DE69722388T2

DE69722388T2 - Nichtpolymere epoxyverbindungen zur vernetzung von biologischem gewebe und daraus hergestellte bioprothesen

Info

Publication number: DE69722388T2
Application number: DE69722388T
Authority: DE
Inventors: B. Can HU; E. Keith MYERS; Diana Nguyen-Thien-Nhon; Ralph Kafesjian
Original assignee: Edwards Lifesciences Corp
Current assignee: Edwards Lifesciences Corp
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JP2000506050A; DE69722388D1; WO1997032615A1; EP0888142B1; US5880242A; EP0888142A1; CA2247199A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf chemische Fixiermittel, die zur Konservierung von biologischem Gewebe verwendet werden können, und insbesondere auf eine Gruppe nicht polymerer, difunktioneller Epoxidverbindungen, die biologische Gewebe und damit hergestellte konservierte biologische Prothesen vernetzen können.
Hintergrund der Erfindung
i. Zur Prothesentransplantation verwendete biologische Kollagengewebe
Bislang wurden verschiedene Gewebe biologischen Ursprungs als Prothesentransplantate für die chirurgische Implantation in oder Befestigung an dem Körper eines Patienten verwendet. Der Begriff „Transplantat", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen beliebigen, für die nachfolgende Implantation oder Transplantation verwendeten Gewebe- oder Organtyp einschließlich z.B. bestimmter kardiovaskulärer Gewebe (z.B. Segmente von Blutgefäßen, Herzklappen, Perikard), Integumentgewebe (z.B. Haut), Sehnen oder anderer Gewebe, die aus Human- oder anderen Säugetierquellen gewonnen wurden.
Vor der chirurgischen Implantation oder Transplantation eines Transplantats biologischen Ursprungs wird das Transplantatgewebe typischerweise einer chemischen Tannierungs- oder Konservierungsbehandlung unterzogen. Anschließend wird das konservierte Gewebe aufbewahrt, bis es für eine chirurgische Implantation oder Transplantation in den Körper eines Patienten benötigt wird.
Biologische Gewebe des Typs, der für Allotransplantate oder Xenotransplantate beim Menschen verwendet wird (z.B. Herzklappen, Perikard, Blutgefäß, Haut, usw.), enthalten typischerweise eine Bindegewebsmatrix. Eine solche Bindegewebsmatrix dient als Stützrahmen für das Gewebe. In diesem Bindegewebsrahmen befindet sich das zelluläre Parenchym des lebenden Gewebes und wird von ihm unterstützt. Kollagen und Elastin sind zwei Substanzen, aus dem der Bindegewebsrahmen der meisten biologischen Gewebe besteht. Die Biegsamkeit bzw. Starrheit eines biologischen Gewebes wird hauptsächlich durch die darin enthaltenen relativen Kollagen- und Elastinmengen und/oder die physikalische Struktur und Konfiguration des Bindegewebsrahmens bestimmt.
Kollagen ist eine natürlich vorkommende Substanz, die auf der Molekülebene aus drei helixartig gewundenen, miteinander verschlungenen Polypeptidketten besteht. Die Aminosäurebestandteile der einzelnen Polypeptidketten sind jeweils über Kohlenstoffbindungen mit den angrenzenden Aminosäuren einer benachbarten Polypeptidkette verbunden. Solche Aminosäurebindungen dienen dazu, die Polypeptidketten in der Dreifachhelix des Kollagenmoleküls zu halten.
Biologische Kollagengewebe können für die anschließende chirurgische Transplantation und/oder Implantation in einem chemischen „Fixier"-Prozess tanniert oder konserviert werden, bei dem ein oder mehrere chemische Vernetzungsmittel, die chemische Vernetzungen zwischen den Aminogruppen der Kollagenmoleküle bilden können, auf das Kollagennetz des Transplantatgewebes einwirken.
Die durch das Fixiermittel gebildeten chemischen Vernetzungen schließen „intramolekulare" und „intermolekulare" Vernetzungen ein. Intramolekulare Vernetzungen werden zwischen den Amingruppen benachbarter Polypeptidketten innerhalb eines Kollagenmoleküls gebildet, wohingegen intermolekulare Vernetzungen zwischen Amingruppen auf verschiedenen Kollagenmolekülen gebildet werden. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, eine im Wesentlichen vollständige intramolekulare Vernetzung des Kollagens in einem biologischen Transplantatmaterial zu erreichen, bei der es nur zu einer minimalen Bildung intermolekularer Vernetzungen innerhalb eines solchen Materials kommt. De facto wird eine hohe intramolekulare Vernetzungsdichte und eine geringe intermolekulare Vernetzungsdichte typischerweise mit der wünschenswertesten Konservierung und den wünschenswertesten physikalischen Eigenschaften des entstehenden biologischen Transplantats assoziiert.
ii. Zur Vernetzung von Kollagengeweben verwendete Fixiermittel
Chemische Verbindungen, die bekanntermaßen als Fixiermittel zur Vernetzung von Kollagen verwendet werden können, schließen Formaldehyd, Glutaraldehyd, Dialdehydstärke, Hexamethylendiisocyanat und bestimmte Polyepoxidverbindungen ein.
Polyepoxidverbindungen, die bislang für ihre Verwendung als Kollagenvernetzungsmittel bekannt waren, werden in den US-Patenten Nr. 4,806,959 (Noishiki et al.) und 5,080,670 (Imamura et al.) beschrieben. Zumindest einige dieser bislang bekannten Polyepoxidfixiermittel sind im Handel unter dem Warenzeichen Denacol^TM von Nagase Chemicals, Ltd., Osaka, Japan erhältlich. Eine difunktionelle Epoxidverbindung, die zur Verwendung als Kollagenvernetzungsmittel offenbart wurde, ist insbesondere eine Verbindung auf Ethylenglycoldiglycidylether-Basis, die im Handel von Nagase Chemicals, Ltd., Osaka, Japan unter der Bezeichnung Denacol Ex-810 erhältlich ist. Die chemische Struktur von Denacol Ex-810 lautet wie folgt: Denacol Ex-810
(Denacol Ex-810 ist ein Gemisch aus verwandten Substanzen, bei dem n = 0, 1, 2 und 3 ist)
Wie angegeben handelt es sich bei Denacol Ex-810 eigentlich um ein Gemisch aus verschiedenen verwandten molekularen Substanzen, die jeweils ein unterschiedliches Molekulargewicht aufweisen, basierend auf der Anzahl (n) sich wiederholender molekularer Untereinheiten (dargestellt in der nachfolgenden Strukturformel), die gleich 0, 1, 2 und 3 ist.
Andere Epoxidverbindungen, die zur Verwendung als Kollagenvernetzungsmittel offenbart wurden, schließen diejenigen ein, die im Handel als Denacol Ex-313 und Denacol Ex-314 von Nagase Chemicals, Ltd., Osaka, Japan erhältlich sind. Denacol Ex-313 und Ex-314 sind spezifisch in dem US-Patent Nr. 5,080,670 (Imamura et al.) beschrieben. Denacol Ex-313 und Denacol Ex-314 sind Mischungen verschiedener relativer Mengen der folgenden molekularen verwandten Substanzen (A-D):
Da Denacol Ex-313 und Ex-314 verschiedene relative Mengen dieser vier (4) molekularen verwandten Substanzen (A-D) enthalten, unterscheiden sich das durchschnittliche Molekulargewicht und die Epoxidfunktionalität von Denacol Ex-313 und Denacol Ex-314. Das veröffentlichte durchschnittliche Molekulargewicht von Denacol Ex-313 beträgt 270 und die veröffentlichte durchschnittliche Funktionalität 2,0. Das veröffentlichte durchschnittliche Molekulargewicht von Denacol Ex-314 beträgt 320 und seine veröffentlichte durchschnittliche Epoxidfunktionalität 2,3.
Im Allgemeinen bewirken Vernetzungsmittel eines niedrigen Molekulargewichts eine relativ rasche Kollagenvernetzung, während Vernetzungsmittel eines hohen Molekulargewichts diesbezüglich relativ langsam agieren. Daher kann die Vernetzungsdichte oder die Anzahl der gebildeten Vernetzungen bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck sowohl durch die Einwirkzeit der Fixiermittel- (d.h. Vernetzungsmittel-) Lösung als auch durch das Molekulargewicht (bzw. die Molekulargewichtsverteilung) des/der jeweiligen verwendeten Vernetzungsmittels) beeinflusst werden. Darüber hinaus kann die Vernetzungsdichte oder die Anzahl der in dem Kollagennetz gebildeten Vernetzungen durch andere Faktoren wie a) die Konzentration des Vernetzungsmittels in der Fixierlösung, b) den pH-Wert der Fixierlösung und c) unwesentliche oder wesentliche Veränderungen der physikalischen Bedingungen wie Temperatur und Druck beeinflusst werden.
Ein Verfahren zur Ermittlung der Vernetzungsdichte oder der relativen Anzahl der in einem Kollagengewebe gebildeten Vernetzungen ist der Einsatz eines als Ninhydrintest bekannten chemischen Tests. Der Ninhydrintest misst die Anzahl der nicht gebundenen Amin (NH₂)-Gruppen in dem Kollagengewebe. Da sich die Vernetzungsmittel an die Amingruppen der Kollagenmoleküle binden, ist die aktuelle Anzahl nicht gebundener Amingruppen ein direkter Indikator für die Vollständigkeit der erfolgten Vernetzung. Diesbezüglich weisen hohe Ninhydrintestwerte auf einen relativ unvollständigen Zustand der Vernetzung des Kollagengewebes hin, wohingegen niedrigere Ninhydrintestwerte auf eine relativ vollständige Vernetzung des Kollagengewebes deuten.
Die WO94/19841 offenbart biologische Transplantate wie Gefäßprothesen, Hauttransplantate, Herzklappen und dergleichen, die vernetztes Kollagen sowie chemische Verbindungen wie Glycoldiglycidylether, die sich für die Vernetzung von Kollagen eignen, enthalten.
iii. Probleme und Beschränkungen im Zusammenhang mit vernetzten Kollagentransplantaten
Ein Nachteil bei chemisch vernetzen biologischen Kollagentransplantatmaterialien ist, dass Reste des chemischen Vernetzungsmittels in dem Transplantat verbleiben und die Biokompatibilität und/oder Gewebeaffinität des Transplantatmaterials beeinträchtigen können.
Im Stand der Technik versuchten Wissenschaftler dieses Problem zu lösen, indem sie chemische Neutralisierungsmittel verwendeten, die restliches oder nicht umgesetztes Vernetzungsmittel in dem Transplantat chemisch neutralisieren oder deaktivieren. Beispiele für US-Patente aus dem Stand der Technik, die Verfahren beschreiben, bei denen Kollagentransplantatmaterialien mit fixierenden chemischen Deaktivierungs- oder Neutralisierungsmitteln behandelt werden, schließen das US-Patent Nr. 3,974,526 (Dardik) mit dem Titel „Vascular prostheses and process for producing the saure", das US-Patent Nr. 3,988,782 (Dardik) mit dem Titel „Non-antigenic, non-thrombogenic infectionresistant grafts from umbilical cord vessels and processes for preparing and using saure" sowie das US-Patent Nr. 4,553,374 (Dewanjee) mit dem Titel „Treatment of collagenous tissue with glutaraldehyde and aminodiphosphonate calcification inhibitor" ein.
Bei vielen Anwendungszwecken werden fixierte biologische Transplantatmaterialien auf eine Weise in den Körper des Wirts transplantiert, in deren Folge es zu einem direkten Kontakt zwischen den spezifischen Bereichen oder Teilen des Transplantats und bestimmten Wirtsgeweben kommt. Daher kann die Inkompatibilität zwischen dem Transplantat und dem Wirtsgewebe Probleme mit der Biokompatibilität des Transplantats oder Transplantat-Wirt-Reaktionen verursachen. Die Menge des chemischen Fixiermittels in einem bestimmten Bereich sowie der Anteil oder die Oberfläche eines Transplantats können die Biokompatibilität dieses Anteils oder der Oberfläche des Transplantats mit dem angrenzenden Wirtsgewebe beeinflussen.
Bei vielen Anwendungszwecken ist eine ausreichende Bioaffinität erforderlich, um zu gewährleisten, dass das Gewebetransplantat eine Endothelisierung (z.B. eine In-situ-Endothelisierung eines Gefäßtransplantats mittels Regeneration des Blutstromes oder eine In-vitro-Endothelisierung einer Transplantatoberfläche vor der chirurgischen Implantation) erfährt. Gefäßtransplantate biologischen Ursprungs werden typischerweise mittels End-to-end-Anastomose in ein Blutgefäß des Wirts implantiert, so dass das Blut direkt durch das Lumen des Transplantats fließt.
Ein weiteres Problem bei chemisch vernetzen Kollagentransplantaten ist, dass der chemische Vernetzungsprozess zu einer Versteifung oder Verfestigung des Transplantatgewebes führen kann. Eine solche Versteifung oder Verfestigung des Transplantatgewebes kann bei der nachfolgenden Handhabung des Gewebes zur Bildung des gewünschten Transplantatmaterials und/oder der chirurgischen Implantation und Anastomose des Gewebes in den Empfängerwirt Schwierigkeiten bereiten.
Ein weiteres Problem bei chemisch vernetzten Kollagentransplantaten ist die Verkalkung des Transplantats nach seiner Implantation. Eine solche Verkalkung des implantierten Transplantats kann bei biologischen Herzklappenprothesen besonders problematisch sein, da eine solche Verkalkung unter Umständen bewirkt, dass die flachen Klappensegmente starr werden und ihre vorgesehene hämodynamische Ventilfunktion nicht mehr ausüben können.
In Anbetracht der obigen Probleme mit den chemisch vernetzen biologischen Kollagentransplantatmaterialien besteht im Stand der Technik weiterhin der Bedarf an der Entwicklung verbesserter chemischer Fixiermittel, die keine inakzeptable Transplantat-Wirt-Reaktivität bewirken und/oder keine inakzeptable Verkalkung nach der Implantation erfahren und/oder keine inakzeptable Versteifung des vernetzen Gewebes bewirken.
Die EP 0 097 907 offenbart Mikroträger, die ein Protein wie Kollagen umfassen, das durch ein Mittel mit funktionellen Gruppen wie Aldehyde, Epoxide, Haloalkyle, Haloaryle, Isothiocyanate und Isocyanate vernetzt ist. Ein bevorzugtes Vernetzungsmittels ist 1,4-Butandioldiglycidylether.
Zusammenfassung der Erfindung
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt bestimmte nicht-polymere Epoxidverbindungen zur Verfügung, die bei einem Verfahren zur Tannierung von biologischen Kollagenmaterialien (z.B. Herzklappen, Perikard, Blutgefäße, Haut, usw.) verwendet werden.
Gemäß dem Verfahren werden Epoxidverbindungen für die Vernetzung biologischer Materialien zur Verfügung gestellt, wobei die Verbindungen die allgemeine Strukturformel: R₁-CH₂-O-X-O-CH₂-R₂ besitzen, in der das Molekülgerüst X entweder a) ein geradkettiger aliphatischer Kohlenwasserstoff mit mindestens vier (4) und nicht mehr als fünf (5) direkt miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen ist, wobei der geradkettige aliphatische Kohlenwasserstoff keine seitlichen Verzweigungen aufweist und endständige Kohlenstoffatome an seinen Enden besitzt, und die endständigen Kohlenstoffatome an den Enden des geradkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffs an die in der vorangegangenen allgemeinen Formel dargestellten Sauerstoffatome gebunden sind, b) ein substituierter aromatischer Kohlenwasserstoff ist oder c) ein substituierter oder nicht substituierter zykloaliphatischer Kohlenwasserstoff ist, und in der mindestens eine der endständigen Gruppen R₁ oder R₂ eine Epoxidgruppe und die andere endständige Gruppe R₁ oder R₂ entweder a) eine Epoxidgruppe, b) eine Aldehydgruppe, c) eine Isocyanatgruppe oder d) eine Thiocyanatgruppe ist.
Ebenfalls erfindungsgemäß werden Verfahren zur Vernetzung von Kollagengeweben bereitgestellt, bei denen eine oder mehrere Verbindungen der zuvor beschriebenen allgemeinen Formel in einem flüssigen Lösungsmittel gelöst werden und anschließend ein biologisches Kollagentransplantatmaterial so lange in diese Lösung eingetaucht oder anderweitig damit in Kontakt gebracht wird, bis das Kollagengewebe zu einer gewünschten Vernetzungsdichte vernetzt ist. Beispiele für die Arten von Kollagengewebe, die verwendet werden können, schließen Herzklappen, Perikard, Blutgefäße, Sehnen, Haut, usw. ein.
Ebenfalls erfindungsgemäß werden fixierte biologische Transplantatartikel, die nach dem vorangegangenen Verfahren hergestellt werden, bereitgestellt, wobei solche Artikel vernetzte Herzklappen, Perikard, Blutgefäße, Sehnen, Haut, usw. einschließen, jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt sind.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Lesen und Verstehen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt einen Vergleich der Dünnschichtchromatogramme der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten 1,4-Butandioldiglycidylether-Verbindung und Decanol^TM 810 dar.
2 stellt ein Gelpermeationschromatogramm dar, das 1,4-Butandioldiglycidylether und Denacol^TM 810 vergleicht.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die folgende detaillierte Beschreibung und die darin dargestellten Beispiele werden nur zum Zwecke der Beschreibung und Veranschaulichung derzeit bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung bereitgestellt und sollen den Umfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.
Die Verbindungen zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besitzen die allgemeine Strukturformel: R₁-CH₂-O-X-O-CH₂-R₂
Gemäß dieser allgemeinen Strukturformel besitzen alle Verbindungen ein Molekulargerüst X und zwei endständige Gruppen R₁ und R₂.
Das Molekülgerüst X umfasst vorzugsweise entweder a) einen aliphatischen Kohlenwasserstoff aus einer geraden Kohlenstoffkette mit mindestens vier (4) und nicht mehr als fünf (5) direkt miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen, wobei der geradkettige aliphatische Kohlenwasserstoff keine seitlichen Verzweigungen aufweist und endständige Kohlenstoffatome an beiden Enden besitzt, und die endständigen Kohlenstoffatome an den Enden des geradkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffs an die Sauerstoffatome der vorangegangenen allgemeinen Formel gebunden sind, b) einen substituierten aromatischen Kohlenwasserstoff oder c) einen substituierten oder nicht substituierten zykloaliphatischen Kohlenwasserstoff. Ungeachtet der spezifischen Zusammensetzung des Molekülgerüstes X sind die gegenüber liegenden Enden eines solchen Molekülgerüstes X, wie in der oben aufgeführten allgemeinen Formel dargestellt, vorzugsweise direkt an die Sauerstoffatome des Moleküls gebunden.
Beispiele für spezifische aliphatische Kohlenwasserstoffe, die aus geraden Kohlenstoffketten mit mindestens vier (4) direkt miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen bestehen, die als Molekülgerüst X verwendet werden können, schließen n-Butyl (-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-) und n-Pentyl (-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-) ein, sind aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Dieser geradkettige aliphatische Kohlenwasserstoff hat vorzugsweise eine Länge von entweder 4 oder 5 Kohlenstoffen; um ein Molekül optimaler Größe für die Kollagenvernetzung bereitzustellen. Die gerade Kohlenstoffkette des aliphatischen Kohlenwasserstoffes besitzt außerdem vorzugsweise keine seitlichen Verzweigungen, die die Kollagenvernetzungsfunktion des Moleküls sterisch oder anderweitig behindern würden.
Beispiele für substituierte aromatische Kohlenwasserstoffe, die zur Bildung des Molekülgerüstes X verwendet werden können, schließen Chlorphenyl, Dichlorphenyl, Fluorphenyl oder Difluorphenyl ein, sind jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
Beispiele für substituierte und nicht substituierte zykloaliphatische Kohlenwasserstoffe, die zur Bildung des Molekülgerüstes X verwendet werden können, schließen Cyclohexan und Chlorcyclohexan ein, sind jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
Das Molekülgerüst X der erfindungsgemäßen nicht polymeren Epoxidverbindungen besitzt vorzugsweise eine Größe, die dazu führt, dass die funktionellen Gruppen R₁ und R₂ so voneinander beabstandet sind, dass es zu einer intramolekularen Vernetzung zwischen den Kollagenmolekülen kommt.
Mindestens eine der endständigen Gruppen R₁, R₂ ist eine Epoxidgruppe mit der Struktur:
Die andere endständige Gruppe R₁, R₂ kann entweder:

c) eine Isocyanatgruppe der Struktur -N=C=O oder
d) eine Thiocyanatgruppe der Struktur -N=C=S sein.

Weiterhin sind alle erfindungsgemäßen Kollagenvernetzungsverbindungen der zuvor dargestellten allgemeinen Formel bevorzugt in einer Aufbereitung formuliert, die im Wesentlichen aus dieser bestimmten Kollagenvernetzungsverbindung besteht und im Wesentlichen keine anderen verwandten Substanzen, Molekülfragmente, andere chemische Verbindungen oder Verunreinigungen, die die Geschwindigkeit und/oder Vollständigkeit der Kollagenvernetzung durch das Mittel durch direkte Umsetzung mit dem Kollagen oder einer zuvor definierten Verbindung beeinträchtigen würden, enthält.
Bei vielen Anwendungszwecken werden vorzugsweise Kollagenvernetzungsverbindungen ausgewählt; die in wässriger Lösung bis zu mindestens 4 Gew.-% und vorzugsweise bis zu etwa 10 Gew.-% löslich sind.
BEISPIEL I
(Bevorzugte Kollagenvernetzungsverbindung)
Die folgende, derzeit bevorzugte Verbindung zur Verwendung bei einem Verfahren zur Tannierung von Kollagenmaterial ist in Wasser löslich und in wässriger Lösung als Fixier- (d.h. Vernetzungs-) Mittel für biologische Kollagenmaterialien verwendbar.
(Chemischer Name: 1,4-Butandioldiglycidylether)
Gemäß dieser derzeit bevorzugten Verbindung ist das Molekülgerüst X eine n-Butyl-Gruppe (-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-) und die endständigen Gruppen R₁ und R₂ sind jewails eine Epoxidgruppe
.
Diese bevorzugte Verbindung wird in einer Fixierlösung hergestellt, die keine anderen aminreaktiven Verbindungen oder verwandte Substanzen oder Fragmente der zuvor dargestellten bevorzugten Verbindung mit Molekulargewichten oder Molekularstrukturen, die von den in der obigen chemischen Formel für diese bevorzugte Verbindung dargestellten abweichen, enthält.
Diese derzeit bevorzugte Verbindung ist in Wasser löslich und kann in wässriger Lösung für die Fixierung von Kollagengewebe durch Eintauchen des Kollagengewebes in eine solche Zugangslösung hergestellt werden. Die Konzentration des 1,4-Butandioldiglycidylethers in einer solchen Zugangslösung kann je nach vorgesehenem Anwendungszweck und/oder Art des zu vernetzenden Kollagengewebes unterschiedlich sein. Bei vielen Anwendungszwecken können Konzentrationen von etwa 4 Gew.-% verwendet werden.
Es folgen Beispiele für Verfahren, bei denen die derzeit bevorzugte Verbindung zur chemischen Vernetzung bestimmter Arten biologischen Kollagenmaterials und damit zur Bildung konservierter, chirurgischer, implantierbarer Bioprothesen verwendet werden kann.
BEISPIEL II
(Herstellung einer perikardialen Herzklappenprothese)
A. Gewinnung und Herstellung von Perikardgewebe
Aus Spendertieren werden Rinderherzbeutel entnommen und in Perikardgewebesegmente der gewünschten Größe und Form geschnitten. Die einzelnen Perikardgewebesegmente werden mit steriler Salzlösung gründlich gereinigt und überschüssiges oder umliegendes Bindegewebe oder Fett weggeschnitten.
B. Herstellung der Testlösungen
Es werden vier (4) Gew.-% wässrige Lösungen von 1,4-Butandioldiglycidylether, Decanol EX 313 (Nagase Chemicals Ltd., Osaka, Japan) und Decanol EX 810 (Nagase Chemicals Ltd., Osaka, Japan) hergestellt und diese Testlösungen jeweils in einen separaten Behälter. gestellt.
C. Fixierung des Perikardgewebes
Die Perikardgewebesegmente werden in geeignete Gewebebefestigungsvorrichtungen eingespannt, um ihre gewünschte Form oder Ausrichtung während des Fixierprozesses beizubehalten. Anschließend werden die Perikardgewebesegmente und ihre Einspannvorrichtungen in Gruppen getrennt und die einzelnen Gewebesegmentgruppen jeweils in eine der Testlösungen (d.h. 1,4-Butandioldiglycidylether, Decanol Ex-313 oder Decanol Ex-810) eingetaucht. Die Testlösungen werden bei Raumtemperatur gehalten. Anschließend werden nach 72- bzw. 144-stündiger Einwirkzeit aus dem Decanol Ex-810-Bad und nach 24-, 48- und 144-stündiger Einwirkzeit aus dem 1,4-Butandioldiglycidylether und dem Decanol Ex-313-Bad Gewebesegmente entnommen.
Nach der Entnahme aus den Testlösungsbädern werden die Perikardgewebesegmente Ninhydrintests unterzogen, um die Konzentration freier Aminogruppen darin zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Ninhydrintests sind wie folgt:
Die Ergebnisse dieser Ninhydrintests deuten darauf hin, dass die Vollständigkeit der Kollagenvernetzung durch den erfindungsgemäßen 1,4-Butandioldiglycidylether nach 144-stündiger Einwirkung erheblich größer war als die durch Decanol Ex-113 und Decanol Ex-810 erzielte.
D. Herstellung von perikardialen Herzklappenprothesen
Die fixierten Perikardgewebesegmente werden aus ihren Einspannvorrichtungen entfernt, in herzklappenförmige flache Segmente geschnitten und gemäß bekannter Verfahren zur Herstellung solcher Rinderperikardherzklappen mittels Annähen an perikardialen Aortenklappenstents befestigt.
Es wurde subjektiv bemerkt, dass das mit der 1,4-Butandioldiglycidylether-Verbindung vernetzte Perikardgewebe leichter zu handhaben und an den Klappenstent zu nähen ist als die Perikardgewebe, die durch Denacol Ex-313 oder Denacol Ex-810 vernetzt worden waren.
E. Aufbewahrung der perikardialen Herzklappenprothesen
Die perikardialen Herzklappenprothesen, die aus flachen Segmenten bestehen, die aus dem in 1,4-Butandioldiglycidylether fixierten Gewebe gebildet sind, wurden nachfolgend durch Eintauchen in 4 Gew.-% wässrigen 1,4-Butandioldiglycidylether über einen Zeitraum von 1, 2 bzw. 6 Tagen aufbewahrt. Die Schrumpftemperaturen dieser fixierten flachen Perikardgewebesegmente wurden nach 1-, 2- bzw. 6-tägiger Aufbewahrung in der 1,4-Butandioldiglycidylether-Lösung bestimmt. Die Schrumpftemperatur dieser fixierten flachen Perikardgewebesegmente betrug nach 1-tägiger Aufbewahrung 77°, nach 2-tägiger Aufbewahrung 77° und nach 6-tägiger Aufbewahrung 76°C. Diese relativ stabilen Schrumpftemperaturen deuten darauf hin, dass die Eigenschaften des fixierten Perikardgewebes während der 6-tägigen Aufbewahrung in der 4% 1,4-Butandioldiglycidylether-Lösung im Wesentlichen unverändert geblieben waren.
BEISPIEL III
(Vergleich des 1,4-Butandioldiglycidylether-Fixiermittels mit Decanol Ex-810)
Das in Beispiel I zuvor beschriebene, erfindungsgemäße, bevorzugte Fixiermittel ist insofern vorteilhaft, da es eine einfache Molekülstruktur aufweist, die die Synthese einer solchen Verbindung in hochreiner Form ermöglicht. Darüber hinaus begünstigen Molekulargewicht, Größe und Reaktivität der 1,4-Butandioldiglycidylether-Verbindung eine rasche intramolekulare Vernetzung der Kollagengewebe in einer Weise, die dem vernetzen Gewebetransplantat wünschenswerte physikalische und chemische Eigenschaften verleiht. Auch die 1,4-Butandioldiglycidylether-Verbindung ist in einer wässrigen Umgebung leicht löslich, so dass die Notwendigkeit einer Zugabe potentiell toxischer organischer Lösungsmittel zu der Fixierlösung vermieden wird.
In diesem Beispiel wurden der in Beispiel I zuvor beschriebene 1,4-Butandioldiglycidylether und Denanol^TM 810 (Nagase Chemicals, Ltd., Osaka, Japan) einer Dünnschichtchromatographie unter Verwendung einer Whatman K6 60 Å TLC-Silicaplatte einer Stärke von 250 μm unterzogen. Als Trägerlösungsmittel wurde ein Chloroform-Methanol-Gemisch (95 Vol.-%/5 Vol.-%) verwendet und als Visualisierungsreagens Ioddampf.
1 stellt einen Vergleich der Dünnschichtchromatogramme dieser Verbindungen dar, der darauf hindeutet, dass die 1,4-Butandioldiglycidylether-Verbindung im Vergleich zu Denacol^TM 810 eine hohe Auflösung und Reinheit aufweist.
In diesem Beispiel wurde der 1,4-Butandioldiglycidylether von Beispiel I außerdem mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) (auch bekannt als Größenausschlusschromatographie, SEC) mit Denacol^TM 810 (Nagase Chemicals, Ltd., Osaka, Japan) verglichen. In diesem Beispiel wurde eine Perkin Elmer 250 Binär-LC-Pumpe mit einem Hewlett Packard Serie 1050-Autosampler mit vier (4) 30 cm großen Ultrastyragelsäulen, 500 Å, 100 Å und 50 Å, die zur Erhöhung der Auflösung des Gelpermeationschromatogramms in Reihe geschaltet waren, verwendet. Mengen von 1,4-Butandioldiglycidylether und Denacol^TM 810 wurden in Tetrahydrofuran (THF) auf Konzentrationen von 0,5% gelöst. Die mobile Phase bestand aus THF. Die Fließgeschwindigkeit betrug 1,0 ml/Min. Das Injektionsvolumen betrug 100 μl. Die Temperatur der einzelnen Säulen wurde während dieses Experiments gesteuert und bei 35° gehalten.
2 stellt den GPC-Vergleichsscan von a) 1,4-Butandioldiglycidylether, b) Denacol^TM 810 und c) dem verwendeten Lösungsmittels dar. Wie gezeigt lagen bei Denacol^TM 810 bei verschiedenen Molekulargewichten mehrere Peaks vor, während bei 1,4-Butandioldiglycidylether nur ein einziger Peak beobachtet wurde. Dies bestätigt, dass die hierin verwendete 1,4-Butandioldiglycidylether-Aufbereitung im Wesentlichen aus einer einzigen chemischen Verbindung besteht und keine Verunreinigungen, verwandte Substanzen und/oder andere chemische Verbindungen, die mit Kollagen reagieren oder mit dem 1,4-Butandioldiglycidylether selbst autoreagieren könnten, enthält.
Der Fachmann erkennt, dass die vorliegende Erfindung zuvor lediglich mit Bezug auf bestimmte, derzeit bevorzugte Ausführungsformen oder Beispiele beschrieben wurde und kein Versuch gemacht wurde, alle möglichen Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann, erschöpfend zu beschreiben oder aufzulisten. Tatsächlich können verschiedene Zusätze, Auslassungen, Modifikationen und Änderungen der zuvor beschriebenen spezifischen Ausführungsformen und Beispiele erfolgen, ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Dementsprechend ist vorgesehen, dass alle solche Zusätze, Auslassungen, Modifikationen und Änderungen im Umfang der nachfolgenden Ansprüche enthalten sind.

Claims

Verfahren zur Tannierung kollagener biologischer Transplantatgewebe für eine nachfolgende chirurgische Transplantation und/oder Implantation, wobei das Verfahren umfasst, das Kollagengefüge des Transplantatgewebes der Einwirkung einer oder mehrerer chemischer Vernetrungsverbindungen der Formel: R₁-CH₂-O-X-O-CH₂-R₂ auszusetzen, in der das Molekülgerüst X entweder a) ein aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einer geraden Kohlenstoffkette aus mindestens vier und nicht mehr als fünf direkt aneinander gebundenen Kohlenstoffatomen ist, wobei die gerade Kohlenstoffkette keine seitlichen Verzweigungen aufweist und die endständigen Kohlenstoffatome an den Enden der geraden Kohlenstoffkette an die Sauerstoffatome der Formel gebunden sind, b) ein substituierter aromatischer Kohlenwasserstoff ist oder c) ein substituierter oder nicht substituierter zykloaliphatischer Kohlenwasserstoff ist, und in der mindestens eine der endständigen Gruppen R₁, R₂ eine Epoxidgruppe und die andere endständige Gruppe R₁, R₂ entweder a) eine Epoxidgruppe, b) eine Aldehydgruppe, c) eine Isocyanatgruppe oder d) eine Thiocyanatgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem X ein geradkettiger aliphatischer Kohlenwasserstoff aus vier direkt aneinander gebundenen Kohlenstoffatomen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem X ein aus der Gruppe bestehend aus n-Butyl oder n-Pentyl ausgewählter geradkettiger aliphatischer Kohlenwasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem X ein aus der Gruppe bestehend aus Chlorphenyl, Dichlorphenyl, Fluorphenyl und Difluorphenyl ausgewählter substituierter aromatischer Kohlenwasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem X ein aus der Gruppe bestehend aus Cyclohexan und Chlorcyclohexan ausgewählter zykloaliphatischer Kohlenwasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem R₁ und R₂ Epoxidgruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine der Gruppen R₁ und R₂ eine Epoxidgruppe und die andere eine Aldehydgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine der Gruppen R₁ und R₂ eine Epoxidgruppe und die andere eine Isocyanatgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine der Gruppen R₁ und R₂ eine Epoxidgruppe und die andere eine Thiocyanatgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die oder jede Komponente im wesentlichen aus der allgemeinen Formel besteht und im wesentlichen keine anderen Verunreinigungen, Substanzen, die mit der Verbindung verwandt sind, und andere chemische Verbindungen, die mit Kollagen oder der Verbindung reagieren, enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die oder jede Verbindung in einer wässrigen Lösung in Konzentrationen von mindestens 4 Gew.-% löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die oder jede Verbindung in einer wässrigen Lösung in Konzentrationen von mindestens 10 Gew.-% löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung 1,4-Butandioldiglycidylether ist.
Biologisches Gewebetransplantat, das ein kollagenhaltiges Gewebe umfasst, das durch eine Verbindung der allgemeinen Formel: R₁-CH₂-O-X-O-CH₂-R₂ vernetzt wird, in der das Molekülgerüst X entweder a) ein aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einer geraden Kohlenstoffkette aus mindestens vier und nicht mehr als fünf direkt aneinander gebundenen Kohlenstoffatomen ist, wobei die gerade Kohlenstoffkette keine seitlichen Verzweigungen aufweist und endständige Kohlenstoffatome an beiden Enden besitzt, wobei die endständigen Kohlenstoffatome an den Enden der geraden Kohlenstoffkette an die in der allgemeinen Formel dargestellten Sauerstoffatome gebunden sind, b) ein substituierter aromatischer Kohlenwasserstoff ist oder c) ein substituierter oder nicht substituierter zykloaliphatischer Kohlenwasserstoff ist, und in der mindestens eine der endständigen Gruppen R₁, R₂ eine Epoxidgruppe und die andere endständige Gruppe R₁, R₂ entweder a) eine Epoxidgruppe, b) eine Aldehydgruppe, c) eine Isocyanatgruppe oder d) eine Thiocyanatgruppe ist.
Biologisches Gewebetransplantat nach Anspruch 14, bei dem das kollagenhaltige Gewebe eine Säugetierherzklappe umfasst.
Biologisches Gewebetransplantat nach Anspruch 14, bei dem das kollagenhaltige Gewebe eine Säugetierkardiovaskulärklappe umfasst.
Biologisches Gewebetransplantat nach Anspruch 14, bei dem das kollagenhaltige Gewebe ein Blutgefäßsegment umfasst.
Biologisches Gewebetransplantat nach Anspruch 14, bei dem das kollagenhaltige Gewebe eine Sehne umfasst.
Biologisches Gewebetransplantat nach Anspruch 14, bei dem das kollagenhaltige Gewebe Haut umfasst.
Biologisches Gewebetransplantat nach Anspruch 14, bei dem das kollagenhaltige Gewebe praktisch in Abwesenheit anderer Verunreinigungen, verwandter Verbindungen, Molekülfragmenten und anderer chemischer Verbindungen, die die Kollagenvernetrung durch die Verbindung mittels direkter Reaktion entweder mit dem Kollagen oder der Verbindung beeinträchtigen würden, durch die Verbindung vernetzt wird.
Verbindung zur Vernetzung von Kollagen, wobei die Verbindung die Formel: R₁-CH₂-O-X-O-CH₂-R₂ besitzt, in der das Molekülgerüst X entweder aus (i) einem substituierten aromatischen Kohlenwasserstoff ausgewählt aus Chlorphenyl, Dichlorphenyl, Fluorphenyl und Difluorphenyl und (ii) einem zykloaliphatischen Kohlenwasserstoff ausgewählt aus Cyclohexan und Chlorcyclohexan ausgewählt ist, mindestens eine der endständigen Gruppen R₁, R₂ eine Epoxidgruppe und die andere endständige Gruppe R₁, R₂ entweder (a) eine Epoxidgruppe, (b) eine Aldehydgruppe, (c) eine Isocyanatgruppe oder (d) eine Thiocyanatgruppe ist.
Verbindung nach Anspruch 21, bei der die oder jede Verbindung aus der allgemeinen Formel besteht und keine anderen Verunreinigungen, Substanzen, die mit der Verbindung verwandt sind, und andere chemische Verbindungen, die mit dem Kollagen oder der Verbindung reagieren, enthält.
Verbindung nach Anspruch 21, bei der die oder jede Verbindung in einer wässrigen Lösung in Konzentrationen von mindestens 4 Gew.-% löslich ist.
Verbindung nach Anspruch 23, bei der die oder jede Verbindung in einer wässrigen Lösung in Konzentrationen von mindestens 10 Gew.-% löslich ist.
Kollagenvernetzungslösung, die eine Verbindung nach Anspruch 21 umfasst, die in einem Lösungsmittel gelöst ist, wobei die Lösung keine anderen Verunreinigungen, verwandte Verbindungen, Molekülfragmente und andere chemische Verbindungen enthält, die die Kollagenvernetzung durch die Verbindung mittels direkter Reaktion entweder mit dem Kollagen oder der Verbindung beeinträchtigen würden.