WO2002022253A2 - Adsorbens mit unterschiedlich modifizierten oberflächenbereichen, verfahren zu dessen herstellung und verwendung davon - Google Patents

Adsorbens mit unterschiedlich modifizierten oberflächenbereichen, verfahren zu dessen herstellung und verwendung davon Download PDF

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Michael Hoffmann
Roland Horres
Andreas Kokott
Hans-Peter Leinenbach
Günter MATHAR
Wolfgang Metzger
Veit Otto
Walter RÜGER
Martin Schimmel
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    • A61M1/3679—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits by absorption

Definitions

  • Adsorbent with differently modified surface areas process for its production and use thereof
  • the present invention relates to an adsorbent for whole blood in the form of essentially spherical, non-aggregated particles, which comprises a porous carrier material with an average pore size of ⁇ 1.5 microns, wherein a maximum of 50% of the pore volume can be present in pores which have a pore size of > 1.5 ⁇ m, the outer surfaces of the porous carrier material having at least one surface modification Mi, as a result of which the outer surface essentially does not interact with blood cells, and the inner surfaces of the porous carrier material, ie the surfaces of the pores of the porous carrier material, at least one Have surface modification M 2 , which interacts with substances contained in blood. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such an adsorbent, the use of this adsorbent, and an adsorber which comprises the adsorbent according to the invention in a housing.
  • Adsorbents are widely used in medical technology. Adsorbers with adsorbents which remove low-density lipoproteins (LDL) from blood or blood components or reduce their concentration are frequently described, as is known from DE 39 32 971. This publication describes the adsorbent material as an organic carrier with a fixed particle size and exclusion limit, which has a functionalization on its surface to which the LDL molecule binds.
  • LDL low-density lipoproteins
  • LDL adsorbers made of porous polymethacrylate particles which are coated with polyacrylic acid (PAS), PAS being bound both on the outer surface which bounds the particles and on the inner surface which surrounds the pores. Since the blood cells show only slight interactions with PAS, such an adsorbent is suitable for whole blood, ie the adsorbent particles let the blood cells pass without interacting with them, ie without activating, binding or damaging them. Thus, according to this method, the whole blood can be passed without prior separation of the blood cells the adsorber are directed.
  • the LDL is separated here by means of a size exclusion mechanism and not via a specific binding of the LDL to a functional group adhering to the support.
  • the whole blood tolerance of an adsorbent is very unusual since the carrier material normally leads to complement activation and / or triggers platelet aggregation and adhesion.
  • the blood cells must first be separated from the blood plasma, whereupon only the plasma is passed over the adsorber. After the immune complexes have been separated by binding to the protein C1q, the blood cells must be reunited with the purified blood plasma. This procedure is complex and burdensome and risky for the patient.
  • the whole blood adsorbents described in the literature consist of particles which are so large that they Form spaces in which the blood cells can move.
  • the particles also have pores which lead to an inner surface. These pores are of sufficient size that even macromolecules can penetrate them. However, the pores are so small that the penetration of blood cells is excluded.
  • the blood cell len only have contact with the outer surface of the particles.
  • these particles must be as spherical and unaggregated as possible in order to have a “smooth” and also an inert outside, so that the platelets slide thereon.
  • porous materials whose surfaces are chemically functionalized so that the outer surface of the porous materials is electro-neutral and hydrophilic, while the inner surface can be designed with so-called functional ligands.
  • Whole blood compatible materials are not described.
  • These porous materials are produced by first introducing epoxy groups into a porous base support, both the pore surfaces and the outer surfaces of the base support being functionalized with epoxy groups and then the epoxy groups being opened catalytically by reaction with a nucleophile.
  • a particulate catalyst with a particle size larger than the average pore diameter of the porous base support is used, so that a reaction in the pores cannot take place.
  • the remaining epoxy groups on the pore surfaces are implemented by introducing functional ligands.
  • a particulate catalyst has considerable disadvantages since it is difficult to separate the particulate catalyst from the coated support material.
  • a reaction may and may only take place at contact points between the catalyst particles and the carrier material particles, as a result of which very long reaction times and extensive stirring are required in order to achieve an almost complete conversion of the surface.
  • the long stirring can also lead to abrasion of the catalyst particles, which can contaminate the adsorber with catalyst residues.
  • magnetic catalyst particles it cannot be excluded that catalyst particles remain in the adsorbent.
  • these catalyst particles can lead to problems, in particular when purifying whole blood through interactions with blood components, so that such a catalyst is not suitable for whole blood.
  • the object of the present invention was therefore to provide an adsorbent which is compatible with whole blood and which cannot be reached by blood cells Places groups that can interact with substances to be separated from the blood. Furthermore, a method is to be provided with which such an adsorbent can be produced simply and economically.
  • an adsorbent for whole blood is provided in the form of essentially spherical, non-aggregated particles, which comprises a porous carrier material with an average pore size of ⁇ 1.5 ⁇ m, it being possible for a maximum of 50% of the pore volume to be present in pores which have a pore size of> 1.5 ⁇ m, the outer surfaces of the porous carrier material having at least one surface modification Mi, as a result of which the outer surface essentially does not interact with blood cells, and the inner surfaces of the porous carrier material, ie the surfaces of the pores of the porous carrier material , have at least one surface modification M 2 which interacts with substances contained in blood.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section through an embodiment of an adsorbent particle 1 according to the invention, which has a carrier material 2 with pores 3 and modifiable binding sites 4, as well as associated surface modifications Mi and M 2 .
  • the pores 3 of the carrier material 2 are enclosed by “inner” surfaces 6, which have surface modifications M 2 bound.
  • the binding sites on the “outer” surface 5, ie the surface surrounding the adsorber particle 1, are also of the surface modifications M 2 on the inner Surfaces 6 different surface modifications Wed occupied.
  • Figures 2 and 3 show an example of two pore size distributions, which were measured according to the method described below analogously to DIN 66 133 on an adsorbent according to the invention.
  • the “outer surfaces” of a particle are understood to mean the surface surrounding the particle.
  • the “inner surfaces” of a particle are understood to mean the surfaces which surround the pores of the particle, i.e. the surfaces of the pores of the particle.
  • the term “interaction” encompasses activation, attachment, conversion and / or damage to substances and / or cells contained in whole blood. According to the invention, a selective interaction is preferred. The interaction can also be specific according to another embodiment.
  • the adsorbent according to the invention is particulate.
  • the particles of the adsorbent according to the invention are essentially spherical and not aggregated. Spherical particles, in contrast to irregularly shaped particles or irregularly shaped aggregates of particles, have the advantage that they do not undesirably retain blood particles such as platelets.
  • the porous carrier material of the adsorbent according to the invention has an average pore size or an average pore diameter with a value of ⁇ 1.5 ⁇ m, preferably ⁇ 1.0 ⁇ m, with a maximum of 50% of the pore volume in pores with a pore size of> 1.5 ⁇ m are present.
  • the maximum average pore size of 1.5 ⁇ m is determined by the size of the smallest blood cells, which have a diameter of approximately 2 ⁇ m. With a maximum mean pore size as defined according to the present invention, it is ensured that essentially no blood cells can penetrate into the pores. If only very small or dissolved particles are to be separated from the blood, it is preferred to choose a porous carrier material with a smaller average pore size, for example 1 ⁇ m, 0.5 ⁇ m or 0.3 ⁇ m.
  • the average pore size can be determined by mercury intrusion (mercury porosimetry) in accordance with DIN 66 133.
  • the procedure is based on the measurement of the volume of mercury injected into a porous solid as a function of the pressure applied.
  • a non-wetting liquid such as mercury only penetrates a porous system under pressure.
  • the pressure to be applied is inversely proportional to the clear width of the pore openings.
  • pores are detected, into which mercury can penetrate at the pressure used.
  • the relationship between pore radius r p and pressure p is given by the Washburn equation:
  • FIG. 2 shows a carrier material with a relatively small average pore size of approximately 200 nm.
  • FIG. 3 shows a carrier material with a larger average pore size of approximately 1 ⁇ m.
  • the adsorbent particles preferably have a grain size of 50 to 500 ⁇ m, more preferably 100 to 300 ⁇ m.
  • the particles of the adsorbent should have a grain size of at least 50 ⁇ m, since the largest blood cells or blood cells present in the whole blood have a diameter of 20 ⁇ m.
  • the sieve which holds back the adsorbent must therefore have a mesh size of at least 25 ⁇ m, preferably at least 40 ⁇ m, so that all blood cells are let through.
  • the space between the particles is sufficient for the passage of blood cells.
  • the adsorbent according to the invention comprises a porous carrier material. It can be assumed that a porous particulate carrier material has already been produced, its outer and inner surfaces being modified according to the invention.
  • carrier materials are suitable, for example glasses, carbohydrates, Sepharose, silica or organic carrier materials, such as copolymers of acrylates or methacrylates and polyamides.
  • the carrier material in this embodiment preferably consists of organic material, and copolymers derived from (meth) acrylic acid esters and / or amides are particularly preferred. These preferably have epoxy groups.
  • (meth) acrylic includes both the corresponding acrylics - To understand as well as methacrylic compounds.
  • the porous carrier material to be used according to the invention has modifiable binding sites on its outer and inner surfaces which can be converted into surface modifications Mi and / or M 2 .
  • Particularly preferred as the binding site is a strained heterocyclic system as a functional group which can bind further functional groups to a support material by ring covalent, in particular nucleophilic ring opening, by direct covalent binding and thus carries the material as a surface modification Mi and / or M 2 of such functional groups.
  • the carrier material particularly preferably contains oxirane groups or epoxy groups as binding sites for such functional groups.
  • a crosslinked statistical copolymer which is obtained by polymerizing ethylene glycol di (meth) acrylate and glycidyl (meth) acrylate and / or allyglycidyl ether is preferred as the carrier material.
  • a particulate, porous carrier material such as glasses, carbohydrates, Sepharose, silica or organic carrier materials, one is by polymerization of the monomeric units
  • the network structure is preferably produced by suspension polymerization.
  • Such a copolymer is commercially available under the name Eupergit C250L or Eupergit FE162 from Röhm GmbH.
  • a “surface modification” is understood according to the invention to mean a preferably organic end group, substance, compound and / or precursor compound which is suitable for binding to binding sites of a carrier material and which, when bound to a carrier material, preferably has the ability to exhibits selective interaction with certain substances or groups of substances contained in a solution.
  • the outer surface of the particles of the carrier material has a surface modification Mi which shows essentially no interaction with blood cells, i.e. the outer surface of the particles is, so to speak, "smooth" or inert to blood cells.
  • the surface modification Mi is preferably the reaction product of the implementation of the binding sites on the surfaces at least one poly (carboxylic acid), albumin, heparin, heparan sulfate, polyethylene oxide and block copolymers made of PE and polypropylene oxide (PPO) and / or a polymyxin.
  • Polyacrylic acid and heparin are particularly preferred.
  • poly (meth) acrylic acid or corresponding terms as used below stand for those compounds which can be derived from acrylic acid or from methacrylic acid or a mixture thereof.
  • Poly (meth) acrylic acids are polymers of the formula - (CH 2 -C (H) (COOH)) n - and / or - (CH 2 -C (CH 3 ) obtained by radical polymerization of acrylic acid and / or methacrylic acid ) (COOH)) n - understood.
  • the poly (meth) acrylic acids are also accessible by hydrolysis of polymeric (meth) acrylic acid derivatives, such as esters, amides, nitriles.
  • a poly (meth) acrylic acid which is particularly suitable according to the invention has, for example, a weight average molecular weight of 10 2 g / mol to 10 7 g / mol.
  • Polymyxins are peptide antibiotics that are only effective against Gram-negative bacteria.
  • Polymyxin B is cyclopeptides with L-2,4-diaminobutyric acid residues and a D-amino acid.
  • the surface modification Mi can have an interaction with substances other than blood cells. This is possible as long as the surface modification M- t continues to have no interactions with blood cells, but only interacts selectively with other substances contained in the blood. According to this embodiment, the surface modification Mi can also be a functional surface modification.
  • the surface modification M 2 interacts with substances contained in the blood, whereby only those substances can come into contact with the surface modification M 2 that are small enough, depending on the selected pore size, to penetrate into the pores.
  • the surface modification M 2 is thus a so-called functional surface modification, whereby functional surface modifications are understood to mean, for example, separation effectors or also catalysts or enzymes. Separation effectors create selective interactions that can be used for chromatographic separations or other distribution methods such as liquid-liquid distribution. Because the blood cells can not penetrate into the pores and thus can not come into direct contact with the surface modification M 2, it is possible to provide the inner surface of the adsorbent particles incompatible blood cell with a Surface modification m 2.
  • the at least one surface modification M 2 preferably comprises at least one immune adsorber present on the inner surface.
  • an “immunoadsorber” is understood to mean a compound which is capable of entering into a preferably specific bond with certain substances or groups of substances by means of an immune reaction.
  • Particularly preferred immunoadsorbents are those which consist of the group consisting of the complement factor C1q, amine-containing functional groups, peptides, antibodies, such as monoclonal or polyclonal anti-fibrinogen or anti-fibrin antibodies, and antigens, such as synthetic A / B -Blood group antigens as well as DNA and RNA or their mirror molecules are selected.
  • the surface modification Mi and / or M 2 is functional groups, these can be covalently connected to the carrier material via a spacer.
  • a “spacer” is understood to mean organic bridge members with different chemical structure and length, with the aid of which organic functional groups can be bound to the surface of a carrier material. However, such functional groups are preferably applied directly as surface modifications Mi and / or M 2 without a spacer A reaction step can be avoided by the direct connection of a functional group to the support material.
  • substances contained in whole blood can be separated which have approximately the same or preferably a smaller diameter than the selected mean pore size of the porous carrier material.
  • the average pore size is preferably chosen so that the pores are substantially larger than the particles to be separated.
  • sterilization such as gamma radiation, plasma treatment or ethylene oxide treatment (in particular heat sterilization, for example at 121 ° C.), since the treated blood is to be returned to the patient and no sepsis or May cause inflammation. Heat sterilizability at 121 ° C. and 1 bar gauge pressure is preferred, optionally in conjunction with a stabilizing pretreatment.
  • the adsorbent according to the invention enables substances contained in blood to be separated from whole blood, even if the surface modification M 2 required for the separation would show a harmful interaction with blood cells, since the blood cells cannot penetrate into the pores of the adsorbent, on the inner walls of which the surface modification M 2 is localized only.
  • This eliminates extracorporeal steps, such as the separation of blood cells, the treatment of the isolated plasma and the bringing together of the blood components, which increases the biocompatibility of the method and, for example, further significantly reduces the risk of complement activation.
  • the elimination of extracorporeal steps shortens the treatment time and simplifies the procedure, thereby increasing the safety and well-being of the patient.
  • the present invention further relates to a method for producing an adsorbent, which comprises the steps: providing a particulate, porous carrier material which has binding sites which can be modified on the outer and inner surfaces,
  • the binding sites on the inner surfaces of the carrier material are modified from the pores to form at least one surface modification M 2 with a reaction solution which is not capable of modifying the surface modifications Mi.
  • the pores of the carrier material are first filled with a medium which is liquid under the conditions of the filling. Under the conditions of the modification, this medium is essentially not miscible with a solution capable of essentially completely modifying binding sites on the surfaces of the carrier material to at least one surface modification Mi.
  • liquid medium under the conditions of filling encompasses media which can be introduced or filled into the pores of a carrier material and which can be substantially completely removed from these pores again and which, under the conditions of the modification, essentially do not contain one a solution capable of substantially completely modifying binding sites on the surfaces of the carrier material to form at least one surface modification Mi.
  • Such media can consist of a single medium, of mixtures of at least two of these and / or solutions.
  • the medium will usually be one that is liquid at room temperature. According to a particular embodiment, however, the medium can also be gaseous at room temperature.
  • the pores are then filled, for example at a low temperature and / or increased pressure, and the binding sites on the outer surfaces are also modified under these conditions.
  • This embodiment has the advantage that a gaseous medium at room temperature can be removed from the pores particularly easily.
  • the medium can be solid at room temperature.
  • the pores of the carrier material can then be filled, for example with heating.
  • This embodiment has the advantage that the pores are filled with the medium particularly permanently, for example for longer reactions.
  • this filling of the pores with a medium can be carried out by immersing and swelling the particles of the porous carrier material in a medium which is liquid at room temperature in the simplest case, so that the air is essentially completely displaced from the pores of the carrier material , Furthermore, the particles can also be placed in an airtight container, whereupon the air is removed from the container and thus also from the pores of the porous carrier material by applying a vacuum, and then the medium into the evacuated container under conditions in which this medium is liquid is to which particles are placed.
  • the excess liquid medium can be briefly suctioned off from the carrier material particles, for example using a suction filter, without the medium contained in the pores being removed again.
  • the reaction solution for modifying the binding sites on the surfaces of the support material is then added to the particles for a surface modification Mi.
  • the medium for filling the pores is essentially immiscible with this reaction solution under the conditions of the modification.
  • a modification Mi of the outer surfaces or at Use of an aqueous-based reaction solution preferably a hydrophobic medium used as the pore-filling or pore-forming medium.
  • hydrophobic medium particularly preferred as the hydrophobic medium are those media which are selected from the group consisting of linear or branched, acyclic or cyclic ci- to C 2 o-alkanes, such as pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclohexane, and linear or branched, acyclic or cyclic C 5 - to C 2 o-alkanols, such as hexanol, octanol, decanol, undecanol and dodecanol, linear and branched, acyclic or cyclic C 2 - to C3o-carboxylic acid esters and aromatic C 6 - to C2o Hydrocarbons and mixtures thereof are selected.
  • the binding sites on the outer ones Surfaces of the carrier material are essentially completely modified by converting them to at least one surface modification Mi.
  • the term “essentially complete modification” means that essentially all of the binding sites present on a surface of the carrier material, either the outer surface or the inner surface, are converted to surface modifications Mi or M 2 and thus essentially no free or modifiable binding sites
  • the respective reaction solutions preferably each contain an excess of modifying agent.
  • the term “modifying” includes changing, converting, creating and / or destroying binding sites on the respective surface of the porous carrier material.
  • the term “modifying” means converting binding sites on the surfaces of the porous carrier material with, for example, nucleophiles or electrophiles for surface modifications Mi and / or M 2 .
  • endurenmodifi- ornaments Mi preferably have the property according to the invention that they do not interact with blood, whereas surface modifications M 2 interact with substances present in the solution, suspension or dispersion to be separated, such as blood.
  • the reaction solution required for the modification and subsequently optionally also the medium which is used to modify the binding sites on the outer surfaces of the carrier material to form at least one surface modification Mi enabled solution is essentially immiscible, removed from the pores, for example by suction, heating, possibly longer vacuum and / or washing out with an easily removable, further medium.
  • the binding sites on the inner surfaces of the porous carrier material are modified. If the reaction solution for the surface modification M 2 is miscible with the medium present in the pores, the medium can remain in the pores and does not necessarily have to be removed, since mixing the medium in the pores with the reaction solution to modify the binding sites for surface modifications M 2 and diffusion of this reaction solution into the pores, the binding sites in the pores can also be modified. In most cases, however, it will be preferred to first remove the medium from the pores.
  • the inner surfaces of the carrier material are also preferably substantially completely modified to at least one surface modification M 2 .
  • the surface modifications M 2 can also be present before the modification of the binding sites on the outer surfaces to surface modifications Mi on the surfaces of the porous carrier material. According to this embodiment, if necessary, all the binding sites on the inner and outer surfaces can be closed first Surface modifications M 2 are implemented. However, it may also be the case that the binding sites of the carrier material have the required binding properties of M 2 even without modification.
  • Such a, optionally modified, carrier group M 2 is provided as carrier material in the method according to the invention in the step of providing a particulate, porous carrier material which has modifiable binding sites on the outer and inner surfaces.
  • the steps of filling the pores of the carrier material with at least one medium which is liquid under the conditions of the filling and which is essentially immiscible under the conditions of modification with a solution, with which binding sites on the surfaces of the carrier material are essentially complete can be modified; the essentially complete modification of the binding sites on the outer surfaces of the carrier material to at least one surface modification Mi and the optional removal of the medium, which, under the conditions of the modification with a solution, with which binding sites on the outer surfaces of the carrier material can be essentially completely modified , is essentially immiscible, carried out from the pores according to an embodiment of the method according to the invention, wherein in the step of essentially completely modifying the binding sites on the outer surfaces of the carrier material to at least one surface modification Mi, the modification of the modifiable binding sites on the outer surfaces of the Carrier material can also be carried out, for example, by destroying the surface modifications M 2 .
  • the adsorbent according to the invention by, after providing a particulate porous carrier material which has modifiable binding sites on the outer surfaces and the inner surfaces, essentially completely converting the binding sites on the outer surfaces of the carrier material into surface modifications Mi. are, this reaction being brought about by radiation which does not essentially penetrate the carrier material. Since such radiation cannot penetrate into the pores, there is no conversion of the binding sites on the carrier material into surfaces in the pores. Chen modifications Wed instead. Subsequently, binding sites on the inner surfaces of the carrier material can be converted to surface modifications M 2 , this conversion being effected without the above radiation.
  • a method according to this embodiment comprises the following steps:
  • a particulate, porous carrier material which has binding sites which can be modified on the outer surfaces and the inner surfaces and which can be converted to surface modifications Mi and / or M 2 , essentially completely modifying the binding sites on the outer surfaces of the carrier material to at least one surface modification Mi by means of a reaction which is brought about by radiation which does not essentially penetrate the carrier material and, if appropriate, substantially complete modification of the binding sites on the inner surfaces of the carrier material to at least one surface modification M 2 by means of a reaction which is not capable of modifying the surface modification Mi.
  • the radiation which does not essentially penetrate the carrier material is preferably electromagnetic radiation in the UV or visible range.
  • the porous support material provided already has a modifiable surface modification M 2 on all surfaces and that after the binding sites on the outer surfaces have been substantially completely modified, it is no longer necessary to modify the bonding sites on the inner surfaces.
  • the porous carrier material described above which can be modified to form an adsorbent according to the invention, as mentioned at the beginning, starting from certain polymerizable compounds, by means of the following written suspension polymerization process are prepared.
  • This method for producing an adsorbent comprises the following steps: producing a particulate, porous carrier material which has binding sites which can be modified on the outer and inner surfaces by suspension polymerization, a hydrophobic phase comprising at least one monomer, at least one crosslinking agent, a pore-forming medium and a polymerization initiator is dispersed in a continuous phase comprising water and at least one protective colloid, and the monomers and crosslinking agents located in the hydrophobic phase are polymerized, the pores of the resulting particulate porous carrier material being filled with the pore-forming medium, substantially completely Modifying the modifiable binding sites on the outer surfaces of the carrier material particles to at least one surface modification Mi and optionally removing the pore-forming medium from the pores s.
  • the porous carrier material which can be modified to an adsorbent according to the invention, can also be produced by the suspension polymerization process described below, with a water-soluble monomer being added to the aqueous continuous phase, as a result of which the production of the porous Particles of the carrier material and the modification of the outer surfaces of these particles are carried out in one step.
  • This further preferred method for producing an adsorbent comprises the following steps:
  • a hydrophobic phase comprising at least one monomer, at least one crosslinking agent, a pore-forming medium and a polymerization initiator, in a continuous phase comprising water, at least one protective colloid and at least one water-soluble monomer which is essentially insoluble in the hydrophobic phase, the monomers and crosslinking agents located in the hydrophobic phase being polymerized to form a porous core and the at least one water-soluble monomer in the phase interface between hydrophobic and the continuous phase polymerizes to at least one surface modification Mi, at least some of the polymer chains formed from the water-soluble monomer being covalently bound to the forming porous core, and - if appropriate, removing the pore-forming medium from the pores.
  • protective colloids or stabilizers customary in the art can be used in the aqueous continuous phase.
  • One or more protective colloids from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP) and polyethylene glycol are preferably used.
  • the monomer contained in the hydrophobic phase is preferably a monomer containing epoxide groups or a mixture of a monomer containing epoxide groups and at least one further monomer.
  • the monomer containing epoxy groups is preferably a (meth) acrylic acid monomer containing epoxy groups.
  • an epoxy group-containing (meth) acrylic acid monomer is understood to mean, in particular, one in which the residue which bears the epoxy group is bonded via the ester functionality of a substituted or unsubstituted (meth) acrylic acid.
  • the residue which bears the epoxy group is bound in another way to the (meth) acrylic acid monomer, for example to one of the carbon atoms of the CC double bond.
  • the (meth) acrylic acid monomer containing epoxy groups is glycidyl (meth) acrylate.
  • a monomer with at least two polymerizable groups is used as the crosslinking agent, which leads to crosslinking of the growing polymer chains.
  • crosslinking agent is understood to mean customary monomers used in the art with at least two polymerizable groups, the polymerizable groups being, for example, vinyl, acrylate or methacrylate groups.
  • a monomer based on (preferably) is preferably used as a monomer with at least two polymerizable groups
  • the monomer having at least two polymerizable groups is ethylene glycol di (meth) acrylate, and the two (meth) acrylate groups of such a monomer can also be replaced by another one, for example ⁇ , ⁇ -diols or generally alcohols with at least two OH groups derived linking group .
  • the proportion of the crosslinking agent, based on the content of monomer in the hydrophobic phase can from 5 to 95 wt .-%, preferably 20 to 60 wt .-%, particularly preferably 40% by weight.
  • the pore-forming medium is a mixture of at least two components, selected from linear, branched or cyclic alcohols with 5 to 14 carbon atoms and esters of mono- or dicarboxylic acids with 2 to 10 carbon atoms, which are mono- or polyvalent Alcohols with 1 to 6 carbon atoms are esterified.
  • a component of the pore-forming medium described above can be a linear, branched or cyclic (primary, secondary or tertiary) alcohol having 5 to 14 carbon atoms, for example hexanol, octanol, decanol or dodecanol.
  • Another component of the pore-forming medium described above can be an ester of a mono- or dicarboxylic acid with 2 to 10 carbon atoms, which is esterified with mono- or polyhydric alcohols with 1 to 6 carbon atoms, for example butyl acetate, diethyl succinate or glycerin tributate.
  • a mixture of two components is used as the pore-forming medium or as the pore-forming agent, the resulting polymer being not soluble in any of the components, but one component which dissolves the oligomer which forms during suspension polymerization and the other component is incapable of to dissolve the oligomer that forms. Due to the specific selection of the components of the pore-forming medium, pore formation is made possible.
  • oligomer means a material with a molecular weight of up to about 10 4 g / mol which forms in a suspension polymerization described above.
  • the proportion of the pore-forming medium described above, based on the hydrophobic phase, can be from 20 to 90% by weight, preferably from 40 to 80% by weight, particularly preferably 70% by weight.
  • a polymerization initiator to be used in the suspension polymerization processes described above is generally not particularly limited.
  • a polymerization initiator from the group of azo compounds, peroxides and redox initiators can be used.
  • a suitable azo compound or a suitable peroxide is used as the polymerization initiator.
  • the polymerization initiator azobisisobutyronitrile or dibenzoyl peroxide is particularly preferred.
  • the proportion of the polymerization initiator, based on the amount of monomer can be from 0.1 to 5% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight, particularly preferably 1% by weight.
  • the water-soluble monomer may be a monofunctional vinyl compound.
  • the water-soluble monomer preferably has one or more polar groups.
  • Preferred hydroxyalkyl methacrylates and / or aminoalkyl methacrylates are those which have an alkyl group of 1 to 10 carbon atoms, for example a methyl, ethyl, propyl or butyl group. Even more preferred is the water soluble monomer acrylic acid, N-vinyl-2-pyrrolidone or a combination thereof.
  • the proportion of the water-soluble monomer can be 2% by weight to 80% by weight, based on the total starting monomer weight of the porous support material.
  • the proportion of the water-soluble monomer is preferably 5% by weight to 50% by weight, based on the total starting monomer weight of the porous support material, particularly preferably 20 to 30% by weight.
  • the present invention further relates to the use of the adsorbent according to the invention for separating biomolecules and / or pathogenic substances, such as toxins, from whole blood.
  • biomacromolecules such as e.g. LDL and endotoxins, immunoglobulins, fibrin, fibrinogens, immune complexes, exotoxins, fibronectins and / or superantigens are removed.
  • the present invention provides the use of the adsorbent according to the invention for producing an adsorber, comprising a housing and an adsorbent located therein, for separating biomolecules and / or pathogenic substances from whole blood.
  • An adsorber equipped with the adsorbent produced according to the invention has a housing which is preferably in the form of a tube or column and which contains the adsorbent as filler material.
  • the adsorber preferably has a volume of 250 to 1250 ml.
  • the adsorber can be used individually or in double or multiple operation.
  • the adsorber containing the adsorbent is preferably designed in such a way that it has a housing with an inlet region on the top through which the blood passes to the adsorber is supplied, in which case the outlet is at the bottom of the housing of the adsorber.
  • Substances that originate from the adsorbent material and are returned to the patient's bloodstream with the treated blood are preferably located at the outlet of the adsorber housing. It is preferably a particle filter.
  • Reaction solution I 75 mg of CMECDI (2-morpholino-ethanesulfonic acid monohydrate) were at 4 ° C. in 200 ml of 0.1 M MES (N-cyclohexyl-N '- (2-morpholinoethyl) -carbodiimide-methyl-p-toluenesulfate) ) with a pH of 4.75.
  • MES N-cyclohexyl-N '- (2-morpholinoethyl) -carbodiimide-methyl-p-toluenesulfate
  • 75 mg of polyacrylic acid with a weight-average molecular weight of 800,000 were added, the pH was adjusted to 4.75 and the mixture was stirred at 4 ° C. for 0.5 hour.
  • carrier material particles Eupergit C 250L
  • 25% NH 3 solution 75 ml of carrier material particles (Eupergit C 250L) in 75 ml of 25% NH 3 solution were stirred overnight in a round bottom flask.
  • the carrier material particles were washed three times with water, decanted, suction filtered, washed again with water and dried.
  • the carrier material particles were left to swell in 100 ml of n-hexane for 30 minutes, suction filtered on a suction filter for 15 seconds and then immediately added to the reaction solution I described above at 4 ° C., shaken and stirred at 4 ° C. overnight. The particles were then suctioned off, washed with water, 4 M NaCl and again with water and dried in a vacuum desiccator over CaCl 2 .
  • reaction solution II The particles treated with reaction solution I were added to this solution, stirred at room temperature for 3 hours and suction filtered.
  • the UV absorption at 280 nanometers of the solution was 0.577, corresponding to a concentration of 0.85 g / liter.
  • the coupling yield of the reaction solution II was 0.68 g / liter.
  • the particles were then washed with 600 ml of PBS, stirred twice in 200 ml of 5 mM ascorbic acid in PBS for one hour at room temperature and suction filtered.
  • the particles were stirred for 4 hours in 1 M ethanolamine in PBS at a pH of 8 at room temperature and suction filtered.
  • the particles were then stirred twice in 200 ml of 5 mM ascorbic acid in PBS for one hour each at room temperature and suction filtered. Then the particles were washed with the following solutions:
  • the particles were autoclaved for 20 minutes at 121 ° C. in 0.154 M NaCl for heat sterilization.
  • Adsorbent materials were prepared in the same manner as in Example 1, with the medium used, surface modifications, etc. listed in Table 1. For comparison, adsorbents were produced which had C1q (comparative example 1), PAS (comparative example 2) or OH groups (comparative example 3) as surface modifications on both the inner and the outer surfaces.
  • Step A production of a porous carrier material by suspension polymerization
  • a porous carrier material is, for example, according to EP 0 495 107 A1 Suspension polymerization produced.
  • the carrier material (beads) obtained is filtered off from the mother liquor with an excess pressure of 0.5 bar within 30 s.
  • Step B (amination of the outer surface of the carrier material)
  • Step C modification of the outer surface of the carrier material with a surface modification Mi
  • the filtered carrier material from step B was then added to the solution and incubated for 4 hours at room temperature on a rotary shaker.
  • Step D free washing of the pore space of the carrier material
  • the carrier material is washed once with 600 ml of a 0.05 M sodium hydroxide solution in 50% isopropanol, four times with 600 ml isopropanol and twice with 600 ml distilled water ,
  • Step E (amination of the inner surface of the carrier material)
  • Step F (coupling of the amino groups with the surface modification M?)
  • FLUKA 0.4% glutardialdehyde solution
  • the carrier material was then incubated with 250 ml of a 5 mM ascorbic acid solution (FLUKA) in PP buffer for 4 hours at room temperature on a rotary shaker (in the dark) and with 500 ml each:
  • a porous support material was prepared in the same manner as in Example 7, except that Step D was performed before Step C.
  • Example 9 Preparation of a porous support material by suspension polymerization in the presence of a water-soluble monomer in the aqueous phase
  • FLUKA a 0.4% glutardialdehyde solution
  • FLUKA 5mM ascorbic acid solution
  • a porous support material was prepared as described in Example 9, except that no acrylic acid was added to the reaction mixture (i.e. to the aqueous phase).
  • Example 9 For comparison purposes, a carrier material was produced as in Example 9 and provided with polyacrylic acid on the inner and outer surfaces of the porous carrier material.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens, umfassend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, (b) Füllen der Poren des Trägermaterials mit mindestens einem, unter den Bedingungen des Füllens flüssigen Medium, welches unter den Bedingungen des Mofifizierens mit einer Lösung im wesentlichen nicht mischbar ist, mit welcher Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, (c) im wesentlichen vollständiges Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflächenmodifizierung M1 und (d) gegebenenfalls Entfernen des Mediums, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung, mit welcher Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen nicht mischbar ist, aus den Poren. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Adsorbens für Vollblut in Form von im wesentlichen sphärischen, nicht aggregierten Teilchen, welche ein poröses Trägermaterial mit einer mittleren Porengröße von ≤ 1,5 νm umfassen, wobei maximal 50 % des Porenvolumens in Poren vorliegen kann, welche eine Porengröße von > 1,5 νm aufweisen, wobei die äußeren Oberflächen des porösen Trägermaterials mindestens eine Oberflächenmodifizierung M1 aufweisen, wodurch die äußere Oberfläche im wesentlichen nicht mit Blutzellen wechselwirkt, und die inneren Oberflächen des porösen Trägermaterials, d.h. die Oberflächen der Poren des porösen Trägermaterials, mindestens eine Oberflächenmodifizierung M2 aufweisen, welche mit in Blut enthaltenen Substanzen wechselwirkt.

Description

Adsorbens mit unterschiedlich modifizierten Oberflächenbereichen , Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung davon
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Adsorbens für Vollblut in Form von im wesentlichen sphärischen, nicht aggregierten Teilchen, welches ein poröses Trägermaterial mit einer mittleren Porengröße von < 1 ,5 μm umfaßt, wobei maximal 50 % des Porenvolumens in Poren vorliegen kann, welche eine Porengröße von > 1 ,5 μm aufweisen, wobei die äußeren Oberflächen des porösen Trägermaterials mindestens eine Oberflachenmodifizierung Mi aufweisen, wodurch die äußere Oberfläche im wesentlichen nicht mit Blutzellen wechselwirkt, und die inneren Oberflächen des porösen Trägermaterials, d.h. die Oberflächen der Poren des porösen Trägermaterials, mindestens eine Oberflachenmodifizierung M2 aufweisen, welche mit in Blut enthaltenen Substanzen wechselwirkt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Adsorbens, die Verwendung dieses Adsorbens, sowie einen Adsorber, welcher das erfindungsgemäße Adsorbens in einem Gehäuse umfaßt.
Adsorbentien sind in der Medizintechnik weit verbreitet. Häufig beschrieben werden Adsorber mit Adsorbentien, die aus Blut oder Blutbestandteilen Lipoproteine mit niedriger Dichte (LDL) entfernen bzw. deren Konzentration herabsetzen, wie dies aus der DE 39 32 971 bekannt ist. Diese Druckschrift beschreibt das Adsor- bensmaterial als einen organischen Träger mit festgelegter Partikelgröße und Ausschlußgrenze, welcher auf seiner Oberfläche eine Funktionalisierung trägt, an den das LDL-Molekül bindet.
Es gibt LDL-Adsorber aus porösen Polymethacrylatteilchen, welche mit Polyacryl- säure (PAS) beschichtet sind, wobei PAS sowohl auf der äußeren, die Teilchen begrenzenden Oberfläche als auch auf der inneren, die Poren umschließenden Oberfläche gebunden vorliegt. Da die Blutzellen nur geringe Wechselwirkungen mit PAS zeigen, ist ein derartiges Adsorbens vollbluttauglich, d.h. die Adsorben- steilchen lassen die Blutzellen passieren, ohne mit ihnen wechselzuwirken, d.h. ohne sie zu aktivieren, zu binden oder zu schädigen. Somit kann gemäß diesem Verfahren das vollständige Blut ohne vorherige Abtrennung der Blutzellen über den Adsorber geleitet werden. Die Abtrennung des LDL erfolgt hier über einen Größenausschlußmechanismus und nicht über eine spezifische Bindung des LDL an eine auf dem Träger haftende, funktioneile Gruppe.
Die Vollblutverträglichkeit eines Adsorbens ist sehr ungewöhnlich, da das Trägermaterial normalerweise zur Komplementaktivierung führt und/oder eine Thrombo- zytenaggregation und -adhäsion auslöst.
Die Vollblutverträglichkeit ist insbesondere von der verwendeten Beschichtung mit funktionellen Gruppen abhängig. Bei Verwendung bestimmter, im Stand der Technik bekannter funktioneller Gruppen ist es nicht möglich, vollblutverträgliche Adsorber herzustellen, weil sie mit den Blutzellen wechselwirken. Ein Beispiel dafür ist ein Adsorber zur Bindung von Immunkomplexen, welcher auf seiner Oberfläche das Protein C1q als funktionelle Gruppe trägt. Das Protein geht mit Im- munglobulinen eine Wechselwirkung ein und kann diese so aus ihren Lösungen entfernen. Eine Bindungsstelle zum Protein C1q weisen jedoch auch Blutzellen, insbesondere Thrombozyten, auf, und sie werden ebenfalls an solche Adsorbentien gebunden. Vollblut kann diese Adsorbentien somit nicht unbeeinträchtigt passieren. Die gleichen Probleme treten auch bei sogenannten Fibrinogenadsorbem auf.
In derartigen Fällen müssen die Blutzellen zunächst vom Blutplasma abgetrennt werden, woraufhin nur das Plasma über den Adsorber geleitet wird. Nach der Abtrennung der Immunkomplexe durch die Bindung an das Protein C1q müssen die Blutzellen wieder mit dem gereinigten Blutplasma vereint werden. Diese Prozedur ist aufwendig und für den Patienten belastend und risikoreich.
Die in der Literatur (beispielsweise bei Dräger et al., Eur. J. Clin. Invest. 1998, 28 (12); US-A-5 476 715) beschriebenen Vollblutadsorbentien bestehen aus Teil- chen, welche so groß sind, daß sie Zwischenräume bilden, in denen sich die Blutzellen bewegen können. Femer weisen die Teilchen Poren auf, welche zu einer inneren Oberfläche führen. Diese Poren weisen eine ausreichende Größe auf, daß sogar Makromoleküle in sie eindringen können. Die Poren sind jedoch so klein gewählt, daß das Eindringen von Blutzellen ausgeschlossen ist. Die Blutzel- len haben somit nur Kontakt zur äußeren Oberfläche der Teilchen. Ferner müssen diese Teilchen gemäß EP 0 424 698 möglichst sphärisch und unaggregiert sein, um eine „glatte" sowie auch eine inerte Außenseite aufzuweisen, so daß die Thrombozyten daran abgleiten.
DE 198 42 785 A1 beschreibt poröse Materialien, deren Oberflächen chemisch so funktionalisiert sind, daß die äußere Oberfläche der porösen Materialien elektro- neutral und hydrophil ist, während die innere Oberfläche mit sogenannten funktionellen Liganden ausgestaltet sein kann. Vollblutverträgliche Materialien werden jedoch nicht beschrieben. Diese porösen Materialien werden hergestellt, indem zunächst Epoxidgruppen in einen porösen Basisträger eingeführt werden, wobei sowohl die Porenoberflächen als auch die Außenflächen des Basisträgers mit Epoxidgruppen funktionalisiert werden und anschließend die Epoxidgruppen ka- talytisch durch Reaktion mit einem Nukleophil geöffnet werden. Dabei kommt ein partikulärer Katalysator mit einer Partikelgröße größer als der mittlere Porendurchmesser des porösen Basisträgers zur Anwendung, wodurch eine Umsetzung in den Poren nicht stattfinden kann. Abschließend werden die verbliebenen Epoxidgruppen an den Porenoberflächen durch Einführen von funktionellen Liganden umgesetzt. Die Verwendung eines partikulären Katalysators bringt jedoch erhebliche Nachteile mit sich, da die Abtrennung des teilchenförmigen Katalysators vom beschichteten Trägermaterial schwierig ist. Auch darf und kann eine Reaktion nur an Kontaktstellen zwischen den Katalysatorteilchen und den Trägermaterialteilchen stattfinden, wodurch sehr lange Reaktionszeiten und extensives Rühren erforderlich sind, um eine annähernd vollständige Umsetzung der Ober- fläche zu erreichen. Das lange Rühren kann ferner zu einem Abrieb der Katalysatorteilchen führen, wodurch der Adsorber mit Katalysatorresten verunreinigt werden kann. Ferner kann auch, wenn magnetische Katalysatorteilchen verwendet werden, nicht ausgeschlossen werden, daß Katalysatorteilchen im Adsorbens zurückbleiben. Diese Katalysatorteilchen können jedoch insbesondere bei der Reinigung von Vollblut durch Wechselwirkungen mit Blutbestandteilen zu Problemen führen, so daß ein derartiger Katalysator nicht vollbluttauglich ist.
Somit bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Adsorbens bereitzustellen, welches vollblutverträglich ist und an für Blutzellen nicht erreichbaren Stellen Gruppierungen trägt, welche mit aus dem Blut abzutrennenden Substanzen in Wechselwirkung treten können. Ferner soll ein Verfahren bereitgestellt werden, mit welchem ein derartiges Adsorbens einfach und wirtschaftlich hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.
Insbesondere wird ein Adsorbens für Vollblut in Form von im wesentlichen sphäri- sehen, nicht aggregierten Teilchen bereitgestellt, welches ein poröses Trägermaterial mit einer mittleren Porengröße von < 1 ,5 μm umfaßt, wobei maximal 50 % des Porenvolumens in Poren vorliegen kann, welche eine Porengröße von > 1 ,5 μm aufweisen, wobei die äußeren Oberflächen des porösen Trägermaterials mindestens eine Oberflachenmodifizierung Mi aufweisen, wodurch die äußere Ober- fläche im wesentlichen nicht mit Blutzellen wechselwirkt, und die inneren Oberflächen des porösen Trägermaterials, d.h. die Oberflächen der Poren des porösen Trägermaterials, mindestens eine Oberflachenmodifizierung M2 aufweisen, welche mit in Blut enthaltenen Substanzen wechselwirkt.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Adsorbensteilchens 1 , welches ein Trägermaterial 2 mit Poren 3 und modifizierbare Bindungsstellen 4, sowie damit verbundene Oberflä- chenmodifizierungen Mi und M2 aufweist. Die Poren 3 des Trägermaterials 2 werden von „inneren" Oberflächen 6 umschlossen, welche Oberflächenmodifizierungen M2 gebunden aufweisen. Die Bindungsstellen auf der „äußeren" Oberfläche 5, d.h. der das Adsorberteilchen 1 umschließenden Oberfläche, sind mit von den Oberflächenmodifizierungen M2 an den inneren Oberflächen 6 verschiedenen Oberflächenmodifizierungen Mi besetzt.
Figuren 2 und 3 zeigen beispielhaft zwei Porengrößenverteiiungen, welche gemäß der nachstehend beschriebenen Methode analog DIN 66 133 an einem erfindungsgemäßen Adsorbens gemessen wurden. Erfindungsgemäß wird unter den „äußeren Oberflächen" eines Teilchens die das Teilchen umschließende Oberfläche verstanden.
Unter den „inneren Oberflächen" eines Teilchens werden die Oberflächen verstanden, welche die Poren des Teilchens umschließen, d.h. die Oberflächen der Poren des Teilchens.
Der Begriff "Wechselwirkung" umfaßt erfindungsgemäß eine Aktivierung, Anbin- düng, Umsetzung und/oder Schädigung von im Vollblut enthaltenen Substanzen und/oder Zellen. Erfindungsgemäß ist eine selektive Wechselwirkung bevorzugt. Die Wechselwirkung kann gemäß einerweiteren Ausführungsform auch spezifisch sein.
Das erfindungsgemäße Adsorbens ist teilchenförmig. Die Teilchen des erfindungsgemäßen Adsorbens sind im wesentlichen sphärisch und nicht aggregiert. Sphärische Teilchen haben im Gegensatz zu unregelmäßig geformten Teilchen oder unregelmäßig geformten Aggregaten von Teilchen den Vorteil, daß sie Blutteilchen, wie Thrombozyten, nicht unerwünschterweise zurückhalten.
Das poröse Trägermaterial des erfindungsgemäßen Adsorbens weist eine mittlere Porengröße bzw. einen mittleren Porendurchmesser mit einem Wert von < 1 ,5 μm, vorzugsweise < 1 ,0 μm, auf, wobei maximal 50 % des Porenvolumens in Poren mit einer Porengröße von > 1 ,5 μm vorliegen. Die maximale mittlere Poren- große von 1 ,5 μm ist durch die Größe der kleinsten Blutzellen bedingt, welche einen Durchmesser von etwa 2 μm aufweisen. Bei einer, wie gemäß der vorliegenden Erfindung definierten maximalen mittleren Porengröße ist sichergestellt, daß im wesentlichen keine Blutzellen in die Poren eindringen können. Sofern nur sehr kleine oder gelöste Teilchen aus dem Blut abgetrennt werden sollen, ist es bevor- zugt, ein poröses Trägermaterial mit einer geringeren mittleren Porengröße zu wählen, beispielsweise 1 μm, 0,5 μm oder 0,3 μm.
Erfindungsgemäß kann die mittlere Porengröße durch Quecksilberintrusion (Quecksilberporosimetrie) analog DIN 66 133 bestimmt werden. Das Verfahren beruht auf der Messung des in einen porösen Feststoff eingepreßten Quecksilbervolumens in Abhängigkeit vom angewandten Druck. Eine nichtbenetzende Flüssigkeit wie Quecksilber dringt nur unter Druck in ein poröses System ein. Der aufzuwendende Druck ist umgekehrt proportional zur lichten Weite der Porenöffnun- gen. Dabei werden Poren erfaßt, in die bei dem angewendeten Druck Quecksilber eindringen kann. Für zylindrische Poren ist der Zusammenhang zwischen Porenradius rp und Druck p durch die Washburn-Gleichung gegeben:
2 - σ rp = cos θ
P
wobei σ die Oberflächenspannung des Quecksilbers [N/m] und θ der Kontaktwinkel des Quecksilbers auf der Probe, gemessen durch die flüssige Phase ist. In Abweichung zur DIN Norm 66 133 wird für den Kontaktwinkel der feste Wert 141 ,3° eingesetzt und es werden bei der Bestimmung der mittleren Porengröße die Zwischenkomvolumina nicht mitgerechnet. Figuren 2 und 3 zeigen beispielhaft die Bestimmung des mittleren Porenvolumens zweier poröser Trägermaterialien, welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Zwi- schenkornvolumina sind jeweils durch den rechten Peak, welcher bei Werten über etwa 10 μm beginnt, repräsentiert. Die Verteilung der offenen Poren zeigt jeweils der linke Peak. Figur 2 zeigt ein Trägermaterial mit einer relativ kleinen mittleren Porengröße von etwa 200 nm. Figur 3 zeigt ein Trägermaterial mit einer größeren mittleren Porengröße von etwa 1 μm.
Ferner weisen die Adsorbensteilchen vorzugsweise eine Korngröße von 50 bis 500 μm, mehr bevorzugt von 100 bis 300 μm, auf. Bei einem Einsatz in einem extrakorporalen Kreislauf mit Vollblut sollten die Teilchen des Adsorbens eine Korngröße von mindestens 50 μm aufweisen, da die im Vollblut vorhandenen größten Blutkörperchen bzw. Blutzellen einen Durchmesser von 20 μm besitzen. Somit muß das Sieb, welches das Adsorbens zurückhält, eine Maschenweite von mindestens 25 μm, vorzugsweise mindestens 40 μm, haben, damit alle Blutzellen durchgelassen werden. Ferner ist in den mit Adsorbensteilchen einer Größe von 50 μm und mehr gepackten Säulen der Zwischenraum zwischen den Teilchen für den Durchlaß von Blutzellen ausreichend. Bei der Auswahl des Siebmaterials ist femer darauf zu achten, daß die Maschenweite stets kleiner ist, als der Durch- messer der kleinsten Adsorberteilchen.
Das erfindungsgemäße Adsorbens umfaßt ein poröses Trägermaterial. Dabei kann man von einem bereits hergestellten, porösen teilchenförmigen Trägermate- rial ausgehen, wobei dessen äußere und innere Oberflächen erfindungsgemäß modifiziert werden. Nach dieser Ausführungsform sind Trägermaterialien geeignet, wie beispielsweise Gläser, Kohlenhydrate, Sepharose, Silica oder organische Trägermaterialien, wie Copolymere von Acrylaten oder Methacrylaten sowie Polyamiden. Vorzugsweise besteht das Trägermaterial in dieser Aus- führungsform aus organischem" Material und besonders bevorzugt sind von (Meth)Acrylsäureestem und/oder -amiden abgeleitete Copolymere. Diese weisen vorzugsweise Epoxidgruppen auf. Unter dem Begriff „(Meth)Acryl" sind sowohl die entsprechenden Acryl- als auch Methacrylverbindungen zu verstehen.
Es ist jedoch auch möglich, nicht von bereits hergestellten Teilchen als Trägermaterial auszugehen, sondern poröse Teilchen auf Polymerbasis ausgehend von den entsprechenden Monomeren herzustellen und die äußeren und inneren Oberflächen der derart erhaltenen porösen Polymerteilchen unterschiedlich zu modifizieren.
Das erfindungsgemäß zu verwendende poröse Trägermaterial weist an seinen äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen auf, welche zu Oberflächenmodifizierungen Mi und/oder M2 umgesetzt werden können. Besonders bevorzugt als Bindungsstelle ist ein gespanntes heterocyclisches System als funktioneile Gruppe, welche unter Ringöffnung, insbesondere nukleophile Ringöffnung durch direkte kovalente Bindung weitere funktionelle Gruppen an ein Trägermaterial binden kann und das Material somit als Oberflachenmodifizierung Mi und/oder M2 derartige funktionelle Gruppen trägt. Das Trägermaterial enthält als Bindungsstellen für derartige funktionelle Gruppen besonders bevorzugt Oxiran- gruppen bzw. Epoxidgruppen.
Als Trägermaterial ist ein vernetztes statistisches Copolymer bevorzugt, welches durch Polymerisation von Ethylenglykoldi(meth)acrylat und Glycidyl(meth)acrylat und/oder Allyglycidylether erhalten wird. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der man im ersten Schritt ein teilchenförmiges, poröses Trägermaterial, wie beispielsweise Gläser, Kohlenhydrate, Sepharose, Silica oder organische Trägermaterialien, bereitstellt, ist ein durch Polymerisation der monomeren Einheiten
(A) (Meth)Acrylamid in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-%,
(B) N,N'-Methylen-bis(meth)acrylamid in einer Menge von 30 bis 80 Gew.-%, und (C) Allylglycidylether und/oder Glycidyl(meth)acrylat in einer Menge von
10 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der monomeren Einheiten,
hergestelltes, vernetztes statistisches Copolymer bevorzugt. Die Netzwerkstruktur wird vorzugsweise durch Suspensionspolymerisation hergestellt. Ein derartiges Copolymer ist im Handel unter der Bezeichnung Eupergit C250L bzw. Eupergit FE162 von Röhm GmbH erhältlich.
Unter einer „Oberflachenmodifizierung" wird gemäß einer Ausführungsform erfin- dungsgemäß eine vorzugsweise organische Endgruppe, Substanz, Verbindung und/oder Vorläuferverbindung verstanden, welche zum Binden an Bindungsstellen eines Trägermaterials geeignet ist und welche, wenn sie an ein Trägermaterial gebunden ist, die Fähigkeit zur vorzugsweise selektiven Wechselwirkung mit bestimmten, in einer Lösung enthaltenen Substanzen oder Substanzgruppen auf- weist.
Die äußere Oberfläche der Teilchen des Trägermaterials weist eine Oberflachenmodifizierung Mi auf, welche im wesentlichen keine Wechselwirkung mit Blutzellen zeigt, d.h. die äußere Oberfläche der Teilchen ist gegenüber Blutzellen sozu- sagen „glatt" bzw. inert.
Derartige, für Blutzellen glatte Oberflächenmodifizierungen Mi sind in der Literatur bekannt. Die Oberflachenmodifizierung Mi ist erfindungsgemäß vorzugsweise das Reaktionsprodukt der Umsetzung der Bindungsstellen auf den Oberflächen mit mindestens einer Poly(carbonsäure), Albumin, Heparin, Heparansulfat, Poly- ethylenoxid sowie Blockcopolymeren aus PE und Polypropylenoxid (PPO) und/oder einem Polymyxin. Besonders bevorzugt sind Polyacrylsäure und Heparin. Der Ausdruck Poly(meth)acrylsäure bzw. entsprechende Ausdrücke, wie sie in nachfolgend verwendet werden, stehen für solche Verbindungen, die von Acryl- säure oder von Methacrylsäure oder einem Gemisch davon abgeleitet sein können. Unter Poly(meth)acrylsäuren (PAS) werden durch radikalische Polymerisation von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure anfallende Polymere der Formel -(CH2-C(H)(COOH))n- und/oder -(CH2-C(CH3)(COOH))n- verstanden. Die Po- ly(meth)acrylsäuren sind jedoch auch durch Hydrolyse von polymeren (Meth)Acrylsäurederivaten, wie Estern, Amiden, Nitrilen, zugänglich. Eine erfindungsgemäß besonders geeignete Poly(meth)acrylsäure weist beispielsweise ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 102 g/Mol bis 107 g/Mol auf. Polymyxi- ne sind Peptidantibiotika, welche ausschließlich gegen Gram-negative Bakterien wirksam sind. Bei Polymyxin B handelt es sich um Cyclopeptide mit L-2,4- Diaminobuttersäure-Resten und einer D-Aminosäure.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Oberfl chenmodifizierung Mi eine Wechselwirkung zu von Blutzellen verschiedenen Substanzen aufweisen. Dies ist möglich, solange die Oberflachenmodifizierung M-t weiterhin keine Wechselwirkungen mit Blutzellen aufweist, sondern selektiv nur mit anderen, im Blut enthaltenen Substanzen wechselwirkt. Gemäß dieser Ausführungsform kann somit auch die Oberflachenmodifizierung Mi eine funktionelle Oberflachenmodifizierung sein.
Die Oberflachenmodifizierung M2 wechselwirkt mit im Blut enthaltenen Substanzen, wobei nur solche Substanzen mit der Oberflachenmodifizierung M2 in Kontakt treten können, welche abhängig von der gewählten Porengröße klein genug sind, um in die Poren einzudringen. Die Oberflachenmodifizierung M2 ist somit eine sogenannte funktionelle Oberflachenmodifizierung, wobei unter funktionellen Ober- flächenmodifizierungen beispielsweise Separationseffektoren oder auch Katalysatoren oder Enzyme verstanden werden. Separationseffektoren erzeugen selektive Wechselwirkungen, die für chromatographische Trennungen oder andere Verteilungsverfahren, wie der Flüssig-Flüssig-Verteilung, verwendet werden können. Da die Blutzellen nicht in die Poren eindringen können und somit nicht in direkten Kontakt mit den Oberflächenmodifizierungen M2 treten können, ist es möglich, die innere Oberfläche der Adsorbensteilchen mit einer Blutzellen-unverträglichen Oberflachenmodifizierung M2zu versehen.
Die mindestens eine Oberflachenmodifizierung M2 umfaßt vorzugsweise mindestens einen, auf der inneren Oberfläche vorliegenden Immunadsorber. Unter einem "Immunadsorber" wird erfindungsgemäß eine Verbindung verstanden, wel- ehe durch eine Immunreaktion befähigt ist, mit bestimmten Substanzen oder Substanzgruppen eine vorzugsweise spezifische Bindung einzugehen. Besonders bevorzugte Immunadsorber sind solche, welche aus der Gruppe, bestehend aus dem Komplementfaktor C1q, Amin-haltigen funktionellen Gruppen, Peptiden, Antikörpern, wie monoklonalen oder polyklonalen Anti-Fibrinogen- oder Anti-Fibrin- Antikörpern, und Antigenen, wie synthetischen A/B-Blutgruppenantigenen sowie DNA und RNA oder deren Spiegelmolekülen ausgewählt sind.
Wenn es sich bei der Oberflachenmodifizierung Mi und/oder M2 um funktionelle Gruppen handelt, können diese über einen Spacer kovalent mit dem Träger- material verbunden sein. Unter einem „Spacer" werden organische Brückenglieder mit verschiedener chemischer Struktur und Länge verstanden, mit Hilfe derer organische funktionelle Gruppen an die Oberfläche eines Trägermaterials gebunden werden können. Vorzugsweise werden jedoch derartige funktionelle Gruppen als Oberflächenmodifizierungen Mi und/oder M2 ohne einen Spacer direkt an eine Oberfläche des Trägermaterials gebunden. Durch die direkte Anbindung einer funktionellen Gruppe an das Trägermaterial kann ein Reaktionsschritt vermieden werden.
Somit können bei geeigneter Oberflachenmodifizierung M2 an der inneren Ober- fläche des Adsorbensmaterials in Vollblut enthaltene Substanzen abgetrennt werden, welche den etwa gleichen oder vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als die gewählte mittlere Porengröße des porösen Trägermaterials aufweisen. Die mittlere Porengröße wird für eine effektive Trennung vorzugsweise so gewählt werden, daß die Poren wesentlich größer sind, als die abzutrennenden Teilchen. Wichtig für den Einsatz eines derartigen Adsorbens ist die Möglichkeit der Sterili- sierbarkeit, wie Gammabestrahlung, Plasmabehandlung oder Ethylenoxid- behandlung (insbesondere der Hitzesterilisierbarkeit z.B. bei 121 °C), da das be- handelte Blut wieder dem Patienten zugeführt werden soll und keine Sepsis oder Entzündungen auslösen darf. Bevorzugt ist die Hitzesterilisierbarkeit bei 121 °C und 1 bar Überdruck, gegebenenfalls in Verbindung mit einer stabilisierenden Vorbehandlung.
Durch das erfindungsgemäße Adsorbens ist die Abtrennung von in Blut enthaltenen Substanzen aus Vollblut möglich, auch wenn die zur Abtrennung erforderliche Oberflachenmodifizierung M2 eine schädliche Wechselwirkung mit Blutzellen zeigen würde, da die Blutzellen nicht in die Poren des Adsorbens eindringen können, an deren Innenwänden die Oberflachenmodifizierung M2 ausschließlich lokalisiert ist. Dadurch entfallen extrakorporale Schritte, wie die Abtrennung von Blutzellen, das Behandeln des isolierten Plasmas und das Zusammenführen der Blutbestandteile, wodurch die Biokompatibilität des Verfahrens gesteigert wird und beispielsweise die Gefahr einer Komplementaktivierung weiter erheblich verringert wird. Das Entfallen extrakorporaler Schritte bewirkt eine Verkürzung der Behand- lungszeit und eine Vereinfachung des Verfahrens, wodurch eine Erhöhung der Sicherheit und des Wohlbefindens des Patienten erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens, welches die Schritte umfaßt: - Bereitstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist,
Füllen der Poren des Trägermaterials mit mindestens einem, unter den Bedingungen des Füllens flüssigen Medium, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung im wesentlichen nicht mischbar ist, mit welcher Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen vollständiges Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflächen- modifizierung Mi und gegebenenfalls Entfernen des Mediums, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung, mit welcher Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen nicht mischbar ist, aus den Poren.
Vorzugsweise werden nach dem Schritt des im wesentlichen vollständigen Modifizierens der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi oder dem Schritt des Entfemens des Mediums, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung, mit welcher Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen nicht mischbar ist, aus den Poren die Bindungsstellen auf den inneren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung M2 mit einer Re- aktionslösung modifiziert, welche zum Modifizieren der Oberflächenmodifizierungen M-i nicht befähigt ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Schritt des Füllens der Poren des Trägermaterials einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst die Poren des Trägermaterials mit einem unter den Bedingungen des Füllens flüssigen Medium gefüllt. Dieses Medium ist unter den Bedingungen des Modifizierens im wesentlichen nicht mit einer zum im wesentlichen vollständigen Modifizieren von Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflächenmodifzierung Mi befähigten Lösung mischbar.
Der Begriff „unter den Bedingungen des Füllens flüssiges Medium" umfaßt erfindungsgemäß Medien, welche in die Poren eines Trägermaterials eingebracht bzw. eingefüllt werden können und aus diesen Poren wieder im wesentlichen vollständig entfernt werden können und welche unter den Bedingungen des Modifizierens im wesentlichen nicht mit einer zum im wesentlichen vollständigen Modifizierung von Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi befähigten Lösung mischbar sind. Derartige Medien können aus einem einzelnen Medium, aus Gemischen von mindestens zwei von diesen und/oder Lösungen bestehen. Das Medium wird in der Regel eines sein, welches bei Raumtemperatur flüssig ist. Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann jedoch das Medium auch bei Raumtemperatur gasförmig sein. Dann werden die Poren beispielsweise bei er- niedrigter Temperatur und/oder erhöhtem Druck gefüllt und auch die Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen werden unter diesen Bedingungen modifiziert. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil mit sich, daß ein bei Raumtemperatur gasförmiges Medium besonders leicht wieder aus den Poren entfernt werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Medium bei Raum- temperatur fest sein. Dann können die Poren des Trägermaterials beispielsweise unter Erwärmen gefüllt werden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß die Poren besonders dauerhaft, beispielsweise für längere Umsetzungen, mit dem Medium gefüllt sind.
In der Praxis kann dieses Füllen der Poren mit einem Medium durchgeführt werden, indem im einfachsten Fall die Teilchen des porösen Trägermaterials in ein bei Raumtemperatur flüssiges Medium eingetaucht und mit diesem aufgequollen werden, so daß die Luft im wesentlichen vollständig aus den Poren des Trägermaterials verdrängt wird. Ferner können die Teilchen auch in einen luftdichten Behälter gegeben werden, woraufhin die Luft aus dem Behälter und somit auch aus den Poren des porösen Trägermaterials durch Anlegen von Vakuum entfernt wird, und anschließend das Medium in den evakuierten Behälter unter Bedingungen, bei welchem dieses Medium flüssig ist, auf die Teilchen gegeben wird.
Nach dem Aufquellen der Teilchen kann das überschüssige flüssige Medium beispielsweise mit einer Nutsche von den Trägermaterialteilchen kurz abgesaugt werden, ohne daß das in den Poren enthaltene Medium wieder entfernt wird. Anschließend wird die Reaktionslösung zum Modifizieren der Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials zu einer Oberflachenmodifizierung Mi zu den Teilchen gegeben.
Das Medium zum Füllen der Poren ist erfindungsgemäß unter den Bedingungen des Modifizierens im wesentlichen nicht mit dieser Reaktionslösung mischbar. Somit wird während einer Modifizierung Mi der äußeren Oberflächen bzw. bei Verwendung einer Reaktionslösung auf wässriger Basis vorzugsweise ein hydrophobes Medium als porenfüllendes bzw. porenbildendes Medium verwendet. Als hydrophobes Medium sind insbesondere solche Medien bevorzugt, welche aus der Gruppe, bestehend aus linearen oder verzweigten, acyclischen oder cy- clischen C-i- bis C2o-Alkanen, wie Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan, Cyclohexan, und linearen oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen C5- bis C2o-Alkanolen, wie Hexanol, Octanol, Decanol, Undecanol und Dodecanol, linearen und verzweigten, acyclischen oder cyclischen C2- bis C3o-Carbonsäureestern und aromatischen C6- bis C2o-Kohlenwasserstoffen, sowie Mischungen davon ausgewählt sind.
Nach dem Füllen der Poren mit einem Medium, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer zur im wesentlichen vollständigen Modifizierung von Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberfl chenmodifizierung Mi befähigten Lösung im wesentlichen nicht mischbar ist, werden die Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials durch Umsetzen zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi im wesentlichen vollständig modifiziert.
Erfindungsgemäß bedeutet der Begriff „im wesentlichen vollständige Modifizierung", daß im wesentlichen alle auf einer Oberfläche des Trägermaterials vorhandenen Bindungsstellen entweder der äußeren Oberfläche oder der inneren Oberfläche zu Oberflächenmodifizierungen Mi bzw. M2 umgesetzt werden und somit im wesentlichen keine freien bzw. modifizierbaren Bindungsstellen mehr auf der je- weiligen Oberfläche des Trägermaterials verbleiben. Um eine derartige, im wesentlichen vollständige Modifizierung zu bewirken, enthalten die jeweiligen Reaktionslösungen vorzugsweise jeweils einen Überschuß Modifizierungsmittel.
Der Begriff „Modifizieren" umfaßt erfindungsgemäß das Verändern, Umsetzen, Schaffen und/oder Zerstören von Bindungsstellen auf der jeweiligen Oberfläche des porösen Trägermaterials. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet der Begriff „Modifizieren" das Umsetzen vom Bindungsstellen auf den Oberflächen des porösen Trägermaterials mit beispielsweise Nukleophilen oder Elektrophilen zu Oberflächenmodifizierungen Mi und/oder M2. Oberflächenmodifi- zierungen Mi weisen erfindungsgemäß vorzugsweise die Eigenschaft auf, daß sie nicht mit Blut wechselwirken, wohingegen Oberflächenmodifizierungen M2 mit in der aufzutrennenden Lösung, Suspension oder Dispersion, wie beispielsweise Blut, vorliegenden Substanzen wechselwirken.
Nach dem im wesentlichen vollständigen Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi wird die für die Modifizierung benötigte Reaktionslösung und anschließend gegebenenfalls auch das Medium, welches mit einer zum Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi befähigten Lösung im wesentlichen nicht mischbar ist, aus den Poren entfernt, beispielsweise durch Absaugen, Erwärmen, gegebenenfalls längeres Anlegen von Vakuum und/oder Herauswaschen mit einem leicht entfernbaren, weiteren Medium.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden nach dem Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des porösen Trägermaterials die Bindungsstellen auf den inneren Oberflächen des porösen Trägermaterials modifiziert. Falls die Reaktionslösung für die Oberflachenmodifizierung M2 mit dem in den Poren vorliegenden Medium mischbar ist, kann das Medium in den Poren verbleiben und muß nicht notwendigerweise entfernt werden, da durch Mischen des Mediums in den Poren mit der Reaktionslösung zur Modifizierung der Bindungsstellen zu Oberflächenmodifizierungen M2 und Diffusion dieser Reaktionslösung in die Poren auch die Bindungsstellen in den Poren modifiziert werden kön- nen. Meistens wird es aber bevorzugt sein, das Medium zunächst aus den Poren zu entfernen. Auch die inneren Oberflächen des Trägermaterials werden vorzugsweise im wesentlichen vollständig zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung M2 modifiziert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Oberflächenmodifizierungen M2 auch schon vor dem Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen zu Oberflächenmodifizierungen Mi auf den Oberflächen des porösen Trägermaterials vorliegen. Gemäß dieser Ausführungsform können, wenn erforderlich, zunächst alle Bindungsstellen auf den inneren und äußeren Oberflächen zu Oberflächenmodifizierungen M2 umgesetzt werden. Es kann aber auch sein, daß die Bindungsstellen des Trägermaterials auch schon ohne Modifizierung die erforderlichen Bindungseigenschaften von M2 aufweisen. Ein derartiges, Gruppierungen M2 tragendes, gegebenenfalls modifiziertes Trägermaterial wird als Träger- material in dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Schritt des Bereitstellens eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, bereitgestellt. Anschließend werden die Schritte des Füllens der Poren des Trägermaterials mit mindestens einem, unter den Bedingungen des Füllens flüssigen Medium, wel- ches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung im wesentlichen nicht mischbar ist, mit welcher Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können; des im wesentlichen vollständigen Modifizierens der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi und des gegebenenfalls Entfernens des Mediums, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung, mit welcher Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen nicht mischbar ist, aus den Poren gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt, wobei in dem Schritt des im wesentlichen vollständigen Modifizierens der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi die Modifizierung der modifizierbaren Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials beispielsweise auch durch Zerstören der Oberflächenmodifizierungen M2 durchgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich das erfindungsgemäße Adsorbens herzustellen, indem nach dem Bereitstellen eines teilchenförmigen porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren Oberflächen und den inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, die Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig zu Oberflächenmodifizierungen Mi umgesetzt werden, wobei diese Umsetzung durch eine das Trägermaterial im wesentlichen nicht durchdringende Strahlung bewirkt wird. Da eine derartige Strahlung nicht in die Poren eindringen kann, findet in den Poren keine Umsetzung der Bindungsstellen auf dem Trägermaterial zu Oberflä- chenmodifizierungen Mi statt. Im Anschluß daran können gegebenenfalls Bindungsstellen auf den inneren Oberflächen des Trägermaterials zu Oberflächenmodifizierungen M2 umgesetzt werden, wobei diese Umsetzung ohne die vorstehende Strahlung bewirkt wird.
Somit umfaßt ein Verfahren gemäß dieser Ausführungsform die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren Oberflächen und den inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, welche zu Oberflächenmodifizierungen Mi und/oder M2 umgesetzt werden können, im wesentlichen vollständiges Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi mittels einer Umsetzung, welche durch eine das Trägermaterial im wesentlichen nicht durchdringende Strahlung bewirkt wird, und gegebenenfalls im wesentlichen vollständiges Modifizieren der Bindungsstellen auf den inneren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung M2 mittels einer Umsetzung, welche zum Modifizieren der Oberflachenmodifizierung Mi nicht befähigt ist.
Vorzugsweise ist die das Trägermaterial im wesentlichen nicht durchdringende Strahlung elektromagnetische Strahlung im UV- oder sichtbaren Bereich.
Auch gemäß diesem Verfahren ist es möglich, daß das bereitgestellte poröse Trägermaterial bereits auf allen Oberflächen eine modifizierbare Oberflachenmodifizierung M2 aufweist und daß nach dem im wesentlichen vollständigen Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen das Modifizieren der Bindungsstellen auf den inneren Oberflächen nicht mehr erforderlich ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das vorstehend beschriebene poröse Trägermaterial, welches zu einem erfindungsgemäßen Adsorbens modifiziert werden kann, wie eingangs erwähnt, ausgehend von bestimmten polymerisierbaren Verbindungen, durch das nachfolgend be- schriebene Suspensionspolymerisationsverfahren hergestellt werden.
Dieses Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens umfaßt die folgenden Schritte: Herstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, durch Suspensionspolymerisation, wobei eine hydrophobe Phase, umfassend mindestens ein Monomer, mindestens einen Vernetzer, ein porenbildendes Medium und einen Polymerisationsinitiator, in einer kontinuierlichen Phase, umfassend Wasser und mindestens ein Schutzkolloid, dispergiert wird, und die sich in der hydrophoben Phase befindlichen Monomere und Vernetzer polymerisiert werden, wobei die Poren des resultierenden teilchenförmigen porösen Trägermaterials mit dem porenbildenden Medium gefüllt sind, im wesentlichen vollständiges Modifizieren der modifizierbaren Bindungs- stellen auf den äußeren Oberflächen der Trägermaterialteilchen zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi und gegebenenfalls Entfernen des porenbildenden Mediums aus den Poren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das poröse Trägermaterial, welches zu einem erfindungsgemäßen Adsorbens modifiziert werden kann, auch durch das nachfolgend beschriebene Sus- pensionspolymerisationsverfahren hergestellt werden, wobei zu der wässrigen kontinuierlichen Phase ein wasserlösliches Monomer zugegeben wird, wodurch die Herstellung der porösen Teilchen des Trägermaterials und die Modifizierung der äußeren Oberflächen dieser Teilchen in einem Schritt erfolgen.
Dieses weiterhin bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens umfaßt die folgenden Schritte:
Herstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, durch Suspensionspolymerisation, wobei eine hydrophobe Phase, umfassend mindestens ein Monomer, mindestens einen Vernetzer, ein porenbildendes Medium und einen Polymerisationsinitiator, in einer kontinuierlichen Phase, umfassend Wasser, mindestens ein Schutz- kolloid und mindestens ein wasserlösliches, im wesentlichen in der hydrophoben Phase unlösliches Monomer, dispergiert wird, wobei die sich in der hydrophoben Phase befindlichen Monomere und Vernetzer unter Ausbildung eines porösen Kerns polymerisiert werden und das mindestens eine, was- serlösliche Monomer in der Phasengrenzfläche zwischen hydrophober und kontinuierlicher Phase zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi polymerisiert, wobei mindestens ein Teil der sich aus dem wasserlöslichen Monomer bildenden Polymerketten kovalent an den sich bildenden porösen Kern gebunden wird, und - gegebenenfalls Entfernen des porenbildenden Mediums aus den Poren.
In den vorstehend beschriebenen Suspensionspolymerisationsverfahren können in der wässrigen kontinuierlichen Phase auf dem Fachgebiet übliche Schutzkolloide bzw. Stabilisatoren verwendet werden. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Schutzkolloide aus der Gruppe Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Polyethylengylkol verwendet.
Das in der hydrophoben Phase enthaltene Monomer ist vorzugsweise ein Epoxidgruppen enthaltendes Monomer oder ein Gemisch aus einem Epoxidgruppen ent- haltenden Monomer und mindestens einem weiteren Monomer. Wie vorstehend beschrieben können jedoch auch andere Monomere, die ein gespanntes hetero- cyclisches System als funktionelle Gruppe tragen, beispielsweise Aziridingruppen oder Episulfidgruppen, verwendet werden. Das Epoxidgruppen enthaltende Monomer ist vorzugsweise ein Epoxidgruppen enthaltendes (Meth)Acrylsäuremonomer. Unter einem Epoxidgruppen enthaltenden (Meth)Acrylsäuremonomer versteht man in der vorliegenden Erfindung vor allem eines, bei dem der Rest, welcher die Epoxidgruppe trägt, über die Esterfunktionalität einer substituierten oder unsubstituierten (Meth)Acrylsäure gebunden ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Rest, welcher die Epoxidgruppe trägt, in einer anderen Art und Weise an das (Meth)Acrylsäuremonomer gebunden ist, beispielsweise an eines der Kohlenstoffatome der C-C-Doppelbindung. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Epoxidgruppen enthaltende (Meth)Acrylsäuremonomer Glycidyl(meth)acrylat. In den vorstehend beschriebenen Suspensionspolymerisationsverfahren wird als Vernetzer ein Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen verwendet, welches zu einer Quervernetzung der wachsenden Polymerketten führt. Unter dem Ausdruck „Vernetzer" versteht man übliche auf dem Fachgebiet verwendete Monomere mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen, wobei die polymerisierbaren Gruppen beispielsweise Vinyl-, Acrylat- oder Methacrylatgruppen sein können. Vorzugsweise wird als Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen ein Monomer auf Basis von (Meth)Acrylsäure verwendet. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Monomer mit mindestens zwei po- lymerisierbaren Gruppen Ethylenglykoldi(meth)acrylat. Ferner können die beiden (Meth)acrylatgruppen eines derartigen Monomers auch durch eine andere, von beispielsweise α,ω-Diolen oder allgemein Alkoholen mit mindestens zwei OH- Gruppen abgeleitete Verknüpfungsgruppe, verbunden sein. Der Anteil des Vernetzers, bezogen auf den Gehalt an Monomer in der hydrophoben Phase, kann von 5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 Gew.-%, betragen.
In den vorstehend beschriebenen Suspensionspolymerisationsverfahren ist das porenbildende Medium ein Gemisch aus mindestens zwei Komponenten, ausge- wählt aus linearen, verzweigten oder cyclischen Alkoholen mit 5 bis 14 Kohlenstoffatomen und Estern von Mono- oder Dicarbonsäuren mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, die mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen verestert sind. Eine Komponente des vorstehend beschriebenen porenbildenden Mediums kann ein linearer, verzweigter oder cyclischer (primärer, sekun- därer oder tertiärer) Alkohol mit 5 bis 14 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Hexa- nol, Octanol, Decanol oder Dodecanol, sein. Eine weitere Komponente des vorstehend beschriebenen porenbildenden Mediums kann ein Ester einer Mono- oder Dicarbonsäure mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen sein, die mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen verestert ist, beispielsweise Es- sigsäurebutylester, Bernsteinsäurediethylester oder Glycerintributtersäureester. Als porenbildendes Medium bzw. als Porenbildner wird ein Gemisch aus zwei Komponenten verwendet, wobei das resultierende Polymer in keiner der Komponenten löslich ist, jedoch eine Komponente das während der Suspensionspolymerisation sich bildende Oligomer löst und die andere Komponente nicht befähigt ist, das sich bildende Oligomer zu lösen. Aufgrund der spezifischen Auswahl der Komponenten des porenbildenden Mediums wird eine Porenbildung ermöglicht. Die vorstehend beschriebene Methode zur Erzeugung von Poren in einem polymeren Trägermaterial ist einem Fachmann bekannt. Ferner kann in Routineversu- chen, beispielsweise durch geeignete Auswahl des porenbildenden Mediums bzw. durch Variieren des Verhältnisses der Komponenten, die Porengröße, das Porenvolumen und der Porendurchmesser in gewünschter Art und Weise eingestellt werden. In diesem Zusammenhang versteht man unter dem Ausdruck „Oligomer" ein sich in einer vorstehend beschriebenen Suspensionspolymerisation bildendes Material mit einem Molekulargewicht bis etwa 104 g/mol. Besonders bevorzugt ist als porenbildendes Medium ein Gemisch aus Dodecanol und Cyclohexanol bzw. ein Gemisch aus Bernsteinsäurediethylester und Dodecanol. Der Anteil des vorstehend beschriebenen porenbildenden Mediums, bezogen auf die hydrophobe Phase, kann von 20 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise von 40 bis 80 Gew.-%, beson- ders bevorzugt 70 Gew.-%, betragen.
Ein in den vorstehend beschriebenen Suspensionspolymerisationsverfahren zu verwendender Polymerisationsinitiator unterliegt im allgemeinen keinen besonderen Beschränkungen. Beispielsweise kann ein Polymerisationsinitiator aus der Gruppe von Azoverbindungen, Peroxiden und Redoxinitiatoren verwendet werden. Vorzugsweise wird als Polymerisationsinitiator eine dafür geeignete Azoverbin- dung oder ein dafür geeignetes Peroxid eingesetzt. Besonders bevorzugt ist der Polymerisationsinitiator Azobisisobutyronitril oder Dibenzoylperoxid. Der Anteil des Polymerisationsinitiators, bezogen auf die Monomermenge, kann von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 Gew.-%, betragen.
In dem vorstehend beschriebenen Suspensionspolymerisationsverfahren, bei dem in der wässrigen kontinuierlichen Phase ein wasserlösliches Monomer zugegeben wird, kann das wasserlösliche Monomer eine monofunktionale Vinylverbindung sein. Vorzugsweise weist das wasserlösliche Monomer ein oder mehrere polare Gruppen auf. Besonders bevorzugt ist das wasserlösliche Monomer ausgewählt aus: Hydroxyalkylmethacrylaten, Aminoalkylmethacrylaten, N-Vinyl-2-pyrrolidon, Acryl- und Methacrylnitril, Acryl- und Methacrylsäure, Allylalkohol, Allylamin, 3- Allyloxy-1 ,2-propandiol, (Ethylenglykol)n-vinylmethylether mit n=1 bis 10, N- Methylolacrylamid, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und Salzen der Vinylbenzolsulfonsäure, Vinylsulfonsäure, sowie Kombinationen davon. Als Hydroxyalkylmethacrylate und/oder Aminoalkylmethacrylate sind solche bevor- zugt, die eine Alkylgruppe von 1 bis 10 Kohlenstoffatomen aufweisen, beispielsweise eine Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylgruppe. Noch mehr bevorzugt ist das wasserlösliche Monomer Acrylsäure, N-Vinyl-2-pyrrolidon oder eine Kombination davon. Der Anteil des wasserlöslichen Monomers kann 2 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtausgangsmonomergewicht des porösen Trägermaterials, betragen. Der Anteil des wasserlöslichen Monomers beträgt vorzugsweise 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtausgangsmonomergewicht des porösen Trägermaterials, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Adsorbens zum Abtrennen von Biomolekülen und/oder pathogenen Stoffen, wie Toxinen, aus Vollblut. Beispielsweise können Biomakromoleküle, wie z.B. LDL und Endotoxine, Immunglobuline, Fibrin, Fibrinogene, Immunkomplexe, Exo- toxine, Fibronectine und/oder Superantigene entfernt werden.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Adsorbens zur Herstellung eines Adsorbers, umfassend ein Gehäuse und darin befindliches Adsorbens, zum Abtrennen von Biomolekülen und/oder pathogenen Stoffen aus Vollblut bereit. Ein mit dem erfindungsgemäß hergestellten Adsorbens ausgerüsteter Adsorber weist ein Gehäuse auf, welches vorzugsweise in Röhren- oder Säulenform ausgebildet ist, und welches das Adsorbens als Füllmaterial enthält. Im Hinblick auf die üblicherweise durchzusetzenden Blutmengen und die Effizienz des erfindungsgemäßen Adsorbers umfaßt der Adsorber vorzugsweise ein Volumen von 250 bis 1250 ml. Der Adsorber kann einzeln oder im Doppel- oder Mehrfachbetrieb eingesetzt werden. Bei zwei oder mehr Adsorbem besteht die Möglichkeit, abwechselnd einen Adsorber mit dem Blut zu beschicken, während der andere Adsorber regeneriert wird. Dies führt zu einer weiteren Effizienz beim Einsatz des erfindungsgemäß hergestellten Adsorbens. Der das Adsorbens enthaltende Adsorber ist vorzugsweise so ausgebildet, daß er ein Gehäuse mit einem kopfseitigen Einlaßbereich aufweist, durch den das Blut dem Adsorber zugeführt wird, wobei sich in diesem Fall der Auslaß am Boden des Gehäuses des Adsorbers befindet.
Um zu verhindern, daß unerwünschte Substanzen, z.B. Substanzen, die vom Ad- sorbensmaterial herrühren, mit dem behandelten Blut in den Blutkreislauf des Patienten zurückgeführt werden, befindet sich am Auslaß des Gehäuses des Adsorbers vorzugsweise ein Filter. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen Partikelfilter.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter erläutert.
Beispiele
Beispiel 1
Reaktionslösung I: 75 mg CMECDI (2-Morpholino-ethansuIfonsäure Monohydrat) wurden bei 4°C in 200 ml 0,1 M MES (N-Cyclohexyl-N'-(2-morpholinoethyl)-carbo- diimid-methyl-p-toluolsulfat) mit einem pH von 4,75 gelöst. Es wurden 75 mg Po- lyacrylsäure mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 800.000 zuge- geben, der pH auf 4,75 eingestellt und bei 4°C 0,5 Stunden gerührt.
In einem Rundkolben wurden 75 ml Trägermaterialteilchen (Eupergit C 250L) in 75 ml 25%iger NH3-Lösung über Nacht gerührt. Die Trägermaterialteilchen Wurden dreimal mit Wasser gewaschen, dekantiert, abgesaugt, nochmals mit Wasser gewaschen und getrocknet.
Die Trägermaterialteilchen wurden 30 Minuten in 100 ml n-Hexan quellen gelassen, 15 Sekunden auf einer Nutsche abgesaugt und danach sofort bei 4°C in die oben beschriebene Reaktionslösung I gegeben, geschüttelt und über Nacht bei 4°C gerührt. Anschließend wurden die Teilchen abgesaugt, mit Wasser, 4 M NaCl und wieder mit Wasser gewaschen und im Vakuumexsikkator über CaCI2 getrocknet.
40 ml von diesen Teilchen wurden mit 50 ml 0,25%iger Glutardialdehydlösung zwei Stunden bei 40°C gerührt. Dann wurden die Teilchen mit 7,5 I Wasser gewaschen und trockengesaugt.
Zu 18 ml einer C1 q-Lösung wurden 32 ml einer mit Phosphat gepufferten Koch- Salzlösung („phosphate buffered saline", PBS) (0,1 M NaH2P04, 0,154 M NaCl, pH 6,8) gegeben und die UV-Absorption bei 280 nm gemessen. Die bei 280 Nano- meter gemessene Absorption betrug 1 ,040, entsprechend einer Konzentration von 1 ,53 g/Liter (Reaktionslösung II).
Zu dieser Lösung wurden die mit der Reaktionslösung I behandelten Teilchen gegeben, 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und abgesaugt. Die UV-Absorption bei 280 Nanometer der Lösung betrug 0,577, entsprechend einer Konzentration von 0,85 g/Liter. Somit betrug die Kopplungsausbeute der Reaktionslösung II 0,68 g/Liter.
Danach wurden die Teilchen mit 600 ml PBS gewaschen, zweimal in 200 ml 5 mM Ascorbinsäure in PBS je eine Stunde bei Raumtemperatur gerührt und abgesaugt. Die Teilchen wurden 4 Stunden in 1 M Ethanolamin in PBS bei einem pH-Wert von 8 bei Raumtemperatur gerührt und abgesaugt. Anschließend wurden die Teil- chen noch zweimal in 200 ml 5 mM Ascorbinsäure in PBS je eine Stunde bei Raumtemperatur gerührt und abgesaugt. Dann wurden die Teilchen mit folgenden Lösungen gewaschen:
1. 400 ml 0,1 M Acetat, 0,5 M NaCl, pH 4
2. 400 ml, 1 M NaH2P04, 0,5 M NaCl, pH 9 3. 400 ml, 0,1 M NaH2P04, 0,154 M NaCl, pH 6,8 4. 2 I 0,154 M NaCl.
Zuletzt wurden die Teilchen zur Hitzesterilisation 20 Minuten bei 121 °C in 0,154 M NaCl autoklaviert.
Beispiele 2 bis 6
Adsorbensmaterialien wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei das verwendete Medium, Oberflächenmodifizierungen, usw. in Tabelle 1 aufgeführt sind. Zum Vergleich wurden Adsorbentien hergestellt, welche sowohl auf den inneren als auch den äußeren Oberflächen C1q (Vergleichsbeispiel 1), PAS (Vergleichsbeispiel 2) oder OH-Gruppen (Vergleichsbeispiel 3) als Oberflächenmodifizierungen trugen.
Tabelle 1
Figure imgf000027_0001
Anmerkungen:
- Alle Beads wiesen mittlere Porengrößen zwischen 100 und 200 nm auf.
- Als Beads 1 wurde Eupergit 250 L verwendet.
- Als Beads 2 diente ein durch Polymerisation von Ethylenglykoldi(meth)acryIat und Glycidylmethacrylat und Allylglycidylether hergestelltes, statistisches Co- polymer.
Die Ergebnisse der Untersuchungen hinsichtlich der Bindungsfähigkeit für Throm- bozythen bzw. Immunkomplexe sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2
Figure imgf000028_0001
Aus dieser Tabelle 2 ist ersichtlich, daß alle erfindungsgemäßen Adsorber gemäß den Beispielen 1 bis 6 eine Bindungsfähigkeit für Immunkomplexe aufweisen, aber nicht mit Thrombozythen wechselwirken. Ein Adsorbens, welches auch an den äußeren Oberflächen C1q-Oberflächenmodifizierungen aufwies, filterte neben Immunkomplexen auch Thrombozythen aus dem Vollblut heraus (Vergleichsbeispiel 1 ), so daß dieser Adsorber nicht für die Reinigung von Vollblut geeignet ist. Ein Adsorbens, welches nur PAS als Oberflachenmodifizierung aufwies (Vergleichsbeispiel 2), war zwar vollblutverträglich, wies jedoch keine Bindungsstellen für Immunkomplexe auf, so daß eine Abtrennung von Immunkomplexen nicht möglich war. Auch ein Adsorbens, welches OH-Gruppen als Oberflä- chenmodifizierung Mi trug, zeigte eine, wenn auch schwache, Wechselwirkung mit Thrombozythen. Aus diesem Grund ist eine von einer OH-Gruppe verschiedene Oberflachenmodifizierung Mi gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Beispiel 7
Schritt A (Herstellung eines porösen Trägermaterials durch Suspensionspolvmeri- sation)
Ein poröses Trägermaterial wird beispielsweise gemäß EP 0 495 107 A1 durch Suspensionspolymerisation hergestellt. Das erhaltene Trägermaterial (Beads) wird mit einem Überdruck von 0,5 bar innerhalb von 30 s von der Mutterlauge abfiltriert.
Schritt B (Aminierung der äußeren Oberfläche des Trägermaterials)
100 g des feuchten Trägermaterials aus Schritt A wurden mit 300 ml 25 Gew.- %igem Ammoniak (FLUKA) für 3h bei Raumtemperatur auf einem Rotationsschüttler inkubiert. Anschließend wurde die Reaktionslösung mit 0,5 bar Überdruck vom Trägermaterial abfiltriert und dieses bis zur Neutralität mit destilliertem Wasser gewaschen.
Schritt C (Modifizierung der äußeren Oberfläche des Trägermaterials mit einer Oberflachenmodifizierung Mi)
25 g einer 10 Gew.-%igen Polyacrylsäurelösung (Degapas 11105S, Fa. Stock- hausen) wurden in 175 g einer isotonischen NaCI-Lösung gelöst, auf pH = 4,75 eingestellt und mit einer Lösung aus 1,25 g N-(3-DimethyIaminopropyl)-N'- ethylcarbodiimidhydrochlorid (FLUKA) in 50 ml einer isotonischen NaCI-Lösung für 45 min bei Raumtemperatur auf dem Rotationsschüttler inkubiert.
Anschließend wurde das abfiltrierte Trägermaterial aus Schritt B zu der Lösung gegeben und für 4h bei Raumtemperatur auf dem Rotationsschüttler inkubiert.
Schritt D (Freiwaschen des Porenraums des Trägermaterials) Nach dem Absaugen der vorstehend beschriebenen Modifizierungslösung wird das Trägermaterial einmal mit 600 ml einer 0,05 M Natriumhydroxidlösung in 50%igem lsopropanol, 4 mal mit 600 ml Isopropanol und 2 mal mit 600 ml destilliertem Wasser gewaschen.
Schritt E (Aminierung der inneren Oberfläche des Trägermaterials)
Die Aminierung der inneren Oberfläche des nach Schritt D erhaltenen Trägermaterials erfolgt analog zu Schritt B jedoch mit 12,5%igem Ammoniak bei 40°C (Reaktionszeit: 4h). Schritt F (Kuppeln der Aminogruppen mit der Oberflachenmodifizierung M?) Das Trägermaterial aus Schritt E wird 4 mal mit 250 ml NaH2P0 -Puffer (pH = 6,8) (PP-Puffer) gewaschen. Anschließend wird das Trägermaterial für 2h bei 40°C mit 300ml einer 0,4%igen Glutardialdehydlösung (FLUKA) in PP-Puffer auf dem Ro- tationsschüttler inkubiert, 12 mal mit jeweils 11 destilliertem Wasser gewaschen und 4 mal mit 11 PP-Puffer auf pH = 6,8 äquilibriert. Dann wurden die Glutardial- dehydgruppen mit 300 ml einer Ethanolaminlösung (FLUKA) in destilliertem Wasser bei einem pH = 8 (4h, Raumtemperatur, Rotationsschüttler) umgesetzt und das Trägermaterial 4 mal mit je 250 ml PP-Puffer gewaschen. Anschließend wur- de das Trägermaterial mit 250 ml einer 5 mM Ascorbinsäurelösung (FLUKA) in PP-Puffer für 4h bei Raumtemperatur auf dem Rotationsschüttler inkubiert (im Dunkeln) und mit jeweils 500 ml:
0,1 M Natriumacetatpuffer, pH = 4,6, in isotonischer NaCI-Lösung 0,1 M Natriumphosphatpuffer, pH = 9, in isotonischer NaCI-Lösung - 0,1 M Natriumphosphatpuffer, pH = 7,4, in isotonischer NaCI-Lösung isotonischer NaCI-Lösung (4 mal) gewaschen und 20 min bei 121 °C autoklaviert.
Beispiel 8
Ein poröses Trägermaterial wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 7 hergestellt, außer daß Schritt D vor Schritt C erfolgte.
Vergleichsbeispiele 4 und 5
Zum Vergleich wurden Adsorbentien wie in Beispiel 7 hergestellt, die jedoch sowohl auf der inneren als auch auf der äußeren Oberfläche ausschließlich mit Oberflächenmodifizierungen Mi (Vergleichsbeispiel 4) oder ausschließlich mit der Oberflachenmodifizierung M2 (Vergleichsbeispiel 5) modifiziert waren. Die Ergebnisse von Untersuchungen hinsichtlich der Bindungsfähigkeit für Thrombozyten bzw. Fibrinogen sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Tabelle 3
Figure imgf000031_0001
Beispiel 9 (Herstellung eines porösen Trägermaterials durch Suspensionspolvme- risation in Gegenwart eines wasserlöslichen Monomers in der wässrigen Phase)
1 ,5 g Polyvinylalkohol (W25/190, Erkol) und 744 g destilliertes Wasser wurden bis zur Auflösung in einem Doppelmantelglasreaktor, der mit einem 4-Blatt- Flügelrührer ausgestattet war, gerührt. Anschließend wurde eine Lösung, bestehend aus 135 g Cyclohexanol, 13 g Dodecanol (FLUKA), 40 g Ethylenglykoldi- methacrylat (RÖHM, Darmstadt), 60 g Glycidylmethacrylat (TRANSOL) und 1 ,1 g Azobisisobutyronitril (VAZO 64, DU PONT), zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde bei 270 Umdrehungen/min für 30 min gerührt und anschließend zum Star- ten der Polymerisation auf 65°C erwärmt. Bei Erreichen einer Temperatur von 60°C wurden dem Reaktionsgemisch 19 g Acrylsäure (Merck) zugegeben. Nach weiteren 5h bei 65°C und 4h bei 78°C, wurde für 1 ,5h auf 91 °C erwärmt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das gebildete Perlpolymerisat abfiltriert, mehrfach mit Isopropanol gewaschen (12 mal mit 400ml) und fraktioniert.
100 g des vorstehend gebildeten feuchten Trägermaterials wurden mit 25 Gew.- %igem Ammoniak (FLUKA) für 3h bei Raumtemperatur auf einem Rotationsschüttler inkubiert. Anschließend wurde die Reaktionslösung mit 0,5 bar Überdruck vom Trägermaterial abfiltriert und dieses bis zur Neutralität mit destilliertem Wasser gewaschen.
Das vorstehend beschriebene Trägermaterial wird mit 4 mal 250 ml NaH2P04- Puffer (pH = 6,8) (PP-Puffer) gewaschen. Anschließend wird das Trägermaterial für 2h bei 40°C mit 300 ml einer 0,4%igen Glutardialdehydlösung (FLUKA) in PP- Puffer auf dem Rotationsschüttler inkubiert, 12 mal mit jeweils 11 destilliertem Wasser gewaschen und 4 mal mit 11 PP-Puffer, auf pH = 6,8 äquilibriert. Danach wurden die Glutardialdehydgruppen mit 300ml einer 0,25 M Ethanolaminlösung (FLUKA) in destilliertem Wasser bei einem pH = 8 (4h, Raumtemperatur, Rotationsschüttler) umgesetzt und das gebildete Trägermaterial 4 mal mit je 250 ml PP- Puffer gewaschen. Das Trägermaterial wird dann mit 250 ml einer 5mM Ascorbinsäurelösung (FLUKA) in PP-Puffer für 4h bei Raumtemperatur auf dem Rotationsschüttler inkubiert (im Dunkeln) und mit jeweils 500 ml: - 0,1 M Natriumacetatpuffer, pH = 4,6, in isotonischer NaCI-Lösung
0,1 M Natriumphosphatpuffer, pH = 9, in isotonischer NaCI-Lösung 0,1 M Natriumphosphatpuffer, pH = 7,4, in isotonischer NaCI-Lösung in isotonischer NaCI-Lösung (4 mal) gewaschen und für 20 min bei 121 °C autoklaviert.
Vergleichsbeispiel 6
Zu Vergleichszwecken wurde ein poröses Trägermaterial wie in Beispiel 9 beschrieben hergestellt, außer daß keine Acrylsäure zu dem Reaktionsgemisch (d.h. zu der wässrigen Phase) gegeben wurde.
Vergleichsbeispiel 7
Zu Vergleichszwecken wurde ein Trägermaterial wie in Beispiel 9 hergestellt und mit Polyacrylsäure auf den inneren und äußeren Oberflächen des porösen Trägermaterials versehen.
Die Ergebnisse von Untersuchungen hinsichtlich der Bindungsfähigkeit der nach Beispiel 9 und Vergleichsbeispielen 6 und 7 hergestellten porösen Trägermaterialien für Thrombozyten bzw. Fibrinogen sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Tabelle 4
Figure imgf000033_0001

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens, umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bin- dungsstellen aufweist,
Füllen der Poren des Trägermaterials mit mindestens einem, unter den Bedingungen des Füllens flüssigen Medium, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung im wesentlichen nicht mischbar ist, mit welcher Bindungsstellen auf den Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen vollständiges Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi und - gegebenenfalls Entfernen des Mediums, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung, mit welcher Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen nicht mischbar ist, aus den Poren.
2. Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens, umfassend die folgenden Schritte:
Herstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungs- stellen aufweist, durch Suspensionspolymerisation, wobei eine hydrophobe Phase, umfassend mindestens ein Monomer, mindestens einen Vernetzer, ein porenbildendes Medium und einen Polymerisationsinitiator, in einer kontinuierlichen Phase, umfassend Wasser und mindestens ein Schutzkolloid, dispergiert wird, und die sich in der hydrophoben
Phase befindlichen Monomere und Vernetzer polymerisiert werden, wobei die Poren des resultierenden teilchenförmigen porösen Trägermaterials mit dem porenbildenden Medium gefüllt sind, im wesentlichen vollständiges Modifizieren der modifizierbaren Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen der Träger- materialteilchen zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi und gegebenenfalls Entfernen des porenbildenden Mediums aus den Poren.
3. Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens, umfassend die folgenden
Schritte:
Herstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren und inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, durch Suspensionspolymerisation, wobei eine hy- drophobe Phase, umfassend mindestens ein Monomer, mindestens einen Vernetzer, ein porenbildendes Medium und einen Polymerisationsinitiator, in einer kontinuierlichen Phase, umfassend Wasser, mindestens ein Schutzkolloid und mindestens ein wasserlösliches, im wesentlichen in der hydrophoben Phase unlösliches Monomer, dispergiert wird, wobei die sich in der hydrophoben Phase befindlichen Monomere und Vernetzer unter Ausbildung eines porösen Kerns polymerisiert werden und das mindestens eine, wasserlösliche Monomer in der Phasengrenzfläche zwischen hydrophober und kontinuierlicher Pha- se zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi polymerisiert, wobei mindestens ein Teil der sich aus dem wasserlöslichen Monomer bildenden Polymerketten kovalent an den sich bildenden porösen Kern gebunden wird, und gegebenenfalls Entfernen des porenbildenden Mediums aus den Poren.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei nach der im wesentlichen vollständigen Modifizierung der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi oder dem Schritt des Entfernens des Mediums, welches unter den Bedingungen des Modifizierens mit einer Lösung, mit welcher Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials im wesentlichen vollständig modifiziert werden können, im wesentlichen nicht mischbar ist, aus den Poren oder dem Entfernen des porenbildenden Mediums aus den Poren die Bindungsstellen auf den inneren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung M2 mit einer Lösung modifiziert werden, welche zum Modifizieren der Oberflächenmodifizierungen Mi nicht befähigt ist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei als die zum Modifizieren von Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung Mi befähigte Lösung eine auf Wasser basierende Lösung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei während einer Modifizierung Mi der äußeren Oberflächen ein hydrophobes Medium als porenfüllendes bzw. porenbildendes Medium verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das hydrophobe Medium mindestens eines ist, welches aus der Gruppe, bestehend aus linearen und verzweigten, acyclischen oder cyclischen Ci- bis C2o-Alkanen, linearen und verzweigten, acyclischen oder cyclischen C5- bis C2o-Alkanolen, linearen und verzweigten, acyclischen oder cyclischen C2- bis C3o-Carbonsäure- estern und aromatischen Ce- bis C2o-Kohlenwasserstoffen, ausgewählt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das porenbildende Medium ein Gemisch aus mindestens zwei Komponenten, ausgewählt aus linearen, verzweigten oder cyclischen Alkoholen mit 5 bis 14 Kohlenstoffatomen und Estern von Mono- oder Dicarbonsäuren mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, die mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen verestert sind, ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens, umfassend die Schritte Bereitstellen eines teilchenförmigen, porösen Trägermaterials, welches auf den äußeren Oberflächen und den inneren Oberflächen modifizierbare Bindungsstellen aufweist, im wesentlichen vollständiges Modifizieren der Bindungsstellen auf den äußeren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer
Oberflachenmodifizierung Mi mittels einer Umsetzung, welche durch eine das Trägermaterial im wesentlichen nicht durchdringende Strahlung bewirkt wird, und gegebenenfalls im wesentlichen vollständiges Modifizieren der Bin- dungssteilen auf den inneren Oberflächen des Trägermaterials zu mindestens einer Oberflachenmodifizierung M2, mittels einer Umsetzung, welche zum Modifizieren der Oberflächenmodifizierungen Mi nicht befähigt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das in der hydrophoben Phase enthaltene Monomer ein Epoxidgruppen enthaltendes Monomer oder ein Gemisch aus einem Epoxidgruppen enthaltenden Monomer und mindestens einem weiteren Monomer ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Epoxidgruppen enthaltende Monomer ein Epoxidgruppen enthaltendes (Meth)Acrylsäuremonomer ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Epoxidgruppen enthaltende (Meth)Acrylsäuremonomer Glycidyl(meth)acrylat ist.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 3 und 10 bis 12, wobei der Vernetzer ein Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen ein Monomer auf Basis von (Meth)Acrylsäure ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Monomer mit mindestens zwei polymerisierbaren Gruppen Ethylenglykoldi(meth)acrylat ist.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 3 und 10 bis 15, wobei der Polymerisationsinitiator aus der Gruppe von Azoverbindungen, Peroxiden und Redoxinitiatoren ausgewählt ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Polymerisationsinitiator Azobi- sisobutyronitril oder Dibenzoylperoxid ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 10 bis 17, wobei das wasserlösliche Monomer eine monofunktionale Vinylverbindung ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 10 bis 18, wobei das wasserlösliche Monomer eine oder mehrere polare Gruppe(n) aufweist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 10 bis 19, wobei das wasserlösliche Monomer ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Hydroxyalkylmethacrylate, Aminoalkylmethacrylate, N-Vinyl-2-pyrrolidon, Acryl- und Methacrylnitril, Acryl- und Methacrylsäure, Allylalkohol, Allyla- min, 3-AllyIoxy-1 ,2-propandioI, (Ethylenglykol)n-vinyImethylether mit n=1 bis 10, N-Methylolacrylamid, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und Salze der Vinylbenzolsulfonsäure, Vinylsulfonsäure, sowie Kombinationen davon.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 10 bis 20, wobei der Anteil des wasserlöslichen Monomers 2 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtausgangsmonomergewicht des porösen Trägermaterials, beträgt.
22. Adsorbens für Vollblut in Form von im wesentlichen sphärischen, nicht aggregierten Teilchen, welche ein poröses Trägermaterial mit einer mittleren Porengröße von < 1 ,5 μm umfassen, wobei maximal 50 % des Porenvolumens in Poren vorliegen kann, welche eine Porengröße von > 1 ,5 μm aufweisen, wobei die äußeren Oberflächen des porösen Trä- germaterials mindestens eine Oberflachenmodifizierung Mi aufweisen, wodurch die äußere Oberfläche im wesentlichen nicht mit Blutzellen wechselwirkt, und die inneren Oberflächen des porösen Trägermaterials, d.h. die Oberflächen der Poren des porösen Trägermaterials, mindestens eine Oberflachenmodifizierung M2 aufweisen, welche mit in Blut enthaltenen Substanzen wechselwirkt.
23. Adsorbens nach Anspruch 22, wobei die Teilchen des Adsorbens eine Korngröße von 50 bis 500 μm aufweisen.
24. Adsorbens nach Anspruch 22 oder 23, wobei die innere Oberfläche des porösen Trägermaterials durch Aminierung oberflächenmodifiziert ist.
25. Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 24, wobei die äußere Oberfläche durch kovalente Bindung mindestens einer Gruppierung Mi an Bindungsstellen auf der äußeren Oberfläche und/oder die innere Oberfläche durch kovalente Bindung mindestens einer Gruppierung M2 an Bindungsstellen auf der inneren Oberfläche modifiziert ist/sind.
26. Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 25, wobei die mindestens eine Gruppierung Mi mindestens eine Poly(carbonsäure), Albumin, Heparin, Heparansulfat und/oder Polymyxin ist.
27. Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 26, wobei die mindestens eine Gruppierung Mi aus Polyacrylsäure und/oder Heparin ausgewählt ist.
28. Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 27, wobei die mindestens eine Gruppierung M2 ein Immunadsorber ist.
29. Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 28, wobei die mindestens eine Gruppierung M2 aus der Gruppe, bestehend aus dem Komplementfaktor C1q, Peptiden, Antikörpern wie monoklonalen oder polyklonalen Anti-Fibrinogen- oder Anti-Fibrin-Antikörpern und Antigenen wie synthetischen A/B-Blutgruppenantigenen ausgewählt ist.
30. Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 29, wobei das Trägermaterial ein von (Meth)Acrylsäureestem und/oder -amiden ab- geleitetes Copolymer ist.
31. Adsorbens nach Anspruch 30, wobei das von (Meth)Acrylsäureestem und/oder -amiden abgeleitete Copolymer Epoxidgruppen aufweist.
32. Adsorbens nach Anspruch 30 oder 31 , wobei das Copolymer durch Polymerisation von Ethylenglykoldi(meth)acrylat und Glycidyl(meth)acrylat und/oder Allylglycidylether hergestelltes, statistisches Copolymer ist.
33. Adsorbens nach Anspruch 30 oder 31 , wobei das Copolymer ein durch Polymerisation der monomeren Einheiten
(A) (Meth)Acrylamid in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-%,
(B) N,N'-Methylen-bis(meth)acrylamid in einer Menge von 30 bis 80 Gew.-%, und
(C) Allylglycidylether und/oder Glycidyl(meth)acrylat in einer Menge von 10 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der monomeren Einheiten, hergestelltes, vernetztes statistisches Copolymer ist.
34. Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 30 bis 33, wobei das Copolymer durch eine Suspensionspolymerisation hergestellt wurde.
35. Verwendung des Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 34 zum Abtrennen von Biomolekülen und/oder pathogenen Stoffen aus Vollblut.
36. Verwendung nach Anspruch 35, wobei die abzutrennenden Biomoleküle Immunglobuline, Fibrinogene und/oder Immunkomplexe sind.
37. Verwendung eines Adsorbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 34 zur Herstellung eines Adsorbers, umfassend ein Gehäuse und darin befindliches Adsorbens, zum Abtrennen von Biomolekülen und/oder pathogenen Stoffen aus Vollblut.
38. Verwendung nach Anspruch 37, wobei der Adsorber ein Volumen von 10 bis 1250 ml umfaßt.
39. Verwendung nach Anspruch 37 oder 38, wobei der Adsorber einen kopfseitigen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich am Boden des Gehäuses aufweist.
40. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 39, wobei der Adsorber in seinem Auslaßbereich einen Filter aufweist.
41. Verwendung nach Anspruch 40, wobei der Filter ein Partikelfilter ist.
42. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 41 , wobei sich am Boden des Gehäuses ein Sieb mit einer Maschenweite von mindestens 25 μm befindet.
43. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 42, wobei sich am Boden des Gehäuses ein Sieb mit einer Maschenweite von mindestens 40 μm befindet.
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