Verwendung von nichtionischen Estern in einer Beschichtuπg für mit Blut in Kontakt kommende Oberflächen

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von zumindest einem nichtionischen Ester in einer Beschichtung für mit Blut in Kontakt kommende Oberflächen zur Verbesserung der Hämokompatibilität der Oberflächen.

Die Erfindung betrifft ferner eine medizinische Vorrichtung mit zumindest einer Oberfläche, die eine Beschichtung aufweist, in welcher ein nichtionischer Ester verwendet wird.

Im Stand der Technik sind verschiedene Beschichtungszusammensetzungen und Verfahren zur Beschichtung von medizinischen Vorrichtungen bekannt.

Bei vielen medizinischen Behandlungen werden Kunststoffoberflächen verwendet, die über längere oder kürzere Zeiträume mit dem Blut eines Patienten in Kontakt kommen. Bei derartigen Vorrichtungen handelt es sich bspw. um Einmalgeräte für eine Herz-Lungen-Maschine, Oxygenatoren, Katheter, künstliche Organe wie Herz oder Niere, Gasaustauschmembranen oder vaskuläre Prothesen, wobei diese Aufzählung keineswegs als abschließende Aufzählung zu verstehen ist.

Bei diesen Kunststoffoberflächen ist es u.a. von äußerster Wichtigkeit, die Koagulation des mit den Oberflächen in Kontakt kommenden Blutes zu verhindern, und insgesamt die Oberfläche hämokompatibel zu gestalten.

In diesem Zusammenhang ist es bspw. bekannt, die Blutgerinnung durch eine hochdosiert Gabe von Heparin zu hemmen oder aber Heparin an diejenigen Oberflächen zu binden, die mit Blut in Kontakt kommen.

Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, Oberflächen mit hydrophilen Polymeren oder Tensiden wie bspw. Pluronic™ zu beschichten, von welchem gezeigt werden konnte, dass es die Hämokompatibilität von mit Blut in Kontakt kommenden Oberflächen verbessert. So werden bspw. in der US 6,670,199 verschiedene Beschichtun- gen beschrieben, die als Grund-Gerüst Pluronic™ aufweisen, das mit unterschiedlichen Biomolekülen konjugiert sein kann.

Versuche im Hause der Anmelderin haben nun überraschend gezeigt, dass die o.g. Beschichtungen zwar antithrombogene Eigenschaften aufweisen, dass diese aber gleichzeitig auch eine starke Verschlechterung der Komplementaktivierung zeigten. Die bekannten Beschichtungen entsprechen damit in diesem Punkt nicht dem, was unter guter Blutverträglichkeit zu verstehen ist.

Gute Blutverträglichkeit (= Hämokompatibilität) bedeutet für eine Oberfläche nämlich, dass sie bei Kontakt mit Blut weder die Blutgerinnung noch die Abwehrmechanismen des Körpers gegen die Fremdoberfläche anstößt.

Gerade die bei der bekannten Beschichtung mit Pluronic™ überraschenderweise gefundene hohe Komplementaktivierung ist besonders von Nachteil, da sie zu systemischen Entzündungen führen und bspw. postoperatives Organversagen verursachen kann.

Im Stand der Technik sind ferner Beschichtungen mit hämokompatiblen Polymeren beschrieben. Diese setzen jedoch die Verwendung von geeigneten organischen Lösungmitteln voraus. Die zu beschichtenden Kunststoffe können durch diese Lösungsmittel aber in unzulässiger Weise angegriffen werden, wodurch die Funktion der Vorrichtungen beeinträchtigt werden kann. Polymere mit geringerem Molekulargewicht, aber ausreichender Löslichkeit, um aus wässrigen Medien verabreicht werden zu können, zeigen eine höhere Tendenz, durch den Blutstrom von der Oberfläche abgewaschen zu werden.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, alternative Substanzen bereitzustellen, welche zur Beschichtung für mit Blut in Kontakt kommende Oberflächen verwendet werden können, um die Hämokompati- bilität derart beschichteter Oberflächen zu verbessern und die mit einem einfachen Prozess aus wässrigen Medien als Lösung oder Emulsion aufgebracht werden können, aber dennoch eine ausreichende Haftung aufweisen, um nicht durch den Blutstrom abgewaschen zu werden

Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines nichtionischen Esters gelöst, wobei der nichtionische Ester aus einem acyclischen C3-Cö(OH)3-6 Polyol und aus zumindest drei C12-C26 Fettsäuren gebildet ist, und wobei der nichtionische Ester ferner zumindest eine hydrophile Gruppe aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich überraschenderweise festgestellt, dass durch die Verwendung der genannten nichtionischen Ester insgesamt die Hamokompatibilitat von mit Blut in Kontakt kommenden Oberflachen verbessert wird. Im Vergleich mit Pluronic™ beschichteten Oberflachen konnten insbesondere hinsichtlich der Komplementaktivierung große Verbesserungen erzielt werden.

Die Erfinder haben beispielhaft verschiedene Substanzen, die ein erhndungsgemaß definiertes Grundgerust aufweisen, sowohl im HLM(Herz-Lungen-Maschine)-in-v/rro- Test als auch im Chandler-Loop-Test verschiedenen Tests hinsichtlich Hamokompatibilitat unterzogen. In eigenen Versuchen konnte gezeigt werden, dass mit der neuen Beschichtung, u.a. im Test auf Anzahl und Aktivierung von Blutplättchen (ß- Thromboglobulin), eine deutliche Verbesserung der Hamokompatibilitat im Vergleich zu unbeschichteten und mit Pluronic™ beschichteten Oberflachen erzielt werden konnte.

Vorteilhaft gegenüber bereits bekannten Beschichtungen ist ferner, dass mit den neu bereitgestellten Substanzen eine optimale Haftung der Beschichtung an der mit Blut in Kontakt kommenden Oberflache erzielt werden kann. Eine gute Haftung der Beschichtung an der Oberflache ist von besonderer Wichtigkeit, da ungenügend haftende Substanzen zum einen in den Blutstrom gelangen können und im Patienten dann ev. Nebenwirkungen auslosen können. Andererseits besteht wiederum bei Beschichtungen, die ungenügend haften und durch den Blutstrom abgewaschen werden, die Gefahr, dass die Oberflache keine ausreichende Hamokompatibilitat mehr aufweist und es - neben den durch die freigesetzte Beschichtungssubstanz ausgelosten Nebenwirkungen - bspw. zusatzlich zu einer Aktivierung der Blutkomponenten durch Kontakt mit der bloßgelegten Oberflache kommen kann.

Bei der vorliegend erstmals bereitgestellten Beschichtungssubstanz, also dem nicht- ionischen Ester, ist duich die zumindest 3 Fettsauren gewährleistet, dass die Substanz fest an der Oberflache hattet, bzw. an der Oberflache verankert wird. Ein nachteiliges

Abwaschen mit den oben beschriebenen möglichen Folgen wird dadurch erfolgreich vermieden.

Ferner wird durch den hydrophilen Anteil des nichtionischen Esters die antithrom- bogene Eigenschaft der Beschichtung und damit deren gute Hämokompatibilität gewährleistet.

Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verwendung kann die hydrophile Gruppe des Esters ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Hydroxyl, Methoxyl, Ethoxyl und Ethoxylat, Homopolymere von Vinylverbindungen und Copolymere von Vinylverbindungen. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn die Vinylverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Vinylpyrrolidon, Acryla- mid, Acrylsäureester, Methacrylsäureester.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben erkannt, dass die hydrophile Gruppe des Esters aus den genannten Gruppen ausgewählt werden kann, da die aufgezählten Gruppen hinreichend hydrophil sind, was insgesamt für eine optimale Hämokompatibilität wichtig ist. Wie bereits oben erwähnt, bildet das acyclische Polyol mit den Fettsäuren dabei einen Anker, über welchen die Substanz an der Oberfläche dauerhaft haften kann. Die hydrophilen Gruppen sorgen für die an- tithrombogene Wirkung der Beschichtung.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung ist bevorzugt, wenn die hydrophile Gruppe über das Polyol mit dem nichtionischen Ester verbunden ist.

Bei dieser Ausführungsform ist also die zumindest eine hydrophile Gruppe über das Cs-C ₆ (OH) ₃ -O Polyol mit dem Ester verknüpft. Dadurch wird bei einer gleichzeitigen Gewährleistung der stabilen Verankerung der Beschichtung auf der Oberfläche wiederum gleichzeitig für eine ausreichende hydrophile Eigenschaft der Beschichtung gesorgt.

In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung ist bevorzugt, wenn die hydrophile Gruppe über die Fettsäure mit dem Ester verbunden ist.

Auch diese Ausführungsform bietet die Vorteile einer festen Verankerung der Be- schichtung auf der Oberfläche bei gleichzeitig guten hydrophilen Eigenschaften. Auch hier sorgen das acyclische Polyol und die Fettsäuren für eine stabile Verankerung, wohingegen wiederum der hydrophile Anteil, der diesmal über die Fettsäuren mit dem Ester verbunden ist, für eine optimale Hämokompatibilität sorgt. Bspw. weist bei dieser Ausführungsform die erfindungsgemäß verwendete Substanz Fettsäuren auf, von denen mindestens eine eine Hydroxylgruppe besitzt, die ethoxyliert ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, wenn der nichtionische Ester eine Formel aufweist, die aus den folgenden Formeln ausgewählt ist:

{ H-C-O(CH ₂ CH ₂ OVR ₂ }n

in welcher

R1-3 jeweils eine Ci ₂ - C ₂ 6 Fettsäure ist, die gleich oder unterschiedlich, gesättigt oder ungesättigt sind und die ggf. zumindest eine Hydroxylgruppe aufweisen,

n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, und

a-f ganze Zahlen sind, die gleich oder unterschiedlich sein können, wobei die Summe der Zahlen a-f zwischen 0 und 200 liegt;

b) CH ₂ OR ₁ -(CH ₂ CH ₂ O) ₃ -H

{ H-C-OR ₂ -(CH ₂ CH ₂ OVH }n

I

CH ₂ OR ₃ -(CH ₂ CH ₂ O)c-f-H

in welcher

R1-3 jeweils eine Ci ₂ - C ₂ 6 Fettsäure ist, die gleich oder unterschiedlich, und gesättigt oder ungesättigt sind, wobei zumindest einer der Restei.3 zumindest eine Hydroxylgruppe aufweist,

n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, und

a-f ganze Zahlen sind, die gleich oder unterschiedlich sein können, wobei die Summe der Zahlen a-f zwischen 0 und 200 liegt;

I

{ H-C-OR ₂ }n

CH ₂ OR ₃

in welcher

R1-3 jeweils eine Ci ₂ - C ₂ O Fettsäure ist, die gleich oder unterschiedlich, und gesättigt oder ungesättigt sind, wobei an zumindest einen der Reste R1.3 mindestens ein hydrophiler Rest aus Homo- oder Copolymeren von Vinylverbindun- gen geknüpft ist,

n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist.

Es versteht sich, dass der zumindest eine hydrophile Rest bei der Synthese der Verbindung über zumindest eine Doppelbindung der Reste R1-3 mit diesen verknüpft wird.

Die genannten Alternativen bieten aufgrund des gemeinsamen Grundgerüsts sämtlich den Vorteil, dass eine stabile Verankerung der Substanz auf der Oberfläche sowie eine für eine gute Hämokompatibilität ausreichende hydrophile Eigenschaft gewährleistet ist.

Die Erfinder konnten in eigenen Versuchen zeigen, dass eine erfindungsgemäß verwendete Substanz, nämlich das im Stand der Technik als Lösungsvermitt- ler/Emulgator verwendete Cremophor EL, den damit beschichteten Oberflächen eine ausgezeichnete Hämokompatibilität vermittelt. Cremophor stellt dabei ein Beispiel für einen ethoxylierten nichtionischen Ester aus acyclischem Polyol mit Fettsäuren dar. Getestet wurde die genannte Substanz bspw. hinsichtlich der Plättchenanzahl und Aktivierung (ß-Thromboglobulin) usw. im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Substanzen.

Durch diese Versuche konnten die Erfinder ableiten, dass ähnlich aufgebaute Substanzen ebenfalls für eine optimale hämokompatible Beschichtung geeignet sind. In einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, wenn der nichtionische Ester eine Formel aufweist die aus den folgenden Formeln ausgewählt ist:

I R ₂ -(CH ₂ CH ₂ O)COCH ₂ - C -CH ₂ O(CH ₂ CH ₂ O)F-R ₃

in welcher

R1-4 jeweils eine C12-C26 Fettsäure ist, die gleich oder unterschiedlich, gesättigt oder ungesättigt sind und die ggf. zumindest eine Hydroxylgruppe aufweisen, und

a-d ganze Zahlen sind, die gleich oder unterschiedlich sein können, wobei die Summe der Zahlen a-d zwischen 0 und 200 liegt;

b) CH ₂ OR ₁ (CH ₂ CH ₂ O) ₃ H^

I

H-(CH ₂ CH ₂ O)cR ₂ OCH ₂ — C — CH ₂ OR ₃ (CH ₂ CH ₂ O)(T-H

I CH ₂ OR ₄ (CH ₂ CH ₂ O)a-H

in welcher

R1-4 jeweils eine Ci ₂ -C ₂ O Fettsäure ist die gleich oder unterschiedlich, gesättigt oder ungesättigt sind, wobei zumindest einer der Reste Ri_ ₄ zumindest eine Hydroxylgruppe aufweist,

und

a-d ganze Zahlen sind, die gleich oder unterschiedlich sein können, wobei die Summe der Zahlen a-d zwischen 0 und 200 liegt;

c) CH ₂ OR,

I

R ₂ OCH ₂ _ C _ CH ₂ OR ₃

I

CH ₂ OR ₄

in welcher

R1-4 jeweils eine C12-C26 Fettsäure ist, die gleich oder unterschiedlich, gesättigt oder ungesättigt sind, wobei zumindest an einen der Reste R1.4 mindestens ein hydrophiler Rest aus Homo- oder Copolymeren von Vinylverbindungen geknüpft ist.

Auch hier versteht sich, dass der zumindest eine hydrophile Rest bei der Synthese der Verbindung über zumindest eine Doppelbindung der Reste R1-3 mit diesen verknüpft wird.

Die Erfinder konnten auf Grund eigener Versuche ableiten, dass mit diesen Verbindungen, welche verzweigte Moleküle auf Basis von Pentaerythrit darstellen, eine ebenso gute hämokompatible Eigenschaft von Beschichtungen erzielt werden kann wie die o.g. unverzweigten Moleküle. Fettsäureester von Pentaerythrit werden im Stand der Technik u.a. als Emulgatoren eingesetzt.

Insgesamt ist bevorzugt, wenn der nichtionische Ester einen HLB-Wert (HLB = hydrophilic-lipophilic balance) von zwischen 2 und 18, vorzugsweise zwischen 4 und 14 aufweist.

Der HLB-Wert beschreibt das Verhältnis zwischen hydrophilen und lipophilen Anteilen einer chemischen Verbindung. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch die Einstellung des HLB-Werts auf die genannten Werte eine Substanz bereitgestellt werden kann, die der Beschichtung eine optimal angepasste hydrophile Eigenschaft verleiht.

In einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, wenn der nichtionische Ester ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyoxylglycerol-Ricinoleat, Polyoxylglye- rol-hydroxystearat, Polyoxylsorbitolhexaoleat.

Diese Verbindungen haben sich in eigenen Versuchen als geeignet für die Beschich- tung im Sinne der vorliegenden Anmeldung bewiesen. Ein Beispiel für Polyoxylglyce- rol-Ricinoleat (Synonym: Macrogol-glycerolricinoleat) ist Cremophor® EL, ein Beispiel für Polyoxylglycerol-hydroxystearat (Synonym: Macrogol-glycerolhydroxy- stearat) ist Cremophor® WO 7, und ein Beispiel für Polyoxylsorbitolhexaoleat (Synonym: Macrogolsoibitolhexaoleat) ist Atlas® G 1086 oder Atlas® G 1096. Die genannten Substanzen sind im Handel kommerziell erhaltlich.

Die Aufzahlungen sind nur beispielhaft, da alle denkbaren Substanzen, die eine erfindungsgemaße Struktur aufweisen, eingesetzt werden können.

Es ist ferner bevorzugt, wenn die Beschichtungslosung für die hamokompatible Beschichtung aus einer wassngen Losung oder Emulsion besteht, die den nichtionischen Ester enthalt.

Allgemein ist bevoizugt, wenn der nichtionische Ester in der wässrigen Lösung oder Emulsion zu weniger als 2 Gew.-%, vorzugsweise zu weniger als 0,2 Gew.-% enthalten ist.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben erkannt, dass bereits diese Anteile des nichtionischen Esters in der Losung zu einer deutlichen Verbesserung der hämo- kompatiblen Eigenschatten fuhren.

Vor diesem Hintergiund betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine hamokompatible Beschichtung tur Oberflachen, die mit Blut in Berührung kommen, in welcher zumindest ein nichtionischer Ester wie zuvor definiert verwendet wird.

Mit der hamokompatiblen Beschichtung können also - wie bereits erwähnt - Oberflachen von bspw. medizinischen Vorrichtungen beschichtet werden, die mit Blut in Kontakt kommen, und bei welchen es von großer Wichtigkeit ist, dass diese gute hamokompatible Eigenschatten erhalten. Dadurch wird verhindert, dass bspw. das

Komplementsystem im Blut aktiviert wird, oder dass bspw. Blutplättchen oder weiße Blutkörperchen adsorbiert bzw. aktiviert werden.

Ferner betrifft vor diesem Hintergrund die vorliegende Erfindung eine medizinische Vorrichtung mit zumindest einer Oberfläche, die die erfindungsgemäße hämokompa- tible Beschichtung aufweist. Vorzugsweise ist die Oberfläche der medizinischen Vorrichtung eine Kunststoffoberfläche, insbesondere aus Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylpenten, Polyurethan, Polyethylen, Polyester, Silikon, Hart- oder Weich- Polyvinylchlorid, Copolymere wie z.B. ABS, EPDM usw.

Ferner ist bevorzugt, wenn die medizinische Vorrichtung ein Bestandteil einer mit Blut in Kontakt kommenden Vorrichtung ist, vorzugsweise von Einmalgeräten einer Herz-Lungen-Maschine, eines Oxygenators, eines Katheters, eines künstlichen Herzens, einer künstlichen Niere, einer Gasaustauschmembran oder einer vaskulären Prothese.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der beigefügten Beschreibung und der Tabelle.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Tabelle 1: Ergebnisse der Chandler-Loop-Tests

In der Tabelle 1 sind Ergebnisse von unterschiedlich beschichteten Probekörpern dargestellt, die einem Test im Chandler-Loop-Modell unterzogen wurden. Dabei rotieren teilweise mit Blut gefüllte Schläuche (Loops) mit verschiedenen Beschich- tungen im Wasserbad. Dadurch steht die „Blutsäule", und der Schlauch rotiert um die Blutsäule und simuliert einen Fluss. Nach 90 Minuten wurden den Loops Blut entnommen und diese Proben auf bestimmte Werte analysiert.

Die Probekörper (Loops) bestanden in den vorliegend durchgeführten Tests aus 7 handelsüblichen Konnektoren aus Polycarbonat, die durch 3/8" Silikonschlauchstücke zu einem Ring verbunden wurden.

Je 5 solcher Loops wurden zur Beschichtung zusammengesteckt und 1000 ml wässri- ge Beschichtungslösung unter Verwendung von 1 m 3/8" Pumpschlauch aus Silikon mit einer Schlauchpumpe bei einem Fluss von zwei Liter pro Minute für 20 Minuten bei Raumtemperatur im Kreislauf umgepumpt. Nach der Beschichtung wurde die Beschichtungslösung verworfen und die beschichteten Loops ohne weitere Spülung mit steriler Pressluft ausgeblasen und dadurch getrocknet. Nach einer Endtrocknung von vier Stunden bei 40 ⁰ C im Trockenschrank war der Beschichtungsprozess beendet. Die verwendeten Beschichtungslösungen wiesen folgende Zusammensetzungen auf: Beschichtung A: 1000 mg/Liter Cremophor®EL (Caesar + Loretz GmbH, Hilden) in demineralisiertem Wasser; Beschichtung B: 1000 mg/Liter Pluronic®F68 (AppliChem GmbH, Darmstadt) in demineralisiertem Wasser.

In Tabelle 1 wird die Anzahl der Blutplättchen nach Versuchsdurchführung für jeden getesteten Schlauch aufgeführt. Der Tabelle ist zu entnehmen, dass die Anzahl der Blutplättchen bei der Cremophor-Beschichtung geringfügig höher als bei der Pluro- nic-Beschichtung, jedoch deutlich höher als bei der unbeschichteten Kontrolle liegt.

In Tabelle 1 ist außerdem das Ergebnis der ß-Thromboglobulinbestimmung dargestellt (quantitativ. lU/ml). ß-Thromboglobulin wird bei der Aktivierung von Blut-

plättchen ausgeschüttet, so dass die Konzentration von ß-Thromboglobulin ein Maß für die Aktivierung der Blutplättchen ist.

Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, führt die Cremophor-Beschichtung zu einer deutlich geringeren Ausschüttung von ß-Thromboglobulin als die mit Pluronic™ beschichtete und die unbeschichtete Oberfläche.

In der Tabelle 1 ist zusätzlich das Ergebnis der Bestimmung des SC5b-9-Komplements (Nanogramm/ml) dargestellt. Der terminale Komplement-Komplex ist ein relevanter Marker für die Evaluation der Hämokompatibilität von Oberflächen. SC5b-9 besitzt die Fähigkeit, Zellmembranen zu attackieren und bspw. Blutplättchen zu aktivieren. Daher muss es bei jeder Beschichtung Ziel sein, die Bildung dieses Komplementkomplexes so gering wie möglich zu halten.

Der Tabelle 1 ist wieder im Vergleich zwischen Pluronic™ und Cremophor zu entnehmen, dass Cremophor zu einem weitaus niedrigeren SC5b-9-Wert führt als Pluronic®F68 (ca. 3000 ng/ml für Cremophor im Vergleich zu ca. 7600 ng/ml für Pluronic; jeweils Mittelwerte).

Mit den Ergebnissen im Chandler-Loop zeigt sich, dass die erfindungsgemäße Beschichtung gegenüber der aufgeführten Beschichtung aus dem Stand der Technik bessere hämokompatible Eigenschaften aufweist.