DE60116082T2

DE60116082T2 - Metallische medizinische vorrichtung zur freisetzung von stickstoffoxid

Info

Publication number: DE60116082T2
Application number: DE60116082T
Authority: DE
Inventors: Anthony Fitzhugh; Piewen Cheng; Robert Cafferata; Marc Hendriks; K. Larry KEEFER; Eugene Tedeschi; L. Michel VANHOEVEN
Original assignee: Medtronic Vascular Inc
Current assignee: Medtronic Vascular Inc
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-05-05
Also published as: JP2004500921A; US6887485B2; US6270779B1; DE60116082D1; WO2001085227A2; WO2001085227A3; EP1280567B1; JP4361238B2; AU2001259464A1; ATE313347T1; EP1623728A1; US20010041184A1; EP1280567A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Stickstoffmonoxid (NO) ist ein einfaches zweiatomiges Molekül, das in der Zellphysiologie eine bestimmte und komplexe Rolle spielt. Es ist weniger als 15 Jahre her, dass angenommen wurde, dass NO eine Smogkomponente ist, die während der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, welche mit Luft gemischt werden, entsteht. Als Ergebnis der Pionierarbeit von Ferid Murad et al. wurde jedoch bekannt, dass NO eine wirkungsvolle Verbindung für die Signalleitung und ein zytotoxisches/zytostatisches Mittel ist, das in nahezu jedem Gewebe gefunden wird, welches endotheliale Zellen, neurale Zellen und Makrophagen enthält. Säugetierzellen synthetisieren NO durch ein enzymatisches Zwei-Stufen-Verfahren, bei dem L-Arginin zu N-ω-Hydroxy-L-arginin oxidiert wird, das anschließend zu L-Citrulin und einem ungeladenen freien NO-Radikal umgewandelt wird. Drei verschiedene Stickoxidsynthaseenzyme regulieren die NO-Produktion. Die neuronale Stickoxidsynthase (NOS1 oder nNOS) wird in neuronalem Gewebe gebildet und spielt bei der Neurotransmission eine wichtige Rolle. Die endotheliale Stickoxidsynthase (NOS3 oder eNOS) wird durch endotheliale Zellen ausgeschüttet und induziert Vasodilatation. Die induzierbare Stickoxidsynthase (NOS2 oder iNOS) wird hauptsächlich in Makrophagen, Hepatozyten und Chondrozyten gefunden und mit Immunzytotoxizität in Verbindung gebracht.
Neuronale NOS und eNOS sind konstitutive Enzyme, welche die schnelle und kurzzeitige Freisetzung kleiner Mengen an NO regulieren. Diese geringen Mengen an NO aktivieren die Guanylatzyklase, welche die Konzentrationen des zyklischen Guanosinmonophosphats (cGMP) erhöhen, welche wiederum die intrazelluläre Ca²⁺-Konzentration erhöht. Die erhöhten intrazellulären Ca²⁺-Konzentration führen zu einer Relaxation der glatten Muskeln, die für die gefäßerweiternde Wirkungen des NO verantwortlich sind. Die induzierbare NOS ist für die lang anhaltende Frei setzung größerer Mengen an NO verantwortlich und wird durch extrazelluläre Faktoren aktiviert, wie Endotoxine und Zytokine. Diese erhöhten NO-Konzentrationen spielen bei der zellulären Immunität eine Schlüsselrolle.
Die medizinische Forschung entdeckte schnell therapeutische Anwendungen für NO, welche die Gebiete der Gefäßchirurgie und der intervenierenden Kardiologie umfassen. Verfahren, die zur Reinigung von blockierten Arterien verwendet werden, wie perkutane transluminale Koronarangioplastie (PTCA) (ebenso als "Angioplastie" bekannt) und Atherektomie und/oder der Einsatz eines Stents, kann an der Stelle der Ballonexpansion oder dem Einsatz des Stents zu Verletzungen der Gefäßwand führen. Als Antwort auf diese Verletzungen kann ein komplexes mehrfachfaktorielles Verfahren, welches als Restenose bekannt ist, auftreten, wobei sich der vorhergehend geöffnete Gefäßabschnitt verengt und wieder verschließt. Restenose wird initiiert, wenn Thrombozyten (Platelets) zu dem verletzten Bereich wandern und Mitogene in das verletzte Endothelium freisetzen. Die Thrombozyten beginnen zu aggregieren und hängen sich an die verletzte Stelle an, wodurch sie Thrombogenese initiieren oder Klumpen bilden. Somit wird der vorhergehend geöffnete Bereich durch die Ansammlung an Thrombozyten und Fibrin an der Gefäßwand, wieder verengt. In einem häufiger festgestellten Mechanismus der Restenose, werden Mitogene durch aktivierte Thrombozyten, die an der Gefäßwand festhängen, ausgeschieden, welche die Überproliferation von glatten Gefäßmuskelzellen während des Heilungsprozesses stimulieren, wodurch der verletzte Gefäßbereich verengt oder verstopft wird. Die resultierende neointimale Hyperplasmie ist die Hauptursache einer Stentrestenose.
Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass NO signifikant die Thrombozytenaggregation und -adhäsion reduziert. Zusammen mit den direkten zytotoxischen/zytostatischen Eigenschaften des NO kann die Freisetzung vaskulärer glatter Muskelzellen deutlich reduziert werden und helfen, Restenose zu verhindern. Die Thrombozytenaggregation tritt innerhalb von Minuten im Anschluss an die initiierte vaskuläre Verletzung auf. Wurde einmal die Ereigniskette, welche zur Restenose führt, in Gang gesetzt, führt dies zu irreparablen Schäden. Ferner besteht das Risiko einer Thrombose und die Restenose bleibt bestehen, bis das Endothelium, welches das Restlumen auskleidet, repariert wurde. Daher ist es wichtig, dass NO oder jedes antirestenotische Mittel sofort die verletzte Stelle erreicht.
Ein Versuch, an der verletzten Stelle einen therapeutischen NO-Spiegel bereitzustellen, ist, die systemischen NO-Level prophylaktisch zu erhöhen. Dies kann durch Stimulation der endogenen NO-Produktion oder mit exogenen NO-Quellen erreicht werden. Verfahren zur Regulierung endogener NO-Freisetzung betrafen hauptsächlich die Aktivierung von Synthesewegen durch überschüssige Mengen an NO-Prekursoren, wie L-Arginin, oder Erhöhung der Expression der Stickoxidsynthase (NOS) unter Verwendung der Gentherapie. Die US-Patente (USPN) 5,945,452, 5,891,459 und 5,428,070 beschreiben die lang anhaltende Erhöhung an NO unter Verwendung von oral verabreichtem L-Arginin und/oder L-Lysin. Jedoch konnte für diese Verfahren eine wirkungsvolle Verhinderung der Restenose nicht bewiesen werden. Regulierung von endogen expressiertem NO durch Gentherapietechniken verbleibt höchst experimentell und kann bis jetzt weder als sicher noch als effektiv bezeichnet werden. Die US-Patente 5,268,465, 5,468,630 und 5,658,565 beschreiben verschiedene Versuche der Gentherapie.
Exogene NO-Quellen, wie reines NO-Gas, sind höchst toxisch, kurzlebig und in physiologischen Flüssigkeiten relativ unlöslich. Dementsprechend wird die systemische, exogene NO-Zufuhr im Allgemeinen durch organische Nitrat-Pro-Pharmaka, wie Nitroglycerintabletten, intravenöse Suspensionen, Sprays und transdermale Pflaster, erreicht. Der menschliche Körper wandelt Nitroglycerin schnell in NO um. Jedoch werden die Enzymlevel und Cofaktoren, die zur Aktivierung der Pro-Pharmaka erforderlich sind, schnell abgebaut, was zu einer Arzneimitteltoleranz führt. Außerdem kann die systemische Verabreichung von NO verheerende Nebeneffekte aufweisen, welche Hypotension und Zellschäden durch freie Radikale umfassen. Daher ist die Verwendung organischer Nitrat-Pro-Pharmaka zur Aufrechterhaltung therapeutischer, systemischer antirestenotischer Blutspiegelwerte momentan nicht möglich.
Daher wurde einige Aufmerksamkeit auf die lokalisierte oder stellenspezifische NO-Zufuhr gerichtet, um die Nachteile, die im Zusammenhang mit der systemischen Prophylaxe stehen, zu verbessern. Implantierbare medizinische Geräte und/oder lokale Gentherapietechniken, welche medizinische Geräte, die mit NO-freisetzenden Verbindungen beschichtet sind, oder Vektoren, die NOS-Gene zu den Zielzellen bringen, umfassen, wurden beurteilt. Wie ihre systemischen Gegenstücke, konnte nicht nachgewiesen werden, dass die Gentherapietechniken zur lokalisierten NO-Zufuhr sicher und wirkungsvoll sind. Es bestehen weiterhin signifikante technische Hürden, und Sicherheitsmängel müssen überwunden werden, bevor die Zufuhr von stellenspezifischen NOS-Genen Realität wird.
Wesentliche Fortschritte wurden jedoch auf dem Gebiet der lokalisierten exogenen NO-Applikation gemacht. Wie bereits diskutiert, muss, um Restenose effektiv zu verhindern, ein inhibitorisches Therapeutikum, wie NO, über einen verlängerten Zeitraum in therapeutischen Mengen verabreicht werden. Dementsprechend müsste jedes NO-freisetzende medizinische Gerät, das zur Behandlung von Restenose verwendet wird, zur Implantation für einen längeren Zeitraum oder dauerhaft brauchbar sein. Ein idealer Kandidat für das Gerät ist der arterielle Stent. Daher stellt ein Stent, der sicher therapeutisch wirksame Mengen an NO an einer spezifischen Stelle bereitstellt, eine deutliche Verbesserung in der Restenose-Prävention dar.
Stickstoffmonoxid freisetzende Verbindungen, die für in vivo-Applikationen nützlich sind, wurden durch einige Forscher entwickelt. In den frühen 1960ern wurde gezeigt, dass Stickoxidgas mit Aminen umgesetzt werden kann, wobei NO-freisetzende Anionen der folgenden allgemeinen Formel (1) gebildet werden: R-R'N-N(O)NO^– (1)worin R und R' Ethyl sind. Salze dieser Verbindungen können sich in Lösung spontan zersetzen und NO freisetzen. (R.S. Drago et al. J. Am. Chem. Soc. 1960, 82, 96–98.)
Stickstoffmonoxid freisetzende Verbindungen mit ausreichender Stabilität bei Körpertemperatur, die als Therapeutika wirkungsvoll sind, wurden letztendlich durch Keefer et al. entwickelt, wie in USPN 4,954,526, 5,039,705, 5,155,137, 5,212,204, 5,250,550, 5,366,997, 5,405,919, 5,525,357 und 5,650,447 und in J.A. Hrabie et al, J. Org. Chem. 1993, 58, 1472–1476 beschrieben.
In Kürze, Hrabie et al. beschreiben NO-freisetzende intramolekulare Salze (Zwitterionen) der allgemeinen Formel (2): RN[N(O)NO]^–(CH₂)_xNH₂ ⁺R' (2)
Die [N(O)NO]^– (im Folgenden als NONO abgekürzt) enthaltende Verbindungen, die soeben beschrieben wurden, setzen in einer Reaktion erster Ordnung, die nachvollziehbar, einfach quantifizierbar und kontrollierbar ist, NO frei. Dies steht in starkem Gegensatz zu anderen bekannten NO-freisetzenden Verbindungen, wie die S-Nitrosothiol-Serien, wie in USPN 5,380,758, 5,574,068 und 5,583,101 beschrieben.
Stabile NO-freisetzende Verbindungen der Formel 2 wurden an Amin enthaltende Polymere gekoppelt. Das US-Patent 5,405,919 ("das '919-Patent") beschreibt biologisch annehmbare Polymere, die an NO-freisetzenden Gruppen gekoppelt werden können, welche Polyolefine, wie Polystyrol, Polypropylen, Polyethylen, Polytetrafluorethylen und Polyvinyliden, und Polyethylenimin, Polyester, Polyether, Polyurethane und ähnliche, umfassen. Medizinische Geräte, wie arterielle Stents, die aus diesen Polymeren bestehen, sind potentielle Mittel zur stellenspezifischen Abgabe von NO. Jedoch sind polymere Stents und andere medizinische Geräte nicht notwendigerweise für alle in situ-Applikationen geeignet, bei denen ein konzentrierte, lokalisierte NO-Abgabe erwünscht ist. Viele Applikationen erfordern feste und semiflexible metallische Geräte für eine optimale dauerhafte Leistungsfähigkeit.
Es konnte nachgewiesen werden, dass spreizbare metallische Stents eine bessere Stütze für Arterien bereitstellen als deren polymere Gegenstücke. Anders als die oben beschriebenen Polymere weisen jedoch biokompatible Metalle, wie Nickel, Titan, rostfreier Stahl und Mischungen davon, keine reaktiven Oberflächenamine auf. Daher wurden Versuche unternommen, metallische medizinische Geräte mit polymerer Oberfläche bereitzustellen, indem diese mit Amin enthaltenden Polymeren beschichtet werden. Jedoch sind viele dieser Verfahren teuer und verringern die Sicherheit und Effektivität der medizinischen Geräte, im speziellen spreizbarer Stents. Stents, die mit Polymeren beschichtet sind, wie die im '919-Patent beschriebenen, können erfolgreich behandelt werden, um eine lang anhaltende NO-Abgabe bereitzustellen. Jedoch bleibt das Risiko bestehen, dass die Polymerbeschichtung während des Einsetzens des Stents oder der Stentspreizung Frakturen aufweisen kann. Derartige Frakturen führen teilweise zu Fragmenten, die stromabwärts freigesetzt werden, und dadurch engere Arterien blockieren können. Außerdem neigen polymerbeschichtete metallische Stents dazu, eher Thrombose zu entwickeln als unbeschichtete metallische Stents. Dementsprechend sind polymerbeschichtete metallische medizinische Geräte, die NO freisetzen, nicht weit verbreitet.
Daher besteht ein Bedarf an NO-freisetzenden metallischen medizinischen Geräten, die nicht auf polymeren Beschichtungen beruhen. Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße Aufgabe, metallische medizinische Geräte bereitzustellen, die NO an spezifischen anatomischen Stellen im Säugetierkörper abgeben können.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist die Bereitstellung metallischer medizinischer Geräte, die lang anhaltend von ihrer Oberfläche ohne Verwendung polymerer Beschichtungen NO freisetzen können.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist die Bereitstellung metallischer Stents, die lang anhaltend NO von ihrer Oberfläche in Mengen freisetzen, die ausreichend sind, um Restenose zu verhindern.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist die Bereitstellung von Verfahren zur Verhinderung von Arterienverschlüssen, wodurch Restenose verhindert wird.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist die Bereitstellung von Methoden zur Behandlung ischemischer Herzerkrankungen und gleichzeitig zur Verhinderung von Restenose durch Entwicklung eines unbeschichteten metallischen Stents mit einer NO-freisetzenden Oberfläche.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung löst die oben beschriebenen und weitere Aufgaben durch Bereitstellen von medizinischen Geräten und Verfahren für das Herstellen der medizinischen Geräte, mit silanisierten metallischen Oberflächen, die an Stickstoffmonoxid (NO) freisetzende Verbindungen gekoppelt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt ebenso medizinische Geräte bereit, die bei der lokalisierten Abgabe von NO in Gewebe, welches dieses erfordert, nützlich sind. Die erfindungsgemäßen medizinischen Geräte können lokalisiert und lang anhaltend NO in wirkungsvollen Mengen freisetzen, um die Wundheilung zu fördern, lokale Infektionen und Krebs zu behandeln, die lokalisierte Vasodilation und Angiogenese zu stimulieren, Entzündungen zu reduzieren und die Proliferation von Krankheiten, umfassend Restenose, zu verhindern.
Die erfindungsgemäßen metallischen medizinischen Geräte umfassen Arterienstents, Führungsdrähte, Katheter, Trokarnadeln, Knochenanker, Knochenschrauben, Schutzstabilisierungsplatten, Hüften- und Gelenkimplantate, elektrische Leitungen, Biosensoren und Sonden, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete metallische Oberflächen umfassen, rostfreier Stahl, Nickel, Titan, Aluminium, Kupfer, Gold, Silber, Platin und Kombinationen davon, sind aber nicht darauf beschränkt.
Im Allgemeinen umfasst die vorliegende Erfindung Verfahren zur Bereitstellung der metallischen medizinischen Geräte mit Diazeniumdiolat funktionellen Gruppen (NONOate). In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die metallischen Geräte mit Verbindungen silaniert, die im Wesentlichen Nukleophilreste aufweisen, wie aminofunktionelle Silane, wobei die Geräte durch Behandeln der Nukleophile tragenden metallischen Oberflächen mit NO-Gas unter Druck in einer anaeroben Umgebung bereitgestellt werden (das Verfahren wird im folgenden als Diazeniumdiolierung bezeichnet).
Nach einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren für das Herstellen einer Stickstoffmonoxid freisetzenden Metalloberfläche bereitgestellt, bestehend aus:

a) dem beständigen Binden eines aminofunktionellen Silannukleophilrests an eine Metalloberfläche; und
b) dem Reagieren der Oberfläche, die einen Nukleophilrest aufweist, mit Stickstoffmonoxidgas.

Vorzugsweise ist die Metalloberfläche rostfreier Stahl.
Vorzugsweise wird das aminofunktionelle Silan aus der Gruppe ausgewählt, die aus 4,7,10-Triazadezyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyldiisopropylethoxysilan und 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan besteht.
Vorteilhafterweise wird die Oberfläche, welche ein aminofunktionelles Silan trägt, in einer anaeroben Umgebung und unter Druck zur Reaktion gebracht.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein medizinisches Gerät für die Abgabe von Stickstoffmonoxid in therapeutischen Konzentrationen für lang anhaltende Zeitspannen bereitgestellt, umfassend eine Metalloberfläche, die einer Methode, wie sie oben definiert ist, entsprechend vorbereitet worden ist und bei der Stickstoffmonoxid freisetzbar an ein aminofunktionelles Silan gebunden ist, wobei das Silan an die Metalloberfläche gebunden ist.
Vorzugsweise wird das medizinische Gerät aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Arterienstents, Führungsdrähten, Kathetern, Trokarnadeln, Knochenankern, Knochenschrauben, Schutzstabilisierungsplatten, Hüften- und Gelenkimplantaten, elektrischen Leitungen, Biosensoren und Sonden.
Ebenso wird ein metallisches medizinisches Gerät offenbart, welches durch ein erstens Ankuppeln reaktiver Silane, wie Isocyanatsilane, an die metallische Oberfläche mit zusätzlichen Nukleophilresten versehen ist. Das medizinische Gerät wird anschließend mit multifunktionellen Molekülen, entweder Monomeren oder Polymeren, welche Nukleophilreste, wie Polyethylenimin, aufweisen, welche aber nicht darauf beschränkt sind, umgesetzt. Diese multifunktionellen Moleküle binden an das reaktive Silan-beschichtete medizinische Gerät. Zu diesem Zeitpunkt kann das metallische medizinische Gerät diazeniumdioliert werden, oder alternativ kann die Oberfläche durch Anwenden alternierender Zyklen aus Cross-Linking-Mitteln und multifunktionellen Molekülen, gefolgt von Diazeniumdiolierung weiter angereichert werden, um zusätzliche Nukleophilreste zu enthalten.
Ebenso werden metallische medizinische Geräte offenbart, die mit einem biokompatiblen, antithrombotischen, schlüpfrigen, Pharmakon enthaltenden Überzug, der Nukleophilreste enthält, die für die Diazeniumdiolierung geeignet sind, versehen sind. Ebenso werden NO-freisetzende NONOate beschrieben, die in der Polymermatrize der Oberfläche festgehalten werden.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden Verfahren zur Zubereitung metallischer medizinischer Geräte bereitgestellt, die silanierte Metalloberflächen mit reaktiven Amingruppen aufweisen. Außerdem werden Verfahren zur Herstellung metallischer medizinischer Geräte offenbart, die biokompatible, antithrombotische, schlüpfrige, Pharmakon enthaltende Überzüge, welche für die Diazeniumdiolierung geeignete Nukleophilreste aufweisen, enthalten. Ebenso werden Verfahren zur Herstellung metallischer medizinischer Geräte offenbart, die Polymermatrizen aufweisen, welche NO-freisetzende NONOate enthalten.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aufgrund der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten exemplarischen Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren, die als erstes kurz beschrieben werden, deutlich.
KURZEBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt grafisch die Chemilumineszenz-Detektorantwort auf Stickstoffmonoxid dar, welches von der Stickstoffmonoxid freisetzenden N₂O₂ ^– funktionellen Gruppe, welche an den Nukleophilrest gebunden ist, gebildet wird und den metallischen Abschnitt aus Beispiel 7 enthält.
2 stellt grafisch die Chemilumineszenz-Detektorantwort auf Stickoxid dar, welches von der Stickstoffmonoxid freisetzenden N₂O₂ ^– funktionellen Gruppe, welche an den Nukleophilrest gebunden ist, gebildet wird und den metallischen Abschnitt aus Beispiel 8 enthält.
3 stellt grafisch die Chemilumineszenz-Detektorantwort auf Stickoxid dar, welches von der Stickstoffmonoxid freisetzenden N₂O₂ ^– funktionellen Gruppe, welche an den Nukleophilrest gebunden ist, gebildet wird und den metallischen Abschnitt aus Beispiel 9 enthält.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Etwa 30 bis 40 % aller Patienten, die eine perkutane transluminale Koronarangioplastie (PTCA) bekommen haben, um verschlossene Koronararterien wieder zu öffnen, weisen an der Operationsstelle innerhalb von drei bis sechs Monaten Post-PTCA eine zweite Blockade (Restenose) auf. Tritt Restenose auf, können zweite Behandlungen, wie die koronare Beipass-Operation (CABG) erforderlich werden, um das Problem dauerhaft zu korrigieren. Außerdem entscheiden sich viele Patienten, die eine erste Therapie für eine ischemische Herzerkrankung (verringerter Blutfluss zum Herzmuskel) erfahren haben aufgrund der hohen Restenoserate, die mit PTCA einhergeht für CABG. Im Allgemeinen verringern die CABG-Verfahren das Leiden der Patienten, das Sterberisiko und die Behandlungskosten, welche damit einhergehen, verglichen mit Patienten, die eine PTCA erfahren. Konsequenterweise werden Technologien, die Restenose im Zusammenhang mit PTCA reduzieren können, die Anzahl an primären und sekundären CABG-Verfahren reduzieren und das Potential von PTCA, Patienten, die an ischemischen Herzerkrankungen leiden, verbesserte dauerhafte Prognosen zu ermöglichen, erhöhen. Koronare Herzerkrankungen und damit verbundene korrigierende vaskuläre Operationen sollen als exemplarische erfindungsgemäße Ausführungsformen und nicht als Einschränkungen verstanden werden. Außerdem können die erfindungsgemäßen Geräte und Verfahren zur Behandlung verschlossener Arterien an jeder anatomischen Stelle, verursacht durch jede vaskuläre Krankheit oder traumatische Begebenheit, eingesetzt werden.
Die lokalisierte lang anhaltende Freisetzung von Stickoxid (NO) unter physiologischen Bedingungen kann in situ zytostatische, antithrombotische, vasodilatorische, antiproliferative und weitere pharmakologische Wirkungen bereitstellen. Die lokalisierte NO-Freisetzung wurde als ein potentielles antirestenotisches Mittel auf dem Gebiet der rekonstruktiven vaskulären Chirurgie, einschließlich interventiver Kardiologie, zunehmend attraktiv. Damit NO effektiv Restenose reduzieren kann, muss es jedoch so schnell wie möglich nach dem initialen Eingriff in die verletzte Gefäßwand verabreicht werden und muss über einen lang anhaltenden Zeitraum verbleiben. Dementsprechend ist der arterielle Stent ein ideales medizinisches Gerät für die lang anhaltende, lokalisierte Zufuhr von NO und wird als nicht limitierende exemplarische erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet.
Arterielle Stents wurden aus einer Vielzahl von Verbindungen hergestellt, die chirurgischen Stahl, metallische Legierungen und biokompatible synthetische Polymere, wie Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Polyether, Polyurethane und Polylaktide, umfassen. Außerdem weisen die metallischen Stents polymere Beschichtungen auf, die Pharmaka freisetzen können, und wurden ebenso von den Erfindern und anderen vorgeschlagen. Jedoch stellen polymere Stents ungelöste Herausforderungen bei der Anwendung für schlimme Verletzungen dar und erhalten im Allgemeinen die Gefäßdurchgängigkeit nicht so gut wie metallische Stents. Außerdem können polymere Beschichtungen, welche auf metallischen Stents verwendet werden, während des Einsetzens und der Verwendung brechen, wodurch thrombogene Keime und Fragmente in den Blutkreislauf freigesetzt werden. Daher haben die Erfinder metallische medizinische Geräte mit NO freisetzenden funktionellen Gruppen, welche direkt an die Gerätefläche über Silanintermediate angebunden sind, und Verfahren zur Herstellung derselben entwickelt.
In einem breiten erfindungsgemäßen Aspekt werden NO freisetzende Gruppen, die unter physiologischen Bedingungen stabil an Nukleophilreste, die im Grundgerüst vorhanden sind, gebunden oder stellen überstehende Gruppen dar, die an Moleküle und/oder Polymere, welche kovalent an die Metalloberfläche gebunden sind. Die Moleküle und Polymere mit den Nukleophilresten können kovalent oder nichtkovalent an die Metalloberfläche gebunden sein.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die NO freisetzenden funktionellen Gruppen 1-substituierte Diazen-1-ium-1,2-diolate (Diazeniumdiolate), die im Folgenden als NONOate der allgemeinen Formel (1) bezeichnet werden: RN[N(O)NO]^–(CH₂)_xNH₂ ⁺R' (1)
Diese Verbindungen werden in den US-Patenten (USPSN) 4,954,526, 5,039,705, 5,155,137, 5,212,204, 5,250,550, 5,366,997, 5,405,919, 5,525,357 und 5,650,447, die für Keefer et al. Erteilt wurden und in J.A. Hrabie et al, J. Org. Chem. 1993, 58, 1472–1476 offenbart und beschrieben.
Im Allgemeinen können die erfindungsgemäßen NONOate gemäß Formel 2 einfach gebildet werden: X^– + 2NO → X-[N(O)N(O)]^– (2) wobei X ein Nukleophil ist, wie sekundäre oder primäre Amine, welche jedoch nicht darauf beschränkt ist. Geeignete Nukleophile enthaltende Verbindungen, wie Polyethylenimin (PEI), die aber nicht darauf beschränkt sind, werden in nicht wässrigen Lösungsmitteln gelöst und unter Anwendung alternierender Zyklen von Begasen mit Inertgas gefolgt von Entgasen unter Vakuum, entgast. Nachdem die Lösung entgast wurde, wird das Nukleophil unter Druck Stickoxidgas ausgesetzt. Der pH der Lösung wird wie erforderlich aufrechterhalten, um die Stabilität des resultierenden Diazeniumdiolatsalzes sicherzustellen. Die NONOate können auf festen Substraten oder in Lösung gebildet werden und daraus unter Verwendung einer geeigneten Filtermatrix ausgefällt werden.
Erfindungsgemäß werden die NONOate direkt auf der Oberfläche eines metallischen medizinischen Gerätes gebildet, an das reaktive Nukleophile gebunden wurden. Für die erfindungsgemäßen Zwecke entspricht gebunden oder gekoppelt jede Art des stabilen Anbindens einer Nukleophile enthaltenden Verbindung an eine Metalloberfläche, umfassend, aber nicht darauf beschränkt, ionische Bindungen, kovalente Bindungen, Wasserstoffbindungen, van der Waals-Kräfte und andere intermolekulare Kräfte. Außerdem wird angenommen, dass Nukleophile enthaltende Verbindungen, welche physikalisch in Matrizen, wie interpenetrierende Polymernetzwerke und polymere Komplexe, festgehalten werden, in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Hierin werden Verfahren zum Anbinden multifunktioneller Moleküle offenbart, welche das Anbinden Nukleophile enthaltender Verbindungen an eine Metalloberfläche umfasst unter Verwendung aminofunktioneller Silane, Silanintermediate, welche an Nukleophile gebunden sind, und Nukleophile enthaltenden Verbindungen, die in der Matrize, welche unter Verwendung von Silanintermediaten gebildet wird, festgehalten werden. Ohne an einer speziellen Theorie festzuhalten, und nicht als Beschränkung zu verstehen, schlagen die Erfinder vor, dass Siliziumatome kovalente Bindungen mit Sauerstoffatomen oder anderen Stellen, welche auf der Oberfläche der metallischen medizinischen Geräte vorhanden sind, bilden. Die zwischen den Metalloberflächen und den erfindungsgemäßen silanierenden Verbin dungen gebildeten Bindungen sind erstaunlicherweise ausreichend stabil, um den Reaktionsbedingungen standzuhalten, die zur Bildung der NONOate erforderlich sind. Dieses unerwartete Ergebnis erlaubt es, metallische medizinische Geräte bereitzustellen, wie, aber nicht darauf beschränkt, vaskuläre Stents, welche nach der erfindungsgemäßen Lehre mit Gruppen versehen sind, die lang anhaltend NO freisetzen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden metallische medizinische Geräte direkt unter Verwendung aminofunktioneller Silane, wie, aber nicht darauf beschränkt, 4,7,10-Triazadezyltrimethoxysilan, Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyldiisopropylethoxysilan und 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, erhältlich von United Chemical Technologies, Inc., Bristol, Pennsylvania, mit nukleophilen funktionellen Gruppen versehen. Im Allgemeinen werden die aminofunktionellen Silane in nicht wässrigen Lösungsmitteln, wie, aber nicht darauf beschränkt, Tetrahydrofuran (THF), Acetonitril oder Kombinationen davon, gelöst. Die aminofunktionellen Silanlösungen werden anschließend unter Verwendung von Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, welche Eintauchen, Besprühen, Bestreichen, Tränken und Rollen, umfassen aber nicht darauf beschränkt sind, auf der Oberfläche der medizinischen Geräte aufgetragen. Nachdem die aminofunktionelle Silanlösung aufgetragen wurde, wird das metallische Gerät getrocknet. Das Trocknen kann bei Raumtemperatur, bei erhöhten Temperaturen, unter normaler Atmosphäre, unter reduzierter Atmosphäre oder jeglicher Kombination davon durchgeführt werden.
In einer weiteren Offenbarung werden Nukleophile enthaltende Verbindungen an reaktive Isocyanatsilane auf der Oberfläche metallischer medizinischer Geräte gebunden. Beispielhaft umfassen Isocyanatsilane, 3-Isocyanatpropyltriethoxysilan und andere, welche mindestens eine isocyanatfunktionelle Gruppe und mindestens ein hydrolisierbares Alkoxy, gebunden an Silizium, enthalten, aber nicht darauf beschränkt sind. Im Allgemeinen ist das Nukleophil ein Amin-Donor, der C₁-C₁₀-Cycloalkyl, Alkyl und Alkenylmonoamine, wie Methylamin, Ethylamin, Diethylamin, Ethylmethylamin, Triethylamin, n-Propylamin, Allylamin, Isopropylamin, n-Butylamin, n-Butylmethylamin, n-Amylamin, n-Hexylamin, 2-Ethylhexylamin, Cyclohexylamin, Ethylendiamin, Polyethylenamin, 1,4-Butandiamin, 1,6-Hexandiamin, n-Methylcyclohexylamin, und Alkenamine, welche Ethylenimin und Polyethylenimin umfassen, umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Die erfindungsgemäßen Amin-Donoren werden gelöst und in geeigneten nicht-wässrigen Lösungsmitteln, wie THF, Acetonitril und Kombinationen davon, gründlich gemischt. Als nächstes wird eine geeignete Menge Isocyanatsilans zu dem gelösten Amindonor gegeben und die Kombination aus Lösungsmittel, Amindonor und Isocyanatsilan gemischt. Die resultierende Lösung wird anschließend unter Verwendung von Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, welche Eintauchen, Besprühen, Bestreichen, Tränken und Rollen, umfassen aber nicht darauf beschränkt sind, auf der Oberfläche des medizinischen Gerätes aufgetragen. Das beschichtete medizinische Gerät wird anschließend bei Raumtemperatur, bei erhöhten Temperaturen, unter normaler Atmosphäre, unter reduzierter Atmosphäre oder jeglichen Kombinationen davon, getrocknet.
In einer weiteren Offenbarung werden die Oberflächen der metallischen medizinischen Geräte als erstes unter Verwendung von Vinylsilanderivaten, wie, aber nicht darauf beschränkt, Trichlorvinylsilan gelöst in einem organischen Lösungsmittel, silaniert. Die resultierenden silanierten Oberflächen werden anschließend kopolymerisiert oder mit geeigneten Acryrlsäurederivaten unter Bildung eines quervernetzten Hydrogels gepfropft. Als nächstes werden ein Nukleophil enthaltendes Polymer und das Hydrogel unter Bedingungen, welche dem Fachmann als für die Nukleophil/Hydrogel-Kombination geeignet bekannt sind, kopolymerisiert. Die resultierende Oberfläche weist eine Matrix mit vielen überhängenden Gruppen in drei Dimensionen ausgehend von der Metalloberfläche, welche zahlreiche Eingriffstellen für die Diazeniumdiolierung aufweist, auf. Die Anzahl der Stellen der Diazeniumdiolierung (reaktive Nukleophilreste) kann weiterhin erhöht werden und die dreidimensionale Matrix durch Behandlung der Oberfläche mit Aldehyden, wie, aber nicht darauf beschränkt, Glutaraldehyd oder Crotonaldehyd, gefolgt durch ein zusätzliches Nukleophil enthaltendes Polymer erweitert werden. Diese Stufe kann mehrere Male wiederholt werden, um eine komplexe dreidimensionale Oberfläche mit verschiedenen Schichten reaktiver Nukleophile, welche für die Herstellung NO freisetzender metallischer medizinischer Geräte mit einem großen Bereich an NO freisetzenden Kapazitäten und Langlebigkeit benötigt werden, zu bilden.
Weitere Verfahren zur Bereitstellung metallischer medizinischer Geräte mit einer Oberfläche, die lang anhaltend NO freisetzt, umfassen kovalentes Anbinden von Aminoderivaten des Divinylbenzols an silanierte Metalle, gefolgt von Diazeniumdiolierung der Aminreste. Unter Anwendung von Verfahren, welche dem Fachmann bekannt sind, werden als nächstes monomere Divinylbenzolaminoderivate mit den Trichlorvinylsilanresten, welche kovalent an die Metalloberfläche gebunden sind, kopolymerisiert. Die nun auf den Oberflächen der metallischen medizinischen Geräte vorhandenen Amingruppen können gemäß der vorliegenden Lehre diazeniumdioliert werden.
Ebenso ist es möglich, die Verfahren und Geräte der vorliegenden Offenbarung mit bekannten Technologien zur Beschichtung von medizinischen Geräten zu kombinieren. Zum Beispiel kann das Hepamed^®-beschichten, welches in dem US-Patent 6,024,918, erteilt am 15. Februar 2000, offenbart und beschrieben ist, kombiniert werden, um eine antithrombotische und schlüpfrige Beschichtung bereitzustellen, welche Nukleophilreste enthält, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lehre für die Diazeniumdiolierung geeignet ist. Eine repräsentative Formulierung würde als erstes das Silanieren einer Metalloberfläche unter Verwendung einer nicht wässrigen Lösung aus Trichlorvinylsilan, anschließendes Kopolymerisieren des silanierten Gerätes mit Acrylsäurederivaten zur Bildung einer Hydrogelbeschichtung auf der Oberfläche des medizinischen Gerätes umfassen. Als nächstes wird eine Nukleophil enthaltende Verbindung wie, aber nicht darauf beschränkt, Polyethylenimin, an das Hydrogel unter Verwendung von Verfahren, welche dem Fachmann bekannt sind, gekoppelt. Das resultierende Nukleophile enthaltende metallische Gerät wird anschließend unter Verwendung einer gepufferten wässrigen Heparinlösung über eine ausreichende Dauer und bei einer ausreichenden Temperatur behandelt, um eine antithrombotische, schlüpfrige Beschichtung zu bilden.
Das metallische Gerät wird anschließend gespült und vor der Diazeniumdiolierung getrocknet.
Die erfindungsgemäßen metallischen medizinischen Geräte können zu Diazeniumdiolaten umgewandelt werden, sobald sie nach der erfindungsgemäßen Lehre mit Nukleophilresten versehen wurden. In Kürze, die erfindungsgemäßen Diazeniumdiolate (NONOate) wurden durch Umsetzen der zuvor behandelten metallischen medizinischen Geräte (Geräte, welche gemäß der erfindungsgemäßen Lehre mit Nukleophilresten versehen wurden) mit NO-Gas unter Druck in einer anaeroben Umgebung gebildet.
Ebenso ist es möglich, NO freisetzende Verbindungen in den Polymermatrizen, welche unter Verwendung der Lehre der vorliegenden Offenbarung an der Oberfläche der metallischen medizinischen Geräte gebildet wurden, festzuhalten. Zum Beispiel können alle Acetonitril/THF-löslichen Diazeniumdiolate oder andere NO freisetzenden Verbindungen, welche dem Fachmann bekannt sind, in Polyurethan, Polyharnstoff und/oder polymeren Matrizen auf der Oberfläche der metallischen medizinischen Geräte festgehalten werden. Zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, wird ein Polyisocyanat, speziell ein aromatisches Polyisocyanat auf der Basis von Toluoldiisocyanat, welches in einer Polymer/Lösungsmittel-Lösung gelöst ist, zu einem Gemisch gegeben, welches ein gesättigtes Polyesterharz (Polyol), mindestens ein nicht-wässriges Lösungsmittel, eine NO freisetzende Verbindung und ein geeignetes Isocyanatsilan enthält. Die Lösung wird gemischt und das metallische medizinische Gerät mit der Lösung beschichtet und anschließend getrocknet. Geeignete Polyisocyanate umfassen m-Xylylendiisocyanat, m-Tetramethylxylylendiisocyanat (meta-TMXDI, erhältlich von der Cytec Industries, Inc., Stamford, Connecticut) und Desmodur^® CB 60N (erhältlich von der Baeyer Pittsburg, PA), sind aber nicht darauf beschränkt. Polyole, welche in der Erfindung nützlich sind, umfassen Polyesterpolyole, Polyetherpolyole, modifizierte Polyetherpolyole, Polyesteretherpolyole, Kastorölpolyole und Polyakrylatpolyole, umfassend Desmophen^® 1800, A450, A365 und A160 (erhältlich von der Baeyer Pittsburg, PA) sind aber nicht darauf beschränkt.
BEISPIELE
Beispiel 1
Herstellung einer Metalloberfläche vor der Silanierung
Die erfindungsgemäß zu silanierenden metallischen Stents werden wie folgt gereinigt. Die Stents werden vollständig in Hexan getaucht (erhältlich von der Sigma Chemical, St. Louis, Missouri) und für 15 Minuten in einem Ultraschallbad behandelt. Als nächstes wird der Stent aus dem Hexan entnommen und in 2-Propanol (erhältlich von der Sigma Chemical, St. Louis, Missouri) getaucht und wie zuvor mit Ultraschall behandelt. Der Stent wird vor dem Eintauchen in 1 N Natriumhydroxid (erhältlich von der Sigma Chemical, St. Louis, Missouri) gründlich mit destilliertem Wasser gespült und für weitere 15 Minuten in einem Ultraschallbad behandelt. Der Stent wird wiederum gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen und anschließend über Nacht bei 40°C unter Vakuum getrocknet.
Beispiel 2
Verfahren zur Bereitstellung metallischer medizinischer Geräte mit einer aminofunktionellen Silanbeschichtung
In ein kleines, sauberes, nicht reaktives Fläschchen werden 5 g Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin (erhältlich von der United Chemical Technologies, Inc., Bristol, Pennsylvania, Katalognr. T-2910), 7 g Azetonitril und 3 g THF (beides erhältlich von der Sigma Chemicals, St. Louis, Missouri) gegeben, über 15 Minuten oder bis das Trimethoxysilyl-propyldiethylen-triamin vollständig in Lösung gegangen ist, gründlich gemischt. Ein zuvor gereinigter Stent wird über 10 Sekunden in die Salzlösung getaucht. Der Stent wird aus der Silanlösung genommen, abgetropft und für 30 Minuten in einem gut ventilierten Raum getrocknet. Als nächstes wird der Stent über Nacht bei 40 °C unter Vakuum getrocknet.
Vergleichsbeispiel 3
Bereitstellung eines metallischen medizinischen Gerätes mit einer direkten Polyethylenimin (PEI)-beschichtung
In ein kleines, sauberes, nicht reaktives Fläschchen werden eine vorbestimmte Menge an PEI (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 46853-3), 7 g Acetonitril und 3 g THF gegeben. Über 15 Minuten oder bis das PEI vollständig in Lösung gegangen ist, wird gründlich gemischt. Als nächstes werden 0,2 g 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan (erhältlich von United Chemical Technologies, Inc., Bristol, Pennsylvania, Katalognr. 1–7540) zu der PEI/Lösungsmittel-Lösung gegeben. Mittels eines Rollenmischers wird für weitere drei Minuten gemischt. Ein zuvor gereinigter Stent wird über 10 Sekunden in die Silanlösung getaucht. Der Stent wird aus der Silanlösung genommen, abgetropft und über 30 Minuten in einem gut ventilierten Raum getrocknet. Als nächstes wird der Stent bei 40 °C unter Vakuum über Nacht getrocknet.
Vergleichsbeispiel 4
Bereitstellung eines metallischen Gerätes, bei dem PEI auf eine Hydrogelbeschichtung aufgepfropft wurde

a) Silanierung: Die metallischen Stents werden wie in Beispiel 1 gereinigt, anschließend wird der gereinigte Stent in eine Lösung getaucht, welche 3 g Trichlorvinylsilan (erhältlich von United Chemical Technologies, Inc., Bristol, Pennsylvania, Katalognr. V-4900), welches in 100 g Xylol (erhältlich von Sigma Chemical, St. Louis, Missouri) gelöst ist, getaucht.
b) Bildung der Hydrogelbeschichtung: Eine Hydrogelbeschichtung wird durch Eintauchen des silanierten Stents in eine Lösung, welche 35 g Acrylsäure (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 14723-0), 5 g Acrylamid (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 14857-1) und 3,1 g 0,1 M Cerammoniumnitrat (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 22954-7) in 65 mL destilliertem Wasser enthält, gebildet.
c) Aufpfropfen von PEI auf den Hydrogel beschichteten Stent: Die Stents werden anschließend für 0,5 Stunden mit einer 2,5% -igen PEI-Lösung behandelt, welche 0,1 M 1,[-3-(Dimethylamino)propyl-]3-ethylcarbodiimidhydrochlorid (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 16146-2) in Natriumtetraborat (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 22133-3) (pH 9,2) enthält. Die auf diese Weise hergestellten Stents sind für die Quervernetzung geeignet, um die resultierende dreidimensionale Oberfläche vollständig auszubilden. Die Stents werden vor Dehydratation geschützt und bis zur weiteren Verwendung nass aufbewahrt.
d) Quervernetzen des PEI mit Aldehyden: Die nassen Stents werden in 5%-ige w/w Glutaraldehyd (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 34085-5) in 0,1 M Natriumborat in destilliertem Wasser (pH 9,2) getaucht und für eine Stunde bei Raumtemperatur gehalten.
e) Bereitstellen der quervernetzten dreidimensionalen Matrix mit Nukleophilresten:

Die nassen, quervernetzten Stents werden gründlich mit destilliertem Wasser gespült und mit einer 2,5%-igen w/w PEI-Lösung behandelt, welche 0,5% NaBH₃CN (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 15615-9) in 0,2 M Heminatrium HEPES (erhältlich von Aldrich Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. 23388-9) in destilliertem Wasser (pH 7,4) enthält. Die Reaktion wird bei Raumtemperatur über Nacht fortgesetzt. Letztendlich werden die Stents gründlich mit destilliertem Wasser gespült und über Nacht bei 50 °C getrocknet.
Vergleichsbeispiel 5
Bereitstellen metallischer Stents mit antithrombotischen, schlüpfrigen Beschichtungen, welche Nukleophilreste aufweisen

a) Silanierung: Die metallischen Stents werden wie in Beispiel 1 gereinigt. Anschließend werden die gereinigten Stents in eine Lösung getaucht, welche 3 g Trichlorvinylsilan, gelöst in 100 g Xylol, enthält.
b) Bilden der Hydrogel-Beschichtung: Eine Hydrogel-Beschichtung wird durch Eintauchen der silanierten Stents in eine Lösung gebildet, welche 35 g Acrylsäure, 5 g Acrylamid und 3,1 g 0,1 M Cerammoniumnitrat in 65 mL destilliertem Wasser enthält.
c) Aufpfropfen des PEI auf den Hydrogel-beschichteten Stent: Die Stents werden anschließend über 0,5 Stunden mit einer 2,5%-igen PEI-Lösung behandelt, welche 0,1 M Natriumborat (pH 9,2) enthält. Die auf diese Weise hergestellten Stents sind für die Quervernetzung geeignet, um die resultierende dreidimensionale Oberfläche vollständig auszubilden. Die Stents werden vor Dehydratation geschützt und bis zur weiteren Verarbeitung nass aufbewahrt. +
d) Aufbringen der antithrombotischen Beschichtung: Eine Lösung, welche 1,5 g Natriumheparin (erhältlich von Sigma Chemicals, St. Louis, Missouri, Katalognr. H-3393) und 49,5 mg Natriumperjodat (erhältlich von Aldrich Chemical Company, Milwaukee, WI) in 300 mL 0,05 M Phosphatpuffer (pH 6,88; 0,25 M Na₂HPO₄ und 0,25 M KH₂PO₄, beides erhältlich von Sigma Chemicals, St. Louis, Missouri) enthält, wird, bis alle Reagenzien gelöst sind, gründlich gemischt. Die Lösung wird langsam auf eine Temperatur von 50 °C vorgeheizt. Die zuvor gereinigten Stents werden in die vorgeheizte Heparin-Lösung getaucht und für etwa 10 Minuten bei 50 °C gehalten. Als nächstes werden 0,1 mg/mL NaBH₃CN zu der Heparin-Lösung, welche die Stents enthält, gegeben und die Kopplungsreaktion für etwa zwei Stunden bei 50 °C durchgeführt. Die Stents werden anschließend gründlich mit destilliertem Wasser gespült und bei Raumtemperatur über Nacht getrocknet.

Vergleichsbeispiel 6
Ein-Stufen-Polyurethan-Beschichtung, enthaltend MOM-PIPERAZI/NO
Eine Beschichtungslösung, welche 1,10 g Desmodur^® CB 60N (erhältlich von Baeyer Pittsburg, PA, Katalognr. D-051), 2,86 g Desmophen^® 1800 (erhältlich von Baeyer Pittsburg, PA, Katalognr. D-018) und 0,10 g MOM-PIPERAZI/NO (NIH/NCI, Frederick, MD) enthält, wird in 7,76 g Acetonitril und 2,64 g THF hergestellt und für fünfzehn Minuten oder bis alle Reagenzien gelöst sind, gemischt. Als nächstes werden 0,204 g 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan (erhältlich von United Chemical Technologies, Inc., Bristol, Pennsylvania) zu der Beschichtungslösung gegeben und die Lösung wird für weitere drei Minuten, oder bis die Reagenzien in Lösung gegangen sind, gemischt.
Als nächstes werden gereinigte metallische Stents für etwa 10 Sekunden in die Beschichtungslösung getaucht und anschließend bei Raumtemperatur in einem gut ventilierten Raum getrocknet. Die beschichteten Stents werden anschließend bei 40 °C unter Vakuum über Nacht getrocknet.
Vergleichsbeispiel 7
Diazeniumdiolierung von metallischen medizinischen Geräten, welche zuvor mit Nukleophilresten versehen wurden: Substituiertes ammoniumdiazeniumdioliertes PEI
(MW 600.000 bis 1.000.000)-beschichtetes medizinisches Teil aus rostfreiem Stahl
Ein 10 mm × 30 mm PEI (MW 600.000 bis 1.000.000)-beschichteter rostfreier Stahlabschnitt aus Beispiel 4 wird in ein 13 mm × 100 mm Glastestgefäß gegeben. Zehn mL Acetonitril werden dem Testgefäß zugegeben, welches anschließend in einem 250 mL Parr^® Entwässerungsgefäß platziert und dann in einen NO-Apparat überführt wird. Das Gefäß wird durch wiederholte Zyklen (x10) aus unter Druck Setzen mit Stickstoffgas bei 4 Atmosphären und Entgasen mit 10 mm Hg Vakuum, entgast. Als nächstes durchläuft das Gefäß 10 Zyklen des unter Druck Setzens mit NO bei 4 Atmosphären und Entgasens unter Vakuum mit 10 mm Hg. Letztendlich wird das Gefäß bei 4 Atmosphären mit NO gefüllt und über 48 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen.
Nach 48 Stunden wird das Gefäß von dem NO befreit und bei 4 Atmosphären mit Stickstoffgas in wiederholten Zyklen (x10) begast/entgast. Das Testgefäß wird aus dem Gefäß entnommen und die Acetonitrillösung dekantiert. Das Teil wird anschließend mit 10 mL Acetonitril (x1) und 10 ml Diethylether (x3) gewaschen. Der Abschnitt wird anschließend aus dem Testgefäß genommen und in einem Stickstoffstrom getrocknet. Diese Arbeitsweise führt zu einer substituierten Ammoniumform des diazeniumdiolierten PEI (MW im Bereich von 600.000 bis 1.000.000) beschichteten rostfreien Stahlteils.
Der diazeniumdiolierte PEI (MW im Bereich von 600.000 bis 1.000.000) beschichtete Abschnitt wurde in zwei gleiche Stücke geschnitten. Ein Stück, Gewicht 75,02 mg, wurde bei 37 °C in Phosphatpuffer, pH 7,4, getaucht, wobei. das Chemilumineszenz-detektierbare NO während einer 370-minütigen Analysedauer bestimmt wurde, wie in 1 gezeigt. Der Gesamtgehalt an NO wurde auf 17,5 nMol bzw. 233 pMol/mg bestimmt.
Vergleichsbeispiel 8
Diazeniumdiolierung von metallischen medizinischen Geräten, welche zuvor mit Nukleophilresten versehen wurden: Natriumsalz eines diazeniumdiolierten PEI
(MW im Bereich von 600.000 bis 1.000.000) beschichteter rostfreier Stahlabschnitt
Ein 10 mm × 30 mm PEI (MW 600.000 bis 1.000.000) beschichteter rostfreier Stahlabschnitt aus Beispiel 4 wird in einem 13 mm × 100 mm Glastestgefäß platziert. Dem Testgefäß werden 10 ml 3 % Natriummethylat in Methanol oder Acetonitril zugegeben, welches anschließend in einem 250 ml rostfreies Stahl Parr^® Entwässerungsgefäß platziert wird. Das Gefäß wird mit Stickstoff bei 10 Atmosphären durch wiederholte Zyklen (x10) aus Begasen/Entgasen entgast. Als nächstes durchläuft das. Gefäß zwei Zyklen von Begasen/Entgasen mit NO bei 30 Atmosphären. Letztendlich wird das Gefäß mit 30 Atmosphären NO gefüllt und über 24 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen.
Nach 24 Stunden wird das NO aus dem Gefäß entfernt und bei 10 Atmosphären mit Stickstoff durch wiederholte Zyklen (x10) begast/entgast. Das Testgefäß wird dem Gefäß entnommen und die 3 %-ige Natriummethylatlösung dekantiert. Der Abschnitt wird anschließend mit 10 ml Methanol (x1) und 10 ml Diethylether (x3) gewaschen. Der Abschnitt wird anschließend aus dem Testgefäß entnommen und in einem Stickstoffstrom getrocknet. Diese Arbeitsweise ergibt ein Natriumsalz eines diazeniumdiolierten PEI (MW im Bereich von 600.000 bis 1.000.000) beschichteten rostfreien Stahlabschnitts.
Der diazeniumdiolierte PEI (MW im Bereich von 600.000 bis 1.000.000) beschichtete Abschnitt wird in zwei Teile geschnitten. Ein Teil, Gewicht 96,34 mg, wurde bei 37 °C in Phosphatpuffer, pH 7,4, getaucht, wobei das Chemilumineszenz detektierbare NO über eine 367-minütige der Analysedauer bestimmt wurde, wie in 2 gezeigt. Der Gesamtgehalt an NO wurde auf 29,1 nMol bzw. 302 pMol/mg bestimmt.
Beispiel 9
Diazeniumdiolierung von metallischen medizinischen Geräten, welche zuvor mit Nukleophilresten versehen wurden: Substituiertes ammoniumdiazeniumdioliertes Siloxan eines Propyldiethylentriamin beschichteten rostfreien Stahlabschnitts
Ein 10 mm × 30 mm rostfreier Stahlabschnitt aus Beispiel 2 wird in einem 13 mm × 100 mm Glastestgefäß platziert. Dem Testgefäß werden 10 ml Tetrahydrofuran zugegeben, welches anschließend in einem 500 ml Glas Parr^® Entwässerungsgefäß platziert und in eine NO-Apparatur überführt wird. Das Gefäß wird durch wiederholte Zyklen (x10) von Begasen mit Stickstoffgas bei 4 Atmosphären und Entgasen bei 10 mm Hg Vakuum entgast. Als nächstes durchläuft das Gefäß 10 Zyklen Begasen mit NO bei 4 Atmosphären und wird über 48 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen.
Nach 48 Stunden wird das NO aus dem Gefäß entfernt und mit Stickstoffgas bei 4 Atmosphären durch wiederholte Zyklen (x10) begast/entgast. Das Testgefäß wird aus dem Gefäß genommen und die THF-Lösung dekantiert. Die Lösung wird anschließend mit 10 ml THF (x1) und 10 mL Diethylether (x3) gewaschen. Der Abschnitt wird anschließend aus dem Testgefäß genommen und im Stickstoffstrom getrocknet. Dieses Verfahren ergibt eine substituierte Ammoniumform des diazeniumdiolierten rostfreien Stahlabschnitts.
Der diazeniumdiolierte Abschnitt wird in zwei gleich große Stücke geschnitten. Ein Stück, Gewicht 118,02 mg, wurde bei 37 °C in Phosphatpuffer, pH 7,4, getaucht, worauf das Chemilumineszenz-detektierbare NO über eine 1,87-tägige Analysedauer bestimmt wurde, wie in 3 gezeigt. Der Gesamtgehalt an NO wurde auf 0,29 μMol bzw. 2,46 nMol/mg bestimmt.
Bei den vorangehenden Beispielen wurden Silanintermediate zur kovalenten Anbindung von funktionellen Amingruppen an die Metalloberflächen verwendet. Jedoch sind ebenso andere Verfahren möglich, Metalloberflächen mit stabil kovalent angebundenen Aminen zu versehen. Zum Beispiel können Metalloberflächen wie Gold unter Verwendung sub-equimolarer Mengen an Thiiran modifiziert werden, um eine thiolierte Oberfläche zu bilden, welche mit PEL weiter reagiert werden kann (siehe z. B. USPN 5,229,174), wobei dies aber nicht als Beschränkung gedacht ist. Die resultierenden Amingruppen sind nach der erfindungsgemäßen Lehre für die Diazeniumdiolierung geeignet. Außerdem können Plasmabeschichtungstechniken, wie sie z. B. in Chandy, T. et al 2000 Use of Plasma Glow for Surface-Engineering Biomolecules to Enhance Biocompatibility of Dacron and PTFE Vascular Prosthesis. Biomaterials 21:699–712, gelehrt werden, ebenso zur Bildung einer Vielzahl von funktionellen Gruppen auf Metalloberflächen angewandt werden, welche später mit Polyaminen modifiziert und anschließend diazeniumdioliert werden. In seinem breitesten Sinne stellt die vorliegende Erfindung Metalloberflächen mit NO freisetzenden Gruppen, welche stabil daran angebunden sind, bereit. Die vorliegende Erfindung kann dazu verwendet werden, eine Vielzahl an medizinischen Geräten mit einer Oberfläche, die lang anhaltend NO freisetzt, bereitzustellen, welche für therapeutische und prophylaktische Anwendungen geeignet sind. Zahlreiche verschiedene Verfahren zur Bereitstellung von NO freisetzenden medizinischen Geräten wurden genau beschrieben. Das für eine gegebene Anwendung spezifische Verfahren wird durch die Zusammensetzung der zu beschichtenden Oberfläche, der medizinischen Indikation für das Gerät und der Pharmakologie der gewählten Verbindungen vorgegeben.

Claims

Verfahren für das Zubereiten einer Stickstoffmonoxid freisetzenden Metalloberfläche bestehend aus: a) dem beständigen Binden eines aminofunktionellen Silannukleophilrests an eine Metalloberfläche; und b) dem Reagieren der Oberfläche, die einen Nukleophilrest aufweist, mit Stickstoffmonoxidgas.
Verfahren für das Zubereiten einer Stickstoffmonoxid freisetzenden Metalloberfläche nach Anspruch 1, wobei die Metalloberfläche Edelstahl ist.
Verfahren für das Zubereiten einer Stickstoffmonoxid freisetzenden Metalloberfläche nach Anspruch 1 oder 2, wobei das aminofunktionelle Silan aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus 4,7,10-Triazadecyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyldiisopropylethoxysilan und 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan.
Verfahren für das Zubereiten einer Stickstoffmonoxid freisetzenden Metalloberfläche nach Anspruch 1, 2, oder 3, wobei die Oberfläche, die ein aminofunktionelles Silan aufweist, mit dem Stickstoffmonoxidgas unter einer anaeroben, unter Druck stehenden Umgebung reagiert wird.
Medizinisches Gerät für die Abgabe von Stickstoffmonoxid in therapeutischen Konzentrationen für lang anhaltende Zeitspannen, umfassend eine Metalloberfläche, die einer Methode, wie sie einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert ist, entsprechend vorbereitet worden ist und bei der Stickstoffmonoxid freisetzbar an ein aminofunktionelles Silan gebunden ist, wobei das Silan an die Metalloberfläche gebunden ist.
Medizinisches Gerät für die Abgabe von Stickstoffmonoxid in therapeutischen Konzentrationen für lang anhaltende Zeitspannen nach Anspruch 5, wobei das medizinische Gerät aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Arterienstents, Führungsdrähten, Kathetern, Trokarnadeln, Knochenankern, Knochenschrauben, Schutzstabilisierungsplatten, Hüften- und Gelenkimplantaten, elektrischen Leitungen, Biosensoren und Sonden.