DE3315678A1 - Kohaerentes, poroeses kollagenfolienmaterial und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Kohaerentes, poroeses kollagenfolienmaterial und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung der in der US-PS 4 279 812 beschriebenen Erfindung.
Sie bezieht sich auf Kollagen, insbesondere einen aus natürlichem, unlöslichem Kollagen hergestellten Kollagenschwamm.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "natürliches, unlösliches Kollagen" ist Kollagen zu verstehen, das in einer
wäßrigen alkalischen Lösung oder in einer anorganischen Salzlösung nicht ohne chemische Modifizierung gelöst
werden kann,und dazu gehören Felle bzw. Häute, Spaltleder (splits) und andere Säugetier- oder Reptilienfelle
bzw. -häute. Unter dem Ausdruck "natürliches, unlösliches Kollagen" ist insbesondere das Corium (die Lederhaut)
zu verstehen, bei dem es sich um die Zwischenschicht einer Rinderhaut zwischen der Narben- bzw. Haarseite
und der Fleischseite handelt.
Bei jungen Tieren liegt eine geringe intermolekulare und interfibrillare Vernetzung vor, so daß das Kollagen bis
zu einem gewissen Grade löslich ist. Während des Alterungsprozesses tritt jedoch eine intermolekulare und
interfibrillare Vernetzung auf, wodurch das Kollagen unlöslich wird.
Die Verwendung von Kollagen in praktisch reiner Form ist bereits für viele Verwendungszwecke vorgeschlagen worden,
beispielsweise für Brandwundenverbände, wie in den US-rs
3 939 831 und 3 514518 beschrieben, und ähnliche medizinische Anwendungen, wie in den US-PS 3 157 524 und
3 628 974 beschrieben.
Die US-PS 3 637 642 ist ein Beispiel für ein Verfahren
zum Auflösen von unlöslichem Kollagen und Regenerieren der
Faser. Es sind auch bereits weitere Verfahren zur Solubilisierung und Regenerierung von Kollagen unter Verwendung
von Enzymen zur Spaltung der intra- und interfibrillaren Bindungen, wie beispielsweise in der US-PS 3 034 852
beschrieben, sowie Verfahren zur Umwandlung von Kollagenfasermassen
in ein folienartiges Material, wie beispielsweise in den US-PS 2 934 447 und 2 934 446 beschrieben,
vorgeschlagen worden.
Nach den US-PS 3 939 831 und 3 742 955 können medizinische Verbände bzw. Verbandsmaterialien aus Kollagen
mit darin dispergierten Antibiotika und dgl. hergestellt werden, welche die Abheilung von verbrannter Haut unterstützen.
Außerdem ist in der US-PS 3 742 955 faserförmiges Kollagen
vorgeschlagen worden, das hämostatische und wundverschließende
Eigenschaften hat. Das Kollagen liegt in Form eines flockigen Faserprodukts vor, das unter An-Wendung
mechanischer Methoden in nicht-gewebte Gewebe oder Matten (vliese) umgewandelt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Kollagenschwamm, der seine Integrität durch chemische Bindung
des teilchenförmigen nativen Kollagens erhält. Der erfindungsgemäße Kollagenschwamm weist wundheilende Eigenschaften
und hämostatische Eigenschaften auf.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines kohärenten, porösen Kollagenfolienmaterials,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen in praktisch
reiner Form herstellt und das teilchenförmige Kollagen in der wäßrigen Lösung einer schwachen organischen Säure
suspendiert, während man das Kollagen in teilchenförmiger Form hält. Dann wird die Suspension gefriergetrocknet
unter Bildung eines kohärenten, porösen, nativen Kollagenfolienmaterials, das als Wundverband, Brandwunden-
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_5-verband, hämostatische Folie oder dgl. verwendbar ist.
Das erfindungsgemäß verwendete, natürliche, unlösliche,
teilchenförmige Kollagen stammt vorzugsweise aus einer
Rinderhaut, die durch Kälken enthaart, zur Herstellung von praktisch reinen, nativen, unlöslichen Kollagenfasern
entfettet und bis auf eine Teilchengröße von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm, granuliert
worden ist. Die Entfettung und Granulierung kann mit Materialien, Vorrichtungen und unter Anwendung von
Verfahren erfolgen, wie sie dem Fachmanne auf diesem Gebiet an sich bekannt sind. Wichtig ist, daß das zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Schwammes verwendete fertige, teilchenförmige, native Kollagen seine Vernetzungen,
d.h. seine Unlöslichkeit im Wasser, wäßriger Säure, wäßriger Base oder Salz behält, dabei jedoch
praktisch rein bleibt, um so die nicht-antigenen und nicht-allergischen Eigenschaften des nativen Kollagens
aufrechtzuerhalten.
Nach der Gewinnung des teilchenförmigen, nativen Kollagens in praktisch reiner Form wird das teilchenförmige
Kollagen in der wäßrigen Lösung einer schwachen organischen Säure dispergiert. Die wäßrige Lösung der organisehen
Säure enthält bis zu etwa 5 Gew.-% Kollagen* vorzugsweise
bis zu 3 Gew.-% Kollagen in Form von Teilchen. Die zur Herstellung der wäßrigen Säurelösung geeigneten
Säuren sind die schwachen organischen Säuren, wie Essigsäure, Citronensäure, Milchsäure, Ascorbinsäure, Weinsäure
und dgl. Vorzugsweise wird der pH-Wert der wäßrigen Säurelösung auf einen Wert unterhalb 4 eingestellt,
um eine gute Dispersion des teilchenförmigen Kollagens zu erzielen, und bei Verwendung von Ascorbinsäure ist
eine 1 %ige Lösung ausreichend, während bei Verwendung von Essigsäure oder Weinsäure eine 0,5 %ige Säurelösung
erforderlich ist. Vorzugsweise sollte der pH-Wert der wäßrigen Lösung etwa 3 bis etwa 4 betragen.
Nach der Herstellung der Lösung wird die Lösung mit einer Temperaturerniedrigungsrate von etwa 18 bis
etwa 24°C/Stunde eingefroren, so daß die gebildeten Eiskristalle extrem klein sind und die Vernetzungen
oder Kollagenketten nicht spalten, so daß die ÜÜativität
und natürlichen unlöslichen Eigenschaften des teilchenförmigen Kollagens aufrechterhalten werden. Um die
gewünschte Einfriergeschwindigkeit zu erzielen, wird
die Kollagendispersion bei -60 bis -700C in einen Gefrierschrank
gegeben.
Die bei einer Anfangstemperatur von -60 bis -7O0C eingefrorene
Dispersion wird dann in einen Gefriertrockner überführt und bei 1,33 χ 10 bis 1,33 χ 10 Pa
(10 bis 10 Torr) vakuumsublimiert. Die Gefriertrocknung dauert etwa 12 bis etwa 24 Stunden bei einer
Endtemperatur von etwa 3O0C.
Obgleich die Zerstörung der chemischen Bindungen im Kollagen durch Einfrieren verhindert wird, tritt eine
gewisse minimale kryogene Zerstörung auf. Diese kryogene Zerstörung sorgt für Stellen auf dem Kollagenprodukt
für reaktive und assoziative Zentren, die während des Gefriertrocknungsprozesses dieses reaktionsfähig machen,
so daß sich die einzelnen Kollagenfasern miteinander verbinden unter Bildung der erfindungsgemäßen kohärenten
(zusammenhängenden) Folie.
Obgleich reaktive Zentren gebildet werden, behält das Kollagen seine ursprünglichen Eigenschaften, wobei in
der Regel die Dreifachhelixkonfiguration der Fibrillen
beibehalten wird und die Fibrillen ihre Ausrichtung mit einer axialen Periodizität von etwa 640 Ä beibehalten.
Der erfindungsgemäß hergestellte Kollagenschwamm gewinnt
seine Integrität in dom spezifischen Gefriertrocknungsverfahren
unter Aufrechterhaltung seiner Nativität (seines natürlichen Charakters).
In der Regel hat der erfindungsgemäß hergestellte Kollagen
schwamm eine Rohdichte von 0,005 bis 0,0065 g/cm3 und vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 7 mm.
Es ist klar, daß die Reinheit und Nativität (der natürliche Charakter) des zur Herstellung der Dispersion verwendeten
teilchenförmigen Kollagens während des gesamten Verfahrens aufrechterhalten werden müssen.
Der erfindungsgemäß hergestellte Kollagenschwamm weist
wesentliche Vorteile auf, wenn er für medizinische Anwendungszwecke eingesetzt wird.
Der erfindungsgemäße Kollagenschwamm trocknet die Wunde
aus und koaguliert die Sekrete unter Aufrechterhaltung seiner Kapillarwirkung und hydrophilen Wirkung auch
nach der Aufnahme von Plasma und Sekret. Der Kollagenschwamm verhält sich somit wie eine trockene, nichtretentive
Kruste, die den schnellen Flüssigkeitsablauf erlaubt, so daß die Wunde aufgrund seines Koagulationsvermögens trocken bleibt und er dennoch schmerzfrei für
den Patienten leicht von der Wunde entfernt werden kann. Es wurde gefunden, daß der erfindungsgemäße Kollagenschwamm
weder an dem Wundauskleidungsgewebe haftet noch das Gewebe durch den Kollagenschwamm negativ beeinflußt
wird.
Außerdem ist der Kollagenschwamm mit den meisten Arzneimitteln, wie Antibiotika und dgl», verträglich, so lange
die Poren nicht verstopft sind, und er ist in der Tat verwendbar in Kombination mit anderen Verbänden bzw.
Verbandmaterialien. Außerdem schützt der Schwamm die Wunde gegen mechanische Verletzung.
Wegen des hohen Reinheitsgrades des zur Herstellung des Schwammes verwendeten nativen Kollagens und der
Reinheit des resultierenden nativen Kollagenschwammes ist der Schwamm nicht-allergisch und nicht-antigen.
"" ' 3315673
-δι Außerdem bietet der erfindungsgemäße Kollagenschwamm
eine Reihe von physikalischen Vorteilen, da er leicht gelagert und vom Behandlungspersonal leicht gehandhabt
werden kann und auch vom Patienten leicht getragen c werden kann, ohne daß das Unbehagen auftritt, das normalerweise
mit großen Gazeverbänden verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße
Produkt werden in den nachfolgenden Beispielen näher beschrieben.
90,8 kg (200 lbs) einer frischen, mit Kalk gespaltenen
,_ Rinderhaut wurden in einer 272,4 kg (600 lbs) Wasser
ι ο
von 2O0C und 2,7 kg (6 lbs) 37 %ige Chlorwasserstoffsäure
enthaltenden Holztrommel behandelt. Nach dem Einbringen
der Spaltstücke, des Wassers und der Säure wurde die Trommel 4 Stunden lang in Rotation versetzt. Diese
Anfangsstufe wurde durchgeführt, um restlichen Kalk von dem Kollagen zu entfernen. Nach der Kalkentfernung
wurden die Spaltstücke 3 Stunden lang in der Holztrommel bei einem Flottenverhältnis von 300 % mit Wasser
gewaschen und das Wasser wurde jede Stunde ausgetauscht.
„_ Die gewaschenen Spaltstücke wurden dann mit einem Ent-2b
fettungsmittel behandelt, in diesem Beispiel mit einer 3 %igen Lösung eines nicht-ionischen oberflächenaktiven
Mittels, vertrieben unter dem Handelsnamen Triton X-114.
Das Waschen der Spaltstücke wurde 5 Stunden lang bei
Raumtemperatur in einer Holztrommel bei einem Flottenverhältnis von 200 % durchgeführt. Die entfetteten
Spaltstücke wurden 4 Stunden lang bei Raumtemperatur bei einem Flottenverhältnis von 300 % mit Wasser gewaschen,
wobei jede Stunde das Wasser gewechselt wurde.
Die Spaltstücke wurden durch Verschränken in der ausge-35
breiteten Form getrocknet, so daß überschüssiges Fett entfernt wurde. Das Verschränken wurde 16 Stunden lang
bei 60^C (14Q0F) durchgeführt. Nach dem Trocknen lag
— ΟΙ das Kollagen in einer verhältnismäßig reinen Form vor
und es wurde bei einem Flottenverhältnis von 300 % 2 Stunden lang in ein organisches Lösungsmittel, in
diesem Beispiel Petroläther, eingetaucht. Die Spaltstücke wurden getrocknet und zu 38,1 cm χ 38,1 cm (15 inch χ
15 inch) großen quadratischen Stücken zerschnitten. Die Stücke wurden bis zu einer Teilchengröße von 0,032
bis 0,4 mm pulverisiert und das Pulver wurde mit Petroläther extrahiert und erneut getrocknet, um restliehe
öle, Fette oder ähnliche lösliche Hautbestandteile zu entfernen. Das trockene, teilchenförmige,
native Kollagen wies die folgende chemische Analyse auf:
Protein 90,7 %
Salzkonzentration (als NaCl) 0,2 % Acidität (Milliäquivalente/g) 68,7
Hydroxyprolin 10,36 %
pH-Wert (1 %ige wäßrige Dispersion) 3,5
Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des teilchenförmigen Kollagens waren folgende:
ß/o(-Kettenverhältnis des Kollagens 34/66
Molekulargewicht (Durchschnittswert)140 000
Temperaturbereich bis zur Denaturierung 31,7-59,20C
Das in Beispiel 1 hergestellte natürliche, unlösliche, teilchenförmige Kollagen wurde in einer 0,5 gew.-%igen
wäßrigen Essigsäurelösung dispergiert. Die Dispersion enthielt 3 Gew.-% des teilchenförmigen Kollagens des
Beispiels 1. Der pH-Wert der Dispersion des teilchen-35
förmigen Kollagens betrug etwa 3,5.
Die Kollagendispersion wurde in eine 20 cm χ 20 cm große
-10-, Schale mit einer Dicke von 10 mm eingeführt.
Die Kollagendispersion in der Schale wurde in einen Gefrierschrank bei etwa -650C gestellt und bei einer
c Temperaturerniedrigung mit einer Geschwindigkeit von 18 bis 2 4°C/Stunde eingefroren, bis sie eine Endtemperatur
von -60 bis -7O0C erreicht hatte. Die gefrorene Lösung in der Schale wurde in einen Gefriertrockner gestellt
-1 und 16 Stunden lang ein Vakuum von 1,33 χ 10 bis
1,33 x 10~3 Pa (10~3 bis 10"5 Torr) angelegt. Die
Kollagenlösung hatte eine Anfangstemperatur von -65°C und nach 16-stündiger Vakuumsublimation eine Endtemperatur
von 3O0C.
Nach dem Erreichen der Endtemperatur von 300C war der
15
Kollagenschwamm eine kohärente (zusammenhängende) offenzellige Folie mit hämostatischen Eigenschaften, die
Wundsekret durch die Dicke des Schwammes transportieren konnte unter Beibehaltung ihrer Kapillarwirkung und
hydrophilen Wirkung. Der Kollagenschwamm gemäß diesem
Beispiel 2 hatte eine Rohdichte von 0,005 g/cm3 und eine
Dicke von 5 mm.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Verfahren und Materialien beschrieben, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie
darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden
können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung eines kohärenten, porösen Kollagenfolienmaterials, dadurch g e k e η η zeichnet
, daß man
natürliches, unlösliches, teilchenförmiges Kollagen in praktisch reiner Form herstellt,
das teilchenförmige Kollagen in einer wäßrigen Lösung einer schwachen organischen Säure suspendiert, während
man das Kollagen in Form von Teilchen hält, und die Suspension gefriertrocknet unter Bildung eines
kohärenten, porösen, nativen Kollagenfolienmaterials.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man natürliches, unlösliches, teilchenförmiges
Kollagen mit einer Teilchengröße von weniger als
Konten: Deutsche Bank AC, München, Konto-Nr. 2014 009 Poslicheck : München 600 60-807
etwa 1 mm verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man natürliches, unlösliches, teilchenförmiges
Kollagen mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 0,5 mm verwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als schwache organische
Säure Essigsäure, Citronensäure, Milchsäure', Ascorbinsäure
und/oder Weinsäure verwendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Suspension verwendet,
die bis zu etwa 5 Gew.-% teilchenförmiges Kollagen enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Suspension verwendet, die bis zu etwa
' 3 Gew.-% teilchenförmiges Kollagen enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Säurelösung
verwendet, die bis zu 1 Gew.-% Säure enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gefriertrocknen durchführt,
indem man die Lösung einfriert durch Temperaturerniedrigung mit einer Geschwindigkeit von
18 bis 24°C/Stunde und die Lösung mindestens 12
Stunden lang bei 1,33 χ 10~1 bis 1,33 χ 10~3 Pa
-3 -5
(10 bis 10 Torr) vakuumtrocknet.
(10 bis 10 Torr) vakuumtrocknet.
9. Kohärentes, poröses, natives Kollagenfolienmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren
nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.
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