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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wundverbandmaterialien und
insbesondere auf neue Materialien zur gesteuerten Freisetzung von
therapeutischen Wirkstoffen in Wunden.
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Bei
Säugetieren
löst eine
Verletzung eine organisierte, komplexe Kaskade von zellulären und
biochemischen Ereignissen aus, die zu einer geheilten Wunde führen. Die
Wundheilung ist ein komplexer, dynamischer Prozess, der zu der Wiederherstellung des
anatomischen Fortbestehens und der Funktion führt; eine ideale geheilte Wunde
ist eine, die zu einer normalen anatomischern Struktur, Funktion
und Erscheinung zurückgekehrt
ist.
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Eine
Infektion von Wunden durch Bakterien verzögert den Heilungsprozess, da
Bakterien mit Makrophagen und Fibroblasten, deren Aktivitäten für die Heilung
der Wunde wesentlich sind, um Nährstoffe und
Sauerstoff kompetieren. Zu einer Infektion kommt es, wenn Bakterien
die Oberhand über
die systemischen und lokalen Faktoren der Wirtsabwehr erlangen.
Eine Infektion ist deshalb ein Ausdruck eines gestörten Gleichgewichts
zwischen Wirt und Bakterien zugunsten der eindringenden Bakterien. Dies
löst eine
systemische septische Antwort aus und hemmt auch die Vielzahl von
Prozessen, die an der Wundheilung beteiligt sind. Schließlich kann
die Infektion zu einer verlängerten
Entzündungsphase führen und
dadurch die Heilung verlangsamen oder sie kann eine weitere Nekrose
der Wunde verursachen. Die Granulationsphase des Heilungsprozesses wird
erst anfangen, nachdem die Infektion nachgelassen hat.
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Das
Gewebe aller chronisch kontaminierten Wunden enthält eine
Bakterienflora. Diese Bakterien können dem Patienten zueigen
sein oder sie könnten für die Wunde
exogen sein. Der Verschluss und schließlich das Heilen der Wunde
beruht oft auf der Fähigkeit
eines Arztes, den Umfang der Bakterienflora zu steuern.
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Wenn
Kliniker so früh
wie möglich
auf eine Wundinfektion reagieren könnten, könnte die Infektion topisch
behandelt werden, anstatt dass Antibiotika verwendet werden müssen. Dies
würde auch
zu weniger klinischer Intervention oder Hospitalisierung führen und
würde die
Verwendung von Antibiotika sowie andere Komplikationen einer Infektion
vermindern.
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Gebräuchliche
Verfahren, die verwendet werden, um eine bakterielle Infektion zu
identifizieren, beruhen hauptsächlich
auf einer Beurteilung des Geruchs oder der Erscheinung einer Wunde.
Mit Erfahrung ist es möglich,
eine Infektion in einer Wunde anhand bestimmter chemischer Anzeichen
wie etwa Rötung
oder Schmerz zu identifizieren. Einige Kliniker nehmen Abstriche,
die dann im Labor kultiviert werden, um spezielle Organismen zu
identifizieren, diese Technik nimmt jedoch Zeit in Anspruch.
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Schmerz
ist ebenfalls mit infizierten und chronischen Wunden verbunden.
Biochemisch wird Schmerz erlitten, wenn eine Zunahme an Kininen (Bradykinin)
im Bereich der Wunde stattfindet. Kinine werden durch den proteolytischen
Abbau von Kininogen produziert, und die Protease, die dafür verantwortlich
ist, ist Kallikrein. Kallikrein stimuliert auch die Produktion von
Gewebeplasminogenaktivator (tissue plasminogen activator, t-PA).
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Es
ist jetzt entdeckt worden, dass Wundflüssigkeit aus Wunden, die klinisch
scheinbar nicht infiziert sind, die jedoch dabei sind, innerhalb
weniger Tage infiziert zu sein, erhöhte Werte für die Aktivität der Elastase
von Neutrophilen und hohe Werte für andere Entzündungsenzyme
aufweisen können,
wie etwa Proteasen aus Makrophagen, anderen Proteasen aus Neutrophilen,
bakterieller Kollagenase, Plasmin, Hyaluronidase, Kallikrein oder
t-PA.
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Weiterhin
tritt bei chronischen Wunden, wie etwa venösen Ulcera, Druckgeschwüren und
diabetischen Ulcera, ein gestörter
Wundheilungsstoffwechsel sogar dann auf, wenn keine Infektion vorhanden ist.
Insbesondere ist eine Wundchronizität verbunden mit erhöhten Werten
für Proteaseenzyme
in der Wunde, welche die normalen Prozesse der Gewebebildung und
des Schließens
der Wunde stören.
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Es
ist bekannt, antimikrobielle Wundverbände verfügbar zu machen. Beispielsweise
sind solche Verbände
bekannt, die eine flüssigkeitsdurchlässige Wundkontaktschicht,
eine absorbierende Zwischenschicht und ein äußere flüssigkeitsundurchlässige Stützschicht
aufweisen, bei denen eine oder mehrere der Schichten einen antimikrobiellen
Wirkstoff enthalten. Beispielsweise beschreibt
EP 0 599 589 geschichtete Wundverbände mit
einer Wundkontaktschicht aus einem makromolekularen Hydrokolloid, mit
einer absorbierenden Schicht und einem durchgängigen, mikroporösen Blatt
zwischen der Wundkontaktschicht und der absorbierenden Schicht.
Die absorbierende Schicht enthält
einen antimikrobiellen Wirkstoff mit kleinem Molekulargewicht, der
in die Wunde diffundieren kann.
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Die
WO 02/38097 beschreibt Wundverbände,
welche ein flüssigkeitsdurchlässiges Oberblatt umfassen,
das eine der Wunde zugewandte Oberfläche und eine rückseitige
Oberfläche
aufweisen, und eine Hydrogelschicht auf der der Wunde zugewandten
Oberfläche
des Oberblatts. Das Oberblatt ist dazu eingerichtet, den Durchtritt
von Flüssigkeit
von der hinteren Oberfläche
zu der der Wunde zugewandten Oberfläche zu unterbinden oder zu
begrenzen. Die Hydrogelschicht ist ein unlösliches Hydrogel, das dazu
eingerichtet ist, eine feuchte Wundheilungsumgebung an der Wundoberfläche zu bewahren.
Das Hydrogel kann therapeutische Wirkstoffe, wie etwa antimikrobielle
Wirkstoffe, zur verzögerten
Freisetzung in die Wunde enthalten.
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Frühere antimikrobielle
Wundverbände
hatten den Nachteil, dass die Freisetzung des antimikrobiellen Wirkstoffs
relative wenig auf den Grad der Infektion der zu behandelnden Wunde
reagiert hat. Dies ist nicht wünschenswert,
da dies zu resistenten Mikroorganismen führen kann, und auch, weil jede unnötige Medikation
die Prozesse der Wundheilung behindern können.
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Unter
einem ersten Aspekt macht die Erfindung eine Wundverband verfügbar, welcher
einen therapeutischen Wirkstoff und eine Matrix umfasst, welche
Polymere umfasst, die durch Quervernetzungen verbunden sind, welche
Oligopeptidsequenzen umfassen oder daraus bestehen, die durch eine
Protease spaltbar sind, die mit Wundflüssigkeit im Zusammenhang steht,
so dass die Freisetzungsrate des therapeutischen Wirkstoffs in Gegenwart
der Protease zunimmt.
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Vorzugsweise
besteht die Matrix aus quervernetzten Polymeren und wahlweise auch
dem therapeutischen Wirkstoff.
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Vorzugsweise
hängt die
Protease mit einer Störung
der Wundheilung zusammen, z.B. einer Infektion oder einer Ulkusbildung
(Wundchronizität). Auf
diese Weise kann die Freisetzungsrate des therapeutischen Wirkstoffs
zunehmen, wenn die Wunde infiziert ist oder es sich um eine chronische
Wunde handelt.
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Durch
eine „Zunahme" der Freisetzungsrate des
therapeutischen Wirkstoffs wird die Situation eingeschlossen, in
der die Freisetzungsrate des therapeutischen Wirkstoffs mindestens
um das 1,5-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9-, 10- oder 15fache zunimmt.
Vorzugsweise findet ohne die Protease keine Freisetzung des therapeutischen
Wirkstoffs statt.
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Durch „eine Protease,
die mit einer Wundinfektion zusammenhängt" werden Proteasen eingeschlossen, die
während
einer Infektion erhöht
sind, und Proteasen, die in Wunden erhöht sind, die klinisch scheinbar
nicht infiziert sind, die jedoch dabei sind, innerhalb weniger Tage
infiziert zu sein. Auf ähnliche
Weise werden durch „eine
Protease, die mit einer Ulkusbildung zusammenhängt" Proteasen eingeschlossen, die in chronischen
Wunden erhöht
sind.
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Das
Prinzip, das der vorliegenden Erfindung unterliegt, ist, dass sich
die quervernetzten Polymere sowohl wie ein Enzymsensor als auch
wie ein enzymabhängiges
Abgabesystem verhalten würden.
Fehlt die Zielprotease, bleiben die Oligopeptidsequenzen intakt,
wodurch die Porengröße klein
bleibt und die Freisetzung des therapeutischen Wirkstoffs verhindert
(oder mindestens bei niedrigen Werten gehalten) wird. Bei erhöhten Proteasewerten
(z.B. bei einer Wundinfektion oder Wundchronizität) werden die Oligopeptidsequenzen
hydolysiert, was zu einer erhöhten
Porengröße und Permeabilität führt. Der
therapeutische Wirkstoff wird dann aus dem Verband freigesetzt,
so dass er frei ist, um in die Wunde einzuwandern. Auf diese Weise
nimmt die Abgabe des therapeutischen Wirkstoffs in Gegenwart der
Protease zu, so dass, falls die Wunde infiziert ist (einschließlich, wie
oben angegeben, wenn eine Protease, die mit einer Infektion zusammenhängt, in
einer Wunde, die klinisch scheinbar nicht infiziert ist, die jedoch
dabei ist, innerhalb weniger Tage infiziert zu sein, erhöht ist)
oder es sich um einer chronische Wunde handelt, die Abgabe des therapeutischen Wirkstoffs
zunimmt.
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Der
Begriff „Polymer", wie hier verwendet, schließt Homopolymere
und Copolymere ein (z.B. Zufalls-Copolymere, alternierende Copolymere
und Block-Copolymere).
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Obwohl
Polymere, die durch die Zielprotease abgebaut werden, verwendet
werden könnten,
wird bevorzugt, dass die Polymere durch die Zielprotease oder andere
Faktoren (z.B. andere Proteasen), die in der Wundumgebung vorhanden
sein könnten,
nicht abgebaut werden.
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Theoretisch
kann jedes Polymer verwendet werden, das Gruppen enthält, an welche
die reaktiven Gruppen angefügt
werden können,
obwohl die Fachperson natürlich
erkennen wird, dass Überlegungen
wie etwa eine Toxizität
in Betracht gezogen werden sollten. Ähnlich sollten die verwendeten
Polymere nicht immunogen sein.
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Bei
Auswählen
eines Polymers können
Ladung und Größe wichtig
sein, da eine Zunahme der Kristallinität zu einer Zunahme der Ordnung
führt und deshalb
die Permeabilität
der Sperrschicht reduziert. Je länger
die Polymere sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie sich
physisch (physikalisch) verflechten und folglich ist es weniger
wahrscheinlich, dass sie auseinander fallen. In dieser Hinsicht
wird bevorzugt, dass kurze Polymere (d.h. 5-50 Monomere) verwendet
werden.
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Vorzugsweise
wird ein polyfunktionelles Polymer verwendet, da die Porengröße kleiner
sein wird und die Fähigkeit,
den therapeutischen Wirkstoff zurückzuhalten wenn die Protease
fehlt, größer sein wird.
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Vorzugsweise
sind die Polymere nicht-ionische oberflächenaktive Agenzien, polyalkoxylierte Alkohole,
Alkyl- oder Dialkyl-Polyglyzerinverbindungen, polyethyloxylierte
Alkohole, Polymere (einschließlich
Homopolymere und Copolymere) von Acrylamid (z.B. N-(2-Hydroxypropyl)methacrylamid (HPMA),
Polynukleotide, Polypeptide oder Kohlenhydrate.
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Vorzugsweise
sind die Polymere synthetische Polymere. Beispiele für synthetische
Polymere schließen
Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol, PVP, Polyolefine, Fluorpolymere,
Hydropolymere aus Vinylestern, Vinylethern, Carboxyvinylmonomeren, Methacrylsäure, Acrylamid,
N-Vinylpyrrolidon, Acylamidopropane, Acylamidopropan, PLURONIC,
Maleinsäure,
N,N-Dimethylacrylamid,
Diacetonacrylamid, Acryloyl, Morpholin und Mischungen daraus sowie oxidierte
regenerierte Zellulose ein.
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Alternativ
können
natürliche
Polymere, wie etwa Kohlenhydrate (z.B. Dextran, Chitine oder Chitosan),
natürliche
Peptide oder Proteine (Kollagene, Elastin, Fibronektin oder sogar
lösliche
Proteine wie etwa Albumin) oder halbsynthetische Peptide (hergestellt
durch Verwendung eines Peptidsynthesegeräts oder durch rekombinante
Techniken) verwendet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung
werden Polymere von N-(2-Hydroxypropyl)methacrylamind (HPMA) verwendet.
In diesem Zusammenhang wird Bezug genommen auf Ulbrich et al. (1980)
Biomaterials 1, 199-204, worin die Quervernetzung von HPMA-Polymeren
durch Peptide ausführlich
beschrieben wird.
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Wie
oben erwähnt
werden die Polymere durch Quervernetzungen verbunden, welche spaltbare
Oligopeptidsequenzen umfassen. Oligopeptide werden im Allgemeinen
definiert als Polypeptide von geringer Länge, typischerweise 20 Aminosäuren oder
weniger. Vorzugsweise bestehen die Oligopeptidsequenzen, die bei
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, aus 3 bis 15 Aminosäuren, vorzugsweise
aus 3 bis 10 Aminosäuren,
besonders bevorzugt aus 3 bis 8 Aminosäuren und noch stärker bevorzugt
aus 4 bis 8 Aminosäuren.
Vorzugsweise bestehen die Oligopeptidsequenzen aus 3, 4, 5, 6, 7 oder
8 Aminosäuren.
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Der
Grad der Quervernetzung der Polymere sollte ausreichend sein, damit
die Freisetzungsrate des therapeutischen Wirkstoffs in Gegenwart
der Protease zunimmt. Vorzugsweise sollte der Grad der Quervernetzung
der Polymere ausreichend sein, um die Matrix für das abzugebende Molekül ausreichend undurchlässig zu
machen, so dass der therapeutische Wirkstoff nur in Gegenwart der
Zielprotease freigesetzt wird. Dies wird von dem Molekulargewicht des
therapeutischen Wirkstoffs abhängen.
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Die
Abbaurate der Matrix wird von einer Reihe von Faktoren abhängen, einschließlich der
Länge der
Oligopeptidsequenzen. Ulbrich et al. merkten an, dass eine Verlängerung
der Peptidlinker durch einen Aminosäurerest, um einen Peptidlinker
von vier Aminosäureresten
zu ergeben, einen deutlichen Anstieg der Rate verursachte, mit der
die polymeren Substrate gespalten wurden. Ulbrich et al. berichteten,
dass eine Verlängerung
der Oligopeptidsequenz zu einer Zunahme der sterischen Hinderung
durch die Polymerkette führte
und folglich zu einer Zunahme der Abbaubarkeit.
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Eine
sterische Hinderung kann auch verringert werden, indem die Oligopeptidsequenz
an das Polymer mittels eines geeigneten Spacers (Abstandhalter)
gekoppelt wird. Folglich können
die Oligopeptidsequenzen mit den Polymeren direkt (in diesem Fall
besteht die Quervernetzung aus der Oligopeptidsequenz) oder über einen
geeigneten Spacer gekoppelt sein.
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Die
folgende Publikation gibt einen nützlichen Überblick über Biokonjugationstechniken
zur Verwendung in der pharmazeutischen Chemie: Veronese, F.M. und
Morpurgo, M. (1999) Bioconjugation in pharmaceutical chemistry II
Farmaco, 54, 497-516. Diese Publikation beschreibt genau die Chemie
von jeder Aminosäure
und welche zur Verwendung bei Biokonjugationstechniken am meisten
geeignet ist. Beispielsweise wird gezeigt, dass eine Konjugation durch
nukleophile bis eletrophile Angriffe auftreten würde. Die Aminosäureseitenketten
R-S-, R-NH2, R-COO- und =R-O- sind zur Biokonjugation
gut geeignet (mit natürlichen
oder synthetischen Molekülen).
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Zusätzlich zeigt
diese Publikation und gibt Beispiele für einen großen Bereich von Strukturen und
chemischen Gruppen, an welche die Peptide (welche Aminogruppen,
z.B. Lysin, Carboxygruppen, d.h. COO-, oder Cysteinylgruppen, d.
h. R-SH, enthalten) binden können.
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Im
Zusammenhang mit Konjugationstechniken siehe auch Ulbrich, K. et
al. (2000) Polymeric drugs based on conjugates of synthetic and
natural macromolecules I. Synthesis and physicochemical characterisation.
Journal of Controlled Release 64, 63-79. Diese Referenz beschreibt,
wie Antikörper, Peptide
oder Proteine mit synthetischen Polymeren (z.B. Poly-HPMA) konjugiert
werden können.
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Die
Abbaurate wird nicht nur von der Anzahl der Aminosäuren abhängen, sondern
auch von der Art der Aminosäuren,
welche die Quervernetzungen umfassen. Die Ursache dieser Abhängigkeit
ist die Substratspezifität
von Proteasen. Der Bereich des Enzyms, wo eine Interaktion mit dem
Substrat stattfindet, ist als das „aktive Zentrum" des Enzyms bekannt.
Das aktive Zentrum erfüllt
eine duale Rolle, d. h. Substratbindung, während die Reaktion, beispielsweise
die Spaltung katalysiert wird. Studien zu den Strukturen der Komplexe
von proteolytischen Enzymen mit Peptiden zeigen, dass das aktive
Zentrum dieser Enzyme relativ groß ist und an verschiedene Aminosäurereste
in dem Peptid bindet. Folglich hängt
die Abbaubarkeit einer bestimmten Bindung in einer Peptidkette nicht
nur von der Art der Struktur neben der gespaltenen Bindung ab, sondern
auch von der Art der Aminosäurereste,
die relativ abseits von der gespaltenen Bindung liegen, aber einen wichtigen
Anteil am Halten des Enzyms in seiner Position während der Hydrolyse haben.
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Die
Struktur der Oligopeptidsequenzen muss so ausgewählt werden, dass sie mit der
des aktiven Zentrums der Protease, welche für den Abbau verantwortlich
ist, korrespondieren. Die Protease kann eine Protease aus dem Wirt
sein oder eine Protease, die durch Pathogene (z.B. Bakterien) am
Ort der Infektion produziert wird. Beispiele derartiger Enzyme schließen folgende
ein, ohne darauf beschränkt
zu sein: Matrix-Metalloproteinasen und andere Proteasen, die Bestandteil
der extrazellulären
Matrix sind (einschließlich
Kollagenasen, Stromelysine, Matrilysin, Gelatinasen und Elastasen),
lysosomale Enzyme (einschließlich
Cathepsin), Serinproteasen und andere Enzyme der Gerinnungskaskade
(wie etwa Thrombin), Enzyme des endoplasmatischen Reticulums (wie
etwa Cytochrom-P450-Enzyme, Enzyme zur hydrolytischen Reaktion und
Enzyme zur Konjugationsreaktion), unspezifische Aminopeptidasen und
Esterasen, Carboxypeptidasen, Phosphatasen und glykolytische Enzyme.
Eine thrombinartige Alanin-Aminopeptidase und eine elastaseartige
enzymatische Aktivität
ist bei bakteriellen Infektionen häufig und die Aminosäurespaltungssequenzen
solcher Enzym sind gut dokumentiert. Die WO 00/64486 offenbart Aminosäurespaltungssequenzen
von verschiedenen Enzymen, die mit einer Wundinfektion in Zusammenhang
stehen.
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Vorzugsweise
ist die Protease eine Protease aus Makrophagen oder Neutrophilen
oder eine menschliche oder bakterielle Kollagenase oder Gelatinase.
Die Proteasen aus Makrophagen und Neutrophilen schließen Elastase,
Matrix-Metalloproteinase-9 (MMP-9), MMP-8, Cathepsin G, MMP-12,
Kaspasen und Mischungen daraus ein.
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Vorzugsweise
ist die Protease eine Kollagenase, eine Gelatinase, eine Elastase,
eine Matrix-Metalloproteinase,
Stromelysin, Cathepsin G, Thrombin oder eine Kaspase.
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In
einer Ausführung
ist die Protease eine Elastase und die Oligopeptidsequenz umfasst
oder besteht aus lys-gly-ala-ala-ala-lys, -Ala-Ala-Ala-, Ala-Ala-Pro-Val,
Ala-Ala-Pro-Leu, Ala-Ala-Pro-Phe, Ala-Ala-Pro-Ala
oder Ala-Tyr-Leu-Val.
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Vorzugsweise
ist die Oligopeptidsequenz durch Elastase, aber nicht durch MMP,
wie z.B. MMP-2 oder MMP-9, spaltbar.
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In
einer anderen Ausführung
ist die Protease eine Matrix-Metalloproteinase und die Oligopeptidsequenz
umfasst oder besteht aus -Gly-Pro-Y-Gly-Pro-Z-, -Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-Z-, -Gly-Pro-Ile-Gly-Pro-Z-
oder -Ala-Pro-Gly-Leu-Z-, wobei Y und Z Aminosäuren sind.
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In
einer weiteren Ausführung
ist die Protease eine Kollagenase und die Oligopeptidsequenz umfasst
oder besteht aus -Pro-Leu-Gly-Pro-D-Arg-Z-, ProLeu-Gly-Leu-Leu-Gly-Z-, -Pro-Gln-Gly-Ile-Ala-Gly-Trp-, -Pro-Leu-Gly-Cys(Me)-His-, -Pro-Leu-Gly-Leu-Trp-Ala-, Pro-Leu-Ala-Leu-Trp-Ala-Arg-
oder -Pro-Leu-Ala-Tyr-Trp-Ala-Arg-, wobei Z eine Aminosäure ist.
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In
einer weiteren Ausführung
ist die Protease eine Gelatinase und die Oligopeptidsequenz umfasst oder
besteht aus -Pro-LeuGly-Met-Trp-Ser-Arg-.
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In
einer weiteren Ausführung
ist die Protease ein Thrombin und die Oligopeptidsequenz umfasst oder
besteht aus -Gly-Arg-Gly-Asp-, -Gly-Gly-Arg-, Gly-Arg-Gly-Asp-Asn-Pro-,
-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-, Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Lys-,
-Gly-Pro-Arg-, Val-Pro-Arg- oder Phe-Val-Arg-.
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In
einer weiteren Ausführung
ist die Protease ein Stromelysin und die Oligopeptidsequenz umfasst oder
besteht aus -Pro-TyrAla-Tyr-Trp-Met-Arg-.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist die Protease Elastase und die Polymere sind HPMA-Polymere
und die Oligopeptidsequenzen umfassen oder bestehen aus lys-gly-ala-ala-ala-lys, -Ala-Ala-Ala-,
Ala-Ala-Pro-Val, Ala-Ala-Pro-Leu, Ala-Ala-Pro-Phe, Ala-Ala-Pro-Ala oder Ala-Tyr-Leu-Val.
Vorzugsweise koppeln die Oligopeptidsequenzen direkt an die HPMA-Polymere
(d.h. ohne das Vorhandensein von Spacern). In diesem Beispiel können die
terminalen Lysine hinzugegeben werden, um das Peptid an das Polymer
zu binden.
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Vorzugsweise
sind die Oligopeptidsequenzen durch nur eine Protease, die mit Wundflüssigkeit in
Zusammenhang steht, vorzugsweise Elastase, spaltbar. Alternativ
können
die Oligopeptidsequenzen durch zwei, drei oder mehr Proteasen, die
mit Wundflüssigkeit
in Zusammenhang stehen, spaltbar sein.
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Die
Gestaltung der verbindenden Oligopeptidsequenz ist wichtig, da sie
nicht nur eine hydrolysierbare Sequenz enthalten muss, die in Gegenwart der
Protease gespalten werden würde,
sondern auch eine terminale Aminosäure, die leicht mit den eingesetzten
Polymeren oder mit einem Spacer konjugiert werden kann. Beispiele
für reaktive
Aminosäuren,
die verwendet werden könnten,
um die Oligopeptidsequenzen an die Polymere oder an die Spacer zu
binden, schließen
Cystein und Lysin ein.
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Der
therapeutische Wirkstoff kann zum Beispiel ein antimikrobieller
Wirkstoff und/oder ein schmerzlindernder Wirkstoff sein. Der antimikrobielle Wirkstoff
kann zum Beispiel ein Antiseptikum, ein Antibiotikum oder Mischungen
davon umfassen.
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Bei
der Auswahl von einem oder mehreren therapeutischen Wirkstoffen
zur Verwendung mit den Wundverbänden
der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass größere Moleküle eingesetzt
werden (z.B. Moleküle
mit einem Molekulargewicht von mindestens 500, 1000, 5000, 10000
oder 20000). Kleine Moleküle
können
durch die Matrix dringen, wohingegen größere Moleküle, wie z.B. Chlorhexidin,
für diese
Art der Anwendung besser geeignet sein können. Biologisch abbaubare
Partikel und kolloidales Silber sind geeignet. Obwohl bevorzugt
wird, dass der therapeutische Wirkstoff ein Wirkstoff ist, der nicht
durch die Matrix dringen kann, sollte dennoch erkannt werden, dass
kleine Moleküle,
wie z.B. Silbersalze, eingesetzt werden können, da die Freisetzung von
solchen therapeutischen Wirkstoffen dennoch in einem gewissen Ausmaß eine Antwort
auf Proteasewerte sein kann, da in Gegenwart von erhöhten Werten
der Zielprotease die Quervernetzungen gespalten werden, was zu einem
Anstieg der Freisetzungsrate des therapeutischen Wirkstoffs führt. Weiterhin
wird, wenn ein polyfunktionales Polymer verwendet wird, die Porengröße der Matrix
kleiner sein und somit wird die Fähigkeit der Matrix, den therapeutischen
Wirkstoff zurückzuhalten,
in Abwesenheit der Protease höher
sein. Darüber
hinaus wird, wie oben bemerkt, der Grad der Quervernetzung die Durchlässigkeit
der Matrix beeinflussen.
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Bevorzugte
Antibiotika schließen
antimikrobielle Peptide (z.B. Defensine, Magainin, sythetischen
Derivate davon), Tetrazykline, Penizilline, Terramyzine, Erythromyzin,
Bacitracin, Neomycin, Polymycin B, Mupirocin, Clindamycin und Mischungen davon
ein. Bevorzugte Antiseptika schließen Silbersulfadiazin, Chlorhexidin,
Povidonjodid, Triclosan, andere Silbersalze, Sucralfat, quaternäre Ammoniumsalze
und Mischungen davon ein. Der schmerzreduzierende Wirkstoff kann
ein Analgetikum oder ein lokales Anästhetikum sein.
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Der
therapeutische Wirkstoff kann in die Matrix der Erfindung aufgenommen
sein oder alternativ kann er hinter der Matrix in einer „Spenderschicht" platziert sein.
In einer Ausführung
des ersten Aspekts der Erfindung ist also der therapeutische Wirkstoff
in die Matrix aufgenommen. Für
eine leichte Freisetzung des therapeutischen Wirkstoffs nach Zunahme der
Ziel-Protease sollte
der therapeutische Wirkstoff nicht kovalent an die Matrix binden.
Wenn z.B. das Molekül,
das abgegeben werden soll, relativ inert ist, könnte es während der Herstellung in die
Formulierung gemischt werden. Silber ist ein Beispiel für ein Molekül, das auf
diese Weise abgegeben werden könnte.
Die Wundkontaktschicht des Verbands kann die Matrix, in welche der
therapeutische Wirkstoff aufgenommen worden ist, umfassen oder daraus
bestehen. Alternativ kann der Verband eine flüssigkeitsdurchlässige Wundkontaktschicht,
eine Zwischenschicht (welche eine absorbierende Schicht sein kann),
die eine Matrix umfasst oder daraus besteht, in die der therapeutische
Wirkstoff aufgenommen worden ist, und eine äußere flüssigkeitsundurchlässige Stützschicht
umfassen. Nach dem Abbau der Matrix durch Proteasen, die in der
Wundflüssigkeit
enthalten sind, kann der therapeutische Wirkstoff, der in der Zwischenschicht
enthalten ist, in die Wunde diffundieren.
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Eine
weitere Ausführung
des ersten Aspekts der Erfindung macht einen Wundverband verfügbar, welcher
eine Sperrschicht umfasst, die die quervernetzte Matrix der Erfindung
umfasst, wobei die Sperrschicht dazu da ist, den therapeutischen
Wirkstoff im Wundverband anfangs von der Wundflüssigkeit zu trennen, wenn sie
eingesetzt wird. Geeigneterweise besteht die Sperrschicht aus der
Matrix.
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Die
Sperrschicht ist vom therapeutischen Wirkstoff getrennt und der
therapeutische Wirkstoff wird anfangs durch die Sperrschicht davon
abgehalten, auf die Wundflüssigkeit
zu treffen. Das bedeutete, dass die biologische Verfügbarkeit
des therapeutischen Wirkstoffs für
die Wundoberfläche
niedrig ist, bis die Peptid-Quervernetzungen im Sperrmaterial durch
das Enzyme aufgebrochen wurden; zu diesem Zeitpunk nämlich steigt
die biologische Verfügbarkeit des
therapeutischen Wirkstoffs an. Da die Proteasewerte bei chronischen
und infizierten Wunden erhöht sind,
macht dies eine beschleunigte und/oder selektive Freisetzung des
therapeutischen Wirkstoffs in solche Wunden verfügbar. Die Sperrschicht ist
normalerweise im Wesentlichen undurchlässig für Wundflüssigkeit und unlöslich darin,
außer
die Wundflüssigkeit
enthält
eine ausreichende Menge des vorgegebenen Enzyms, um das Substratmaterial
abzubauen.
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Die
Sperrschicht ist vorzugsweise ungefähr 0,1 bis 3 mm dick. Vorzugsweise
ist sie ungefähr
0,5 bis 1,5 mm dick. Die quervernetzten Polymere können in
einer filmbildenden Zusammensetzung mit Polymermaterial, Weichmachern
und Benetzungsmitteln kombiniert werden. Geeignete Polymere schließen Alginate, Guargummi, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose,
Hydroxypropylmethylcellulose, Johannisbrotgummi, Carrageenan, Chitosan,
Heparansulfat, Dermatansulfat, Glycosaminoglycane wie z.B. Hyaluronsäure, Proteoglykane
und Mischungen davon ein. Geeignete Weichmacher schließen C2-C3-Polyhydroxyalkohole
wie z.B. Glycerin ein. Vorzugsweise machen die quervernetzten Polymere mindestens
ungefähr
10 Gew.-% aus, stärker bevorzugt
machen sie mindestens ungefähr
20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 Gew.-% der filmbildenden Zusammensetzung
aus.
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Bei
bestimmten Ausfüqhrungen
umfasst die Sperrschicht einen im Wesentlichen durchgängigen Film,
der die filmbildende Zusammensetzung der quervernetzten Polymere,
wie oben beschrieben, umfasst.
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In
anderen Ausführungen
umfasst die Sperrschicht ein Blatt mit Öffnungen mit einer Zusammensetzung,
die die quervernetzten Polymere umfasst, die darauf in okklusiver
Art und Weise aufgebracht ist. Die okklusive Zusammensetzung kann
der filmbildenden Zusammensetzung, wie oben beschrieben, ähnlich sein.
In diesen Ausführungen
machen die Öffnungen
typischerweise von ungefähr
0,1 % bis ungefähr
50% des Gebiets der Oberfläche
des Blattes aus, die der Wunde zugewandt ist, bevor es aufquillt, noch
typischer ist, dass sie von ungefähr 1 % bis ungefähr 30% des
Gebiets des Blattes mit Öffnungen ausmachen,
und vorzugsweise machen sie von ungefähr 10% bis ungefähr 25% des
Gebiets des Blattes mit Öffnungen
aus. Typischerweise weist das Blatt mit Öffnungen von ungefähr 1 bis
ungefähr
30 Öffnungen
pro cm2 auf, z.B. von ungefähr 4 bis
ungefähr
15 Öffnungen
pro cm2 oder von ungefähr 5 bis ungefähr 10 Öffnungen
pro cm2. Bei bestimmten Ausführungen
sind die Öffnungen
gleichmäßig über die Oberfläche des
Blattes verteilt, vorzugsweise in einem regelmäßigen Muster. Die mittlere
Fläche
von jeder Öffnung
kann z.B. von ungefähr
0,01 bis ungefähr
10 mm2 betragen, vorzugsweise von ungefähr 0,1 bis
ungefähr
4 mm2 und noch stärker bevorzugt von ungefähr 1 mm2 bis ungefähr 2 mm2.
Man wird erkennen, dass das Blatt mehr als eine Größe und Form
der Öffnung
einschließen
kann, um Öffnungen verfügbar zu
machen, die sich mehr oder weniger schnell öffnen, wenn sie infizierter
Wundflüssigkeit ausgesetzt
werden. Dies ermöglicht
noch mehr Kontrolle über
die Dynamik der Abgabe des therapeutischen Wirkstoffs in die Wunde.
Typischerweise ist das ganze Gebiet der Öffnungen in dem Blatt mit Öffnungen
im Wesentlichen durch das Sperrmaterial blockiert, bevor es Wundexsudat
ausgesetzt wird.
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Vorzugsweise
beträgt
die Dicke des Sperrfilms oder des Blatts mit Öffnungen (von ASTM D374-79)
von ungefähr
0,2 bis ungefähr
5 mm, stärker
bevorzugt von ungefähr
0,4 bis 3 mm.
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In
einer Ausführung
kann das Sperrschichtmaterial zusätzlich zur quervernetzten Matrix
der Erfindung ein Polymer umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend
aus wasserlöslichen
makromolekularen Materialien (Hydrogelen), wie z.B. Natriumalginat,
Natriumhya luronat, Alginat-Derivaten wie z.B. das Propylenglycolalginat,
das in der
EP 0 613 692 beschrieben
wird, und löslichen
Hydropolymeren, die aus Vinylalkoholen, Vinylestern, Vinylethern
und Carboxyvinylmonomeren gebildet werden, Meth(acryl)säure, Acrylamid,
N-Vinylpyrrolidon,
Acylamidopropansulfonsäure,
PLURONIC (eingetragenes Warenzeichen) (Block-Polyethylenglycol, Block-Polypropylenglycol),
Polystyrol-Maleinsäure, N,N-Dimethylacrylamid,
Diacetonacrylamid, Acryloylmorpholin und Mischung daraus. Geeignete
Hydrogele werden auch in der
US
5,352,508 beschrieben.
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In
einer Ausführung
kann das Sperrschichtmaterial zusätzlich zur quervernetzten Matrix
der Erfindung ein Polymer umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend
aus biologisch abbaubaren Polymeren, wie z.B. Polylactid/Polyglycolid,
Kollagen, Gelatine, Polyacrylatgelen, wie z.B. diejenigen, die in
der
EP 0 676 457 beschrieben
wurden, Calciumalginatgele, quervernetzte Hyalurongele, Gele von
Alginatderivaten wie z.B. Propylenglycolalginat und Gele, in denen
das Hydropolymer aus Vinalalkoholen, Vinylestern, Vinylethern und
Carboxyvinylmonomeren gebildet ist, Meth(acryl)säure, Acrylamid, N-Vinylpyrrolidon,
Acylamidopropansulfonsäure,
PLURONIC (eingetragenes Warenzeichen) (Block-Polyethylenglycol, Block-Polypropylenglycol),
Polystyrol-Maleinsäure,
N,N-Dimethylacrylamid,
Diacetonacrylamid, Acryloylmorpholin und Mischungen daraus. Geeignete
Hydrogele werden auch in der
US
5,352,508 beschrieben.
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Das
Sperrschichtmaterial kann weiterhin von ungefähr 5 bis ungefähr 50 Gew.-%
umfassen, vorzugsweise von 15 und 40 Gew.-% auf derselben Grundlage
von einem oder mehreren Benetzungsmitteln wie z.B. Glyzerin. Das
Sperrschichtmaterial kann weiterhin bis zu ungefähr 30 Gew.-% umfassen, stärker bevorzugt
bis zu ungefähr
15% Gew.-% auf derselben Grundlage von Wasser.
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Die
Matrix der Erfindung, die den therapeutischen Wirkstoff umfasst,
kann mit der Sperrschicht in direktem Kontakt sein oder sie kann
von dieser z.B. durch eine absorbierende Schicht getrennt sein.
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Vorzugsweise
umfasst der Wundverband der Erfindung eine absorbierende Schicht
und/oder eine Stützschicht.
Wie aus der Beschreibung oben deutlich wird, kann die absorbierende
Schicht z.B. die Sperrschicht von der quervernetzten Matrix, die
den therapeutischen Wirk stoff enthält, trennen oder alternativ
kann die absorbierende Schicht die quervernetzte Matrix, die den
therapeutischen Wirkstoff enthält,
umfassen.
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Das
Gebiet der optionalen absorbierenden Schicht hat typischerweise
Maße im
Bereich von 1 cm2 bis 200 cm2,
stärker
bevorzugt von 4 cm2 bis 100 cm2.
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Die
optionale absorbierende Schicht kann jedes der Materialien umfassen,
die herkömmlicherweise
zur Absorption von Wundflüssigkeiten,
Serum oder Blut auf dem Gebiet der Wundheilung verwendet werden,
einschließlich
Gaze, nicht-gewebte Stoffe, Superabsorbentien, Hydrogele und Mischungen daraus.
Vorzugsweise umfasst die absorbierende Schicht eine Schicht aus
absorbierendem Schaum, wie z.B. einen offenzelligen hydrophilen
Polyurethanschaum, der in gemäß der
EP 0 541 391 hergestellt wurde.
Bei anderen Ausführungen
kann die absorbierende Schicht ein nicht-gewebtes faseriges Netz sein,
z.B. ein gekämmtes
Netz aus Viskose-Spinnfasern. Das Grundgewicht der absorbierenden
Schicht kann im Bereich von 50 bis 500 g/m
2,
wie z.B. 100 bis 400 g/m
2, liegen. Die Dicke
der unkomprimierten absorbierenden Schicht kann im Bereich von 0,5
mm bis 10 mm, wie z.B. 1 mm bis 4 mm, liegen. Die freie (unkomprimierte)
Flüssigkeitsabsorptionsfähigkeit, die
für physiologischen
Salzlösung
gemessen wurde, kann im Bereich von 5 bis 30 g/g bei 25° liegen.
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Vorzugsweise
umfasst der Wundverband weiterhin eine Stützschicht, die das Sperrblatt
und die optionale absorbierende Schicht auf der Seite abdeckt, die
der Seite des Verbands, die der Wunde zugewandt ist, gegenüber liegt.
Die Stützschicht
macht vorzugsweise eine Sperre gegen das Hindurchtreten von Mikroorganismen
durch den Verband verfügbar und
unterbindet vorzugsweise das Austreten von Wundflüssigkeit
aus dem Verband. Die Stützschicht kann
sich über
mindestens einen Rand des Sperrblatts (falls vorhanden) und die
optionale absorbierende Schicht hinaus erstrecken, um einen mit
Klebemittel beschichteten Rand verfügbar zu machen, der an den
oben genannten Rand angrenzt, um den Verband an eine Oberfläche zu heften,
wie z.B. die Haut eines Patienten, die an die zu behandelnde Wunde angrenzt.
Ein mit Klebemittel beschichteter Rand kann sich an allen Seiten
um das Sperrblatt (falls vorhanden) und die optionale absorbierende
Schicht erstrecken, so dass der Verband ein so genannter Insel-Verband
ist. Es ist jedoch nicht notwendig, dass es dort einen mit Klebemittel
beschichteten Rand gibt.
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Vorzugsweise
ist die Stützschicht
im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig. Die
Stützschicht
ist vorzugsweise halbdurchlässig,
d.h. die Stützschicht
ist vorzugsweise durchlässig
für Wasserdampf,
aber nicht durchlässig
für flüssiges Wasser
oder Wundexsudat. Vorzugsweise ist die Stützschicht auch undurchlässig für Mikroorganismen. Geeignete
durchgängige
entsprechende Stützschichten
werden vorzugsweise eine Feuchtigkeits-Dampf-Durchlässigkeitsrate (moisture vapor transmission
rate, MVTR) der Stützschicht
alleine von 300 bis 5000 g/m2/24 h, vorzugsweise
500 bis 2000 g/m2/24 h bei 37,5°C bei 100%
bis 10% relativer Feuchtigkeitsdifferenz aufweisen. Die Dicke der Stützschicht
liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 1000 Mikrometern, stärker bevorzugt
zwischen 100 und 500 Mikrometern.
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Geeignete
Polymere zum Bilden des Stützblatts
schließen
Polyurethane und Polyalkoxyalkylacrylate und -methacrylate ein,
wie z.B. diejenigen, die in der GB 1 280 631 offenbart wurden. Vorzugsweise
umfasst das Stützblatt
eine durchgängige Schicht
aus einem Polyurethanschaum mit hoher Dichte, der hauptsächlich aus
geschlossenen Zellen besteht. Ein geeignetes Material für das Stützblatt
ist der Polyurethanfilm, der unter dem eingetragenen Markenzeichen
ESTANE 5714F erhältlich
ist.
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Die
Klebeschicht (wo vorhanden) sollte für feuchten Dampf durchlässig sein
und/oder so gemustert sein, dass sie das Durchtreten von Wasserdampf
erlaubt. Die Klebeschicht ist vorzugsweise eine durchgängige, feuchten
Dampf durchlassende, druckempfindliche Klebeschicht vom der Art,
wie sie herkömmlicherweise
für Wundverbände vom „Insel-Typ" verwendet wird,
z.B. ein druckempfindliches Klebemittel auf der Grundlage von Acrylatester-Copolymeren, Polyvinylethylether
und Polyurethan, wie es in der GB 1 280 631 als Beispiel beschrieben
wird. Das Grundgewicht der Klebeschicht beträgt vorzugsweise 20 bis 250
g/m2 und stärker bevorzugt 50 bis 150 g/m2. Druckempfindliche Klebemittel auf der Grundlage
von Polyurethan werden bevorzugt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die Klebeschicht von der absorbierenden Schicht und
dem Umschlag nach außen,
um auf der Stützschicht
einen mit Klebemittel beschichteten Rand um die absorbierende Schicht
herum wie in einem herkömmlichen „Insel-Verband" zu bilden.
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Ebenso
vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sind Ausführungen,
bei denen das Material der quervernetzten Matrix den therapeutischen Wirkstoff
im Wesentlichen einkapselt. Beispielsweise kann der Verband Partikel,
wie z.B. Mikrosphären aus
einem therapeuti schen Wirkstoff (z.B. antimikrobielles Material)
in eine Schicht, die das quervernetzte Matrixmaterial umfasst, eingekapselt
umfassen oder daraus im Wesentlichen bestehen.
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Die
Partikel können
mit jeder geeigneten Technik hergestellt werden, einschließlich beispielsweise
Pulverisierung, Koazervierung oder Zwei-Phasen-Systeme, wie z. B.
in der
US 3,886,084 beschrieben.
Ein Überblick über Techniken
zur Herstellung von mit Arzneistoff versetzten Mikrosphären zur
Abgabe von Arzneistoff wird z.B. in Polymeric Nanoparticles and
Microspheres, Guiot und Couvreur (Hrsg.), CRC Press (1986) gegeben.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Mikropartikeln ist die
Koazervierung, welche besonders geeignet ist zur Bildung von Partikeln
in der bevorzugten Größenordnung
von 100 bis 500 Mikrometern mit einer hohen Ladung an therapeutischen Wirkstoffen.
Koazervierung ist der Begriff, der auf die Fähigkeit einer Reihe von wässrigen
Kolloidlösungen angewendet
wird, sich in zwei flüssige
Schichten zu trennen, eine, die reich ist an kolloidal gelöstem Stoff und
eine, die arm ist an kolloidal gelöstem Stoff. Faktoren, die diese
flüssig-flüssige Phasentrennung
beeinflussen sind folgende: (a) die Kolloidkonzentration, (b) das
Lösungsmittel
des Systems, (c) die Temperatur, (d) die Zugabe eines weiteren Polyelektrolyts und
(e) die Zugabe eines einfachen Elektrolyts zu der Lösung. Koazervierung
kann in zwei grundsätzlichen Arten
vorkommen. Die erste wird „einfache" oder „Salz"-Koazervierung genannt,
bei der die flüssige Phasentrennung
durch die Zugabe eines einfachen Elektrolyten zu einer Kolloidlösung geschieht.
Die zweite wird als „komlexe" Koazervierung bezeichnet, bei
der die Phasentrennung durch die Zugabe einer zweiten Kolloidart
zu einer ersten Kolloidlösung
geschieht, wobei die Partikel der beiden dispergierten Kolloide
entgegengesetzt geladen sind. Im Allgemeinen sind Materialien, die
in der Lage sind, in Lösung eine
elektrische Ladung aufzuweisen (z.B. Materialien, die eine ionisierbare
Gruppe besitzen) koazervierbar. Solche Materialien schließen natürliche und synthetische
Arten von Makromolekülen
ein, wie z.B. Gelatine, Akaziengummi, Tragacanth, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer,
Methylvinylether-Maleinsäureanhydrid-Copolymere,
Polymethacrylsäure
und dergleichen.
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Wenn
vor dem Beginn der Koazervierung ein mit Wasser nicht mischbares
Material, wie z.B. Öl,
als winzige Tröpfchen
in einer wässrigen
Lösung
oder in einem Sol oder in einem eingekapselten Kolloidmaterial dispergiert
wird und dann ein einfacher Elektrolyt, wie z.B. Natriumsulfat,
oder eine andere Art von entgegengesetzt geladenen Kolloiden hinzugegeben wird,
um die Koazervierung auszulösen,
bildet sich das einkapselnde Kolloidmaterial um jedes Öl- töpfchen und kleidet dadurch
jedes der genannten Tröpfchen
in einer flüssigen
Beschichtung des koazervierten Kolloids ein. Die flüssigen Beschichtungen,
die die Öltröpfchen umgeben,
müssen
danach durch Quervernetzung gehärtet
werden, damit Mikrokapseln mit festen Wänden hervorgebracht werden.
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Vorzugsweise
ist der Wundverband gemäß jedes
Aspekts der vorliegenden Erfindung steril und in einem Behälter verpackt,
der für
Mikroorganismen undurchlässig
ist.