EP1359952A1

EP1359952A1 - Körperdynamische implantatbeschichtungen

Info

Publication number: EP1359952A1
Application number: EP01911610A
Authority: EP
Inventors: Herbert Jennissen; Alfons Fischer; Abderrahman Machraoui
Original assignee: Efmt Entwicklungs- und Forschungszentrum fur Mikrotherapie GmbH
Current assignee: Efmt Entwicklungs- und Forschungszentrum fur Mikrotherapie GmbH
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2003-11-12
Also published as: WO2002062406A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft beschichtete Implantate zur Verwendung in Human- oder tiermedizinischen Verfahren, deren Beschichtung so ausgebildet ist, daß sie in situ nach Erschöpfung der zur Beschichtung gehörenden Wirksubstanz erneut mit Wirksubstanz beladen werden können. Auf diese Weise soll eine Wirksame lokale Langzeittherapie in Verbindung mit verschiedenen Implantationsverfahren gewährleistet werden.

Description

Körperdvnamische Implantatbeschichtunαen

Die vorliegende Erfindung betrifft beschichtete Implantate, deren Beschichtungen einen oder mehrere fixierte Bindungspartner eines oder mehrerer Bindungspaare aufweisen, und durch die nicht-kovalenten Interaktionen der beiden Bindungspartner miteinander die wiederholte Beladung des Implantates mit den nicht fixierten Bindungspartnern in situ ermöglichen und so eine wiederholbare Erhöhung der lokalen Konzentration an nicht fixierten Bindungspartnern, z. B. antiproliferativen oder antiphlogistischen Substanzen zur Einwirkung auf das umgebene Gewebe, erlauben.

Einhergehend mit den veränderten Lebensbedingungen der Leistungsgesellschaft gehören Herz-Kreizlauf-Erkrankungen in Industrienationen zu den häufig- sten Todesursachen unserer Zeit. Auch im Zusammenhang mit immer höheren Lebenserwartungen wird die Behandlung von Krankheitsbildern des athe- rosklerotischen Systemkreises zu einem zunehmend großen Kostenfaktor im Gesundheitssystem.

Atherosklerotische Veränderungen führen zur Gefäß-Stenose. Sie werden ent- weder systemisch oder im Falle größerer Gefäße mechanisch behandelt. So ist beispielsweise die perkutane transluminale coronare Angioplastie (PTCA), auch als Ballonangioplastie bezeichnet, das Hauptbehandlungsverfahren für stenotische Coronargefäße. Diese Ballondilatation führt zwar zunächst mit hoher Erfolgsrate zur Gefäßaufweitung und einer dadurch bedingten verbesserten Durchblutung, diese Behandlung resultiert jedoch in über 35 % der Fälle in einer Restenose und damit der Wiederkehr des Krankheitsbildes. Um solchen Restenosen vorzubeugen, ist es Stand der Technik, coronare Gefäßstützen, sogenannte coronare Stents einzusetzen, die auf mechanischem Wege den minimalen Gefäßdurchmesser gewährleisten sollen. Da es sich hierbei jedoch um eine rein mechanische Methode handelt, kann die Restenose ins- besondere der an den Stents seitlich angrenzenden Gefäßwandung auf diese Weise nicht verhindert werden, weil die die Restenose bedingenden Gewebeveränderungen nicht ursächlich bekämpft werden.

Im Zusammenhang mit der modernen medizinischen Forschung wurden die Gefäßrestenose bedingende Kausalzusammenhänge in den letzten Jahren zu- nehmend aufgedeckt. Es wird allgemein angenommen, daß die Restenose durch eine neointimale Hyperproliferation im Zusammenhang mit der Umbildung der Extrazellulärmatrix bedingt wird. Auslöser dieser Hyperproliferation ist wahrscheinlich die durch die Angioplastie bedingte Traumatisierung des Gewebes, sowie die nachfolgende stärkere Durchblutung.

Da die mechanischen Methoden der Gefäßerweiterung hinsichtlich des Langzeiterfolges nicht zufriedenstellend sind, wird daher versucht, in die ursächlichen Zusammenhänge einzugreifen und das Auftreten von Restenosen kausal zu verhindern, indem man die proliferativen und entzündlichen Reaktionen inhibiert.

Beim systemischen Therapieansatz werden antiphlogistische, antithrombotische oder antiproliferative Substanzen wie z. B. Acetylsalicylsäure, Triazolopyrimidin (ein PDGF-Antagonist), Warfarin oder Corticosteroide systemisch in Kombination mit oder im Anschluß an den Einsatz mechanischer Methoden, wie dem coronaren Stenting eingesetzt. Diese systemische Vorgehensweise ist zwar in Hinsicht auf die Vorbeugung der coronaren Restenose sehr erfolgreich, allerdings müssen, um lokal ausreichende Wirkkonzentrationen zu erreichen, systemisch hohe Dosen der entsprechenden aktiven Substanzen über einen langen Zeitraum eingesetzt werden.

Es kann daher in Folge der systemischen Überschwemmung über lange Zeitperioden zu Nebenwirkungen wie hämorrhagischen Komplikationen bei Gabe der antithrombotischen Substanzen oder dem Auftreten des Cushing-Syndroms in Verbindung mit der Applikation von Corticosteroiden kommen. Um solche Nebenwirkungen zu verhindern, wurde versucht, dem restenoti- schem Krankheitsbild durch lokale Therapieverfahren vorzubeugen. Es handelt sich dabei in der Regel um Verfahren, bei denen die verwendeten coronaren Stents mit einer biologisch aktiven Matrix beschichtet werden, die den Vorgän- gen, die zur Restenose führen, entgegenwirken sollen.

Ein solcher Therapieansatz ist die Verwendung von Stents, welche eine radioaktive Beschichtung aufweisen. So beschreibt die WO 99 42 177 die Verwendung eines radioaktiven Stents, welcher durch ein Radiosotop aus der Gruppe aus P³², 1¹²⁵, Pd¹⁰³, W/Re¹⁸⁸, A_s ⁷³ oder Gd¹⁵³ die Hyperproliferation der Intima zu verhindern sucht. Zwar haben Versuche mit P³²-coronaren Stents gute Erfolge hinsichtlich der Verhinderung von Restenosen bis 30 Tage nach Gefäßerweiterung ergeben, jedoch ist die Verwendung radioaktiver Isotope immer mit einem gewissen Risiko verbunden. So kann die Einwirkung radioaktiver Strahlung zu entzündlichen Reaktionen, Nekrosen, hämorrhagischen Komplikationen und in Folge einer möglichen Schädigung des Erbgutes langzeitlich zur Canceroge- nese führen. Es ist weiterhin bekannt, daß eine externe Strahlentherapie zur Verhinderung der Restenose nach einer coronaren Stent-Implantation die neointimale Hyperplasie durch die Begünstigung der Proliferation glatter Muskelzellen in Kombination mit einer Akkumulation der Extrazellulärmatrix ver- stärkt. Es könnte sich daher die Verwendung radioaktiver Stents analog auf die umgebenden Gefäße auswirken und dort stenotische Gefäßveränderungen auslösen. Da bislang keine Langzeitstudien hinsichtlich dieser Therapieform vorliegen, sind mögliche Spätfolgen der radioaktiven Strahlung zur Zeit nicht abzusehen.

Ein weiterer neuer Therapieansatz ist die Verwendung von Stents mit einer Beschichtung, die pharmazeutisch bzw. biologisch aktive Substanzen abgibt. Bei dieser Therapieform werden ebenfalls antithrombotische, antiphlogistische, anti- mikrobielle oder antiproliferative Substanzen verwendet, durch die lokale Abgabe sollen jedoch die mit der systemischen Überschwemmung einhergehen- den Nebenwirkungserscheinungen vermieden werden. Diese Substanzen werden dabei entweder physikalisch durch die Einbringung in Aushöhlungen oder Poren im Stent-Material, die Verwendung colloidaler Matrices zur Speicherung der pharmakologischen Wirksubstanzen auf dem Stent oder durch direkte Kopplung mit aktivierten chemischen Gruppen auf der Stent-Oberfläche fixiert. Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, daß nur geringe Mengen bioaktiver Substanzen auf diese Weise eingesetzt werden können und sich ihre lokale Wirkung folglich zu schnell erschöpft, um effektiv eine Restenose zu verhindern. Im Fall der Lösung der bioaktiven Substanzen in einer colloidalen Matrix oder der physikalischen Einbringen in Aushöhlungen kommt es zuerst zu einer relativ hohen lokalen Ausschüttung, die sich schnell erschöpft, so daß die Wirkkonzentration schnell unterschritten wird und restenotische Prozesse nicht unterbunden werden.

Einzig die kovalente Aufbringung der Wirksubstanzen an aktivierte chemische Gruppen auf der Stent - Oberfläche gewährleistet ein langzeitiges Einwirken auf das Zielgewebe. Da die Wirksubstanz jedoch an der Oberfläche fixiert ist, kann hierbei nur ein begrenztes Repertoire an Substanzen eingesetzt werden, da sich Substanzen, die vom Zielgewebe aufgenommen werden müssen wie z. B. Ste- roidhormone, welche an intrazelluläre Rezeptoren binden müssen, nicht für diese Therapieform eignen.

Zur Therapie lokaler intrakorporaler Defekte wie coronarer Stenosen oder auch anderer Krankheitsbilder ist es daher notwendig, eine Therapieform zu schaffen, die die Effektivität einer systemischen Therapie ohne deren Nebenwirkungen er- reicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die langzeitig effektive lokale Ausschüttung einer möglichst breiten Palette bioaktiver Substanzen ohne die dauerhaft hohe systemische Konzentration dieser Substanzen zu gewährleisten.

Er indungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein beschichtetes Implantat gelöst, dessen Beschichtung einen oder mehrere am Implantat fixierte Bindungspartner eines oder mehrerer Bindungspaare aufweist, die mit einem oder mehreren nicht-fixierten Bindungspartnern nicht-kovalent interagieren, so daß bei vollständiger Beladung die Konzentration des oder der nicht-fixierten Bindungspartner auf der Oberfläche des Implantates eine andauernde, kontinuierliche Abgabe des oder der nicht-fixierten Bindungspartner an die Umgebung des Implantates bis zur Erschöpfung ermöglicht. Die Bindungspartner interagieren dabei vorzugsweise über spezifische zwei- oder dreidimensionale, zueinander komplementäre Interaktionsoberflächen miteinander.

Erfindungsgemäße fixierte Bindungspartner können kovalent auf der Implantat- Oberfläche angebrachte Bindungspartner sein. Erfindungsgemäße fixierte Bindungspartner können weiterhin auch durch Molekül-Imprinting-Polymere geformte zwei- oder dreidimensionale Strukturen sein, die komplementär zu den Interaktionsoberflächen der entsprechenden nicht-fixierten Bindungspartner sind. Die erfindungsgemäße Rekrutierung nicht-fixierter Bindungspartner erfolgt dann über die hochspezifische Interaktion zwischen Oberflächen-Strukturen der auf dem Implantat aufgebrachten stationären Molekül-Imprinting-Polymerphase und komplementären nicht-fixierten Bindungspartnern.

Die nicht-kovalente Interaktion der beiden Bindungspartner des Bindungspaares führt dabei zu einer lokalen Einstellung eines Dissoziationsgleichgewichtes zwischen dem fixierten und dem nicht-fixierten Bindungspartner in Abhängigkeit von der Umgebungs-Konzentration an nicht-fixierten Bindungspartnern, der Konzentration an fixierten Bindungspartnern in der Beschichtung, der Dissoziationskonstante zwischen den Bindungspartnern und der Beladung des fixierten Bindungspartners mit nicht-fixierten Bindungspartnern.

Eine kurzfristige systemische oder durch lokale Injektion bewirkte Erhöhung der an nicht-fixierten Bindungspartnern führt an der Implantatoberfläche zur Beladung des fixierten Bindungspartners mit nicht-fixierten Bindungspartnern. Nach Absinken der Umgebungs-Konzentration kommt es dann durch die Einstellung des lokalen Dissoziationsgleichgewichtes zu einer langzeitigen gepufferten Abgabe an nicht-fixierten Bindungspartnern. Die Konzentration an nicht-fixierten Bindungspartnern bleibt in Implantat-Nähe folglich auch nach Absinken der Umgebungskonzentration (z. B. der Plasma-Konzentration oder der systemischen Konzentration) erhöht, bis sich die "Aufladung" mit nicht-fixierten Bindungspartnern erschöpft hat. Nach Erschöpfung der Beladung kann so eine wiederholte Aufladung durch die kurzfristige Erhöhung der Umgebungskonzentration in Folge oraler Gabe oder intravenöser oder lokaler Injektion erfolgen.

Bei Verwendung von nicht-fixierten Bindungspartnern, die ohnedies in der das Implantat umgebenden Körperflüssigkeit, z. B. dem Serum vorkommen, findet eine andauernde lokale Anreicherung an nicht-fixierten Bindungspartnern aus der Umgebung statt, sofern die Konzentration der fixierten Bindungspartner deutlich über der Dissoziationskonstante (KD) liegt.

Die vielfach wiederholbare batterieartige Aufladung der Implantat-Beschichtung gewährleistet dabei eine erhöhte lokale Konzentration lange nach dem Absinken der Plasmakonzentration unter die Wirk-Konzentration an nicht-fixierten Bindungspartnern. Durch die Wiederbeladbarkeit dieser Beschichtung und die kontinuierliche Erschöpfung an nicht-fixierten Bindungspartnern, kann so eine langzeitig wirksame lokale Therapie gewährleistet werden ohne die Nebenwir- kungen einer langzeitigen systemischen Überschwemmung. Zweckmäßigerweise hat ein erfindungsgemäßes beschichtetes Implantat eine Wirkdauer von mindestens 2 Wochen, ggf. nach mehrfacher "Wiederbeladung".

Die Bindungspartner sollen dabei natürliche oder modifizierte organische Verbindungen, pharmakologisch und/oder biologisch wirksamen Substanzen oder supramolekulare Komplexe und Gebilde oder Fragmente derselben oder Kombinationen davon enthalten oder aus diesen bestehen. Diese Bindungspartner enthalten vorzugsweise eine zwei- oder dreidimensionale komplementäre Passform des anderen Bindungspartners, die eine hoch-affine Bindung ermöglicht. Der Einsatz fragmentarischer oder modifizierter Bindungspartner kann da- bei, insbesondere im Falle der fixierten Bindungspartner eine verlängerte Wirkdauer durch erhöhte Stabilität bewirken. Ebenso kann beispielsweise durch die Veränderung oder Abspaltung bestimmter Anteile die Reaktivität eines Bindungspartners mit Molekülen unterbunden werden, die sich nachteilig auf den therapeutischen Zweck auswirken. Eine solche erhöhte Spezifität gewährleistet die gezielte Rekrutierung der Wirksubstanz (dem nicht-fixierten Bindungspartner). In einer weiteren Ausführungsform enthält ein erfindungsgemäßes Implantat eine aufgebrachte stationäre Molekül-Imprinting-Phase, deren Interaktionsoberflächenstrukturen als fixierte Bindungspartner dienen.

Als organische Verbindungen können insbesondere die im folgenden genannten Verbindungen eingesetzt werden, wobei auch Modifikationen oder Fragmente, die die jeweils erwünschte Wirkung zeigen, in Frage kommen:

Aminosäuren, Peptide, Proteine, Fettsäuren, Nukleotide, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, vorzugsweise Rezeptormoleküle, Enzyme, Antikörper, Wachstumsfaktoren, Cytokine, Zellzyklusinhibitoren, Hormone, biogene Amine oder Gerin- nungsfaktoren.

Erfindungsgemäß eingesetzte Nucleinsäuren können alle Arten von Nucleinsäu- ren oder Nucleinsäure-Derivaten sein, die sich für den Einsatz als erfindungsgemäße Bindungspartner eignen.

Die Beschichtung des erfindungsgemäßen Implantates kann sinngemäßerweise entzündungshemmende, proliferationshemmende oder proliferationsfördernde, coagulationshemmende oder coagulationsfördernde, antimikrobielle, antivirale, immunosuppressive oder immunogene, chemotaktische, differenzierungsför- dernde oder differenzierungshemmende pharmakologisch und/oder biologisch wirksame Substanzen oder eine Kombination daraus enthalten. Als supramole- kulare Komplexe und/oder Gebilde können vorzugsweise eukaryontische Zellen, besonders bevorzugt Entzündungs- und/oder Abwehrzellen, insbesondere Leukozyten in natürlicher oder veränderter Form oder Fragmente derselben eingesetzt werden.

Da die bindungsfähigen Oberflächen in der folgenden aufgeführten Interakti- onspaare eine hohe Spezifität aufweisen, können vorzugsweise ihre Interaktionen als Grundlage für die Ausbildung von Bindungspaaren erfindungsgemäß beschichteter Implantate verwendet werden: Protein und Ligan, Protein und Nucleinsäure, Antigen/Hapten und Antikörper, Rezeptor und Hormon, Enzym und Substrat; weiterhin bevorzugt sind die Interaktionen zwischen: Nucleinsäure mit komplementärer Nucleinsäure, organische Verbindung mit Zielzelle/Rezeptor, vorzugsweise Hormon mit Zielzelle/ Rezeptor, Wachstumsfaktor mit Zielzelle/ Rezeptor, Antigen/Hapten mit Entzündungs- und/oder Abwehrzelle, vorzugsweise Leukozyt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß beschichteten Implantates kann die Interaktion der stationären Phase aus Molekül- Imprinting-Polymeren mit einem erfindungsgemäßen nicht-fixierten Bindungs- partner als Bindungspaar eingesetzt werden.

Erfindungsgemäße Antikörper sind prinzipell alle möglichen Arten an Antikörpern, sofern ihre Spezifität und Affinität ausreichend ist, eine erfindungsgemäße Interaktion mit dem entsprechenden Bindungspartner einzugehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen beschichteten Implantate können als Antikörper monoklonale Antikörper oder rekombinante mono- oder multispezifische Antikörper verwendet, da es sich bei diesen um hinsichtlich Spezifität und Affinität gut zu definierende Spezies handelt. Weiterhin sind monoklonale und rekombinante Antikörper prinzipiell unbegrenzt herstellbar. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung rekombinanter Antikörper, da diese durch gezieltes molekulares Modelling in breiter Vielfalt und genauen Abstufungen hinsichtlich Spezifität und Affinität hergestellt werden können.

Zweckmäßigerweise kann die Implantatbeschichtung auch eine Kombination mehrer verschiedener Bindungspaare aufweisen. Eine solche Ausführungsform ermöglicht beispielsweise die Durchführung einer lokalen Kombinationstherapie unter Verwendung verschiedener Wirksubstanzen. Auf diese Weise können mehrere Ursachen und/oder Symptome eines lokalen Defektes oder mehrere unterschiedliche, in Zusammenhang stehene lokale Defekte geleichzeitig behandelt werden.

Um eine genügend hohe Wirkkonzentration an nicht-fixiertem Bindungspartner zu erzielen, beträgt die Dissoziationskonstante der Bindungspartner vorzugsweise zwischen 1 und 250 nmol/l. Auf diese Weise wird eine ausreichende Rekrutierung des nicht-fixierten Bindungspartners und eine hohe Spezifität der Interaktion gewährleistet.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten erfindungsgemäß beschichtete Implantate als Bindungspaare Corticosteroide mit Corticoidrezeptor, vorzugsweise Glucocorticoide mit Glucocorticoidrezeptor und besonders bevorzugt Cortisol mit Cortisol rezeptor und/oder Cortisol mit Cortisol-bindendem Globulin (Transferrin) und/oder Cortisol mit Serum-Albumin und/oder Cortisol mit AntiCortisol Antikörper. Weitere bevorzugte Ausführungsformen enthalten BMP mit BMP-Rezeptor und/oder BMP mit ant-BMP-Antikörper als Bindungspaare. Auch die Verwendung von coagulationsfördemden Substanzen und entsprechenden Bindungspartnern ist oder der Einsatz stationärer Molekül-Imprinting-Oberflä- chenstrukturen mit erfindungsgemäßen nicht-fixierten Bindungspartnern ist zweckmäßig.

Zur Behandlung von Coronarstenosen sollen dabei vorzugsweise Steroide, besonders bevorzugt Glucocorticoide als nicht-fixierte Bindungspartner eingesetzt werden, die durch als fixierte Bindungspartner eingesetzte Glucocorticoidre- zeptoren, spezifische Antikörper oder andere Glucocorticoid-bindende Proteine an die Implantatoberfläche rekrutiert werden. Steroide im Sinne der Erfindung umfassen sowohl natürlich Steroide in veränderter oder unveränderter Form als auch deren Analoga. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß beschichteten Implantates verwendet als nicht-fixierten Bindungspartner Cortisol, welches dann durch einen Glucocorticoidrezeptor, Cortisol-bindendes Globulin (Transferrin), Serum-Albumin oder monoklonale bzw. polyklo- nale Antikörper gegen Cortisol als fixierte Bindungspartner lokal angereichert wird.

Zweckmäßigerweise enthält ein erfindungsgemäß beschichtetes Implantat Metall oder Metallegierungen, vorzugsweise 316 L medizinischen Stahl, Titanwerkstoffe, vorzugsweise Reintitan oder Nickel-Titan-Legierungen, Keramikwerk- Stoffe, Kunststoffe, vorzugsweise Polyurethan, Polyalkylenverbindungen oder Polytetrafluorethylenverbindungen oder einer Kombination aus diesen. Erfin- dungsgemäße Titanwerkstoffe sind dabei sowohl alle vorteilhaften Titan-Legierungen als auch Reintitan.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist auch ein Implantat mit einem Kunststoff kern, welcher von Metall ummantelt ist. Auf diese Weise können die günstigen Eigenschaften von Kunststoff wie die geringe Dichte und das dadurch bedingte geringe Gewicht mit den vorteilhaften Eigenschaften von Metall kombiniert werden. Die Metallummantelung verhindert dabei durch Abschirmung gegenüber dem Körpergewebe und den Körperflüssigkeiten die Korrosion des Kunststoffes.

Zweckmäßige Ausbildungen des erfindungsgemäßen Implantates sind die einfache oder verzweigte Röhre, Platte, Stift, Nagel, Kugel, Klammer oder Draht oder einer Kombination aus mehrerer dieser Formen. Die Struktur des erfin- dungsgemäßen beschichteten Implantates kann dabei durchgängig oder mit Lücken versehen sein. Eine Ausbildung als netzartige Struktur und die dadurch bedingte erhöhte Elastizität ist zweckmäßig bei Anwendungen, für die eine Beibehaltung der Elastizität des Körpergewebes vorteilhaft ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat das erfindungsgemäß beschichtete Implantat eine Oberfläche aus elektropoliertem und/oder oxidiertem Stahl. Ein solches beschichtetes Implantat weist eine Schicht an fixierten Bindungspart- nern zwischen 1 - 3000 ng/cm²-Oberfläche auf. Besonders bevorzugt ist dabei die Ausführung eines beschichteten Implantates mit einer Oberfläche aus elektropoliertem Stahl, mit zwischen 1 - 300, vorzugsweise 5 - 200, besonders bevorzugt 10 - 100 und insbesondere 20 - 50 ng/cm², bzw. mit einer Oberfläche aus oxidiertem Stahl mit zwischen 1 - 3000, vorzugsweise 50 - 2000, besonders bevorzugt 100 - 1500 und insbesondere 200 -1000 ng/cm² an fixierten Bindungspartnern.

Die kovalente Aufbringung der fixierten Bindungspartner auf die Oberfläche des Implantates erfolgt dabei im Falle metallischer Oberflächen durch die kovalente Verknüpfung von Metalloxidmolekülen mit reaktiven Gruppen der als fixierte Bin- dungspartner einzusetzenden Biomoleküle wie beispielsweise Proteinen oder Nukleinsäuren. Bei Verwendung keramischer Implantatoberflächen können akti- vierte Hydroxyl-Gruppen und bei Verwendung von Kunststoff-Oberflächen freie Amino-Gruppen zur kovalenten Fixierung der Biomoleküle eingesetzt werden.

Es gilt dabei, auf der Oberfläche des Implantates eine Mindestkonzentration an nicht-fixierten Bindungspartnern zu erreichen, die zweckmäßigerweise minde- stens zehnfach über der Umgebungskonzentration, wie z.B. der Plasmakonzentration an nicht-fixierten Bindungspartnern liegt. Dazu muß eine möglichst hohe Konzentration von fixiertem Bindungspartner in der Implantatbeschichtung erreicht werden. Erfindungsgemäß liegt die Konzentration der fixierten Bindungspartner in der Implantatbeschichtung min- destens 10-fach höher als die KD des Bindungspaares. Da davon ausgegangen werden muß, daß nicht jedes Molekül an fixiertem Bindungspartner in der erfindungsgemäßen Beschichtung des Implantates in aktiver Form vorliegt, wird vorzugsweise angestrebt, eine Konzentration an fixiertem Bindungspartner in der Beschichtung zu erreichen, die 10 bis 100-fach und besonders bevorzugt über 100-fach höher ist als die KD des Bindungspaares. Dadurch soll gewährleistet werden, daß selbst bei beispielsweise nur 10 % aktiv-wirksamen fixierten Bindungspartnern eine ausreichende Anreicherung an nicht-fixierten Bindungspartnern an der Implantatoberfläche stattfindet.

Eine solche hohe Immobilisierung fixierter Bindungspartner kann im Falle der kovalenten Fixierung sinngemäßerweise durch die Bereitstellung einer möglichst großen Anzahl verfügbarer reaktiver Gruppen auf der Implantatoberfläche erfolgen. Bei Verwendung metallischer Oberflächen kann beispielsweise die Anzahl der auf der Oberfläche verfügbaren Metalloxid-Einheiten erhöht werden. Dies kann beispielsweise durch die Behandlung der Metalloberfläche mit heißer, vorzugsweise bodensatzfreier Chromschwefelsäure und anschließender Entfernung freier Chrom-Ionen durch eine EDTA (Ethylendiamintetraacetat) Behandlung erfolgen. Eine weitere Erhöhung an reaktiven Gruppen zur kovalenten Fixierung der fixierten Bindungspartner kann erfindungsgemäß auch durch eine kovalente Verknüpfung der fixierten Bindungspartner mit Ankermo- lekülen erfolgen, welche ihrerseits kovalent an der Oberfläche des Implantatmaterials fixiert sind. Bei Verwendung von Ankermolekülen, welche mehr reaktive Gruppen zur Bindung der fixierten Bindungspartner bereitstellen, als sie reaktive Gruppen der Implantatoberfläche zu ihrer eigenen Fixierung benötigen, kann so die Anzahl der fixierten Bindungspartner auf der Implantatoberfläche weiter gesteigert werden.

Die Beschichtung des erfindungsgemäß beschichteten Implantates kann auch in ein Hydrogel eingebettet sein. Auf diese Weise führt eine verzögerte Einstellung des Diffusionsgleichgewichtes zwischen der Konzentration in der erfindungsgemäßen Beschichtung und der Umgebungskonzentration an nicht-fixiertem Bindungspartner zu einer zeitlich ausgedehnten Erschöpfung. Weiterhin ermöglicht die Einbettung der Beschichtung des erfindungsgemäßen Implantates die Bereitstellung eines Implantates, welches hinsichtlich der Beladung mit nicht-fi- xierten Bindungspartnern übersättigt ist, weil zusätzlich zu der spezifischen Rekrutierung durch den fixierten Bindungspartner auch eine unspezifische Lösung von nicht-fixierten Bindungspartner in der Gel-Matrix erfolgt. Auf diese Weise wird die besonders lang anhaltende Bereitstellung an nicht-fixierten Bindungspartner vor der ersten Erschöpfung gewährleistet und der Zeitpunkt der ersten Wiederbeladung verzögert.

Die erfindungsgemäß beschichteten Implantate sind zur Verwendung in human- oder tiermedizinischen Verfahren bestimmt. Dabei kommt prinzipiell die Behandlung aller lokalen intrakorporalen Defekte in Frage, für die die Einbringung eines erfindungsgemäßen Implantates vorteilhaft ist. So ist der Einsatz erfindungsgemäß beschichteter Implantate vorteilhaft bei der Behandlung von Defekten des Herz-Kreislauf-Systems wie beispielsweise Erkrankungen des Atherosklerotischen Systemkreises oder anderen Defekten der Gefäßwandung wie Aneurysmen. Weiterhin können erfindungsgemäß beschichtete Implantate zweckmäßigerweise auch bei der Behandlung von Defekten des Knochensy- stems wie Luxationen oder Dysplasien von Gelenken oder Knochenfrakturen Einsatz finden.

Ein erfindungsgemäß beschichtetes Implantat kann dabei als Stent, vorzugsweise coronarer Stent aber auch als künstliches Gelenk oder künstlicher Knochen, Katheder oder Embolisierungsspirale Verwendung finden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform bei Herz-Kreislauferkrankungen ist erfindungsgemäß ein coronarer Stent mit einer Oberfläche aus elektropoliertem oder oxidiertem Metall und einer Auflage von 1 bis 3000 ng/cm² an fixiertem Bindungs- partner aus der Gruppe von Glucocorticoidrezeptoren, Transferrin, Serum-Albumin und/oder anti-Glucocorticoid-Antikörpern und nicht-fixierten Bindungspartnern aus der Gruppe der Glucocorticoide, vorzugsweise Cortisol.

Bei der Behandlung von Gelenk- oder Knochen-Defekten findet zweckmäßi- gerweise ein Implantat Einsatz, welches vorzugsweise als künstliches Gelenk oder künstlicher Knochen ausgebildet ist und eine Oberfläche aus elektropo- liertem oder oxidiertem Metall und eine Auflage von 1-3000, vorzugsweise 30 bis 300 ng/cm² an fixierten Bindungspartnern aus der Gruppe der Bone Morphogenic Proteins (BMPs) sowie nicht-fixierten Bindungspartnern aus der Gruppe der BMP-Rezeptoren oder anti-BMP-Antikörper aufweist. Bei den BMPs handelt es sich um osteoinduktive Proteine, die Knochenneubildung und Knochenheilung stimulieren, indem sie die Proliferation und Differenzierung von Vorläuferzellen zur Osteoblasten bewirken. Weiterhin fördern sie die Produktion anderer Substanzen, die für den Aufbau und die Neubildung von Knochen es- sentiell sind, wie beispielsweise Kollagen Typ I, Osteokalzin, Osteopontin und die Einlagerung von Mineralien. Sie können auch proliferationsinhibitorische Wirkung ausüben, wie beispielswiese BMP-2, welches sich hemmend auf die Proliferation glatter Gefäßmuskelzellen auswirkt. Zweckmäßigerweise kann BMP-2 folglich auch für die Beschichtung coronarer Stents eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Verwendung einzelner oder mehrerer Proteine der BMP- Gruppe als nicht-fixierte Bindungspartner bei der Behandlung von Knochenoder Gelenkdefekten hat gegenüber der Verwendung gewöhnlicher Implantate den Vorteil, daß Prozesse, wie die Knochenheilung oder das Einwachsen des Implantates gezielt und langzeitig stimulierbar sind.

Es ist weiterhin möglich, eine erfindungsgemäße Implantatbeschichtung auch auf ein Transplantat oder Reimplantat, beispielsweise mit körpereigenem Knochengewebe aufzubringen. Auf diese Weise kann die Einheilung des transplantierten, bzw. reimplantierten Materials durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtung gefördert und das Auftreten entzündlicher Prozesse verhindert werden.

Die Verwendung antimikrobieller oder antiviraler nicht-fixierter Bindungspartner hätte den Vorteil, daß der Anteil an Implantat-bedingten Infektionen gegenüber gewöhnlichen Implantationsverfahren drastisch gesenkt und der Einheilungsprozeß so gefördert werden könnte. Solche Substanzen fänden sinngemäßerweise nicht nur bei der Implantation künstlicher Gelenke oder Knochen sondern auch bei der Implantation coronarer Stents Anwendung und könnten zwecksmäßigerweise alleine oder in Kombination mit verschiedenen Bindungspaaren eingesetzt werden.

Auch bei der Behandlung von Erkrankungen, die einen schnellen Gewebeverschluß erfordern, finden erfindungsgemäß beschichtete Implantate Anwendung. Bei der Behandlung von Aneurysmen kann zweckmäßigerweise ein erfin- dungsgemäß beschichtetes Implantat eingesetzt werden, welches als Emboli- sierungsspirale ausgebildet ist und eine Auflage aus einem oder mehreren coagulationsfördernden Bindungspaaren hat. So kann beispielsweise ein Thrombzysten - rekrutierender fixierter Bindungspartner eingesetzt werden, um durch eine schnelle Rekrutierung von Thrombozyten einen beschleunigten Ver- schluß des Aneurysmas herbeizuführen.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Beispielen erläutert werden.

Beispiel 1 :

Zur Rekrutierung von Cortisol als nicht-fixierten Bindungspartner geeignete Biomoleküle

Besonders geeignet zur Verwendung als erfindungsgemäße Bindungspaare sind Biomoleküle, deren Dissoziationskonstante zwischen I bis 250 nM liegt und die möglichst rekombinant herstellbar sind.

a) Glucocorticoid-Rezeptor

Molekulargewicht: 94.000 g/mol cDNA kloniert

Dissoziationskonstante Cortisol-Glucocorticoidrezeptor: 11 bis 22 nM

b) Corticosteroid-bindendes Globulin (Transferrin)

Molekulargewicht: 45.000 g/mol cDNA kloniert

Dissoziationskonstante Cortisol-Transferrin: 10 bis 25 nM

c) Anti-Cortisol-Antikörper

Molekulargewicht IgG: 150.000 g/mol

Zellklone/cDNAs/Seren: vorhanden und herstellbar

Dissoziationskonstante Cortisol-AK: Es können sowohl hoch- als auch niederaffine Antikörper mono - oder polyklonal oder rekombinant hergestellt werden mit KD-Werten: > 20nM (niederaffin) < 20nM (hochaffin) also ca. 1-200 nM.

d) Serum-Albumin

Molekulargewicht: 66.000 g/mol cDNA kloniert Dissoziationskonstante Cortisol-Serum-Albumin: 20-200 nM

Beispiel 2:

Immobilisierung von I¹²⁵ - Ubiquitin auf 316 L Stahl

I¹²⁵ - Ubiquitin wurde auf Plättchen von elektropoliertem oder mit Chromschwefelsäure behandeltem oxidiertem Stahl immobilisiert. a) die durchschnittliche kovalente Fixierung betrug:

elektropolierter Stahl: 30 μg / cm²

oxidierter Stahl: 300 μg / cm²

b) Berechnung der Beschichtung:

Zur Berechnung der Beschichtung der Stahlplättchen mit I¹²⁵ - Ubtiquitin wird von einer Schichtdicke von 10 ^"4cm ausgegangen. Dies entspricht der maximalen Ausdehnung der auf den Plättchen aufgebrachten Proteinschicht.

Bei einer Plättchenfläche von 1 cm² ergibt sich folgendes Volumen:

1 cm² x 10 ^"4 cm = 10 -⁴ ml = 0,1 μl

Die durchschnittliche Proteinbeschichtung beträgt folglich für I¹²⁵ - Ubiquitin:

30 ng / 0,1 μl = 0,3 μg / μl für elektropolierten Stahl

bzw.

300 ng / 0,1 μl = 3 μg / μl für oxidierten Stahl.

Umfangreiche Versuche mit anderen Proteinen ergaben ähnliche Werte.

Beispiel 3:

Die Konzentration von Glucocorticoidrezptor (GR) in Beschichtungen auf elektropoliertem bzw. oxidiertem Stahl

GR:

Molekulargewicht: ca.100.000 g/mol d.h.100.000 g/l = 1 M d. h.1 g/l = 10^~5M

0,3 - 3 g/l Protein können kovalent auf Stahlplättchen fixiert werden. Das entspricht einer GR - Konzentration von:

0,3-3x10^"5mol/l.

Die Dissoziationskonstante (KD) zwischen GR und Cortisol beträgt

11 -22nmol/l, d. h.11 -22 x 10^"9 mol/l, d. h.1,1-2,2 x 10^-8 mol/l.

Die Konzentration von GR in der erfindungsgemäßen Beschichtung ist folglich 2x10² -2x10³ mal höher als die KD zwischen GR und Cortisol.

Beispiel 4:

Die Konzentration von Transferrin in Beschichtungen auf elektropoliertem bzw. oxidiertem Stahl

Molekulargewicht: ca. 50.000 g/mol d. h. 50.000 g/l = 1 M. d. h. 0,5 g/l = 10^_5M

0,3 - 3 g/l Protein können durchschnittlich kovalent auf Stahlplättchen fixiert werden. Das entspricht einer Transferrin-Konzentration von:

0,6 - 6 x 10^-5 mol/l.

Die KD zwischen Transferrin und Cortisol beträgt

10 - 25 n mol/l, d. h. 1 ,0 - 2,5 x 10^"8 mol/l.

Die Konzentration von Transferrin in der erfindungsgemäßen Beschichtung ist folglich 2,4 x 10² - 6 x 10³ mal höher als die KD zwischen Transferrin und Cortisol. Die mindestens notwendige angestrebte 10-fache Anreicherung von Cortisol wird folglich um das 24 - 600-fache überschritten.

Beispiel 5:

Die Konzentration von IgG auf elektropoliertem bzw. oxidiertem Stahl

Molekulargewicht: 150.000 g/mol d. h. 150.000 g/l = 1 M d. h. 1 ,5 g/l = 10^"5M.

Bei einer durchschnittlichen kovalenten Beschichtung von 0,3 - 3 g/l Protein auf Stahlplättchen entspricht das einer IgG-Konzentration von: 0,2 - 2 x 10^'5 mol/l.

Bei einer KD zwischen IgG und Cortisol von 20 nmol/l d. h. 2,0 x 10^"8 mol/l ist die Konzentration von IgG in der erfindungsgemäßen Beschichtung folglich 1 x 10² - 1 x 10³ mal höher als die KD zwischen IgG und Cortisol.

Beispiel 6:

Die Konzentration von Serum-Albumin auf elektropoliertem bzw. oxidiertem Stahl

Molekulargewicht: ca. 70.000 g/mol d. h. 70.000 g/l = 1 M d. h. 0,7 g/l = 10-⁵M

Bei einer durchschnittlichen kovalenten Beschichtung von 0,3-3 g/l Protein auf Stahlplättchen entspricht das einer Serum-Albumin-Konzentration von:

0,4 - 4 x 10^"5 mol/l Serum Albumin.

Bei einer KD zwischen Serum-Albumin und Cortisol von 20-200 nM, das heißt 0,2 - 2 x 10^"7 mol/l ist die Konzentration von Serum-Albumin in der erfindungsgemäßen Beschichtung folglich 2 x 10² mal höher als die KD.

Claims

Patentansprüche

1. Beschichtetes Implantat, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Beschichtung einen oder mehrere am Implantat fixierte Bindungspartner eines oder mehrerer Bindungspaare aufweist, mit einem oder mehreren nicht-fixierten Bindungspartnern nicht-kovalent interagieren, so daß bei vollständiger Beladung die Konzentration des oder der nicht-fixierten Bindungspartner auf der Oberfläche des Implantats eine andauernde, kontinuierliche Abgabe des oder der nicht-fixierten Bindungspartner an die Umgebung des Implantats bis zur Erschöpfung ermöglicht.

2. Beschichtetes Implantat nach Anspruch 1 mit Bindungspartnern, die natürliche oder modifizierte Elemente, oder Fragmente dieser Elemente aus mindestens einer der nachfolgenden Gruppen enthalten oder aus diesen bestehen:

a) organische Verbindungen

b) pharmakologisch und/oder biologisch wirksame Substanzen

c) supramolekulare Komplexe und Gebilde

3. Beschichtetes Implantat nach Anspruch 1 oder 2 mit einer aufge- brachten stationären Molekül-Imprinting Phase, deren Interaktionsoberflächenstrukturen als fixierte Bindungspartner dienen.

4. Beschichtetes Implantat nach Anspruch 2 oder 3, mit einer oder mehrerem organischen Verbindungen der folgenden Gruppe: Aminosäuren, Peptide, Proteine, Fettsäuren, Nukleotide, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, vorzugsweise Rezeptormoleküle, Enzyme, Antikörper, Wachstumsfaktoren, Cyto- kine, Zellzyklusinhibitoren, Hormone, biogene Amine, Gerinnungsfaktoren.

5. Beschichtetes Implantat nach Anspruch 2 oder 3, mit pharmakolo- gisch und/oder biologisch wirksamen Substanzen mit einer oder mehrerer der folgenden Wirkungen: entzündungshemmend, proliferationshemmend oder proliferationsfördemd, koagulationshemmend oder koagulationsfördemd, anti- mikrobiell, antiviral, immunosuppressiv oder immunogen, chemotaktisch, diffe- renzungsfördemd oder differenzierungshemmend.

6. Beschichtetes Implantat nach Anspruch 2 oder 3, mit supramolekularen Komplexen und/oder Gebilden vorzugsweise eukaryontische Zellen, vorzugsweisen Körperzellen besonders bevorzugt Entzündungs- und/oder Abwehr- zellen, insbesondere Leukozyten (Thrombozyten).

7. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6 mit einem oder mehreren Bindungspaaren, die folgende fixierte und nicht- fixierte Bindungspartner in natürlicher oder veränderter Form oder Fragmente derselben enthalten:

a) Protein - Ligand oder

Ligand - Protein, vorzugsweise

Protein - Nucleinsäure oder

Nucleinsäure - Protein Antigen/Hapten - Antikörper oder

Antikörper - Antigen/Hapten,

Rezeptor - Hormon oder

Hormon - Rezeptor

Enzym - Substrat oder Substrat - Enzym b) Nucleinsäure - komplementäre Nucleinsäure c) organische Verbindung Zielzelle oder Zelle organische Verbindung, vorzugsweise

Hormon Zielzelle oder Zielzelle Hormon,

Wachstumsfaktor Zielzelle oder Zielzelle Wachstumsfaktor Cytokin Zielzelle oder Zielzelle Cytokin, Antigen/Hapten Entzündungs- und/oder

Abwehrzelle, vorzugsweise

Leukozyt

Entzündungs- und/oder Antigen/Hapten Abwehrzelle, vorzugsweise Leukozyt

d) stationäre Phase aus nicht-fixierte Bindungspartner Molekül-Imprinting Polynach mindestens einem der vormeren hergehenden Ansprüche

8. Beschichtetes Implantat nach einem oder mehreren der vorherge- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dissozationskonstante der Bindungspartner zwischen 1 und 250 nmol/l liegt.

9. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, das eines oder mehrere der folgenden Bindungspaare mit Bindungspartnern in natürlicher oder veränderter Form oder Fragmente derselben enthält:

a) Corticosteroide mit Corticosteroidrezeptor, vorzugsweise

Glucocorticoide mit Glucocorticoidrezeptor und besonders bevorzugt Cortisol mit Cortisolrezeptor

b) Cortisol mit Cortisol-bindendem Globulin (Transferrin) c) Cortisol mit Serum-Albumin

d) Cortisol mit anti-Cortisol Antikörper

e) BMP mit BMP-Rezeptor

f) BMP mit anti-BMP-Antikörper, vorzugsweise einem monoklonalem Antikörper

g) coagulationsfördernde Substanz mit erfindungsgemäßem Bindungspartner

h) stationäre Molekul-Imprinting-Oberflächenstruktur mit nicht-fixiertem Bindungspartner.

10. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem oder mehreren der folgenden Materialien besteht:

a) Metall oder Metall-Legierungen, vorzugsweise 316 L medizinischen Stahls; Titanwerkstoff, vorzugsweise Reintitan oder Nickel-Titanlegierung

b) Keramikwerkstoffen

c) Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, Polyalkylenverbindungen, oder Poly- tetrafluorethylenverbindungen.

11. Beschichtetes Implantat nach Anspruch 10 mit einem Kunststoffkern und Metallummantelung.

12. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als einfache oder verzweigte Röhre, als Platte, Stift, Nagel, Kugel, Klammer oder Draht oder einer Kombination aus mehrerer dieser Formen ausgebildet ist.

13. Beschichtetes Implantat nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 - 12 mit einer durchgängigen oder mit Lücken versehenden Struktur.

14. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung als Stent, vorzugsweise coronarer Stent, künst- liches Gelenk oder künstlicher Knochen, Katheter oder Embolisierungsspirale.

15. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Oberfläche aus elektropoliertem und/oder oxidiertem Stahl.

16. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorherge- henden Ansprüche mit einer Auflage an fixiertem Bindungspartner von mindestens 1 - 3000 ng/cm² - Oberfläche.

17. Beschichtetes Implantat nach Anspruch 16 mit einer Auflage an fixierten Bindungspartnern von zwischen 1 - 300, vorzugsweise 5 200, besonders bevorzugt 10 -100 und insbesondere 20 - 50 ng/cm² auf einer Oberfläche von elektropoliertem Stahl beziehungsweise zwischen 1 - 3000, vorzugsweise 50 - 2000, besonders bevorzugt 100 - 1500 und insbesondere 200 - 1000 ng/cm² auf einer Oberfläche von oxidiertem Stahl.

18. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche mit fixierten Bindungspartnern, die kovalent an Ankermoleküle gebunden sind, welche kovalent an der Oberfläche des Implantatmaterials fixiert sind.

19. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Beschichtung, die in ein Hydrogel eingebettet ist.

20. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehen- den Ansprüche mit einer aufgebrachten stationären Phase aus Molekül - Imprin- ting Polymeren.

21. Beschichtetes Implantat nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in human- oder tiermedizinischen Verfahren.

22. Coronarer Stent mit einer Oberfläche aus elektropoliertem oder oxidiertem Metall und einer Auflage von zwischen 1 - 3000 ng/cm² an fixierten Bindungspartnern aus der Gruppe von Glucocorticoidrezeptoren, Transferrin, Serum Albumin und/oder anti-Glucocorticoid-Antikörpern und nicht-fixierten Bindungspartnern aus der Gruppe der Glucocorticoide, vorzugsweise Cortisol.

23. Implantat, vorzugsweise künstliches Gelenk oder künstlicher Knochen mit einer Oberfläche aus elektropoliertem oder oxidiertem Metall und einer Auflage von zwischen 1 - 3000 ng/cm² an fixierten Bindungspartnern aus der Gruppe der BMPs sowie nicht-fixierten Bindungspartnern aus der Gruppe der BMP-Rezeptoren oder anti-BMP-Antikörper.

24. Embolisierungsspirale mit einem oder mehreren Bindungspaaren, die sich coagulationsfördernd auswirken.

25. Implantat, vorzugsweise coronarer Stent, künstliches Gelenk, künstlicher Knochen oder Embolisierungsspirale mit einer stationären Phase aus Molekül-Imprinting Polymaren und Molekül-Imprinting-Oberflächenstruktu- ren als fixierten Bindungspartner sowie nicht-fixierten Bindungspartnern mit dazu komplementären Interaktionsoberflächen.