MXPA97005643A - Proceso para modificar superficies - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso para modificar una superficie de un artículo, el cual incluye tratar la superficie con:(a) una primera polialquilenamina soluble en agua (b) un compuesto polimérico, aniónico, soluble en agua, y (c) una segunda polialquilenamina soluble en agua, en la ausencia de agentes de reticulación, para crear una superficie modificada.

Description

PROCESO PARA MODIFICAR SUPERFICIES CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la modificación de la superficie de un articulo, para volver esa superficie biocompatible .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las superficies de los dispositivos médicos a menudo deben ser modificadas para hacer esas superficies biocompat ibles . Por ejemplo, las superficies de los dispositivos médicos que están en contacto directo con la sangre o con productos de la sangre (tales como oxigenadores de la sangre, bombas para la sangre, catéteres, y tubos) han sido tratadas con agentes biológicamente activos tales como la heparina o derivados de la heparina, para volver esas superficies no trombogénicas, en un esfuerzo para prevenir la coagulación o la formación de coágulos, relacionada a la superficie que hace contacto con la sangre o con los productos de la sangre.

REF: 025280 Un problema asociado con ese tratamiento es que el agente biológicamente activo a menudo no permanece fijo sobre la superficie del articulo tratado. Una solución a este problema ha sido aprestar la superficie usando una combinación de polialquilena ina y un agente de reti ilación. Aunque este tratamiento es generalmente efectivo, necesita del uso de un compuesto químico adicional, a decir, el agente de reticulación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la invención destaca un proceso para modificar la superficie de un articulo, el cual incluye tratar la superficie con (a) una primera polialquilenamina soluble en agua, (b) un compuesto polimérico soluble en agua, y (c) una segunda polialquilenamina soluble en agua, todos en la ausencia de agentes de reticulación, para crear una superficie modi ficada . En un segundo aspecto, la invención destaca un proceso para modificar la superficie de un articulo, el cual incluye (a) tratar la superficie con (i) una primera polialquilenamina soluble en agua, (ii¿ un compuesto polimérico aniónico, soluble en agua, y (iii) una segunda polialquilenamina soluble en agua, todos en la ausencia de agentes de reticulación, para crear una superficie aprestada; y (b) poner en contacto la superficie aprestada con un agente biológicamente activo para unir el agente biológicamente activo a la superficie aprestada. En modalidades preferidas, la superficie modificada o aprestada se encuentra esencialmente libre de grupos amonio cuaternarios. Además, la superficie del articulo antes del tratamiento con las polialquilenaminas y con el compuesto polimérico aniónico, se encuentra preferentemente y en forma esencial, libre de oxidación superficial. La superficie aprestada se pone en contacto, preferentemente, con el agente biológicamente activo, en la presencia de un agente reductor para enlazar covalentemente el agente biológicamente activo a la superficie aprestada . La polialquilenamina preferentemente contiene al menos dos grupos amino primarios, en cada molécula del polímero. Un ejemplo de una polialquilenamina preferida es la poliet ilenimina . El compuesto polimérico aniónico es preferentemente un polisacárido tal como el sulfato de dextrano. El agente biológicamente activo puede ser un agente antitrombótico tal como una glicosaminoglicanhepar ina o un derivado de la heparina. Otros ejemplos de agentes biológicamente activos incluyen el sulfato de heparano, ácido hialurónico, sulfato de dermatano, quitosano, y derivados de los mismos. La invención también destaca un articulo que incluye un substrato que tiene una superficie biocompat ible que incluye (a) un aprestador que incluye el producto de reacción de (i) una primera polialquilenamina soluble en agua, (ii) un compuesto polimérico aniónico soluble en agua, y (iii) una segunda polialquilenamina soluble en agua; y (b) un agente biológicamente activo enlazado al aprestador. El aprestador se encuentra esencialmente libre de reticulación. A través de toda esta solicitud aplican las siguientes definiciones: Una superficie "biocompatible" es una superficie que, cuando se encuentra en contacto con la sangre, plasma, u otros fluidos corporales, del paciente, no causa una reacción fisiológica adversa. Un "agente biológicamente activo" es un material que, cuando se encuentra en contacto con la sangre, plasma, u otros fluidos corporales, del paciente, bajo condiciones fisiológicas, exhibe actividad biológica. Por ejemplo, un material tal como la heparina es "biológicamente activo" en el sentido de que actúa como un anticoagulante en la presencia de la sangre. Una superficie que se encuentra "esencialmente libre de oxidación" se refiere a una superficie que no ha sido pretratada mediante la exposición a agentes químicos oxidantes, o a un plasma, para provocar la oxidación de la superficie. Asi, esa superficie se encuentra esencialmente libre de grupos que contienen carbonilo y/o grupos que contienen carboxilo, generados por ese proceso de oxidación. La invención proporciona un medio simple y efectivo para modificar la superficie de un articulo, para hacer esa superficie biocompatible . Sorprendentemente, el proceso es efectivo a pesar del hecho de que la operación de apresto se lleva a cabo en la ausencia de agentes de reticulación. Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción de las modalidades preferidas de la misma y a partir de las reivindicaciones .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un proceso para producir superficies modificadas, tales como las superficies de dispositivos médicos, como tubos, catéteres, oxigenadores , filtros, sondas intravasculares, bombas para la sangre, dispositivos detectores de gas en la sangre, y similares. La superficie, que puede ser una superficie hidrofóbica o hidrofilica, no necesita ser oxidada antes del tratamiento (mediante la exposición, por ejemplo, a agentes químicos oxidantes tales como el ácido sulfúrico y el permanganato de potasio o a un plasma Rf). Ejemplos de esas superficies adecuadas incluyen el polipropileno, cloruro de polivinilo, metacrilato de polimetilo, poli tetraf luoroetileno , polisulfona, hule de silicona, poliet ilentereft alato, policarbonato, polietileno, poliestireno, y poliuretano. En general, la superficie se pone en contacto primero con una polialquilenamina tal como la poliet ilenimina, para dar una superficie que sea tanto humectable como cargada positivamente. Después, un compuesto polimérico aniónico, tal como el sulfato de dextrano, se adiciona a la superficie cargada positivamente, por lo cual se incrementa en forma adicional la humectabilidad de la superficie; ejemplos de otros compuestos poliméricos aniónicos, adecuados, incluyen el ácido poligalacturónico y el ácido poliacrilico . El uso de un compuesto polimérico aniónico permite también la adición de una segunda polialquilenamina (que puede ser la misma, o diferente, que la primer polialquilenamina) a la superficie, lo cual sigue de la aplicación del compuesto polimérico aniónico. Asi, hasta este punto, la superficie ha sido tratada secuencialmente con tres agentes, para crear una superficie aprestada: (1) una primera polialquilenamina, (2) un compuesto polimérico aniónico, y (3) una segunda polialquilenamina. El tratamiento se lleva a cabo en la ausencia de agentes de reticulación. La secuencia se puede repetir tantas veces como sea necesario, y el número particular de pasos se seleccionan según la aplicación particular para la cual se pretenda usar el articulo tratado. La superficie aprestada se puede poner en contacto entonces con un agente biológicamente activo tal como heparina, sulfato de heparano, ácido hialurónico, sulfato de dermatano, quitosano, o derivados de los mismos, para enlazar el agente biológicamente activo a la superficie aprestada. El enlazamiento puede ser, ya sea iónico o covalente, prefiriéndose el covalente. Después de la adición del agente biológicamente activo, el agente biológicamente activo se puede tratar entonces con un agente de reticulación si se desea. El aprestador subyacente, permanece, sin embargo, sin reticularse . En el caso del enlazamiento covalente, se prefiere poner en contacto la superficie aprestada con un agente biológicamente activo que tenga grupos aldehido libres (generados, por ejemplo, por oxidación con peryodato) en la presencia de un agente reductor tal como el cianoborohidruro de sodio el cual enlaza covalentemente el agente a la polialquilenamina. El enlazamiento covalente del agente biológicamente activo a la polialquilenamina ocurre más probablemente cuando un grupo reactivo aldehido, del agente biológicamente activo, reacciona con un grupo amino primario de la polialquilenamina. La base de Schiff formada inicialmente como resultado, se reduce fácilmente a una amina secundaria en la presencia de cianoborohidruro de sodio. El enlazamiento covalente también se puede llevar a cabo usando un agente de acoplamiento a base de carbodiimida, en vez de cianoborohidruro de sodio, caso en el cual no es necesario usar agentes biológicamente activos que tengan grupos aldehido libres. Ahora se describirá la invención en forma adicional, mediante los siguientes ejemplos no limitantes : EJEMPLOS En los ejemplos, se puede medir la concentración de heparina enlazada a la superficie, mediante un ensayo de inhibición de la tro bina. El ensayo de inhibición explota la observación de que la trombina rompe enzimát icamente un substrato sintético (S-2238) para producir un producto cuya concentración es proporcional a su absorbancia a 405 nm, y la concentración del producto es por lo tanto proporcional a la concentración de trombina. Las cantidades descendentes de producto reflejan la inhibición de la trombina por la heparina, en la presencia de cantidades en exceso de antitrombina-III . Brevemente, el ensayo se realiza adicionando, en la siguiente secuencia, los siguiente materiales a tubos de ensayo: una muestra desconocida y 0.05 mi de amortiguador (en donde una muestra tiene una concentración desconocida de heparina sobre la superficie), ó 0.05 mi de una solución estándar de heparina; 1.0 mi de S-2238 0.3 mM; 0.1 mi de ant i t rombina- III (5 unidades/ml ) ; y 0.1 mi de trombina (0.1 unidades/ml ) . Las soluciones estándar de heparina (50 icrolitros) contienen 0.08, 0.04, 0.02, 0.01, y 0.0 microgramos de heparina, respectivamente. El ensayo se lleva a cabo a 37°C con incubación durante la noche, en un baño de agua, con agitación continua. Las mediciones se hacen en alícuotas de 0.20 mi tomadas de las soluciones estándar y desconocidas, usando placas de microt itulación, y se registra una densidad óptica a 405 n . Los valores de densidad óptica se relacionan a la concentración de heparina usando las soluciones estándar de heparina. En forma más especifica, el procedimiento de ensayo es una modificación de Chandler et al, J. Biomed. Mater. Res., 22:497-508(1988) que usa los siguientes reactivos: La antitrombina-I I I se reconstituye en 5 unidades/ml con 10 mi de agua destilada, desionizada y se refrigera a 4°C. La S-2238 se reconstituye en 0.3 M usando 133 mi de una solución concentrada amortiguadora de PBS (solución salina amortiguada con fosfatos) con 1 g/ml de BSA (albúmina de suero bovino, No. Cat. A7838, Sigma Chemical Company, St. Louis, MO) , y 1 mg/ml de poliet ilenglicol ( PM 8000, No. Cat. P2139, Sigma Chemical Company, St. Louis, MO) , y se almacena a 4°C. La trombina se reconstituye en 10 unidades/ml de solución salina amortiguada con fosfatos, de Hank, y se almacena a -20°C en alícuotas de 1 mi. En el ensayo se usa una dilución de trombina de 1:100. Se preparan soluciones estándar de heparina, a partir de 10 unidades/ml de solución concentrada por dilución en serie. Cada nuevo lote de trombina y/o heparina debe ser analizado para asegurar una sensibilidad máxima. En la Tabla siguiente se enlistan valores representativos de soluciones estándares de heparina .

Para medir la abscrbancia se colocan en tubos, 0.05 mi de cada uno de los estándares apropiados, asi como una muestra desconocida que tiene un área superficial medida, junto con amortiguador PBS/BSA (0.05 mi) . Luego se adicionan los siguientes reactivos a cada uno de los tubos: 0.1 mi de antitrombina-111 , 1.0 mi de S-2238, y 0.1 mi de trombina. Todos los tubos se agitan después con formación de vórtice y se incuban durante la noche a 37°C. Después de la incubación, se adicionan 0.2 mi de cada tubo a un pozo de una placa de microtitulación, por duplicado para cada tubo, y se toman lecturas de la densidad óptica a 405 nm. Todos los estándares y muestras se analizan por duplicado, con lecturas por duplicado de la densidades ópticas, a 405 nm.

EJEMPLO 1 Se trataron varias muestras enlistadas en la tabla I, sumergiendo primero la muestra en una solución acuosa de polietilenimina al 0.1 % en peso (PEÍ, peso molecular promedio de 50,000, Aldrich Chemical Co . , Mil aukee, I) durante 15 minutos a temperatura ambiente. Luego se enjuagó la muestra completamente en agua, luego se sumergió durante 5 minutos a temperatura ambiente en una solución de sulfato de dextrano al 0.03% en peso (peso molecular promedio de 500,000, Sigma Chemical Co . , St. Louis, MO) en amortiguador de citrato (11.0 g de monohidrato de ácido cítrico y 9.0 g de cloruro de sodio en un litro de agua, ajustado a pH 3.9 con hidróxido de sodio 5 N) . Después del tratamiento con sulfato de dextrano, la mezcla se enjuaga completamente con agua y luego se sumerge nuevamente en solución de PEÍ acuosa durante 15 minutos a temperatura ambiente. Después de un enjuague completo con agua la muestra se sumerge en una solución que contiene 0.04% en peso de heparina oxidada con peryodato y 0.004% en peso de cianoborohidruro de sodio (Aldrich Chemical Co . , Milwaukee WI) en el amortiguador de citratos previamente descrito, durante 2 horas a 50°C. La heparina oxidada con peryodato se prepara disolviendo 15 g de heparina sódica (Diosynth Inc., Chicago, IL) y 1.5 g de peryodato sódico en 450 mi de solución salina amortiguada con fosfatos (pH 7), y luego agitando la solución en la obscuridad durante 1 hora. Luego se adicionan 15 g de glicerina para enfriar rápidamente el peryodato que no ha reaccionado, después de lo cual la mezcla se agita durante 1 hora y luego se somete a diálisis contra agua (4 veces, usando un total de 4 litros de agua) usando tubos para diálisis 3500 MWCO. La solución dializada se liofiliza luego para producir 8 g de heparina oxidada con peryodato. Después de la exposición a la solución de heparina oxidada con peryodato/cianoborohidruro de sodio, la mezcla se enjuaga completamente con agua y luego con solución salina al 25%, durante 5 minutos, a temperatura ambiente, seguido de un enjuague final con agua. Luego se analiza cada muestra respecto a la actividad de la heparina, usando el ensayo de inhibición de la trombina (descrito anteriormente). Los resultados (en mg/cm ) se presentan en la tabla I. Además, la presencia de heparina en todas las superficies fue confirmada mediante tinción, con azul de toluidina .

TABLA I Las muestras usadas en la tabla I fueron las siguientes: PMMA: Polimet ilmetacrilato disponible como "PLEXIGLASS" de Rohm and Haas de Philadelphia, PA; Politetracloroetileno: disponible como "TEFLON" de Zeus Industrial Products, Inc. de Raritan, NJ; Polisulfona: disponible te "THERMALUX" de The Westlake Companies de Reading, PA; Hule de silicona: disponible de "SILASTIC" de Dow Corning de Midland, MI; PET: poliet i lentereftalato disponible de "SCOTCHAPAR" de 3M Company de St. Paul, MN; d onible como "CELGARD" de Hoechst Celanese de Charlotte, NC; Policarbonato : disponible de "HYZOD" de Sheffield Plastics Inc. de Sheffield, MA. El ensayo de inhibición de la trombina no podría usarse con exactitud en los materiales de prueba tales como el cloruro de polivinilo y el poliuretano debido a que estos materiales absorben algo del cromóforo liberado durante el ensayo. Sin embargo se confirmó la presencia de heparina en estas superficies mediante el teñido con azul de toluidina.

EJEMPLO 2 Se siguió el procedimiento de conformidad con el ejemplo 1 usando como el substrato una muestra de policarbonato ("HYZOD" disponible de Sheffield Plastics Inc. de Sheffield, MA) excepto de que la muestra se sumergió en la solución que contenia 0.04% en peso de heparina oxidada con peryodato y 0.004% en peso de cianoborohidruro de sodio (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) en amortiguador de citratos, durante 30 minutos a 50°C, en vez que durante 2 horas.

EJEMPLO 3 Se trataron dos oxigenadores Sarns/3M fabricados de polipropileno, policarbonato, y acero inoxidable, modelo Turbo 440, Sarns/3M, Ann Arbor, MI) asi como las bombas centrifugas relacionadas (fabricadas de policarbonato y polimet ilmetacrilato ) , cánulas, bolsas de depósito y tuberías (todas fabricadas de cloruro de polivinilo) de conformidad con el procedimiento del ejemplo 2, para modificar las superficies de contacto con la sangre de cada parte de cada sistema. Después del tratamiento, se enjuagó cada sistema completamente con solución salina amortiguada con fosfatos (pH 7) . La compatibilidad cualitativa con la sangre se analizó en puercos, usando un procedimiento de derivación parcial en el corazón. Con heparina no sistémica el flujo sanguíneo se mantuvo a través de cada sistema tratado durante un periodo de 3 horas a una razón de flujo de 2 a 2.5 litros/min. Al final del periodo de 3 horas se desmontó cada sistema y se examinó visualmente la presencia de trombos. En cada caso, el manojo de fibras en el oxigenador estuvo virtualmente libre de trombos, aunque ocasionalmente hubo trombos pequeños en un intercambiador de calor de acero inoxidable. Para propósitos de comparación de llevó a cabo un experimento similar con derivaciones, usando un circuito en el que el oxigenador no estaba heparini zado . En este experimento se observaron trombos ocasionales en el manojo de fibras y en el intercambiador de calor se observó una formación sustancial de trombos . En las siguientes reivindicaciones se encuentran otras modalidades. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la so Licitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para modificar una superficie de un articulo, caracterizado porque comprende tratar esa superficie con (a) una primera polialquilenamina soluble en agua, (b) un compuesto polimérico, aniónico, soluble en agua, y (c) una segunda polialquilenamina soluble en agua, en la ausencia de agentes de reticulación para crear una superficie modificada.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una de las polialquilenaminas comprende la poliet ilenimina y el compuesto polimérico, aniónico, comprenden sulfato de dextrano.

3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie se encuentra esencialmente libre de oxidación, antes del tratamiento con las polialquilenaminas y con el compuesto polimérico aniónico .

4. Un proceso para modificar una superficie de un articulo, caracterizado porque comprende los pasos de: (a) tratar esa superficie con (i) una primer polialquilenamina soluble en agua, (ii) un compuesto polimérico, aniónico, soluble en agua y (iii) una segunda polialquilenamina soluble en agua, todos en la ausencia de agentes de reticulación, para crear una superficie aprestada o imprimada; y (b) poner en contacto la superficie aprestada, con un agente biológicamente activo, para enlazar el agente biológicamente activo, a la superficie aprestada.

5. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende poner en contacto la superficie aprestada, con el agente biológicamente activo, en la presencia de un agente reductor, para enlazar covalentemente el agente biológicamente activo, a la superficie aprestada .

6. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque al menos una de las polialquilenaminas comprende la polietilenamina y el compuesto polimérico aniónico comprende sulfato de dextrano.

7. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la superficie se encuentra esencialmente libre de oxidación, antes del tratamiento con las polialquilenaminas y con el compuesto polimérico aniónico .

8. El proceso de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el agente biológicamente activo se selecciona del grupo que consiste de la heparina, sulfato de heparano, ácido hialurónico, sulfato de permatano, quitosano, y derivados de los mismos.

9. Un articulo caracterizado porque comprende un substrato que tiene una superficie biocompatible que comprende: (a) un aprestador que comprende el producto de reacción de (i) una primera polialquilenamina soluble en agua, (ii) un compuesto polimérico, aniónico, soluble en agua, y (iii) una segunda polialquilenamina soluble en agua, el aprestador se encuentra esencialmente libre de reticulación; y (b) un agente biológicamente activo enlazado al aprestador.

10. El articulo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque al menos una de las polialquilenaminas comprende las poliet ilenimina, el compuesto polimérico aniónico comprende sulfato de dextrano, y el agente biológicamente activo se selecciona del grupo que consiste de la heparina, sulfato de heparano, ácido hialurónico, sulfato de dermatano, quitosano, y derivados de los mismos.