EP3068452A1 - Implantat mit erhöhter negativer oberflächenladung - Google Patents

Implantat mit erhöhter negativer oberflächenladung

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EP3068452A1
EP3068452A1 EP14801977.1A EP14801977A EP3068452A1 EP 3068452 A1 EP3068452 A1 EP 3068452A1 EP 14801977 A EP14801977 A EP 14801977A EP 3068452 A1 EP3068452 A1 EP 3068452A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
state
implant
surface charge
charge
proteins
Prior art date
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Ceased
Application number
EP14801977.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arik Zucker
Stefano BUZZI
Armin W. MÄDER
Vincent MILLERET
Martin Ehrbar
Algirdas ZIOGAS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qvanteq AG
Original Assignee
Qvanteq AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qvanteq AG filed Critical Qvanteq AG
Publication of EP3068452A1 publication Critical patent/EP3068452A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • A61L31/022—Metals or alloys
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    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/18—Modification of implant surfaces in order to improve biocompatibility, cell growth, fixation of biomolecules, e.g. plasma treatment

Definitions

  • the present invention relates to an implant for implantation in a body, in particular a vascular prosthesis z.
  • a vascular prosthesis z In the form of a stent, use of the implant to regulate adsorption of proteins on a surface of the implant during implantation, and a method of making the implant.
  • Implants such. B. stents used in blood vessels pose certain risks for the patient. Among other inflammatory reactions can occur and it can lead to a renewed stenosis in the blood vessels z.
  • thrombosis formation on the surface of the implant or by neointimal hyperplasia By thrombosis formation on the surface of the implant or by neointimal hyperplasia.
  • contamination of the surface of the implant such as may occur through conventional handling and cleaning of the implant or transfer of the implant into the body, may affect the response of the body to the implant.
  • Complications can be triggered by the adsorption of proteins on the surface of the implant as soon as they come into contact with the body or with blood. Quantity and type of adherent proteins determine the other biological
  • the successful ingrowth of an implant thus depends on the properties and the nature of the surface of the implant. Implants with various surface coatings are known from the prior art, wherein the individual coatings are intended to assist and influence the ingrowth of the implant in one way or another.
  • a stent with a nanoporous surface layer is known to improve ingrowth of the stent and its reendothelialization and to reduce inflammation and neointimal proliferation.
  • This can be the nanoporous
  • Surface layer may be provided with one or more therapeutic agents.
  • US 2008/0086198 A1 disclosed experimental results for stents with a controllable elution system show less restenosis compared to bare metal stents. In a stent with a simple metal surface, a chronic irritation of the tissue surrounding the stent is suspected.
  • EP 1254673 B1 shows a stent whose surface should be such that a recognition of the stent as a foreign body is minimized.
  • the surface structure of the stent is intended to mimic the surface structure of the body's own cells. This is realized by spaced-apart microstructures on the stent surface which have an extension in the
  • Stent surface reduced. This should lead to a reduced inflammatory response and thus reduce the immune response.
  • Implants with coated surfaces or with surfaces that are provided with structures or a defined roughness are expensive to produce. Furthermore, such surfaces complicate the cleaning and
  • an implant for implantation in a body.
  • the implant has a surface that is provided in an implanted state for contact with the body or a body fluid and that has a first surface charge in a first state.
  • the invention includes implants of any kind, in particular implants that come into contact with body fluids and are used in the field of fluid dynamics of the body.
  • the invention particularly relates to cardiovascular implants used in soft tissue of the body, such as stents.
  • stents In contrast to bone implants such implants should not absorb or absorb the body fluid, such as blood.
  • Stents are usually tubular and constructed from a plurality of webs, which together form a kind of grid. The surface of a stent is formed by the surface of the webs or of the grid.
  • Implant surface in the first state in particular the surface charge may correspond to the characteristics and the surface charge of a starting material from which the implant is made.
  • the first state may also be considered as a state of a conventionally manufactured and implanted implant. The first state can thus be regarded as the initial state of the implant, in which the implant z. B. after
  • the implant may already be mounted in or on an insertion system.
  • the surface of the implant occupies a second state with a second surface treatment
  • the second surface charge is the Surface negative. This can be realized by the surface treatment even if the surface charge in the first state has a positive value.
  • the implant, even in the second state, may already be mounted in or on an introducer system and packaged ready for use.
  • an implant according to the present invention is intended to regulate adsorption of proteins on the surface of the implant with respect to the type, amount and / or conformation of certain proteins through a defined second state of the surface.
  • the defined second state has a defined second surface charge and / or a defined predetermined composition of an oxide layer of the surface.
  • the defined second state is determined according to a desired regulation of protein adsorption. For different requirements of the
  • Protein adsorption can thus be defined different defined states, which are each achieved by a suitable surface treatment.
  • implantation of the implant can change the amount of surface-adhering proteins and other elements, for example, reducing unwanted proteins and increasing adsorption of desired proteins.
  • the type and amount of individual proteins which adhere to the surface of the implant when it contacts the body or a body fluid can be influenced in a targeted manner.
  • Neutrophils can be increasingly located on the implant surface, which secrete cathelicidin and are therefore responsible for a reduction of restenosis. The adsorption of platelets can be reduced.
  • the risk of complications in the implantation of an implant is significantly reduced and the ingrowth of the implant is improved.
  • Proteins are complex copolymers whose 3-dimensional structure is composed of several levels. In the structure structure amino acid sequences, various a- helix and ⁇ -sheet structures that share the common structure of multiple polypeptides and the like. A natural conformation is understood to be a conformation of the proteins which the proteins occupy, when no external influences affect and influence the 3-dimensional structure of the proteins. As an at least almost natural, or nature-like
  • Conformation is said to be a conformation where there are small changes in protein structure, but these changes have no or negligible influence on the function and effect of the protein.
  • the proteins are different areas, eg. B. positively or negatively charged areas, hydrophilic and hydrophobic areas, which are exposed depending on the spatial organization of the proteins and can perform specific biological functions.
  • a protein has z.
  • a highly denatured conformation is present on a hydrophobic surface, while a less denatured conformation exists on a hydrophilic surface.
  • the hydrophilic components of the proteins in the natural conformation are usually located outside and the hydrophobic components are usually located inside and are accessible only by a strong conformational change for the hydrophobic surface.
  • fibrinogen on an implant surface according to the invention can be settled at least almost in its natural, or natural-like conformation, as confirmed by the above observations.
  • the effect of fibrinogen on an implant surface according to the invention can be improved, since fibrinogen mainly in a beneficial
  • Conformation is adsorbed.
  • fibrinogen is adsorbed on an implant surface in the initial state of a metal surface in a denatured state, thereby having a negative influence on the
  • Ingrowth of an implant takes place.
  • fibrinogen In a denatured state, fibrinogen has an altered 3-dimensional structure and an altered spatial distribution of different fibrinogen regions than in a natural state.
  • a natural conformation promotes positive implant ingrowth.
  • the body's defense can detect the difference between natural and denatured protein, particularly fibrinogen, so that denatured protein is identified as a foreign body and a counter reaction is triggered. Fibrinogen and other proteins can be found in a natural conformation to a healthy
  • the Applicant therefore reserves the right to make a separate patent application on an implant for implantation in a body having a surface provided in an implanted state for contact with the body or a body fluid, the surface comprising a layer of proteins, in particular Fibrinogen, in an at least almost natural, or nature-like
  • a zeta potential value of the surface should be below the zeta potential value of the first state.
  • a pH of about 7.4 which corresponds to the pH of blood
  • a zeta potential value of less than -60 mV, in particular less than -70 mV is advantageous.
  • the zeta potential can z. B. serve to determine a defined state of the implant surface.
  • the mentioned potential values refer to a determination method by means of electrokinetic analysis. When using other determination methods, the values of potential values must possibly be adjusted according to the process standard.
  • the surface of the implant can be characterized by the isoelectric point on the surface.
  • the isoelectric point is defined as the pH at which the surface charge is zero.
  • the surface in the second state has an isoelectric point which is lower than in the first state of the surface. For example, in the first state, the isoelectric point is above 5.0 and after
  • the isoelectric point can also serve to determine a defined state of the surface.
  • the surface treatment for creating the second state of the implant surface may be considered a surface charge reduction treatment.
  • an oxidation treatment is particularly suitable. This can, for. B. be given by a cleaning treatment, storage in a treatment solution and / or by a coating.
  • the implant surface may be subjected to a plasma treatment and / or stored in a neutral or slightly acidic, aqueous solution, for example in a NaCl solution or water for injection (WFI) water.
  • a plasma treatment and / or stored in a neutral or slightly acidic, aqueous solution, for example in a NaCl solution or water for injection (WFI) water.
  • WFI water for injection
  • a hydrated implant surface positively influences the ingrowth behavior of the implant, in particular the adhesion of neutrophil inhibitors is reduced and promoted by neutrophil inhibitors.
  • the Applicant therefore reserves the right to direct a separate patent application on an implant for
  • Chromium-containing alloy implants of such a patent application are fully incorporated within the scope of the present patent application to supplement and support the teachings of the present invention.
  • the implant is preferably made of metal or a metal alloy, in particular of a chromium-containing alloy, such as a cobalt chrome alloy or a platinum chromium alloy, or nitinol. It can also be used stainless steel.
  • a chromium-containing alloy such as a cobalt chrome alloy or a platinum chromium alloy, or nitinol. It can also be used stainless steel.
  • the implant has a bare metal surface. There are therefore no coating operations necessary as z. B. for coating with drugs or the like are known. Also, the surface need not be aftertreated to produce a particular surface texture. Furthermore, a bare surface facilitates cleaning and thus enables high-purity implant surfaces. Particularly preferably, a hydrophilic surface is provided. The hydrophilicity can z. B. simultaneously with the
  • Surface charge reduction treatment can be generated or increased.
  • a second surface charge and hydration may also be provided on an implant with a drug coating.
  • the metals or metal alloys used according to the invention for the implants have metal surfaces which have an oxide layer in the outermost layer of their metal structure.
  • the oxide layer is 2 - 3 nm thick and has oxides corresponding to the metal used.
  • Cobalt chrome surface has e.g. a share of about 2 / 3Cr2O3 oxide.
  • the surface in the second state advantageously has an oxide layer which is opposite to the oxide layer in the first state, i. H. relative to the initial state, has altered amounts of oxides. It is also possible that the oxide layer in the second state has a changed thickness, preferably thicker, than in the first state.
  • the oxide layer of the surface in the second state relative to the first state may have an increased amount of chromium oxide and / or a reduced amount of cobalt oxide and nickel oxide.
  • a reduced amount of nickel oxide or an elimination of nickel oxide can be achieved.
  • composition of different oxides are produced in the oxide layer.
  • Implants are particularly suitable for chromium alloys. To be favoured
  • Chromium alloys with at least 5% chromium used When using the implant can be compared to
  • the amount of adsorbed proteins vary. For example, the absolute amount of proteins adsorbed may be reduced and / or certain types of proteins may be increased and other types of proteins may be less adsorbed. Thus, the risk of unwanted
  • the nature of the adhered proteins can be regulated by generating a suitably defined second state, for example by regulation of the oxides present and thus by regulation of the surface charge.
  • a suitably defined second state for example by regulation of the oxides present and thus by regulation of the surface charge.
  • fibrinogen may correspond to its natural conformation on the
  • Implant surface are settled, as stated above. This preserves its natural activity and promotes the deposition of neutrophils.
  • FIG. 1 a-1 d schematic sequence of ingrowth of a
  • 2a shows a diagram of a zeta potential for two different implant metal samples with a first surface charge and a second surface charge
  • 2b shows a diagram of an isoelectric point of the different implant metal samples with the first surface charge and the second one
  • Fig. 3a Diagram of the amount of adsorbed proteins on an implant metal sample with a cobalt chromium surface with a first
  • Fig. 3b Diagram of the amount of adsorbed proteins on an implant metal sample with a cobalt chrome surface with a first
  • 4a-4g are diagrams of the protein adsorption of a
  • Implant metal specimen having a cobalt chrome surface with a first one
  • FIG. 5 shows a diagram of a number of neutrophils on sample surfaces having a first surface charge and a second surface charge in different environments
  • Fig. 6 Diagram of the relationship of a presence of fibrinogen on the adsorption of neutrophils.
  • the implant used was a stent with a bare metal surface, as described e.g. B. made in the prior art and is used as a vascular prosthesis.
  • the outer surface of the stent is intended to rest against a vessel wall of a body. The surfaces of the stent come into contact with the blood in the vessel.
  • metal samples were z. B. used in the form of discs for performing surface measurements.
  • the metal samples consist of a metal or a metal alloy, as it is also used for an implant or the stent. Thus, the metal surfaces of the samples
  • a cobalt chrome alloy MP35N (ASTM F562) consisting of about 34 wt% cobalt, about 35 wt% nickel, about 20 wt% chromium, about 10 wt% molybdenum, and less than 1 wt% of titanium and iron and one
  • Cobalt chromium alloy L605 (ASTM F90) consisting of about 51 wt% cobalt, about 20 wt% chromium, about 15 wt% tungsten, about 10 wt% nickel, less than 3 wt% iron, about 1 .5 wt% Manganese and less than 1 wt% silicon.
  • the examined stents and the metal samples are initially in a first state with a first surface charge, the one
  • Initial state corresponds.
  • the initial state is z.
  • the stent is thus finished in the initial state and ready for implantation in the sense of the prior art.
  • Such a surface treatment for changing the surface charge may, for.
  • the plasma treatment leads to oxidation and Removal of hydrocarbon. Different gases can be used for the plasma, as known from the prior art.
  • an oxygen plasma is used.
  • the bath may have a predetermined pH, which is tailored to the material of the metal samples.
  • an alkaline solution is used.
  • an argon plasma which does not oxidize, in combination with a bath in an aqueous NaCl solution which acts oxidizing be used.
  • the treated surface has uniform surface properties with a second surface charge and hydration within the meaning of the invention.
  • Implant surface are maintained.
  • the stent may be subjected to a surface treatment even if it is already inserted in or on an insertion system for introducing the stent into the body or a body lumen, or after
  • Treatment can be used in such a system. It is important to ensure that the surface charge of the second state is maintained.
  • FIG. 1 shows the process of ingrowth of a conventional bare-surface metal stent V in a first state (above) and a bare-surface metal stent 1 according to the invention in a second state with an increased surface negative charge (below).
  • FIG. 1d shows for the stents 1 and V the ingrowth of the stents in a coronary artery of a pig after 30 days.
  • Fig. 1a the stent is placed at the site of implantation and the surfaces are exposed to blood.
  • a deposition of proteins takes place first, which involves both the
  • Neutrophil inhibitors 2 a 2 -macroglobulin, apolipoprotein A.
  • the stent 1 with increased negative surface charge are the
  • Neutrophil inhibitors are greatly reduced and at the same time deposit both proteins that prevent the adhesion of platelets (high molecular weight kininogen - HMWK), as well as proteins that promote the adhesion of neutrophils on the stent surface (eg plasminogen, fibrinogen in natural or Accordingly, subsequently the stent 1 'in the first state (FIG. 1 b, top) on the neutrophil inhibitors 2 mainly contains platelets 4, which are fundamentally undesirable. In the case of the stent 1 with increased negative surface charge (FIG. 1 b, bottom), on the other hand, neutrophils 5 from the patient's blood are placed on the neutrophil promoters 3, while FIG. 1 b, bottom).
  • FIG. 1 d shows for the stents 1 and 1 'the ingrowth of the stents in a coronary artery of a pig after 30 days.
  • the stent 1 in the second state with an increased negative surface charge shows a uniform ingrowth behavior with a widely open inner lumen (see FIG. 1 d, bottom).
  • the stent V in the first state shows a ingrowth with a renewed
  • the surface of the stent 1 with a negative surface charge increased compared with conventional stents supports and promotes those bioactive processes that lead to a healthy and desirable ingrowth of the stent 1. Undesirable processes, on the other hand, are contained or prevented.
  • Figure 2a shows a zeta potential diagram for two metal samples of different cobalt chrome alloys as previously described, once in a first untreated state and once in a second treated state.
  • the zeta potential was measured at pH 7.4 in dilute KCl solution, as shown by the pH. Conditions in blood corresponds.
  • the first bar from the left shows a zeta potential of -55mV for the MP35N sample in the initial state before a surface treatment.
  • the second bar for the MP35N sample in the second state after surface treatment shows a zeta potential of -95mV.
  • the third bar shows for the L605 sample in the initial state a zeta potential also of -55mV.
  • the fourth bar for the L605 sample in the second state shows a zeta potential of -80mV.
  • the diagram shows a significant
  • the zeta potential was determined by means of an electrokinetic analysis.
  • FIG. 2b shows a diagram of the isoelectric point for the samples described in FIG. 2a.
  • the untreated MP35N sample has an isoelectric point of 5.4 (first bar from the left) and the untreated L605 sample has an isoelectric point of 5.3 (third bar).
  • untreated samples have an isoelectric point above 5.0.
  • the treated MP35N sample has an isoelectric point of 4.9 (second bar from the left) and the treated L605 sample has an isoelectric point of 4.7. Both treated samples have an isoelectric point below 5.0.
  • the treated samples thus have a larger negative surface charge, or a less positive surface charge than the untreated samples.
  • the oxide layer in the first state with a first surface charge, the oxide layer has a thickness of 2-3 nm.
  • the oxide layer consists essentially of about 66% Cr 2 O 3 (Cr (III)) oxide, about 10% Co-oxide, ca. 10% Mo oxide, approx. 9% Ni oxide, approx. 5% Ti oxide.
  • Cr (III) Cr 2 O 3
  • a second MP35N sample was subjected to an oxidation treatment followed by storage in a neutral solution, thus being in a second state according to the invention.
  • the MP35N oxide layer also has a thickness of 2 - 3 nm and is made of 75% Cr 2 O (Cr (III)) oxide, about 7% Co oxide, about 8% Mo oxide, ca 7% Ni oxide and about 4% Ti oxide.
  • Cr (III) Cr 2 O
  • the L605 samples comparable results were obtained. Only molybdenum is substituted by tungsten and less nickel is measured, which is compensated by cobalt, as it is the different ratios of the metals in the corresponds to different alloys. It was a larger amount of chromium oxide and a smaller amount of cobalt and nickel oxide measured.
  • the amount of chromium oxide is higher and the amount of cobalt oxide and nickel oxide is lower than in the first state.
  • the surface charge can be changed to a more negative value
  • FIGS. 3a and 3b show results from the determination of the total amount of proteins adsorbed on the surfaces.
  • FIG. 3 a shows the result of a ⁇ -BCA measurement in which the effect of protein-copper chelate formation and the reduction of the copper with bicinchoninic acid (BCA) to a colored solution product for a fluorescence measurement is utilized.
  • FIG. 3b shows the result of a qubit measurement in which the proteins adhering to the surface are desorbed and provided with a marker for fluorescence analysis. Both methods show a significant reduction in protein adsorption.
  • Figure 3a shows the total adsorption of proteins for a metal sample in the first state with a first surface charge (left bar) and for the metal sample in the second state with a second surface charge (right bar) having a lower positive surface charge or a higher negative surface charge in the Compared to the first surface charge.
  • first state between 1 .2 and 1 .7 micrograms / cm 2 of proteins are adsorbed on the metal surface.
  • second state with higher negative
  • first state between 36 and 40 arbitrary units of proteins are measured on the surface.
  • second state with less negative
  • FIGS. 4a to 4g are diagrams of measurements of FIG.
  • the metal samples correspond to the material of an implant according to the invention and have a bare cobalt chrome surface.
  • the surface is measured without further treatment steps, ie in the initial state.
  • the second state the surface was subjected to a treatment as previously described and thus has an increased negative surface charge according to the invention.
  • the zeta potential in the first state is about -55 mV and in the second state about -95 mV, as explained in Figure 2a.
  • the metal samples were incubated to measure protein adsorption in blood. For this purpose, the samples were placed in dishes with fresh blood and for two hours at 37 ° C and static
  • FIGS. 4a to 4g are shown in such a way that the adsorption on the untreated surface is normalized to 100. Thus, the deviation to this is the one treated
  • FIG. 4c is the amount of apolipoprotein E is shown on the stent surface in the first state (left bar) and in the second state (right bar). The adsorption in the first state is normalized to 100 +/- 3. In the second state with a lower negative surface charge a value of 150 +/- 30 is reached.
  • Kininogen and apolipoprotein E are known to prevent aggregation of platelets.
  • the amount of platelets on an implanted stent surface can be regulated by increasing the proteins kininogen and apolipoprotein E on the surface.
  • Figure 4d shows the amount of apolipoprotein A on the stent surface in the first state with a first surface charge (left bar) and in the second state with a second surface charge with higher negative surface charge (right bar).
  • the adsorption in the first state is normalized to 100 +/- 10.
  • Apolipoprotein A and a2-macroglobulin reduce the adsorption of neutrophils and inhibit the function of neutrophils.
  • Apolipoprotein A also inhibits cathelicidin (LL-37), which promotes positive implant ingrowth.
  • Fibrinogen can promote the adsorption of platelets in the denatured state and inhibit neutrophils, as explained above. It is therefore advantageous to reduce the amount of fibrinogen in the denatured state on the implant surface.
  • the amount of albumin on the stent surface is in the first state with a first surface charge (left bar) and in the second state with a second surface charge with higher negative Surface charge (right bar) shown.
  • the adsorption in the first state is normalized to 100 +/- 10.
  • the stent surface in the second state has fewer proteins than the surface charge in the first state, reducing the amount and function of neutrophils on the surface and having more proteins reduce the aggregation of platelets.
  • the results show that the metal surface in the second state is occupied by a smaller amount of proteins than in the first state.
  • Platelet inhibitors such as kininogen and neutrophil promoters such as plasminogen are preferentially adsorbed.
  • neutrophil inhibitors such as. Apolipoprotein A and a2-macroglobulin settled on the surface. Therefore, neutrophils can rapidly attach to an implanted surface and promote successful ingrowth of the stent.
  • a defined second surface charge and / or a defined predetermined composition of the oxide layer, as described above, can thus be produced on the implant surface in the second state, which is tuned to a defined adsorption of predetermined amounts of various proteins on the surface.
  • a stent with a second surface charge according to the invention may be the amount of the proteins deposited on the implant fibrinogen, a2-macroglobulin and / or
  • the left pair of bars shows a measurement in which the metal sample is exposed to regular human blood. It turns out that the sample in the first state, i. H. in the condition without surface treatment (left bar), only about 8% of the amount of neutrophils compared to the second
  • Blood plasma was incubated. That is, it was first a deposition of proteins from blood and then an adsorption of neutrophils. In the treated state (right bar), about 20 times more neutrophils are deposited than in the untreated state (left bar).
  • the measurements show that significantly more neutrophils are adsorbed on a metal surface after a surface charge reduction treatment, ie a lower positive surface charge or a higher negative surface charge compared to an untreated metal surface in the initial state, provided that proteins are available that can react with the surface ,
  • FIG. 6 illustrates, on the example of the protein fibrinogen, the influence of the presence of this protein on a metal surface in the first and in the second state according to the invention. Comparable measurements are also possible for other proteins. In the measurement series are each one
  • Metal surface in the first, untreated condition and in the second, treated state exposed to a fluid with a constant proportion of albumin of 50 mg / ml and different proportions of fibrinogen and the amount of
  • treated surface with a lower positive surface charge or a higher negative surface charge compared to the untreated surface reduces the adsorption of fibrinogen and thus increases the number of adsorbed neutrophils which promote a positive ingrowth of an implant. Moreover, not only is the amount of fibrinogen available crucial, but also its conformation, as previously explained.
  • the measurements carried out prove the positive effect of an implant surface having a lower positive surface charge or a higher negative surface charge on the ingrowth of an implant after implantation, as shown in the in vivo experiments illustrated in FIGS. 1a to 1d.
  • Targeted adjustment of the surface charge on the implant surface can be used to regulate the adsorption of proteins on the surface.
  • An implant with a lower positive surface charge or a higher negative surface charge compared to conventionally used implants thus reduces the risk of restenosis or other implantation complications.

Abstract

Es wird ein Implantat zur Implantation in einen Körper mit einer Oberfläche vorgesehen, die in implantiertem Zustand für einen Kontakt mit dem Körper oder einem Körperfluid vorgesehen ist und die in einem ersten Zustand eine erste Oberflächenladung aufweist. Die Oberfläche nimmt durch eine Oberflächenbehandlung einen zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung ein, wobei die zweite Oberflächenladung eine niedrigere positive Oberflächenladung oder eine höhere negative Oberflächenladung im Vergleich zur ersten Oberflächenladung aufweist. Das Implantat wird zur Regulierung einer Adsorption von Proteinen auf der Oberfläche des Implantats in Bezug auf Art, Menge und/oder Konformation bestimmter Proteine durch einen definierten zweiten Zustand der Oberfläche, der eine definierte zweite Oberflächenladung und/oder eine definierte vorbestimmte Zusammensetzung einer Oxidschicht der Oberfläche aufweist, verwendet.

Description

Implantat mit erhöhter negativer Oberflächenladung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Implantat zur Implantation in einen Körper, insbesondere eine Gefässprothese z. B. in Form eines Stents, eine Verwendung des Implantats zur Regulierung einer Adsorption von Proteinen auf einer Oberfläche des Implantats bei der Implantation und ein Verfahren zur Herstellung des Implantats.
Implantate, wie z. B. in Blutgefässe eingesetzte Stents, bergen gewisse Risiken für den Patienten. Unter anderem können Entzündungsreaktionen auftreten und es kann zu einer erneuten Stenose in den Blutgefässen kommen z. B. durch Thrombosebildung an der Oberfläche des Implantats oder durch eine neointimale Hyperplasie. Beispielsweise können Verunreinigungen der Oberfläche des Implantats, wie sie durch herkömmliche Handhabung und Reinigung des Implantats oder beim Transfer des Implantats in den Körper entstehen können, die Reaktion des Körpers auf das Implantat beeinflussen. Komplikationen können durch die Adsorption von Proteinen auf der Oberfläche des Implantats ausgelöst werden sobald diese in Kontakt mit dem Körper, bzw. mit Blut kommen. Menge und Art der anhaftenden Proteine bestimmen die weiteren biologischen
Reaktionen zwischen dem Körper und dem Implantat. Dabei wird die Adsorption bestimmter Blutkomponenten gefördert oder verringert und deren Wirkungen aktiviert oder gehemmt. Diese Interaktion zwischen Implantat und Körper entscheidet über Erfolg oder Misserfolg des Einwachsens des Implantats in den Körper.
Das erfolgreiche Einwachsen eines Implantats hängt somit von den Eigenschaften und der Beschaffenheit der Oberfläche des Implantats ab. Aus dem Stand der Technik sind Implantate mit diversen Oberflächenbeschichtungen bekannt, wobei die einzelnen Beschichtungen auf die eine oder andere Art das Einwachsen des Implantats unterstützen und beeinflussen sollen.
Weiter ist aus der US 2008/0086198 A1 z. B. ein Stent mit einer nanoporösen Oberflächenschicht bekannt, die das Einwachsen des Stents und dessen Reendothelialisation verbessern und eine Inflammation und eine neointimale Proliferation verringern soll. Dabei kann die nanoporöse
Oberflächenschicht mit einem oder mehreren therapeutischen Wirkstoffen versehen sein. In der US 2008/0086198 A1 offenbarte experimentelle Ergebnisse für Stents mit einem kontrollierbaren Elutionssystem zeigen im Vergleich zu Stents mit blanker Metalloberfläche (bare metal Stents) eine geringere Restenose. Bei einem Stent mit einfacher Metalloberfläche wird eine chronische Irritation des den Stent umgebenden Gewebes vermutet.
In der EP 1254673 B1 wird ein Stent gezeigt, dessen Oberfläche derart beschaffen sein soll, dass eine Erkennung des Stents als Fremdkörper minimiert wird. Hierfür soll die Oberflächenstruktur des Stents die Oberflächenstruktur von körpereigenen Zellen imitieren. Dies wird durch von einander beabstandete Mikrostrukturen auf der Stentoberfläche realisiert, die eine Ausdehnung im
Mikrometerbereich haben. Es wurde festgestellt, dass derartige Stents eine verbesserte Immuntoleranz zeigen, als Stents mit einer glatten oder allgemein rauhen Oberfläche. Das Einwachsen des Stents kann weiter verbessert werden, indem Material mit einer positiven Oberflächenladung im Bereich von 0.03 bis 0.05 N/m verwendet wird. Dadurch wird die Adhäsion von Fibrinogen auf der
Stentoberfläche reduziert. Dies soll zu einer verminderten Entzündungsreaktion führen und somit die Immunreaktion verringern.
Implantate mit beschichteten Oberflächen oder mit Oberflächen, die mit Strukturen oder einer definierten Rauigkeit versehen sind, sind aufwendig in der Herstellung. Ferner erschweren derartige Oberflächen das Reinigen und
Reinhalten der Oberfläche während der Handhabung beim Herstellungs-,
Lagerungs- und Implantationsprozess. Zudem kommt es auch bei derartigen Implantaten in einigen Fällen zu erneuter Restenose oder anderen
Komplikationen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Implantat bereitzustellen, das Komplikationen bei der Anwendung des Implantats im Körper verringert, insbesondere ein gewünschtes Einwachsen des Implantats im Körper verbessert und eine Restenose verhindert, das eine einfache Herstellung und Handhabung des Implantats ermöglicht, eine Funktion des Implantats im Körper langfristig sicherstellt und einen hohen Reinheitsgrad der Implantatoberfläche erlaubt. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Adsorption von Proteinen auf der
Oberfläche des Implantats in Bezug auf die Verträglichkeit des Implantats und eine erfolgreiche Implantation zu verbessern. Diese Aufgabe wird von der Erfindung durch ein Implantat nach Anspruch 1 , eine Verwendung des Implantats nach Anspruch 13 und ein
Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Beispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäss der Erfindung wird ein Implantat zur Implantation in einen Körper vorgesehen. Das Implantat weist eine Oberfläche auf, die in implantiertem Zustand für einen Kontakt mit dem Körper oder einem Körperfluid vorgesehen ist und die in einem ersten Zustand eine erste Oberflächenladung aufweist. Die Erfindung umfasst Implantate jeglicher Art, insbesondere Implantate, die in Kontakt mit Körperfluiden kommen und im Bereich einer Fluiddynamik des Körpers zum Einsatz kommen. Insbesondere kann ein Implantat mit den
Merkmalen nach der vorliegenden Erfindung vorteilhaft als Gefässprothese ausgebildet sein, wie z. B. Stents, Grafts, Herzklappen, Elemente von
Herzschrittmachern, etc.. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf kardiovaskuläre Implantate, die in Weichgewebe des Körpers eingesetzt werden, wie etwa Stents. Im Gegensatz zu Knochenimplantaten sollen derartige Implantate das Körperfluid, wie Blut, nicht in sich aufnehmen, bzw. aufsaugen. Stents sind in der Regel röhrenförmig ausgebildet und aus einer Vielzahl von Stegen aufgebaut, die gemeinsam eine Art Gitter bilden. Die Oberfläche eines Stents wird von der Oberfläche der Stege, bzw. des Gitters gebildet. Die Charakteristik der
Implantatoberfläche im ersten Zustand, insbesondere die Oberflächenladung, kann den Merkmalen und der Oberflächenladung eines Ausgangsmaterials, aus dem das Implantat gefertigt ist, entsprechen. Der erste Zustand kann auch als Zustand eines herkömmlich hergestellten und zur Implantation bereit gestellten Implantats betrachtet werden. Der erste Zustand kann somit als Ausgangszustand des Implantats angesehen werden, in dem das Implantat z. B. nach der
Formgebung oder einer ersten Reinigung vorliegt. Auch kann das Implantat im Ausgangszustand bereits in oder auf einem Einführsystem montiert sein.
Erfindungsgemäss nimmt die Oberfläche des Implantats durch eine Oberflächenbehandlung einen zweiten Zustand mit einer zweiten
Oberflächenladung ein, wobei die zweite Oberflächenladung durch eine niedrigere positive Oberflächenladung oder eine höhere negative Oberflächenladung im Vergleich zur ersten Oberflächenladung gegeben ist. Demnach weist die
Oberfläche im zweiten Zustand, in dem das Implantat in den Körper oder ein Körperlumen eingesetzt wird, insgesamt eine negativere Oberflächenladung auf als im ersten Zustand. Vorzugsweise ist die zweite Oberflächenladung der Oberfläche negativ. Dies kann durch die Oberflächenbehandlung auch dann realisiert werden, wenn die Oberflächenladung im ersten Zustand einen positiven Wert hat. Das Implantat kann auch im zweiten Zustand bereits in oder auf einem Einführsystem montiert sein und gebrauchsfertig zur Verwendung verpackt sein.
Die Verwendung eines Implantats nach der vorliegenden Erfindung ist zur Regulierung einer Adsorption von Proteinen auf der Oberfläche des Implantats in Bezug auf Art, Menge und/oder Konformation bestimmter Proteine durch einen definierten zweiten Zustand der Oberfläche vorgesehen. Der definierte zweite Zustand weist eine definierte zweite Oberflächenladung und/oder eine definierte vorbestimmte Zusammensetzung einer Oxidschicht der Oberfläche auf. Der definierte zweite Zustand wird entsprechend einer gewünschten Regulierung der Proteinadsorption festgelegt. Für verschiedene Anforderungen an die
Proteinadsorption können demnach unterschiedliche definierte Zustände festgelegt werden, welche jeweils durch eine geeignete Oberflächenbehandlung erzielt werden.
Durch ein Implantat nach der vorliegenden Erfindung kann bei einer Implantation des Implantats die Menge von auf der Oberfläche anhaftenden Proteinen und anderen Elementen verändert werden, beispielsweise können unerwünschte Proteine verringert und erwünschte Proteine vermehrt adsorbiert werden. Zudem kann mit dem erfindungsgemässen Implantat die Art und die Menge einzelner Proteine, die bei Kontakt des Implantats mit dem Körper, bzw. einem Körperfluid auf dessen Oberfläche anhaften, gezielt beeinflusst werden. Es können vermehrt Neutrophile auf der Implantatoberfläche angesiedelt werden, die Cathelicidin absondern und somit für eine Reduktion von Restenose verantwortlich sind. Die Adsorption von Thrombozyten kann verringert werden. Somit wird die Gefahr von Komplikationen bei der Implantation eines Implantats deutlich verringert und das Einwachsverhalten des Implantats wird verbessert.
Komplikation durch ein Brechen oder ein Absplittern von Beschichtungen auf dem Implantat, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden
ausgeschlossen.
Die Konformation von auf einer Implantatoberfläche adsorbierten Proteinen nimmt ebenfalls Einfluss auf das Anhaften von Neutrophilen und
Thrombozyten und somit auf das Einwachsverhalten eines Implantats. Proteine sind komplexe Kopolymere, deren 3-dimensionale Struktur aus mehreren Niveaus aufgebaut ist. Am Strukturaufbau können Aminosäuresequenzen, verschiedene a- helix und ß-sheet Strukturen, die gemeinsame Struktur mehrerer Polypeptide und dergleichen beteiligt sein. Als natürliche Konformation wird eine Konformation der Proteine verstanden, welche die Proteine einnehmen, wenn keine äusseren Einflüsse auf die 3-dimensionale Struktur der Proteine einwirken und diese beeinflussen. Als eine zumindest nahezu natürliche, bzw. naturähnliche
Konformation soll eine Konformation bezeichnet werden, bei der zwar geringe Veränderungen in der Proteinstruktur vorliegen, diese Veränderungen jedoch keinen oder einen vernachlässigbaren Einfluss auf Funktion und Wirkung des Proteins haben. Bei den Proteinen gibt es verschiedene Bereiche, z. B. positiv oder negativ geladene Bereiche, hydrophile und hydrophobe Bereiche, welche je nach räumlicher Organisation der Proteine exponiert werden und spezifische biologische Funktionen durchführen können. Durch Adsorption auf einer
Oberfläche ändert sich die Proteinkonformation. Generell hat ein Protein z. B. auf einer hydrophoben Oberfläche eine stark denaturierte Konformation, während auf einer hydrophilen Oberfläche eine weniger denaturierte Konformation vorliegt. Die hydrophilen Komponenten der Proteine in der natürlichen Konformation liegen meist aussen und die hydrophoben Komponenten liegen meist innen und sind nur durch eine starke Konformationsänderung für die hydrophobe Oberfläche zugänglich. Durch eine Messung des Verhältnisses von α-helix und ß-sheets oder durch die Messung von spezifischen Aminosäuren auf der Proteinoberfläche können Informationen über die Proteinkonformation gewonnen werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde überraschend festgestellt, dass z. B. Fibrinogen auf einer Implantatoberfläche nach der Erfindung zumindest nahezu in seiner natürlichen, bzw. naturähnlichen Konformation angesiedelt werden kann, wie durch oben genannte Beobachtungen bestätigt wurde. Die Wirkung von Fibrinogen auf einer Implantatoberfläche nach der Erfindung kann verbessert werden, da Fibrinogen hauptsächlich in einer vorteilhaften
Konformation adsorbiert wird. Im Gegensatz dazu wird Fibrinogen auf einer Implantatoberfläche im Ausgangszustand einer Metalloberfläche in einem denaturierten Zustand adsobiert, wodurch ein negativer Einfluss auf das
Einwachsen eines Implantats erfolgt. In einem denaturierten Zustand weist Fibrinogen eine veränderte 3-dimensionale Struktur und eine veränderte räumliche Aufteilung unterschiedlicher Fibrinogenbereiche auf, als in natürlichem Zustand. Auch bei anderen Proteinen fördert eine natürliche Konformation ein positives Einwachsen des Implantats. Bei der Implantation in ein Körperlumen kann die körpereigene Abwehr den Unterschied zwischen natürlichem und denaturiertem Protein, insbesondere von Fibrinogen erkennen, so dass denaturiertes Protein als Fremdkörper identifiziert und eine Gegenreaktion ausgelöst wird. Fibrinogen und andere Proteine können in einer natürlichen Konformation einem gesunden
Einwachsverhalten eines Implantats förderlich sein, während z. B. Fibrinogen in einer denaturierten Konformation dem Einwachsverhalten abträglich ist. Die blosse Menge an Fibrinogen ist daher weniger entscheidend für das Einwachsen des Implantats.
Die Anmelderin behält sich daher vor, eine eigene Patentanmeldung zu richten auf ein Implantat zur Implantation in einen Körper mit einer Oberfläche, die in implantiertem Zustand für einen Kontakt mit dem Körper oder einem Körperfluid vorgesehen ist, wobei die Oberfläche eine Lage von Proteinen, insbesondere von Fibrinogen, in einer zumindest nahezu natürlichen, bzw. naturähnlichen
Konformation aufweist. Die Lage von Proteinen in einer zumindest naturähnlichen Konformation wird vorteilhaft auf einer blanken Metalloberfläche des Implantats vorgesehen. Weiter wird die Lage vorteilhaft auf einer hydrophilen Oberfläche des Implantats vorgesehen. Die Ausführungen zu den Eigenschaften und den
Vorteilen einer Lage von Proteinen in einer zumindest nahezu natürlichen, bzw. naturähnlichen Konformation aus einer solchen Patentanmeldung werden vollumfassend in den Umfang der vorliegenden Patentanmeldung aufgenommen, um die Ausführungen zur vorliegenden Erfindung zu ergänzen und zu
unterstützen.
Gute Ergebnisse wurden mit Implantaten gemäss der Erfindung erzielt, bei welchen die zweite Oberflächenladung um wenigstens 10%, vorzugsweise um 20% oder mehr, gegenüber der ersten Oberflächenladung negativer ist. Ein Zeta- Potential Wert der Oberfläche soll im zweiten Zustand unterhalb des Zeta- Potential Werts des ersten Zustands liegen. Bei einem pH-Wert von ca. 7.4, der dem pH-Wert von Blut entspricht, ist ein Zeta-Potential Wert von weniger als - 60 mV, insbesondere weniger als - 70 mV, vorteilhaft. Das Zeta-Potential kann z. B. zur Bestimmung eines definierten Zustands der Implantatoberfläche dienen. Die genannten Potentialwerte beziehen sich auf ein Bestimmungsverfahren mittels elektrokinetischer Analyse. Bei der Verwendung anderer Bestimmungsverfahren müssen die Angaben von Potentialwerten möglichweise entsprechend dem Verfahrensstandard angepasst werden. Ferner kann die Oberfläche des Implantats durch den isoelektrischen Punkt an der Oberfläche charakterisiert werden. Der isoelektrische Punkt ist als pH-Wert definiert, bei welchem die Oberflächenladung gleich null ist. Nach der Erfindung liegt bei der Oberfläche im zweiten Zustand ein isoelektrischer Punkt vor, der niedriger ist als im ersten Zustand der Oberfläche. Beispielsweise liegt der isoelektrische Punkt im ersten Zustand über 5.0 und nach der
Oberflächenbehandlung im zweiten Zustand unter 5.0. Somit kann auch der isoelektrische Punkt zur Bestimmung eines definierten Zustands der Oberfläche dienen.
Die Oberflächenbehandlung zur Erzeugung des zweiten Zustands der Implantatoberfläche kann als Oberflächenladungsreduktionsbehandlung angesehen werden. Hierfür ist insbesondere eine Oxidationsbehandlung geeignet. Diese kann z. B. durch eine Reinigungsbehandlung, eine Lagerung in einer Behandlungslösung und/oder durch eine Beschichtung gegeben sein.
Insbesondere kann die Implantatoberfläche einer Plasmabehandlung unterzogen werden und/oder in einer neutralen oder leicht sauren, wässrigen Lösung gelagert werden, beispielsweise in einer NaCI-Lösung oder WFI-Wasser (water for injection). Mit der Lagerung wird vorteilhaft eine hydratisierte Oberfläche auf dem Implantat geschaffen. Details zur Oberflächenbehandlung werden nachfolgend bei der experimentellen Beschreibung erläutert.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde überraschend festgestellt, dass eine hydratisierte Implantatoberfläche das Einwachsverhalten des Implantats positiv beeinflusst, insbesondere wird die Adhäsion von Neutrophilinhibitoren reduziert und von Neutrophilprohibitoren gefördert. Die Anmelderin behält sich daher vor, eine eigene Patentanmeldung zu richten auf ein Implantat zur
Implantation in einen Körper mit einer Oberfläche, die in implantiertem Zustand für einen Kontakt mit dem Körper oder einem Körperfluid vorgesehen ist, wobei die Oberfläche hydratisiert ist. Die Ausführungen zu den Eigenschaften und den Vorteilen einer hydratisierten Implantatoberfläche, insbesondere bei einem
Implantat aus einer chromhaltigen Legierung, aus einer solchen Patentanmeldung werden vollumfassend in den Umfang der vorliegenden Patentanmeldung aufgenommen, um die Ausführungen zur vorliegenden Erfindung zu ergänzen und zu unterstützen. Das Implantat besteht vorzugsweise aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus einer chromhaltigen Legierung, wie einer Kobaltchromlegierung oder einer Platinchromlegierung, oder aus Nitinol. Es kann auch rostfreier Stahl verwendet werden. Derartige Materialien und ihre
Eigenschaften sind für die Verwendung bei Implantaten bekannt. Besonders bevorzugt weist das Implantat eine blanke Metalloberfläche auf. Es sind somit keine Beschichtungsvorgänge notwendig, wie sie z. B. zur Beschichtung mit Medikamente oder dergleichen bekannt sind. Auch muss die Oberfläche nicht zur Herstellung einer bestimmten Oberflächenstruktur nachbehandelt werden. Ferner erleichtert eine blanke Oberfläche die Reinigung und ermöglicht somit hochreine Implantatoberflächen. Besonders bevorzugt ist eine hydrophile Oberfläche vorgesehen. Die Hydrophilizität kann z. B. gleichzeitig mit der
Oberflächenladungsreduktionsbehandlung erzeugt oder erhöht werden. Alternativ kann eine zweite Oberflächenladung und eine Hydratisierung auch bei einem Implantat mit einer Medikamentenbeschichtung vorgesehen sein.
Die gemäss der Erfindung für die Implantate verwendeten Metalle oder Metalllegierungen haben Metalloberflächen, die in der äussersten Lage ihrer Metallstruktur eine Oxidschicht aufweisen. Die Oxidschicht ist 2 - 3 nm dick und weist Oxide entsprechend des verwendeten Metalls auf. Eine
Kobaltchromoberfläche weist z.B. einen Anteil von ca. 2/3Cr2O3 Oxid auf. Bei einem Implantat nach der vorliegenden Erfindung weist die Oberfläche im zweiten Zustand vorteilhafterweise eine Oxidschicht auf, die gegenüber der Oxidschicht im ersten Zustand, d. h. gegenüber dem Ausgangszustand, veränderte Mengen an Oxiden aufweist. Es ist auch möglich, dass die Oxidschicht im zweiten Zustand eine veränderte Dicke aufweist, vorzugweise dicker ist, als im ersten Zustand. Im Fall eines Implantats aus Kobaltchrom kann die Oxidschicht der Oberfläche im zweiten Zustand relativ zum ersten Zustand eine erhöhte Menge an Chromoxid und/oder eine verminderte Menge an Kobaltoxid und Nickeloxid aufweisen. Im Fall eines Nitinol Implantats kann eine verminderte Menge an Nickeloxid oder eine Elimination von Nickeloxid erreicht werden. Somit kann eine definierte
Oberflächenladung auf der Implantatoberfläche mit einer vorbestimmten
Zusammensetzung verschiedener Oxide in der Oxidschicht erzeugt werden. Für eine selektive Veränderung der Oxidschicht bei einer Metalloberfläche für
Implantate eignen sich Chromlegierungen besonders. Bevorzugt werden
Chromlegierungen mit mindestens 5% Chrom verwendet. Bei der Verwendung des Implantats kann im Vergleich zum
Ausgangszustand der Implantatoberfläche in dem definierten zweiten Zustand der Oberfläche die Menge an adsorbierten Proteinen variieren. Zum Beispiel kann die absolute Menge an adsorbierten Proteinen verringert werden und/oder es können bestimmte Arten von Proteinen vermehrt und andere Arten von Proteinen vermindert adsorbiert werden. Somit wird das Risiko von unerwünschten
Ablagerungen von Proteinen vermindert. Es kann also die Art der anhaftenden Proteine reguliert werden, indem ein geeigneter definierter zweiter Zustand erzeugt wird, beispielsweise durch Regulierung der vorhandenen Oxide und somit durch Regulierung der Oberflächenladung. Durch die Herstellung einer Oberfläche mit einer zweiten Oberflächenladung erhöhter Negativität können auf der
Oberfläche weniger Macroglobulin und/oder Apolipoprotein A anhaften und mehr Apolipoprotein E, Kininogen und/oder Plasminogen adsorbiert werden. Zudem kann Fibrinogen in einer zumindest nahezu natürlichen Konformation angelagert werden. Darüber hinaus kann in dem zweiten definierten Zustand die
Konformation von Proteinen auf der Oberfläche reguliert werden. Beispielsweise kann Fibrinogen entsprechend seiner natürlichen Konformation auf der
Implantatoberfläche angesiedelt werden, wie oben dargelegt. Dadurch bleibt seine natürliche Wirksamkeit erhalten und die Ablagerung von Neutrophilen wird gefördert.
Ausführungsbeispiele und experimentelle Ergebnisse für Implantate nach der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert, welche nicht einschränkend auszulegen sind. Aus den Figuren offenbar werdende
Merkmale und Zusammenhänge sollen einzeln und in jeder Kombination als zur Offenbarung der Erfindung gehörend betrachtet werden. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 a- 1 d schematischer Ablauf des Einwachsens eines
herkömmlichen blanken Metallstents (oben) und eines erfindungsgemässen blanken Metallstents mit einer erhöhten negativen Oberflächenladung nach der Erfindung (unten),
Fig. 2a Diagramm eines Zeta-Potentials für zwei unterschiedliche Implantatmetallproben mit einer ersten Oberflächenladung und einer zweiten Oberflächenladung, Fig. 2b Diagramm eines isoelektrischen Punkts der unterschiedlichen Implantatmetallproben mit der ersten Oberflächenladung und der zweiten
Oberflächenladung aus Figur 2,
Fig. 3a Diagramm der Menge an adsorbierten Proteinen auf einer Implantatmetallprobe mit einer Kobaltchromoberfläche mit einer ersten
Oberflächenladung und einer zweiten Oberflächenladung aus einer Messung mittels μ-BCA Methode,
Fig. 3b Diagramm der Menge an adsorbierten Proteinen auf einer Implantatmetallprobe mit einer Kobaltchromoberfläche mit einer ersten
Oberflächenladung und einer zweiten Oberflächenladung aus einer Messung mittels Qubit Methode,
Fig. 4a - 4g Diagramme der Proteinadsorption einer
Implantatmetallprobe mit einer Kobaltchromoberfläche mit einer ersten
Oberflächenladung und einer zweiten Oberflächenladung für die Proteine
Plasminogen, Kininogen, Apolipoprotein E, Apolipoprotein A, a2-Makroglobulin , Fibrinogen und Albumin,
Fig. 5 Diagramm einer Anzahl an Neutrophilen auf Probenoberflächen mit einer ersten Oberflächenladung und einer zweiten Oberflächen-Iadung in unterschiedlicher Umgebung und
Fig. 6 Diagramm des Zusammenhangs einer Präsenz von Fibrinogen auf die Adsorption von Neutrophilen.
Es wurden verschiedene Experimente durchgeführt und verschiedene Messverfahren angewendet, um die Signifikanz des verbesserten Einwachsens eines Implantats nach der vorliegenden Erfindung zu untersuchen. Dabei wurde eindeutig festgestellt, dass ein Implantat mit einer Oberfläche, die durch eine Oberflächenbehandlung von einem ersten Zustand mit einer ersten
Oberflächenladung in einen zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung überführt wurde, welche eine niedrigere positive Oberflächenladung oder eine höhere negative Oberflächenladung im Vergleich zur ersten Oberflächenladung aufweist, ein Einwachsen des Implantats ohne Komplikationen begünstigt. Als Implantat wurde ein Stent mit blanker Metalloberfläche verwendet, wie er z. B. im Stand der Technik hergestellt und als Gefässprothese verwendet wird. Die äussere Oberfläche des Stents ist zum Anliegen an einer Gefässwand eines Körpers vorgesehen. Die Oberflächen des Stents kommen mit dem Blut im Gefäss in Kontakt. Ferner wurden Metallproben z. B. in Form von Scheiben für die Durchführung von Oberflächenmessungen verwendet. Die Metallproben bestehen aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wie es auch für ein Implantat, bzw. den Stent, verwendet wird. Somit sind die Metalloberflächen der Proben
äquivalent zu Oberflächen von zur Implantation vorgesehenen Stents. Es wird Kobaltchrom, Platinchrom und Nitinol untersucht. Grundsätzlich können auch andere Metalle oder Metalllegierungen mit vergleichbaren Eigenschaften für ein erfindungsgemässes Implantat verwendet werden.
Bei den nachfolgend beschriebenen Messungen wurden folgende Metallproben verwendet: Eine Kobaltchromlegierung MP35N (ASTM F562) bestehend aus ca. 34 wt% Kobalt, ca. 35 wt% Nickel, ca. 20 wt% Chrom, ca. 10 wt% Molybdän und weniger als 1 wt% von Titan und Eisen und eine
Kobaltchromlegierung L605 (ASTM F90) bestehend aus ca. 51 wt% Kobalt, ca. 20 wt% Chrom, ca. 15 wt% Wolfram, ca. 10 wt% Nickel, weniger als 3 wt% Eisen, ca. 1 .5 wt% Mangan und weniger als 1 wt% Silizium.
Es wurden folgende Messverfahren und Messeinrichtungen verwendet: Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS-Messung) mit einem Kratos Axis Nova Gerät an 12 unterschiedlichen Proben und Zeta Potential Messung mit einem Surpass Electrokinetic Analyzer mit variablem pH-Wert an 2
unterschiedlichen Proben.
Die untersuchten Stents und die Metallproben liegen zunächst in einem ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung vor, der einem
Ausgangszustand entspricht. Der Ausgangszustand liegt z. B. bei einem Stent vor, wie er in herkömmlicher Weise zur Implantation verwendet wird. Der Stent ist also im Ausgangszustand fertig hergestellt und im Sinne des Standes der Technik zur Implantation bereit. Zur Erzeugung des zweiten Zustands mit einer veränderten Oberflächenladung werden der Stent und die Metallproben einer
Oberflächenbehandlung unterzogen. Eine solche Oberflächenbehandlung zur Veränderung der Oberflächenladung kann z. B. eine Oxidationsbehandlung in Form einer Plasmabehandlung und/oder eines Bads in einer vorher erwähnten wässrigen Lösung sein. Die Plasmabehandlung führt zu einer Oxidation und Entfernung von Kohlenwasserstoff. Für das Plasma können unterschiedliche Gase verwendet werden, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Beispielsweise wird ein Sauerstoffplasma verwendet. Das Bad kann einen vorbestimmten pH-Wert aufweisen, der auf das Material der Metallproben abgestimmt ist. Beispielsweise wird eine alkalische Lösung verwendet. Zur Herstellung des zweiten Zustands wird beispielsweise ein Argonplasma, das nicht oxidierend wirkt, in Kombination mit einem Bad in einer wässrigen NaCI-Lösung, die oxidierend wirkt, verwendet werden. Die behandelte Oberfläche weist einheitliche Oberflächeneigenschaften mit einer zweiten Oberflächenladung und einer Hydratisierung im Sinne der Erfindung auf.
Zur Aufrechterhaltung des zweiten Zustands der Implantatoberfläche können eine Handhabung und Lagerung des Implantats erfolgen, wie sie in der parallelen Patentanmeldung der Anmelderin (Anmeldenummer CH 00048/12) beschrieben sind. Diese Anmeldung wird vollumfänglich zur Offenbarung der Erfindung in Bezug genommen, da sie aufzeigt in welcher Weise Stentoberflächen mit definierten Oberflächeneigenschaften bis zur Implantation beibehalten werden können. Mit der Bereitstellung eines Stents innerhalb eines Stroms eines definierten Mediums in einer Umhüllung, kann der zweite Zustand der
Implantatoberfläche beibehalten werden.
Der Stent kann einer Oberflächenbehandlung auch dann unterzogen werden, wenn er bereits in oder auf einem Einführsystem zum Einführen des Stents in den Körper oder ein Körperlumen eingesetzt ist oder nach der
Behandlung in ein solches System eingesetzt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Oberflächenladung des zweiten Zustands erhalten bleibt.
In Figur 1 wird der Ablauf des Einwachsens eines herkömmlichen Metallstents V mit blanker Oberfläche in einem ersten Zustand (oben) und eines erfindungsgemässen Metallstents 1 mit blanker Oberfläche in einem zweiten Zustand mit einer erhöhten negativen Oberflächenladung (unten) gezeigt. Figur 1 d zeigt für die Stents 1 und V das Einwachsen der Stents in einer Herzkranzarterie eines Schweins nach 30 Tagen.
In Fig. 1 a ist der Stent am Ort der Implantation platziert und die Oberflächen sind gegenüber Blut exponiert. Beim herkömmlichen Stent 1 ' (Fig. 1 a, oben) erfolgt zunächst eine Ablagerung von Proteinen, welche sowohl das
Anhaften, als auch die Funktionalität von Neutrophilen verhindern, so genannte Neutrophilinhibitoren 2 (a2-Makroglobulin, Apolipoprotein A). Beim Stent 1 mit erhöhter negativer Oberflächenladung (Fig. 1 a, unten) sind die
Neutrophilinhibitoren stark reduziert und zugleich lagern sich sowohl Proteine ab, welche die Anhaftung von Thrombozyten verhindern (high molecular weight kininogen - HMWK), als auch Proteine, welche die Anhaftung von Neutrophilen auf der Stentoberfläche fördern (z. B. Plasminogen, Fibrinogen in natürlicher oder zumindest naturähnlicher Konformation), so genannte Neutrophilpromotoren 3. Entsprechend werden anschliessend bei dem Stent 1 ' im ersten Zustand (Fig. 1 b, oben) auf den Neutrophilinhibitoren 2 hauptsächlich Thrombozyten 4 angesiedelt, welche grundsätzlich unerwünscht sind. Bei dem Stent 1 mit erhöhter negativer Oberflächenladung (Fig. 1 b, unten) werden hingegen Neutrophile 5 aus dem Blut des Patienten auf den Neutrophilpromotoren 3 angesiedelt, während
Thrombozyten abgewiesen werden. Die aktivierten Neutrophile 5 sondern das Protein Cathelicidin (LL37) 6 auf der Stentoberfläche ab, vgl. Fig. 1 c unten.
Dadurch kann der Vorgang des Einwachsens positiv unterstützt werden, ohne dass hierfür eine Beschichtung auf der Metalloberfläche aufgetragen werden muss oder eine Medikamentenabgabe erforderlich ist. Bei dem Stent V im ersten
Zustand wurde Cathelicidin nur in geringem Mass gefunden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Stent 1 im zweiten Zustand zwei bis dreimal mehr Cathelicidin ansammelt als der herkömmliche Stent.
Figur 1 d zeigt für die Stents 1 und 1 ' das Einwachsen der Stents in einer Herzkranzarterie eines Schweins nach 30 Tagen. Der Stent 1 im zweiten Zustand mit einer erhöhten negativen Oberflächenladung zeigt ein gleichmässiges Einwachsverhalten mit einem weit offenen Innenlumen (siehe Fig. 1 d, unten). Der Stent V im ersten Zustand zeigt jedoch ein Einwachsen mit einer erneuten
Verengung des Durchgangs (siehe Fig. 1 d, oben). Zusammenfassend lässt sich festhalten: Die Oberfläche des Stents 1 mit einer gegenüber herkömmlichen Stents erhöhten negativen Oberflächenladung unterstützt und fördert diejenigen bioaktiven Prozesse, die zu einem gesunden und erwünschten Einwachsen des Stents 1 führen. Unerwünschte Prozesse werden dagegen eingedämmt oder unterbunden.
In Figur 2a ist ein Diagramm eines Zeta-Potentials für zwei Metallproben aus unterschiedlichen Kobaltchromlegierungen, wie sie vorher beschrieben wurden, einmal in einem ersten unbehandelten Zustand und einmal in einem zweiten behandelten Zustand, gezeigt. Es wurde das Zeta-Potential bei einem pH-Wert von 7.4 in verdünnter KCI-Lösung gemessen, wie es den pH- Bedingungen in Blut entspricht. Der erste Balken von links zeigt für die MP35N Probe im Ausgangszustand vor einer Oberflächenbehandlung ein Zeta-Potential von -55mV. Im Gegensatz dazu zeigt der zweite Balken für die MP35N Probe im zweiten Zustand nach der Oberflächenbehandlung ein Zeta-Potential von -95mV. Der dritte Balken zeigt für die L605 Probe im Ausgangszustand ein Zeta-Potential ebenfalls von -55mV. Der vierte Balken für die L605 Probe im zweiten Zustand zeigt ein Zeta-Potential von -80mV. Das Diagramm zeigt eine signifikante
Erhöhung der negativen Oberflächenladung bei beiden Proben nach der
Oberflächenbehandlung. Das Zeta-Potential wurde mittels einer elektrokinetischen Analyse bestimmt.
Figur 2b zeigt ein Diagramm des isoelektrischen Punktes für die in Figur 2a beschriebenen Proben. Die unbehandelte MP35N Probe hat einen isoelektrischen Punkt von 5.4 (erster Balken von links) und die unbehandelte L605 Probe hat einen isoelektrischen Punkt von 5.3 (dritter Balken). Beide
unbehandelten Proben weisen einen isoelektrischen Punkt über 5.0 auf. Die behandelte MP35N Probe hat einen isoelektrischen Punkt von 4.9 (zweiter Balken von links) und die behandelte L605 Probe hat einen isoelektrischen Punkt von 4.7. Beide behandelten Proben weisen einen isoelektrischen Punkt unter 5.0 auf. Die behandelten Proben weisen somit eine grössere negative Oberflächenladung, bzw. eine weniger positive Oberflächenladung als die unbehandelten Proben auf.
Experimentelle Untersuchungen der Oxidschicht auf der Oberfläche von MP35N und L605 Proben haben gezeigt, dass im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung die Oxidschicht eine Dicke von 2 - 3 nm aufweist. Bei der Bestimmung von MP35N Proben mit dem Elektrokinetic Analyzer (XPS-Messung) wurde Folgendes festgestellt. Bei einer ersten MP35N Probe, die in einem ersten Zustand im Sinne der Erfindung untersucht wurde, besteht die Oxidschicht im Wesentlichen aus ca. 66% Cr2O3 (Cr(lll)) Oxid, ca. 10% Co-Oxid, ca. 10% Mo- Oxid, ca. 9 % Ni-Oxid, ca. 5% Ti-Oxid. Eine zweite MP35N Probe wurde einer Oxidierungsbehandlung gefolgt von einer Lagerung in einer neutralen Lösung unterzogen und liegt somit in einem zweiten Zustand gemäss der Erfindung vor. Bei der zweiten MP35N Probe weist die Oxidschicht ebenfalls eine Dicke von 2 - 3 nm auf und besteht aus 75% Cr2Os (Cr(lll)) Oxid, ca. 7% Co-Oxid, ca. 8% Mo- Oxid, ca. 7 % Ni-Oxid und ca. 4% Ti-Oxid. Bei der Messung der L605 Proben wurden vergleichbare Ergebnisse ermittelt. Lediglich Molybdän ist durch Wolfram substituiert und es wird weniger Nickel gemessen, das durch Kobalt kompensiert wird, wie es den unterschiedlichen Verhältnissen der Metalle in den unterschiedlichen Legierungen entspricht. Es wurde eine grössere Menge an Chromoxid und eine geringere Menge an Kobalt- und Nickeloxid gemessen.
Daraus ergibt sich, dass im zweiten Zustand mit einer gesteigerten negativen Oberflächenladung die Menge an Chromoxid höher und die Menge an Kobaltoxid und Nickeloxid niedriger ist als im ersten Zustand.
Durch die Art der Oberflächenbehandlung, also z. B. Reinigung durch Plasma-Behandlung und nasse Lagerung in Lösungen, kann zum Einen die Oberflächenladung auf einen negativeren Wert verändert werden und zum
Anderen kann die Zusammensetzung der Oxidschicht beeinflusst und somit reguliert werden.
In den Figuren 3a und 3b werden Ergebnisse aus der Bestimmung der Gesamtmenge an auf den Oberflächen adsorbierten Proteinen gezeigt. Figur 3a zeigt das Ergebnis aus einer μ-BCA Messung, bei welcher der Effekt der Protein- Kupfer-Chelatbildung und der Reduktion des Kupfers mit Bicinchoninisäure (BCA) zu einem farbigen Lösungsprodukt für eine Fluoreszenzmessung ausgenutzt wird. Figur 3b zeigt das Ergebnis aus einer Qubit Messung, bei welcher die auf der Oberfläche anhaftenden Proteine desorbiert und mit einem Marker für eine Fluoreszenzanalyse versehen werden. Mit beiden Messmethoden zeigt sich eine signifikante Reduktion der Proteinadsorption.
In Figur 3a wird die Gesamtadsorption von Proteinen für eine Metallprobe im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung (linker Balken) und für die Metallprobe im zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung (rechter Balken) gezeigt, die eine niedrigere positive Oberflächenladung oder eine höhere negative Oberflächenladung im Vergleich zur ersten Oberflächenladung aufweist. Im ersten Zustand werden zwischen 1 .2 und 1 .7 μg/cm2 Proteine auf der Metalloberfläche adsorbiert. Im zweiten Zustand mit höherer negativer
Oberflächenladung werden dagegen zwischen 0.7 und 0.9 μg/cm2 Proteine adsorbiert. In Figur 3b wird die Gesamtadsorption von Proteinen für eine
Metallprobe im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung (linker Balken) und für die Metallprobe im zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung mit höherer negativer Oberflächenladung (rechter Balken) gezeigt. Im ersten Zustand werden zwischen 36 und 40 willkürliche Einheiten Proteine auf der Oberfläche gemessen. Im zweiten Zustand mit geringerer negativer
Oberflächenladung werden dagegen zwischen 30 bis 34 willkürliche Einheiten Proteine gemessen. In den Figuren 4a bis 4g sind Diagramme von Messungen der
Proteinadsorption eines Implantats mit einer Kobaltchromoberfläche mit einer ersten Oberflächenladung und einer zweiten Oberflächenladung für die Proteine Plasminogen (Figur 4a), Kininogen (Figur 4b), Apolipoprotein E (Figur 4c), Apolipoprotein A (Figur 4d), a2-Makroglobulin (Figur 4e), Fibrinogen (Figur 4f) und Albumin (Figur 4g) gezeigt. Die Metallproben entsprechen dem Material eines erfindungsgemässen Implantats und weisen eine blanke Kobaltchromoberfläche auf. Im ersten Zustand wird die Oberfläche ohne weitere Behandlungsschritte, also im Ausgangszustand, vermessen. Im zweiten Zustand wurde die Oberfläche einer Behandlung, wie vorher beschreiben, unterzogen und weist somit eine erhöhte negative Oberflächenladung gemäss der Erfindung auf. Das Zeta- Potential im ersten Zustand liegt bei ca. -55 mV und im zweiten Zustand bei ca. - 95 mV, wie in Figur 2a erläutert. Die Metallproben wurden zur Messung der Proteinadsorption in Blut inkubiert. Hierfür wurden die Proben in Schalen mit frischem Blut eingelegt und für zwei Stunden bei 37 °C und statischen
Bedingungen inkubiert. Anschliessend wurden die Proben mit dem vorher erwähnten Verfahren gemessen. Die Ergebnisse in den Figuren 4a bis 4g werden derart dargestellt, dass die Adsorption auf der unbehandelten Oberfläche auf 100 normiert ist. Somit wird die Abweichung hierzu, die bei einer behandelten
Oberfläche vorliegt, klar ersichtlich.
In Figur 4a wird die Menge an Plasminogen auf der Probenoberfläche im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung (linker Balken) und im zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung mit höherer negativer Oberflächenladung (rechter Balken) gezeigt. Die Adsorption im ersten Zustand ist auf 100 +/- 10 normiert. Im zweiten Zustand mit geringerer negativer
Oberflächenladung wird dagegen ein Wert von 400 +/- 150 erreicht. Im zweiten Zustand liegt somit eine signifikant grössere Menge an Plasminogen vor, welches u. a. für die Anlagerung von Neutrophilen verantwortlich ist.
In Figur 4b wird die Menge an Kininogen auf der Stentoberfläche im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung (linker Balken) und im zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung mit höherer negativer
Oberflächenladung (rechter Balken) gezeigt. Die Adsorption im ersten Zustand ist auf 100 +/- 5 normiert. Im zweiten Zustand mit geringerer negativer
Oberflächenladung wird dagegen ein Wert von 300 +/- 80 erreicht. In Figur 4c wird die Menge an Apolipoprotein E auf der Stentoberfläche im ersten Zustand (linker Balken) und im zweiten Zustand (rechter Balken) gezeigt. Die Adsorption im ersten Zustand ist auf 100 +/- 3 normiert Im zweiten Zustand mit geringerer negativer Oberflächenladung ein Wert von 150 +/- 30 erreicht. Von Kininogen und Apolipoprotein E ist bekannt, dass sie die Aggregation von Thrombozyten verhindern. Somit kann die Menge an Thrombozyten auf einer implantierten Stentoberfläche durch die Erhöhung der Proteine Kininogen und Apolipoprotein E auf der Oberfläche reguliert werden.
In Figur 4d wird die Menge an Apolipoprotein A auf der Stentoberfläche im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung (linker Balken) und im zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung mit höherer negativer Oberflächenladung (rechter Balken) gezeigt. Die Adsorption im ersten Zustand ist auf 100 +/- 10 normiert. Im zweiten Zustand mit geringerer negativer
Oberflächenladung wird dagegen nur ein Wert von 50 +/- 12 erreicht. In Figur 4e wird die Menge an a2-Makroglobulin auf der Stentoberfläche im ersten Zustand (linker Balken) und im zweiten Zustand (rechter Balken) gezeigt. Die Adsorption im ersten Zustand ist auf 100 +/- 2 normiert. Im zweiten Zustand mit geringerer negativer Oberflächenladung wird dagegen nur ein Wert von 80 +/- 3 erreicht. Im zweiten Zustand liegt somit jeweils eine signifikant geringere Menge an
Apolipoprotein A und a2-Makroglobulin vor. Apolipoprotein A und a2- Makroglobulin verringern die Adsorption von Neutrophilen und unterbinden die Funktion von Neutrophilen. Apolipoprotein A hemmt zudem Cathelicidin (LL-37), das ein positives Einwachsen von Implantaten fördert.
In Figur 4f wird die Menge an Fibrinogen auf der Stentoberfläche im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung (linker Balken) und im zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung mit höherer negativer
Oberflächenladung (rechter Balken) gezeigt. Die Adsorption im ersten Zustand ist auf 100 +/- 10 normiert. Im zweiten Zustand mit geringerer negativer
Oberflächenladung wird dagegen nur ein Wert von 70 +/-5 erreicht. Fibrinogen kann in denaturiertem Zustand die Adsorption von Thrombozyten fördern und von Neutrophilen hemmen, wie eingangs erläutert. Es ist daher vorteilhaft die Menge an Fibrinogen in denaturiertem Zustand auf der Implantatoberfläche zu reduzieren.
In Figur 4g wird die Menge an Albumin auf der Stentoberfläche im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung (linker Balken) und im zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung mit höherer negativer Oberflächenladung (rechter Balken) gezeigt. Die Adsorption im ersten Zustand ist auf 100 +/- 10 normiert. Im zweiten Zustand mit geringerer negativer
Oberflächenladung wird dagegen ein Wert von 1 15 +/- 15 erreicht.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Stentoberfläche im zweiten Zustand mit einer niedrigeren positiven Oberflächenladung oder einer höheren negativen Oberflächenladung im Vergleich zur Oberflächenladung im ersten Zustand weniger Proteine aufweist, die die Menge und Funktion von Neutrophilen auf der Oberfläche verringern, und mehr Proteine aufweist, die die Aggregation von Thrombozyten verringern. Die Ergebnisse zeigen, dass die Metalloberfläche im zweiten Zustand mit einer geringeren Menge an Proteinen besetzt wird als im ersten Zustand. Es werden bevorzugt Thrombozytinhibitoren, wie Kininogen, und Neutrophilpromotoren, wie Plasminogen, adsorbiert. Weiter werden weniger Neutrophilinhibitoren, wie z. B. Apolipoprotein A und a2- Makroglobulin auf der Oberfläche angesiedelt. Auf einer implantierten Oberfläche können daher schnell Neutrophile anhaften und ein erfolgreiches Einwachsen des Stents unterstützen.
Nach der Erfindung kann auf der Implantatoberfläche im zweiten Zustand somit eine definierte zweite Oberflächenladung und/oder eine definierte vorbestimmte Zusammensetzung der Oxidschicht, wie oben beschrieben, hergestellt werden, die auf eine definierte Adsorption vorbestimmter Mengen verschiedener Proteine auf der Oberfläche abgestimmt ist. Durch die Erzeugung einer definierten Oberflächenladung kann auf die Adsorption von Proteinen
Einfluss genommen werden, die Adsorption von erwünschten Proteinen wird gefördert und die Adsorption von unerwünschten Proteinen wird gehemmt. Es erfolgt somit eine selektive Proteinadhäsion auf der Metalloberfläche. Ein Stent mit einer zweiten Oberflächenladung nach der Erfindung kann die Menge der auf dem Implantat ablagernden Proteine Fibrinogen, a2-Makroglobulin und/oder
Apolipoprotein A reduzieren und die Menge der Proteine Apolipoprotein E,
Kininogen und/oder Plasminogen erhöhen.
Diese Zusammenhänge werden durch Messungen der Menge an Neutrophilen auf einer Oberfläche einer Metallprobe, die einer Stentoberfläche entspricht, zum Einen im ersten Zustand mit einer ersten Oberflächenladung und zum Anderen auf einer solchen Oberfläche im zweiten Zustand mit einer erhöht negativen Oberflächenladung bestätigt. In Figur 5 werden Kobaltchrom-Proben mit einer ersten Oberflächenladung und im Gegensatz dazu mit einer zweiten Oberflächenladung in Fluiden mit unterschiedlichen Anteilen an Proteinen inkubiert. Grundsätzlich wirken Proteine als Mediatoren für die Ansiedlung von Neutrophilen, wobei zuerst Proteine auf der Oberfläche anhaften und
anschliessend Neutrophile. Das linke Balkenpaar zeigt eine Messung, bei der die Metallprobe regulärem, menschlichen Blut ausgesetzt ist. Es zeigt sich, dass die Probe im ersten Zustand, d. h. im Zustand ohne Oberflächenbehandlung (linker Balken), nur ca. 8% der Menge an Neutrophilen im Vergleich zum zweiten
Zustand (rechter Balken) mit einer höheren negativen Oberflächenladung annimmt. Das mittlere Balkenpaar in Figur 5 zeigt eine Messung, bei der eine Metallprobe einem Fluid mit Neutrophilen ausgesetzt wurde, das jedoch keine Proteine enthält, wie es normalerweise bei einem Blutfluid der Fall wäre. Im zweiten, behandelten Zustand (rechter Balken) werden ungefähr 15% weniger Neutrophile angelagert als im ersten, unbehandelten Zustand (linker Balken). Das rechte Balkenpaar zeigt eine Messung, bei der eine Metallprobe zuerst in
Blutplasma inkubiert wurde. Das heisst, es erfolgte zuerst eine Ablagerung von Proteinen aus Blut und anschliessend eine Adsorption von Neutrophilen. Im behandelten Zustand (rechter Balken) werden ungefähr 20x mehr Neutrophile angelagert als im unbehandelten Zustand (linker Balken). Die Messungen zeigen, dass bei einer Metalloberfläche nach einer Oberflächenladungs- reduktionsbehandlung, also einer niedrigeren positiven Oberflächenladung oder einer höheren negativen Oberflächenladung im Vergleich zu einer unbehandelten Metalloberfläche im Ausgangszustand, deutlich mehr Neutrophile adsorbiert werden, sofern Proteine verfügbar sind, die mit der Oberfläche reagieren können.
In Figur 6 wird am Beispiel des Proteins Fibrinogen der Einfluss der Präsenz dieses Proteins auf einer Metalloberfläche im ersten und im zweiten Zustand gemäss der Erfindung veranschaulicht. Vergleichbare Messungen sind auch für andere Proteine möglich. Bei der Messreihe werden jeweils eine
Metalloberfläche im ersten, unbehandelten Zustand und im zweiten, behandelten Zustand einem Fluid mit gleichbleibendem Anteil an Albumin von 50mg/ml und unterschiedlichen Anteilen an Fibrinogen ausgesetzt und die Menge an
adsorbierten Neutrophilen gemessen. Bei den Balkenpaaren für unbehandelte (links) und behandelte (rechts) Metallproben wurden von links nach rechts gesehen folgende Anteile an Fibrinogen verwendet: 3 mg/ml, 0.3 mg/ml und 0.03 mg/ml. Bei allen drei Messungen werden auf der zweiten, behandelten
Metalloberfläche 15 - 20 mal mehr Neutrophile adsorbiert als bei der
unbehandelten Metalloberfläche. Die Messungen bestätigen, dass eine
behandelte Oberfläche mit einer niedrigeren positiven Oberflächenladung oder einer höheren negativen Oberflächenladung im Vergleich zur unbehandelten Oberfläche die Adsorption von Fibrinogen verringert und somit die Anzahl von adsorbierten Neutrophilen erhöht, welche ein positives Einwachsverhalten eines Implantats fördern. Darüber hinaus ist nicht allein die verfügbare Menge an Fibrinogen entscheidend, sondern auch dessen Konformation, wie vorher erläutert.
Die durchgeführten Messungen belegen die positive Einwirkung einer Implantatoberfläche mit einer niedrigeren positiven Oberflächenladung oder einer höheren negativen Oberflächenladung auf das Einwachsen eines Implantats nach der Implantation, wie es in den in Figur 1 a bis 1 d erläuterten in-vivo Experimenten gezeigt ist. Durch eine gezielte Einstellung der Oberflächenladung auf der Implantatoberfläche kann die Adsorption von Proteinen auf der Oberfläche reguliert werden. Ein Implantat mit einer niedrigeren positiven Oberflächenladung oder einer höheren negativen Oberflächenladung im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Implantaten vermindert somit das Risiko einer Restenose oder anderer Komplikationen bei der Implantation.
Bezugszeichenliste , 1 ' Implantat, Stent
Neutrophilinhibitoren
Neutrophilpromotoren
Thrombozyten
Neutrophile
Cathelicidin

Claims

Patentansprüche
1 . Implantat zur Implantation in einen Körper mit einer Oberfläche, die in implantiertem Zustand für einen Kontakt mit dem Körper oder einem Körperfluid vorgesehen ist und die in einem ersten Zustand eine erste
Oberflächenladung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberfläche durch eine Oberflächenbehandlung einen zweiten Zustand mit einer zweiten Oberflächenladung einnimmt, wobei die zweite
Oberflächenladung eine niedrigere positive Oberflächenladung oder eine höhere negative Oberflächenladung im Vergleich zur ersten Oberflächenladung aufweist.
2. Implantat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweite Oberflächenladung der Oberfläche negativ ist.
3. Implantat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenladung um wenigstens 10%, vorzugsweise um 20% oder mehr, gegenüber der ersten Oberflächenladung negativer ist.
4. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche im zweiten Zustand bei einem pH-Wert von ca. 7.4 einen Zeta-Potential Wert von weniger als - 60 mV, insbesondere weniger als - 70 mV, aufweist.
5. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Oberfläche im zweiten Zustand ein isoelektrischer Punkt gegeben ist, der niedriger ist als im ersten Zustand der Oberfläche.
6. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberflächenladung einer Oberflächenladung eines Ausgangsmaterials entspricht, aus dem das Implantat gefertigt ist.
7. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche im zweiten Zustand eine Oxidschicht aufweist, die gegenüber der einer Oxidschicht im ersten Zustand verändert ist.
8. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung durch eine
Oxidationsbehandlung, eine Reinigungsbehandlung, eine Lagerung in einer Behandlungslösung und/oder durch eine Beschichtung gegeben ist.
9. Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus einer chromhaltigen Legierung oder aus Nitinol, mit einer blanken Oberfläche besteht.
10. Implantat nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht der Oberfläche im zweiten Zustand relativ zum ersten Zustand eine erhöhte Menge an Chromoxid, eine
verminderte Menge an Kobaltoxid und/oder eine verminderte Menge an Nickeloxid aufweist.
1 1 . Implantat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Zustand der Oberfläche eine definierte zweite Oberflächenladung und/oder eine definierte vorbestimmte Zusammensetzung der Oxidschicht vorgesehen ist.
12. Implantat nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte zweite Oberflächenladung und/oder die definierte vorbestimmte Zusammensetzung der Oxidschicht auf eine definierte Adsorption vorbestimmter Mengen verschiedener Proteine auf der Oberfläche abgestimmt ist.
13. Verwendung eines Implantats nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Regulierung einer Adsorption von Proteinen auf der Oberfläche des Implantats in Bezug auf Art, Menge und/oder Konformation bestimmter Proteine durch einen definierten zweiten Zustand der Oberfläche, der eine definierte zweite Oberflächenladung und/oder eine definierte vorbestimmte Zusammensetzung einer Oxidschicht der Oberfläche aufweist.
14. Verwendung zur Regulierung einer Adsorption von Proteinen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleich zum ersten Zustand der Obe-rfläche des Implantats in dem definierten zweiten Zustand der Oberfläche die absolute Menge an adsorbierten Proteinen verändert, insbesondere geringer, ist.
15. Verwendung zur Regulierung einer Adsorption von Proteinen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleich zum ersten Zustand der Oberfläche des Implantats in dem definierten zweiten Zustand der Ober-fläche weniger Fibrinogen, Macroglobulin und/oder
Apolipoprotein A adsobiert wird und/oder mehr Apolipoprotein E, Kininogen und/oder Plasminogen adsorbiert wird.
1 6. Verwendung zur Regulierung einer Adsorption von Proteinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem definierten zweiten Zustand der Oberfläche die Konformation bestimmter Proteine ihrer zumindest nahezu natürlichen
Konformation entspricht.
17. Verfahren zur Herstellung eines Implantats zur Implantation in einen Körper mit einer Oberfläche, die in implantiertem Zustand für einen Kontakt mit dem Körper oder einem Körperfluid vorgesehen ist, wobei die Oberfläche in einem ersten Zustand eine erste Oberflächenladung aufweist, bei dem die Ober-fläche einer Oberflächenbehandlung zur Reinigung und/oder Lagerung der Oberfläche unterzogen wird und die Oberflächenbehandlung einen zweiten Zustand der Oberfläche mit einer zweiten Oberflächenladung erzeugt, die eine niedrigere positive Oberflächenladung oder eine höhere negative Oberflächen-Iadung im Vergleich zur ersten Oberflächenladung aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem als
Oberflächenbehandlung eine Plasmabehandlung, eine Oxidationsbehandlu und/oder eine Lagerung in einer Behandlungslösung durchgeführt wird.
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