DE60302326T2

DE60302326T2 - Wundauflage mit amorphem Hydrogel auf Basis mikrobiell veränderter Cellulose

Info

Publication number: DE60302326T2
Application number: DE60302326T
Authority: DE
Inventors: Gonzala Serafica; Richard Mormino; Russel Hoon
Original assignee: Xylos Corp
Current assignee: Lohmann and Rauscher GmbH
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2023-04-05
Also published as: EP1438975A1; EP1438975B1; DE60302326D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gelwundverband, der Cellulose mikrobiellen Ursprungs in einer amorphen Hydrogelform umfaßt.
Hintergrund der Erfindung
Es existieren vielfältige Wundverbände, die eine Wirksamkeit bei der Unterstützung des Heilens von Wunden aufweisen. Die Bestandteile dieser beinhalten verschiedene polymere Systeme, Cellulosematerialien, die von Pflanzen und Bakterien stammen, und Kollagen. Jedes besitzt seine Wirkungsweise, den Wundheilungsprozeß zu unterstützen. Viele wirken durch entweder die Abgabe von Flüssigkeit, um die Wundoberfläche zu hydratisieren, und helfen bei der Entfernung nekrotischen Gewebes durch autolytische Wundausschneidung oder durch die Adsorption von überschüssiger Flüssigkeit, die als Exsudat bezeichnet wird.
Wundverbände aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs bestehen aus bakterieller Cellulose und Wasser. Die Verarbeitung hiervon resultiert in einem Wundverband, der einzigartige Eigenschaften besitzt. Nicht nur kann er Flüssigkeit abgeben, die mit dem Wundverband assoziiert ist, sondern auch erzeugt seine vielschichtige dreidimensionale Struktur, die es von Cellulose pflanzlichen Ursprungs unterscheidet, ein Material, das eine Wasserhaltekapazität bis zu 700 mal seines eigenen Trockengewichts besitzt, wie es in US-Patent 4,942,128 beschrieben ist. Mikrobielle Cellulose weist auch herausragende nasse Reißfestigkeit und Druckfestigkeit auf.
Zuletzt kann durch Einstellen des Verhältnisses von Cellulose zu Flüssigkeit in verarbeiteter mikrobieller Cellulose die Menge und die Geschwindigkeit von sowohl der Flüssigkeitsabgabe und -absorption verändert werden.
Wegen seiner überragenden Eigenschaften ist die Verwendung mikrobieller Cellulose in der medizinischen Industrie vorher untersucht worden. Zum Beispiel offenbaren US-Patente 4,588,400, 4,655,758 und 4,788,146 an Ring et al. die mögliche Verwendung von Cellulose mikrobiellen Ursprungs in flüssigkeitsbeladenden medizinischen Pads. Die Patente an Ring et al. konzentrieren sich auf die Verwendung statisch hergestellter mikrobieller Cellulosepads, die mit verschiedenen Flüssigkeiten und Medikamenten beladen sind. Diese Pads als auch die Herstellung und das Reinigungsverfahren zur Herstellung des Ausgangscellulosematerials wurden genau beschrieben. Auch sind in diesen Patenten detaillierte Verfahren zur Herstellung von verschiedenen Pads beschrieben, worin das Verfahren eine Serie von Preß- und Durchtränkungsschritten beinhaltet, um die physikalischen Eigenschaften einzustellen, hauptsächlich in Bezug auf das Verhältnis von Flüssigkeit zu der Cellulose, um ein gewünschtes Produkt zu erhalten. Zum Beispiel illustrieren diese Patente ein hochhydratisiertes Pad (Verhältnis von Flüssigkeit:Cellulose 80:1), das in der Lage ist, eine Kühlfähigkeit zur Verfügung zu stellen, was ideal für Verbrennungsanwendungen ist. Insbesondere beschreibt das '146 Patent die Verwendung solcher flüssigkeitsbeladener Pads als nasse Wundverbände zur Verwendung als Geschwürwundverband, der in der Lage ist, der Wunde über eine verlängerte Zeitspanne Feuchtigkeit zur Verfügung zu stellen. Dasselbe '146 Patent erwähnt, daß die nassen Wundverbände, die in den Beispielen beschrieben werden, die zusätzliche Fähigkeit besitzen, eine große Menge Flüssigkeit von der Wundstelle zu absorbieren, wenn der Wundverband in einem weniger als gesättigtem Zustand verwendet wird. Jedoch erwähnen die Wundverbände von Ring et al. keinen einzelnen Wundverband, der sowohl die Fähigkeit aufweist, eine Quelle von Feuchtigkeit für Wunden zu sein sowie die Fähigkeit zum Absorbieren von Flüssigkeiten hat. Die Ring et al. Patente beschreiben auch nicht das wirksame Flüssigkeit:Cellulose-Verhältnis, um einen Wundverband herzustellen, der die duale Flüssigkeits-Handhabbarkeitsfähigkeit aufweist. Darüber hinaus beschreiben die Ring et al. Patente keine Wundverbände aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs in einer amorphen Gelform.
Wundverbände aus amorphem Hydrogel, z.B. Intrasite Gel (Smith & Nephew), unterscheiden sich von anderen Wundverbänden in ihrer Fähigkeit, Feuchtigkeit zu einer trockenen Wunde zuzuführen, und für sie ist als solche gezeigt worden, daß sie nützlich beim Ablösen nekrotischen trockenen Gewebes sind, das in chronischen und Verbrennungswunden gefunden wird. Da diese Hydrogele nicht vernetzt worden sind und daher keine fixierte Form annehmen, sind die als amorph bezeichnet worden (L.G. Ovington, Amorphous Gels Can Help Dry Escharic Wounds, Wound Care Institute Newsletter, Juli/August 1997, Bd. 2, Nr. 3).
Rhodes beschreibt in US-Patent 5,662,924 einen Wundverband, der ein wasserunlösliches, wasserquellbares vernetztes Cellulosederivat, Wasser und ein Polyol enthält. Von diesem Verband in der Form eines amorphen Gels wird angenommen, daß er die Feuchtigkeitspenetration nekrotischen Gewebes erhöht und dadurch durch Beschleunigen der Wundausschneidewirkung die Wundheilung unterstützt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wundverband zur Verfügung zu stellen, der besonders geeignet zur Wundheilung, insbesondere der Heilung chronischer Wunden und trockener Wunden, die mit trockenem nekrotischen Gewebe oder Schorf bedeckt sind, ist.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen amorphen Gelwundverband aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs mit einem Cellulosegehalt von 1,0 bis 99 Gew.% und ein Verfahren zur Herstellung des Wundverbands zur Verfügung. Der Wundverband ist amorph, d.h. er behält seine Form nicht bei einer Temperatur von 25°C und atmosphärischem Druck, so daß der Wundverband, plaziert auf einer flachen Platte, fließt, im Gegensatz zu bekannten Cellulosepads. Darüber hinaus stellt die Erfindung die Verwendung dieser Wundverbände zur Behandlung von chronischen Wunden und Verbrennungswunden zur Verfügung. Der Wundverband der vorliegenden Erfindung kann auf die Wunde unter Verwendung einer Spritze aufgetragen werden, weil der Wundverband die benötigte Fließfähigkeit aufweist.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung offensichtlich werden.
Die vorliegenden Erfinder haben einen fließfähigen, auf Cellulose basierenden Gelwundverband entwickelt, der eine neue Flüssigkeits-Handhabbarkeitsfähigkeit bezüglich der Absorption und Abgabe besitzt. Überraschenderweise steigert die Herstellung eines aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs hergestellten Wundverbands in einer amorphen Gelform den feuchtigkeitsabgebenden Aspekt des Wundverbands relativ zu dem unbehandelten Ausgangsfilmmaterial aus mikrobieller Cellulose. Die Flüssigkeits-Handhabbarkeitseigenschaft ist ein Endergebnis der behandelten mikrobiellen Cellulose, die einen für den beabsichtigten Zweck geeigneten Cellulosegehalt enthält. Der resultierende Wundverband kann Flüssigkeit abgeben, falls die Wundoberfläche trocken ist, und ist besondere nützlich für trockene Wunden, die mit trockenem nekrotischen Gewebe oder Schorf bedeckt sind. Hier wirkt er, um die Wunde autolytisch auszuschneiden (debridieren): der notwendige erste Schritt beim Heilen einer chronischen Wunde.
Überraschenderweise ist der gleiche Wundverband auch in der Lage, Flüssigkeit weg von dem exsudierenden Wundbett zu adsorbieren. Typischerweise neigen chronische Wunden wie venöse Geschwüre dazu, große Mengen von Flüssigkeiten während des Heilungsprozesses zu exsudieren. Zu diesem Zeitpunkt ist der erfindungsgemäße Wundverband in der Lage, die ausgeschiedene Flüssigkeit zu adsorbieren, während eine feuchte Oberfläche zur Migration von epithelialen Zellen beibehalten wird. Die epitheliale Migration ist zum Schließen der Wunde notwendig.
Darüber hinaus erlaubt die fließfähige Natur dieses Materials, Bereiche zu füllen, die ein Pad nicht wirksam behandeln kann. Der amorphe Gelwundverband kann zu der gesamten Wundbettoberfläche zugeführt werden. Der enge Kontakt zwischen dem Gelwundverband mit der gesamten Wundoberfläche verstärkt weiter die Feuchtigkeitsabgabe und die Absorptionsqualität der Cellulose mikrobiellen Ursprungs und verbessert dadurch die Wundheilung. Wenn es notwendig ist, den Wundverband zu wechseln, kann der amorphe Gelwundverband einfach entfernt werden, ohne das neu gebildete Gewebe zu beeinträchtigen. Auch kann der Wundreinigungsprozeß, der für andere Gelwundverbandprodukte notwendig ist, wesentlich vereinfacht werden, weil er am Stück entfernt werden kann.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Falls nicht anders angegeben, bezeichnet "ein" "eines oder mehr".
Die bevorzugte biosynthetisierte Cellulose für das amorphe Gel wird durch Cellulose-herstellende Organismen, wie Acetobacter xylinum, hergestellt und wird einer Reihe von chemischen Waschschritten unterzogen, um es nicht-pyrogen zu gestalten. Einmal gewachsen, verwendet die typische Behandlung Hydroxidlösungen von Konzentrationen von 0,5 bis 20 Gew.%. Vorzugsweise wird Natriumhydroxid mit einer Konzentration von nicht weniger als 1 Gew.%, und am stärksten bevorzugt 2 bis 45 Gew.%, verwendet, um die Zellen aufzulösen. Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung vorzugsweise eine Wasserstoffperoxidwaschung zur Verfügung, die in der Lage ist, den nicht-pyrogenen Film zu Weißen und zu Säubern.
Cellulosepelliculae bestehen typischerweise aus mehr als 98 Gew.% Wasser und von 0,2 bis 2 Gew.% Cellulose. Anschließend an die chemische Behandlung werden die Pelliculae zur Herstellung der amorphen Gelform mit einem Cellulosegehalt, der grob dem des Ausgangsmaterials entspricht, naß gemahlen, jedoch kann dieser auf irgendeine gewünschte Konzentration durch Zugabe oder Entfernen von Flüssigkeiten eingestellt werden. Der amorphe Gelwundverband, der durch Mahlen und Reiben der intakten mikrobiellen Cellulosepelliculae erhalten wird, hat eine Primärstruktur aus ultrafeinen Fasern, von denen bekannt ist, daß sie ungefähr 200 mal feiner als Baumwollfasern sind. Die Sekundärstruktur, die ein Vliesmuster von interpenetrierenden Cellulosefasern von nahezu unbegrenzter Länge ist, wird nicht komplett zerstört. Jedoch wird durch das Mahlen das Muster partiell zerstört, und die Länge der Fasern wird in einem Maße reduziert, daß ein fließfähiger Wundverband erhalten werden kann.
Typische Cellulosegehalte der vorliegenden Erfindung reichen von 1,0 bis 99 Gew.% Cellulose, vorzugsweise 2,5 bis 65 Gew.%, stärker bevorzugt 3,0 bis 50 Gew.% und am stärksten bevorzugt 3,5 bis 12 Gew.%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Cellulosegehalt von 4 bis 7 Gew.%.
Die amorphen Gelwundverbände der Erfindung können zur Abgabe von Flüssigkeit an Wunden sowie zum Absorbieren von Flüssigkeiten von Wunden verwendet werden. Typischerweise kann der Wundverband mit Cellulose mikrobiellen Ursprungs zwischen 40 bis 85 % seines Flüssigkeitsgewichts abgeben und kann zwischen 10 und 50 % absorbieren, stärker bevorzugt kann der Wundverband 50 bis 65 % seines Flüssigkeitsgewichts abgeben und 15 bis 35 % seines Gewichts an Flüssigkeit absorbieren.
Die fließfähige Natur des Wundverbands kann durch Zugabe eines Inhaltsstoffes zur Fließmodifizierung verändert werden. Die Art des Bestandteils zur Fließmodifizierung ist nicht beschränkt, so lange es die Abgabe- und Absorptionseigenschaften des Cellulosewundverbands nicht wesentlich beeinträchtigt und geeignet ist, ein biokompatibles Produkt zur Verfügung zu stellen (Biokompatibilität ist in Übereinstimmung mit ISO 10993 für Biomaterialien definiert, die als medizinische Vorrichtungen verwendet werden). Solche Inhaltsstoffe beinhalten Polyole und andere Fließmodifizierer, wie Lecithin, Aloe vera und Tween 80 (Polysorbat 80; Polyoxyethylensorbitanmonooleat). Bevorzugte Polyole sind Propylenglycol, Glycerin, Polyethylenglycol (vorzugsweise mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht im Bereich von 300 bis 1.450) und Zucker und Zuckeralkohole wie Sorbitol, Mannitol. Propylenglycol, Glycerin und Zuckeralkohole sind bevorzugt.
Die Konzentration dieser Additive in dem mikrobiellen Cellulosegel kann von 1 bis 50 Gew.% in Abhängigkeit von den Eigenschaften des konkreten Additivs und den erwünschten Fließeigenschaften des resultierenden Gels variieren. Die bevorzugte Konzentration liegt im Bereich von 3 bis 12 Gew.% des Wundverbands, stärker bevorzugt 9 bis 11 Gew.% und besonders bevorzugt 10 Gew.%. Die Fließeigenschaften des Gels werden vorzugsweise so gewählt, daß sie zum Auftragen des Gels auf die Wunde unter Verwendung einer Spritze geeignet sind.
Darüber hinaus können Polymere in dem Wundverband beinhaltet sein, um seine physikalischen Eigenschaften zu verbessern, insbesondere in Bezug auf die Feuchtigkeitsabsorption. Geeignete Polymere beinhalten Polyethylenoxid (das vorzugsweise bei 25°C fest ist), Polyvinylpyrrolidon und Carboxymethylcellulose (CMC). Der Gehalt dieser Polymere hängt von der Art des verwendeten Polymers ab und wird so bestimmt, daß die Abgabeeigenschaften, Absorptionseigenschaften und Fließeigenschaften optimiert werden (im Bezug hierauf siehe Beispiel 5). Der Gehalt kann im Bereich von bis zu 50 Gew.% des Wundverbands sein. Ein stärker bevorzugter. Bereich ist 1 bis 10 Gew.%, insbesondere 1 bis 4 Gew.%.
Der Wundverband kann auch bioaktive Substanzen enthalten, wie Proteine, wie aus Blutplättchen abgeleiteter Wachstumsfaktor (PDGF), epidermer Wachstumsfaktor (EGF), Fibroblast-Wachstumsfaktor (FGF), insulinartiger Wachstumsfaktor (IGF); transformierender Wachstumsfaktor – beta (TGF-β), knochenmorphogenetisches Protein (BMP), vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF), Nerven-Wachstumsfaktor (NGF), Tumor-Angiogenesefaktor (TAF), Corticotropin-freisetzender Faktor (CRF), Interleukin-8 (IL-8), Granulocyt-Macrophagenkolonie-stimulierender Faktor (GM-CSF) und andere Wachstumsfaktoren, und Enzyme wie Kollagenase, Papain und Fibrinolysin, Desoxyribunuklease. Zusätzlich kann der Wundverband ein oder mehrere aktive Mittel wie Antibiotika, wie Bacitracin, Polymixin B, Gentamicin, Chloramphenicol, Mupirocin, Neomycin, Silbersulfadiazin, Gramicidin und ähnliche; topische Anästhetika wie Lidocain-hydrochlorid, Benzocain, Dibucain, Tetracain-hydrochlorid und ähnliche; Fungizide wie Clotrimazol, Econazol, Ketoconazol, Miconazol, Nystain, Terbinafin, Tolnaftat, Undecylensäure und ähnliche; Antiseptika und Konservierungsmittel wie Polyhexamethylenbiguanid, Chlorhexidindigluconat, Benzalkoniumchlorid, auf Silber basierende antimikrobielle Mittel, auf Kupfer basierende antimikrobielle Mittel und ähnliche; antivirale Mittel wie Gentamycinsulfadiazin, Dapson, Ampicillin, Amphotericin B, Silberhalogenide, Silberprotein, kolloidales Silber, Erythromycin und ähnliche enthalten.
Der Wundverband enthält weiterhin Wasser oder ein wäßriges Lösungsmittel wie isotonische Kochsalzlösung. Der Wassergehalt liegt vorzugsweise im Bereich von 75 bis 90 Gew.%, stärker bevorzugt 80 bis 88 Gew.%. Bei besonders bevorzugten Wundverbänden beträgt der Cellulosegehalt 3 bis 10 Gew.% (stärker bevorzugt 5 bis 7 Gew.%), der Gehalt des Fließmodifizierers beträgt 8 bis 12 Gew.% (stärker bevorzugt 9 bis 11 Gew.%) und der Wassergehalt beträgt 78 bis 89 Gew.% (stärker bevorzugt 82 bis 89 Gew.%).
Im Vergleich zu den intakten mikrobiellen Cellulosepelliculae kann die amorphe Gelform so formuliert werden, daß sie die Abgabe- und/oder Absorptionseigenschaften des Gels erhöht. Der Gehalt an Cellulose mikrobiellen Ursprungs, der in dem amorphen Gelwundverband vorhanden ist, kann in Abhängigkeit von dem Herstellungsverfahren und der möglichen Endverwendung des Wundverbands verändert werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung des Wundverbands der vorliegenden Erfindung für die Behandlung von Wunden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden chronische Wunden oder Verbrennungen mit dem erfindungsgemäßen Wundverband behandelt. Das Verfahren umfaßt das Anwenden des Wundverbands auf die Wundstelle, Füllen der Wunde mit dem Hydrogelwundverband und Abdecken der Wunde mit einer sekundären Filmschicht. Der Wundverband wird vorzugsweise unter Verwendung einer Spritze angewendet. Die Wechselfrequenz des Wundverbands wird leicht durch einen Fachmann bestimmt. In einer Ausführungsform wird der Wundverband zweimal täglich bis wöchentlich gewechselt.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1
1. Herstellung mikrobieller Cellulose
Bei der Herstellung der amorphen Gele aus mikrobieller Cellulose der Erfindung wird ein mikrobieller Cellulosefilm hergestellt. Der Film wird durch Verwendung von Mikroorganismen wie Acetobacter xylinum hergestellt, die in einem Bioreaktor kultiviert werden, der ein flüssiges Nährmedium bei 30°C bei einem Anfangs-pH von 3–6 enthält. Das Medium basiert auf Sucrose oder anderen Kohlenhydraten.
Vorzugsweise wird eine effektive Filmproduktion unter Verwendung von Sucrose als Kohlenstoffquelle, Ammoniumsalzen als Stickstoffquelle und Kornflüssigkeit ("corn steep liquor") als Nahrungsquelle, gekoppelt mit einem geeigneten Spurenelementezusatz, der sich von dem Original Schramm & Hestrin-Medium (1954) unterscheidet, der von den Fachleuten verwendet wird, erreicht. Der geeignete Spurenelementezusatz wird in der folgenden Tabelle quantifiziert: Spurenelementelösung Zusammensetzung pro Liter:

EDTA Tetranatriumsalz 570 mg

FeSO₄·7H₂O 200 mg

ZnSO₄·7H₂O 10 mg

MnSO₄·H₂O 26 mg

H₃BO₃ 30 mg

CoCl₃·6H₂O 20 mg

NiCl₂·6H₂O 3,2 mg

(NH₄)₆Mo₇O₁₄·4H_{2kp [}O 2,4 mg

2 ml dieser Lösung werden pro Liter Medium zugegeben.
Geeignete Bioreaktoren werden ausgewählt, die das Verdunsten minimieren und adäquate sauerstofflimitierende Bedingungen zur Verfügung stellen. Sauerstofflimitierende Bedingungen können in Abhängigkeit von dem gewünschten Wassergehalt und der Dicke des Cellulosefilms variiert werden. Im allgemeinen ist unter sauerstofflimitierenden Bedingungen Sauerstoff in einer Menge von 5 bis 21 % des Gesamtgases an der Luft/Flüssigkeits-Schnittstelle vorhanden. Der Bioreaktor besteht aus einer Kunststoffbox, die mit einer luftdichten Abdeckung oder einer Abdichtung mit beschränkter Gasdurchlässigkeit ausgerüstet ist. Die Dimensionen des Bioreaktors können bezüglich der Konfiguration (Würfel oder Zylinder) in Abhängigkeit von der Form und der Größe des Cellulosefilms, der hergestellt wird, variieren. Zum Beispiel wird ein Zylinder mit einem Durchmesser von sechs Inch einen Wundverband mit einem Durchmesser von sechs Inch produzieren, der so wie er ist verwendet werden kann oder vor der Anwendung zugeschnitten werden kann, um der zu behandelnden Wunde zu entsprechen. Durch Beschränkung der Menge an Sauerstoff in dem Fermentationsmedium wird angenommen, daß der Acetobacter den in dem Medium verfügbaren Kohlenstoff verwendet, um mehr Cellulose herzustellen, anstatt es für die Reproduktion zu verwenden, um somit die Gesamtausbeute an Cellulose zu erhöhen.
Man ließ den Fermentationsprozeß unter statischen Bedingungen über eine Zeitspanne von 7 bis 30 Tagen fortschreiten, während derer die Bakterien in dem Kulturmedium eine intakte Cellulosepellicula hergestellt haben, die die Mikroorganismen enthält. In Abhängigkeit von der erwünschten Dicke, die einem bestimmten Cellulosegehalt pro Einheitsfläche entspricht, wird die Fermentation gestoppt, und die Pellicula wird aus dem Bioreaktor entfernt. Das überschüssige Medium, das in der Pellicula enthalten ist, wird dann durch Standard-Abtrennungstechniken wie Komprimierung oder Zentrifugieren vor dem chemischen Reinigen und dem anschließenden Behandeln der Pellicula zum Erhalt eines Wundverbands mit einem Cellulose:Flüssigkeits-Verhältnis von 1:10 bis 1:65 entfernt. Die Rohcellulosepellicula hat eine erhöhte Zucker:Cellulose-Ausbeute von etwa 35 %, im Vergleich zu Literaturwerten von 10 %. Diese gesteigerte Ausbeute, gekoppelt mit einer kostengünstigen Stickstoffquelle, resultiert in einer 40-fachen Reduktion der Produktionskosten des Rohcellulosefilms im Vergleich zu Cellulosefilmen, die gemäß dem Original Schramm & Hestrin-Medium (1954, J. Gen. Micro, 11: 123–129) hergestellt werden.
2. Behandlungs- und Depyrogenierungs-Prozeduren
Nachdem der Cellulosefilm produziert worden ist, müssen die Zellen von der Cellulosepellicula zur Reinigung entfernt werden. Fontana et al. (1990, Appl. Biochem. Biotech, 24: 253–264) haben beschrieben, daß die Zellen apyrogen sind, jedoch ist die ungereinigte Cellulosepellicula für Pyrogene unter Verwendung des Limulus-Amebocytlysat-(LAL)-Testkits positiv getestet worden. Dieses Ergebnis machte die Entfernung der Zellen durch chemische Behandlung, die hier besprochen wird, notwendig, um den Standard-Pyrogenizitätstest zu bestehen und den Wundverband aus mikrobieller Cellulose als nicht-pyrogen zu qualifizieren.
Die Cellulosepellicula wird einer Serie von chemischen Waschschritten unterworfen, um den Rohcellulosefilm zu medizinischem Grad und nicht-pyrogenem Wundverbandsmaterial umzuwandeln. Typische Behandlungen verwenden Hydroxidlösungen mit Konzentration von 1 bis 20 Gew.%. Vorzugsweise wird Natriumhydroxid mit einer Konzentration von nicht weniger als 3 % und am stärksten bevorzugt 3 bis 5 % verwendet, um die Zellen aufzulösen. Zusätzlich sieht die vorliegende Erfindung eine Wasserstoffperoxid-Waschung vor, die in der Lage ist, die pyrogenfreien Filme zu bleichen und zu sterilisieren. Konzentrationen von 0,05 bis 10 Gew.% Peroxid sind nützlich, um ein Weißen des Films herbeizuführen. Vorzugsweise beträgt die Menge des verwendeten Peroxids 0,1 bis 0,5 %. Andere Bleichmittel wie Hypochlorit, Hypobromit und Perborat können auch verwendet werden.
Reinigungsverfahren unter Verwendung von verschiedenen Aussetzungszeiten, Konzentrationen und Temperaturen wurden mit dem Roh-Fermentationsprodukt durchgeführt. Behandlungszeiten von 1 bis 4 Stunden sind in Verbindung mit Temperaturveränderungen von 30 bis 100°C studiert worden, um den Prozeß zu optimieren. Die resultierenden Filme von jedem der unterschiedlichen Betriebsbedingungen wurden für ihre jeweiligen Pyrogenlevel und physikalischen Eigenschaften getestet. Die Prozeßbedingung, die ein nicht-pyrogenes Produkt in der kürzesten Zeit und der geringsten chemischen Konzentration lieferte, wurde dann aus ökonomischen Gründen ausgewählt. Die in diesem Prozeß verwendete Zeit kann bis zu 4 Stunden bei etwa 90°C betragen, vorzugsweise beträgt die Zeit 1 bis 2 Stunden bei 60 bis 80°C.
Die Menge der zellularen Ablagerung, die in dem Cellulosepads nach der Behandlung verblieben ist, kann durch den Limulus-Amebocytlysat-(LAL)-Test gemessen werden, wie er in 21 CFR 10.90 der U.S. Food and Drug Administration (FDA) beschrieben ist. Der sofortige Reinigungsprozeß, der oben beschrieben ist, stellt ein nicht-pyrogenes Cellulosepad (<0,05 EU/ml) zur Verfügung. Der erlaubte Pyrogengehalt in Klasse I medizinischen Vorrichtungen beträgt 0,5 EU/ml (FDA LAL-Testanweisung). Die Schritte des LAL-Tests werden durch den Hersteller des Testkits definiert und können einfach befolgt werden, um den Pyrogenlevel in dem Cellulosefilm zu erhalten.
Beispiel 2
Herstellung eines amorphen Gels aus mikrobieller Cellulose
Dieses Beispiel stellt ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen Gelmaterials aus mikrobiellen Celluloselagen vor. Die Celluloselagen wurden unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens hergestellt, um Pyrogene und andere Verunreinigungen zu entfernen, und zum Erhalt eines Cellulosegehalts von etwa 4 % komprimiert.
Eine Menge von 500 g der behandelten und depyrogenierten mikrobiellen Cellulose wurde in einem 1-gal-Mischer (z.B. ein Waring-Mischer; alternativ kann eine Entwässerungspresse oder ein Packungsfüller verwendet werden) eingefüllt. Hierzu wurden 2.500 ml entionisiertes Wasser zugegeben, und die Mischung wurde unter Verwendung eines 3 PS-Motors bei hoher Geschwindigkeit für 5 min behandelt, um Konsistenz sicherzustellen. Die resultierende Mischung wurde in einen Ablaufeimer dekantiert, und überschüssiges Wasser ließ man ablaufen. Nach 15-minütigem Ablaufen wurde die Mischung gepreßt, bis das Gewicht des Gels wiederum 500 g erreichte.
Zwei 20 g Proben des Gels wurden entfernt und getrocknet, um den Cellulosegehalt des Gels zu bestimmen. Das mittlere Trockengewicht betrug 0,85 g, was einen Cellulosegehalt von 4,25 Gew.% anzeigt.
Beispiel 3
Modifizierung der Fließeigenschaften
Dieses Beispiel demonstriert, wie die Viskosität und Fließeigenschaften eines amorphen Gels aus mikrobieller Cellulose durch Zugabe eines Inhaltsstoffes zur Fließmodifizierung modifiziert werden kann.
Ein amorphes Gel wurde durch das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren hergestellt, und der endgültige Cellulosegehalt wurde durch Trocknen von 20 g Aliquots zu 3,95 % bestimmt. Unter Verwendung dieses Gels wurden neun 50 g Proben hergestellt, die 0 bis 40 Gew.% Propylenglycol enthalten. Die Gele wurden gründlich gemischt, um das Propylenglycol zu verteilen, und dann in identische 5 cc Einwegspritzen mit 1,5 mm Spitzenöffnungen (hergestellt von Becton Dickinson, Franklin Lakes, New Jersey; eine 5 ml latexfreie Spritze mit Sliptip) gepackt.
Die minimale Kraft, die zum Ausführen des Materials aus den Spritzen benötigt wurde, wurde mit einem kompakten Kraftmesser (d.h. einer Kraftmeßvorrichtung) gemessen und gegen den Propylenglycolgehalt aufgetragen. Dieses Bild ist in 1 gezeigt. Die Ausführkraft sank anfänglich stark mit der Zugabe des Fließmodifizierers, jedoch verringerte sich der kumulative Effekt, als die Konzentration erhöht wurde. Bei etwa 25 % Propylenglycol näherte sich die Kraft an 4,5 N an, wobei höhere Konzentrationen keinen bemerkenswerten Effekt zeigten. Eine Expellerkraft im Bereich von 10 bis 4 N ist bevorzugt.
Beispiel 4
Zugabe von Wirkstoffen
Dieses Beispiel zeigt, wie die Eigenschaften eines amorphen Gels aus mikrobieller Cellulose durch die Zugabe von Wirkstoffen verändert werden können. Das für dieses Beispiel verwendete amorphe Gel wurde unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens hergestellt.
Die 500 g Gel wurden zur Hälfte geteilt. Die erste Hälfte wurde durch Zugabe von Polyhexamethylenbiguanid (PHMB) in ausreichender Menge modifiziert, um eine 0,25 %ige Konzentration zu erhalten. Die zweite Hälfte des Gels wurde unverändert behalten. Beide Gele wurden durch Gammabestrahlung bei 30 bis 35 kGy sterilisiert. Die Proben wurden dann einem antimikrobiellen Testverfahren unterzogen. Proben von jeweils 10 g Gel wurden mit 105 Kulturen von entweder Staphylococcus aureus oder Escherichia coli geimpft und bei 30°C inkubiert. Die Populationen der Organismen wurden bei Zeit 0 und wiederum nach 24 h gemessen, und die Gesamtmengen des PHMB-behandelten Gels wurden mit der unbehandelten Kontrolle verglichen.
Ergebnisse
Tabelle 1 Bakterielle Inhibierung durch PHMB-enthaltendes amorphes Gel
Das mit 0,25 % PHMB behandelte amorphe Gel reduzierte die bakterielle Population beider Spezies um 99,99 %, wohingegen das unbehandelte amorphe Gel in einer signifikant geringeren Reduktion resultierte.
Beispiel 5
Herstellung eines amorphen Gelwundverbands
Dieses Beispiel demonstriert das Verfahren zur Herstellung eines Wundverbands, der aus amorphem Gel mikrobieller Cellulose besteht. Dieser Wundverband wird die Fähigkeit haben, Feuchtigkeit in Abhängigkeit von dem Zustand der Wunde an die Wundstelle abzugeben oder hiervon zu absorbieren.
Amorphes Gel wurde durch Befolgen des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens hergestellt. Unter Verwendung der 500 g Gel als Grundmaterial und unter Annahme, daß der anfängliche Cellulosegehalt 4 % beträgt, wurden acht Proben im Bereich von 10 bis 10 % Cellulose gemäß der folgenden Tabelle hergestellt: Tabelle 2 Zusammensetzung amorpher Gelproben

* Es wurde jeweils eine Probegetrocknet, um den exakten Cellulosegehalt zu bestimmen.

Diese Proben wurden dann bezüglich ihrer Absorption von einem gesättigten Schwamm und ihrer Abgabe an eine trockene Oberfläche getestet. For den Absorptionstest wurden 5 g Probe des Gels gleichmäßig über ein Kreisfläche von 2 Inch auf einer Lage von Filterpapier verteilt. Das Papier wurde auf der Oberseite eines Schwamms plaziert, der in einem 0,9 %igen Kochsalzlösungsbad bei Raumtemperatur saß. Das Flüssigkeitsniveau wurde bei dem Niveau des Schwamms beigehalten. Proben wurden nach 24 h entfernt und erneut gewogen, um die von dem Gel absorbierte Menge an Kochsalzlösung zu bestimmen, und die Absorption wurde als Prozentanteil des anfänglichen Gewichts der Probe angegeben. 2 zeigt das Absorptionsprofil für dieses Set amorpher Gele. Wie ersichtlich ist verloren Gele, die weniger als 3 Cellulose enthalten, während des Tests Gewicht, was anzeigt, daß Flüssigkeit an den nassen Schwamm abgegeben wurde. Der Wendepunkt der Kurve trat bei etwa 5,5 Gew.% Cellulose auf, und stieg rasch von hier an mit steigendem Cellulosegehalt an.
Abgabetestung wurde durch gleichmäßiges Verteilen einer 5 g Probe des Gels über eine Kreisfläche von 2 Inch Durchmesser auf einem 3 Inch × 3 Inch Stück von vorgewogenem glatten Leder durchgeführt. Die Proben wurden nach 2 h entfernt, und das Leder wurde erneut gewogen, um die an die trockene Oberfläche abgegebene Menge an Feuchtigkeit zu bestimmen. Die Abgabeergebnisse wurden als Prozentanteil des Anfangsgewichts der Probe angegeben und sind in 3 grafisch gezeigt. Die Abgabe verringerte sich nahezu linear bis zu 6 Gew.% Cellulose und verringerte sich dann langsamer bis zu 11 Gew.%.
Unter Verwendung der 2 und 3 kann ein Wundverband entwickelt werden, der sowohl Absorption und Abgabe zur Verfügung stellt. Um eine meßbare Absorption zu haben, müßte das Gel ein Minimum von 4 % Cellulose besitzen, und das Gel würde weniger als 6 % Cellulose benötigen, um signifikant abzugeben. Daher sollte ein Wundverbandgel zwischen 4 und 6 % Cellulose enthalten, um die natürlichen Flüssigkeits-Handhabbarkeitsfähigkeiten der mikrobiellen Cellulosematrix zu optimieren.

Claims

Amorpher Gelwundverband aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs, der bei einer Temperatur von 25°C und Atmosphärendruck nicht formstabil ist, mit einem Cellulosegehalt von 1,0 bis 99 Gew.%.
Wundverband nach Anspruch 1 mit einem Cellulosegehalt von 3 bis 12 Gew.%.
Wundverband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Inhaltsstoff zur Fließmodifizierung.
Wundverband nach Anspruch 3, wobei der Inhaltsstoff für die Fließmodifizierung ein Polyol ist.
Wundverband nach Anspruch 4, wobei das Polyol in dem Verband zu 5 bis 50 Gew.% vorliegt und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Propylenglykol, Glycerin, Polyethylenglykol und Sorbitol.
Wundverband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Konservierungsmittel.
Wundverband nach Anspruch 6, wobei das Konservierungsmittel ein oder mehrere Vertreter der folgenden Gruppe ist: Chlorhexidindigluconat, Polyhexamethylenbiguanid-hydrochlorid oder Silberverbindungen.
Wundverband nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen oder mehrere Wirkstoffe.
Wundverband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder mehrere Wirkstoff (e) ausgewählt wird (werden) aus der Gruppe bestehend aus antimikrobiellen Mitteln, Antibiotika, antiviralen Mitteln, Enzymen, Proteinen und Wachstumsfaktoren.
Wundverband nach Anspruch 9, wobei das Antibiotikum, antimikrobielle Mittel oder antivirale Mittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Bacitracin, Polymixin B, Gentamicin, Chloramphenicol, Mupirocin, Neomycin, Silbersulfadizin, Gramicidin, Ofloxicin, Tetracyclin, Streptomycin, Fluorchinolonen, Ganciclovir, Acyclovir, Clindamycin, Clortimazol, Econazol, Ketoconazol, Miconazol, Nystain, Terbinafin, Tolnaftat, Undecylensäure, Gentamycinsulfadiazin, Dapson, Ampicillin, Amphotericin B, Silberhalogeniden, Silberprotein, kolloidalem Silber und Erythromycin.
Wundverband nach Anspruch 9, wobei die Enzyme, Proteine und Wachstumsfaktoren ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Kollagenase, Papain, Fibrinolysin, Desoxyribonuklease, von Plättchen abgeleitetem Wachstumsfaktor (PGDF), epidermem Wachstumsfaktor (EGF), sauren und basischen Fibroblastwachstumsfaktoren (FGF-1 und FGF-2), insulinartigen Wachstumsfaktoren 1+2 (IGF-1 und IGF-2), vaskulärem Endothel-Wachstumsfaktor (VEGF), Nervenwachstumsfaktor (NGF), Tumorangiogenesefaktor (TAF), Corticotropin-freisetzendem Faktor (CRF), Interleukin-8 (IL-8), Granulocyt-Macrophagenkolonie-stimulierendem Faktor (GM-CSF), transformierenden Wachstumsfaktoren alpha und beta (TGF-alpha und TGF-beta), knochenmorphogenem Protein (BMP), Interferonen, Interleukinen und Albumin.
Wundverband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verband aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs 40 bis 85 % seines Flüssiggewichts abgibt und etwa 10 bis 50 % seines Gewichts absorbiert.
Wundverband nach Anspruch 12, wobei der Verband aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs 50 bis 65 % seines Flüssiggewichts abgibt und etwa 15 bis 35 % seines Gewichts absorbiert.
Verfahren zur Herstellung eines amorphen Gelwundverbands aus Cellulose mikrobiellen Ursprungs, umfassend: Herstellen einer mikrobiellen Cellulosepellicula; Isolieren der Pellicula mit einem Cellulosegehalt im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 1 Gew.%; und Naßmahlen der Pellicula, um ein amorphes Gel mit einem Cellulosegehalt von 1 bis 99 Gew.% herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das mikrobielle Cellulosepellicula aus Acetobacter xylinum erhalten wird.
Verwendung des Wundverbands nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für die Herstellung eines Medikaments, das zur Behandlung chronischer Wunden nützlich ist.