DE2853480C2

DE2853480C2 -

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Publication number: DE2853480C2
Application number: DE19782853480
Authority: DE
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1987-08-06
Also published as: SE441802B; DE2853480T1; GB2035798B; SE7706431L; EP0007932B1; WO1978000005A1; JPS6360726B2; GB2035798A; EP0007932A1; JPS5417110A; SE431214B

Description

Die Erfindung betrifft magnetische Polymerteilchen als Träger von biologisch aktiver Substanz, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung (vgl. die Patentansprüche).

Magnetische Polymerteilchen als Träger von biologisch aktiven Substan zen, vorzugsweise pharmazeutisch aktiven Substanzen, sind innerhalb vieler technischer und medizinischer Gebiete anwendbar, da sie durch Aufdrückung eines Magnetfeldes konzentriert werden können.

In Mosbach, Methods in Enzymology, Vol XLIV, 1976, Seite 201 ff. insbesondere Seite 216, Absatz 2, werden magnetische, mikroeingekapsel te Enzyme beschrieben. Derartige mikroeingekapselte Produkte werden in üblicher Weise durch Mikroeinkapselungsverfahren, wie unter Verwen dung eines mechanischen Rührers, hergestellt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind dagegen ein magnetisches Material enthaltende Polymerteilchen als Träger von biologisch aktiver Substanz, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie Teilchen eines Polymers mit Poren oder einem Gitter sind, in dessen Poren oder Gitter magneti sches Material abgesetzt ist, das von einer Kolloidallösung des magneti schen Materials stammt, wobei die biologisch aktive Substanz mit den Polymerteilchen assoziiert ist.

Die biologisch aktive Substanz ist vorzugsweise eine pharmazeutisch aktive Substanz.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher magnetischer Polymerteilchen als Träger einer biologisch aktiven Substanz, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Polymerteilchen mit Poren oder einem Gitter, die die biologisch aktive Substanz tragen können, mit einer Kolloidallösung eines magnetischen Materials und wahlweise einer biologisch aktiven Substanz zusammengeführt werden, das Lösungsmittel entfernt wird, wobei das magnetische Material und die wahlweise anwesende, biologisch aktive Substanz in den Poren oder dem Gitter der Polymerteilchen abgesetzt werden, wonach die sich ergebenden, magnetischen Polymerteilchen mit der biologisch aktiven Substanz assoziiert werden, sofern nicht diese Substanz bereits mit den Polymerteilchen assoziiert ist.

Die Erfindung umfaßt ferner die Verwendung solcher magnetischer Polymerteilchen zum Zurückhalten einer biologisch aktiven Substanz innerhalb eines beschränkten Bereiches, wobei die Substanz mit den magnetischen Teilchen als Träger assoziiert wird und wonach der magnetische Träger mit der mit ihm assoziierten Substanz durch Auf drückung eines Magnetfeldes innerhalb des beschränkten Bereiches zurückbehalten wird.

Hierbei läßt sich eine viel kleinere Menge an aktiver Substanz verwenden, als es bei Anwendung herkömmlicher Verfahren erforderlich ist.

Schließlich umfaßt die Erfindung die Verwendung der magnetischen Polymerteilchen bei der Behandlung von krankem Gewebe. Bei einer solchen Behandlung wird eine wirksame Menge einer pharmazeutisch aktiven Substanz in dem kranken Gewebe dadurch konzentriert, daß die Substanz in Verbindung mit einem Träger in der Form der magnetischen Polymerteilchen dem Gewebe zugeführt und durch Aufdrückung eines Magnetfeldes in dem kranken Gewebe konzentriert wird.

Als Polymer kann beispielsweise ein Polysaccharid, vorzugsweise Agarose oder Stärke, verwendet werden. Ein anderes zweckdienliches Polymer ist Akryl polymer. Das Polymer sollte biokompatibel sein. Ein besonderer Vorteil wird bei Anwendung des Polymers zur Behandlung von Säugetieren erzielt, falls sich das Polymer ähnlich wie Stärke, welche im Organismus enzymatisch abgebaut wird, biologisch abbauen läßt. Polymere, die zu kleine Gitter bilden, sind ungeeignet.

Das magnetische Material wird in der Form einer kolloidalen Lösung, vorzugsweise Kolloidalferrit, verwendet. Kolloidalferrit ist in Form ultramikroskopischer (etwa 100 Å) Ferritpartikeln mit einer sie umhüllenden dünnen Schicht (etwa 25 Å) eines Polymers im Handel erhältlich. Die Polymerschicht hindert die Partikeln, in einem Magnetfeld aneinander zu haften. Zufällige Zusammenstöße (Brown'sche Bewegung) mit den Molekülen der Trägerflüssigkeit halten die Par tikeln in Kolloidallösung zurück.

Als magnetisches Material eignen sich beispielsweise Ferrit, Fe₃O₄ oder Nickel.

Erfindungsgemäß können die magnetischen Polymerteilchen, die kolloida les, magnetisches Material enthalten, in einer sehr vorteilhaften Weise dadurch hergestellt werden, daß bereits gebildete, poröse Polyme re, mit denen biologische Liganden assoziiert sein können, mit einer Kolloidallösung des magnetischen Materials zusammengeführt werden. Nach Entfernen des Lösungsmittels aus dem magnetischen Material bleibt das magnetische Material im Polymer zu rück, vermutlich durch Ausfällung in die Poren oder das Gitter des Polymers, wodurch das Polymer magnetische Eigenschaften erhält. In dieser Weise können bereits hergestellte Polymerteilchen im nachhinein magnetisch gemacht werden. Polymere, die bereits mit biologischen Liganden substituiert sind, sind im Handel erhältlich, was dieses Ver fahren äußerst vorteilhaft macht. Falls das somit magnetisch gemachte Polymer nicht schon mit Ligan den assoziiert ist, wird es mit einer biologisch ak tiven Substanz zusammengeführt, welche dadurch mit dem als Träger für die Substanz dienenden Polymer as soziiert wird.

Die erfindungsmäßigen, magnetischen Polymerteilchen, die kolloidales magnetisches Material enthalten, kön nen beispielsweise in der sogenannten Affinitäts chromatographie verwendet werden, um z. B. Enzyme aus einem Gemisch von mehreren verschiedenen Enzymen ab zutrennen. Zu diesem Zweck wird z. B. ein Enzyminhibitor, der entweder ein spezifischer Inhibitor oder ein allge meiner Inhibitor oder Faktor sein kann, mit den magne tischen Polymerteilchen assoziiert. Unter "spezifischer Inhibitor" wird ein für nur ein Enzym spezifischer In hibitor verstanden, was für die meisten Inhibi toren zutrifft, während ein allgemeiner Inhibitor mehrere verschiedene Enzyme hemmen kann. Wenn diese Polymerteilchen mit damit assoziierten Inhibitoren einer Lösung von mehreren verschiedenen Enzymen zuge setzt werden, binden die Inhibitoren die Enzyme und nach einiger Umrührung ist es möglich, das oder die betreffenden Enzyme abzutrennen, indem ein Magnet feld innerhalb oder außerhalb der Lösung aufgedrückt wird. Die magnetischen Teilchen werden sich am Magneten ansammeln und der Rest der Lösung kann entfernt wer den. Die Enzyme können dann von den an dem magnetischen Träger gebundenen Inhibitoren durch dem Fachmann wohlbekannte Verfahren abgeschieden werden. Als Bei spiel dieser Anwendung sei nachmagnetisierte Sepharose erwähnt, welche den allgemeinen Inhibitor Adenosinmonophosphat (AMP) adsorbiert hat. Ferner sind andere Enzymsysteme, wie Glykose-6-Phosphatdehydrogenase, von nachmagnetisierter 2′, 5′-ADP-Sepharose absorbiert, mit Erfolg verwendet worden.

Die magnetischen Polymerteilchen nach der Erfindung kön nen ferner in der Immunoadsorption verwendet werden. Anti körper gegen menschliches Serumalbumin werden dabei mit Sepharose assoziiert und durch Behandlung mit einer Kolloidallösung mag netischen Materials nachmagnetisiert. Mit Hilfe der somit von einem magnetischen Träger getragenen Anti körper kann menschliches Serumalbumin aufgesammelt wer den.

Als Beispiel der Anwendung der magnetischen Polymerteilchen zum Zurück behalten einer biologisch aktiven Substanz sei die Behandlung von Thrombi erwähnt. Proteolytische Enzyme wie Plasmin sind durch ihr Vermögen, verschiedene Substrate, dar unter Fibrin (Thrombi), zu lösen bekannt. Durch As soziation dieser proteolytischen Enzyme mit oder ihren Einschluß in die magnetischen Polymerteilchen nach der vorliegenden Erfindung können die Enzyme mit Hilfe eines äußeren oder inneren Magnetfeldes ange reichert und in vivo in ihrer Lage zurückbehalten wer den.

Es wird hierdurch bei der Behandlung von Thrombi eine örtliche Konzentration der aktiven Substanz erzielt, wodurch die Dosis des proteolytischen En zyms im Verhältnis zu der in den bisher bekannten Ver fahren verwendeten Dosis erheblich reduziert werden kann.

Analog dem bei der Behandlung von Thrombi angewende ten Verfahren kann eine allgemeine, örtliche medizinische Behandlung verwirklicht werden, wobei die aktive Sub stanz, z. B. ein Cytostaticum, entweder über eine umsteuer bare schwache Bindung an den Träger gekuppelt, und darauf dort freigegeben wird, wo sie wirksam sein soll, oder fest an den Träger gekuppelt wird, wobei sie in ge bundenem Zustand wirksam sein wird.

In dieser Weise erhält man eine hohe Konzentration der aktiven Substanz an der gewünschten Stelle, wodurch gleichzeitig schädliche Wirkungen der aktiven Substanz in anderen Teilen des Organismus verhütet werden.

Eine weitere medizinische Anwendung ist die sogenann te Langsamauslösung von abgelagerter aktiver Substanz.

Große Vorteile können durch Zufuhr von z. B. Insulin oder Steroiden, die als Ablagerungen an erfindungsmä ßige magnetische Polymerteilchen gebunden oder darin eingeschlossen sind, erzielt werden, wobei die aktiven Substanzen durch Aufdrückung eines Magnetfeldes im Or ganismus zurückbehalten werden, aus welchem sie langsam hinausdiffundieren können.

Die erfindungsmäßigen magnetischen Teilchen können auch in chemischen Reaktionen im allgemeinen und or ganochemischen Reaktionen im besonderen zur Verwendung kommen, in denen die Reaktionsstoffe zunächst mit einem erfindungsmäßigen magnetischen Träger assoziiert wer den, wonach ein äußerst inniger Kontakt zwischen den mit dem Träger assoziierten Stoffen durch Aufdrückung eines Magnetfeldes zustandegebracht wird. Hierdurch wird eine hohe spezifische Reaktion ohne jegliche Neben reaktion erzeugt, d. h. ein hoher Wirkungsgrad wird er reicht, und es ist möglich, mit niedrigen Konzentrationen zu arbeiten. Ferner kann durch Aufdrückung eines Magnet feldes eine gegenseitige Beeinflussung zwischen zwei oder mehreren Komponenten erzwungen werden.

In einer weiteren, vielversprechenden Ausführungs form der Erfindung wurden lebendige Mikroben er folgreich in Gele polymerer Stoffe, wie Polysaccha ride, nebst einer kolloidalen Ferritlösung (Ferro fluid) eingebacken. Hierdurch erhält man magnetisch immobilisierte Mikroben.

Durch Behandlung von roten Blutkörperchen mit einer kolloidalen Ferritlösung erhält man äußerst biokom patible Träger biologischer Substanz. Die gewünschten Substanzen können dann mit diesen Trägern assoziiert werden. Die anfangs nierenförmigen Blutkörperchen nehmen runde Form an. Liposome können auch mit der kolloidalen Ferritlösung behandelt werden, wobei die Lösung in die zwiebelschalenförmigen Fettsäure- und Wasserschichten der Liposome eindringen.

Ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsmäßigen magnetischen Polymerteilchen wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.

Beispiel

1 g feuchter 5′-AMP-(oder 2′, 5′-ADP)-Sepharose-4B, die vorher in 0,1M Natriumphosphat puffer pH 7,5 hatte schwellen können und mit H₂O ge waschen worden war, wurde in eine Säule gepackt. Dar auf wurden 6,5 ml Ferrofluid (Kolloidallösung von Ferritteilchen auf wäßri ger Basis; magnetische Sättigung, 200 G) durch die Säule gepumpt und während vier Stunden mit einer Strömungs geschwindigkeit von 50 ml h^1- (gewöhnlich bei Zimmer temperatur) in Kreislauf geführt. Nach Waschen mit 1 Liter H₂O auf einem Glasfilter wurde Inkubation über Nacht bei 4°C mit 100 mg Bovin-Serumalbumin in 0.1 M Tris-HCl Puffer pH 7,6, 5 mg in EDTA und 1 mM 2-Merkaptoäthanol ausgeführt, worauf Waschen mit 200 ml 1 M NaCl und 200 ml desselben Puffers folgte. Die dunkelbraunen Gelper len waren dann magnetisch und anwendungsfertig.

Ob die Ferritteilchen ganz einfach an das Gel adsorbiert oder im Innern der Perlen ausgefällt werden, bleibt festzustellen. (In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß Einschluß von Ferrofluid im Gitter des Polyakryl amids leicht bewerkstelligt werden kann.) Jedenfalls verbleiben die magnetischen Eigenschaften des Gels un verändert nach sorgfältigem Waschen mit Puffer (sogar Waschen mit z. B. Äthanol oder 40%igem Äthylenglykol konnte die Ferritteilchen nicht entfernen) und nach wiederholter Anwendung in Magnetfeldern; sie sind hin reichend stark, um eine rasche Sedimentation zu gestat ten, auch bei Verwendung schwacher Permanentmagneten.

Claims

1. Magnetisches Material enthaltende Polymerteilchen als Träger von biologisch aktiver Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teilchen eines Polymers mit Poren oder einem Gitter sind, in dessen Poren oder Gitter magnetisches Material abgesetzt ist, das von einer Kolloidallösung des magnetischen Materials stammt, wobei die biologisch aktive Substanz mit den Polymerteilchen assoziiert ist.

2. Magnetische Polymerteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biologisch aktive Substanz eine pharmazeutisch aktive Substanz ist.

3. Magnetische Polymerteilchen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biologisch aktive Substanz ein proteolytisches Enzym ist.

4. Magnetische Polymerteilchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer biologisch abgebaut werden kann.

5. Magnetische Polymerteilchen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material Kolloidalferrit ist.

6. Verfahren zur Herstellung von magnetischen Polymerteil chen als Träger einer biologisch aktiven Substanz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß Polymerteilchen mit Poren oder einem Gitter, die die biologisch aktive Substanz tragen können, mit einer Kolloidallösung eines magnetischen Materials und wahlweise einer biologisch aktiven Substanz zusammenge führt werden, das Lösungsmittel entfernt wird, wobei das magnetische Material und die wahlweise anwesende biologisch aktive Substanz in den Poren oder in dem Gitter der Polymerteilchen abgesetzt werden, wonach die sich ergebenden magnetischen Polymerteilchen mit der biologisch aktiven Substanz assoziiert werden, sofern nicht diese Substanz bereits mit den Polymerteilchen assoziiert ist.

7. Verwendung von magnetischen Polymerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Zurückbehalten einer biologisch aktiven Substanz innerhalb eines beschränkten Bereiches oder bei der Behandlung eines kranken Gewebes.