DE2831360C2

DE2831360C2 -

Info

Publication number: DE2831360C2
Application number: DE2831360A
Authority: DE
Inventors: Jan Christer Prof. Djursholm Se Eriksson; Rolf Lennart Ekeroe Se Larsson
Original assignee: Ird Biomaterial Stockholm Se AB
Current assignee: I.R.D. BIOMATERIAL AB, STOCKHOLM, SE
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1989-04-20
Also published as: GB2002794B; JPS6240027B2; CA1116086A; DE2831360A1; FR2397843A1; SE7708296L; SE425372B; FR2397843B1; GB2002794A; US4265927A; JPS5466975A

Description

Um die Anhaftung von Thrombozyten und die Bildung von Thromben zu verhindern, werden medizinische Gegenstände, wie Katheter, Blutoxygenatoren, künstliche Herzventile oder Blutbeutel, die in Berührung mit Blut kommen, heparinisiert.

Gemäß der US-PS 38 10 781 werden medizinische Gegenstände heparinisiert, indem man Heparin mit seinen anionischen Gruppen an kationische Gruppen enthaltende Oberflächen bindet und zur Stabilisierung anschließend durch Umsetzung mit einem Dialdehyd vernetzt.

Die US-PS 36 34 123 beschreibt ein Heparisierungsverfahren, bei dem die Oberfläche des Gegenstandes mit einem kationischen oberflächenaktiven Mittel in einem wäßrigen Medium bei einer Temperatur, bei der das oberflächenaktive Mittel auf der Oberfläche absorbiert wird, behandelt wird, wonach Heparin an das oberflächenaktive Mittel durch Ionenbindungen gebunden wird. Diese Verfahren haben aber den Nachteil, daß sie nur mit bestimmten Oberflächenmaterialien durchführbar sind und Probleme hinsichtlich einer exakten Verfahrensführung und einer Qualitätskontrolle ergeben.

Die DE-OS 26 10 698 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes vorgefertigt und in einem organischen Lösungsmittel zu einer echten Lösung aufgelöst wird, worauf diese Lösung auf die zu heparinisierende Oberfläche aufgebracht und das Lösungsmittel verdampft wird. In üblicher Weise kann dann eine Stabilisierung durch Umsetzung mit einem Dialdehyd erfolgen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Heparinisierung der Oberflächen ungleichmäßig erfolgen kann und nur eine sehr begrenzte Schichtdicke erhältlich ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit darin, ein Verfahren zu bekommen, mit dem Oberflächen von Gegenständen, wie Kunststoffmaterialien, Metall oder Glas, ohne organische Lösungsmittel gleichmäßig mit einer feinkörnigen Schicht vorbestimmter Dicke heparinisiert werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Heparinisierung einer Oberfläche eines mit Blut in Berührung kommenden medizinischen Gegenstandes unter Behandlung der Oberfläche mit einer Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes ist dadurch gekennzeichnet, daß man die zu heparinisierende Oberfläche in geladenem Zustand mit einer kolloidalen wäßrigen Lösung der Komplexverbindung mit kolloidalen Teilchen einer Größe unterhalb 200 nm bei einem pH-Wert zwischen 2,5 und 7 und bei einem Heparingehalt von 1 bis 100 IE je ml behandelt, wobei die kolloidalen Teilchen an ihre Oberfläche gebundende Ladungen einer Polarität entgegengesetzt zu den an die Oberfläche des medizinischen Gegenstandes gebundenen Ladungen haben.

Diese Lösung der Aufgabe beruht auf den folgenden Beobachtungen und Arbeitshypothesen:

Die Adsorption eines geladenen Teilchens auf der Oberfläche eines festen Körpers wird nicht nur durch die von der Waals'schen Kräfte zwischen dem Teilchen und dem festen Körper, sondern auch durch entgegengesetzte Ladungen bestimmt. In einer wäßrigen Heparinlösung liegen polymere Heparinationen mit einer negativen Ladung vor. Die Gegenionen bestehen gewöhnlich aus positiven Natriumionen. Eine unlösliche Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes kann in Form kolloidaler Teilchen in einer kolloidalen wäßrigen Lösung hergestellt werden. In einer solchen Lösung haben die kolloidalen Teilchen positive Ladungen an ihren Oberflächen, wenn der kationische oberflächenaktive Stoff gegenüber dem Heparin im Überschuß gegenüber der Menge vorliegt, die für die Ausflockung erforderlich ist. Wenn das Heparin im Überschuß vorliegt, haben die kolloidalen Teilchen stattdessen negative Ladungen an ihren Oberflächen.

Wenn die zu heparinisierende Oberfläche gebundene ionische Gruppen bestimmter Polarität, positiv oder negativ, hat, werden die kolloidalen Teilchen der Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes, wenn diese kolloidalen Teilchen ionische Ladungen entgegengesetzter Polarität besitzten, auf der Oberfläche gebunden.

Für die Heparinisierung bestimmte Gegenstände bestehen gewöhnlich aus Kunststoffen oder Metall. Vorausgesetzt, daß sie gut gereinigt sind, tritt an vielen solchen Oberflächen in Berührung mit Wasser eine sogenannte elektrische Doppelschicht auf, die aus ionischen Ladungen, die an die Oberfläche gebunden sind, und beweglichen Gegenionen in der Wasserschicht in nächster Nähe zu der Oberfläche besteht. Dies ist gewöhnlich bei luftoxidierten Metalloberflächen der Fall. Wenn eine Oberfläche unzureichende Ladungsdichte hat, was oftmals bei bestimmten Kunststoffoberflächen der Fall ist, kann gewöhnlich eine höhere Ladungsdichte mit einer an sich bekannten Methode erzeugt werden, wie durch Behandlung mit einem Oxidationsmittel und/oder einer starken Säure oder durch Adsorption eines oberflächenaktiven Stoffes oder eines Proteins. Oberflächen mit einer relativ hohen Ladungsdichte haben sehr oft eine gute Benetzbarkeit. Daher ist ein Benetzbarkeitstest oft ausreichend, um die Ladungsdichte der Oberfläche zu bestimmen.

Wenn die geladene Oberfläche des Gegenstandes in Berührung mit der kolloidalen Lösung von Teilchen der Komplexverbindung gebracht wird, die auf ihren Oberflächen ionische Ladungen einer entgegengesetzten Polarität zu derjenigen der geladenen Oberfläche besitzen, findet eine Adsorption kolloidaler Teilchen auf der geladenen Oberfläche statt, bis eine vollständige Teilchen-Monoschicht gebildet ist. Dann ist die Polarität der Oberfläche überall umgekehrt. Die Geschwindigkeit dieses Adsorptionsverfahrens hängt von der Konzentration der kolloidalen Lösung sowie von der Teilchengröße ab. Die Geschwindigkeit steigt relativ schwach mit der Konzentration und nimmt stark mit steigender Teilchengröße ab. Da die kolloidalen Teilchen die gleiche Polarität besitzen, stoßen sie sich gegenseitig ab, was den van der Waal'schen Kräften entgegenwirkt, so daß eine Teilchenaggregation verhindert und eine gleichmäßige Verteilung adsorbierter Teilchen auf der Oberfläche gewährleistet wird. Wenn die Oberfläche vollständig mit der Monoschicht von den kolloidalen Teilchen besetzt ist, hat die Oberfläche insgesamte eine der ursprünglichen Ladung entgegengesetzte Ladung, die eine weitere Adsorption der nunmehr gleich geladenen kolloidalen Teilchen verhindert. Wenn man nun in einer weiteren Behandlungsstufe die Oberfläche in Berührung mit einer Lösung bringt, die kolloidale Teilchen mit der entgegengesetzten Ladung enthält, ist es möglich, eine weitere Teilchenschicht auf der Oberfläche aufzubauen und somit wiederum die Polarität der geladenen Oberfläche umzukehren. Diese Methode, bei der abwechselnd der Gegenstand kolloidalen Lösungen ausgesetzt wird, die kolloidale Teilchen mit jeweils entgegengesetzten Ladungen enthalten, kann solange durchgeführt werden, bis man eine Oberflächenschicht der erwünschten Dicke erhalten hat.

Eine Konsequenz der beschriebenen Verfahrensfolge besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, die Polarität der Ausgangsoberfläche von vornherein zu wissen. Wenn nämlich die Oberfläche die gleiche Ladung wie die kolloidalen Teilchen hat, findet infolge des Abstoßungseffektes keine Adsorption mehr statt, jedoch in der nachfolgenden Behandlung, wenn die Teilchen in der kolloidalen Lösung entgegengesetzte Ladungen besitzen. Für bestimmte Zwecke kann eine zufriedenstellende Heparinisierung durch eine einstufige Behandlung des Gegenstandes mit einer kolloidalen Lösung des oben bezeichneten Typs erhalten werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Behandlung einmal oder mehrere Male nach Umkehr der Polarität der geladenen Oberfläche wiederholt wird, um eine vollständige Bedeckung der Oberfläche und einen ausreichend dicken Überzug auf der Oberfläche zu gewährleisten. Statt abwechselnder Behandlung der Oberfläche mit entgegengesetzt geladenen Komplexverbindungen des Heparins kann man nach der Aufbringung der ersten Monoschicht nach der Erfindung einfacher die Polarität der Oberfläche umkehren, indem man in den Folgestufen abwechselnd mit einer wäßrigen Lösung von Heparin oder eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes behandelt.

Es ist bevorzugt, einen kationischen oberflächenaktiven Stoff vom Typ primärer Amine und speziell ein Alkylaminhydrochlorid mit 14 bis 22, vorzugsweise 16 bis 18 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, zu verwenden. Es ist weiterhin bevorzugt, daß das oberflächenaktive primäre Amin eine kritische Mizellkonzentration von weniger als 5 × 10^-3 Mol/l hat. Die kritische Mizellkonzentration ist die niedrigste Konzentration, bei der mizellare Aggregate in einer wäßrigen Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes auftreten. Weitere Informationen bezüglich der kritischen Mizellkonzentration finden sich beispielsweise in Mukerjee & Mysels: Critical Micelle Concentrations of Aequous Surfactant Systems, herausgegeben von dem U. S. National Bureau of Standards (NSRDS-NBS 36). Es wurde gefunden, daß Hexadecylaminhydrochlorid ein besonders brauchbarer kationisch oberflächenaktiver Stoff vom Typ der primären Amine ist.

Die resultierende Oberfläche wird vorzugsweise stabilisiert, indem sie mit einem Dialdehyd, zweckmäßig Glutardialdehyd, behandelt wird, wie in der SE-PS 3 65 710 beschrieben ist. Ein großer Überschuß an Heparin oder kationischem oberflächenaktivem Stoff in dem Oberflächenfilm kann das zufriedenstellende Ergebnis der anschließenden Stabilisierungsbehandlung mit Dialdehyd gefährden. Daher ist es bevorzugt, die Oberfläche nach der letzten Behandlung mit der kolloidalen Lösung mit reinem Wasser zu waschen und anschließend die Oberfläche mit einer verdünnten wäßrigen Lösung der Komponente der Komplexverbindung zu behandeln, von welcher ein Mangel in der verwendeten kolloidalen Lösung vorliegt. Das Stabilisierungsverfahren mit einem Dialdehyd arbeitet nicht zufriedenstellend, wenn die Komplexverbindung durch die Umsetzung von Heparin und eines quaternären Alkylammoniumsalzes, wie Cetyltrimethylammoniumbromid, gebildet wurde. Daher sollte in diesem Fall der Stabilisierung eine Behandlung der Oberfläche mit einer Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Stoffen vom Typ der primären Amine vorausgehen. Dabei findet eine Austauschreaktion statt und führt zur Bildung einer Komplexverbindung des Heparins und des oberflächenaktiven Stoffes vom Typ primärer Amine, während die quaternäre oberflächenaktive Ammoniumverbindung von der Oberfläche entfernt wird, da die Löslichkeit der Komplexverbindung von Heparin und des oberflächenaktiven Stoffes vom primären Amintyp geringer als jene des Komplexes von quaternärer Alkylammoniumverbindung und Heparin ist.

Die Behandlung der Oberfläche mit Lösungen, die einen Überschuß an kationischem oberflächenaktivem Stoff enthalten, sowie mit kolloidalen Lösungen, die positiv geladene kolloidale Teilchen enthalten, sollte bei einer Temperatur stattfinden, welche die Krafft-Temperatur des kationischen oberflächenaktiven Stoffes überschreitet, während die Behandlung der Oberfläche mit anderen Lösungen mit Vorteil bei Raumtemperatur stattfinden kann. Behandlungszeiten von höchstens einer oder einiger Minuten sind allgemein zufriedenstellend.

Bevorzugt haben die kolloidalen Teilchen eine Größe von mehr als 40 mm.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man zweckmäßig eine kolloidale Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und des kationischen oberflächenaktiven Stoffes, wobei der Heparingehalt 1 bis 100 IE je Milliliter beträgt und das Verhältnis von oberflächenaktivem Stoff zu Heparin derart ist, daß man eine Lichttransmission von wenigstens etwa 40% derjenigen von reinem Wasser bekommt, wenn die Lichtwellenlänge 400 nm beträgt, die Länge des optischen Weges 1 cm ist und der Heparingehalt 50 IE je Milliliter ist, und daß man eine Lichttransmission von wenigstens 90% derjenigen von reinem Wasser bekommt, wenn die Lichtwellenlänge 400 nm, die Länge des optischen Weges 1 cm und der Heparingehalt 10 IE je Milliliter ist. Angenommen, daß das Verhältnis zwischen der niedrigsten erwünschten Lichttransmission und dem Heparingehalt im wesentlichen geradlinig verläuft, läßt sich die niedrigste Lichttransmission für andere Prozentsätze durch Interpolation oder Extrapolation finden.

Um eine solche feinteilige kolloidale Lösung herzustellen, ist es wichtig, solche Bedingungen beim Mischen zweier Lösungen zu vermeiden, die zur Ausflockung führen. Wenn Hexadecylaminhydrochlorid als kationischer oberflächenaktiver Stoff verwendet wird, liegt der Ausflockungspunkt bei etwa 3,5 × 10^-5 mMol des kationischen oberflächenaktiven Stoffes je IE Heparin. Die Ausflockungspunkte für andere kationische oberflächenaktive Stoffe, wie Tetra- und Octadecylaminhydrochlorid sowie für Cetyltrimethylammoniumbromid, können leicht durch Titration ermittelt werden.

Eine feinteilige kolloidale Lösung mit positiven Ladungen an den Teilchen-Oberflächen kann auf folgende Weise hergestellt werden: Eine wäßrige Lösung von Heparin mit einem Heparingehalt von 1 bis 100 IE je Milliliter, vorzugsweise mit 10 bis 60 IE je Milliliter, wird nach und nach unter Rühren einer wäßrigen Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes mit einem Gehalt von 0,5 bis 50 mMol, vorzugsweise 3 bis 30 mMol/l des oberflächenaktiven Stoffes in solchen Verhältnissen zugesetzt, daß die Menge des kationisch aktiven Stoffes die für die Ausflockung erforderliche relative Menge, und zwar zweckmäßig um wenigstens 10%, übersteigt. Ein größerer Überschuß der kationischen oberflächenaktiven Substanz als etwa das 3fache bezüglich der relativen Menge, die für die Ausflockung erforderlich ist, ist weniger geeignet, da er einen ungünstig hohen Gehalt an Schiff'schen Basen in der mit Dialdehyd stabilisierten Heparinoberflächen erzeugen kann. Wenn Hexadecylaminhydrochlorid als oberflächenaktiver Stoff verwendet wird, sollte die Menge an oberflächenaktivem Stoff so ausgewählt werden, daß sie 4 × 10^-5 bis 10 × 10^-5 mMol je IE Heparin beträgt. Der Endgehalt an Heparin in der kolloidalen Lösung sollte zwischen 1 und 100 IE je Milliliter und vorzugsweise zwischen 5 und 50 IE je Milliliter liegen.

Der pH-Wert der Lösungen sollte zwischen 2,5 und 7 eingestellt werden, während die Temperatur der Lösungen höher als die Krafft-Temperatur des kationischen oberflächenaktiven Stoffes sein sollte, was für Hexadecylaminhydrochlorid etwa 48°C ist. Die Temperatur liegt vorzugsweise unterhalb der Siedepunkte der Lösungen.

Eine feinkörnige Lösung mit negativen Ladungen an den Teilchen-Oberfläche kann in folgender Weise hergestellt werden:
Eine Lösung eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes mit einer Konzentration von 0,01 bis 10 mMol/l wird nach und nach unter Rühren zu einer wäßrigen Lösung von Heparin mit einem Heparingehalt von 5 bis 500 IE je Milliliter in solcher Menge zugesetzt, daß das Verhältnis zwischen dem kationischen oberflächenaktiven Stoff und dem Heparin höchstens etwa 75% des für die Ausflockung erforderlichen Verhältnisses ist. Wenn man Hexadecylaminhydrochlorid als den kationischen oberflächenaktiven Stoff verwendet, sollte die Menge an oberflächenaktivem Stoff höchstens etwa 2,7 × 10^-5 mMol oberflächenaktiver Stoff je IE Heparin betragen. Die Temperatur der Lösung sollte hier auch die Krafft-Temperatur des kationischen oberflächenaktiven Stoffes überschreiten.

Ein einfacher und bequemer Weg zur Bestimmung, die Herstellung einer kolloidalen Lösung des Komplexes von Heparin und oberflächenaktivem Stoff zu ausreichend kleinen kolloidalen Teilchen führte, besteht in einer Messung der Lichttransmission der kolloidalen Lösung in einem Spektrophotometer. Es ist bevorzugt, ein Spektrophotometer zu verwenden, das mit Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm und mit einem optischen Weg mit einer Länge von 1 cm arbeitet. Wenn die Lichttransmission der kolloidalen Lösung 40% derjenigen von reinem Wasser überschreitet, wenn der Heparingehalt der kolloidalen Lösung 50 IE je Milliliter beträgt, und wenn sie 90% derjenigen von reinem Wasser überschreitet, wenn der Heparingehalt der kolloidalen Lösung 10 IE je Milliliter beträgt, dann ist die kolloidale Lösung feinkörnig genug, um eine kurze Behandlungszeit zu gewährleisten, wie beispielsweise eine oder einige Minuten. Die niedrigste Lichttransmission für andere Heparinprozentsätze kann durch Interpolation oder Extrapolation gefunden werden.

In den folgenden Beispielen ist das Maß für den Effekt der Heparinisierung nach der Erfindung die Thrombozytenanhaftung an einer heparinisierten und stabilisierten Oberfläche in Prozenten der Blutplättchenanhaftung an einer unbehandelten Oberfläche, nachdem die Oberflächen jeweils einen mit Citrat versetzten frischen Gesamtblut ausgesetzt wurden. Unvollständiges Überziehen der Oberfläche mit dem Heparinfilm führte gewöhnlich zu einer relativ starken Blutplättchenanhaftung, die 10% klar überstieg. Die Beispiele A bis H betreffen die Herstellung kolloidaler Lösungen, und die Beispiele 1 bis 16 betreffen die Heparinisierung verschiedener medizinischer Gegenstände mit solchen kolloidalen Lösungen und deren Bedeutung.

Beispiel A

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Stoff mit positiven Ladungen auf ihren Oberflächen wurde nach der folgenden Methode hergestellt:
125 ml einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 12 IE Heparin je Milliliter wurden unter heftigem Rühren zu 25 ml einer wäßrigen Lösung von 3 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid zugesetzt. Der pH-Wert der Lösungen wurde von dem Mischen auf 3 durch Zugabe von HCl eingestellt. Die Temperatur der Lösungen lag bei 60°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösung betrug 10 IE je Milliliter, und die Menge an Hexadecylaminhydrochlorid betrug 5 × 10^-5 mMol je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und 1 cm optischen Weges lag bei 90% derjenigen von reinem Wasser.

Beispiel B

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Mittel mit negativen Ladungen auf ihren Oberflächen wurde folgendermaßen hergestellt:
125 ml einer wäßrigen Lösung von 0,24 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid wurden unter heftigem Rühren zu 25 ml einer wäßrigen Lösung zugesetzt, die 60 IE Heparin je Milliliter enthielt. Die Temperatur der Lösungen lag bei 60°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösung betrug 10 IE je Milliliter, und die Menge Hexadecylaminhydrochlorid war 2 × 10^-5 mMOl je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und 1 cm optischen Weges lag bei 98% derjenigen von reinem Wasser.

Beispiel C

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Stoff mit positiven Ladungen auf ihren Oberflächen wurde folgendermaßen hergestellt:
125 ml einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 60 IE Heparin je Milliliter wurden unter starkem Rühren zu 25 ml einer wäßrigen Lösung von 10 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid zugesetzt. der pH-Wert beider Lösungen wurde vor dem Vermischen durch Zugabe von HCl auf 3 eingestellt. Die Temperatur der Lösungen lag bei 60°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösungen lag bei 50 IE je Milliliter, und die Menge an Hexadecylaminhydrochlorid betrug 6 × 10^-5 mMol je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und einen optischen Weg von 1 cm betrug 70% derjenigen von reinem Wasser.

Beispiel D

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Stoff mit negativen Ladungen auf ihren Oberflächen wurde folgendermaßen hergestellt:
125 ml einer wäßrigen Lösung von 1/2 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid wurden unter starkem Rühren zu 25 ml einer wäßrigen Lösung zugesetzt, die 300 IE Heparin je Milliliter enthielt. Die Temperatur der Lösungen lag bei 60°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösung betrug 50 IE je Milliliter, und die Menge an Hexadecylaminhydrochlorid war 2 × 10^-5 mMol je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und einen optischen Weg von 1 cm lag bei 80% derjenigen von reinem Wasser.

Beispiel E

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Stoff mit positiven Ladungen auf ihren Oberflächen wurde folgendermaßen hergestellt:
125 ml einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 60 IE Heparin je Milliliter wurden unter heftigem Rühren zu 25 ml einer wäßrigen Lösung von 12 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid zugesetzt. Der pH-Wert beider Lösungen wurde vor dem Vermischen durch Zugabe von HCl auf 3 eingestellt. Die Temperaturen der Lösungen lag bei 60°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösung lag bei 50 IE je Milliliter, und die Menge an Hexadecylaminhydrochlorid lag bei 4 × 10^-5 mMol je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und einen optischen Weg von 1 cm lag bei 60% des reinen Wassers.

Beispiel F

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Stoff mit positiven Ladungen auf ihren Oberflächen wurde folgendermaßen hergestellt:
125 ml einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 60 IE Heparin je Milliliter wurden unter starkem Rühren zu 25 ml einer wäßrigen Lösung von 30 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid zugesetzt. Der pH-Wert beider Lösungen wurde vor dem Vermischen durch Zugabe von HCl auf 3 eingestellt. Die Temperaturen der Lösungen lag bei 60°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösung lag bei 50 IE je Milliliter, und die Menge an Hexadecylaminhydrochlorid betrug 10 × 10^-5 mMol je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und einen optischen Weg von 1 cm lag bei 60% des reinem Wasser.

Beispiel G

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Stoff mit positiven Ladungen auf ihren Oberflächen wurde folgendermaßen hergestellt:
125 ml einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 12 IE Heparin je Milliliter wurden unter heftigem Rühren zu 25 ml einer wäßrigen Lösung von 6 mMol/l Cetyltrimethylammoniumbromid zugesetzt. Der pH-Wert beider Lösungen wurde vor dem Vermischen durch Zugabe von HCl auf 3 eingestellt. Die Temperatur der Lösungen lag bei 50°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösung lag bei 10 IE je Milliliter, und die Menge an Cetyltrimethylammoniumbromid lag bei 10 × 10^-5 mMol je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und einen optischen Weg von 1 cm betrug 98% derjenigen von reinem Wasser.

Beispiel H

Eine feinkörnige kolloidale Lösung von Teilchen aus Heparin und oberflächenaktivem Stoff mit positiven Ladungen auf ihren Oberflächen wurde folgendermaßen hergestellt:
180 ml einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 55,6 IE Heparin je Milliliter wurden unter starkem Rühren zu 20 ml einer wäßrigen Lösung zugesetzt, die 35 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid enthielt. Der resultierende pH-Wert war etwa 5. Die Temperatur der Lösungen betrug 60°C. Der Heparingehalt der kolloidalen Lösung lag bei 50 IE je Milliliter, und der Gehalt an Hexadecylaminhydrochlorid lag bei 7 × 10^-5 mMol je IE Heparin. Die Lichttransmission der Lösung für eine Wellenlänge von 400 nm und einen optischen Weg von 1 cm lag bei 40% derjenigen von reinem Wasser.

Beispiel 1

Polyethylenkatheter wurden mit einer Lösung von Kaliumpermanganat (2 g/l) in konzentrierter Schwefelsäure 2 Minuten behandelt, wonach sie mit reinem Wasser gewaschen wurden. Ein erster Ansatz von Kathetern, der so oxidiert worden war, wurde mit der feinkörnigen kolloidalen Lösung, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden war, während 15 Sekunden bei 60°C behandelt, wonach die Katheter mit Wasser bei Raumtemperatur gewaschen wurden. Sie wurden anschließend einer wäßrigen Heparinlösung (10 IE je Milliliter, pH 3) während einiger Minuten bei 60°C behandelt. Diese Behandlungsfolge wurde durch Waschen mit Wasser beendet. Ein zweiter Ansatz von Kathetern wurde zwei Behandlungsfolgen der beschriebenen Art unterzogen. Ein dritter Ansatz von Kathetern wurde drei Behandlungsfolgen der beschriebenen Art unterzogen. Nach beendigter Heparinisierung wurde der Heparinfilm auf allen drei Ansätzen von Kathetern durch Behandlung der Katheter mit einer wäßrigen Glutardialdehydlösung (0,5 Gew.-%) während 20 Minuten bei 55°C stabilisiert. Die Katheter wurden schließlich mit reinem Wasser gut gespült.

Die behandelten Katheter wurden nun getestet, indem sie 20 Minuten einem mit Citrat versetzten frischen Gesamtblut ausgesetzt und danach mit 30 ml physiologischer üblicher Kochsalzlösung gewaschen wurden. Der an der Fläche der Katheter anhaftende ATP-Gehalt von Blutplättchen wurde durch Verwendung eines Tris-HCl-Puffers extrahiert und durch eine chemische Lumineszenzreaktion mit Glühwürmchenextrakt bestimmt. Daraus wurde die Blutplättchenanhaftung ermittelt. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

Beispiel 2

Polyethylenkatheter wurden mit Kaliumpermanganat in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 vorbehandelt. Ein erster Ansatz von Kathetern wurde mit einer feinkörnigen kolloidalen Lösung, die gemäß Beispiel A hergestellt worden war, 15 Sekunden bei 60°C behandelt, wonach mit kaltem Wasser gespült und anschließend einer gemäß Beispiel B hergestellten kolloidalen Lösung bei Raumtemperatur 15 Sekunden ausgesetzt wurde. Die Behandlungsfolge wurde durch Waschen mit reinem Wasser beendet. Ein zweiter Ansatz von Kathetern wurde zwei Behandlungsfolgen der beschriebenen Art unterzogen. Ein dritter Ansatz von Kathetern wurde drei Behandlungsfolgen der beschriebenen Art unterzogen. Alle Katheter wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die folgenden Ergebnisse wurden dabei erhalten:

Beispiel 3

Polyethylenkatheter wurden zunächst während 30 Minuten bei einem Druck von 1,3 mbar mit einem Gasgemisch, das Sauerstoff, einatomigen Sauerstoff, Ozon und Singlettsauerstoff, produziert durch eine Mikrowellenentladung, enthielt, oberflächenoxidiert. Ein erster Ansatz von Kathetern wurde mit einer gemäß Beispiel C hergestellten feinkörnigen kolloidalen Lösung bei 60°C 15 Sekunden behandelt. Nach dem Waschen mit kaltem Wasser wurden die Katheter mit einer wäßrigen Lösung von Heparin (10 IE je Milliliter, pH 3) während einiger Minuten bei 60°C behandelt. Diese Behandlungsfolge wurde durch Waschen mit Wasser beendet. Ein zweiter Ansatz von Kathetern wurde zwei Behandlungsfolgen, ein dritter Ansatz von Kathetern drei Behandlungsfolgen der beschriebenen Art unterzogen. Alle Katheter wurden stabilisiert und getestet, wie in Beispiel 1 beschrieben ist. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

Beispiel 4

Polyethylenkatheter wurden mit Kaliumpermanganat in gleicher Weise wie in Beispiel 1 vorbehandelt. Sie wurden nun 15 Sekunden mit einer wäßrigen Lösung von 1 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid bei 60°C behandelt und anschließend bei Raumtemperatur mit Wasser gewaschen. Die Katheter hatten nun positive Ladungen auf ihren Oberflächen.

Die Katheter wurden jetzt mit einer gemäß Beispiel D hergestellten kolloidalen Lösung 15 Sekunden bei Raumtemperatur behandelt, danach mit Wasser gewaschen und schließlich einer wäßrigen Lösung von 1 mMol/l Hexadecylaminhydrochlorid während 15 Minuten bei 60°C ausgesetzt. Diese Behandlungsfolge wurde durch Waschen mit Wasser abgeschlossen. Die Katheter wurden drei solchen Behandlungsfolgen ausgesetzt. Die Katheter wurden nun stabilisiert und getestet, wie in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Blutplättchenanhaftung in Bezug auf jene an einer unbehandelten Oberfläche lag bei 0,5%.

Beispiel 5

Polyethylenkatheter wurden mit Kaliumpermanganat in gleicher Weise wie in Beispiel 1 vorbehandelt. Sie wurden nun bei Raumtemperatur 1 Minute mit einer feinkörnigen kolloidalen Lösung behandelt, die gemäß Beispiel E hergestellt worden war. Nach dem Waschen mit Wasser wurden sie wie in Beispiel 1 stabilisiert und getestet. Die Blutplättchenanhaftung der heparinisierten Oberfläche lag bei 3% derjenigen einer unbehandelten Polyethylenoberfläche.

Beispiel 6

Das Beispiel betrifft die Heparinisierung von Gefäßimplantaten, d. h. röhrenförmigen Gegenständen, die zur Herstellung künstlicher Blutgefäße verwendet werden. Die Gefäßimplantate dieses Beispiels bestanden aus Polyethylenterephthalat-Gewebe. Sie wurden zunächst 1 Minute mit einer feinkörnigen kolloidalen Lösung, die gemäß Beispiel F hergestellt worden war, behandelt. Sie wurden mit kaltem Wasser gewaschen und einer wäßrigen Lösung von Heparin (20 IE je Milliliter, pH 3) bei 60°C während 5 Minuten ausgesetzt. Diese Behandlungsfolge wurde durch Waschen mit Wasser abgeschlossen, wonach die gesamte Behandlungsfolge zwei weitere Male wiederholt wurde. Die Stabilisierungsbehandlung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt.

Sowohl unbehandelte als auch nach der Erfindung heparinisierte Gefäßimplantate wurden getestet, indem sie 60 Minuten in vitro heparinisiertem Gesamtblut ausgesetzt wurden, das mit radioaktiven Isotopen markierte Blutplättchen enthielt. Nach Beendigung dieser Behandlung wurden die Implantate mit physiologischer Kochsalzlösung gewaschen, und die Menge an anhaftenden Blutplättchen wurde durch Messung der Restradioaktivität bestimmt. Die Blutplättchenanhaftung an dem heparinisierten Polyethylenterephthalat-Gewebe lag bei etwa 10% derjenigen des unbehandelten Gewebes.

Beispiel 7

Polystyrolteströhren wurden mit konzentrierter Schwefelsäure mit einem Gehalt von 2 g/l Kaliumpermanganat 10 Minuten vorbehandelt, wonach sie gut mit Wasser gewaschen wurden.

So oxidierte Teströhren wurden nun einer gemäß Beispiel C hergestellten feinkörnigen kolloidalen Lösung 1 Minute bei 60°C ausgesetzt. Nach dem Waschen mit kaltem Wasser wurden sie mit einer wäßrigen Heparinlösung (20 IE je Milliliter, pH 3) 5 Minuten bei 60°C behandelt. Diese Behandlungsfolge wurde durch Waschen mit Wasser abgeschlossen, wonach die Gesamtfolge weitere zwei Male wiederholt wurde. Die Stabilisierungsbehandlung und das Testen erfolgte wie in Beispiel 1. Die Blutplättchenanhaftung an den heparinisierten Polystyrolröhren lag bei 1% derjenigen an unbehandelten Polystyrolröhren.

Beispiel 8

Polyethylenkatheter wurden mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 5 Gew.-% Ammoniumpersulfat während 2 Stunden bei 65°C vorbehandelt. Ein erster Ansatz von so oxidierten Kathetern wurde einer gemäß Beispiel H hergestellten feinkörnigen kolloidalen Lösung während 1 Minute bei 60°C ausgesetzt. Nun wurden die Katheter mit Wasser bei Raumtemperatur gespült und anschließend einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 10 IE Heparin je Milliliter und mit einem pH-Wert von 3 während weniger Minuten bei 60°C ausgesetzt. Schließlich wurden sie mit Wasser gespült. Ein zweiter Ansatz von Kathetern wurde zwei, ein dritter Ansatz von Kathetern drei Behandlungsfolgen der beschriebenen Art ausgesetzt. Alle Katheter wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

Beispiel 9

Polyvinylchloridkatheter wurden zunächst mit einer 1 M wäßrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure und anschließend mit einer wäßrigen Lösung, die 5 Gew.-% Ammoniumpersulfat enthielt, 2 Stunden bei 60°C behandelt. Die Katheter wurden nun mit einer feinkörnigen kolloidalen Lösung, die gemäß Beispiel H hergestellt worden war, 1 Minute bei 60°C behandelt. Sie wurden nunmehr mit Wasser bei Raumtemperatur gespült und anschließend einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 10 IE Heparin je Milliliter und mit einem pH-Wert von 3 während einiger Minuten bei 60°C ausgesetzt. Sie wurden schließlich mit Wasser gespült.

Die oben beschriebene Behandlungsfolge wurde zweimal wiederholt. Die Katheter wurden nun, wie in Beispiel 1 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die Blutplättchenanhaftung lag bei 1% derjenigen an einer unbehandelten Oberfläche.

Beispiel 10

Katheter aus Siliconkautschuk wurden zunächst mit einer 1% Albumin enthaltenden wäßrigen Lösung 30 Minuten bei Raumtemperatur vorbehandelt und anschließend mit einer wäßrigen Lösung, die 0,5% Glutardialdehyd enthielt, 15 Minuten bei Raumtemperatur behandelt. Nun wurden die Katheter mit einer feinkörnigen kolloidalen Lösung, die gemäß Beispiel H hergestellt worden war, 1 Minute bei 60°C behandelt. Jetzt wurden sie mit Wasser bei Raumtemperatur gespült und anschließend einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 10 IE Heparin je Milliliter und einem pH- Wert von 3 einige Minuten bei 60°C ausgesetzt. Schließlich wurden sie mit Wasser gespült. Die oben beschriebene Behandlungsfolge wurde zweimal wiederholt. Die Katheter wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die Blutplättchenanhaftung lag bei 3% derjenigen an einer unbehandelten Oberfläche.

Beispiel 11

Polytetrafluorethylen-Katheter wurden zunächst mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 1% Albumin 30 Minuten bei Raumtemperatur vorbehandelt und anschließend mit einer 0,5% Glutardialdehyd enthaltenden wäßrigen Lösung 15 Minuten bei Raumtemperatur behandelt. Nun wurden die Katheter einer feinkörnigen, gemäß Beispiel H hergestellten kolloidalen Lösung 1 Minute bei 60°C ausgesetzt. Jetzt wurden sie mit Wasser bei Raumtemperatur gespült und anschließend mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 10 IE Heparin je Milliliter und mit einem pH-Wert von 3 einige Minuten bei 60°C behandelt. Schließlich wurden sie mit Wasser gespült. Die oben beschriebene Behandlungsfolge wurde zweimal wiederholt. Die Katheter wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die Blutplättchenanhaftung lag bei 0,6% derjenigen an unbehandelter Oberfläche.

Beispiel 12

Rostfreie Stahlplatten wurden mit Schmirgelpapier poliert und mit 1 M HCl gebeizt. Ein Ansatz (a) von Platten wurde als Bezugsansatz gehalten, und ein Ansatz (b) wurde gemäß der folgenden Methode heparinisiert: Die Platten wurden zunächst mit einer feinkörnigen, gemäß Beispiel C hergestellten kolloidalen Lösung 1 Minute bei 60°C behandelt. Nach dem Waschen mit kaltem Wasser wurden sie einer wäßrigen Lösung von Heparin (10 IE je Milliliter) einige Minuten bei 60°C ausgesetzt. Diese Behandlungsfolge wurde durch Waschen mit Wasser abgeschlossen. Die gesamte Behandlungsfolge wurde weitere drei Male wiederholt. Die Stabilisierungsbehandlung wurde mit 0,5% Glutardialdehyd in Wasser während 20 Minuten bei 55°C durchgeführt. Die Platten wurden schließlich sorgfältig mit Wasser gewaschen. Die Platten der Ansätze (a) und (b) wurden getestet, indem sie in Teströhren 20 Minuten einem mit Citrat versetzten frischen Gesamtblut ausgesetzt wurden, wonach sie mit physiologischer Kochsalzlösung gewaschen wurden. Die Menge an anhaftenden Blutplättchen wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt. Die Anhaftung von Blutplättchen an den heparinisierten Stahlplatten lag bei 6% derjenigen auf den unbehandelten Platten. Eine Prüfung der Oberfläche mit einem Elektronenspektroskop zeigte, daß die Stahloberfläche vollständig mit einem Oberflächenfilm aus der Komplexverbindung von Heparin und Hexadecylaminhydrochlorid bedeckt war. Es konnten keine Signale für Fe oder Cr festgestellt werden.

Beispiel 13

Platten aus rostfreiem Stahl wurden mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 5 Gew.-% Ammoniumpersulfat 2 Stunden bei 65°C vorbehandelt. Nun wurden sie einer gemäß Beispiel H hergestellten feinkörnigen kolloidalen Lösung 1 Minute bei 60°C ausgesetzt. Jetzt wurden sie mit Wasser bei Raumtemperatur gespült und anschließend einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 10 IE Heparin je Milliliter und mit einem pH- Wert von 3 während einiger Minuten bei 60°C ausgesetzt. Schließlich sie mit Wasser gespült. Die oben beschriebene Behandlungsfolge wurde zweimal wiederholt. Die Platten wurden, wie in Beispiel 12 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die Blutplättchenanhaftung lag bei 0,4% derjenigen an einer unbehandelten Oberfläche.

Beispiel 14

Teströhren aus Glas wurden zunächst mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 1% Albumin 20 Minuten vorbehandelt und anschließend nach dem Spülen mit Wasser mit einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 0,5% Glutardialdehyd 15 Minuten behandelt. Die Teströhren wurden nun einer gemäß Beispiel H hergestellten feinkörnigen kolloidalen Lösung 1 Minute bei 60°C ausgesetzt und bei Raumtemperatur mit Wasser gespült. Nun wurden sie einer wäßrigen Lösunng mit einem Gehalt von 10 IE Heparin je Milliliter und mit einem pH-Wert von 3 einige Minuten bei 60°C ausgesetzt. Jetzt wurden sie mit Wasser gespült. Die Behandlungsfolge wurde in der beschriebenen Weise noch zweimal wiederholt. Die Teströhren wurden nun, wie in Beispiel 1 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die Blutplättchenanhaftung lag bei 0,5% derjenigen an unbehandelten Teströhren.

Beispiel 15

Kreisförmige Platten aus pyrolytischer Kohle für die Verwendung in einem künstlichen Herzventil mit einem Durchmesser von 2,4 cm wurden vorbehandelt, indem sie konzentrierter Schwefelsäure eine Stunde bei Raumtemperatur ausgesetzt wurden. Die Platten wurden nun mit einer gemäß Beispiel H hergestellten feinkörnigen kolloidalen Lösung 1 Minute bei 60°C behandelt und anschließend mit Wasser bei Raumtemperatur gespült. Nun wurden sie einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 10 IE Heparin je Milliliter und 0,1 M NaCl und mit einem pH-Wert von 3 einige Minuten bei 60°C ausgesetzt. Jetzt wurden sie mit Wasser gespült. Die oben beschriebene Behandlungsfolge wurde zweimal wiederholt. Die Platten wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, stabilisiert und getestet. Die Blutplättchenanhaftung lag bei 1% derjenigen an einer unbehandelten Oberfläche.

Beispiel 16

Polyethylenröhren wurden gemäß Beispiel 8 unter Anwendung von drei Behandlungsfolgen heparinisiert. Der Effekt der Heparinisierung wurde in einem klinischen Test untersucht, in welchem komprimierte Röhren als arteriovenöse Umlenkung der Blutgefäßbahnen bei Hunden verwendet wurden. Es wurde gefunden, daß die heparinisierten Röhren während 6 Stunden ohne irgendeine Verminderung des Blutflusses in Ordnung blieben und daß sie ohne Anzeichen von Blutplättchenanhaftung oder einer Koagulierung blieben. Unbehandelte Polyethylenröhren dagegen waren immer innerhalb von 30 Minuten total verstopft infolge von Blutplättchenanhaftung und infolge einer Koagulierung.

Claims

1. Verfahren zur Heparinisierung einer Oberfläche eines mit Blut in Berührung kommenden medizinischen Gegenstandes unter Behandlung der Oberfläche mit einer Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu heparinisierende Oberfläche in geladenem Zustand mit einer kolloidalen wäßrigen Lösung der Komplexverbindung mit kolloidalen Teilchen einer Größe unterhalb 200 nm bei einem pH-Wert zwischen 2,5 und 7 und bei einem Heparingehalt von 1 bis 100 IE je ml behandelt, wobei die kolloidalen Teilchen an ihre Oberfläche gebundene Ladungen einer Polarität entgegengesetzt zu den an die Oberfläche des medizinischen Gegenstandes gebundenen Ladungen haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gegenstand mit der kolloidalen wäßrigen Lösung unter zwischengeschalteten Umkehrungen der Polarität der Oberflächenladung behandelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine geladene Oberfläche einer negativen Polarität auf einen medizinischen Gegenstand derart heparinisiert, daß man den Gegenstand mit einer fein dispergierten kolloidalen wäßrigen Lösung einer Komplexverbindung von Heparin und eines kationischen oberflächenaktiven Stoffes mit einem pH-Wert zwischen 2,5 und 7 und mit einem Gehalt 5 bis zu 50 IE Heparin je ml und mit einem Gehalt einer relativen Menge des kationischen oberflächenaktiven Stoffes von wenigstens dem etwa 1,1fachen und höchstens etwa 3fachen der für die Ausflockung der Komplexverbindung erforderlichen relativen Menge an kationischem oberflächenaktivem Stoff behandelt und anschließend den Gegenstand mit einer wäßrigen Heparinlösung mit einem Heparingehalt von 1 bis 50 IE je ml behandelt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man kolloidale Teilchen mit einer Größe oberhalb 40 nm verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die relative Menge an kationischem oberflächenaktivem Stoff in Bezug auf die Heparinmenge so eingestellt, daß die Lichttransmission der kolloidalen Lösung bei einer Wellenlänge von 400 nm und einem optischen Weg von 1 cm etwa 40% derjenigen von reinem Wasser überschreitet, wenn der Heparingehalt der kolloidalen Lösung 50 IE je ml ist, und etwa 90% derjenigen von reinem Wasser überschreitet, wenn der Heparingehalt der kolloidalen Lösung 10 IE je ml ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kolloidalen Teilchen auf ihren Oberflächen gebunden Ladungen mit einer negativen Polarität besitzen, wobei das Verhältnis zwischen den Mengen von kationischem oberflächenaktivem Mittel und Heparin kleiner als 75% des entsprechenden Verhältnisses am Ausflockungspunkt ist.