DE3430503A1 - Dialysemembran aus modifizierter cellulose mit verbesserter biokompatibilitaet - Google Patents

Description

• Dialysemembran aus modifizierter Cellulose
• mit verbesserter Biokompatibilität Wuppertal Die Erfindung betrifft eine Dialysemembran für die Hämodialyse in Form von Flachfolien, Schlauchfolien oder Hohlfäden aus durch Substitution modifizierter Cellulose.
• Dialysemembranen aus Cellulose für die Hämodialyse in Form von Flachfolien, Schlauchfolien oder Hohlfäden sind bereits seit längerem bekannt und werden nach wie vor bevorzugt in künstlichen Nieren eingesetzt. Einige Beschwerden verursachende Eigenschaften ließen sich jedoch noch nicht beseitigen.
• So ist aus der DE-PS 27 05 735 eine Dialysemembran für die Hämodialyse, mit verminderter thrombogener Wirkung aus Cellulose, mit daran chemisch gebundenen antithrombogenen Verbindungen bekannt, wobei die Dialysemembran aus zwei oder mehreren Schichten einer aus Cuaxamceliuloselösunqen regenerierten Cellulose besteht, die jeweils aus getrennt gespeisten Schlitzen einer Spinndüse erhalten worden sind, wobei die auf der Blutseite angeordnete Celluloseschicht ganz oder teilweise eine modifizierte Cellulose ist, die antithrombogene Wirkstoffe chemisch gebunden enthält.
• Es ist aber auch bereits schon in der DE-OS 17 20 087 vorgeschlagen worden, dadurch daß das Polymermaterial der Membran mit einem Alkylhalogenid umgesetzt und danach das erhaltene Material mit einem Alkalisalz einer antithrombogenen Verbindung mit kationischen Rest (z.B. Heparin oder eine Heparinoidverbindung) umgesetzt wird, die Gefahr der Gerinnung des Blutes zu verringern. Zu den möglichen Alkylhalogeniden werden dabei auch Halogenalkyldialkylamine gerechnet. Auch Cellulose, jedoch im wesentlichen Celluloseacetat, zählt zu den möglichen Polymeren.
• Eine antithrombogene Wirkung dieser bekannten Dialysemembranen wird nur beobachtet, wenn der Substitutionsgrad der modifizierten Cellulose hoch ist, d.h. größer als mindestens 0,1, und in einem gesonderten Schritt eine Vorheparinisierung mit relativ hohen Heparinkonzentrationen (0,1 bis 1 Gew.-% Lösungen) durchgeführt wird.
• Neben dem Umstand, daß Dialysemembranen aus synthetischen bzw. natürlichen Polymeren bei ihrem Einsatz in künstlichen Nieren sehr leicht eine Gerinnung des Blutes hervorrufen können, die durch entsprechende medikamentöse Behandlung weitgehend verhindert wird, tritt bei Dialysemembranen aus regenerierter Cellulose häufig ein weiteres Problem auf, das bisher noch nicht zufriedenstellend gelöst werden konnte und zwar war festgestellt worden, daß bei der Behandlung eines Nierenkranken mit Dialysatoren mit Cellulose-Membranen in der ersten Zeit der Dialysebehandlung ein vorübergehender Leukozytenabfall stattfinden kann. Dieser Effekt wird als Leukopenie bezeichnet.
• Leukopenie ist eine Erniedrigung der Leukozytenzahl (weiße Blutkörper) im Blutkreislauf. Die Zahl der weißen Blutkörper beim Menschen beträgt ca. 4000 bis 12000 Zellen/mm3#.
• Die Leukopenie bei Dialyse ist am stärksten ausgeprägt 15 bis 20 Min. nach Beginn, wobei die Neutrophilen (das sind die mit neutralen oder gleichzeitig mit sauren und basischen Farbstoffen anfärbbaren Leukozyten) fast vollständig verschwinden können. Danach erholt sich die Zahl der Leukozyten innerhalb etwa einer Stunde wieder auf fast den Ausgangswert oder übersteigt diesen.
• Wird nach Erholung der Leukozyten ein neuer Dialysator angeschlossen, tritt wieder Leukopenie im gleichen Ausmaß ein.
• Cellulose-Membranen verursachen eine ausgeprägte Leukopenie.
• Auch wenn die klinische Bedeutung der Leukopenie wissenschaftlich nicht geklärt ist, besteht doch der Wunsch nach einer Dialysemembran für die Hämodialyse, die den Effekt der Leukopenie nicht zeigt, ohne daß dadurch die anderen sehr erwünschten Eigenschaften von Dialysemembranen aus regenerierter Cellulose beeinträchtigt werden.
• Bei der Hämodialyse mittels Membranen aus regenerierter Cellulose hat man neben der Leukopenie auch eine deutliche Komplement-Aktivierung festgestellt. Das Komplement-System innerhalb des Blutserums ist ein komplexes, aus vielen Komponenten bestehendes Plasmaenzym-System, das auf verschiedene Weise der Abwehr von Schädigungen durch eindringende fremde Zellen (Bakterien u.a.) dient. Wenn Antikörper gegen den eindringenden Organismus vorhanden sind, kann komplementspezifisch durch den Komplex der Antikörper mit antigenen Strukturen der Fremdzellen aktiviert werden, anderenfalls erfolgt auf einem Alternativ-Weg durch besondere Oberflächenmerkmale der Fremdzellen die Komplement-Aktivierung. Das Komplement-System beruht auf einer Vielzahl von Plasma-Proteinen. Nach Aktivierung reagieren diese Proteine spezifisch in einer bestimmten Reihenfolge miteinander und am Ende wird ein zellschädigender Komplex gebildet, der die Fremdzelle zerstört.
• Aus einzelnen Komponenten werden Peptide freigesetzt, die Entzünduggserscheinungen auslösen und gelegentlich auch unerwünschte pathologische Folgen für den Organismus haben können. Es wird angenommen, daß die Aktivierung bei Hämodialysemembranen aus regenerierter Cellulose über den alternativen Weg erfolgt. Objektiv festgestellt werden diese Komplement-Aktivierungen durch eine Bestimmung der Komplement-Fragmente C3a und C5a.
• In diesem Zusammenhang wird auf folgende Arbeiten hingewiesen: D.E. Chenoweth et al, Kidney International Vol. 24, Seite 764 ff, 1983, und D.E. Chenoweth, Asaio-Journal Vol. 7, Seite 44 ff, 1984.
• Obwohl die klinische Bedeutung der Komplement-Aktivierung noch nicht geklärt ist, ist man bestrebt diese bei der Hämodialyse möglichst auszuschließen.
• Diese drei Faktoren Blutgerinnung, Leukopenie und Komplement-Aktivierung betrachtet man heute als wesentliche Parameter für die Biokompatibilität von Dialysemembranen.
• Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung unter Beibehaltung der relativ günstigen Eigenschaften der Cellulosemembran hinsichtlich der Blutgerinnung eine Dialysemembran zur Verfügung zu stellen, die die Effekte der Komplement-Aktivierung und Leukopenie deutlich verringert.
• Es wurde festgestellt, daß eine Dialysemembran für die Hämodialyse in Form von Flachfolien, Schlauchfolien oder Hohlfäden durch Substitution modifizierter Cellulose die gestellte Aufgabe löst, wenn bei einer solchen Dialysemembran der mittlere Substitutionsgrad der modifizierten Cellulose im engen Bereich von 0,02 bis 0,07 liegt.
• Unter dem mittleren Substitutionsgrad der durch Substitution modifizierten Cellulose soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung die mittlere Anzahl der Substituenten pro 1 Glucoseanhydrideinheit der die Membran bildenden Cellulose verstanden werden.
• Die Einstellung des gewünschten mittleren Substitutionsgrades kann durch die Mengenverhältnisse bei der Substitution oder durch Vermischung von unterschiedlich substituierten Cellulosen bzw. substituierter mit nichtsubstituierter Cellulose erfolgen.
• Geeignete durch Substitution modifizierte Cellulosen sind veresterte oder verätherte Cellulosen. Verätherte Cellulosen sind bevorzugt. Besonders geeignet aber sind durch Substitution modifizierte Cellulosen, die im Substituenten tertiäre Aminogruppen und/oder Carboxygruppen enthalten.
• Zu den besonders bevorzugten Substituenten gehören Dialkylaminoalkyl und/oder Carboxyalkyl. Bei solchen Dialysemembranen sind die Alkylgruppen vorzugsweise Äthyl und/oder Methylgruppen.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde die Komplement-Aktivierung anhand der Fragmente C3a beurteilt. Dazu wurden in vitro 300 ml heparinisiertes Blutplasma über einen Zeitraum von 4 Std. mit einem Plasmafluß von 200 ml/min.
• durch einen Dialysator mit 1 m2 effektiver Austauschfläche rezirkuliert. In dem Plasma wurden die C3a-Fragmente mit Hilfe der RIA-Methode (Upjohn-Test) bestimmt. Die relative Komplement-Aktivierung für den jeweiligen Meßzeitpunkt wurde durch Bildung des Verhältnisses der Konzentration zum Zeitpunkt der Probenahme mit dem Anfangswert in Prozent errechnet. Zur Bewertung wurde der Meßwert nach 4 Std.
• Rezirkulationszeit herangezogen. In der Fig. 1 sind derartige Messungen in ihrem zeitlichen Verlauf graphisch dargestellt, und zwar zeigt die Kurve a das mit einer üblichen Cellulose-Membran erhaltene Ergebnis und die Kurve b das mit einer Erfindungsmembran erhaltene Ergebnis, bei der als modifizierte Cellulose Diäthylaminoäthylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,04 verwendet worden war.
• Als weiteres Maß für die Biokompatibilität wird die Leukopenie herangezogen. Bestimmt wurde sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung in vivo an Schafen. Dazu werden Dialysatoren mit ein Quadratmeter effektiver Austauschfläche eingesetzt. Der Blutfluß betrug 200 ml/min.Die Leukozytenzahl wurde in bestimmten Zeitabständen über einen Zeitraum von insgesamt 2 Std. gezählt. Zur Auswertung wurde die prozentuale Änderung, um die die Leukozytenzahl sich zum jeweiligen Meßzeitpunkt verändert hatte, bezogen auf den Anfangswert, herangezogen. Die bei einer solchen Messung erhaltenen Werte sind in der Fig. 2 graphisch dargestellt und zwar zeigt die Kurve a das mit einer üblichen Cellulosemembran erhaltene Ergebnis und die Kurve b das mit einer erfindungsgemäßen Membran erhaltene Ergebnis, bei der als modifizierte Cellulose Diäthylaminoäthylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,04 verwendet worden war.
• Zur Bewertung wurde der Meßwert im Minimum der Kurve herangezogen.
• Als Meßgröße für die Blutgerinnung wurde der prozentuale Druckanstieg, bezogen auf den Anfangsdruck, vor dem Dialysator nach 2 Std. gewählt.
• Um diese drei Parameter für die Beurteilung der Biokompatibilität zusammenzufassen, wird ein Unverträglichkeitsindex gebildet. Wird die Maßzahl für die Komplement-Aktivierung mit K bezeichnet, die Maßzahl für die Leukopenie mit L und die Maßzahl für die Blutgerinnung mit C, so errechnet sich der Unverträglichkeitsindex (UI) gemäß der folgenden Formel UI = 0,1 x K - L + C Je besser die Biokompatibilität ist, desto geringer ist der Wert für den Unverträglichkeitsindex UI.
• Im nachfolgenden Beispiel 1 wird die Erfindung näher erläutert: Zur Herstellung der zu vergleichenden Dialysemembranen wird von einer Cuoxamlösung A ausgegangen, die 9 Gew.-% Diäthylaminoäthylcellulose mit einem mittleren Substitutionsgrad von 0,4 enthält. Eine 9 Gew.-%ige Cellulose (Baumwollinters) enthaltende Cuoxamlösung B wird in solchen Verhältnissen mit der Cuoxamlösung A gemischt, daß der gewünschte mittlere Substitutionsgrad(DS)eingestellt wird.
• Dazu werden die Cuoxamlösungen A und B nach FiStrationim vorgesehenen Verhältnis einem wirksamen Mischer, der eine homogene Mischung gewährleistet, zudosiert. Für das vorliegende Beispiel wurden Mischungen hergestellt, wie sie in der Tabelle 1 einschließlich der jeweils erhaltenen mittleren Substitutionsgrade DS aufgeführt sind.
• Tabelle 1 Versuch Gewichtsteile Gewichtsteile Substitutions-Cuoxam-Lösung A Cuoxamlösung B grad (DS) a 0 1 0 b 1 40 0,01 c 1 15 0,026 d 1 10 0,04 e 1 7,3 0,55 f 1 5 0,08 g 1 4 0,1 Die in der Tabelle 1 aufgeführten Gemische a - g wurden dem ringförmigen Schlitz einer Hohlfadenspinndüse mit einer zentralen Bohrung für eine hohlraumbildende Flüssigkeit zugeführt, gemeinsam mit Isopropylmyristat als hohlraumbildender Flüssigkeit ausgepreßt und in einem üblichen Fällbad koaguliert. Die erhaltenen Hohlfäden wurden in der für das Kupferammoniakverfahren hinreichend bekannten Arbeitsweise gewaschen, getrocknet und aufgewickelt.
• Mit den erhaltenen Fäden wurden Dialysatoren hergestellt und indiesen die Biokompatibilität untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestellt. Es zeigt sich dabei deutlich, daß die Versuche c, d und e mit erfindungsgemäßen Dialysemembranen einen deutlich geringeren Unverträglichkeitsindex aufweisen als die Vergleichsversuche a, b, f und g und damit die erwünschte Biokompatibilität zeigen.
• Tabelle 2 Versuch Parameter a b c d e f g C3a[%] 2500 2300 500 200 180 150 150 Leukoz. po - 80 -70 -10 -5 - 5 - 5 - 5 Druckanstieg [%] 40 35 50 60 90 400 500 Unverträgl.- 370 335 110 85 113 420 520 Index UI

Claims (4)

1. Patentansprüche 1) Dialysemembran für die Hämodialyse in Form von Flachfolien, Schlauchfolien oder Hohlfäden, aus durch Substitution modifizierter Cellulose, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Substitutionsgrad der modifizierten Cellulose 0,02 bis 0,07 beträgt.
2. 2) Dialysemembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierte Cellulose im Substituenten tertiäre Aminogruppen und/oder Carboxygruppen enthält.
3. 3) Dialysemembran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substituent Dialkylaminoalkyl und/oder Carboxyalkyl ist.
4. 4) Dialysemembran nach den Ansprüchen 2 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgruppen im Substituenten Äthyl-und/oder Methylgruppen sind.