DE68921072T2

DE68921072T2 - Endgruppen enthaltende Affinitätsmembranen und Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.

Info

Publication number: DE68921072T2
Application number: DE68921072T
Authority: DE
Inventors: James C Davis
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1988-01-14
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2009-07-14
Also published as: CA1337932C; US4919811A; DE68921072D1; ATE118176T1; EP0407665A1; ES2067544T3; EP0407665B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Filtrationsmembranen, die für die Proteinreinigung entwickelt worden sind, bei denen geringe Proteinbindung durch die Verwendung von Block- Copolymeren aus Polyethylenoxid und Propylenoxid erreicht worden ist. Wenn Proteine irreversibel an bestehende Filtrationsmembranen gebunden werden, ergibt sich eine Abnahme des Durchflusses. Die Erfindung verwendet Polyethersulfone als die Polymer-Matrix, bekannte Materialien, die die erforderliche mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit für eine Membran besitzen, die jedoch von sich aus hydrophob sind und daher leicht durch Protein-Einwirkung faulen. In einer verwandten Arbeit wurde die Polymer-Matrix mit den obigen Copolymeren modifiziert, wodurch sich das Einführen von Eigenschaften ergab, die gegen das Faulen und Verschlechtern resistent sind.
Diese Polymer-Mischung oder Vorläufer-Membranen wurde(n) gemäß der vorliegenden Erfindung weiter modifiziert und sie stellt eine spezifische Bindungsfähigkeit für ein gegebenes Protein oder anderes biologisches Molekül bereit. Die Membranen werden so in einem ersten Verfahren zum Binden spezifischer biologischer Materialien verwendet. Durch die Zugabe eines ersten biologischen Teils, z. B. eines Antigens, wird die Membran dann eine weitere Affinität für einen entsprechenden Antikörper in einem zweiten Verfahren der vorliegenden Erfindung haben.
Affinitätsmembranen werden allmählich weitverbreitet zur Verwendung in Immunaffinitätstests wie den Western Blot- und Southern Blot-Techniken akzeptiert. Dieser Assay-Typ wird zur Zeit für Tests von AIDS, Hepatitis B und anderen bösartigen Blutkrankheiten verwendet. Einzelheiten der Technologie der Affinitätsbindung sind in einer Veröffentlichung zusammengefaßt, betitelt "Affinity Binding An Evolving Technology", vorgetragen von Randall H. Morse auf der 1984 Fourth Annual Membrane Technology/Planning Conference.
Bekannte Polymer-Membranen besitzen mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit, es mangelt ihnen jedoch an Hydrophilie und an Passivität gegenüber Proteinen. So verfault die Membran durch Adsorption von Proteinen oder anderen biologischen Materialien schnell. Verfahrenen zur Modifizierung der Membranen beinhalteten chemische Modifizierung des aromatischen Rings von Polysulfonen durch Sulfonierung, Chlormethylierung, Nitrierung und Friedel-Crafts-Reaktion; Pfropfen eines hydrophilen Materials auf einen vorgeformten Filmträger; direkte Plasma-Polymerisation von Stickstoffenthaltenden Verbindungen auf poröses Polysulfon und Vermischen eines hydrophilen, kompatiblen Additivs wie Polyvinylpyrrolidon mit den Polysulfon.
In spezifischerer Weise ist das Vermischen von Polymeren zur Veränderung des hydrophilen-hydrophoben Gleichgewichts eines Membransystems bekannt. Insofern die meisten Polymere thermodynamisch nicht kompatibel sind, fand Polymer-Vermischen bisher begrenzte Anwendung. Die Auswahlmöglichkeiten geeigneter Polymerer zur Bildung kompatibler Mischungen sind auf Arten beschränkt, bei denen wesentliche Wechselwirkung stattfinden kann. Verschiedene neue Patente haben semipermeable Meinbranen, Ultrafiltrationmenbranen u. dgl. bereitgestellt, und Verfahren für deren Herstellung, welche Vermischen oder Durchmischen von Polymeren umfassen.
US-A-4 046 843 stellt ein Verfahren zur Herstellung semipermeabler Membranen aus einer oder mehreren Mischungen bereit. Eine ist ein wasserunlösliches Hochpolymer (Polysulfon) und ein wasserlösliches Hochpolymer (Polyethylenoxid). Eine andere ist ein wasserunlösliches Hochpolymer (Polysulfon) und ein wasserlösliches oberflächenaktives Mittel, umfassend anionische (Natriumlaurylsulfat), nichtionische (Polyoxyethylen- Laurylether) und natürliche oberflächenaktive Mittel (Saponin). Die Membran wird durch Gießen einer Lösung der vorstehenden Mischung, Bestrahlen des gebildeten Gegenstandes mit einem Plasma zur Vernetzung und anschließendes Waschen des bestrahlten Gegenstandes mit Wasser zur Entfernung des nichtvernetzten, wasserlöslichen Polymers oder wasserlöslichen, oberflächenaktiven Mittels gebildet.
US-A-4 377 481 bezieht sich auf vermischte polymere Membrane, die eine wasserunlösliche Polymermatrix und wasserunlösliches Copolymer umfassen. Das letztere umfaßt ein Acrylat- oder Methacrylat-Monomer, dessen Homopolymer wasserunlöslich und mit der Matrix kompatibel ist, während das zweite Monomer kationische oder anionische Gruppen enthält und das, falls es homopolymerisiert wird, wasserlöslich, jedoch mit der Matrix inkompatibel wäre.
EP-A-0 173 500 offenbart eine chemisch aktive Membran, die zur Bildung von Membranen verwendet werden kann, die mit biologisch aktivem Material reagieren. Die verwendeten Membranen sind Polyamid -Membranen, welche nicht-spezifische Bindungsstellen für Proteine und andere biologische Materialien aufgrund der in Polyamiden vorliegenden Amin- und Carboxylatgruppen aufweisen.
EP-A-0 168 783 offenbart eine Polymer-Mischungs-Membran, umfassend eine Polysulfon-Matrix und ein Polyethylen/Polypropylen-Copolymer.
Trotz des weitverbreiteten Bestehens verschiedener Verfahren zur Extraktion von Proteinen aus Fluiden, der bekannten Filtrationsmembranen und ähnlicher Verfahren, sowie der verschiedenen Techniken zur Modifizierung von Polymer-Membranen, hat die Technik bisher kein Verfahren zur Herstellung von Affinitätssmembranen gefunden, umfassend die Modifizierung von Polymer-Mischungen, um selektive Proteinbindung bereitzustellen. Als ein Ergebnis der vorliegenden Erfindung wurden nicht-faulende Affinitätssmembranen erhalten.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Affinitätssmembranen bereitzustellen, die eine begrenzte Anzahl aktiver Stellen aufweisen, die zur Verfügung stehen, um spezifische Proteine und andere biologische Materialien zu binden.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Affinitätssmembranen bereitzustellen, die sich mit einem ersten biologischen Material, das eine Bindungsfähigkeit aufweist, an ein zweites biologisches Material binden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Affinitätssmembran aus Vorläufer-Membranen, die Hydroxylgruppen tragen, bereitzustellen.
Es ist zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Herstellung und zum Entfernen erster und zweiter biologischer Materialien aus Fluiden unter Verwendung der vorhergehenden Affinitätssmembranen bereitzustellen.
So wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Polymer-Affinitätssmembran bereitgestellt, umfassend eine hydrophile Vorläufer-Filtrationsmembran, die ein wasserunlösliches Polymer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile Vorläufer-Membran umfaßt: (a) 85 bis 30 Gewichtsteile einer wasserunlöslichen Polymermatrix, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polysulfonen und Polyethersulfonen, (b) 15 bis 70 Gewichtsteile eines mit der Matrix kompatiblen Copolymers, welches 40 bis 90 Gew.-% Polyethylenoxid und 60 bis 10 Gew.-% Polypropylenoxid umfaßt, und (c) eine Vielzahl von Reaktionstellen, die auf der Oberfläche der Membran bereitgestellt werden, die selektiv ein spezifisches biologisches Material binden können, wobei die reaktiven Stellen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus organischen Addukten, die aus Hydroxylgruppen synthetisiert werden, die durch das mit der Matrix kompatible Copolymer zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung von Affinitätsmembranen die Stufen der Bereitstellung eines Copolymers, das Polyethylenoxid und Polypropylenoxid umfaßt, welches mit einer wasserunlöslichen Polymermatrix, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polysulfonen und Polyethersulfonen, kompatibel ist, und das eine Vielzahl von Hydroxylgruppen aufweist, Aktivieren der Hydroxylgruppen mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Verbindungen, die mit einer Hydroxylgruppe in Gegenwart eines mit Wasser mischbaren Lösungsmittels reagieren können, um ein derivatisiertes Copolymer bereitzustellen, das aktive Addukte enthält, Bildung einer Lösung aus diesem derivatisierten Copolymer und der Polymermatrix, um eine Polymermischungs-Lösung zu bilden, Gießen der Polymermischungs-Lösung und Abschrecken der gegossenen Polymermischungs-Lösung in Wasser.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung von Affinitätssmembranen die Stufen der Bereitstellung einer Vorläufer-Membran, die eine Vielzahl von Hydroxylgruppen aufweist, und Aktivieren der Hydroxylgruppen mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Verbindungen, die mit einer Hydroxylgruppe reagieren können, um eine derivatisierte Affinitätssmembran bereitzustellen, die aktive Addukte enthält.
Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum selektiven Entfernen biologischer Materialien aus Fluiden die Stufe des Ausbreitens des Fluids über eine Affinitäts-Polymermembran, welche eine Vorläufer-Filtrationsmembran und eine Vielzahl von Reaktionsstellen umfaßt, die an der Oberfläche der Membran bereitgestellt werden, um selektiv ein spezifisches biologisches Material zu binden. Das Verfahren kann ebenfalls die Membran und gebundenes biologisches Material verwenden, um ein zweites biologisches Material zu entfernen, zu dein das erste gebundene Material eine Affinität aufweist.
Diese und andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung, zusam-men mit deren vorteilen gegenüber bestehenden Filtrationsmembranen und Verfahren für deren Herstellung und Verwendung, die aus der nachfolgenden Beschreibung klar ersichtlich werden, werden durch die nachstehend beschriebene und beanspruchte Erfindung gelöst bzw. erreicht.
Die Affinitätssmembranen der vorliegenden Erfindung sind zur Filtration von Teilchen, die zwischen etwa 500 Millimikroineter und 10 um fallen, befähigt. Diese Bereiche treffen für Teilchen zu, die mit Ultrafiltrationsmembranen sowie mit Mikrofiltern filtrierbar sind, und doch sind die vorliegenden Membranen nicht als irgendein Typ der beiden Typen zu bezeichnen. Gemäß der vorhergehenden Definition soll in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen auf Filtrationsmembranen und Affinitätssmembranen Bezug genommen werden.
Wie vorstehend festgestellt wurde, stellt die vorliegende Erfindung nicht-faulende Affinitäts-Polymer-Membranen bereit, die modifiziert werden können, um eine Vielzahl spezifischer Proteine oder anderer biologischer Materialien zu binden. Bisher war es nicht leicht möglich, Proteine unter Verwendung einer Polysulfon-Membran zu filtrieren und zu konzentrieren, da sich das Protein an die Membran unter Verstopfen der Poren bindet. Wie vorstehend festgestellt wurde, basieren die Membranen der vorliegenden Erfindung auf einer Vorläufer-Membran, umfassend ein Matrix-Polymer, das mit einem kompatiblen Co-Polymer vermischt ist. Das Matrix-Polyiner ist ein Polysulfon oder Polyethersulfon, wohlbekannte, im Handel erhältliche, Membran-Materialien, die hohe Glasübergangstemperaturen, mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit haben. Der Ausdruck Polysulfon soll hierin verwendet werden, um sowohl Polysulfone als auch Polyethersulfone zu bezeichnen, falls nicht anderweitig angegeben.
Eine gute Diskussion der Polysulfone liegt in US-A-4 230 463 vor. Dort wird festgestellt, daß die Polysulfone, die aromatische, Hydrocarbyl-enthaltende Struktureinheiten aufweisen, im allgemeinen gute thermische Beständigkeit besitzen, gegenüber chemischem Angriff stabil sind und eine ausgezeichnete Kombination von Festigkeit und Flexibilität aufweisen. Brauchbare Polysulfone werden unter dem Handelnamen UDEL von Union Carbide verkauft. Andere brauchbare Polysulfone werden unter dem Handelnamen "ASTREL 360 Plastic" von 3M Company verkauft. Poly(arylenether)sulfone sind ebenfalls vorteilhaft. Polyethersulfone, erhältlich von ICI Ltd., Great Britain, sind ebenfalls nützlich. Andere brauchbare Polyethersulfone werden unter den Handelnamen "P-1700" und "P-3500" von Union Carbide verkauft. Weiterhin brauchbare Polysulfone könnten durch Polymer-Modifikationen, z. B. durch Vernetzen, Pfropfen Quaternisierung u. dgl. hergestellt werden.
Obwohl sehr wenige Polymere bekannt sind, die kompatible Mischungen mit Polysulfon bilden, wurden die Polyether vor kurzem erfolgreich in der vorliegenden Erfindung angewandt, um die Polysulfon-Matrix zu modifizieren. Die sich ergebende Membran ist hydrophil und doch gegenüber Heraus lösen der Polyether, von z. B. nur 1-2 ppm, hochbeständig.
Polyether sind Block-Copolymer-Tenside von niedrigem Molekulargewicht, die aus Polyethylenoxid (PEO), das hydrophil ist, und Polypropylenoxid (PPO), das hydrophob ist, bestehen. Als Momopolymere sind beide mit Polysulfon kompatibel, obwohl Polyethylenoxid wasserlöslich ist, während Polypropylenoxid wasserunlöslich ist.
Konzentrationsbereiche der Polysulfon-Komponente in der Membran reichen typischerweise von etwa 85 bis 30 Gew.-%, wobei 50 % bevorzugt werden, und für das Copolymer von etwa 15 bis 70 Gew.-%, wobei 50 % bevorzugt werden. Beide Polymer-Komponenten werden in einem wasserlöslichen Lösungsmittel wie N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylformamid (DMF), Dimethylacetamid u. dgl. hergestellt.
Die Membran wird durch Auflösen des Block-Copolymers und Polysulfons in einem der vorstehenden Lösungsmittel hergestellt. Die Lösung enthält etwa 10 bis etwa 25 Gewichtsteile Polysulfon und etwa 5 bis etwa 25 Gewichtsteile Block-Copolymer mit 85 bis 50 Gewichtsteilen Lösungsmittel, um insgesamt 100 Teile Lösung zu ergeben. Sie wird bei einer Temperatur von etwa 60 ºC bis 80 ºC 24-48 Stunden gerührt, wobei nach Ablauf dieser Zeit eine optisch klare monophasige Lösung erhalten werden sollte, die Kompatibilität anzeigt. Block- Copolymere, die einen zu niedrigen Trübungspunkt aufweisen, z. B. 0 ºC, oder ein zu hohes Molekulargewicht haben, z. B. größer als 20 000, können zu einer Unverträglichkeit mit der Polysulfon-Matrix führen und sollten deshalb vermieden werden. Diese Membranen werden als eine Vorläufer-Membran zur Herstellung der Affinitätsmembran verwendet.
Wenn Filtrationsmembranen, die Polysulfon oder Polyethersulfon und die vorstehenden Block-Copolymere umfassen, gegossen und dann in einem Wasserbad abgeschreckt werden, blockt das Polyethylenoxid-Ende des Blocks an die Membran-Oberfläche an, wobei eine nicht-faulende Schicht bereitgestellt wird, die in dem Basispolymer über das Polypropylenoxid-Ende verankert ist. Unter Verwendung der Hydroxylgruppe an dem Ende der Polyethylenoxid-Kette als einer Reaktionsstelle zur Aktivierung der Membran für spezifische Protein-Bindung, wird eine Affinitätsmembran erhalten, die eine Oberfläche aufweist, die nicht-bindende Eigenschaften aufweist, mit Ausnahme dort, wo sie modifiziert wurde, um ein spezifisches Protein oder ein anderes biologisches Molekül zu binden.
Während die bereitgestellten Filtrationsmembranen nicht-faulend sind, sollen die Affinitätsmembranen dieser Erfindung zur Bindung von einem oder vielen anderen Proteinen oder anderen biologischen Molekülen an ihrer Oberfläche dienen. Die Fähigkeit der Affinitätsmembran auf diese Weise zu fungieren, basiert auf der Zugänglichkeit der Hydroxy-Gruppen an der Oberfläche der obigen Filtrationsmembran.
Selbst wenn eine vollständige Bedeckung der Membran-Oberfläche durch den PEO-Block eines Molekulargewichts von mehreren Tausend vorliegt, sind nur eine begrenzte Zahl von Hydroxy-Gruppen auf der Oberfläche vorhanden. Da es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, in der Lage zu sein, große Immunoglobulin-Proteine zu binden, ist es vorteilhaft, weniger Bindungsstellen zu haben, als auf einer bekannten Membran von regenerierter Cellulose oder aus Polyvinylalkohol möglich wäre.
Die vorliegende Erfindung stellt zwei Verfahren zur Herstellung derartiger Affinitätsmembranen bereit. Erstens können aus der Filtrations-Vorläufermembran herausstehende Hydroxygruppen durch eine Vielzahl von gebräuchlichen chemischen Reaktionen aktiviert werden, worauf das Binden der erwünschten Spezie erfolgt. Ein zweites Verfahren besteht darin, die Aktivierungsreaktion auf dem PEO-PPO-Block-Copolymer durchzuführen und dann dieses Material oder eine Mischung aus diesem Material und dem ursprünglichen Block-Copolymer mit der Polymer-Matrix zu verwenden, um die neue Membran zu bilden. Ein Vorteil des letzteren Verfahrens ist der, daß man befähigt ist, das Verhältnis von aktiviertem zu nicht-reaktivem Block- Copolymer in dem Gieß-Zusatzstoff zu variieren, was eine präzise Steuerung der Menge an reaktiven Gruppen und somit der endgültigen Menge an gebundenem Biomaterial an die Membran-Oberfläche erlaubt. Allgemein kann das Verhältnis von etwa 1:100 bis 50:50 von aktiviertem zu nicht-aktiviertem Block-Copolymer variieren, wobei 25:75 bevorzugt wird.
Für die Praxis des ersten Verfahrens muß zuerst eine Polysulfon/Polyblend- oder Polyethersulfon/Polyblend-Membran wie eine Vorläufer-Membran aktiviert werden. Der Fachmann kann abschätzen, daß es eine Vielzahl von Reaktionen für die Substitution organischer Substituenten für herausstehende Hydroxylgruppen gibt. Bezüglich einer vollständigen Behandlung kann auf den Text Affinity Chromatography, Herausg. P.D.G. Dean, W.S. Johnson und F.A. Middle (1985) verwiesen werden.
Für die Praxis des zweiten Verfahrens wird das Block-Copolymer selbst, unter Verwendung irgendeines vorliegenden Verfahrens zur Reaktion einer Hydroxylgruppe, zuerst aktiviert oder derivatisiert, um ein geeignetes Addukt zu erhalten. Eine Lösung des derivatisierten Block-Copolymers in einem wasserlöslichen Lösungsmittel wie NMP, DMF oder dergleichen wird mit einer Menge eines nicht-derivatisierten Block-Copolymers und des Polymer-Matrix-Materials vermischt, um die Affinitätsmembran der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Aktivierungen für beide Verfahren werden in Gegenwart eines aprotischen Lösungsmittels wie Acetonitril - das nicht die Membran auflöst - und bekannten aktivierenden Verbindungen wie Natriumhydroxid, Natriumborhydrid, Pyridin, Zinntetrachlorid u. dgl. in Gegenwart eines Kupplungsreagenzes wie Carbodiimiden durchgeführt. Aktivierung kann durch Eintauchen von Aktivator und Kupplungsreagenz in das Lösungsmittel während mehrerer Stunden erleichtert werden. Beim zweiten Verfahren wird der aktivierte Polyether wiedergewonnen, dann wird die Polymer-Matrix zugegeben und danach wird die Membran gegossen.
Verschiedene beispielhafte chemische Aktivierungverfahren sind nachstehend in der Tabelle I aufgeführt. Es sollte verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf dieselben beschränkt ist, sondern vielmehr auf jede Reaktion basierend auf Hydroxygruppen oder auf Gruppen, die aus Hydroxygruppen synthetisiert werden können, ausgedehnt werden kann. In der Tabelle wurde das Polyethylenoxid-Polymer durch eine Wellenlinie, mit einer daran herausstehenden Hydroxylgruppe gekennzeichnet. Tabelle I Chemische Reaktionen zur Aktivierung von Polyblend-Membranen trockenes Pyridin
Die aktivierte Membran oder Affinitätsmembranen der Aktivierungs-Schemata I, II, IIIa oder IIIb kann (können) in einem Filtrationsverfahren von Fluiden, die verschiedene biologische Materialien enthalten, die an die reaktiven Stellen binden, verwendet werden. Typische biologische Materialien umfassen Proteine, Peptide, Hormone, Antigene, Antikörper, Cyclodextrane, monoklonale Antikörper, Co-Faktoren, Substrate, Enzyme, Inhibitoren, Desaktivatoren und dergleichen.
Nach der Bindung können die Materialien von der Membran auf vielfältige Weisen, die dem Fachmann bekannt sind, wie pH- Anpassung und Waschen abgetrennt werden. In Abhängigkeit von der Reaktivität der Gruppe kann die Affinitätsmembran sowohl vor als auch nach der Entfernung des biologischen Materials während wechselnder und im allgemeinen langer Zeitspannen gelagert werden.

Allgemeine Membranherstellung

Zur Demonstrierung der Herstellung und der Eigenschaften von Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung, wurde eine Vorläufer-Membran wie folgt gebildet.
Die Polymermischungs-Lösungen wurden durch Lösung von 20 Gew.-% des Block-Copolymers (Pluronic -Serien, BASF) zusammen mit 20 Gew.-% Polyethersulfon (Victrex 410ºG, ICI Americas) in einem Lösungsmittel wie N-Methylpyrrolidon (NMP) oder Dimethylformamid (DMF) hergestellt. Es wurde eine optisch klare, monophasige Lösung nach dem Rühren bei einer Temperatur von 60 ºC während 24-48 Stunden erhalten, was darauf hinweist, daß die Polymer-Nischung kompatibel war. Die Polymermischungs-Lösung wurde dann unter Vakuum durch ein 40-60 Frittenfilter filtriert. Nachdem die Blasen in dem Filtrat verschwunden waren, wurde die Polymer-Lösung unter einer gleichmäßigen Bewegung zu einer vorbestimmten Dicke (7 bis 15 mil) unter Verwendung eines Rakels auf entweder Teflon -Substrat oder DuPont Tyvek Nr. 1085-Substrat vergossen. Die gegossene Lösung wurde dann durch Eintauchen in ein 5 ºC kaltes Wasserbad (3 Gallonen-, 12 l-Bad) mittels einer schnellen, gleichmäßigen Bewegung abgeschreckt. Die Phasenumkehr erfolgt in dieser Stufe, wenn Wasser, das mit dem Lösungsmittel mischbar ist, jedoch ein Nicht-Lösungsmittel für das Polymer ist, ausfällt und die Membranbildung beginnt.

Beispiele Nrn. 1 und 2

Um eine Affinitätssmembran mittels des zweiten Verfahrens der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Schema I herzustellen, wurde eine Lösung aus Pluronic F87-PPO/PEO-Block-Copolymer (50 % PPO, 50 % PEO, MG: 7900) mit freien Hydroxylgruppen mittels Zinntetrachlorid und Epichlorhydrin gemäß dem Verfahren von Pitha et al., Eur. J. Bioch 94, 11-18 (1979) derivatisiert.
Das sich ergebende Block-Copolymer mit Glycidylether-Addukten wurde mit nicht-derivatisiertem Pluronic F87 vermischt, zu einer Polyethersulfon-Lösung (25 proz. in DMF) gegeben und auf eine Glasplatte gegossen. Der erhaltene Film wurde sofort in 5 ºC kaltes Wasser eingetaucht, um die Membran zu bilden (Beispiel Nr. 1), die bei Raumtemperatur trocken gelagert wurde. Sobald die Membran zum Gebrauch bereit war, wurde sie wieder mit Wasser benetzt und in einer Lösung aus einem Aminenthaltenden Liganden 24 Stunden gequollen und dann wiederholtermaßen mit deionisiertem Wasser gespült.
Eine ähnliche Membran wurde als eine Kontrolle (Beispiel Nr. 2) ohne Verwendung von derivatisiertem Block-Copolymer gegossen. Beide Membranen wurden danach für Proteinadsorptions-Untersuchungen verwendet, deren Ergebnisse nachstehend in Tabelle II aufgeführt werden.
Das erste Verfahren wird durch die verbleibenden Beispiele illustriert. Die Vorläufer-Membran wurde zuerst aus Polyethersulfon und Block-Copolymeren aus PPO-PEO, Pluronic F87 bzw. Pluronic 127 (30 % PPO, 70 % PEO, MG: 12 700) gebildet. Darauf folgte Derivatisierung der freien Hydroxylgruppen von der Membran-Oberfläche. Tabelle II Affinitätsaktivierung von Vorläufer-Polyblend-Membranen Schema Beispiel Nr. Protein gebundene Menge
Bezugnehmend auf die Beispiele Nr. 1 und 2 in Tabelle II läßt sich beobachteten, daß die vierfache Menge an Protein mit der Affinitätsmembran gegenüber dem Vorläufer gebunden wurde.
Somit sollte es klar sei, daß die Affinitätsmembranen dieser Erfindung verwendet werden können, um eines oder mehrere der vorhergehenden biologischen Materialien aus einem Fluid durch Auswahl eines spezifischen Addukts für die Membran, das das erwünschte Protein oder anderes Material binden wird, zu entfernen. Zusätzlich zu diesem Verfahren des selektiven Bindens, stellt die vorliegende Erfindung ein anderes Anwendungsverfahren unter Verwendung einer weiterhin modifizierten Affinitätsmembran bereit.
Dieses zweite Verfahren verwendet eine Affinitätsmembran der vorliegenden Erfindung, welche einen ersten Typ des biologischen Materials gebunden enthält, welches selbst ein Ligand für einen zweiten Typ von biologischem Material ist. Z.B. ist kein geeignetes Addukt erhältlich, um einen bestimmten Antikörper zu binden, sondern nur das entsprechende Antigen. Nachdem das Antigen an die Membran gebunden ist, steht eine weitere modifizierte Affinitätsmembran zur Verfügung, die den Antikörper binden wird.
Andere Beispiele umfassen die umgekehrte Situation des Bindens des Antikörpers zuerst an die Membran, welche dann verwendet wird, um das entsprechende Antigen einzufangen. Jede der beiden Techniken, ebenso wie eine, die die Verwendung von monoklonalen Antikörpern umfaßt, könnte in der Entwicklung von Krankheitsheilverfahren oder für die Blutfiltration Verwendung finden, um Antikörper z. b. für AIDS zu entdecken und zu entfernen. Enzyme können zur Entfernung von Kohlehydraten, Proteinen, Hormonen u. dgl. und umgekehrt verwendet werden. Behandlung von Wein kann auf diese Weise durchgeführt werden, um nur die Enzyme zu entfernen, die für die Entfärbung beim Stehenlassen verantwortlich sind.
Wie dem Fachmann klar ersichtlich sein wird, sind die möglichen Anwendungen äußerst groß. Die Affinitätsmembran, die im wesentlichen jeden ersten Typ des biologischen Materials trägt, kann verwendet werden, um einen entsprechenden zweiten Typ des biologischen Materials in einem Fluid zu entdecken, zu binden oder daraus zu entfernen.
Basierend auf der obigen Offenbarung sollte es leicht erkenntlich sein, daß die Affinitätssmembranen der vorliegenden Erfindung an spezifische Substanzen binden und daß sie durch Aktivierung der Hydroxylgruppen, die aus der Oberfläche einer Vorläufer-Membran herausragen, leicht erhalten werden können. Es sollte ebenfalls offensichtlich sein, daß die Affinitätsmembranen der Erfindung sowohl durch Zusammensetzung als auch durch spezifische biologische Materialien, die daran gebunden werden können, für zusätzliche Affinitätstrennungen variiert werden können.
Auf ähnliche Weise sollte verstanden werden, daß die Affinitätsmembranen der Erfindung bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden können, bei denen Proteinsubstanzen oder andere biologische Materialien gefiltert werden müssen. Insofern als alle diese Verfahren in einer Vielzahl von Membran-Apparaturen, einschließlich künstlicher Nieren, als auch in anderen Typen von Dialyse-Einheiten, wie der hierin diskutierten Amicon-Zelle, Hohlfa-ser-Einheiten, Gegenstrom-Fließeinheiten u. dgl. in der Praxis durchgeführt werden können, sollte verstanden werden, daß die Praxis der vorliegenden Erfindung nicht auf irgend-eine spezifische Form oder Apparatur beschränkt ist.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die hierin beschriebenen Beispiele nur zur Erläuterung dienen und nicht als die Praxis der Erfindung einschränkend anzusehen sind. Zudem sollte die Erfindung nicht auf das spezifische Verfahren zur Bindung von Rinderserumalbumin oder alkalische Phosphatase eingeschränkt werden. Es sollte verstanden werden, daß jede offensichtliche Abänderung in den Bereich der beanspruchten Erfindung fällt, deshalb kann die Auswahl spezifischen Komponententeile oder Bestandteile bestimmt werden, ohne von der hierin offenbarten und beschriebenen Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Polymere Affinitätsmembran umfassend eine hydrophile Vorläufer-Filtrationsmembran, die ein wasserunlösliches Polymer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile Vorläufer-Membran umfaßt (a) 85 bis 30 Gewichtsteile einer wasserunlöslichen Polymermatrix, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polysulfonen und Polyethersulfonen, (b) 15 bis 70 Gewichtsteile eines mit der Matrix kompatiblen Copolymers, welches 40 bis 90 Gew.-% Polyethylenoxid und 60 bis 10 Gew.-% Polypropylenoxid umfaßt, und (c) eine Vielzahl von Reaktionstellen, die auf der Oberfläche der Membran bereitgestellt werden, die selektiv ein spezifisches biologisches Material binden können, wobei die reaktiven Stellen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus organischen Addukten, die aus Hydroxylgruppen synthetisiert werden, die durch das mit der Matrix kompatible Copolymer zur Verfügung gestellt werden.

2. Polymere Affinitätsmembran gemäß Anspruch 1, die weiterhin wenigstens einen Typ eines biologischen Materials umfaßt, das an die Fektionsstellen gebunden ist, und das eine Affinität gegenüber einem verchiedenen biologischen Material aufweist.

3. Polymer-Material-Affinitätsmembran gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die biologischen Materialien ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Proteinen, Peptiden, Hormonen, Antigenen, Antikörpern, monoklonalen Antikörpern, Cyclodextranen, Co-Faktoren, Substraten, Enzymen, Inhibitoren und Desaktivatoren.

4. Verfahren zur Herstellung von Affinitätsmembranen gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend die Stufen der Bereitstellung eines Copolymers, das Polyethylenoxid und Polypropylenoxid umfaßt, welches mit einer wasserunlöslichen Polymermatrix, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polysulfonen und Polyethersulfonen, kompatibel ist, und das eine Vielzahl von Hydroxylgruppen aufweist, Aktivieren der Hydroxylgruppen mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Verbindungen, die mit einer Hydroxylgruppe in Gegenwart eines mit Wasser mischbaren Lösungsmittels reagieren können, um ein derivatisiertes Copolymer bereitzustellen, das aktive Addukte enthält, Bildung einer Lösung aus diesem derivatisierten Copolymer und der Polymermatrix, um eine Polymermischungs-Lösung zu bilden, Gießen der Polymermischungs-Lösung und Abschrecken der gegossenen Polymermischungs-Lösung in Wasser.

5. Verfahren zur selektiven Entfernung biologischer Materialien aus Fluiden, umfassend die Stufe des Ausbreitens des Fluids über eine Affinitäts-Polymermembran gemäß Anspruch 1.