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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem allgemeinen Gebiet chirurgischer
und endovaskulärer
Interventionsinstrumentarien und bezieht sich insbesondere auf die
Verwendung einer flüssigen
Zusammensetzung für
die Herstellung von Intraluminalimplantaten, um Gefäße oder
Aneurysmen zu verschließen.
Noch präziser
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Intraluminalimplantate
für Gefäßläsionen von
Wirbelkörpern und/oder
Bandscheiben, um Bandscheibenstabilität zu gewinnen und Bandscheibenschmerzen
zu beseitigen.
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2. Beschreibung des verwandten
Fachgebietes
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Es
gibt eine Menge von medizinischen Fällen, in denen es wünschenswert
ist, verschiedene Teile des Gefäßsystems
zu verschließen.
Zum Beispiel können
Gefäßanomalien
wie arteriovenöse
Missbildung (AVM) und arteriovenöse
Fisteln Aneurysmen bilden, die sich erst allmählich vergrößern, um schließlich zu
platzen und eine katastrophale Blutung zu verursachen, insbesondere,
falls die Blutung im Gehirn stattfindet. Verschiedene metallene
Spiralkörper
aus biokompatiblen Elementen wie Platin, Gold und Wolfram werden
derzeit als Intraluminalimplantate zum Verschließen von Körperarterien und -venen, Hirnaneurysmen
und Gefäßmissbildungen
verwendet. Diese radiopaken Spiralkörper werden typischerweise
an der gewünschten
Stelle innerhalb eines Gefäßlumens
platziert, perkutan oder durch einen Mikrokatheter.
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Die
Spiralkörper
verschließen
Adern oder Aneurysmen, indem sie das Lumen füllen und als eine physikalische
Barriere gegen den Blutfluss wirken. Schließlich fördern die Spiralkörper die
Bildung von Thromben, was den Blutfluss zusätzlich einschränkt. Die
dauerhafte Verschließung
von Adern oder Aneurysmen erfordert die Bildung eines intraluminalen
Thrombus, der Narbenbildung und die Bildung eines Neo-Endothels über den Hals
von Aneurysmen herbeiführt.
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Jedoch
reichen herkömmliche
Spiralkörper
oft nicht aus, den Thrombus innerhalb von Aneurysmen zu bilden und
ausreifen zu lassen. Infolgedessen scheinen herkömmliche Spiralkörper die
unverzügliche
Endothelialisierung über
den Hals von Aneurysmen nicht zu fördern. Dieses Problem ist in
kleinen Aneurysmen mit einem breiten Hals und in großen oder
riesigen Aneurysmen am offensichtlichsten. Um diesen Mangel herkömmlicher
Intraluminalimplantate, wie metallene Spiralkörper, zu beseitigen, wurden Intraluminalimplantate aus
flüssigen
embolischen Substanzen entwickelt. Ein solches Material besteht
aus flüssigem
Cyanoacrylatmonomer, das sofort nach Kontakt mit einer Spur von
Wasser schnell in einen Festkörper
polymerisiert. Obwohl Cyanoacrylat schnell reagieren kann, hat es
gewisse Nachteile:
- 1) Polycyanoacrylat ist
dermaßen
unelastisch, dass es eine schädliche
mechanische Beschädigung
des umgebenden weichen Gefäßgewebes
verursacht;
- 2) sowohl Cyanoacrylatmonomer als auch die Nebenprodukte der
Polymerisation sind toxisch;
- 3) wenn Cyanoacrylat mittels eines Katheters in ein Gefäß injiziert
wird, ist kein Kontakt mit Wasser vorhanden, bis das Cyanoacrylat
die Spitze des Katheters verlässt,
wo es sich unverzüglich
verfestigt und dabei die Spitze des Katheters befestigt und somit
das Zurückziehen
des Katheters erschwert;
- 4) weil biologisch aktive Substanzen wie Cytokine nicht mit
Cyanoacrylat mischbar sind, ist es unmöglich, sie dem Okklusionsmittel
beizupacken.
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Der
letztgenannte Mangel ist signifikant, da biologisch aktive Substanzen
ein wichtige Rolle bei der Begünstigung
unverzüglicher
Endothelialisierung spielen, was zu einer dauerhaften Stabilität der injizierten
embolischen Wirkstoffe führt.
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Ein
weiteres flüssiges
embolisches Material ist Fibrinkleber. Die Nachteile von Fibrinkleber
sind:
- 1) Um Fibrinkleber polymerisierbar zu
machen, ist ein Mischungsvorgang von wässriger Fibrinogenlösung und
wässriger
Thrombin/Calciumchloridlösung
notwendig, was die Injektion in ein Gefäßlumen mittels eines Katheters
erschwert;
- 2) die Umwandlung von Fibrinogen in Fibrin ist zu langsam, als
dass das injizierte Fibrinogen verweilt und sich zu Fibrin wandelt,
bevor es vom Blutfluss wegbefördert
wird; und
- 3) Fibrinkleber ist anfällig
für metabolische
Zerstörung
(z. B. durch Plasminogen), daher kann es nicht lange genug zur Neo-Endothelbildung
verweilen.
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Wasserunlösliche in
organischen Lösungsmitteln
gelöste
Polymere sind ebenfalls als flüssige
embolische Wirkstoffe verwendet worden. Die schwerwiegenden Probleme
dieser Materialien sind:
- 1) Organische Lösungsmittel
wie Dimethylsulfoxid wirken potentiell toxisch auf die Gefäßwände und
die umgebenden Gewebe; und
- 2) die Unlöslichkeit
von biologisch aktiven Substanzen in organischen Lösungsmitteln
macht das Beipacken von biologisch aktiven Substanzen faktisch unmöglich.
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Diese
den herkömmlichen
flüssigen
embolischen Wirkstoffen eigenen Probleme, z. B. geringe Biokompatibilität einschließlich Toxizität und mechanischer
Fehlanpassung, geringer Haltbarkeit, schwieriger Injektionsweise
und ungenügender
Mischbarkeit der biologisch aktiven Substanzen mit den herkömmlichen
flüssigen
embolischen Wirkstoffen blieben bislang ungelöst.
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ZIELE UND
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, für die Verwendung eines flüssigen Materials
für ein
Intraluminalimplantat zu sorgen, welches fähig ist, die Toxizität signifikant
zu vermindern, die von organischem Lösungsmittel verursacht wird,
das in den herkömmlichen
flüssigen
Wirkstoffen Cyanoacrylatmonomer und den Nebenprodukten der Cyanoacrylat-Polymerisation verwendet
wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, für die Verwendung
eines flüssigen
Materials für ein
Intraluminalimplantat zu sorgen, welches ohne Schwierigkeit injiziert
wird und sich ohne die Schwierigkeiten verfestigt, die mit herkömmlichen
flüssigen
embolischen Wirkstoffen verbunden sind, wie der Fibrinkleber, der
das Mischen einer wässrigen
Fibrinogenlösung
mit einer wässrigen
Thrombin/Calciumchloridlösung
oder Cyanoacrylatmonomer erfordert, das das Zurückziehen des Katheters aus
der Injektionsstelle erschwert.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, für die Verwendung
einer Flüssigkeit
für ein
Intraluminalimplantat zu sorgen, welche sich schnell genug verfestigt
und so verhindert, dass sie vom Blutfluss weggeschwemmt wird.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, für die Verwendung
einer Flüssigkeit
für ein Intraluminalimplantat
zu sorgen, welche das einfache Beipacken von biologisch aktiven
Substanzen erlaubt.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, für die Verwendung einer Flüssigkeit
für ein Intraluminalimplantat
zu sorgen, welche als Festkörper
im Gefäßlumen verbleibt,
bis eine Neo-Endothelbildung stattgefunden hat.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Intraluminalimplantat
bereitzustellen, das mechanische Fehlanpassung an die Weichteile
der Umgebung minimiert, d. h. ein Material, das nach der Verfestigung
verhältnismäßig weich
und geschmeidig bleibt.
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Diese
und weitere Ziele werden erreicht durch die Verwendung einer flüssigen Zusammensetzung
gemäß Anspruch
1 zur Herstellung eines Intraluminalimplantats, welches ein Polymer
mit einer Sol-Gel-Übergangstemperatur
in einer wässrigen
Lösung
davon zur Verschließung
von Aneurysmen, Gefäßtumoren
oder Gefäßmissbildungen
umfasst. Dieses Polymer weist starke Wasserunlöslichkeit bei einer Temperatur
auf, die höher
als die Sol-Gel-Übergangstemperatur
ist, und zeigt ferner eine starke Wasserunlöslichkeit bei einer Temperatur,
die niedriger als diese ist. Die Verwendung gemäß Anspruch 1 löst die oben
beschriebenen Probleme, die den herkömmlichen Intraluminalimplantat-Ausstattungen
eigen sind, wie den metallenen Spiralkörpern und den flüssigen embolischen
Wirkstoffen.
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Das
in der vorliegenden Erfindung verwendete Material umfasst wenigstens
Wasser und ein Polymer mit einer Sol-Gel-Übergangstemperatur in einer
wässrigen
Lösung
davon, so dass das Material einen flüssigen Zustand (Sol-Zustand)
bei einer Temperatur annimmt, die niedriger als die Sol-Gel-Übergangstemperatur
ist, und den Zustand eines Gels annimmt, das im Wesentlichen wasserunlöslich ist
bei einer Temperatur, die höher als
die Sol-Gel-Übergangstemperatur
ist. Da das Polymer ferner wasserlöslich ist, enthält das Material
der vorliegenden Erfindung ohne weiteres eine breite Vielfalt von
biologisch aktiven Substanzen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Intraluminalimplantat
bereit, das Substanzen enthält,
die die Sol-Gel-Übergangstemperatur
des Polymers und irgendwelcher eingeschlossener biologisch aktiver
Substanzen modulieren. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls
ein Intraluminalimplantat bereit, das radiopake Wirkstoffe umfasst.
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Das
Intraluminalimplantatmaterial, das in der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, kann in einem flüssigen
Zustand (Sol-Zustand) endovaskulär
oder perkutan zur Verschließung
von Aneurysmen, Gefäßtumoren
oder Gefäßmissbildung
bei einer Temperatur, die niedriger als die Sol-Gel-Übergangstemperatur
ist, in ein Gefäßlumen verabreicht
werden, woraufhin es sich unverzüglich
bei Körpertemperatur
(z. B. etwa 37°C – eine Temperatur,
die höher
als die Sol-Gel-Übergangstemperatur
ist) im Gefäßlumen in
einen halbfesten Zustand umwandelt (Gel-Zustand).
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Das
Material für
ein Intraluminalimplantat gemäß der vorliegenden
Erfindung ist sicher, da es keine toxischen Substanzen wie organische
Lösungsmittel
oder Cyanoacrylatmonomer enthält,
die in herkömmlichen flüssigen embolischen
Wirkstoffen gefunden werden.
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Das
Intraluminalimplantat gemäß der vorliegenden
Erfindung kann Schwierigkeiten bei Verabreichung und Verfestigung
spürbar überwinden,
die bei herkömmlichen
flüssigen
embolischen Wirkstoffen festgestellt wurden, weil das Material der
vorliegenden Erfindung sich unverzüglich nach einer Temperaturerhöhung von einer
Temperatur unter der Sol-Gel-Übergangstemperatur
auf eine Temperatur über
der Übergangstemperatur (z.
B. die Bluttemperatur) von einem flüssigen Zustand (Sol-Zustand)
in einen halbfesten Zustand (Gel-Zustand) umwandelt. Dementsprechend
macht das Intraluminalimplantatmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht den Mischprozess von herkömmlichem
Fibrinkleber oder das schwierige Zurückziehen des Katheters aus
dem Gefäßlumen durch.
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Das
Intraluminalimplantat gemäß der vorliegenden
Erfindung verbleibt unverrückbar
an der Injektionsstelle, ohne dass es vom Blutstrom weggeschwemmt
wird. Das Material der vorliegenden Erfindung wechselt schneller
von einem flüssigen
Zustand (Sol-Zustand) in einen halbfesten Zustand (Gel-Zustand)
als Fibrinkleber, der reagieren muss, um vor der Verfestigung Fibrinogen
zu bilden, oder auch herkömmliche
flüssige
embolische Wirkstoffe, die den Ersatz organischer Lösungsmittel
durch Blut erfordern, um die Verfestigung durchzuführen.
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Das
Intraluminalimplantat gemäß der vorliegenden
Erfindung ist fähig,
einen viel größeren Anteil
biologisch aktiver wasserlöslicher
Substanzen zu enthalten als die herkömmlichen flüssigen embolischen Wirkstoffe,
weil das Material eine Menge Wasser enthält. Jedoch verbleibt das Material
der vorliegenden Erfindung bis zur Bildung eines Neo-Endothels und/oder
der Endothelialisierung in einem Gefäßlumen, da das Material aus
einem synthetischen Polymer besteht, das nicht metabolisch abgebaut
werden kann. Das Material der vorliegenden Erfindung verursacht
keine mechanische Fehlanpassung an die Weichteile der Umgebung,
da das Intraluminalimplantat sich in einen halbfesten Zustand (Gel)
verwandelt, das infolge seines hohen Wassergehaltes weich und elastisch
ist.
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Die
oben beschriebenen Merkmale des Intraluminalimplantatmaterials gemäß der vorliegenden
Erfindung beruhen auf der Tatsache, dass das Intraluminalimplantatmaterial
eine klare Sol-Gel-Übergangstemperatur
hat. Das Intraluminalimplantatmaterial ist bei einer Temperatur
unter der Sol-Gel-Übergangstemperatur in
einem flüssigen
Zustand (Sol-Zustand)
und ist bei einer Temperatur über
der Sol-Gel-Übergangstemperatur in
einem halbfesten Zustand (Gel-Zustand), der im Wesentlichen wasserunlöslich ist,
und der Sol-Gel-Übergang
ist thermisch umkehrbar.
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Diese
Sol-Gel-Eigenschaften werden durch Verwendung eines organischen
Polymers erzielt, das eine Vielzahl von Blöcken mit einem Cloudpoint umfasst,
der mit kombinierten hydrophilen Blöcken verbunden ist oder abwechselt.
Das Vorhandensein von Polymerblöcken
mit einem Cloudpoint verleiht dem Polymer die Eigenschaft, dass
es bei einer Temperatur über
dem Cloudpoint in einen hydrophoben Zustand umgewandelt wird und
dass es bei einer Temperatur unter der Cloudpoint-Temperatur in
einen hydrophilen Zustand umgewandelt wird. Das ergibt sich aus
der thermodynamischen Eigenschaft von hydrophoben Verbindungen,
die mit ansteigender Temperatur fester werden (und umgekehrt mit
abnehmender Temperatur an Festigkeit verlieren). Die oben beschriebene
Eigenschaft der Blöcke
mit einem Cloudpoint wird durch die hydrophobe Verbindung der Blöcke verursacht,
deren Festigkeit mit ansteigender Temperatur zunimmt und bei sinkender
Temperatur abnimmt. Der "Cloudpoint" stellt die Temperatur
dar, bei welcher eine wasserlösliche
Verbindung beginnt, aus der Lösung
auszutreten mit daraus resultierender Lichtstreuung oder "Cloud"-Bildung. In der
vorliegenden Erfindung bilden sich hydrophobe Verbindungen zwischen
den Cloudpoint-Blöcken
und ersetzen dabei die Verbindungen zwischen den Blöcken und
den Wassermolekülen,
wodurch die Blöcke
unlöslich
werden.
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Das
Vorhandensein hydrophiler Blöcke
verleiht dem Polymer die Fähigkeit,
bei einer Temperatur über der
Cloudpoint-Temperatur infolge einer übermäßigen Zunahme der hydrophoben
Bindungsfestigkeit der Cloudpoint-Blöcke eher ein wasserhaltiges
Gel zu bilden als ausgefällt
zu werden. Die Koexistenz der Cloudpoint-Blöcke und der hydrophilen Blöcke im Polymer
bewirkt, dass das Polymer aus einem wasserlöslichen Sol-Zustand unterhalb
der Temperatur in einen wasserunlöslichen Gel-Zustand mit einer
Temperatur entsprechend oder über
der Cloudpoint-Temperatur umgewandelt wird, die im Grunde der Sol-Gel-Übergangstemperatur
des Polymers entspricht.
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Das
neuartige Intraluminalimplantatmaterial kann endovaskulär oder perkutan
als eine Flüssigkeit (Sol-Zustand)
bei einer Temperatur unter der Sol-Gel-Übergangstemperatur in ein Gefäßlumen verabreicht werden
und verschließt
die Aneurysmen, Gefäßtumoren
oder Gefäßmissbildung,
indem es bei Körpertemperatur
(z. B. ungefähr
37°C), die über der
Sol-Gel-Übergangstemperatur
liegt, unverzüglich
geliert. Da die Bluttemperatur um 37°C liegt, sollte die Sol-Gel-Übergangstemperatur
des obigen Polymers unter dem Gesichtspunkt, einen stabilen Gel-Zustand
in einem Gefäßlumen beizubehalten, über 0°C liegen
und nicht mehr als ungefähr
40°C betragen.
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Entsprechend
der Untersuchung der vorliegenden Erfinder hat sich herausgestellt,
dass die oben beschriebenen Probleme gelöst wurden, indem ein Polymer
mit einer Sol-Gel-Übergangstemperatur
in einer wässrigen
Lösung
davon verwendet wurde, das bei einer Temperatur unterhalb der Sol-Gel-Übergangstemperatur
einen flüssigen
Zustand (Sol-Zustand)
angenommen hat und bei einer Temperatur über der Sol-Gel-Übergangstemperatur
einen Gel-Zustand angenommen hat, der im Wesentlichen wasserunlöslich ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Graphik, die die Messergebnisse einer Gewichtsänderung
in Wasser (d. h. Messung der Wasserlöslichkeit über der Gel-Temperatur) eines
Polymers (BPE) der vorliegenden Erfindung zeigt, verglichen mit
einem Material des Standes der Technik (Pluronic-F-127-Gele mit
einer Konzentration von 20 %–30 %).
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2a zeigt
eine Gefäßstruktur
vor der Behandlung mit der vorliegenden Erfindung.
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2b zeigt
die Gefäßstruktur
von 2a im Anschluss an die Behandlung mit dem Material
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
folgende Beschreibung wird zur Verfügung gestellt, um jeden Sachkundigen
in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu machen und zu verwenden,
und gibt die besten vom Erfinder vorgesehenen Methoden zur Ausführung seiner
Erfindung bekannt. Diverse Änderungen
werden Sachkundigen jedoch ohne weiteres ersichtlich bleiben, da
die Hauptgrundsätze
der vorliegenden Erfindung hierin insbesondere dargelegt wurden, um
ein flüssiges
embolisches Material zur Injektion in das Gefäßsystem bereitzustellen, das
auf einem wasserlöslichen
organischen Polymer basiert, welches eine Vielzahl von Blöcken mit
einem festgelegten Cloudpoint und einem hydrophilen Block enthält, so dass
das Material unterhalb der Cloudpoint-Temperatur ein Sol und oberhalb
dieser Temperatur ein Gel ist.
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Etliche
spezifische Beispiele von Polymeren mit einer Sol-Gel-Übergangstemperatur
in einer wässrigen
Lösung
davon und die umgekehrt einen Sol-Zustand bei einer Temperatur annehmen,
die niedriger ist als die Sol-Gel-Übergangstemperatur, sind bekannt.
Zum Beispiel sind Polyalkylenoxid-Blockcopolymere, dargestellt durch
Blockcopolymere, die Polypropylenoxid-Abschnitte und Polyethylenoxid-Abschnitte
umfassen, veretherte (oder Ethergruppen enthaltende) Cellulosen
wie Methylcellulose und Hydroxypropylcellulose, Chitosan-Derivate
usw. für
solche Eigenschaften bekannt (siehe K.R. Holme et al., Macromolecules,
24, 3828 (1991)).
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Zusätzlich wurde
ein Wundabdeckgel entwickelt (R.M. Nalbandian et al., J. Biomed.
Mater. Res., 6, 583 (1972); J. Biomed. Mater. Res., 12, 1135 (1987)),
das Pluronic F-127 (Handelsname, hergestellt von BASF Wyandotte
Chemical Co.) verwendet, wovon jedes Molekül einen Polypropylenoxid-Abschnitt
mit an beiden Enden daran gebundenen Polyethylenoxid-Abschnitten
umfasst. Es ist bekannt, dass eine hochkonzentrierte (z. B. 20–30 Gew.-%)
wässrige
Lösung
des obigen Pluronic F-127 bei einer Temperatur von nicht niedriger
als ungefähr
20°C in
ein Hydrogel umgewandelt wird und bei einer Temperatur unter dieser
Temperatur in eine wässrige
Lösung
umgewandelt wird. Jedoch kann dieses Material nur bei einer hohen
Konzentration von nicht weniger als ungefähr 20 Gew.-% einen Gel-Zustand
annehmen.
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Hinzu
kommt, dass sogar wenn solch ein Gel mit einer hohen Konzentration
von nicht weniger als ungefähr
20 Gew.-% auf einer Temperatur von nicht weniger als der Gel bildenden
Temperatur gehalten wird, das Gel durch weitere Zugabe von Wasser
gelöst
werden kann. Wenn ein Gel, das PLURONIC F-127 umfasst, in einem
Gefäßlumen bei
Körpertemperatur
von ungefähr
37°C gebildet
wird, löst
das Blut das Gel auf. Daher ist es schwierig, einen stabilen Gel-Zustand
im Gefäßlumen beizubehalten,
was es unmöglich
macht, Aneurysmen, Gefäßtumoren
oder Gefäßmissbildung
zu verschließen.
Da zudem das Molekulargewicht des Pluronic F-127 relativ niedrig
ist, zeigt es bei hohen Konzentrationen einen extrem hohen osmotischen
Druck. Gleichzeitig durchdringt das Pluronic F-127, das ein stark
wirkendes Detergens oder Benetzungsmittel ist, leicht die Zellmembranen,
wobei das Pluronic F-127 Zellbestandteile schädigen kann.
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Andererseits
ist die Sol-Gel-Übergangstemperatur
im Falle einer veretherten Cellulose, die durch Methylcellulose,
Hydroxypropylcellulose usw. dargestellt wird, immerhin etwa 45°C oder höher (siehe
N. Sarkar, J. Appl. Polym. Science, 24, 1073, (1979)). Wenn dementsprechend
eine solche veretherte Cellulose in ein Gefäßlumen verabreicht wird, nimmt
das Polymer einen Sol-Zustand an, weil die Temperatur des Blutes
meistens 37°C
beträgt,
und wird vom Blut weggeschwemmt, wodurch das Polymer Aneurysmen,
Gefäßtumoren oder
Gefäßmissbildung
nicht verschließen
kann.
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Ferner
haben die oben genannten Chitosan-Derivate eine Sol-Gel-Übergangstemperatur,
die bei ungefähr
50°C liegt
(siehe K.R. Holme et al., Macromolecules, 24, 3828 (1991)). Wenn
solch ein Chitosan-Derivat in ein Gefäßlumen verabreicht wird, verbleibt
es im Sol-Zustand und wird vom Blut weggeschwemmt.
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Wenn,
wie oben beschrieben, ein herkömmliches
Polymer, das in einer wässrigen
Lösung
davon eine Sol-Gel-Übergangstemperatur
hat und umkehrbar einen Sol-Zustand bei einer Temperatur unterhalb
der obigen Übergangstemperatur
annimmt, einfach in ein Gefäßlumen verabreicht
wird, werden die folgenden Probleme aufgeworfen:
- 1)
Falls das Polymer, wie z. B. Pluronic F-127, einmal bei oder oberhalb
der Sol-Gel-Übergangstemperatur in
einen Gel-Zustand umgewandelt wird, wird das resultierende Gel gelöst, wenn
ihm weiter Wasser zugefügt
wird. Das heißt,
selbst wenn das Polymer in einem Gefäßlumen in einen Gel-Zustand
umgewandelt wird, löst
das Blut das Gel auf, und das Polymer kann einen stabilen Gel-Zustand
nicht über
eine lange Zeit beibehalten. Infolgedessen kann das Polymer nicht
wirkungsvoll verwendet werden, um die Aneurysmen, Gefäßtumoren
oder Gefäßmissbildung
zu verschließen.
- 2) Das Polymer hat eine höhere
Sol-Gel-Übergangstemperatur
als die Bluttemperatur (ungefähr
37°C), und darum
wird das Polymer im Gefäßlumen nicht
in einen Gel-Zustand umgewandelt, wodurch das Polymer nicht verwendet
werden kann, um die Aneurysmen, Gefäßtumoren oder Gefäßmissbildung
zu verschließen.
- 3) Es ist notwendig, die Konzentration des Polymers in seiner
wässrigen
Lösung
auf einen extrem hohen Wert zu erhöhen, um das Polymer in einen
Gel-Zustand umzuwandeln.
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In
der nachfolgend erscheinenden Beschreibung gelten "%" (Prozent) und "Teil(e)" zur Beschreibung von Mengen oder Verhältnissen
nach Gewicht, wenn nicht ausdrücklich
anderes angegeben wird.
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Sol-Gel-Übergangstemperatur
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In
der vorliegenden Erfindung sind die Begriffe "Sol-Zustand", "Gel-Zustand" und "Sol-Gel-Übergangstemperatur" in der nachfolgenden
Weise definiert.
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Hinsichtlich
dieser Definitionen kann auf eine Veröffentlichung (Polymer Journal,
18(5), 411–416 (1986))
Bezug genommen werden.
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Ein
Milliliter einer Lösung
eines Polymers wird in ein Reagenzglas mit einem Innendurchmesser
von einem Zentimeter gegossen und 12 Stunden in einem Wasserbad
stehen gelassen, das auf einer vorgegebenen (gleichbleibenden) Temperatur
gehalten wird. In einem Falle, in dem die Grenzfläche (Meniskus)
zwischen der Lösung
und Luft beim Umdrehen des Reagenzglases wegen des Gewichts der
Lösung
an sich verformt wird (einschließlich des Falles, in dem die
Lösung
aus dem Reagenzglas herausfließt),
wird die obige Polymerlösung
als bei der oben angegebenen vorgegebenen Temperatur in einem "Sol-Zustand" befindlich definiert.
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Wenn
andererseits in einem Falle, in dem die Grenzfläche (Meniskus) zwischen der
Lösung
und Luft infolge des Gewichts der Lösung an sich selbst dann nicht
verformt wird, wenn das Reagenzglas umgedreht wird, wird die Polymerlösung als
bei der oben angegebenen vorgegebenen Temperatur in einem "Gel-Zustand" befindlich definiert.
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Wenn
eine Polymerlösung
mit einer Konzentration von z. B. ungefähr 3 Gew.-% mit der obigen
Methode gemessen wird und die Temperatur, bei der der "Sol-Zustand" in den "Gel-Zustand" umgewandelt wird,
unter allmählicher
Erhöhung
der obigen "vorgegebenen
Temperatur" (z.
B. in 1 °C-Stufen)
bestimmt wird, wird die auf diese Weise bestimmte Übergangstemperatur
als die "Sol-Gel-Übergangstemperatur" definiert. Alternativ dazu
ist es auch möglich,
die Temperatur, bei der der "Gel-Zustand" in den "Sol-Zustand" umgewandelt wird, unter
allmählicher
Absenkung der "vorgegebenen
Temperatur" (z.
B. in 1 °C-Schritten)
zu bestimmen.
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In
der vorliegenden Erfindung ist die Sol-Gel-Übergangstemperatur unter Berücksichtigung
des Gleichgewichts zwischen der Stabilität des Intraluminalimplantats
(Gel-Zustand) in einem Gefäßlumen und
der einfachen Verabreichung des Intraluminalimplantats (Sol-Zustand)
in das Gefäßlumen vorzugsweise
höher als 0°C, aber nicht
höher als
40°C (noch
besser: nicht niedriger als 4°C
und nicht höher
als 37°C).
Das Polymer mit solch einer bevorzugten Sol-Gel-Übergangstemperatur kann, wie
nachfolgend beschrieben, leicht aus einer spezifischen Verbindung
entsprechend der oben genannten Screening-Methode (Methode zur Messung der
Sol-Gel-Übergangstemperatur)
ausgewählt
werden.
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Bei
dem Intraluminalimplantatmaterial wird bevorzugt, die oben genannte
Sol-Gel-Übergangstemperatur
(a°C) zwischen
der Temperatur, bei der ein Intraluminalimplantat, das auf einem
solchen Polymer basiert, in ein Gefäßlumen verabreicht werden soll
(b°C; z.
B. die Temperatur einer wässrigen
Lösung
des Materials), und der Bluttemperatur (c°C) festzulegen. Mit anderen
Worten, die oben genannten drei Temperaturpunkte a°C, b°C und c°C können vorzugsweise
eine Beziehung von b < a < c haben. Genauer
gesagt, der Wert von (a – b)
kann vorzugsweise 1–35°C sein, noch
bevorzugter 2–30°C. Andererseits
kann der Wert von (c – a)
vorzugsweise 1–35°C sein, noch
bevorzugter 2–30°C.
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Vielzahl von
Blöcken
mit Cloudpoint
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Die
Vielzahl von Blöcken
mit einem Cloudpoint kann vorzugsweise ein Polymer umfassen, das
einen negativen Löslichkeitstemperaturkoeffizienten
hinsichtlich Wasser aufweist. Genauer gesagt, kann solch ein Polymer
vorzugsweise eines sein, das aus der nachfolgenden Gruppe ausgewählt ist:
Polypropylenoxid, Copolymere, die Propylenoxid und ein weiteres
Alkylenoxid umfassen, poly-N-substituierte Acrylamid-Derivate, poly-N-substituierte Methacrylamid-Derivate,
Copolymere umfassend ein N-substituiertes Acrylamid-Derivat und ein N-substituiertes
Methacrylamid-Derivat, Polyvinylmethylether und teilacetyliertes
Produkt aus Polyvinylalkohol.
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Es
wird bevorzugt, dass der obige Polymerblock mit einem Cloudpoint
einen Cloudpoint höher
als 0°C aufweist,
jedoch nicht höher
als 40°C
mit Hinblick auf die Bedingung, dass ein Polymer eine Vielzahl von
Blöcken
mit einem Cloudpoint umfasst und dass eine Vielzahl von daran gebundenen
hydrophilen Blöcken
vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung mit einer Sol-Gel-Übergangstemperatur
von höher
als 0°C
und nicht höher
als 40°C
verwendet werden soll.
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Es
ist möglich,
den Cloudpoint zu messen, z. B. mittels folgender Methode: Eine
wässrige
Lösung
(ungefähr
1 Gew.-%) des Polymers wird abgekühlt, um in eine transparente
homogene Lösung
umgewandelt zu werden, und anschließend wird die Temperatur der
Lösung
allmählich
erhöht
(Temperatur-Erhöhungsschritt: ungefähr 1°C/min), und
der Punkt, an welchem die Lösung
zum ersten Mal eine wolkige Erscheinungsform zeigt, wird als der Cloudpoint
definiert.
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Blöcke können Monomere
sein, welche einen geeigneten Cloudpoint zeigen oder können Multiple
(Polymere) solcher Monomere sein. Spezifische Beispiele der poly-N-substituierten
Acrylamid-Derivate und der poly-N-substituierten Methacrylamid-Derivate,
die Cloudpoints zeigen, sind nachfolgend aufgeführt:
Poly-N-Acryloylpiperidin
Poly-N-Propylmethacrylamid
Poly-N-Isopropylacrylamid
Poly-N-Diethylacrylamid
Poly-N-Isopropylmethacrylamid
Poly-N-Cyclopropylacrylamid
Poly-N-Acryloylpyrrolidin
Poly-N,N-Ethylmethylacrylamid
Poly-N-Cyclopropylmethacrylamid
Poly-N-Ethylacrylamid
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Das
obige Polymer kann entweder ein Homopolymer oder ein Copolymer sein,
das ein Monomer umfasst, das das obige Polymer und "ein weiteres Monomer" ausmacht. Das für einen
solchen Zweck zu verwendende "weitere
Monomer" kann ein
hydrophiles Monomer oder ein hydrophobes Monomer sein. Im Allgemeinen
kann, wenn die Co-Polymerisation mit einem hydrophilen Monomer durchgeführt wird,
die resultierende Cloudpoint-Temperatur erhöht werden. Andererseits kann,
wenn die Co-Polymerisation mit einem hydrophoben Monomer durchgeführt wird,
die resultierende Cloudpoint-Temperatur abgesenkt werden.
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Entsprechend
kann ein Polymer mit einem gewünschten
Cloudpoint (z. B. ein Cloudpoint von höher als 0°C und nicht höher als
40°C) erzielt
werden, indem Monomere ausgewählt
werden, die zur Co-Polymerisation verwendet werden.
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Spezifische
Beispiele der obigen hydrophilen Monomere schließen ein: N-Vinylpyrrolidon,
Vinylpyridin, Acrylamid, Methacrylamid, N-Methylacrylamid, Hydroxyethylmethacrylat,
Hydroxyethylacrylat, Hydroxymethylmethacrylat, Hydroxymethylacrylat,
Methacrylsäure
und Acrylsäure
mit einer Säuregruppe
und Salze dieser Säuren,
Vinylsulfonsäure,
Styrensulfonsäure
usw. und Derivate mit einer basischen Gruppe, wie N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat,
N,N-Diethylaminoethylmethacrylat, N,N-Dimethylaminopropylacrylamid,
Salze dieser Derivate, usw. Jedoch ist das hydrophile Monomer, das
in der vorliegenden Erfindung verwendbar sein soll, nicht auf diese
spezifischen Beispiele beschränkt.
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Andererseits
können
spezifische Beispiele des obigen hydrophoben Monomers Acrylat-Derivate und Methacrylat-Derivate
wie Ethylacrylat, Methylmethacrylat und Glycidylmethacrylat; N-substituierte
Alkymethacrylamid-Derivate wie N-n-Butylmethacrylamid; Vinylchlorid,
Acrylnitril, Styren, Vinylacetat usw. enthalten. Jedoch ist das
hydrophobe Monomer, das in der vorliegenden Erfindung verwendbar
sein soll, nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränkt.
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Hydrophiler
Block
-
Andererseits
können
spezifische Beispiele des hydrophilen Blocks, der mit dem oben genannten
Block mit einem Cloudpoint verbunden werden soll (oder an diesen
gebunden werden soll) einschließen:
Methylcellulose, Dextran, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, Poly-N-Vinylpyrrolidon,
Polyvinylpyridin, Polyacrylamid, Polymethacrylamid, Poly-N-Methylacrylamid,
Polyhydroxymethylacrylat, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polyvinylsulfonsäure, Polystyrensulfonsäure und
Salze dieser Säuren,
Poly-N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat, Poly-N,N-Diethylaminoethylmethacrylat,
Poly-N,N-Dimethylaminopropylacrylamid und Salze von diesen usw.
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Methode zur
Verbindung von Cloudpoint und hydrophilen Blöcken
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Das
Verfahren zur Verbindung des obigen Blocks mit einem Cloudpoint
mit dem hydrophilen Block ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel
ist es möglich,
solch eine Verbindung durchzuführen,
indem eine polymerisierbare funktionelle Gruppe (wie eine Acryloylgruppe)
in einen der beiden obigen Blöcke
eingeführt
wird und mit dem resultierenden Produkt ein Monomer copolymerisiert
wird, das geeignet ist, den anderen Block zu stellen.
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Alternativ
dazu ist es auch möglich,
ein Kombinationsprodukt des obigen Blocks mit Cloudpoint mit dem
hydrophilen Block zu erhalten, indem ein Monomer copolymerisiert
wird, das geeignet ist, den Block mit Cloudpoint mit einem Monomer
zu versorgen, das geeignet ist, den hydrophilen Block bereitzustellen.
Zusätzlich
können
der Block mit Cloudpoint und der hydrophile Block auch kombiniert
oder aneinander gebunden werden, indem zuvor reaktive funktionelle
Gruppen (wie Hydroxyl-Gruppe, Amino-Gruppe, Carboxyl-Gruppe oder
Isocyanat-Gruppe) in beide Arten der Blöcke eingeführt werden und diese Blöcke kombiniert
werden, indem eine geeignete chemische Reaktion angewandt wird,
wie sie Fachkundigen der Polymer-Chemie geläufig ist. Dabei ist es üblich, eine
Vielzahl von reaktiven funktionellen Gruppen in den hydrophilen
Block einzuführen.
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Ferner
können
der Polypropylenoxid-Cloudpoint-Block und der hydrophile Block kombiniert
oder aneinander gebunden werden, indem Polypropylenoxid und ein
Monomer (wie Ethylenoxid) wiederholt einer schrittweisen oder fortlaufenden
Polymerisation unterzogen werden, wodurch ein Blockcopolymer erhalten wird,
das Polypropylenoxid und das damit verbundene weitere wasserlösliche Polymer
(wie Polyethylenoxid) umfasst. Solch ein Blockcopolymer kann ebenfalls
erhalten werden, indem eine polymerisierbare Gruppe (wie eine Acryloyl-Gruppe)
in die endständige
funktionelle Polypropylenoxid-Gruppe eingeführt wird und danach ein Monomer,
das das wasserlösliche
Polymer ausmacht, damit copolymerisiert wird.
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Ferner
kann ein in der vorliegenden Erfindung verwendbares Polymer erhalten
werden, indem eine reaktive funktionelle Gruppe, die in einer Reaktion
eine Bindung mit der endständigen
funktionellen Polypropylenoxid-Gruppe (wie eine Hydroxyl-Gruppe)
bildet, in ein wasserlösliches
Polymer eingeführt
wird und das resultierende wasserlösliche Polymer und das Polypropylenoxid
zur Reaktion gebracht werden.
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Zusätzlich kann
ein in der vorliegenden Erfindung verwendbares Polymer erhalten
werden, indem Polymere verbunden werden, wie eines, das Polypropylenglycol
und Polyethylenglycol, gebunden an seine beiden Enden, (wie Pluronic
F-127; Handelsname) umfasst. Bei einer Temperatur niedriger als
der Cloudpoint kann das Polymer der Erfindung (eine Verbindung,
die eine Vielzahl von Blöcken
mit einem Cloudpoint sowie zumindest einen damit verbundenen hydrophilen
Block umfasst) vollständig
in Wasser aufgelöst
werden, so dass es einen Sol-Zustand annimmt, da die im Polymer-Molekül vorhandenen "Blöcke mit
einem Cloudpoint" zusammen
mit dem hydrophilen Block bei dieser Temperatur wasserlöslich sind.
-
Wenn
jedoch eine Lösung
des obigen Polymers auf eine Temperatur gleich oder über dem
Cloudpoint erhitzt wird, werden die im Polymermolekül vorhandenen "Blöcke mit
einem Cloudpoint" hydrophob,
so dass einzelne Moleküle
des Polymers infolge hydrophober Interaktionen miteinander assoziieren
oder aggregieren. Andererseits ist der hydrophile Block selbst bei
dieser erhöhten
Temperatur wasserlöslich,
und darum bildet das Polymer entsprechend der vorliegenden Erfindung
ein Hydrogel. Das Hydrogel hat eine dreidimensionale Netzwerkstruktur,
in der hydrophobe Assoziationen zwischen den Blöcken mit einem Cloudpoint Vernetzungspunkte
bilden und die Interaktion zwischen Wassermolekülen und den hydrophilen Blöcken das
Polymer davon abhält,
aus der Lösung
zu präzipitieren.
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Wenn
das Hydrogel wieder auf eine Temperatur unter dem Cloudpoint abgekühlt wird,
wird der Cloudpoint-Block wasserlöslich, und die Vernetzung infolge
der hydrophoben Assoziation wird gelöst, so dass die Hydrogel-Struktur
verschwindet, wodurch das Polymer wieder eine wässrige Lösung wird.
-
Somit
basiert der Sol-Gel-Übergang
in dem Polymer gemäß der vorliegenden
Erfindung auf der reversiblen Umwandlung von hydrophil zu hydrophob
im Block mit einem Cloudpoint, die im Polymer-Molekül am Cloudpoint
erfolgt, und darum ist die Umwandlung als Reaktion auf eine Temperaturveränderung
vollständig reversibel.
-
Intraluminalimplantat
-
Wie
oben beschrieben, zeigt das Intraluminalimplantat entsprechend der
vorliegenden Erfindung, das wenigstens ein Polymer mit einer Sol-Gel-Übergangstemperatur
in einer wässrigen
Lösung
davon umfasst, im Wesentlichen eine Wasserunlöslichkeit bei einer Temperatur
(d°C) höher als
die Sol-Gel-Übergangstemperatur
und zeigt umkehrbar Wasserlöslichkeit
bei einer Temperatur (e°C)
unterhalb der Sol-Gel-Übergangstemperatur.
Die oben genannte Temperatur (d°C)
kann vorzugsweise eine Temperatur sein, die wenigstens 1°C, bevorzugter
wenigstens 2°C
(noch besser wenigstens 5°C) über der
Sol-Gel-Übergangstemperatur
liegt.
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Ferner
kann die oben genannte "starke
Wasserunlöslichkeit" vorzugsweise ein
Zustand sein, in dem der Anteil des obigen Polymers, das bei der
obigen Temperatur (d°C)
in 100 ml Wasser gelöst
werden soll, 5,0 g oder weniger beträgt (bevorzugter 0,5 g oder
weniger, noch besser 0,1 g oder weniger). Andererseits kann die
oben genannte Temperatur (e°C)
vorzugsweise eine Temperatur sein, die wenigstens 1°C, bevorzugter
wenigstens 2°C
(noch besser wenigstens 5°C)
niedriger als die Sol-Gel-Übergangstemperatur
ist.
-
Ferner
kann die oben genannte "Wasserlöslichkeit" vorzugsweise ein
Zustand sein, in welchem der Anteil des bei der obigen Temperatur
(e°C) in
100 ml Wasser zu lösenden
obigen Polymers 0,5 g oder mehr (bevorzugter 1,0 g oder mehr) beträgt. Das
obige "eine reversible
Wasserlöslichkeit
zeigen" bezieht
sich auf ein Stadium, in welchem eine wässrige Lösung des obigen Polymers die
oben beschriebene Wasserlöslichkeit bei
einer Temperatur niedriger als die Sol-Gel-Übergangstemperatur zeigt, sogar
wenn sie einmal einen Gel-Zustand
gebildet hat (bei einer Temperatur höher als die Sol-Gel-Übergangstemperatur).
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Eine
10%ige wässrige
Lösung
des obigen Polymers kann vorzugsweise eine Viskosität von 0,01–3 Pa·s (10–3.000 cP,
bevorzugter 50–1.000
cP) bei 5°C
zeigen. Solch eine Viskosität
kann vorzugsweise z. B. unter den folgenden Messbedingungen gemessen
werden:
Viskosimeter: | Rheometer
der druckgesteuerten Art (Modell: CSL-500, hergestellt von Carri-Med
Co., USA) |
Rotor-Durchmesser: | 60
mm |
Rotor-Konfiguration: | Parallelplatten-Typ |
Messfrequenz: | ein
Hz (Hertz) |
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Sogar
wenn die wässrige
Lösung
des Polymers entsprechend der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur
höher als
die Sol-Gel-Übergangstemperatur
in einen Gel-Zustand geformt wird und das resultierende Gel anschließend in
eine große
Menge Wasser getaucht wird, wird das Gel im Wasser nicht wirklich
aufgelöst.
Zum Beispiel kann solch ein Charakteristikum des obigen Polymers
auf die nachfolgende Weise bekräftigt
werden.
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Genauer
gesagt, 0,15 g des Polymers entsprechend der vorliegenden Erfindung
werden bei einer Temperatur niedriger als die obige Sol-Gel-Übergangstemperatur
(z. B. unter Kühlung
mit Eis) in 1,35 g destilliertem Wasser gelöst, um dadurch eine 10-Gew.-%ige
wässrige
Lösung
herzustellen. Die resultierende Lösung wird in eine Plastik-Petrischale
mit einem Durchmesser von 35 mm gegossen, die Schale wird auf eine Temperatur
von 37°C
erwärmt,
um ein Gel mit einer Dicke von ungefähr 1,5 mm in der Petrischale
zu bilden, und das Gesamtgewicht der das Gel enthaltenden Petrischale
(f Gramm) wird gewogen.
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Danach
wird die ganze Petrischale, die das Gel enthält, 10 Stunden bei 37°C in 250
ml Wasser stehen gelassen, und anschließend wird das Gesamtgewicht
der das Gel enthaltenden Petrischale (g Gramm) gewogen, um festzustellen,
ob das Polymer aus der Geloberfläche
gelöst
wurde oder nicht. Zu diesem Zeitpunkt darf im Polymer entsprechend
der vorliegenden Erfindung das Gewichtsverlustverhältnis im
Gel, d. h. der Wert {(f-g)/f} vorzugsweise 5,0 % oder weniger betragen,
bevorzugter 1,0 % oder weniger (noch besser 0,1 % oder weniger).
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Sogar
wenn eine wässrige
Lösung
des Polymers entsprechend der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur
höher als
die Sol-Gel-Übergangstemperatur
in einen Gel-Zustand umgewandelt wurde und das resultierende Gel
danach in eine große
Menge Wasser getaucht wurde (ungefähr 0,1–100mal größer als das Gel, gemessen am
Volumenverhältnis),
löste sich
das Gel selbst über
eine lange Zeitspanne nicht auf (wie durch das nachstehende Beispiel
3 belegt wird).
-
Im
Gegenteil, in einem Falle, in dem ein ähnliches Gel unter Verwendung
des oben beschriebenen Pluronic F-127, das Polypropylenoxid und
Polyethylenoxid an beiden Enden davon gebunden umfasste, war das resultierende
Gel vollständig
aufgelöst,
wenn das Gel einige Stunden in Wasser stehen gelassen worden war.
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Die
oben beschriebene Eigenschaft des Polymers entsprechend der vorliegenden
Erfindung ist wichtig im Hinblick auf den langfristigen Einschluss
der Aneurysmen, Gefäß- und Tumorengefäßmissbildung.
Die Eigenschaften des Polymers entsprechend der vorliegenden Erfindung
können
bereitgestellt werden, indem z. B. ein Polymer mit einer Vielzahl
von Blöcken
mit einem Cloudpoint in einem Molekül, wie oben beschrieben, verwendet
wird.
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Entsprechend
den vorliegenden Beobachtungen des Erfinders wird im Falle des oben
beschriebenen Pluronic F-127 vermutet, dass ein Molekül davon
lediglich einen Block mit einem darin vorhandenen Cloudpoint (d.
h. Polypropylenoxid-Block) aufweist und die Vernetzungsstruktur
zwischen hydrophoben Gruppen, die bei einer Temperatur höher als
die Sol-Gel-Übergangstemperatur
gebildet werden sollen, schwach oder zerbrechlich ist, und daher
das auf dem Pluronic F-127 basierende Gel in Wasser aufgelöst wird.
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Andererseits
wird im Falle des Polymers entsprechend der vorliegenden Erfindung
vermutet, dass ein Gel mit einer festen Vernetzungsstruktur gebildet
wird, da das darin verwendete Polymer zwei oder mehrere hydrophobe
Blöcke
in einem Molekül
hat und dadurch die Wasserfestigkeit des resultierenden Gels verbessert wird.
Das Intraluminalimplantat entsprechend der vorliegenden Erfindung
umfasst wenigstens das oben beschriebene Polymer mit einer Sol-Gel-Übergangstemperatur,
kann aber je nach Wunsch weitere Bestandteile umfassen.
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Spezifische
Beispiele der "weiteren
Bestandteile" in
einem solchen Ausführungsbeispiel
können
z. B. biologisch aktive Substanzen, Substanzen, die die Sol-Gel-Übergangstemperatur des Polymers
oder die Viskosität
der wässrigen
Lösung
des Polymers modulieren, und radiopake Substanzen enthalten.
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Biologisch
aktive Substanzen
-
In
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Cytokin und/oder
ein extrazelluläres
Matrixmaterial mit der Wirkung einer Erhöhung der Affinität mit Gewebe
und gleichzeitiger Förderung
der Endothelialisierung verwendet. Genauer gesagt, bevorzugte Beispiele
davon können
z. B. extrazelluläre
Matrices enthalten, wie verschiedene Arten von Collagenen, Fibronectin,
Vitronectin, Laminin, Proteoglycan und Glycosaminoglycan. Cytokine
wie TGF (Tumorwachstumsfaktor), FGF (Fibroblastwachstumsfaktor),
VEGF (Gefäßendothelwachstumsfaktor)
und PDGF (Plättchenwachstumsfaktor)
können
ebenfalls verwendet werden. Zusätzlich zum
extrazellulären
Matrixmaterial oder Cytokin haben thermisch denaturierte Collagenprodukte
wie Gelatine eine ähnliche
Wirkung, und daher können
diese Substanzen ähnlich
wie die oben beschriebene extrazelluläre Matrix usw. verwendet werden.
Ebenso können
antineoplastische Substanzen wie Cisplatin, Carboplatin, Methotrexat,
ACNU (1-4-Amino-2-methyl-5-pyrimidinyl)-metyl-3-(2-chlorethyl)-3-nitrosoharnstoff)
und BCNU (1,3-Bis-(2-chlorethyl)-1-nitrosoharnstoff) verwendet werden.
Eine Reihe von Mikrotubulusveränderungswirkstoffen
wie Vincristin, Vinblastin, Colchicin und wasserlösliche Taxol-Derivate
sind ebenfalls nützlich.
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Sol-Gel-Übergangstemperatur-
und Viskositätsmodulatoren
-
Zur
Modulation der Sol-Gel-Übergangstemperatur
des Polymers oder der Viskosität
der wässrigen
Lösung
des Polymers können
organische Lösungsmittel,
anorganische Salze, oberflächenaktive
Substanzen, Harnstoff und Aminosäuren
verwendet werden. Besonders die Substanzen, die die Sol-Gel-Übergangstemperatur
erhöhen
oder die Viskosität
der wässrigen
Lösung
des Polymers vermindern, werden in der vorliegenden Erfindung wegen
der leichten endovaskulären
oder perkutanen Verabreichung der wässrigen Lösung des Polymers in ein Gefäßlumen vorzugsweise
verwendet.
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Radiopake
Substanzen
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Die
herkömmlichen
unlöslichen
radiopaken Wirkstoffe wie das Pulver von Wolfram, Tantal, Gold,
Platin, Bariumsulfat und lösliche
radiopake Materialien wie iodorganische Verbindungen, die in der
Gefäß- und Neurogefäß-Radiologie
verwendet werden, können
in der Polymerlösung
der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein. Diese Wirkstoffe
werden in die Lösung
hinein gelöst,
suspendiert oder emulgiert.
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In
einem Falle, in dem die oben beschriebene biologisch aktive Substanz
und/oder Substanzen, welche die Sol-Gel-Übergangstemperatur oder die
Viskosität
der wässrigen
Lösung
des Polymers usw. verändern,
in das Intraluminalimplantatmaterial entsprechend der vorliegenden
Erfindung aufgenommen werden, ist es zum Beispiel möglich, eine
Methode zu übernehmen,
bei der solche Substanzen in einer wässrigen Lösung des obigen Polymers bei
einer Temperatur niedriger als die Sol-Gel-Übergangstemperatur des Polymers
gelöst
oder dispergiert werden.
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Im
Intraluminalimplantat entsprechend der vorliegenden Erfindung ist
es auch möglich,
ein wässriges Medium
wie eine physiologische Salzlösung,
Ringer-Lösung,
Puffer und Kultursubstrat anstelle des Wassers zu verwenden, um
die weiteren Bestandteile aufzulösen.
Das Intraluminalimplantatmaterial entsprechend der vorliegenden
Erfindung kann ebenfalls, zusätzlich
zum obigen Polymer und Wasser, eine andere flüssige Substanz als Wasser enthalten.
Spezifische für
solch einen Zweck verwendbare Beispiele können enthalten: z. B. Alkohole
(z. B. einwertige, zweiwertige und dreiwertige Alkohole) enthaltende
wasserlösliche
Flüssigkeiten
wie Ethanol, Ethylenglycol, Propylenglycol und Glycerin; ölige Flüssigkeiten
wie pflanzliches Öl,
flüssiges
Paraffin und Tieröl
(eine ölige
Flüssigkeit
wird verwendet, nachdem sie je nach Wunsch in eine Suspension oder
Emulsion umgewandelt ist). Radiopake Öle sind lediglich ein weiteres
Beispiel von möglichen
Zusätzen
zum Gemisch der vorliegenden Erfindung. In einem Falle, in dem solch
eine flüssige
Substanz hinzugefügt
wird, ist vorzuziehen, die Flüssigkeit
in einer Menge von ungefähr 0,1–100 Teilen,
bevorzugter ungefähr
1–50 Teilen auf
100 Teile Wasser zu verwenden.
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Verfahren
zur Verwendung des Intraluminalimplantatmaterials
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Verfahren zur eigentlichen Verwendung des Intraluminalimplantatmaterials
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei einer Temperatur niedriger
als die Sol-Gel-Übergangstemperatur
des Polymers, das das Intraluminalimplantatmaterial ausmacht, wird
das Polymer in einem wässrigen
Medium wie Wasser, physiologische Salzlösung, Ringer-Lösung oder
Kultursubstrat gelöst,
um eine Konzentration von 2,0 %–35
% (bevorzugter 5,0 %–30
%) bereitzustellen.
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Zu
diesem Zeitpunkt ist es auch möglich,
der wässrigen
Lösung
des oben beschriebenen Polymers je nach Wunsch biologisch aktive
Substanzen, Substanzen, die die Sol-Gel-Übergangstemperatur
oder die Viskosität
der wässrigen
Lösung
des Polymers modulieren, und/oder einen radiopaken Wirkstoff usw.
hinzuzufügen.
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Danach
wird die resultierende wässrige
Lösung
des Polymers bei einer Temperatur niedriger als die Sol-Gel-Temperatur
gehalten und wird endovaskulär
oder perkutan in ein Gefäßlumen verabreicht,
während sie
im wässrigen
Lösungszustand
gehalten wird. Im Allgemeinen wird der Zugang zur gewünschten
Stelle in einem Gefäßlumen mit
einem Katheter hergestellt. Für
eine gewundene Ader mit einem kleinen Durchmesser kann ein Katheter
durch die Verwendung eines Führungsdrahtes
an die Stelle geführt
werden.
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Sobald
die Stelle erreicht ist, legt das Entfernen des Führungsdrahtes
das Katheterlumen frei. Der Katheter kann mit kalter physiologischer
Salzlösung
usw. in den Hohlraum des Katheters gespült werden, um das Festwerden
des Polymers zu verhindern. Vorzugsweise wird ein doppelläufiger Katheter
verwendet, um das Injektionssystem unter die Sol-Gel-Übergangstemperatur des Polymers
herunterzukühlen.
Kalte physiologische Salzlösung
wird durch das äußere Lumen
gespült,
bis das Intraluminalimplantatmaterial tatsächlich die Injektionsstelle
durch das innere Lumen des Katheters erreicht. Bei der perkutanen
Verabreichung kann vorzugsweise eine doppelläufige Nadel auf ähnliche
Weise wie der oben beschriebene doppelläufige Katheter verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun eingehender mit Bezug auf Beispiele
beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende
Erfindung durch Ansprüche
definiert ist und nicht durch die folgenden Beispiele eingeschränkt wird.
-
Beispiel 1
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Einhundertsechzig
Mol Ethylenoxid wurden mittels kationischer Polymerisation einer
Additionsreaktion mit einem Mol Trimethylolpropan unterzogen, um
dadurch Polyethylenoxidtriol zu gewinnen. Von diesem Polyethylenoxidtriol
wurden 0,02 Mol in 100 ml destilliertem Wasser aufgelöst, und
danach wurden 0,1 Mol Kaliumpermanganat hinzugefügt. Das resultierende Gemisch
wurde 60 Minuten lang bei 25°C
einer Oxidationsreaktion unterzogen, um dadurch ein Polyethylenoxidtricarboxyl-Derivat
zu erhalten.
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Zehn
Gramm des Polyethylenoxidtricarboxyl-Derivats, 5 g Polypropylenoxiddiamino-Derivat
(durchschnittlicher Propylenoxid-Polymerisationsgrad: ungefähr 65, Jeffamine
D-4000, hergestellt von Jefferson Chemical Co., USA) und 5 g beidendig
aminiertes Polyethylenoxid (Molekulargewicht = 6000, hergestellt
von Kawaken Fine Chemical K.K.) wurden in 1.000 ml Kohlenstofftetrachlorid
aufgelöst,
und danach wurden 1,2 g Dicyclohexylcarbodiimid hinzugefügt. Das
resultierende Gemisch wurde 6 Stunden lang unter Siede-Rückflussbedingungen reagieren
gelassen.
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Das
resultierende Reaktionsgemisch wurde abgekühlt und gefiltert, und anschließend wurde
das Lösungsmittel
im Vakuum herausdestilliert. Danach wurde der resultierende Rückstand
vakuumgetrocknet, um dadurch ein Polymer (BPE) für ein Intraluminalimplantatmaterial
entsprechend der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
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Das
oben beschriebene Polymer BPE wurde unter Eiskühlung in destilliertem Wasser
gelöst,
um eine Konzentration von 8 % bereitzustellen. Als die resultierende
wässrige
Lösung
allmählich
erwärmt
wurde, wurde festgestellt, dass ihre Viskosität allmählich anstieg, als die Temperatur über 5°C anstieg,
und bei ungefähr
10°C wurde
die Lösung
in ein Hydrogel umgewandelt. Als das resultierende Hydrogel abgekühlt wurde,
wurde es bei 5°C
wieder in den Zustand einer wässrigen
Lösung
zurückverwandelt.
Solch eine Umwandlung von wässriger
Lösung
(Sol) in Gel konnte umkehrbar und sich wiederholend beobachtet werden.
-
Beispiel 2
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N-Isopropylacrylamid
(9.61 g) (hergestellt von Kojin K.K.), 0,14 g N-Butylmethacrylat
(hergestellt von Wako Junyaku Kogyo K.K.) und 1,12 g Methacryloylisocyanat
(hergestellt von Nippon Paint K.K.) wurden in 400 ml Chloroform,
das in einem Reaktionsgefäß enthalten
war, aufgelöst.
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Nachdem
das Innere des Reaktionsgefäßes mit
Stickstoffgas gespült
worden war, wurden 0,135 g N,NAL-Azobisisobutyronitril hineingegeben,
und das resultierende Gemisch wurde 6 Stunden lang bei 60°C einer Polymerisation
unterzogen.
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Das
Reaktionsgemisch wurde konzentriert und anschließend in Diethylether wieder
ausgefällt,
um Präzipitatpartikel
zu agglomerieren. Das resultierende Präzipitat wurde unter Vakuum
getrocknet, um dadurch 7,8 g Poly(N-isopropylacrylamid-co-methacryloylisocyanat-co-n-butylmethacrylat)
zu erhalten.
-
Danach
wurden 1,0 g des so gewonnenen Poly(N-isopropylacrylamid-co-methacryloylisocyanat-co-n-butylmethacrylat)
und 0,5 g beidendig aminiertes Polyethylenoxid (Molekulargewicht
= 6000, hergestellt von Kawaken Fine Chemical K.K.) in 100 ml Chloroform
aufgelöst
und das resultierende Gemisch 3 Stunden lang bei 50°C reagieren
gelassen.
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Das
Reaktionsgemisch wurde auf Zimmertemperatur abgekühlt und
anschließend
0,1 g Isopropylamin hinzugefügt
und eine Stunde lang stehen gelassen. Das Reaktionsgemisch wurde
konzentriert und anschließend
in Diethylether präzipitiert.
-
Das
resultierende Präzipitat
wurde durch Filtration getrennt und anschließend unter Vakuum getrocknet,
um dadurch 1,5 g eines Polymers (GYM) für das Intraluminalimplantatmaterial
entsprechend der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
-
GYM
(0,5 g) wurde unter Eiskühlung
in 10 ml destilliertem Wasser aufgelöst. Als die resultierende wässrige Lösung allmählich erwärmt wurde,
wurde festgestellt, dass die Lösung
ihre Fluidität
bei ungefähr 30°C oder darüber verlor
und in einen Gel-Zustand verwandelt wurde.
-
Als
das resultierende Gel abgekühlt
wurde, erhielt es seine Fluidität
bei ungefähr
30°C oder
darunter wieder zurück
und wurde wieder in eine wässrige
Lösung
verwandelt. Solch eine Sol-Gel-Übergangsumwandlung
wurde umkehrbar und sich wiederholend beobachtet. Das obige Polymer
hatte eine Sol-Gel-Übergangstemperatur
von ungefähr
30°C.
-
Beispiel 3
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Eine
wässrige
Lösung
(ein Intraluminalimplantatmaterial entsprechend der vorliegenden
Erfindung) aus dem in Beispiel 1 gewonnenen BPE wurde in einen Gel-Zustand
umgewandelt und anschließend
in eine große
Menge 37°C
warmen Wassers getaucht, wobei die Auflösungskennlinie des resultierenden
Gels im Zeitverlauf gemessen wurde. Getrennt davon wurde als Vergleichsexperiment
das oben beschriebene Pluronic F-127 (nachfolgend einfach als "F-127" bezeichnet) auf ähnliche
Weise in ein Gel umgewandelt, und die Auflösungskennlinie des resultierenden
Gels wurde in 37°C
warmem Wasser gemessen.
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Im
Einzelnen wurde die oben beschriebene Auflösungskennlinie auf die nachfolgende
Weise beurteilt. Das heißt,
0,15 g des in Beispiel 1 synthetisierten Polymers (BPE) wurden unter
Eiskühlung
in 1,35 g destilliertem Wasser aufgelöst, um dadurch eine wässrige Lösung mit einer
Konzentration von 10 % herzustellen. Anschließend wurde die resultierende
Lösung
in eine Plastik-Petrischale mit einem Durchmesser von 35 mm gegossen,
danach wurde die Schale auf eine Temperatur von 37°C erwärmt, um
in der Schale ein Gel mit einer Dicke von ungefähr 1,5 mm zu bilden, und das
Gesamtgewicht der das Gel enthaltenden Petrischale (Anfangsgewicht)
wurde gewogen.
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Danach
wurde die ganze das Gel enthaltende Petrischale für eine vorbestimmte
Zeitspanne bei 37°C in
250 ml Wasser getaucht. Anschließend wurde die Petrischale
aus dem Wasser genommen und das Gesamtgewicht der das Gel enthaltenden
Petrischale im Zeitverlauf gewogen, um dadurch den Unterschied zwischen dem
Istgewicht und dem oben beschriebenen Anfangsgewicht festzustellen.
Auf diese Weise wurde das Auflösungsverhalten
des Gels (von der mit Wasser in Kontakt stehenden Geloberfläche) in
Wasser beurteilt.
-
Als
Vergleichsexperimente wurden jede der 0,3 g und 0,45 g des obigen
F-127 unter Eiskühlung
in 1,2 g bzw. 1,05 g destilliertem Wasser aufgelöst, um dadurch eine wässrige Lösung des
F-127 mit einer Konzentration von 20 % bzw. 30 % herzustellen. Durch
Verwendung der auf diese Weise gewonnenen wässrigen Lösungen wurde das Auflösungsverhalten
dieser wässrigen
Lösungen
auf die gleiche Weise wie beim obigen BPE beurteilt, indem ein Gel
mit einer Dicke von ungefähr
1,5 mm in einer Petrischale hergestellt wurde und bei 37°C in 250
ml Wasser stehen gelassen wurde.
-
Die
durch diese Experimente erhaltenen Ergebnisse sind in dem Diagramm
der 1 dargestellt. Man war der Meinung, dass die oben
beschriebenen Auflösungsexperimente
das Auflösungsverhalten
des Gels im Blut simulierten, wenn das Gel in ein Gefäßlumen eingebracht
wurde. Wie in obiger 1 dargestellt, wurden in jedem
der Fälle
der Pluronic-F-127-Gele
mit Konzentrationen von 20 % bzw. 30 % die Gele innerhalb einiger Stunden
vollständig
in Wasser gelöst.
Andererseits wurde festgestellt, dass im Falle des Gels des Intraluminalimplantats
(BPE) entsprechend der vorliegenden Erfindung das Gel innerhalb
von 10 Wochen nicht wesentlich aufgelöst war.
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Diese
Ergebnisse der Experimente legen nahe, dass im Falle des Pluronic
F-127 das resultierende Gel in einem Gefäßlumen sehr instabil wäre, jedoch
im Falle des Intraluminalimplantatmaterials entsprechend der vorliegenden
Erfindung das resultierende Gel nach Einbringen in ein Gefäßlumen stabil
bleiben könnte.
-
Beispiel 4
-
Es
wurde ein Tierversuch entsprechend den Grundsätzen der von den National Institutes
of Health erstellten Richtlinien durchgeführt. Zwei Schweine wurden in
dieser Vorstudie verwendet. Die Schweine waren 3 bis 4 Monate alt,
wogen 30 bis 40 kg, waren beiderlei Geschlechts und wurden nach
einer Diät
gemäß üblichem
Laborstandard gehalten. Nach einem Fasten über Nacht wurde jedes Schwein
mit einer intramuskulären Gabe
von 20 mg/kg Ketamin und 2 mg/kg Xylazin medikamentös vorbereitet.
Die Vollnarkose wurde nach endotrachealer Intubation mit mechanischer
Beatmung und Inhalation von 1 % bis 2 % Halothan aufrechterhalten.
-
Das
Rete mirabile (RMB) des Schweins ist ein feines Netzwerk von Arterien
mit Verbindungen über die
Mittellinie zum kontralateralen RMB, das sich am Ende jeder A. pharyngea
ascendens befindet, wo sie die Schädelbasis durchdringt. Dieses
Gefäßnetz weist
einige morphologische Ähnlichkeiten
mit einem menschlichen plexiformen Nidus arteriovenöser Fehlbildung
(AVM-Nidus) auf, und es wurde früher
zur Beurteilung gefäßhistologischer
Reaktionen zahlreicher embolischer Mittel verwendet.
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Ein
6F-Führungskatheter
wurde unter Verwendung eines transfemoralen Zugangs in der linken
gemeinsamen Kopfschlagader platziert. Eine intraarterielle Bolus-Injektion
von 3.000 Einheiten Heparin wurde appliziert. Ein 2,1-F-Mikrokatheter/Mikroführungsdraht
wurde koaxial durch den Führungskatheter
so platziert, dass seine Spitze sich in der A. pharyngea ascendens
befand, genau proximal zum linken RMB. Das gleiche Polymer wie das
in Beispiel 2 hergestellte wurde in dieser Studie verwendet. Die
Applikationstechnik war wie folgt:
- 1) Nachdem
ein superselektives Angiogramm durchgeführt war, wurden 10 ml Salzlösung (5–10°C) injiziert, um
den Mikrokatheter zu spülen;
- 2) 1,0 ml Polymerlösung
wurden in eine 1-cm3-Spritze aufgezogen;
- 3) Das Polymer wurde unter fluoroskopischer Kontrolle injiziert,
bis ein kompletter Einschluss des RMB und/oder der A. pharyngea
ascendens erreicht war.
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Nach
einem Postembolisationsangiogramm wurden die Schweine mittels einer
intravenösen
Injektion von Pentobarbital (100 mg/kg) geopfert. Jedes RMB und
das Gehirn wurden daraufhin chirurgisch aus der Schädelbasis
jedes Schweines entnommen. Die Proben wurden zur Fixierung in 10%ige
Formalinlösung
gelegt. Schnitte wurden mit Hämatoxylin
und Eosin sowie Elastica van Gieson angefärbt und mikroskopisch untersucht.
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Angiographiebefunde
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Alle
RMBs und A. pharyngea ascendens waren erfolgreich mit dem Polymer
verschlossen (2a, verglichen mit 2b).
Es wurden insgesamt 0,5 bis 1,0 ml Polymer durch den Mikrokatheter
in das RMB appliziert, und es gab keine Schwierigkeiten beim Herausziehen
des Mikrokatheters nach abgeschlossener Embolisation. Wiederholte
Embolisationen des Polymers durch denselben Mikrokatheter wurden
durchgeführt, ohne
dass der Mikrokatheter verstopfte oder an der Stelle festklebte.
Dieses Polymer zeigte eine geeignete fluoroskopische Strahlendichte,
die eine kontrollierte Applikation in Arterien mit einem Durchmesser
von 250–400 μm erlaubte.
Klinische Kontrollen nach der Embolisation ergaben keine Anzeichen
für eine
neurologische Verschlechterung oder Absterben nach der Embolisation.
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Makroskopische
und histopathologische Befunde
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Die
embolisierten RMB und A. pharyngea ascendens waren weich und schwammig
und leicht aus der Schädelbasis
zu entnehmen. Keine signifikanten makroskopischen Anomalien wurden
in diesen Proben festgestellt.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Intraluminalimplantatmaterial bereit,
das endovaskulär
oder perkutan in flüssigem
Zustand bei einer Temperatur unter der Sol-Gel-Übergangstemperatur
in ein Gefäßlumen verabreicht
werden kann und unverzüglich
in einen Gel-Zustand umgewandelt werden kann, um Aneurysmen, Gefäßtumoren
oder Gefäßmissbildung
bei einer Temperatur über
der Sol-Gel-Übergangstemperatur
(d. h. der Bluttemperatur von ungefähr 37°C) zu verschließen. Wie
oben beschrieben, kann das Intraluminalimplantat entsprechend der
vorliegenden Erfindung lediglich durch Verändern der Temperatur quer über die Sol-Gel-Übergangstemperatur
eine sehr einfache Applikationsform bereitstellen.
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Das
Intraluminalimplantat entsprechend der vorliegenden Erfindung ist
biokompatibel, da das Intraluminalimplantatmaterial keine toxischen
Substanzen wie organische Lösungsmittel
und polymerisierbare Monomere enthält. Das Intraluminalimplantat
entsprechend der vorliegenden Erfindung verletzt aufgrund der hohen
Anpassungsfähigkeit
des Wasser enthaltenden Gels, das das Intraluminalimplantat bildet,
das Gefäßgewebe
und das umliegende Gewebe nicht mechanisch.
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Das
Intraluminalimplantat entsprechend der vorliegenden Erfindung stellt
infolge des gemeinsamen Lösungsmittels,
d. h. Wasser, sowohl für
die biologisch aktive Substanz als auch für das Intraluminalimplantat eine
sehr einfache Methode der Aufnahme von biologisch aktiven Substanzen
in das Intraluminalimplantat bereit.
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Zusätzlich zu
den Äquivalenten
der beanspruchten Bestandteile werden offensichtliche Substitutionen,
die dem Durchschnittsfachmann jetzt oder später bekannt werden, als im
Schutzbereich der definierten Bestandteile definiert. Die Ansprüche sind
demgemäß so zu verstehen,
dass sie das einschließen,
was oben explizit dargestellt und beschrieben ist, was begrifflich
gleichwertig ist, was offensichtlich ersetzt werden kann und ebenso,
was im Grunde den Kern der Erfindung enthält. Fachkundige werden anerkennen,
dass verschiedene Anpassungen oder Modifikationen des soeben beschriebenen
bevorzugten Ausführungsbeispiels
vorgenommen werden können,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Das abgebildete
Ausführungsbeispiel
wurde lediglich zu Beispielszwecken dargelegt, und dies sollte nicht
als Einschränkung
der Erfindung betrachtet werden. Daher versteht sich von selbst,
dass die Erfindung im Schutzbereich der angefügten Ansprüche anders praktisch umgesetzt
werden kann als hierin speziell beschrieben.