HÄS----OH + Br-CN HÄS---O-C=N + H2N---HGB Vernetzungs -- Produkte HÄS HGB Hydroxyäthylstärke Hämoglobin Ganz entsprechend lassen sich auch andere Vernetzunqsreagenzien einsetzen, wie z.B. Diisocyanat, Succinimidderivate, Halogenessigsäurederivate, Carbonsäureazide und andere Vernetzungsreagenzien.
Die Hydroxyäthylstärke weist vorteilhaft einen Anteil von mindestens 90 % Amylopectin-Hydrolysat, eine Eigenviskosität von 0,05 - 0,30 dl/g bei 25°C, einen athersubstitutionsgrad von 0,00 bis 0,90 Hydroxyäthylgruppen pro Stärkemolekül, ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht Mw von 50.000 bis 700.000, ein teilchengemitteltes Molekulargewicht Mn von 20.000 bis 100.000 und einen Pthylenglykolanteil von weniger als 0,5 Gewichtsteilen Äthylenglykol auf 100 Teile modifizierte Stärke auf.
Das stromafreie Hämoglobin wird vorteilhaft aus frischem Humanblut frei von Antigenen, Zellbestandteilen und Pyrogenen lyophilisiert hergestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daR die kurze Kreislaufverweildauer des Hämoglobins durch Verknüpfung mit HZ.S gezielt verlangert wird. Sie läßt sich durch die Art der Vernetzung, Vernetzungsgrad und durch Molekulargewichtsverteilung und Substitutionsgrad der gewählten Hydroxyäthylstärke variieren. Somit ergibt sich die Möglichkeit, HES/HGB-Präparate mit unterschiedlicher Volumenwirkung nach Ausmaß und Dauer herzustellen, also z.B. ein Präparat mit 6 h mittlerer Volumenverçeildauer (d.h. 50 4 des infundierten Volumens sind nach 6 h noch im Kreislauf nachweisbar) oder ein anderes Präparat mit 2 h mittlerer Verweildauer (d.h. 50 % des infundierten Volumens sind nach 2 h noch im Kreislauf nachweisbar). Weiterhin wird die Hydroxyäthylstärke durch die Bindung des Hämoglobins zum °2- und C02-Träger.
Die Bindungsfestigkeit des Sauerstoffes läßt sich durch Vernetzungsart und Vernetzungsgrad variieren. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Volumenersatzmittels bestehen darin, daß es keine Hepatitis oder andere Krankheiten überträgt, blutgruppenunabhängig einsetzbar, in großen Mengen definiert herstellbar, über einen langen Zeitraum lagerfähig und daher überall verfügbar und rasch einsetzbar ist. Zum anderen kann dieses Ersatzmittel mit niedriger Viskosität als mikrozirkulatorisch aktive Lösung für Durchblutungsstörunven gefertigt werden.
Die Herstellung und Verwendung des erfindungsgemäßen Volumenersatzmittels ist im nachstehenden durch ein Beispiel erläutert: Herstellungsbeispiel: Eine Lösung von 1 g Bromcyan in 10 ml Dioxan wird bei pH 9,0 in eine wäßrige Lösung von 5 g HAUS unter Rühren und Eiskühlung zugetropft, wobei ein pH von 9,0 durch Autotitration mit NaOH 6 n aufrechterhalten wird. Nach einstündigen Rühren unter Eiskühlung wird durch Zugabe der Sfachen Manche Aceton das Hydroxyathlstärke-Cyan-Derivat ausgefällt, zentrifugiert und mit Aceton und Eiswasser gewaschen. Anschließend wird es bei 4 0C in Phosphatpuffer (pH 7,3) gelöst, 5 ml einer zellfreien Hämoglobinlösung (10 mg/ml) zugegeben und 24 h unter Lichtabschluß gerührt. Anschließend wird die Lösung durch ein 0,2 Mikronfilter sterilfiltriert und in sterilen lichtgeschützten Flaschen kühl gelagert.
Hydroxyäthylstärke/Hämoglobin-Vernetzungsprodukte dieser Art lassen sich durch entsprechende sterile Verdünnung auf isotonische und isoonkotische Verhältnisse bringen und können nach erfolgreicher chemischer, biologischer und Partikelkontrolle als kolloidale Volumenersatzmittel mit sauerstofftragender Wirkung ,eingesetzt werden.
Dies läßt sich im Tierexperiment stellvertretend demonstrieren, wie vereinfacht beschrieben wird: Zwergschweine r.lit einem Körpergewicht unter 20 kg werden unter ?Tarkose und konstanter Beatmung mit einem definierten Luft/02-Gemisch in 10 min Abständen arteriell entblutet (10 ml/kg), gleichzeitig wird HÄS/HGB-Lösung mit vergleichbarem Hämoglobingehalt intravenös durch Druckinfusion zugeführt.
Die Aufrechterhaltuna eines normalen Blutvolumens und physiologischer arterieller und zentralvenöser O2-Spannungen dienen als Beleg, daß Volumenwirkunq und sauerstofftragende Wirkung entsnrechend dem eingesetzten HES/HGB-Präparat bis zu einem Blutersatz von 50 % und darüber hinaus möglich ist.
Eine laufende Uberwachung der hämodynamischen Parameter Herzzeitvolumen, Pulmonalisdruck, linker Vorhofdruck, peripherer Sliderstand und direkter Blutdruck sowie der Nierenausscheidung und Methämoglobin ermöglichen eine weitere Wirkungskontrolle der verschiedenen einsetzbaren HÄS/HGB-Präparate.
Hydroxyäthylstärke/Hämoglobin-Vernetzungsprodukte lassen sich für die verschiedenen Anwendungsbereiche von Blutersatzmitteln somit aus definierten Ausgangsprodukten und deshalb mit maßgeschneiderter Volumen/Oxygen-Wirkung herstellen.
Die 02-Transportkapazität läßt sich dabei durch die Wahl der Vernetzungsreagenzien und des Vernetzungsgrades variieren, da Hämoglobin in beliebigem Verhältnis mit SKS gekoppelt werden kann. Die Kreislaufvertqeildauer und der Volumeneffekt ist vorherstimmbar durch die Wahl des jeweils eingesetzten HÄS-Präparates.
Als mögliche Einsatzbereiche kommen in Frage: a) Ersatz von Blut- und Plasmaverlusten, welche 1,5 Liter überschreiten (bei Unfällen, Operationen und trkrankungen; b) Vorfüllung der Herz-Lungen-Maschine bei Herzoperationen, c) Cardiophlegische Lösung, d) Perfusion von Translantaten, e) Rheologisch wirksame Lösungen mit hyperonkotischer Wirkung und geringer Viskosität.
Beim Ersatz größerer Blutverluste durch HÄS/HGB-Lösungen ist eine Überwachung und Yorrektur des Gerinnunas- und Immunsystems durch Substitution geeigneter Fraktionen erforderlich.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 6 Kolloidales Volumenersatzmittel aus Hydroxyäthylstärke und Htmoglohin, d a d u r c h a e k e n n -z e i c h n e t , daß Hydroxyäthylstärke mit Hänoglohin stromafrei gekoppelt ist.
2. Volumenersatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzaichnet, daß die Hydroxyäthylstärke einen Anteil von mindestens 90 % Amylopectin-Hydrolysat aufweist.
3. Volumenersatzmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydroxyäthylstärke eine Eigenviskosität von 0,05 - 0,30 dl/g ei 250C aufweist.
4. Volumenersatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydroxyäthylstärke einen Äthersubstitutionsgrad bis zu 0,90 Hydroxyäthylgruppen tro Stärkemolekül aufweist.
5. Volumenersatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da die Hydroxyäthylstärke ein Molekulagewicht @W von 50.000 bis 700.000 und ein teilchengemitteltes Molekulargewicht Mn von 20.000 bis 100.000 aufweist.
6. Volumenersatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Äthylenglykolanteil der Hydroxyäthylstärke weniger als 0,5 Gewichtsteile Athylenglykol aur 100 Teile modifizierte Starke betragt.
7. Volumenersatzmittel nach einem der ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hämoglobin aus frischem Humanblut frei von antigenen, Zellbestandteilen und Pyrogenen hergestellt ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Volumenersatzmittels nach einer. der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge.kennzeichnet, daß die Hydroxyäthylstärke mit Hilfe eines Vernetzungsreagenzes mit Hämoglobin stromafrei gekoppelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsreagenz Bromcyan, Diisocyanat, ein Succinimidderivat, Halogenessigsäurederivat, Carbonsäureacid oder dergleichen ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Infusionslösung auf der Basis eines Volumenersatzmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Hydroxyäthyl-Hämoglobin-Vernetzungsprodukte in Lösung gebracht werden, wobei die Lösung steril isotonisch und isoonkotisch ist.