DE918532C

DE918532C - Verfahren zur Herstellung von Polymerhomologen von Dextran

Info

Publication number: DE918532C
Application number: DEA1829D
Authority: DE
Inventors: Bjoern Gustav-Adolf Ingelman; Dr Med Anders Johan Troed
Original assignee: Pharmacia AB
Current assignee: Pfizer Health AB
Priority date: 1943-07-17
Filing date: 1944-07-02
Publication date: 1954-09-30
Also published as: NL60471C; FR908482A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymerhomologen von Dextran, die als Bestandteile von Injektionslösungen, besonders als Ersatz für Blut und Blutplasma, sowie auch als Verdickungsmittel für Salben, Schwellsubstanzen od. dgl. geeignet sind.

Wegen ihrer nicht giftigen Beschaffenheit und ihrer günstigen physiologischen Eigenschaften eignen sich diese Substanzen besonders gut als Plasmaersatz und bewirken, in richtiger Dosierung eingespritzt, eine deutlich wahrnehmbare und dauernde Herabsetzung der Haematokritwerte.

Dextrane, die aus Kulturen von Leuconostoc mesenteroides oder verwandten Mikroorganismen in Lösungen von Mono- oder Disacchariden gewonnen werden, sind Polysaccharide, aufgebaut aus Glukoseresten, welche besonders an den C-Atomen ι und 6 mittels Glukosidbindungen zu langen Ketten kondensiert werden und ein durchschnittliches Molekulargewicht von mehreren Millionen besitzen.

Wegen ihres hohen Molekulargewichtes und ihrer nur teilweisen Löslichkeit in Wasser weisen die auf mikrobiologischem Wege erhaltenen Dextrane eine gallertartige oder schleimige Beschaffenheit auf.

Es hat sich indessen herausgestellt, daß man durch eine zweckmäßig geregelte hydrolytische Behandlung zu wasserlöslichen Polymerhomologen des Dextrans mit niedrigerem Molekulargewicht gelangen kann, die beispielsweise durch Dialyse oder Fällung mit Alkohol in gewünschtem Maße von anderen Abbauprodukten befreit werden können, welche die für die Verwendung als Injektionslösungen u. dgl. gemäß der Erfindung erwünschten Eigenschaften besitzen.

Zur Verhinderung des vollständigen Abbaues von Dextran zu Glukose wird gemäß der Erfindung die saure Hydrolyse unter Beobachtung bestimmter Bedingungen, insbesondere in bezug auf Säurekonzentration, Temperatur, Zeit und andere bei hydrolytischen Prozessen an sich bekannte Faktoren durchgeführt.

Eine niedrige Säurekonzentration erfordert eine verhältnismäßig lange Hydrolysierzeit und bzw. oder eine hohe Temperatur. Eine hohe Säurekonzentration erfordert dagegen eine verhältnismäßig kurze Hydrolysierzeit und bzw. oder eine niedrige Temperatur. Dies geht aus den folgenden Tabellen I bis III hervor, die in einigen Beispielen zeigen, wie die Viskosität des Hydrolysates durch diese Faktoren beeinflußt wird. Zur Hydrolyse wurde eine 8%ige Lösung eines auf mikrobiologischem Wege erhaltenen Dextrans mit Salzsäure behandelt, das Dextranabbauprodukt mit Alkohol gefällt, getrocknet und in Wasser zu einer 6°/₀igen Lösung gelöst.

Tabelle I
Wirkung der Änderung der Säurekonzentration

Hydrolysier zeit Minuten	Tempe ratur	HCl-Kon- zentration	Relative Viskosität der 6°/₀igen Lösung
20 2O 20 20	8₇° 87° 87° 8₇°	0,080 η ο,ΐοο η o,i2on 0,140η	9.0 7.2 5.4 3.3

Tabelle II
Wirkung der Änderung der Hydrolysierzeit

Hydrolysier zeit Minuten	Tempe ratur	HCl-Kon- zentration	Relative Viskosität der 6°/₀igen Lösung
16 18 2O	87° 87° 87° 87°	0,120 η o,i2o η o,i2o η o,i2o η	9.6 8,5 6,5 5.5

Tabelle III
Wirkung der Änderung der Hydrolysiertemperatur

Hydrolysier zeit Minuten	Tempe ratur	HCl-Kon- zentration	Relative Viskosität der 6°/₀igen Lösung
20 20 20 20	70° 80° 85° 90°	0,120 η o,i2o η o,i2o η o,i2o η	30,0 12,0 7.3 3,3

Die obigen Zahlen geben deutlich die Richtung an, in der jeder dieser drei Hauptfaktoren die Hydrolyse beeinflußt. Es ist selbstverständlich möglich, geeignete Hydrolysierprodukte durch Verwendung äußerst hoher oder niedriger Werte für einen dieser Faktoren zu erhalten, falls diebeiden anderen entsprechend eingestellt werden. Temperaturen von 30 bis 150° und Zeiten von wenigen Minuten bis 24 Stunden können daher mit Säuregraden von 10 η bis zu äußerst niedrigen Werten kombiniert werden, wie j eder Fachmann leicht einsieht, so daß die vorstehend angegebenen Zahlen die Erfindung keineswegs beschränken.

Das Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß Dextran unter Kontrolle und Regelung der die Hydrolyse bestimmenden Faktoren einer teilweisen Hydrolyse unterworfen wird, bis die Abbauprodukte völlig wasserlöslich sind und in o,7°/₀iger wäßriger Lösung eine zwischen 1,5 · 10-^ls und 20 · 1O^-13 liegende Sedimentationskonstante (mit der Ultrazentrifuge nach Svedberg ermittelt) und eine Diffusionskonstante von 0,2 · io~⁷ bis 8 · 10-⁷ besitzen und ihre 4%ige wäßrige Lösung eine relative Viskosität von 1,5 bis 15 aufweist.

Produkte, deren Lösung bei dieser Konzentration eine relative Viskosität von etwa 1,5 bis 7,5 aufweisen, sind besonders zweckmäßig. Die Sedimentationskonstante für lange Moleküle ist insofern von der Konzentration abhängig, als sie bei sinkender Konzentration der hochmolekularen Substanz wächst; sie ist aber keine geradlinige Funktion der Konzentration. Als ein allgemeines Merkmal der gemäß der Erfindung erhaltenen neutralen, wasserlöslichen Polymerhomologen von Polysacchariden kann festgestellt werden, daß sie bei einer Konzentration von etwa 6 °/₀ einen kolloidosmotischen Druck von 50 bis 1000 mm Wassersäule aufweisen sollen.

Es ist bekannt, daß Dextran durch Behandlung mit Säuren, wie Schwefelsäure, Salzsäure, Essigsäure, depolymerisiert werden kann. Dabei hat es sich jedoch nicht um einen geregelten Teilabbau bis zu Produkten von bestimmter Molekülgröße gemäß der vorliegenden Erfindung gehandelt. Noch weniger hatte man früher erkannt, daß gerade diese erfindungsgemäß hergestellten Abbauprodukte sich ausgezeichnet als Bestandteile von Injektionspräparaten und insbesondere als Blutplasmaersatzmittel eignen.

Die Kurven der Zeichnung zeigen schematisch das Verhältnis zwischen Konzentration und relativer Viskosität des nativen Dextrans und verschiedener gemäß der Erfindung daraus erhaltener, teilweise hydrolysierter Polymerhomologer. Kurve A entspricht nichthydrolysiertem Dextran. Kurve B entspricht der oberen Grenze der Viskosität von therapeutisch verwendeten Lösungen des erfindungsgemäß hydrolysierten Dextrans zur subkutanen Injektion mit protahierender Wirkung. Kurve C zeigt die obere Grenze der Viskosität der vorzugsweise verwendeten Lösungen zur intravenösen Injektion gemäß der Erfindung, während Kurve D die untere Viskositätsgrenze für therapeutisch verwertbare Lösungen angibt. Die schattierte Fläche zwischen den Kurven C und D entspricht dem bevorzugten Bereich. Die Kurven zeigen z. B., daß mit Lösungen, die eine Konzentration von 4% haben, die relative Viskosität für Lösungen ,ur intravenösen Injektion in den Bereich von etwa tao 1,5 bis 7,2 fallen soll. Lösungen, die in den Bereich der schattierten Fläche fallen, sind bevorzugt, da reine Präparate innerhalb dieses Bereiches leicht erhalten werden können, die bei normaler Verwendung völlig frei von nicht erwünschten physiologischen Reaktionen sind.

In bezug auf die psychologische Wirkung der erfindungsgemäß herstellbaren Produkte ist zu bemerken, daß zu hoch molekulare Dextrane bei intravenöser Verabreichung besonders Leber S und Nieren schädigen können, während zu niedrig molekulare Dextrane nicht die an einen Ersatz für Blutplasma zu stellenden Anforderungen erfüllen, da die Moleküle so klein sind, daß sie schnell durch die Kapillaren der Gewebe und der Membranen des

to Nierensystems in den Harn übergehen. Die gemäß der Erfindung erhältlichen Dextranlösungen erfüllen dagegen sehr gut die an einen Plasmaersatz zu stellenden Anforderungen, vorausgesetzt, daß sie entsprechend gereinigt worden sind.

Als geeignete Verfahren zur teilweisen Depolymerisation des ursprünglichen Dextrans und zur Abscheidung eines das gewünschte Molekulargewicht gemäß der Erfindung aufweisenden Produktes können folgende Beispiele 1 bis 3 angeführt werden.

Beispiel 1

Eine Mischung von 600 cm³ 3,5%iger wäßriger Dextranlösung mit 5 cm³ konzentriertem HCl wird 2 Minuten unter Rückfluß gekocht, abgekühlt, mit konzentrierter Natronlauge neutralisiert und mit 800 cm³ Alkohol (95 %) unter Umrühren versetzt, wobei die hochmolekularen Dextranabbauprodukte eine weiße Fällung bilden, die in Wasser gelöst und in einem Cellulosehydratsack gegen Wasser dialysiert wird. Die relative Viskosität beträgt 13,4 bei einer Konzentration von 8,67 °/₀ und 9,95 bei einer Konzentration von 7,25 %. Die Sedimentationskonstante beträgt bei einer Konzentration von 0,72 °/₀ 2,7 · io~~¹³. Die Diffusionskonstante weist bei einer Konzentration von 0,36 °/₀ einen Wert von 2 · 10-⁷ und bei einer Konzentration von 0,72 °/₀ einen Wert von 2 · io~⁷ auf.

Beispiel 2

450 cm³ einer 3,5%igen Dextranlösung und 30 cm³ konzentrierter HCl werden 6 Minuten unter Rückfluß gekocht, abgekühlt und mit konzentrierter Natronlauge neutralisiert. Die Lösung wird 24 Stunden in einem Cellulosehydratsack gegen Wasser dialysiert und danach im Vakuum (30⁰C) auf ein Volumen von 72 cm³ eingedampft. Bei der Konzentration 11,1 °/₀ weist diese Lösung eine relative Viskosität von 1,89 auf.

Beispiel 3

Auf mikrobiologischem Wege erhaltenes Dextran wird aus seiner wäßrigen Lösung durch Fällung mit Alkohol abgeschieden und das gereinigte Dextran im Vakuum bei 65° getrocknet. 5 kg des trockenen Produktes werden in 60 1 Wasser gelöst, die Lösung wird auf 85° erhitzt und bei dieser Temperatur mit 1,45 1 5 n-HCl versetzt. Nach 20 Minuten wird die für die Neutralisation berechnete Alkalimenge unter kräftigem Rühren zugesetzt, wobei der pn-Wert von 7 nie überschritten werden darf. 20 g Kieselgur werden zugefügt, und die Lösung wird durch eine 1 cm dicke Schicht von Kieselgur gefiltert. Dem Filtrat werden 180 g Asbest zugesetzt, wonach wieder gekocht und filtriert wird. Schließlich werden 600 cm³ einer Aluminiumhydroxydsuspension und 60 g Chlornatrium zugesetzt, worauf das Gemisch wieder gekocht und gefiltert wird. Die auf diese Weise erhaltene gereinigte Lösung wird mit Alkohol gefällt und der Niederschlag im Vakuum getrocknet.

Im Vergleich mit bereits vorgeschlagenen Plasmaersatzmitteln, wie Gummiarabikum, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrholidon, Gelatine, Pektin u. a., weisen die gemäß der Erfindung erhaltenen Lösungen den Vorteil auf, daß bei der therapeutischen Verwendung keine Schädigung der Gewebe, der Leber, der Nieren und anderer innerer Organe auftritt, wie dies z. B. bei körperfremden Stoffen, die von dem Organismus nicht abgebaut oder ausgeschieden, sondern z. B. in der Leber gespeichert werden, erfolgt. Dextran kommt zwar auch im menschlichen Organismus nicht vor, es ist aber weniger fremd als andere Plasmaersatzstoffe, weil es ganz aus Glukose aufgebaut ist. Im Gegensatz zu Stärke und Glykogen, welche schnell im menschlichen Organismus abgebaut werden und deshalb als Plasmaersatz untauglich sind, wird das gemäß der Erfindung hergestellte Dextran im menschlichen Organismus nur sehr langsam abgebaut.

Das teilweise depolymerisierte Dextran gemäß der Erfindung bildet keine Gifte und verursacht keine anaphylaktischen Zustände. Es wird im Organismus sowohl zu Glukose abgebaut und verbraucht als auch in Form von weiter abgebautem Dextran durch die Niere ausgeschieden. Die Zersetzungsgeschwindigkeit ist beinahe ideal, weil eine therapeutische Dosis etwa so lange zurückbleibt, wie erforderlich ist, um die Schockwirkungen zu beseitigen.

Außer bei der Herstellung von Injektionslösungen, in denen sie als Regler der Viskosität und des kolloidosmotischen Druckes dienen, können die gemäß der Erfindung erhaltenen Polymerhomologen des Dextrans als Verdickungsmittel in Salben und kosmetischen Präparaten, als sogenannte Quellsubstanzen für medizinische Zwecke usw. verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Polymerhomologen von Dextran, die als Bestandteile von Injektionspräparaten, Verdickungsmittel für Salben, Quellmittel od. dgl. geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial durch saure Hydrolyse, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 30 und 150⁰C und zweckmäßig innerhalb 24 Stunden, so weit abgebaut wird, bis die Dextranabbauprodukte völlig wasserlöslich geworden sind und in o,7°/oiger wäßriger Lösung eine zwischen 1,5 · 10-¹³ und 20 · io^-13 liegende Sedimentationskonstante und eine Diffusionskonstante von 0,2 · io~⁷ bis 8 · 10-⁷ besitzen und deren 4°/oige wäßrige Lösung eine relative Viskosität von 1,5 bis 15, vorzugsweise von 1,5 bis 7,5 aufweist. iao

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolysebedingungen derart geregelt werden, daß die Hydrolysenprodukte bei einer Konzentration von etwa 6°/₀ in Wasser einen zwischen etwa 50 und 1000 mm Wassersäule las liegenden kolloidosmotischen Druck aufweisen.

3· Verfahren nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Beseitigung niedrigmolekularer Produkte das Reaktionsgemisch nach erfolgter Hydrolyse einer Dialyse unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial und bzw. oder Reaktionsprodukt durch Fällung mit Alkohol gereinigt wird.

Angezogene Druckschriften: Biochemical Journal (1938), Bd. 32, S. 1948.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen