DE69118683T2

DE69118683T2 - Methylpyrrolidonchitosan, verfahren zu dessen herstellung und seine verwendungen

Info

Publication number: DE69118683T2
Application number: DE69118683T
Authority: DE
Inventors: Ricardo Muzzarelli
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1990-11-26
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2011-11-19
Also published as: AU8956691A; IT9000642A0; US5378472A; ES2084838T3; WO1992009635A1; IT1243260B; CA2074517A1; AU639163B2; CZ230592A3; DE69118683D1; IT9000642A1; HU9202434D0; JPH05503733A; KR927003132A; HUT62017A; ATE136553T1; EP0512095A1; CZ281052B6; EP0512095B1

Description

KURZSARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Klasse von wasserlöslichen, modifizierten, von Chitosanen abgeleiteten Polysacchariden, die hier als 5-Methylpyrrolidinonchitosane bezeichnet werden, bei denen die Glukanketten in der 2-Position 5-Methylpyrrolidinon-Anhangsgruppen tragen. Eine wesentliche typische Eigenschaft von 5-Methylpyrrolidinonchitosanen ist ihre hohe Anfälligkeit für Entpolymerisierung durch LysozyM. Werden 5-Methylpyrrolidinonchitosane in vivo auf eine Wunde aufgetragen, so werden aufgrund dieser Eigenschaft Makrophagen und Milzzellen wirksam stimuliert und die geordnete Ablagerung von Collagen wird begünstigt, wobei gleichzeitig Glucosamin- und N-Acetylglucosaminmonomere für den Biosyntheseweg von Hyaluronsäure und Glycosaminoglykanen bereitgestellt werden. Aufgrund dieser außergewöhnlich günstigen biochemischen Bedeutung sind 5-Methylpyrrolidinonchitosane in der Lage, Bindegewebswunden zu heilen, die sonst schwer oder gar nicht geheilt werden können, wie z.B. Knochen und Meniskusknorpel. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung medizinischer Produkte, die aus 5-Methylpyrrolidinonchitosanen bestehen, die für menschliche Gewebe therapeutisch außergewöhnlich wirksam sind.
Aufgrund der obengenannten Eigenschaften eignen sich 5-Methylpyrrolidinonchitosane auch besonders für kosMetische Zwecke. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung kosmetischer Produkte, die aus 5-Methylpyrrolidinonchitosanen bestehen bzw. diese enthalten.

HINTERGRUND DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Der Einsatz von Wundverbandmaterialien basiert zur Zeit hauptsächlich auf durch Erfahrung erworbenem Wissen und nicht auf einer echten wissenschaftlichen Kenntnis des Heilungsvorgangs. Eine gewisse Anzahl an typischen Eigenschaften von Materialien, die sich als Wundverband eignen, wurde erläutert. Es handelt sich um: die Fähigkeit, das Entfernen von Exudaten und toxischen Verbindungen zu erleichtern, die Fähigkeit, Feuchtigkeit an der Grenzfläche zwischen Wundgewebe und Verband zu erhalten, die Fähigkeit, Gasaustausch und Wärmeisolation zu gestatten, Schutz vor Sekundärinfektionen sowie leichtes Entfernen von der Wunde, ohne das neu gebildete Gewebe zu schädigen.
In den letzten paar Jahren wurden zur Behandlung von Wunden sowie für allgemeine medizinische Behandlungen Materialien auf Polysaccharidgrundlage zur Verfügung gestellt; sie verfügen über die meisten der obengenannten typischen Eigenschaften, behalten jedoch gewisse Merkmale bei. Wichtige Handelsprodukte sind: vernetztes Dextran (Debrisan , Pharmacia), Polyacrylamid Agar (Geliperm , Geistlich), Carboxynethylcellulose (Comfeel ), Hyaluronsäure (Connettivina , Fidia). Obwohl reichlich klinische Daten zur Verfügung stehen und die physikalisch-chemischen Daten gut bekannt sind, weiß man auf histologischem Niveau sehr wenig über die Wirkungen dieser Mittel auf Polysaccharidgrundlage. Für keinen dieser Verbände wurde jedoch eine echte biologische Bedeutung aufgezeigt. Was die Wundverbände auf Chitingrundlage betrifft, so ist in Japan ein Produkt im Handel erhältlich (Beschitin , Unitika), bei dem es sich um ein aus Chitinfäden hergestelltes Vlies handelt. Bis jetzt wurden medizinische Produkte auf Chitosangrundlage nicht kommerziell genützt, und es wurde auf solch einem Gebiet nur sehr wenig Forschung betrieben.

Frühere Forschung an Wundverbänden auf Chitingrundlage

Von Balassa [DE 1 906 155 und DE 1 906 159 (1969); GB 1 252 373 (1971)] wurde gezeigt, daß Chitin in Pulverform die Wundheilung unterstützt, wobei dem Beobachtungen in bezug auf den mechanischen Widerstand des Narbengewebes zugrundeliegen. Derselbe Autor [US 3 632 754 (1972)] beanspruchte "ein Verfahren zur Förderung der Wundheilung" und gab Chitin als "Beschleuniger der Wundheilung" an [u.a. US 3 914 413 (1975)]. In einer früheren Arbeit [Am. J. Surgery, 119, 560-564 (1970)] gab er an, daß Chitin infolge der Wirkung von Lysozym "physiologisch löslich" sei; sogar ohne histologische Daten wurde angedeutet, daß N-Acetylglucosamin für die Orientierung und Vernetzung von Collagen wichtig sei und daß es sich bei Uridindiphosphat-N-acetylglucosamin um eine Schlüsselverbindung bei der Biosynthese von Hyaluronsäure handelt.
Zusammensetzungen von Chitosan und Keratin oder Collagen, die in Form von dünnen Schichten auf eine Wunde aufzutragen sind, wurden von Widra [EP 0 089 152 (1983)] und Miyata et al. [Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 86 141 373 (1986)] beschrieben. Der Umfang ihrer Erfindungen war, medizinische Produkte bereitzustellen, die den obengenannten Kriterien entsprechen; eine biologische oder histologische Wirkung von Chitosan auf Gewebebestandteile wurde jedoch nicht entdeckt.
Yano et al. [Mie Med. J., 35, 53-56 (1985)] zweifelten die angenommene Wirkung von Chitin auf eine stärkere Collagenproduktion an und zeigten, daß Chitin im Vergleich zu Kontrollen den Zugwiderstand erhöht, daß es jedoch nicht die Collagenmenge in den heilenden Geweben erhöhte.
Von Ohshima et al. [Eur. J. Plastic Surg., 10, 66-69 (1987)] wurde berichtet, daß an 91 Patienten Wundverbände verwendet wurden, der aus durch Spinnen organischer Lösungen erhaltenen Chitinfasern hergestellt wurde und der als sehr zufriedenstellend bezüglich Schmerzlinderung, Haftung an der Wunde und Entfernung von Flüssigkeiten befunden wurde. Auf ähnliche Weise [Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 57 143 508 (1981)] wurden Gazen vorgeschlagen, die aus Chitinfasern bestehen, für die jedoch lediglich die physikalischen Eigenschaften angegeben wurden. Gemäß demselben Anmelder [Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 82 11 258 (1982)] eignen sie sich auch als Bindenittel von Fasern anderer Art.
Chitosanacetat-Salz wurde von Malette und Quigley [US 4 532 134 (1985)] zur Heilung von Wunden verwendet. Sie vermuteten, daß bei Vermeidung von Fibringerinnselbildung Fibroblasten nicht stimuliert würden und Zellen das verlorene Gewebe neu bilden und die Dicke des Narbengewebes verringern könnten. Bei Hunden wurde auch eine verringerte Kallusbildung bei der Knochenheilung beobachtet.
Aus der obengenannten Literatur sowie aus dem Studium der bis dato gelieferten, relevanten wissenschaftlichen Beweise geht hervor, daß modifizierte Chitosane für die medizinische Behandlung von Wunden, Verbrennungen und anderen Afflikten in den verschiedenen möglichen Formen wie z.B. Gazen, Membranen, Filmen, Vliesen, Auflagen, Vließen, Gelen noch nicht in Erwägung gezogen wurden, und zwar nicht nur die ausschließlich aus einem modifizierten Chitosan hergestellten Formen, sondern nicht einmal Formen, die eine Zusammensetzung aus einem modifizierten Chitosan und anderen geeigneten Materialien enthalten. Es geht auch daraus hervor, daß modifizierte Chitosane noch nie an Patienten verwendet wurden.
Aus dem Stand der Technik geht daher nicht hervor, wie die biologische Abbaubarkeit von dem menschlichen Körper verabreichten amorphen Chitin verbessert werden kann, oder wie gewisse Bindegewebe, wie z.B. Knochen und Meniskusknorpel, deren Behandlung nicht nur Chitine und Chitosane, sondern auch die meisten bis dato vorgeschlagenen Mittel herausgefordert hat, geheilt werden können. Aus dem Stand der Technik geht nicht hervor, wie bei älteren Patienten, die zusätzlich an systemischen Krankheiten leiden, die ihre Fähigkeit zur Wundheilung beschränken, verwundete oder infizierte Gewebe geheilt werden können.
Ein Grund dafür, daß zur Verwendung von modifizierten Chitosanen am menschlichen Körper keine Studien vorliegen, ist die Unlöslichkeit modifizierter Chitosane im physiologischen pH-Bereich sowie die Tatsache, daß die meisten modifizierten Chitosane nicht zur Gelbildung befähigt sind, wobei diese Faktoren eine neue Art der Begrenzung gegen ihre Verwendung zum Verbinden von Wunden darstellen. Zum Beispiel sind N-Carboxymethylchitosan und Glutamatglukan aus Krabbenchitin unlöslich [Muzzarelli und Zattoni, Intl. J. Biol. Macromol., 8, 137-143 (1986); Muzzarelli, US 4 835 265 (1986)], wie dies auch bei anderen modifizierten Chitosanen in der Form einfach substituierter Amide, die Carboxylfunktionen tragen und aus organischen Anhydriden gewonnen werden [Muzzarelli et al., Chitin in Nature and Technology, Plenum, New York, 1986], der Fall ist; das gleiche trifft auch auf nicht funktionalisierte Amide, wie z.B. N-Stearoyl- und N- Decanoylchitosane zu [Hirano und Tokura, Chitin und Chitosan, S. 71, Jpn. Soc. Chitin, Sapporo, 1982]. Chitosanderivate, die Zuckermolekülteile tragen, ergeben noch aufgrund von Kettenassoziationen, hauptsächlich der Bildung von Wasserstoffbindungen, Gele [Yalpani et al., Macromolecules, 17, 272-281 (1984)]. Alle untersuchten N-Alkylchitosane (sekundäre Amine) sind Gele [Muzzarelli et al., J. Membr. Sci., 16, 295-308 (1983)], und N-Alkylidenchitosane (6 bis 12 Kohlenstoffatome) sind unlöslich [Kurita et al., Intl. J. Biol. Macromol., 10, 124-125 (1988)].
Das einzige wasserlösliche modifizierte Chitosan, über das bis dato berichtet wurde, ist N-Carboxybutylchitosan, das aus Chitosan und Lävulinsäure erhalten wird [Muzzarelli et al., Carbohydr. Polymers, 11, 307-320 (1989)]; diese Autoren lehrten jedoch nicht die Anwendung von N-Carboxybutylchitosan auf den menschlichen Körper für medizinische Zwecke.
Andererseits werden dem Chitosan durch die Einführung bestimmter neuer Funktionen in das Chitosan bestimmte wünschenswerte Eigenschaften entzogen; zum Beispiel wird anorganischen Chitosanestern, wie z.B. Chitosansulfatestern, die Fähigkeit zur Filmbildung sowie bakteriostatische Fähigkeit entzogen [Muzzarelli et al., Carbohydr. Res., 126, 225-231 (1984)], bei denen es sich um gut bewährte, typische Eigenschaften von normalem Chitosan handelt und die bei einem modifizierten Chitosan, das als medizinisches Material verwendet werden soll, wünschenswerte Eigenschaften darstellen.

Faktoren, die darauf hinweisen, daß die pyrrolidinonfunktion bei medizinischen Produkten wünschenswert ist

Die folgenden Faktoren, die die Gegenwart der Pyrrolidonfunktion in medizinischen Materialien wünschenswert machen, stammen hauptsächlich aus Daten über Poly(vinylpyrrolidon), einem häufig verwendeten Produkt.
a) Pyrrolidon hat den gleichen Prolin- und Hydroxyprolinring, die monomere Einheit von Gelatine darstellen. Bei Polymeren fehlt ihm das Wasserstoffatom am Ringstickstoff. Monomere Einheiten, die einen Pyrrolidonteil tragen, sind daher nicht zur Bildung von Wasserstoffbrücken fähig, und Pyrrolidonpolymere sollten besseres Verhalten als Gelatine zeigen. Tatsächlich existiert Poly(vinylpyrrolidon) als zähe Lösung (nicht als Gel) und verleiht Hydrophilität. Durch das Fehlen von Wasserstoffbindungen können die =N-C(R)=O-Funktionen, die auf die Lösungsmittelfähigkeit von Wasser selbst wirken, dem Wasser ausgesetzt werden [Ling, In Search of the Physical Basis of Life, S. 176, Plenum Press, New York, 1984].
b) Es ist bekannt, daß Poly(vinylpyrrolidon), ein nichtionisches Polymer, bei Verabreichung an Kaninchen-Cornea keine Entzündung hervorruft und biologisch verträglich ist [Gebelein und Carraher, Bioactive Polymeric Systems, S. 24, Plenum Press, New York, 1985].
c) Poly(vinylpyrrolidon) ist eine filmbildende Substanz, die zur Verstärkung von Membranen entweder in Form einer Mischung oder als Copolymer verwendet wird [Gebelein und Carraher, Bioactive Polymeric Systems, S. 144, Plenum Press, New York, 1985].
d) Eine aus Poly(vinylpyrrolidon) hergestellte Beschichtung verleiht biologische Verträglichkeit, weshalb Poly(vinylpyrrolidon) an Patienten gemeinsam mit verschiedenen Pharmaka versucht wurde [Chiellini und Gusti, Polymers in Medicine, S. 188, Plenum Press, New York, 1983].
e) Wasser/Alkohol-Mischungen stellen Lösungsmittel für Poly(vinylpyrrolidon) dar, die sich zur Verwendung als Bindemittel von Pigmenten in Linern, Wimperntusche, Lippenstiften und anderen Kosmetika wie auch Shampoos eignen. Es ist auch Bestandteil von Haarpflegesprays. Pyroglutaminsäure sowie deren Salze und Ester, die einen Pyrrolidonring enthalten, werden häufig bei Kosmetika eingesetzt [Proserpio, Eccipienti, Sinerga, Mailand, 1985].
Aus dem Stand der Technik werden jedoch nicht die Einführung eines Pyrrolidinon- oder substituierten Pyrrolidinon-Rings in ein Polysaccharid als kovalent gebundene Seitenkette oder die Verwendung solcher Produkte für medizinische und kosmetische Zwecke bekannt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, modifizierte Chitine und Chitosane mit wiederholenden Einheiten der Formel
in der R für -NH&sub2;, -NHCOCH&sub3; und R' steht, wobei R' in nindestens 30% der wiederholenden Einheiten vorliegt, bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß R' für eine Gruppe der Formel
in einem Verhältnis von mindestens 90% steht.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chemisches Verfahren zur Herstellung der wie oben gekennzeichneten modifizierten Chitine und Chitosane bereitzustellen.
Schließlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, medizinische und kosmetische Produkte bereitzustellen, die aus den wie oben gekennzeichneten modifizierten Chitinen und Chitosanen bestehen oder diese enthalten.
Den vorteilhaften Ausbildungen der vorliegenden Erfindung liegt im wesentlichen folgendes zugrunde:
1) ein neuartiger Syntheseweg für modifizierte Chitosane, die 5-Methylpyrrolidinon-Teile tragen und als 5-Methylpyrrolidinonchitosane bezeichnet werden;
2) hohe Empfindlichkeit von 5-Methylpyrrolidinonchitosanen gegenüber der hydrolytischen Wirkung von Lysozym, was bei der Anwendung an verwundeten Teilen des menschlichen Körpers für medizinische Zwecke zu einer erhöhten biologischen Bedeutung und verstärkten Wirkungen führt;
3) verstärkte funktionelle Wirkungen bei der Anwendung an gesunden Teilen des menschlichen Körpers für kosmetische Zwecke.

Chemie von 5-Methylpyrrolidinonchitosanen

Überraschenderweise wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gefunden, daß die Reaktion zwischen Chitosan und Lävulinsäure so geführt werden kann, daß N-substituierte anhydroglucosidische Einheiten gebildet werden, in denen das Stickstoffatom sowohl zum Glucosamin- als auch zum 5-Methylpyrrolidinonchitosan-Teil gehört. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man Versuchsbedingungen anwendet, die sich von denen des Standes der Technik wesentlich unterscheiden, nämlich viel höhere Chitosankonzentration, typischerweise 20 g/l für Chitosane mit hohem Molekulargewicht, 50 g/l für Chitosane mit mittlerem Molekulargewicht; höhere pH-Werte während des Hydrierschritts, typischerweise 5,6; höhere Konzentration an atomaren Wasserstoff, typischerweise 70 g/l Natriumborhydrid, oder Durchführen der katalytischen Hydrierung mit Wasserstoffgas; längere Hydrierzeit, mindestens 3 Stunden. Die Reaktionstemperatur kann zwischen 20 und 60ºC gewählt werden und ist vorzugsweise ungefähr 25ºC. Aufgrund der Beweglichkeit des Wasserstoffs am Stickstoffatom, die durch die Tautomerie zwischen Ketimin und Enamin unter geeigneten Versuchsbedingungen gerechtfertigt wird, wird Wasser aus der Carboxylgruppe abgespalten, wodurch man ein stabiles Lactam erhält, das sich ideal zur einfachen Hydrierung in den alpha- und beta- Stellungen eignet (siehe Reaktionsschema 1). Unter Verwendung von Pseudolävulinsäure, Angelika-Lacton oder Lävulinatestern (siehe Reaktionsschema 2) als Ausgangsmaterialien läßt sich die Reaktion unter im wesentlichen gleichen Bedingungen durchführen. Die Verwendung von Lävulinatestern, die die Chitosanpulver nicht zu lösen vermögen, wird letzteres in einer organischen Säure wie z.B. vorzugsweise Essigsäure vorgelöst. SCHEMA 1 REAKTIONSSCHEMA FÜR 5-METHYLPYRROLIDINONCHITOSANE Schema 2 SYNTHESEWEGE FÜR 5-METHYLPYRROLIDONCHITOSANE Lävulinatester Lävulinsäure Lävulinamid 5-Methyl-2-pyrrolinonchitosan Pseudolävulinsäure α-Angelika-Lacton γ-Valerolacton β-Angelika-Lacton 5-Methyl-2-pyrrolidinonchitosan R¹ = Chitosan (in C2 Stellung) R² = Alkyl
Die Modifizierung von Chitosan zu disubstituiertem Amid ist eine neue Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere wenn für solch einen Zweck Lävulinsäure verwendet wird. Eine weitere neuartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die richtige gleichzeitige Kombination der für die Herstellung von 5-Methylpyrrolidinonchitosanen benötigten Versuchsbedingungen. Während in der Literatur über Lävulinsäure berichtet wird, daß Lävulinsäure zur Bildung von cyclischen Verbindungen, die als Lactame bestimmt wurden, unter Bildung des Pyrrolidonrings fähig ist [R.H. Leonard, Ind. Engin. Chem., 48, 1330-1341 (1956); M. Kitano et al., Chem. Econ., Engin. Rev., 7, 25-29 (1975); W.L. Shilling, Tapppi, 47, 105a-108A (1965)], ging aus diesen Arbeiten jedoch nicht die Möglichkeit der Lactamringbildung durch Reaktion von Lävulinsäure mit Chitosanen hervor, wobei diese Möglichkeit vielen Autoren Jahrzehnte lang trotz Aufstellen von Hypothesen technisch und experimentell entgangen ist. Die Bildung des 5-Methylpyrrolidinon-Teils im modifizierten Chitosan, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht wurde, daß unter ungewöhnlichen Versuchsbedingungen gearbeitet wurde, ist eine neuartige alternative Möglichkeit zur Bildung der N-Carboxybutyl-Gruppe [R. Muzzarelli et al., Carbohydr. Polymers 11, 307-320 (1989); R. Muzzarelli, U.S. Patent 4 835 265 (1986)]. Tatsächlich wird durch diesen Stand der Technik N-Carboxybutylchitosan hergestellt und seine Identität nachgewiesen, ohne daß irgendwelche Vorschläge zur anderweitigen Herstellung von 5-Methylpyrrolidinonchitosan gemacht werden. Obwohl sich in der ersten der obengenannten Arbeiten ein Hinweis findet, daß man annahm, daß sich die N-Carboxybutylfunktion teilweise in 5-Methylpyrrolidinon-Form befindet, zeigten genaue analytische Untersuchungen in der Zwischenzeit, daß diese Form aufgrund der Reaktionsbedingungen der Synthese im allgemeinen lediglich in sehr geringem Ausmaß, d.h. unter 10%, produziert wurde.
Wie im obigen Stand der Technik beschrieben, wurde N-Carboxybutylchitosan bei niedriger Chitosankonzentration (6 g/l) und bei niedrigem pH (4,0) erhalten, darüber hinaus war der Hydrierschritt von kurzer Dauer und das Reduktionsmittel mild (Natriumcyanborhydrid). Diese Bedingungen sind von denjenigen, die Lactambildung gestatten, sehr weit entfernt und gestatten möglicherweise nicht einmal vollständige Substitution, d.h. unter 30%, wobei ein Großteil der wiederholenden Einheiten des N-Carboxybutylchitosans noch immer in der freien Aminform vorliegt.
Andererseits führen die beim vorliegenden Verfahren angewandten Bedingungen nicht nur zur Bildung von cyclischen (Lactam-)Teilen, sondern auch zu hoheren Substitutionsgraden, d.h. mindestens 30%. Es werden daher gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierte Chitine und Chitosane erhalten, bei denen die Kohlenstoff-2-Atome in den wiederholenden Einheiten NH&sub2;, -NHCOCH&sub3; und R' tragen, wobei R' in mindestens 30% der wiederholenden Einheiten vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß R' für eine 5-Methyl-2-pyrrolidinongruppe in einem Ausmaß von mindestens 90% steht. Beim 5-Methylpyrrolidinonchitosan über das hierbei berichtet wird, handelt es sich um eine einzigartige, neue makromolekulare Verbindung, die nicht mit Chitosanpyroglutamat-Salz verwechselt werden darf (Kytamer , Amerchol), wobei es sich bei letzterem einfach um eine Mischung aus Chitosan (einem Makromolekül) und Pyroglutaminsäure (unabhängige Monomere) handelt.
Der mittels Apparaten erstellte Nachweis, der die Identität von 5-Methylpyrrolidinonchitosan zeigt, lautet folgendermaßen:

a) Verhalten gegenüber Metallionen

Wird 5-Methylpyrrolidinonchitosan mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid titriert, so vereinigen sich lediglich 9% der stöchiometrischen Menge an Alkalimetallion, bezogen auf theoretische Carboxylgruppen mit dem 5-Methylpyrrolidinonchitosan. Dies zeigt, daß die Carboxylgruppe als solche [-COOH] in äußerst geringem Ausmaß vorhanden ist. Unfähig, Natrium- und Kaliumsalze zu bilden, scheint die Carboxylgruppe an der Lactamringbildung beteiligt zu sein. Dies wird dadurch bestätigt, daß durch die alkalimetrische Titration nach Broussignac ein wesentlich niedrigerer Amintiter als der des verwendeten Chitosans angegeben wird. Bezüglich der Übergangsmetallionen kann gesagt werden, daß 5-Methylpyrrolidinonchitosan ausschließlich gegenüber Kupfer eine begrenzte, spezifische Komplexbildungsfähigkeit zeigt, während N-Carboxybutylchitosan Kupfer und Blei cheliert.

b) Protonen-Kernresonanzspektrometrie

Echtes Methylpyrrolidinon zeigt zwei Dublettsignale bei 1,113 und 1,144 ppm im Spektrum sowie Signale bei 2,2 und 3,7; diese Signale fehlen im Spektrum für echte Lävulinsäure, da es im Bereich 0-2 ppm flach ist und ein Signal bei 2,176 ppm und anschließend zwei Tripletts mit Zentren bei ungefähr 2,55 und 2,80 ppm aufweist. Beim Spektrum für N-Carboxybutylchitosan findet man zusätzlich zum breiten Chitosan-Signal die Signale, die denen der Lävulinsäure entsprechen, während bei 5-Methylpyrrolidinonchitosan die Signale, die dem Methylpyrrolidinon entsprechen, das Spektrum kennzeichnen und von niedrigeren Signalen für Lävulinsäure, die offenbar ein Salz mit dem verbleibenden unmodifizierten primären Amin bildet, begleitet sind. Dies stimmt mit über Lävulinsäure veröffentlichten Angaben überein [Sunjic et al., Kem. Ind. (Zagreb), 33, 599- 602 (1984)].

c) ¹³C-Kernresonanzspektrometrie

Diese Spektren für 5-Methylpyrrolidinonchitosan weisen Signale in dem Intervall von 20-40 ppm auf, das den mit der Lävulinsäure neu eingeführten Methyl- und Methylengruppen zugeordnet wird, was mit Angaben über Poly(vinylpyrrolidon) [D.A. Brant, Solution Properties of Polysaccharides, S. 127, ACS, Washington, 1981] und Angaben über echte Lävulinsäure [V. Sunjic et al., Kem. Ind. (Zagreb), 33, 599-602 (1984)] übereinstimmt. Das Carboxylgruppensignal ist kaum sichtbar; es ist weniger als zweimal so hoch wie das Untergrundgeräusch. Bei N-Carboxybutylchitosan wiederum gibt die Carboxylgruppe deutliche Signale bei 174 und 182 ppm. Verschiedene Verhältnisse zwischen den Methylensignalen zeigen auch eine unterschiedliche chemische Umgebung in der geraden Seitenkette.

d) Fourier-Transformations-Infrarotspektrometrie

Die geänderte Struktur des Polysaccharids wird bei in Form einer bei pH 6 hergestellten Dünnschicht untersuchten 5-Methylpyrrolidinonchitosanproben durch Banden bei 1400 cm&supmin;¹ für Methylen- und Methylgruppen, bei 1690 für das Lactam und bei 1700 für das Amidcarbonyl nachgewiesen; die Bande für freies Amin bei 1590 weist weiterhin ein Tal auf [bezüglich Zuweisungen siehe A. Wochowics et al., Acta Polym. (Varsavia), 38, 194-189 (1987)]. Ein Vergleich dieses Spektrums mit dem Spektrum für N-Carboxymethylchitosan, das selbstverständlich keine cyclischen Nebenstrukturen enthält [R. Muzzarelli et al., Carbohydr. Res., 107, 199/214 (1982), Fig. 3], zeigte, daß der Hauptunterschied mit Bestimmtheit im Bereich 1500-1600 cm&supmin;¹ liegt, der bei 5-Methylpyrrolidiononchitosan eine ausgeprägte Lactambande nachweist. Bei protonisierten Dünnschichten von 5-Methylpyrrolidinonchitosan wies das Fehlen der 1730 cm&supmin;¹-Bande auch das Fehlen protonisierter Carboxylgruppen nach.

e) Biologische Abbaubarkeit durch Lysozym

Die hydrolytische Entpolymerisation von 5-Methylpyrrolidinonchitosan durch Hühnereiweißlysozym wurde in vitro untersucht. Durch viskosimetrische Messungen bei drei Temperaturen (25, 37 und 50ºC) und fünf 5-Methylpyrrolidinonchitosan-Konzentrationen (von 9 bis 27,3 g/l) erhielt man kinetische Daten, darunter die Michaelis-Konstante, 1 × 10&supmin;&sup4; mmol/l. Linearität wurde beim Auftragen von Log KM gegen 1/T beobachtet. Die Abnahme der Viskosität über einen Zeitraum von 50 Minuten verlief in linearer Abhängigkeit von der Temperatur und war von der anfänglichen Substratkonzentration unabhängig. 5-Methylpyrrolidinonchitosan ist daher gegenüber der hydrolytischen Wirkung von Lysozym hochempfindlich, und sein hohes durchschnittliches Molekulargewicht zu Beginn (ungefähr 700 × 10³ Dalton) nahm auf Werte um 10 × 10³ Dalton ab. Überraschenderweise wurde gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit Chitosan gefunden, daß 5-Methylpyrrolidinonchitosan wesentlich empfindlicher gegenüber der Wirkung von Lysozym war. Tatsächlich wurden Chitosane mit durchschnittlichen Molekulargewichten im Bereich von 166-191 × 10³ nach 30 Stunden bis zu Werten im Bereich 19-79 × 10³ durch Lysozym abgebaut [Yomota et al., Yakugaku Zasshi, 110, 442-446 (1990)], und die Abnahme der Viskosität innerhalb von 50 Minuten bewegte sich für Chitosane mit einem ähnlichen Desacetylierungsgrad lediglich im Bereich von 30-35%. Es wurde gefunden, daß vollständig desacetylierte Chitosane bei physiologischen pH-Werten nicht durch Lysozym hydrolysiert werden. Die einzigartig hohe Empfindlichkeit von 5-Methylpyrrolidinonchitosan gegenüber Entpolymerisation durch Lysozym, die hier zum ersten Mal beschrieben wird, ist für die überraschend günstigen Ergebnisse bei Wundheilung von entscheidender Bedeutung.

Biologische Bedeutung

Zu den wichtigsten und überraschendsten biologischen Wirkungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung von 5-Methylpyrrolidinonchitosan auf menschliche Gewebe ausgeübt und hier erstmals beschrieben werden, gehören u.a. die folgenden: Heilung von verwundeten Meniskusgeweben, Heilung von Dekubitalgeschwüren, Unterdrückung der Kapselbildung um Prothesen, Beschränkung der Narbenbildung und Retraktion während der Heilung sowie Osteokonduktion. Für alle diese Punkte wird unten im Beispielteil Genaueres angegeben.
Der Grund für die Verwendung von 5-Methylpyrrolidinonchitosan beruht hauptsächlich auf seiner überraschend hohen, unvergleichlichen Empfindlichkeit gegenüber der hydrolytischen Wirkung von Lysozym. Einmal auf eine Wunde aufgetragen steht 5-Methylpyrrolidinonchitosan sofort in Form von durch die Wirkung von Lysozym produzierten Oligomeren für folgendes zur Verfügung:
a) Stimulierung von Makrophagen und Milzzellen;
b) Bereitstellung von Aminozuckern zum Einbau in Glycoseaminoglykane bei neu gebildeten Bindegeweben;
c) Begünstigung der Diffusion von Faktoren und anderen Verbindungen, Zellproliferation sowie Migration von Epithelzellen im Hinblick auf die Fähigkeit von 5-Methylpyrrolidinonchitosan, in den mit den Wundgeweben in Kontakt stehenden Grenzgebieten ein Gel zu bilden,
d) Verhinderung von Rückentwicklung zu Narbengewebe bei Gefäßen.
Was die Aktivierung von Makrophagen durch aus 5-Methylpyrrolidinonchitosan entstandene Oligomere betrifft, so bedeutet Aktivierung die Produktion von Interleukin-1' das die Proliferation von Fibroblasten fördert, was zu einer geordneten Ablage von Collagen führt. Die Lehre des zitierten Standes der Technik [Malette und Quigley] scheint bei diesem Bericht irreführend zu sein.
Aktivierte Makrophagen sezernieren auch Interferon und Tumornekrosefaktor, die für die weitere Produktion von N-Acetylglucosaminidase-Isoenzymen, die die obengenannten Oligomere zu Monomeren hydrolysieren können, günstig sind. Diese Monomere stehen zum Einbau in Hyaluronsäure, Keratansulfat und Chondroitinsulfat über den gut bekannten Biosyntheseweg dieser Makromoleküle zur Verfügung. So begünstigt einerseits 5-Methylpyrrolidinonchitosan die Bildung geordneter Collagenfibrillen gegenüber ungeordneter Ablage von Narbengewebe, was eine wesentliche Bedingung dafür ist, dem Reparationsgewebe Funktionalität zu verleihen; andererseits schafft es die biochemischen Bedingungen für die Verfügbarkeit von Aminozuckern, d.h. Bausteinen der in der extrazellulären Matrix vorhandenen Polysaccharide. Gemeinsam erklären diese beiden Wirkungen, die einzig dem 5-Methylpyrrolidinonchitosan gemäß der vorliegenden Erfindung zu eigen sind, die Wirksamkeit und Nützlichkeit von 5-Methylpyrrolidinonchitosan bei der Behandlung von Wunden. Das Vorhandensein dieser Verbindungen an der wunden Stelle erklärt auch die gefäßbildende Wirkung und das Fehlen von Entzündungen.
Aufgrund der günstigen Eigenschaften von 5-Methylpyrrolidinonchitosan kann dieses Material vorteilhaft bei Wundverbandmaterialien verwendet werden, z.B. in Form von gefriergetrockneten Materialien, Pulvern, Filmen, Vliesen, Klebebändern, Bandagen, Membranen, Lösungen, Trockengelen, Hydrogelen, Fasern, Textilien, Geweben, Lotionen und Cremen. Solche Wundverbände sind zum internen und externen Gebrauch bestimmt, um Hitzeverbrennungen, Sonnenbrände, operative und durch Traumen verursachte Wunden sowie Infektions- und Dekübitalgeschwüre zu heilen.
Aus den gleichen Gründen läßt es sich auch als kosmetischer Bestandteil verwenden, zum Beispiel in Form von gefriergetrockneten Materialien, Pulvern, Filmen, Membranen, Lösungen und Gelen. Diese kosmetischen Bestandteile sind per se zur Bildung von Gesichtsmasken oder zum Auftragen von Kosmetika geeignet oder sind als Emulsionen, Shampoos, Haarpflegeprodukte, Gele, Flüssigkristallzusammensetzungen und Liposome zu formulieren, hauptsächlich, um die Endprodukte mit funktionellen Eigenschaften zu versehen, oder, einfacher, auch um ihre Rheologie zu verändern oder bestimmte Systeme, wie z.B. Liposome und Mikroemulsionen, zu stabilisieren.
Weiterhin läßt es sich bei Beschichtungen verwenden, z.B. für aus Silikonen, Polyurethanen, Hydroxyapatiten und anderen biologischen Materialien hergestellte Prothesen und orthopädische Artikel. Hauptzweck dieser Beschichtungen ist, die medizinischen Artikel biologisch verträglich zu machen und bei deren Implantation Gewebereaktionen zu vermeiden.
Schließlich kann es bei Trägern zur verzögerten Abgabe von Arzneinitteln verwendet werden, z.B. in Form van gefriergetrockneten Materialien, Pulvern, Filmen, Membranen, Lösungen, Gelen, Fasern, Textilien, Geweben, Lotionen, Cremen und Tabletten. Hauptzweck dieser Träger zur verzögerten Abgabe ist, die Wasserlöslichkeit schlecht löslicher Arzneimittel zu verbessern und solches Arzneimittel dem Organismus längere Zeit nach der Verabreichung zur Verfügung zu stellen.
5-Methylpyrrolidinonchitosan hat gegenüber N-Carboxybutylchitosan die folgenden Vorteile: da 5-Methylpyrrolidinonchitosan über keine freien Carboxylgruppen verfügt, verhält es sich nicht wie N-Carboxybutylchitosan als Amphotär und ist daher in seiner Art stärker kationisch, was zu einer besseren antimikrobiellen Wirkung führt; die Lactamringe im 5-Methylpyrrolidinonchitosan können die Knüpfung von Wasserstoffbrücken verhindern und 5-Methylpyrrolidinonchitosan ist daher im Gegensatz zu N-Carboxybutylchitosan auch bei basischen pH-Werten löslich; aufgrund der Stabilität des Lactamrings ist 5-Methylpyrrolidinonchitosan im Zeitablauf stabiler.
Die chemischen und technologischen Verfahren sowie die klinischen und histologischen Wirkungen, die die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, werden in den Beispielen unten gezeigt, die jedoch nicht als Begrenzung der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind.

BEISPIELE

Beispiel 1 - Herstellung von 5-Methylpyrrolidinonchitosan

Krustentier-Chitosanpulver (9 g) wurde in Wasser (500 g) suspendiert und mindestens 1 Stunde rühren gelassen. Anschließend wurde Lävulinsäure (9,7 g) in das Reaktionsgefäß gegossen, und bei 25ºC wurde der pH im allgemeinen 4,3, was günstig für den Ablauf einer Schiff'schen Reaktion ist. Um einen pH von 5,6 zu erreichen, wurde über einen Zeitraum von mindestens 3 Stunden Natriumborhydrid-Lösung (20 ml, 70 g/l) zulaufen gelassen. Die entstandene Lösung wurde 3 Tage gegen destilliertes Wasser dialysiert (3 Wechsel) und für die Herstellungen gemäß Beispiel 2 verwendet. Bei Chitosanen mit mittlerem Molekulargewicht (50-100 × 10³ Dalton) war die Anfangskonzentration höher als oben angegeben, und zwar charakteristischerweise 50 g/l. Wie in diesem Beispiel angegeben, sind Chitosankonzentration, pH-Werte und Hydrierzeit wesentliche Faktoren bei der erfolgreichen Herstellung von 5-Methylpyrrolidinonchitosanen. Ein Teil des Produkts wurde gemäß den oben angegebenen Kriterien und Verfahren mittels Infrarot-Spektrometrie und Kernresonanzspektrometrie analysiert, und man wies nach, daß es 5-Methylpyrrolidinonchitosan-Struktur hatte.

Beispiel 2 - Fehlen der Chelierfähigkeit gegenüber Blei

Absorptionsspektren im Ultraviolettbereich wurden mit Hilfe eines Varian-Spektralphotometers nach dem Doppelküvettenverfahren aufgenommen, mittels dessen man das auf zunehmende Chelatspektrum ohne Störung durch andere absorbierende Produkte aufnehmen kann. Dies wurde mit Bleiperchloratlösungen mit Konzentration von 0,06 Mol/l unter Beigabe von entweder 5-Methylpyrrolidinonchitosan oder N-Carboxybutylchitosan (6 mmol/l) durchgeführt. Im letzteren Fall wurden Absorptionsbanden mit einem Zentrum bei 227 nm aufgenommen, deren Höhe dem molaren Verhältnis zwischen Bleiion und Zuckereinheit proportional war; im Gegensatz dazu wurde beim 5-Methylpyrrolidinonchitosan ein flaches Spektrum ohne jegliche Absorptionsbande aufgenommen, wodurch das unterschiedliche Verhalten gegenüber Metallionen aufgrund der Anwesenheit von Lactam in 5-Methylpyrrolidinonchitosan nachgewiesen wurde.

Beispiel 3 - Herstellung von Wundverbänden

Wäßrige Lösungen, die 5-Methylpyrrolidinonchitosan enthalten, können mit Alkoholen, darunter Ethanol und 2-Propanol, verdünnt werden. Sie sind mit Lösungen von anderen Polymeren, darunter Gelatine, Poly(vinylalkohol), Poly(vinylpyrrolidon) und Hyaluronsäure, kompatibel. Die bevorzugte Herstellung von Wundverbandmaterialien bestand darin, wäßrige Lösungen bei ungefähr neutralen pH-Werten, vorzugsweise 6, im Anschluß an eine Dialyse gefrierzutrocknen und so Vliese zu erhalten. Diese wurden gegebenenfalls zwischen Platten aus rostfreiem Stahl ausgewalzt, um ihre Dicke auf ungefähr 1-2 mm zu reduzieren, und nach Einschweißen in doppelte Kunststoffhüllen bei 1,4 Mrad mit &sup6;&sup0;Kobalt-Gammastrahlen bestrahlt. Das entstandene weiche sterile Material ließ sich bei allen möglichen operativen oder traumatischen Wunden verwenden. Als Alternativbehandlung zur Lyophilisierung wurde Hitzetrocknung verwendet: die 5-Methylpyrrolidinonchitosanlösungen wurden vorzugsweise bei 50ºC auf Kunststoff- oder Glasplatten verdunsten gelassen. Beide Verfahren wurden zur Beschichtung von orthopädischen Objekten verwendet.

Beispiel 4 - Verwendung in der plastischen Chirurgie

Bei Patienten der plastischen Chirurgie wurden Donorstellen auf der Vorderseite des rechten Beins mit Vliesen aus gefriergetrocknetem 5-Methylpyrrolidinonchitosan behandelt, um die geordnete Neubildung von Gewebe zu fördern. Im Vergleich mit Kontrollen (linkes Bein des gleichen Patienten), wurden bezüglich der Haut bessere gewebeaufbauliche Ordnung, bessere Gefäßbildung und ein Fehlen von entzündeten Zellen beobachtet, während bezüglich der Epidermis weniger Fälle von Proliferation der Malpighi'schen Schicht beobachtet wurden.
In den Spätstadien des normalen Wundheilungsvorgangs, wenn die Synthese von Collagen zurückgeht und eine hohe Sauerstoffspannung nicht mehr erforderlich ist, werden viele neue Gefäßkanäle zurückgebildet: die Wunde wird üblicherweise gefäßfrei und wird zu einer Narbe mit beschränkter Gewebeelastizität umgebildet. Gefäßrückbildung trat immer dann auf, wenn 5-Methylpyrrolidinonchitosan nicht mehr verabreicht wurde oder absorbiert worden war; trotzdem schien das gebildete Bindegewebe über eine geordnete Struktur und gute Funktionalität zu verfügen. Das 5-Methylpyrrolidinonchitosan stellte ein dreidimensionales Trägergerüst zur Verfügung, das die Migration von Epithelzellen begünstigte und jedenfalls die Epithelneubildung beeinflußte.

Beispiel 5 - Verwendung in der plastischen Chirurgie bei Einpflanzung eines Expanders

Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der plastischen Chirurgie ist die Kapselbildung um einen Fremdkörper. Abnormale Ablage von Bindegewebe findet statt, wenn das dynamische Gleichgewicht zwischen Synthese und Abbau geändert wird, was zu Fibrose führt, einer allgegenseitigen unspezifischen und ungeordneten Zunahme von Collagen. Die nach Implantation eines Gewebeexpanders unter der Haut gebildete Faserkapsel ist ein makroskopischer Gesichtspunkt solch eines Heilungsvorgangs. Die für die Organisation des Collagengerüsts verantwortlichen Bindegewebszellbestandteile bestimmen solch eine Struktur dadurch, daß sie gerichtete Bruchkräfte ausüben. Bei den zur Kapselstruktur führenden Schritten handelt es sich um die folgenden:
1) mesenchymale Bausteine werden angezogen und konzentriert, wo die Anziehungskraft stärker ist, und erhöhen diese;
2) Fibroblasten entlang der Hauptachse der extrazellulären Faserbündel tendieren dazu, die Faser entlang der Achse zu orientieren, wodurch der Vorgang der strukturellen Orientierung verstärkt wird.
Silikonexpander, die mit 5-Methylpyrrolidinonchitosan beschichtet waren, wurden in operative Wunden eingepflanzt, und die Bildung von Kapselgewebe wurde elektronenmikroskopisch untersucht. Bei allen Schritten bei der Kapselorganisation unterstützte 5-Methylpyrrolidinonchitosan ordnungsgemäße Proliferation und Organisation und stimulierte den Vorgang der Gewebeheilung physiologisch; Gefäßbildung wurde begünstigt, während Fibrogenese unterdrückt wurde.
Durch die Bildung von Bindegewebe, das von Gefäßen durchsetzt war und zahlreiche Mesenchymbausteine sowie weniger Collagenbausteine enthielt, wurde gezeigt, daß 5-Methylpyrrolidinonchitosan fähig war, neu gebildetes Gewebe bei der Beibehaltung einer guten Trophik und eines lockeren Zustands zu unterstützen, bei denen es sich um günstige physiologische Eigenschaften handelt. 5-Methylpyrrolidinonchitosan steigerte die interfibrillare amorphe Substanz in der Hautregion in der Nähe des Expanders und verringerte die durch den Fremdkörper verursachte Schädigung. Das lose, in seiner Anwesenheit gebildete Kapselgewebe zog sich bei seiner Reifung weniger leicht zusammen bzw. schrumpfte weniger leicht.

Beispiel 6 - Verwendung in der Orthopädie

Die gut bekannten Schwierigkeiten, spontane Heilung der Meniskusstruktur zu erhalten, stellen an die Verwendung von zur Förderung einer geordneten Heilung des Knorpelgewebes bestimmten biologischen Materialien eine echte Herausforderung dar.
Die gefäßbildenden Eigenschaften von 5-Methylpyrrolidinonchitosan waren beim Heilungsvorgang des Meniskus von besonderer Wichtigkeit. Tatsächlich stellt das Vorhandensein von Gefäßen eine Bedingung für solch eine Heilung dar, Gefäßen, die 5-Methylpyrrolidinonchitosan aus benachbarter Kapselstruktur verlängern könnte. Aus Ergebnissen zeigte sich, daß 5-Methylpyrrolidinonchitosan von den Gelenken/Synovien gut vertragen wurde. Außerdem begünstigte und stimulierte es die Heilungsvorgänge, die im Meniskus nicht spontan vor sich gehen.
An den Stellen des Meniskus, die sich in der Nähe des Synovienbelags befinden, führte der von 5-Methylpyrrolidinonchitosan ausgehende gefäßbildende Stimulus zu weiteren Heilungsvorgängen des Meniskusgewebes, wie dies aus morphologischen Daten ersichtlich ist. War die operative Wunde von der Gefäßstruktur der Verbindung zwischen Meniskus und Synovia zu weit entfernt, fand keine Heilung statt. Beobachtungen an der Synovia 45 Tage nach Anwendung von 5-Methylpyrrolidinonchitosan zeigten, daß die Synovialmembran auf ein subintinales Stromagewebe aufgeschichtete Zellen aufwies, wobei bei diesem Stromagewebe eng gepackte Collagenfasern beobachtet wurden, zwischen denen Mesenchymzellen und Gefäßstrukturen sichtbar waren. Nach der gleichen Anzahl von Tagen war das Meniskusgewebe durch Aspekte der Strukturheilung gekennzeichnet, wobei sich unregelmäßig verteilte Collagenbündel in Richtung des Knorpelgewebes herausbildeten; kleine Gefäße waren auch vorhanden. Hieraus läßt sich schließen, daß sich 5-Methylpyrrolidinonchitosan zur Heilung von Meniskuswunden eignet.

Beispiel 7 - Verwendung in der Kieferchirurgie

Bei der Osteoinduktion handelt es sich um eine Erscheinung, die zum Wachstum von Kapillaren, perivasalem Gewebe und knochenbildenden Zellen führt, und das vom Grund des Alveolarbetts ausgeht und in einen Großteil des von 5-Methylpyrrolidinonchitosan eingenommenen Raums hineinreicht. Operative Wunden, die durch Entfernung des Spitzenbereichs eines infizierten Zahns oder zur Entfernung eines gesamten Weisheitszahns zugefügt worden waren, wurden mit gefriergetrocknetem 5-Methylpyrrolidinonchitosan gefüllt. Bei allen 6 behandelten Patienten wurde einen Monat nach der operativen Behandlung durch Untersuchung mit Röntgenstrahlen die Bildung von nativem Knochen nachgewiesen. Durch Biopsien, die an 2 patienten 4 Monate nach der operativen Behandlung durchgeführt und elektronenmikroskopisch untersucht wurden, wurde bestätigt, daß in der Alveolargegend Knochengewebe gebildet wurde, das den von 5-Methylpyrrolidinonchitosan eingenommenen Raum füllte. Daher war die Funktionalität des gleichen Zahns (Apikektomie) bzw. der benachbarten Zähne (Entfernung des Weisheitszahns) im Vergleich mit Kontrollpatienten, die auf die übliche Weise behandelt worden waren, wesentlich verbessert. In keinem Fall war eine Entzündung stärker als die normale Entzündung bei den Kontrollen.

Beispiel 8 - Verwendung in der Gerontologie

In alternder Haut geht Collagen Vernetzungsreaktionen ein und unterliegt physikalisch-chemischen Änderungen; im allgemeinen nehmen die Proteoglykane ab und ihr prozentuales Verhältnis ändert sich. Die Gefäßwände werden stärker, und weniger Sauerstoff erreicht das Hautgewebe, was bei Geschwüren und Verbrennungen ungünstige Folgen hat. Die Sauerstoffmenge sowie Nährstoffe und Zellen mit Abwehrwirkung (Leukozyten und Makrophagen), die das Hautgewebe erreichen, werden weiterhin durch Hypertonie, Ödeme, Arteriosklerose und Diabetes weiter herabgesetzt.
An Beingeschwüren leidende patienten (10, Durchschnittsalter 62) wurden bis zu 30 Tage lang mit 5-Methylpyrrolidinonchitosan-Vließen oder Gelen behandelt. Im Vergleich zu Kontrollen stellte man eine schnellere Epithelialisierung fest (7 Tage statt 15-20 Tage). Es traten keine Infektionen auf, und die Blutstillung war gut. Aus morphologischer Sicht zeigten die Kontrollen die übliche ungeordnete Ablage von Collagenfasern, während bei mit 5-Methylpyrrolidinonchitosan behandelten Patienten ordnungsgemäße Gewebestruktur der regenerierten Haut beobachtet wurde, insbesonder ordnungsgemäße Organisation und Gefäßneubildung der Derma.

Beispiel 9 - Herstellung kosmetischer Gesichtsmasken

Gesichtsmasken wurden dadurch hergestellt, daß man eine Lösung (400 g, 16 g/l) von frisch hergestelltem 5-Methylpyrrolidinonchitosan auf eine flache Oberfläche aus Polystyrol oder Glas (20 × 30 cm) goß und dies in einem belüfteten Ofen 12 Stunden bei 50ºC trocknen ließ. Die Masken aus 5-Methylpyrrolidinonchitosan wurden auch mit einem Zusatz von ethoxyliertem Rizinusöl als Weichmacher (5%) hergestellt. Die so erhaltenen durchsichtigen Filme hatten die eigenartige Eigenschaft, daß sie bei Kontakt mit Wasser ein Gel bildeten. Wurden sie daher mit befeuchteter Gesichtshaut in Kontakt gebracht, so wurden die Gesichtsmasken auf der Kontaktseite teilweise gelartig und hafteten vollständig an der Haut. Eine Gruppe von Personen (5 Damen), die an der Auswertung dieser Masken teilnahmen, berichtete einstimmig, daß die Anwendung aufgrund vollständigen und andauernden Haftens, eines angenehmen erfrischenden Gefühls und einer ansprechenden Klarheit bequem und angenehm war. Nach der Entfernung wurde über eine wirksame Hautreinigung und lang andauernde feuchtigkeitsspendende Wirkung berichtet. Die Vorteile gegenüber Collagenmasken waren: Klarheit vollständiges Haften, Fähigkeit zur Gelbildung sowie lang anhaltende Wirkung.

Beispiel 10 - Herstellung von kosmetischen Cremen

Öl-in-Wasser-Emulsionen, die folgendes enthielten, wurden hergestellt: Xalifin-15 [ethoxylierte C&sub1;&sub2;&submin;&sub1;&sub8;- Fettsäuren], 4,5 g; Glucamate SS20 [ethoxyliertes Methylglucosidstearat], 5,4 g; Glucate SS [Methylglucosidstearat], 3,6 g; Cetylalkohol [n-Esadecanol], 13,5 g; Cetiol [Ölsäureoleylester], 45,0 g; Karitébutter, 9,0 g; Wasser, 315 g; Gram-1 [Imidazolinylharnstoff], 1,25 g; Kathon-CG [Isothiazolinonchlorid], 0,75 g. Diese Formulierung wurde als Bezugsmaterial betrachtet. Durch Ersatz eines Teils des Wassers (125 g) mit ebenso viel 1%iger 5-Methylpyrrolidinonchitosanlösung erhielt man eine Creme mit guten organoleptischen Eigenschaften, guter Filmbildungsfähigkeit, guter Feuchtigkeitsspendefähigkeit und guter Hautschutzwirkung. Das rheologische Verhalten war typisch für plastische Systeme. Das Vorhandensein von 5-Methylpyrrolidinonchitosan veränderte die Empfindlichkeit der Creme gegen Verformung nicht, förderte jedoch die Wiederherstellung der Struktur nach mechanischer Beanspruchung. Bestrahlung mit Ultraviolett ergab äußerst geringe chromatische Variationen.

Claims

1. Modifizierte Chitine und Chitosane mit wiederholenden Einheiten der Formel

in der R für NH&sub2;, -NHCOCH&sub3; und R' steht, wobei R' in mindestens 30% der wiederholenden Einheiten vorliegt,

dadurch gekennzeichnet, daß R' für eine Gruppe der Formel

in einem Verhältnis von mindestens 90% steht.

2. Chemisches Verfahren zur Herstellung der modifizierten Chitine und Chitosane nach Anspruch 1, basierend auf der Auflösung und Schiff'schen Reaktion von Chitin und Chitosan mit Lävulinsäure, Pseudolävulinsäure oder Angelikalacton, und anschließend daran Hydrierung, dadurch gekennzeichnet, daß das Chitin oder Chitosan in einer Konzentration von oberhalb 6 g/l, bei Chitin oder Chitosan mit hohem Molekulargewicht vorzugsweise 20 g/l und bei Chitin oder Chitosan mit mittlerem Molekulargewicht vorzugsweise 50 g/l, vor, und daß die Hydrierung bei einem pH-Wert von über 4' vorzugsweise ungefähr 5,6, über einen Zeitraum von mindestens 3 Stunden durchgeführt wird.

3. Chemisches Verfahren zur Herstellung von modifizierten Chitinen und Chitosanen nach Anspruch 1, basierend auf der Reaktion von Chitin und Chitosan mit Lävulinatestern und Reduktion der 5-Methyl-2-pyrrolinone unter den Reaktionsbedingungen von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lävulinatester in einer organischen Säure, vorzugsweise Essigsäure, vorgelöst wird.

4. Wundverbandmaterialien, die vollständig oder teilweise aus den Produkten nach Anspruch 1 hergestellt werden, in Form von gefriergetrockneten Materialien, Pulvern, Film, Vliesen, Klebebändern, Bandagen, Membranen, Lösungen, Trockengelen, Hydrogelen, Fasern, Textilien, Geweben, Lotionen und Cremen.

5. Aus den Produkten nach Anspruch 1 hergestellte Beschichtungen für Prothesen und orthopädische Artikel, die aus Silikonen, Polyurethanen, Hydroxyapatiten und anderen biologischen Materialien hergestellt wurden.

6. Träger für die verzögerte Abgabe von Arzneimitteln, die vollständig oder teilweise aus dem Produkt nach Anspruch 1 hergestellt werden, in Form von gefriergetrockneten Materialien, Pulvern, Filmen, Membranen, Lösungen, Gelen, Fasern, Textilien, Geweben, Lotionen, Cremen und Tabletten.

7. Kosmetische Bestandteile, die aus den Produkten nach Anspruch 1 hergestellt werden, in Form von gefriergetrockneten Materialien, Pulvern, Filmen, Membranen, Lösungen und Gelen.