DE4331711C2 - Lösung zur Perfusion, Konservierung und Re-Perfusion von Organen - Google Patents

Description

Die beschriebene Erfindung bezieht sich auf Lösungen zur Perfusion, Konservierung (oder Einlagerung) und Reperfusion von Organen, einschließlich ihrer Anwendung bei Herztransplantationen. Sie bezieht sich ebenso auf die Anwendung dieser Lösung in unterschiedlichen Phasen einer Organtransplantation.

Einer der Hauptgründe für das Scheitern von Herztransplantationen rührt von den Gefahren einer Schädigung, bis hin zur Nekrose, des Transplantates her. Die Schädigungen manifestieren sich nach der Reoxygenisierung des transplantierten Organes, und sind mit einer im allgemeinen verlängerten Ischämie zwischen dem Beginn der Explantation beim Spender und dem Ende der Implantation beim Empfänger eng verknüpt.

Zum Beispiel gilt für die Herztransplantation, daß eine Ischämie von vier bis fünf Stunden die höchste noch tolerable Grenze darstellt und zahlreiche unerwartete Ereignisse nicht ausschließt.

Um dieses Risiko zu begrenzen, haben zahlreiche Autoren protektive Lösungen vorgeschlagen, die teilweise im Handel erhältlich sind. Dies gilt sowohl für die Perfusion von Organen, die entnommen werden sollen, als auch für ihre Konservierung in Hypothermie und ihre Reperfusion anschließend an die Transplantation.

Diese Lösungen zeigen jedoch nur in begrenztem Maße Vorzüge und bieten höchstens nur einen partiellen Schutz vor den Gefahren, die nach der Reperfusion auftreten, und die zum Teil der metabolischen Entstehung von freien Sauerstoffradikalen in überschüssigen Mengen zugeschrieben werden, insbesondere anläßlich der Reoxygenisierung des ischämischen Organes.

Die Gefahr der oxidativen Schädigung von Zellen und Membranen, die von der Produktion dieser Radikale herrührt, ist Thema mehrerer Studien im Bereich des Myokardschutzes durch Kardioplegie. Diese verschiedenen Arbeiten befürworteten die Einführung antioxydativer Substanzen in die benutzten protektiven Lösungen. Unterschiedliche Zusätze sind vorgeschlagen worden. Solche Zusätze, wie z. B. Deferoxamine, Allopurinol, Katalase, Peroxydase, können der Produktion von freien Radikalen entgegenwirken, während andere, wie z. B. die Superoxyd-Dismutase, die Radikale zerstören können, und wieder andere, wie z. B. das Vitamin E oder seine Äquivalente (Trolox), können die freien Radikale "neutralisieren".

Den letztgenannten Zusätzen gehören ebenso die Moleküle an, die Träger von Thiol-Gruppen sind, wie z. B. das N-Azetylcystein oder das Glutathion in seiner reduzierten Form, welches als Fänger (F: piégeur, E: scavenger) von freien Radikalen bezeichnet wurde. Die Meinungen in der Literatur in bezug auf die Bedeutung des Glutathion erscheinen gespalten. Siehe folgende Veröffentlichungen:

• - G. W. Standeven et al.: "Cold-Blood potassium cardioplegia", J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1979, 78, 893-907
• - M. Bernier et al.: "Reperfusion-induced Arrhythmias and Oxygen­ derived Free Radicals", Circulation Research, Vol. 58, no. 3, März 1986, 331-340,
• - J. C. Chatham et al.: "Depletion of Myocardial Glutathione: Its effects on heart function and metabolism during ischaemia and reperfusion", Cardiovascular Research, 1988, 22, 833-839,
• - A. Blaustein et al.: "Myocardial Glutathione Depletion Impairs Recovery After Short Periods of Ischaemia", Circulation, Vol. 80, no. 5, November 1979,
• - A. Singh et al.: "Relation Between Myocardial Glutathione Content and Extent of Ischaemia - Reperfusion Injury", Circulation, Vol. 80, No. 6, Dezember 1989, 1795-1803,
• - W. N. Wicomb et al.: "Role of Glutathione in 24-hour Heart Storage by Microperfusion Using a New Polyethylene Glycol Solution", J. Mol. Cell. Cardiol., 1990, 22 (Supplement V), p. 82,
• - V. Kantamnoni et al. "Extented Preservation of Canine Myocardium Using UW Solution", J. Mol. Cell. Cardiol., 1990 (Suppl. V), 22: 22, (Abair).

Das Hinzufügen von N-Acetylcystein wurde von M. B. Forman untersucht in: "Glutathione Redox Pathway and Reperfusion Injury", Circulation, Vol. 78, no. 1, Juli 1988, 202-213. Er weist darauf hin, daß eine Behandlung mit N­ Acetylcystein (NAC) vor der Reperfusion die postischämische Erholung verbessern kann.

Im Rahmen des kardioplegischen Schutzes erscheint die Anwendung von Substanzen interessant, die der Produktion oder der Wirkung von freien Radikalen im Myokard entgegenwirken. Die Wahl der Substanz und die Modalitäten der Anwendung liegen nicht offen zutage, und der Zusatz dieser Substanzen, einschließlich des Glutathions, zu den Perfusionslösungen und zu den Lösungen zur myokardialen Reperfusion führten in der täglichen klinischen Anwendung nicht zu klaren Ergebnissen.

Ph. Menasché et al. schlußfolgern jedoch in ihrem Artikel ("Piégeurs de Radicaux Libres dans la Protection Myocardique en Chirurgie Cardiaque", Ann. Cardiol. Angéiol, 1986, 35 (No. 7 bis), 747-452), daß der Erhalt der linken Ventrikulärfunktion durch eine kardioplegische Lösung postischämisch signifikant verbessert werden konnte, wenn der Lösung Antioxydantien hinzugefügt wurden, die die Bildung von freien Radikalen verhindern oder diese zerstören oder neutralisieren. Andererseits konnte keine herausstechende Wahl für das effektivste Antioxydans unter den zahlreichen Kandidaten, darunter Superoxyd-Dismutase (SOD), Peroxydase und reduziertes Glutathion, getroffen werden, ganz zu schweigen von den Sekundäreffekten und möglicherweise toxischen Effekten. Dies ist um so mehr der Fall, bewegt man sich von dem Gebiet der Kardioplegie, bei der nur eine relativ kurze Ischämiedauer zulässig ist, in den Bereich der Transplantationen. Hier bot die Literatur keinen realistischerweise nutzbaren Hinweis auf die Wahl und die Bedingungen einer Anwendung realistischerweise wirksamer, schützender Lösungen.

Ph. Menaché et al. beschrieben schließlich in ihrem Antrag für ein belgisches Patent Lösungen zur Perfusion und zur Konservierung und/oder zur Reperfusion von Organen, das Herz eingeschlossen, die zum einen durch die Zugabe von mindestens einem Antioxydans charakterisiert werden. Dies können insbesondere Fänger von freien Sauerstoffradikalen sein, z. B. das Glutathion in seiner reduzierten Form, oder ein Analogon, wie etwa das N- Acetylcystein. Zum zweiten werden die Lösungen dadurch charakterisiert, daß der Sauerstoffpartialdruck Null ist oder stark abgesenkt ist, und daß dieser bis zum Einsatz präzise im Bereich des abgesenkten Wertes gehalten wird.

Im wesentlichen den gleichen Ansatz macht die deutsche Offenlegungsschrift DE 41 38 040 A1. Auch hier werden antioxidierende Substanzen, wie Glutathion in reduzierter Form und N-Acetylcystein als Radikalfänger, eingesetzt, wobei die Wirkung durch eine Minimierung des Sauerstoffpartialdrucks unterstützt wird. Jedoch werden auch hier unterschiedlich optimierte Lösungen für die unterschiedlichen Aufgaben der Perfusion und Aufbewahrung einerseits und der Reperfusion andererseits benötigt.

Alle bekannten Lösungen eignen sich daher nur schlecht für den gleichzeitigen Gebrauch für die Perfusion bzw. Aufbewahrung und für die Reperfusion, so daß die chirurgischen Teams in der Praxis gezwungen sind, zumindest zwei verschiedene Lösungen zu verwenden, eine für die Perfusion und die anschließende Einlagerung des explantierten Organs, und die andere für die Reperfusion des Organs im Verlauf der Implantation.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Probleme zu lösen, und eine protektive Lösung zur Verfügung zu stellen, die in bezug auf die chirurgischen Maßnahmen und insbesondere in bezug auf die Transplantation für den Erhalt des Organes bemerkenswert effektiv ist. Die in Betracht gezogenen Organe umfassen das Herz genauso wie die anderen Organe, insbesondere die Leber, die Lunge und die Nieren.

Die vorliegende Erfindung hat somit als Ziel, eine einzige Lösung für die Perfusion, Einlagerung und Reperfusion zur Verfügung zu stellen. Die Lösung hat im Detail die folgende Zusammensetzung:

Diese Lösung kann in jeder der Transplantationsphasen verwendet werden, z. B. in der Eigenschaft einer kardioplegischen Lösung, um die Herztätigkeit des Spenderherzens zu stoppen, in der Eigenschaft einer Lösung zur Einlagerung des Organes für den Transport und zur hypothermischen Aufbewahrung des Organes während der Reimplantation. Sie kann in Form einer kolloidalen Lösung als auch in einer mit Blut verdünnten Form benutzt werden, sofern dies bevorzugt wird.

In dieser Lösung wird eine Überladung der Zellen mit Calcium durch folgende Mechanismen verhindert: Erstens wird Glutamat zugesetzt, das die Aktivierung von ATP unter anaeroben Bedingungen ermöglicht, zweitens reduziert die niedrige Ca-Konzentration den Calciumaustausch, der auf passiver Diffusion beruht, drittens begrenzt die erhöhte Na-Konzentration den Austausch von Natrium gegen Calcium, viertens begrenzt die niedrige Kaliumkonzentration sowie der Gehalt von Magnesium den Calciumtransport durch die Kanäle, abhängig vom elektrischen Pontential. Diese ionische Zusammensetzung nach der Art der extrazellulären Flüssigkeit wird erst durch die gleichzeitige Anwesenheit wirksamer zellwandundurchlässiger Substanzen möglich. Das Mannitol besitzt die duale Fähigkeit, sich wie ein osmotisches Agens zu verhalten, und als Fänger freier Radikale zu dienen. Das Lactobionat gewährleistet eine wirksamere Vorbeugung vor zellulärer Anschwellung als das Mannitol allein und die Gesamtkonzentration der undurchlässigen Substanzen entspricht der der intrazellulären Proteine und nicht austauschbaren Anionen, die einen Druck von außen gegenüber dem Inneren der Zellen aufbauen. Lactobionat ist ein Salz der Lactobion-Säure, welches die 4-(β,D-Galactosido)-D-Glucon-Säure ist.

Der pH-Wert wird bevorzugt schwach sauer gehalten (7,20-7,40), da sich herausgestellt hat, daß dieser Wert ebenfalls die Verhinderung einer zellulären Calciumüberfrachtung begünstigt, und zudem noch, im Gegensatz zu mehr alkalischen Werten, er den Schutz der Zellen während der hypothermen Ischämiephase begünstigt. Es ist von Vorteil, die Lösung mit Histidin zu puffern, da sich herausgestellt hat, daß im Vergleich zu den beim Menschen eingesetzten Puffern Histidin der einzige ist, der tatsächlich bei niedrigen Temperaturen effektiv wirkt.

Selbstverständlich können die verschiedenen Komponenten der Lösung durch Äquivalente ersetzt werden unter der Bedingung, daß diese praktisch die gleichen Funktionen gewährleisten.

Zu den Äquivalenten des Glutathions im reduzierten Zustand zählt man die Vorstufen oder verwandte Substanzen, seine Analoga, insbesondere den Glutathion-Monoester und das N-Acetylcystein. Es können hingegen auch andere Zusätze mit Thiolgruppeneigenschaften verwendet werden, sofern diese die gleichen Eigenschaften aufweisen.

Die Lösungen, die dieser Erfindung entsprechen, können gelagert werden, sofern ein eindeutiger und für die Anwendung bereiter Ansatz befolgt wird und in der Lösung sämtliche Komponenten der Lösung gleichzeitig enthalten sind.

In diesem Fall und entsprechend dieser Erfindung können diese Lösungen hergestellt und unter Luftsauerstoffabschluß konserviert werden. Sie können z. B. in einer entgasten Lösung angesetzt werden, bevorzugt in einer rein stickstoffhaltigen Umgebung. Die Einlagerung und Konservierung der Lösungen erfolgt nach der Erfindung in luftundurchlässigen Behältnissen, wie etwa in Flaschen oder bevorzugterweise in Beuteln aus luftundurchlässigem Plastik, z. B. Plastikbeutel mit geschichtetem Aufbau, wie sie an und für sich gebräuchlich sind.

In einer anderen Form der Umsetzung der Erfindung hingegen kann die Lösung nach der Erfindung in Form zweier getrennter Lösungen aufbewahrt werden, nämlich die eine Lösung enthält das reduzierte Glutathion und wurde unter Sauerstoffausschluß zubereitet und konserviert, z. B. in einer Spritze, und die andere Lösung enthält die anderen Komponenten, sie braucht hingegen nicht notwendigerweise unter Sauerstoffabschluß konserviert zu werden und kann in den gebräuchlichen Beuteln enthalten sein.

Für die Lösung, die das reduzierte Glutathion enthält, wird folgende Zusammensetzung bevorzugt (für einen Liter):

In dieser Variante wird die Lösung vorzugsweise in Form eines Kits angeboten, der sich wie folgt zusammensetzt:

• - eine Lösung enthält die verschiedenen Anionen und Kationen, das Mannitol, das Lactobionat, Glutamat und bevorzugt auch Histidin in einem Beutel oder einem anderen Behältnis, z. B. in einem Beutel zu zwei Litern,
• - eine Lösung, die in einem luftsauerstoffundurchlässigen Behältnis enthalten ist, bevorzugt eine Injektionsspritze, und die das reduzierte Glutathion oder ein Analogon enthält, und vorzugsweise zusätzlich Histidin in der gleichen Konzentration enthält,

wobei zur Zeit der Anwendung die Lösungen zu mischen sind bzw. die das reduzierte Glutathion enthaltende Lösung in die die anderen Komponenten enthaltende Lösung zu injizieren ist.

In diesem letzten Fall, d. h. falls die Lösung, die die anderen Komponenten enthält, nicht selbst einen niedrigen oder fehlenden Sauerstoffpartialdruck aufweist, muß ein Hinweis klarlegen, daß die endgültige Lösung, die jetzt für die Anwendung zur Verfügung steht, spätestens nach einer kurzen Zeitverzögerung von wenigen Stunden (z. B. drei bis vier Stunden) verwendet werden muß.

Es ist vorteilhaft, daß die Lösungen entsprechend dieser Erfindung neben dem reduzierten Glutathion noch einen weiteren Zusatz mitführen können, der der Bildung von Radikalen entgegenwirken soll, so wie etwa die Chelatbildner für Metalle, insbesondere das Deforoxamin (DCI).

Unter einer reduzierten Sauerstoffkonzentration nach der Erfindung versteht man bevorzugt eine maximale Sauerstoffkonzentration, die sich unterhalb von 0,1 ppm befindet.

Als beispielhaften Ansatz einer Lösung nach dieser Erfindung bereite man in einer wäßrigen, pyrogenfreien und sterilen Umgebung, bevorzugt entgast, eine Zusammensetzung, die die folgende Zusammensetzung aufweist:

In einer wässrigen, pyrogenfreien, sterilen entgasten Lösung und unter Sauerstoffabschluß setzt man eine Lösung mit folgender Zusammensetzung an (für einen Liter):

Diese Lösung wird in den Spritzen unter Ausschluß von Luftsauerstoff bereitet und enthält 10 ml Lösung für einen Beutel mit zwei Litern Inhalt oder 5 ml für einen 1 l-Beutel.

Diese Komponenten können auch als Gesamtheit in Form eines Kits angeboten werden, der zum einen eine Lösung in einem 2 l-Beutel und zum zweiten eine Spritze mit 10 ml Inhalt umfaßt.

Für die Anwendung injiziert man den Inhalt der Spritze in den Beutel, so daß der Spritzeninhalt in dem Beutel verdünnt wird und man eine Konzentration reduzierten Glutathions in der Größenordnung von 3 mmol/l erhält.

Wird die Lösung derart vorbereitet, kann sie schnell verwendet werden, um die Perfusion der zu explantierenden Organe sicherzustellen, um den Herzstillstand einzuleiten. Für die Konservierung des Organes wird eine ausreichende Menge der gleichen Lösung, die auf die gleiche Art und Weise angerichtet wurde, verwendet.

Zum Zeitpunkt der Implantation bedient man sich für die Schritte der Reperfusion wieder der gleichen Lösung, wobei die Lösung günstigenfalls mit dem Blut des Patienten vermischt wird.

Claims (7)

1. Lösung zur Perfusion, Aufbewahrung und Reperfusion, enthaltend
weiter enthaltend reduziertes Glutathion oder ein Äquivalent in einer Konzentration von 0,5 bis 10 mmol/l, wobei das reduzierte Glutathion oder sein Äquivalent bei niedrigem oder verschwindendem Sauerstoff-Partialdruck der Lösung zugegeben wird und wobei dieser Wert bis zur Verwendung präzise beibehalten wird, weiter enthaltend K⁺, Chloride, Mannitol und Wasser, gekennzeichnet durch
die folgenden Konzentrationen:
und weiter dadurch, daß enthalten ist:
zusätzlich Wasser in ausreichender Menge zur Einstellung von pH 7,3 ± 0,1 bei 20°C und einer theoretischen Osmolarität von 360 mOsm/kg.

2. Lösung nach Anspruch 1 in Form einer Zubereitung, die bereit für den Einsatz zur Verfügung steht und alle Komponenten enthält, sowie unter Luftsauerstoffabschluß vorbereitet und konserviert wurde und in luftundurchlässigen Behältnissen, vorzugsweise Flaschen oder luftundurchlässigen Plastikbeuteln, gehalten wird.

3. Lösung nach Anspruch 1, die in Form von zwei getrennten Zubereitungen angesetzt und abgefüllt werden, nämlich eine Lösung, die das reduzierte Glutathion enthält und unter Luftsauerstoffabschluß angesetzt und abgeschlossen wurde, und eine Lösung, die andere Komponenten in Lösung enthält.

4. Lösung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das reduzierte Glutathion enthaltende Lösung dieses in folgender Zusammensetzung aufweist (für einen Liter):
reduziertes Glutathion 185,4 g/l 600 ± 10% mmol/l
Histidin 4,650 g/l 30 ± 10% mmol/l.

5. Lösung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz, der das reduzierte Glutathion enthält, in einer luftundurchlässigen Spritze gehalten wird, insbesondere mit 10 ml Inhalt.

6. Lösung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form eines Kits vorliegt, das sich wie folgt zusammensetzt:

• - eine Lösung, die in einem Beutel die verschiedenen Anionen und Kationen, das Mannitol, das Lactobionat, das Glutamat und das Histidin enthält,
• - eine Lösung, die in einer luftsauerstoffundurchlässigen Spritze gehalten wird und das reduzierte Glutathion oder ein Analogon sowie das Histidin enthält,

wobei zum Zeitpunkt der Anwendung die Lösungen zu mischen sind bzw. die Lösung, die das reduzierte Glutathion enthält, in die die anderen Komponenten enthaltende Lösung zu injizieren ist.

7. Lösung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben dem reduzierten Glutathion einen Zusatz enthält, der der Bildung von Radikalen entgegenwirkt, vorzugsweise Chelatbildner für Metalle und insbesondere Deferoxamin (DCI).