DE69711540T2

DE69711540T2 - Lösungsmittel-getrocknete Polysaccharidschwämme

Info

Publication number: DE69711540T2
Application number: DE69711540T
Authority: DE
Inventors: Carla Anne Haynes; Elaine Lorimer
Original assignee: Johnson and Johnson Medical Ltd
Current assignee: Johnson and Johnson Medical Ltd
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: ATE215583T1; EP0838491B1; GB2318577A; DE69711540D1; BR9704460A; CO4930285A1; US5888987A; JP3819567B2; MX9708277A; CN1182753A; AU721333B2; GB9622394D0; EP0838491A2; GB2318577B; SG63766A1; TW480182B; KR19980033188A; JPH10226732A; EP0838491B2; HK1011212A1

Description

Diese Erfindung betrifft Polysaccharidschwämme und Verfahren zur Herstellung solcher Schwämme. Polysaccharidschwämme, hergestellt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, sind für die Verwendung als Wundverbandmaterialien geeignet.
Wundverbände, die Kollagenschwämme umfassen, sind unter dem eingetragenen Markennamen Fibracol käuflich erhältlich. Diese Materialien werden durch Dispergieren von Kollagen in einem wässrigen Medium und dann Gefriertrocknen der Dispersion, um das Wasser zu entfernen, hergestellt.
US-A-3157524 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kollagenschwamm-Materialien, umfassend die Schritte von: Bilden einer wässrigen Dispersion von Kollagen; Einfrieren der Dispersion; Behandeln der gefrorenen Dispersion in einer Serie von wasserfreien Isopropanolbädern, um Isopropanol für das Wasser in der gefrorenen Dispersion auszutauschen; gefolgt von Trocknen. Es findet sich keine Beschreibung, Polysaccharidschwämme durch dieses Verfahren herzustellen.
Wundverbände, die Polysaccharide umfassen, und insbesondere Alginate, in Form von fasrigen Matten, fibrösen Seilen, wässrigen Gele oder Filmen sind bekannt. Zum Beispiel sind Alginat-basierte Wundverbandskissen unter den eingetragenen Markennamen Kaltostat und Sorbsan erhältlich. Alginate sind als Wundverbandmaterialien insbesondere, aufgrund ihrer gut etablierten hämostatischen Eigenschaften und hoher biologischer Akzeptierbarkeit brauchbar.
Die bekannten Alginatverbände verwenden Kalziumalginat oder gemischte Kalzium/Natriumalginate. Kalziumalginat ist in Wasser unlöslich, jedoch ist Natriumalginat leicht löslich. Die Löslichkeit eines Alginat-Wundverbandmaterials kann daher durch die geeignete Kontrolle des Verhältnisses von Kalzium : Natriumionen eingestellt werden.
Ein weicher formbarer Polysaccharidschwamm kann durch Gefriertrocknung einer Lösung eines löslichen Polysaccharids, wie zum Beispiel Natriumalginat, hergestellt werden. Jedoch ist solch ein Schwamm aufgrund seiner Löslichkeit in Wundexudat als ein Wundverbandmaterial von begrenztem Wert.
Gefriertrocknen einer Dispersion von Kalziumalginat in Wasser führt ebenfalls zu einem Schwamm, der zur Verwendung als ein Wundverbandmaterial ungeeignet ist, weil dieser extrem bröcklig ist.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der überraschenden Entdeckung, daß ein Polysaccharidschwamm, der durch die Behandlung einer gefrorenen wässrigen Lösung von löslichem Polysaccharid mit einem kreuzvernetzenden Mittel, das in einem hygroskopischen nichtwässrigen Lösemittel dispergiert ist, gefolgt von Trocknen, weich und hoch nachgiebig ist, mit minimaler Tendenz bei der Verwendung Partikel oder Fasern abzulösen. Er ist daher gut für die Verwendung als ein Wundverbandmaterial geeignet.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Polysaccharidschwamms zur Verfügung, umfassend die Schritte von: (a) Bereitstellen einer Lösung von löslichem Polysaccharid in Wasser; (b) Frieren der Lösung, um eine gefrorene Lösung zu bilden; (c) Eintauchen der gefrorenen Lösung in ein Wasser-mischbares organisches Lösemittel, das ein kreuzvernetzendes Mittel enthält, um das Lösungsmittel für mindestens einen Teil des Wassers in der gefrorenen Lösung zu ersetzen, während kreuzvernetzen des Polysaccharids, um es wasserunlöslich zu machen; und (d) Trocknen des erhaltenen kreuzvernetzten und Lösungsmittel-ausgetauschten Polysaccharidmaterials.
Das lösliche Polysaccharid, das in Schritt (a) verwendet wird, ist bevorzugterweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus löslichen Alginaten, wie zum Beispiel Natriumalginat, Xanthan-Gummi, Guar-Gummi, Johannesbrotkernmehl, Chitosan, Carboxymethylcellulosesalzen, Hydroxyethylcellulose, Hyaluronsäure, Pectin und Gemischen davon.
Bevorzugterweise umfaßt das lösliche Polysaccharid (und daher das finale Polysaccharidschwammprodukt) mindestens 25 Gew.-% Alginat, weiter bevorzugt mindestens 75 Gew.-% Alginat und am meisten bevorzugt besteht es im wesentlichen aus Alginat.
Das in Schritt (c) verwendete kreuzvernetzende Mittel kann jedes ionische oder kovalente kreuz-vernetzende Mittel sein. Bevorzugte kreuzvernetzende Mittel sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glutaraldehyd, Dicyklohexylcarbodiimid, Hexamethylendiisocyanat, Salzen von multivalenten Kationen, Salzen von multivalenten Anionen und Gemischen davon. Das wirklich verwendete kreuz-vernetzende Mittel wird von der Natur des löslichen Polysaccharids abhängen. Zum Beispiel werden lösliche Alginate, wie zum Beispiel Natriumalginat, bevorzugterweise durch die Zugabe von multivalenten Kationen, wie zum Beispiel divalenten oder trivalenten Metallkationen in Form von Salzen kreuzvernetzt, insbesondere Kalziumchlorid oder Zinkchlorid. Diese Chloride sind in organischen Lösemitteln löslich. Auf der anderen Seite wird Guar-Gummi bevorzugterweise durch Reaktion mit Polyanionen, insbesondere Borat- und Phosphatanionen kreuzvernetzt. Ähnlich kann Chitosan durch Reaktion mit Borat- oder Phosphatanionen, wie zum Beispiel Natriumtripolyphosphat oder Natriumtetraborat kreuzvernetzt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls einen im wesentlichen Wasser-unlöslichen Polysaccharidschwamm zur Verfügung, der durch ein Verfahren gemäß der Erfindung erhältlich ist. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen Wundverband oder ein Implantat zur Verfügung, das einen solchen Schwamm umfaßt.
Typischerweise wird das Polysaccharid in wässrigem Medium in einer Menge von 0,2% bis 5% w/v gelöst und am meisten bevorzugt von 0,5% zu 3% w/v. Zum Beispiel kann die in Schritt (a) verwendete Lösung Polysaccharid in einer Menge von ungefähr 1% w/v enthalten.
Der Schlüsselschritt in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Lösungsmittelaustausch- und Kreuzvernetzungsschritt (c). Es wurde gefunden, daß Austauschen des Wassers in den gefrorenen Polysaccharidlösungen durch ein flüchtiges Lösemittel zur selben Zeit wie kreuz-vernetzen des Polysaccharids, um es unlöslich zu machen, gefolgt von Trocknen unter relativ milden Bedingungen, zu der Bildung von Polysaccharidschwämmen mit überlegenen physikalischen Eigenschaften führt. Die erhaltenen Schwämme sind weicher, anschmiegsamer und weniger bröcklig, als durch Gefriertrocknung von unlöslichen Polysaccharidsuspensionen hergestellte Polysaccharidschwämme. Weiterhin sind die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schneller, weniger Energie-intensiv und mehr für die kontinuierliche Produktion geeignet, als die Gefriertrocknung.
Bevorzugterweise ist das organische Lösemittel ein hygroskopisches, flüchtiges organisches Lösungsmittel, wie zum Beispiel ein im wesentlichen wasserfreier C&sub1;-C&sub5; monohydrischer Alkohol oder ein C&sub3;-C&sub6; Keton oder Gemische davon. Bevorzugte Lösungsmittel schließen Ethanol, Propanol, Isopropanol, N-Butanol, Isobutanol, t-Butylalkohol, Amylalkohol und Aceton ein. Am meisten bevorzugt ist wasserfreies Isopropanol.
Die Lösungsmittelbäder können bei jeder Temperatur vorliegen, bei der das organische Lösungsmittel flüssig ist, sind jedoch bevorzugterweise bei oder nahe an Umgebungstemperatur (0-30ºC). Dies führt dazu, daß Lösungsmittelaustausch und Kreuzvernetzung gleichzeitig mit dem Tauen der gefrorenen Polysacchariddispersion stattfinden.
Bevorzugterweise wird der Lösungsmittelaustauschschritt in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Bädern des organischen Lösungsmittels durchgeführt. Die zweiten und anschließende Lösungsmittelbäder können ebenfalls die kreuzvernetzenden Mittel enthalten. Die Verwendung von vielen Lösungsmittelbädern führt zu einem vollständigeren Austausch des organischen Lösungsmittels für Wasser in dem Polysaccharidmaterial, wodurch die Trocknungszeit und Energie verringert wird und sich ein Produkt mit besseren physikalischen Eigenschaften ergibt.
Typischerweise wird das Volumen von jedem Bad an organischem Lösungsmittel, das dazu verwendet wird, 1 Liter von gefrorenen Polysaccharidlösung oder -suspension zu waschen, aus 0,5 bis 10 Litern, bevorzugterweise von 1 bis 5 Litern bestehen. Im Anschluß an den Waschschritt wird es normalerweise geeignet sein, den Alginatschwamm in Luft bei Umgebungstemperatur bis zu 80ºC oder unter verringerten Druck zu trocknen, gegebenenfalls mit einem vorhergehenden Ausdrück- oder Blottingschritt, um überschüssiges Lösungsmittel zu entfernen.
Wenn ein multivalentes Anion- oder Kationsalz als das kreuzvernetzende Mittel in dem organischen Lösungsmittel verwendet wird, ist es bevorzugterweise in einer Menge von 0,1 bis 50% w/v und weiter bevorzugt von 1% bis 20% w/v vorhanden. Die bevorzugten Salze sind wasserfreies Kalziumchlorid und Natriumtetraborat. Wasserfreies Zinkchlorid und Natriumtripolyphosphat kann ebenfalls verwendet werden.
Das im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Polysaccharid kam vor der Bildung des Schwamms modifiziert werden. Zum Beispiel kann das Polysaccharid teilweise unter Verwendung herkömmlicher kreuz-vernetzender Mittel kreuzvernetzt werden oder es kann mit anderen Biopolymeren kombiniert werden, die zur Verwendung bei Wundverbandmaterialien geeignet sind. Zum Beispiel können Gemische von Alginat mit Chitosan, Xanthan- Gummi, Guar-Gummi oder Pectin verwendet werden.
Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Beispielen wie folgt beschrieben werden:

Beispiel 1

Eine 10 ml Probe einer Lösung von Natriumalginat (LVG 008 281 O5, Molekulargewicht 200.000-250.000, Mannuronsäure/Guluronsäure-Verhältnis von 0,45, geliefert von Pronova Biopolymer, Drammen, Norwegen) bei einer Konzentration von 1% w/v in deionisiertem Wasser wird bei -30ºC für 30 Minuten blasgefroren. Der gefrorene Block wird in 20 ml wasserfreies Isopropanol eingetaucht, das 10% w/v wasserfreies CaCl&sub2; enthält und für 2 Stunden bei 25ºC bis aufgetaut geschüttelt. Das erhaltene Material wird von dem Isopropanolbad entfernt, mit absorbierendem Gewebe geblottet und dann in Luft bei 60ºC über Nacht getrocknet. Das erhaltene Material ist ein weißer, weicher flexibler Schwamm, der eine geringe Bröckligkeit und geringe Löslichkeit in Wasser aufweist.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird der finale Trocknungsschritt unter Vakuum bei 25ºC über Nacht durchgeführt. Ein im wesentlichen ähnliches Produkt wie in Beispiel 1 wird erhalten.

Beispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch mit einem zweiten Lösungsmittelbehandlungsschritt vor dem finalen Trocknungsschritt. Der zweite Lösungsmittelbehandlungsschritt wird in einem zweiten 20 ml Bad von frischem wasserfreiem Isopropanol durchgeführt, daß 20% w/v wasserfreies CaCl&sub2; enthält. Ein im wesentlichen ähnliches Produkt wie in Beispielen 1 und 2 wird erhalten.

Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch ohne in dem zweiten 20 ml Bad auf frischem wasserfreiem Isopropanol vorhandenem CaCl&sub2;. Ein im wesentlichen ähnliches Produkt wie in Beispielen 1-3 wird erhalten.

Beispiel 5

Das Verfahren von Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch mit einem dritten Lösemittelbehandlungsschritt vor dem Trocknungsschritt. Der dritte Lösemittelbehandlungsschritt wird in einem dritten 20 ml Bad aus frischem wasserfreiem Isopropanol durchgeführt, das 20% w/v CaCl&sub2; enthält. Ein Produkt im wesentlichen ähnlich zu denen in den vorherigen Beispielen wird erhalten.

Beispiel 6

Das Verfahren von Beispiel 5 wird wiederholt, jedoch ohne in dem dritten Lösemittelbad vorhandenem CaCl&sub2;. Ein Produkt im wesentlichen ähnlich zu denen in den vorherigen Beispielen wird erhalten.

Beispiel 7

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch mit Ersetzen der 1% Alginatlösung durch eine wässrige Lösung, die 0,5% w/v Alginat und 0,5% w/v Chitosan enthält. Das Lösemittelaustauschbad enthält 1% w/v CaCl&sub2; in wasserfreiem Isopropanol. Das erhaltene Material ist weich, flexibel und absorbierend.

Beispiel 8

(Vergleichsbeispiel)

Eine 10 ml Probe einer Suspension von 1% w/v Kalziumalginatfasern in Wasser wird bei - 30ºC für 30 Minuten blasgefroren.
Die gefrorene Suspension wird über Nacht bei -20 bis 25ºC gefriergetrocknet. Das erhaltene Material ist weich, jedoch bröcklig. Es bricht, wenn gebogen, und verliert Fasern bei Berührung.

Beispiel 9

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch mit Ersetzen des Natriumalginats durch Guar-Gummi und Ersetzen des Kalziumchlorid kreuzvernetzenden Mittels durch Natriumtetraborat. Das Produkt ist ein weicher, nachgiebiger unlöslicher Schwamm.

Beispiel 10

Das Verfahren von Beispiel 9 wird wiederholt, jedoch mit Ersetzen des Guar-Gummis durch ein Gemisch von 50% w/w Guar-Gummi und 50% w/w Xanthan-Gummi. Ein ähnliches Produkt zu dem aus Beispiel 9 wird erhalten.

Beispiel 11

Das Verfahren von Beispiel 10 wird wiederholt, jedoch mit Ersetzen des Natriumtetraborat kreuzvernetzenden Mittels durch Kalziumchlorid, wie in Beispiel 1. Ein ähnliches Produkt zu dem von Beispiel 10 wird erhalten.

Beispiel 12

Die Integrität der wie oben hergestellten Schwämme wurde wie folgt ermittelt: ein Quadrat (1,5 · 1,5 cm) von jeder Schwammprobe wurde zu 10 ml von Kulturmedium (Dulbecco's- Modifikation von Eagles-Medium, ergänzt mit 10% fötalem Kälberserum) in einen 30 ml Sterin® Behälter hinzugefügt. Anfängliche Beobachtungen wurden durchgeführt und die Proben wurden dann bei 37ºC inkubiert. Weitere Beobachtungen wurden nach 6, 22 und 174 Stunden durchgeführt.
Es konnte gefunden werden, daß die Lösemittel getrockneten, kreuzvernetzten Proben, die wie in Beispiel 1 angegeben hergestellt waren, in Serum bei Raumtemperatur quollen, jedoch intakt blieben. Nach 7 Tagen wurden ein oder zwei kleine Fasern des Materials in der Lösung sichtbar, jedoch blieb die Integrität des Rohmaterials im wesentlichen erhalten.
Im Gegensatz dazu wurde ein Natriumalginatschwamm, der durch Gefriertrocknung ohne jeden kreuzvernetzenden Schritt hergestellt wurde, in der Lösung nach 7 Stunden vollständig aufgelöst. Ein Kalziumalginatschwamm, der durch Gefriertrocknung einer Dispersion von Kalziumalginat wie in Beispiel 8 beschrieben, hergestellt wurde, fing an sich zu zersetzen, sobald er in der Lösung plaziert wurde. Nach 20 Stunden trieben mehrere große Fragmente des Schwamms in der Lösung und nach 72 Stunden waren viele freie Kalziumalginatfasern in der Lösung vorhanden.

Beispiel 13

Die Absorptionsfähigkeit der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Schwämme wird wie folgt untersucht:
Eine Zahl von Proben von Schwamm (50 : 50 Chitosan : Alginat, kreuzvernetzt mit Kalziumchlorid) hergestellt durch das Verfahren von Beispiel 7 wurden gewogen, in Phosphat gepufferte Kochsalzlösung bei 37ºC für 30 Minuten eingetaucht und dann nochmals gewogen. Die Flüssigkeitsabsorption aufgrund des Eintauchens wurde als das Gewicht der Proben um einen Faktor von 21,7 ±3,5 erhöhend gefunden.
Eine Zahl von Vergleichsproben an Schwamm (50 : 50 Chitosan : Kalziumalginat), hergestellt durch ein Verfahren analog zu dem in Beispiel 8, wurden ähnlich getestet. Die Flüssigkeitsabsorption aufgrund des Eintauchens wurde als das Gewicht der Proben um einen Faktor von 14,2 ±3,7 erhöhend gefunden.
Die oben genannten Beispiele sind zum Zweck der Verdeutlichung gedacht, der Bereich der beigefügten Ansprüche wird dem fachmännischen Leser offensichtlich werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Polysaccharidschwamms, umfassend die Schritte von:

a) zur Verfügungstellen einer Lösung eines löslichen Polysaccharids im Wasser;

b) Frieren der Lösung, um eine gefrorene Lösung zu bilden;

c) Eintauchen der gefrorenen Lösung in ein Wasser-mischbares organisches Lösemittel, das ein kreuzvernetzendes Mittel enthält, um das Lösemittel für mindestens einen Teil des Wassers in der gefrorenen Lösung während Kreuzvernetzen des Polysaccharids auszutauschen, um es wasserunlöslich zu machen; und

d) Trocknen des erhaltenen kreuzvernetzten und Lösemittel-ausgetauschten Polysaccharidmaterials.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das lösliche Polysaccharid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus löslichen Alginaten, Xanthangummi, Guargummi, Chitosan, Carboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hyaluronsäure, Pektin und Gemischen davon.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das lösliche Polysaccharid mindestens 25 Gewichtsprozent von einem oder mehreren Alginaten umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das lösliche Polysaccharid mindestens 75 Gewichtsprozent von einem oder mehreren Alginaten umfaßt.

5. Verfahren nach jedem voranstehenden Anspruch, wobei das kreuzvernetzende Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Glutaraldehyd, Dicyclohexylcarbodiimid, Hexamethylendiisozyanat, Salzen von multivalenten Kationen und Salzen von multivalenten Anionen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das kreuzvernetzende Mittel ein Salz eines divalenten oder trivalenten Metallkations ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das kreuzvernetzende Mittel Kalziumchlorid oder Zinkchlorid ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das kreuzvernetzende Mittel ein Borat oder ein Phosphat umfaßt.

9. Verfahren nach jedem voranstehenden Anspruch, wobei das Lösemittel-ausgetauschte Polysaccharidprodukt von Schritt (c) in mindestens ein weiteres Bad von Wassermischbarem organischem Lösemittel eingetaucht wird, um einen vollständigen Austausch von organischen Lösemittel für Wasser in dem Polysaccharidmaterial vor dem Trocknungsschritt (d) zu bewirken.

10. Verfahren nach jedem voranstehenden Anspruch, wobei das Wasser-mischbare organische Lösemittel ein C&sub1;-C&sub4; monohydrischer Alkohol oder ein C&sub3;-C&sub6; Keton umfaßt.

11. Verfahren nach jedem voranstehenden Anspruch, wobei der Trocknungsschritt (d) unter sub-atmosphärischem Druck durchgeführt wird.

12. Im wesentlichen Wasser-unlöslicher Polysaccharidschwamm, erhältlich durch ein Verfahren nach einem voranstehenden Anspruch.

13. Wundverband oder Implantat, umfassend einen im wesentlichen Wasser-unlöslichen Polysaccharidschwamm nach Anspruch 12.