Technischer Bereich
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Sterilisieren von Polyvinylalkoholgel und
insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur
γ-Strahlensterilisation eines durch Gefrieren und Auftauen einer wäßrigen
Polyvinylalkohollösung oder durch partielle
Dehydratisierung einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung in gefrorenem
Zustand unter Vakuum erhaltenen Hydrogels, wodurch durch
Vermeidung einer gleichzeitigen Bildung von löslichen
γ-Strahlen-Zerfallsprodukten eine für lebende Gewebe
gefahrlose Sterilität erhalten werden kann.
Stand der Technik
-
Für medizinische Materialien, die mit lebenden
Geweben direkt oder indirekt in Berührung stehen, sind
Sterilisation, Pasteurisation und Desinfektion von
wesentlicher Bedeutung. Verschiedene Sterilisations-,
Pasteurisations- und Desinfektionsverfahren wurden
vorgeschlagen, wobei bekanntermaßen eines von ihnen in
Abhängigkeit von den Eigenschaften der medizinischen
Materialien und ihrer Verwendungszwecke eingesetzt wird. Ferner
wurden Anstrengungen unternommen, um Sicherheit und
Unschädlichkeit der Materialien zu erreichen und zu
gewährleisten.
-
Unter diesen Verfahren sind die Vorteile eines
γ-Strahlensterilisationsverfahrens festgestellt worden,
(nämlich) daß das Verfahren die Materialien durch einen
die Materialien vollständig umschließenden Behälter
sterilisieren kann, und ferner, daß das Verfahren bei
bakteriellen Spuren mit hoher Wärmebeständigkeit und
desweiteren bei Pseudomonas aeruginosa, Sporen des
Tubercelbazillus und Gram-negativen Bakterien, die häufig
eine Resistenz gegen medizinische Wirkstoffe
(Desinfektionsmittel) aufweisen, wirksam ist. Des
weiteren wird das γ-Strahlensterilisationsverfahren als
hoch zuverlässig bei der Sterilisation von
Kunststoffgegenständen und Plastikgegenständen
(herkömmliche Polymermaterialien mit geringer
Wärmebeständigkeit), die schwierig einem Hochdruckdampf
sterilisationsverfahren und einem
Trockensterilisationsverfahren unterzogen werden können, angesehen.
-
Als das Verfahren, das ein Einschließen eines
nichtwärmebeständigen Materials in einen Behälter aus
einem Plastikfilm und ein anschließendes Sterilisieren des
Materials durch den Behälter hindurch umfaßt, ist das
Gassterilisationsverfahren mit Ethylenoxid allgemein
bekannt und in Krankenhäusern und bei Herstellern
medizinischer Vorrichtungen in weiten Bereichen eingesetzt. In
diesem Fall ist es notwendig, eine sorgsame und-über eine
lange Zeitdauer währende Desorption von an Materialien
adsorbiertem Restgas durchzuführen und des weiteren für
eine Gewährleistung zu sorgen, daß die Menge an noch
verbleibenden Ethylenoxid (und Ethylenglykol,
Ethylenchlorhydrin usw. als seinen Modifikationsbestandteilen)
unter den erlaubten Grenzen liegt. Insbesondere wenn
dieses Gassterilisationsverfahren für die Sterilisation von
aus Polyacrylamid dargestellten Hydrogelen
(wasserhaltigen Gelen) angewendet wird, muß stark auf
eine Austragung einer großen Menge von in Wasser gelöstem
Gas sowie adsorbiertem Gas geachtet werden. Obwohl man
sagen kann, daß sich ein Vorschriftswert aufstellen läßt
(Entgasen auf 2000 ppm), besteht eine gewisse Furcht vor
einer verbleibenden Toxizität, die zu Hämolyse und
Thrombus führen kann.
-
Ein γ-Strahlensterilisationsverfahren erfordert
kein Vorgehen zur Entfernung von restlichem Toxin, wie es
bei dem obigen Gassterilisationsverfahren und der
Desinfektion mit Chemikalien (Ethylalkohol, Formalin,
Glutaraldehyd, Chlorhexidin, Benzalkoniumchlorid usw.)
notwendig ist. Folglich wurden seine Verdienste als
Sterilisationsverfahren für nichtwärmebeständige medizinische
Materialien in breitem Rahmen erkannt. Es wurde jedoch
davor gewarnt, daß eine Einstrahlung einer großen Menge
von γ-Strahlen zu einer Denaturierung (radikalische
Zersetzung und oxidative Zersetzung der Materialien) der
meisten Kunststoffe und Plastikmaterialien unter Bildung
löslicher (wasserlöslicher) niedrig molekularer
schädlicher Produkte führt und des weiteren sich die mechanische
Festigkeit der Materialien an sich häufig verringert
(Takuma Ohba; "Kobunshi", 22, 607 (1973).
-
Die Phänomene einer Bildung von Radikalen in
Folge einer Bestrahlung mit γ-Strahlen, die zu einer
Beeinträchtigung durch Oxidation, bei der gleichzeitig
vorliegender Sauerstoff teilnimmt, führen, wurden bei
natürlichen Polymeren (Proteinen) und synthetischen
Polymeren sowie wäßrigen Lösungen dieser Polymere
bestätigt (vgl. P.S. Elias et al (Übersetzer, Rikimaru
Hyashi et al); "Shokuhin Shosyo no Kagaku" (Chemistry of
Irradiation of Food, Seite 11 (1981) veröffentlicht von
Gakkai Shuppan Center; Mineo Sado, "Ikishi< (J. Medical
Instruments) 55, 480 (1985); und Kenji Sato, "Rinshoishi"
(J. Clinics), 11, 422 (1985)). Des weiteren wurde
versucht, eine Bestrahlung ohne Sauerstoff (Luft) (in
einer Stickstoffatmosphäre) zur Vermeidung einer
Beeinträchtigung in Folge einer Oxidation durchzuführen,
dies führte jedoch auch zu einer beachtlichen
Beeinträchtigung und Denaturierung (in Folge einer
radikalischen Zersetzung) von sowohl Protein als auch
synthetischem Polymer. Daneben besteht die Tendenz, daß
sich die γ-Strahlenbeständigkeit von Mikroorganismen in
einer Stickstoffatmosphäre erhöht und eine Einstrahlung
einer größeren Menge von u-Strahlen zur vollständigen
Sterilisation eine radikalische Zersetzung von
Materialien fördert.
-
Unter Berücksichtigung dieser Probleme wurde die
notwendige, ausreichende und minimale Bestrahlungsdosis
zur Gewährleistung einer Sterilisation und Beschränkung
einer Materialzersetzung auf das Minimum (zulässige
Grenze) gesucht. Dabei wurde eine Sterilisationswirkung bei
einer Dosis von 0,6 bis 2,5 Mrad, beispielsweise auf eine
Kompresse (0,76 bis 1,1 Mrad) und einen Katheder,
Injektionszylinder, Operationsnähmaterial, eine
Dialysevorrichtung zur Nierendialyse, ein Infusionsset
und einen Handschuh (2 bis 2,5 Mrad), festgestellt. Da im
allgemeinen eine Beeinträchtigung (Zersetzung) von
Materialien mit einer Erhöhung der Bestrahlungsdosis
beschleunigt wird, wurde gelehrt, die anfängliche Zahl
von lebenden Bakerien (Vorsterilisation) auf eine so
geringe Zahl wie möglich zu verringern und die
γ-Strahlendosis auf weniger als 2,5 Mrad zu halten (Vgl.,
Takuma Ohba, "Kogyo Zairyo" (Industrial Materials), 25
(2), 65 (1977); "Kobunshi" (Polymer), 22, 607 (1973);
Kenji Sato, "Rinshoishi" (J. Clinics), 11, 422, (1985);
Mineo Sado, "Gosei Jushi" (Synthetic Resin 31, (5), 12
(1985); Fumio Yoshii et al, "Ikishi" (J. Medical
Instruments), 55, 251 (1985); und Yoshio Iwasaki et al,
"Ikishi" (J. Medical Instruments), 55, 244, (1985)).
-
Andererseits wurde als für lebende Organismen
unschädliches Hydrogel ein Gel, das durch Gefrieren und
Auftauen einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung erhalten
wird, und ein Gel, das durch partielle Dehydratisierung
einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung im gefrorenen
Zustand im Vakuum erhalten wird, vorgeschlagen. Diese
Gele sollen sich als Ergänzungsmittel (zur Verminderung
einer Haftung) bei Schädigungen im Lungenthymus,
Pericard, der harten Hirnhaut und künstlichen Luftröhre,
künstlichen Speiseröhre, einem künstlichen Knorpel,
Elektroden zur Einbettung einer Bindehaut und Hornhaut
des Auges, Membranen zur Verhinderung einer Haftung einer
Sehne, Materialien zum Nähen einer Lederhaut, Elektroden
für ein künstliches Innenohr, einem Zahnsockel, eine
Ergänzung für Ober- und Unterkiefer, Membranen zur
Verhinderung einer Haftung von Gelenken, Kathedern für
Speiseröhre, Rectum und Vagina eignen (vgl. "NMR Igaku"
(NMR Medical Science) 5 (2), 85 (1985); "Am. J.
Ophthalmology", 100, 328 (1985) und 99, 492 (1985)).
-
Als Verfahren zur Herstellung derartiger
Polyvinylalkoholhydrogele beschreiben beispielsweise die
Japanische Patent Kokai Nr. 47-12 854 und die Japanischen
Patent Kokai Nr. 59-56 446 (EP-A-0 107 055) und 60-117 066
gefrorene und aufgetaute Gele. Ferner beschreiben die
Japanischen Patent Kokai Nr. 57-130 543 und 58-36 630
Gele, die durch partielle Dehydratisierung im Vakuum in
gefrorenem Zustand erhalten werden. Diese Hydrogele
werden durch Unterwerfen einer wäßrigen
Polyvinylalkohollösung einem bloßen Gefrieren und Auftauen oder
Gefrieren, Halten im Vakuum und Auftauen ohne jegliche
chemische Behandlungen als unlösliche kautschukartige
Materialien mit einer mechanischen Festigkeit und Flexibilität,
die flexiblen bzw. biegsamen Geweben lebender Organismen
ähnlich ist, erhalten. Bei diesen handelt es sich um
spezifische Hydrogele, die lebenden Geweben gegenüber in
hohem Maße inert sind, und die keine Reaktion mit fremden
Materialien, kein Eindringen in Zellen, keine Entzündung
und keinen Reiz hervorrufen. Ferner können sie als
Speiseröhrenersatz bei Implantation in die Speiseröhre, die
bzgl. Eliminierungswirkung unter den verschiedensten
Organen als das stärkste angesehen wird, eingesetzt werden.
Da diese Hydrogele jedoch keine chemische Vernetzung
eingehen und sich nur durch Kristalliten, die vermutlich an
den Polymerverbindungspunkten im Herstellungsschritt
gebilden werden (Kobunshi Kako (Polymer processing), 32,
523, (1983)), in einem kautschukartigen Zustand befinden,
läßt sich keine Wärmebeständigkeit erwarten, so daß weder
die Hochdruckdampfsterilisation noch die
Trockensterilisation bei ihnen angewendet werden kann. Des weiteren
enthalten sie eine große Menge Wasser, so daß es
schwierig ist, das verbleibende gelöste Gas nach einer
Gassterilisation freizusetzen.
-
Somit setzt man natürlicherweise Erwartungen in
das γ-Strahlensterilisationsverfahren. Es wurde jedoch
festgestellt, daß bei Bestrahlung dieses Hydrogels mit
γ-Strahlen des oben genannten Zielwerts (2,5 Mrad oder
weniger) es zu einer beachtlichen Menge von Nebenprodukten
in Form von wasserlöslichen Zerfalls- bzw.
Degenerierungsprodukten kommt. Das heißt, es wurden
zahlreiche Fälle festgestellt, bei denen der Gehalt an
löslichen Stoffen (Zerfallsprodukten) im Gel gemäß einer
Analyse (KMnO&sub4;-Titration) von Warmwasserextrakten auf der
Basis des Standards für medizinische künstliche Gefäße
(Mitteilung Nr. 298 des Gesundheitsministeriums) eine
Höhe von 0,02 bis 0,03 Gew.% betrug. Die Menge an
löslichen Stoffen verringert sich mit einer Erniedrigung
der Bestrahlungsdosis von u-Strahlen auf 0,1 bis 0,2 Mrad
auf ein Drittel bis ein Hundertstel, es ist jedoch
unmöglich, die Sterilisation durch eine Bestrahlungsdosis
von weniger als 0,3 Mrad mit Sicherheit zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung liefert ein sicheres
und zuverlässiges Verfahren einer
γ-Strahlensterilisation, durch das eine Nebenproduktbildung in Form von
Zersetzungs(Zerfalls)-produkten verhindert wird, so daß sich
das Polyvinylalkoholgel ausgezeichnet für lebende
Organismen eignet und der angestrebte Zweck einer
Sterilisation gewährleistet werden kann.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zur Sterilisation bei einer geringen Bildung an
Nebenprodukten in Form von Zersetzungs(Zerfalls)-produkten
bereitgestellt, das ein Bestrahlen eines Hydrogels, das
durch wiederholtes Gefrieren/Auftauen einer wäßrigen
Polyvinylalkohollösung bis zum Erreichen einer
kummulativen Gefrieranzahl von 2 bis 8 erhalten wurde,
oder eines Hydrogels, das durch Teilentwässerung im
Vakuum einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung in
gefrorenem Zustand bei einer Entwässerungsrate
(Gewichtsverminderungsrate des gefrorenen Körpers) von 3%
oder mehr erhalten wurde, mit γ-Strahlung umfaßt, wobei
die Bestrahlungsdosis der γ-Strahlung 3 bis 10 Mrad,
vorzugsweise 3,5 bis 7 Mrad beträgt.
-
Die Erfindung wird im folgenden detaillierter
erklärt.
-
Als Ergebnis einer detaillierten Untersuchung des
obigen Verfahrens einer γ-Strahlensterilisation eines
Hydrogels wurde festgestellt, daß durch stufenweise
Erhöhung der Dosis von 0,1 Mrad auf 2,5 Mrad die Bildung von
Nebenprodukten in Form von Zerfallsprodukten (löslichen
Zersetzungsprodukten, Zerfallsprodukten durch Oxidation)
häufig extrem zunahm. So wurden beispielsweise bei dem
Gel mit 0,1 Mrad, 1 Mrad, 1,5 Mrad bzw. 2,5 Mrad 0,008%,
0,016%, 0,02% bzw. 0,028% an Zerfallsprodukten gebildet.
In diesem Fall wurde in nicht regelmäßigem Abstand
festgestellt, daß nur 0,0003%, 0,0015%, 0,0015%
bzw. 0,0015% bei 0,1 Mrad, 1 Mrad, 1,5 Mrad bzw. 2,5 Mrad
gebildet wurden, wobei versucht wurde, dies zu
reproduzieren. Die Reproduktionswahrscheinlichkeit war
jedoch ungeachtet der Dosierungsrate (0,1 bis 1 Mrad/h)
und der Bestrahlungsatmosphäre (Luft oder Stickstoff,
Sauerstoff oder Helium) gering. Selbst bei strengen
Fixieren der Dosis variierte die Menge an Nebenprodukten
in Form von Zerfallsprodukten stark zwischen den Werten
der obigen Beispiele als den maximalen bzw. minimalen
Werten. Eine Untersuchung der Gründe für diese Variation
ist sehr schwierig, da die Zerfallsprodukte in einer
geringen Menge, nämlich nur weniger als 2,8 ppm im
Extraktwasser, vorliegen und es sich des weiteren bei
ihnen nicht um eine einzelne Komponente handelt. Bis
jetzt konnte kein Anhaltspunkt festgestellt werden. Es
kann jedoch vermutet werden, daß sich im vorliegenden
Fall, in dem es sich um eine geringe Produktmenge in
einer sehr frühen Stufe der radikalischen Reaktion
handelt, die Reaktion natürlich nicht in einem stabilen
Zustand befindet und daneben nicht davon ausgegangen
werden kann, daß der vorübergehende Durchgang als solcher
Reproduktionsgenauigkeit aufweist.
-
In jedem Fall erfordert, so lange man mit
medizinischen Materialien umgeht, eine Sterilisierung
Unterstützung von einer sicheren bzw. zuverlässigen Technik,
die das Ausbilden einer Sterilität gewährleisten kann und
die Menge an Zerfallsprodukten so gering wie möglich
halten
kann. Um die Bestimmung zur Herauslösung von
Substanzen aus künstlichen Gefäßen (eine für eine Extraktlösung
verbrauchte Menge von 2 ml einer 0,01 N KMnO&sub4;) zu
erfüllen, ergibt sich, daß die Menge an Zerfallsprodukten
im Gel 0,038% oder weniger betragen muß und ein 0,02 bis
0,028% an Zerfallsprodukten lieferndes
γ-Strahlungssterilisierungsverfahren, das sich dem Zielwert der genannten
0,038% oder weniger nähern kann, nicht einfach ohne
ausreichende Untersuchung eingesetzt werden kann.
-
Es ist eine Zahl von grundlegenden Untersuchungen
bezüglich der Reaktionstheorie bei einer Bestrahlung
einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung mit γ-Strahlen
bekannt. Alle diese Untersuchungen berichten von einer
Polymerkettenspaltung und einer Beeinträchtigung durch
Oxidation sowie von Zerfallsphänomenen. Es ist wohl bekannt,
daß zu dieser Zeit ein Vernetzungsphänomen auftritt.
Folglich wurde ein Versuch unternommen, im Rahmen eines
Experiments das so gebildete, flüssige weiche Gel als
Füllflüssigkeit im Augapfel (Glaskörperflüssigkeit) in
einen Augapfel eines Kaninchens zu gießen (vgl. "Nippon
Ganka Gakkaishi" (J. Japan Ophthalmology Society), 83,
1478 (1979), "Nippon Ganka Kiyo" (Japan Ophthalmology
Bulletin), 29, 1922 (1978); 35, 1340 (1984)). In allen
anderen Studien werden derartige flüssige weiche Gele
gewonnen. Sie beschreiben wiederholt Verfahren zur
Erhöhung der Chancen zur Wechselwirkung (unter Bildung
einer Vernetzung) zwischen Polyvinylalkoholmolekülen
durch Erhöhung der Polyvinylalkoholkonzentration in
Wasser auf 0,3 bis 2,0% bei einem Versuch, Bedingungen,
bei denen eine Zersetzung und ein Zerfall von in Wasser
gelöstem Polyvinylalkohol stattfindet zu vermeiden. In
keiner der oben genannten Studien wird jedoch eine so
geringe Menge (0,028% oder weniger) an Zerfallsprodukten
(wasserlöslichen Zersetzungsprodukten) im
wasserunlöslichen Hydrogel gebildet wie im vorliegenden
Fall. Des weiteren hat keine von ihnen den Mechanismus
der Nebenreaktion sowie eine Gegenmaßnahme zur
Unterdrückung derselben untersucht.
-
Die vorliegende Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß sie unter Ignorieren des allgemeinen
Zweckes der Techniken zur γ-Strahlensterilisierung von
natürlichen und synthetischen Polymeren eine Dosis von
mehr als 2,5 Mrad gewährleistet. Bei der
erfindungsgemäßen Bestrahlung mit γ-Strahlen kann es sich
bei der Dosierungsrate um die herkömmlichen 0,1 bis 1 Mrad/h
und beispielsweise um 0,3 bis 0,8 Mrad/h,
vorzugsweise 0,5 bis 0,7 Mrad/h handeln. Darüber hinaus
kann die γStrahlenbestrahlungstemperatur in der
vorliegenden Erfindung wie im üblichen
Sterilisierungsverfahren zwischen Normaltemperatur
(Raumtemperatur) und 40ºC liegen. Es ist nicht
erforderliche eine besonders niedrige Temperatur, wie sie bei
einer Vernetzung (Gelierung) einer wäßrigen
Polyvinylalkohollösung durch Bestrahlung mit γ-Strahlen erforderlich
ist, einzuhalten.
-
Materialien, auf die die vorliegende Erfindung
angewendet werden kann, sind ein gefrorenes/aufgetautes
Gel der wäßrigen Polyvinylalkohollösung und ein Hydrogel,
das durch Teilentwässerung einer wäßrigen
Polyvinylalkohollösung im Vakuum in gefrorenem Zustand erhalten wird.
Als der Polyvinylalkohol lassen sich üblicherweise im
Handel erhältliche Produkte eines Verseifungsgrads von 95 Mol%
oder mehr und eines durchschnittlichen
Polymerisationsgrades von 1.000 oder mehr (maximaler
durchschnittlicher Polymerisationsgrad: 2.500 bis 3.000) einsetzen.
Der Verseifungsgrad liegt vorzugsweise so nahe an 100 Mol%
wie möglich, da Hydrogele mit überlegenen Eigenschaften
wie Festigkeit erhalten werden können. Es sind jedoch
95 Mol% oder mehr ausreichend. Bezüglich des
durchschnittlichen Polymerisationsgrades lassen sich im Handel
erhältliche Produkte ohne jegliche Schwierigkeiten selbst
der Klassen eines maximalen Polymerisationsgrades
einsetzen. Liegt er jedoch unter 1.000 weist das erhaltene
Hydrogel mindere Eigenschaften auf. Die Konzentration des
Polyvinylalkohols in der zu gefrierenden wäßrigen Lösung
kann zwischen 8 und weniger als 50 Gew.% liegen.
-
Die Gefriertemperatur kann wahlweise unter einer
Temperatur von 0ºC, vorzugsweise unter -10ºC liegen. Die
wäßrige Polyvinylalkohollösung wird in eine
Formgebungsgußform wahlweiser Form gegossen und anschließend auf
-10ºC oder niedriger zur Verfestigung und Ausformung
derselben abgekühlt. Anschließend wird aufgetaut, um ein
gefrorenes und aufgetautes Gel zu erhalten. Das in dieser
Stufe erhaltene Gel weist häufig in Abhängigkeit von der
Verwendung eine unzureichende mechanische Festigkeit,
insbesondere eine Reißfestigkeit, die ausreicht, um es
zum Nähen zu verwenden, auf. Die Festigkeit wird durch
Wiederholen des Gefrierens und Auftauens unter Erreichen
einer kumulativen Gefrierzahl von 2 bis 8 deutlich erhöht
(vgl. "MOL" 86, (6), 86 (1986), "Kobunshi" (Polymer), 35,
87 (1986)). Die Festigkeit nähert sich durch Wiederholen
von Gefrieren und Auftauen einem bestimmten Wert und
zeigt durch 9- oder mehrfaches Wiederholen einen nahezu
konstanten Wert.
-
Das gefrorene und teilweise dehydratisierte Gel
in Form eines Hydrogels, auf das die vorliegende
Erfindung angewendet werden kann, wird durch partielle
Dehydratisierung des gefrorenen und verfestigten Körpers
einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung im Vakuum bei einer
Entwässerungsrate (Gewichtsverminderungsrate des
verfestigten und geformten Körpers) von 3% oder mehr,
ohne den gefrorenen und verfestigten Körper zu schmelzen,
erhalten (vgl. "JETI", 33 (9), 45 (1985)). In diesem Fall
erhöht sich die mechanische Festigkeit des erhaltenen
Gels mit einer Erhöhung der Dehydratisierungsrate
deutlich unter Berücksichtigung der Verwendung des Gels
in Berührung mit lebendem, weichem Gewebe ist jedoch eine
zu starke Härtung nicht bevorzugt, wobei ein als
medizinisches Material, z. B. als Protese lebender Gewebe,
geeignetes Gel hohen Wassergehalts durch Dehydratisierung
von normalerweise 3 bis 30%, vorzugsweise 5 bis 20%,
erhalten wird.
-
Das erfindungsgemäße Hydrogel wird zuvor durch
Eingießen einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung in eine
der Verwendung angepaßte Form (in einer Form) ausgeformt,
es kann jedoch zu allgemein üblichen Formen, z. B. einer
Lage, einem Schlauch, und dergleichen, ausgeformt werden
und zu gewünschten Formen bei Verwendung
zurechtgeschnitten werden oder auf einen Formling aus
Plastik und dergleichen aufgetragen werden. Im Falle
einer Membran für eine Prothese lebenden Gewebes oder zur
Verhinderung einer Haftung wird das Gel zu einer Dicke
von etwa 0,3 bis 2,0 mm ausgeformt. Für einige
Verwendungen kann es jedoch ein Formling größerer Dicke
und spezieller Form sein.
-
Wie oben erklärt, wird bei dem Hydrogel gemäß der
vorliegenden Erfindung der alleinige Bestandteil
Polyvinylalkohol als Gelmaterial (Gelierbestandteil)
verwendet. Wenn nötig, kann daneben eine die Gelierung
von Polyvinylalkohol nicht verhindernde Komponente
vorliegen, wobei ihre Menge beispielsweise ½ oder
weniger des Polyvinylalkohols ausmachen kann. Als die
eine Gelierung von Polyvinylalkohol nicht verhindernde
Komponente lassen sich beispielsweise Antibiotika wie
z. B. Penicillin und Fradiomycin, sowie Medikamente, z. B.
Polymyxin B und Chondroitinsulfat sowie Kaliumhyaluronat,
erwähnen. Zur Einbettung derselben in ein Hydrogel können
diese Komponenten, so wie sie sind, oder als wäßrige
Lösung oder Suspension zuvor einer wäßrigen
Polyvinylalkohollösung zugegeben, anschließend verrührt
und homogen dispergiert, sowie danach den oben genannten
Gefrier- und Folgebehandlungen unterworfen werden.
-
Es kann darauf hingewiesen werden, daß ein
sorgfältiges und wiederholtes Waschen des so erhaltenen
Hydrogels mit sterilisiertem Wasser oder einer
physiologischen Kochsalzlösung zur Injektion bei
Raumtemperatur bis 50ºC vor einem erfindungsgemäßen
Sterilisieren des Hydrogels zur Verringerung von am Gel
haftenden, lebenden Bakterien (und toten Bakterien) eine
bevorzugte Ausführungsform darstellt. Des weiteren
handelt es sich zum Verhindern einer Hämolyse ferner um
eine bevorzugte Ausführungsform, das Gel zum Ersetzen des
meisten in dem Gel enthaltenen Wassers vor einem
Sterilisieren 10 min lang oder mehr in physiologische
Kochsalzlösung von Raumtemperatur bis 50ºC zu tauchen.
-
Zweckmäßigerweise wird das so sorgfältig
hergestellte Polyvinylalkoholhydrogelprodukt in einem Beutel
aus einem ausgezeichnete Sauerstoffrückhalteeigenschaften
aufweisenden Material, z. B. einem
Aluminium/Polyethylenlaminatfilm, eingeschlossen, anschließend
wird der Beutel unter Ausbilden eines Vakuumzustandes
entlüftet oder die Luft durch ein inertes Gas, z. B.
Stickstoff, ersetzt, worauf der Beutel versiegelt wird
und danach mit γ-Strahlen bestrahlt wird.
Wirkung der Erfindung
-
Wenn das Polyvinylalkoholgel erfindungsgemäß mit
γ-Strahlen sterilisiert wird, können alle
Mikroorganismen, z. B. Bakterien, Hefen und Pilze, getötet werden.
Daneben wird eine herkömmlicherweise unvermeidbar bei
Durchführung einer Sterilisierung auftretende
Materialzersetzung nahezu vollständig verhindert, wobei die mit warmem
Wasser extrahierte Gesamtmenge an Zerfallsprodukten immer
und zuverlässig auf weniger als 0,0095% des Gels (des zu
sterilisierenden Materials) gehalten werden kann.
Erfindungsgemäß kann somit unabhängig von der Dosierungsrate
bei einer normalen Strahlungsdosisrate von γ-Strahlen
(0,1 bis 1 Mrad/h, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 Mrad/h) eine
Bildung von Nebenprodukten in Form von Zerfallsprodukten
wirksam verhindert werden, wobei bei Bestrahlung keine
speziellen Hilfsmaßnahmen, z. B. Temperatursteuerung,
notwendig sind. Dies sind die Verdienste der vorliegenden
Erfindung.
-
Das Verfahren, das zuverlässig Hydrogel
sterilisieren und stets die Bildung von Nebenprodukten in Form
von Zerfallsprodukten auf 0,0095% oder weniger steuern
kann, wurde erstmalig von den Erfindern der vorliegenden
Erfindung geschaffen.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
-
Beispiele dieser Erfindung werden im folgenden
erklärt. Bei%-Angaben handelt es sich um Gew.%-Angaben.
Beispiel 1
-
Eine 29%ige wäßrige Lösung (NaCl 0,9%) von
Polyvinylalkohol eines durchschnittlichen
Polymerisationsgrades von 2.000 und eines Verseifungsgrades von 99 Mol%
wurde in eine einen Film bildende Form gegossen, durch
Abkühlen auf -30ºC gefroren und anschließend aufgetaut.
Diese Abfolge von Gefrieren und Auftauen wurde
wiederholt, bis die kumulative Gefrierzahl 7 mal erreicht
hatte. Auf diese Weise wurden 10 Ergänzungsfilme für
einen Defektteil eines Pericards von 0,5 mm Dicke und 10 cm
im Quadrat hergestellt.
-
Ein sterilisierter konischer 500 ml Kolben wurde
mit 500 ml einer sterilisierten physiologischen
Kochsalzlösung zur Injektion beladen. In diese wurden die oben
erhaltenen 10 Gelfilme eingetaucht und 24 h lang bei 40ºC
stehen gelassen. Die physiologische Kochsalzlösung im
konischen Kolben wurde durch eine frische ersetzt, worauf
der Inhalt weitere 24 h lang stehen gelassen wurde.
Anschließend wurde 2 mal gewaschen. Anschließend wurde
jeder der Gelfilme in einen Beutel aus einem
Polyethylen/Aluminiumfolie-Laminatfilm eingebracht, worauf
dieser Beutel versiegelt wurde. Anschließend wurde dieser
bei einer Dosisrate von 0,6 Mrad/h und einer
Bestrahlungsdosis von 3,5 Mrad durch γ-Strahlen sterilisiert.
-
Aus jedem der so erhaltenen 10 sterilisierten
Gelfilme wurde 1 g herausgeschnitten und anschließend in
100 g eines entionisierten Wassers eingetaucht. Danach
wurde 24 h lang bei 37ºC stehen gelassen. Anschließend
wurde die Verbrauchsmenge an 0,01 N KMnO&sub4; für die wäßrige
Phase gemäß dem Standard für ein medizinisches
künstliches Gefäß (Mitteilung Nr. 298 des
Gesundheitsministeriums) bestimmt. Man fand, daß bei allen Prüflingen
die Menge nur 0,20 bis 0,40 ml betrug, so daß der
Verordnungswert von 2,0 ml vollständig erfüllt war. Man nimmt
an, daß der aus dem Gelfilm extrahierte Polyvinylalkohol
(Fragment bzw. Überrest) durch KMnO&sub4; zu Oxalsäure
umgewandelt wird (vgl. H. Staudinger et al, "Chem. Ber.", 60,
1282 (1927)). Es wurde festgestellt, daß die obige
KMnO&sub4;-Verbrauchsmenge (von 0,20 bis 0,40 ml) in der
Extraktlösung nur 0,11 bis 0,22 ppm in Form von Polyvinylalkohol
(Fragment bzw. Überrest) ausmachen und, ausgedrückt als
Konzentration an wasserlöslichem Stoffin dem Gel, die
geringe Menge von 0,0011 bis 0,0022% bedeuten.
-
Darüber hinaus wurde festgestellt, daß selbst
unter der Vermutung, daß der extrahierte Polyvinylalkohol
(Fragment bzw. Überrest) durch KMnO&sub4; einen Bruch der
Hauptkette und eine Carbonylierung der Hydroxylgruppe
erfährt (vgl. seiichi Okamura et al. "Koka" (Industrial
Chemistry), 45, 1107 (1942); Sakurada und Matsuzawa,
"Kobunshi Kagaku" (Polymer Chemistry), 16, 633 (1959)),
die oben erwähnte KMnO&sub4;-Verbrauchsmenge nur 0,37 bis 0,74 ppm
in Form von Polyvinylalkohol in der Extraktlösung und
0,0037 bis 0,0074%, ausgedrückt als Konzentration in dem
Gel, bedeutet.
-
Bezüglich des dynamischen Elastizitätsmoduls (3·
10&sup5; N/m²), der Zugreißfestigkeit (28 bis 30 kg/cm²) und
der Bruchdehnung (210 bis 260% der Länge) des Films
wurden vor und nach der Sterilisierung keine Veränderungen
beobachtet, wobei diese Eigenschaften sich selbst nach
einem Jahr nach der Sterilisierung nicht verschlechterten
sondern sogar etwas verbesserten (20 bis 30%). Selbst
wenn dies auf ein durch eine Radikalreaktion durch
Bestrahlung mit γ-Strahlen hervorgerufenes Härtungsphänomen
zurückzuführen ist, läßt sich daraus schließen, daß
Veränderungen der Eigenschaften in einem derartigen Maße
bezüglich der Verwendung dieses Films zu keinen Problemen
führen.
-
Bei allen Prüflingen wurden direkt nach
Sterilisierung in beiden Sterilitätsuntersuchungsmedien eines
Thioglykolsäuremediums I und eines Glukosepeptidmediums
gemäß der japanischen Pharmacopeie keine Mikroorganismen
nachgewiesen.
Vergleichsbeispiel 1
-
Gemäß Beispiel 1 wurden 10 Hydrogelfilme
hergestellt und mit einer Bestrahlungsdosis von 2,5 Mrad mit
γ-Strahlen sterilisiert. Anschließend wurde in ähnlicher
Weise die KMnO&sub4; Verbrauchsmenge bestimmt. Man erhielt
dabei maximal 1,6 ml, minimal 0,3 ml und im Durchschnitt
0,83 ml. Es gab 3 Beispiele, in denen die Menge 1,5 ml
überstieg. Von diesen wird angenommen, daß sie Probleme
verursachen, da die Menge nahe an 2,0 ml des Standards
für ein medizinisches künstliches Gefäß liegt.
Vergleichsbeispiel 2
-
Gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden 10 Gelfilme
hergestellt und bei einer Dosis von 1,5 Mrad mit
γ-Strahlen sterilisiert. Anschließend wurde die KMnO&sub4;
Verbrauchsmenge bestimmt. Es zeigte sich, daß sie maximal
1,1 ml, minimal 0,1 ml und im Durchschnitt 0,7 ml betrug.
Es gab 4 Beispiele, bei denen die Menge 1 ml überstieg.
Durch Verringern der Dosis wurde ein Übersteigen von 1,5
ml vermieden, es wurde jedoch festgestellt, daß bei
Betrachtung der 4 Beispiele, bei denen die Menge 1 ml
überstieg und den 2,0 ml des Standards für ein
medizinisches künstliches Gefäß nahe kam, Probleme selbst
beim Erreichen einer Sterilität durch eine derartige
Bestrahlungsdosis auftraten.
Vergleichsbeispiel 3
-
Gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden 10 Gelfilme mit
0,5 Mrad einer γ-Strahlung bestrahlt, worauf die KMnO&sub4;
Verbrauchsmenge bestimmt wurde. Es wurde festgestellt,
daß die Maximalmenge 0,5 ml, die Minimalmenge 0,1 ml und
die Durchschnittsmenge 0,3 ml betrugen, wobei die Menge
in allen Beispielen 0,5 ml oder weniger ausmachte. In
Kombination mit den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurde
daraus geschlossen, daß mit Abnahme der Bestrahlungsdosis
auch die KMnO&sub4; Verbrauchsmenge abnimmt und sich die Menge
an wasserlöslichen Zersetzungsprodukten stark verringert,
es bestanden jedoch bei einer derartig geringen Dosis
Schwierigkeiten, eine Sterilisierung (Sterilität) in
allen Fällen zu gewährleisten. In der Tat wurden bei 3
Gelfilmen direkt nach Bestrahlung Mikroorganismen
nachgewiesen.
Beispiel 2
-
314 Gramm einer 18,6%igen wäßrigen Lösung von
Polyvinylalkohol mit einem durchschnittlichen
Polymerisationsgrad von 1.000 und einem Verseifungsgrad von 98 Mol%
wurden in eine Gußform zur Ausformung einer Scheibe von
0,5 mm Dicke und 20 cm Durchmesser gegossen, worauf zum
Erhalt eines gefrorenen Körpers auf -30ºC abgekühlt
wurde. Bei einem verringerten Druck von 0,1 mm Hg wurden
2 g Wasser aus den jeweiligen Formen (insgesamt 15
Formen) entfernt, worauf die Temperatur wieder auf
Raumtemperatur gebracht wurde. Dabei erhielt man ein
scheibenartiges Gel eines Wassergehalts von 79%. Dieses wurde in
einen geschlossenen Behälter eingebracht. Dieser
Wassergehalt entsprach nahezu demjenigen (78 bis 81%) des
menschlichen Skelettmuskels, Dünndarms, Magens, Uterus,
der Niere usw.
-
Anschließend wurde diese Scheibe in einen Beutel
aus Polyethylenfilm eingebracht, worauf dieser Beutel
versiegelt wurde. Anschließend wurde dieser einer
γ-Strahlensterilisierung mit 3 Mrad unterworfen.
Anschließend wurde der Beutel geöffnet, worauf ein teilweise
herausgeschnittenes Stück (10 g) der Scheibe in ein
Boillonmedium überführt wurde. Anschließend wurde 7 Tage lang
bei 37ºC kultiviert. Es wurden jedoch keine
Mikroorganismen nachgewiesen. Ein weiterer Teil (1 g) der Scheibe
wurde mit warmem Wasser extrahiert, worauf die KMnO&sub4;
Verbrauchsmenge gemäß Beispiel 1 bestimmt wurde. Bei 15
Prüflingen betrug die Maximalmenge 0,4 ml, die
Minimalmenge 0,2 ml und die Durchschnittsmenge 0,3 ml. Wie in
Beispiel 1 war die Differenz zwischen der Maximalmenge
und der Minimalmenge gering, wobei die Menge viel
geringer als der Standardwert (2,0 ml) war. Somit wurde
geschlossen, daß die Produkte vollständig zuverlässig
waren.
Beispiel 3
-
10 gemäß Beispiel 1 hergestellte Gelfilme wurden
in ähnlicher Weise mit γ-Strahlen von 10 Mrad bestrahlt.
Vor und nach der Sterilisierung wurden keine deutlichen
Veränderungen der Eigenschaften (dynamisches
Elastizitätsmodul, Biegeentspannung, Zugreißfestigkeit
und Dehnung (%)) festgestellt. Die KMnO&sub4; Verbrauchsmenge
eines Warmwasserextrakts war die folgende: Maximal 0,3 ml,
minimal 0,1 ml und im Durchschnitt 0,2 ml.
-
Das heißt, trotz Erhöhung der Dosis auf mehr als
das Dreifache von Beispiel 1 und 2 stieg die KMnO&sub4;
Verbrauchsmenge nicht, vielmehr wurde als Ergebnis
getrennter Experimente einer Bestrahlung mit 4, 5, 7 und
8 Mrad mit einer Erhöhung der Bestrahlungsdosis im
Bereich von 3 bis 10 Mrad die Tendenz einer, wenn auch
geringen Verringerung der KMnO&sub4; Verbrauchsmenge
beobachtet.
Industrielle Anwendbarkeit
-
Wie oben erwähnt, erreichte die vorliegende
Erfindung eine vollständige Sterilisierung medizinischer
Formlinge aus als nicht wärmebeständige medizinische
Materialien eingesetztem Polyvinylalkoholhydrogel mit
γ-Strahlung durch Auswahl einer Bestrahlungsdosis an
γ-Strahlen im Bereich von 3 bis 10 Mrad.