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Title:
REAGENT AND PROCESS FOR BINDING POLYMERS TO MICRO-ORGANISMS IN AQUEOUS SOLUTIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1989/002449
Kind Code:
A1
Abstract:
A process is disclosed for producing adsorption matrices having specific binding properties, high chemical and mechanical stability and high binding capacity towards polymers or micro-organisms to be adsorbed from an aqueous solution. These matrices are useful for qualitative and quantitative analysis, for the prepartion or selective removal of (in some cases pathogenic) biopolymers in vitro and/or in vivo, or for binding or removing micro-organisms for microbiological or biotechnological purposes.

Inventors:
THIES KARSTEN (DE)
HEUCK CLAUS-CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP1987/000536
Publication Date:
March 23, 1989
Filing Date:
September 18, 1987
Export Citation:
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Assignee:
THIES KARSTEN (DE)
HEUCK CLAUS CHRISTIAN (DE)
International Classes:
A61M1/36; B01D15/00; B01J20/28; B01J20/30; B01J20/32; C08F292/00; C12N1/02; C12Q1/00; G01N30/00; G01N33/50; G01N33/552; G01N33/68; G01N33/92; (IPC1-7): C08F292/00; B01J20/30; C12Q1/00; C12N1/02; G01N30/00; G01N33/68; G01N33/92; G01N33/50
Domestic Patent References:
WO1984000375A11984-02-02
Foreign References:
US4324681A1982-04-13
DE2735179A11978-02-09
Other References:
Chemical Abstracts, Band 89, Nr. 15, 9. Oktober 1978 (Columbus, Ohio, US), E. Boschetti et al.: "Immobilization of ligands for affinity chromatography. A comparative study of two condensation agents: 1-cyclohexyl-3-(2-morpholinothyl)-carbodiimidemetho-p-toluene sulfonate (CMC) and N-ethoxycarbonyl-2-ethoxy-1,2-dihydroquinoline (EEDQ)", siehe Seite 256, Zusammenfassung 125437s, & BIOCHEMIE 1978, 60(4), 425-7
Journal of Chromatography, Band 314, 1985, Elsevier Science Publishers B.V., (Amsterdam, NL) P. Maingault et al.: "Immobilization of ligands for affinity chromatography. Coupling on a spacer arm gel with N-etoxycarbonyl-2-ethoxy-1,2-dihydro-quinoline as a condensation agent: study of coupling conditions by means of a radioimmunologic method", Seiten 445-449
Chemical Abstracts, Band 91, Nr. 7, 13. August 1979 (Columbus, Ohio, US), C.E. Glatz et al.: "The kinetics of binding of serum lipoproteins by immobilized heparin", siehe Seite 242
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Reagenz zur Isolation eines Poly¬ mers oder Mikroorganismus aus einer wässrigen Löεung in vitro und/oder ex vivo dadurch gekennzeichnet,daß das Reagenz aus einer Festphase, besteht,an die eine Polykarbonsäure oder ein Derivat einer Polykarbon¬ säure, das in die freie Säureform überführt werden kann,über ein Amino und/oder Carboxylgruppenhaltigeε Mono,Oligo oder Polymer kovalent gebunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß die Aminokar bonsäure eine Diaminokarbonsäure.Merkaptoaminokarbonsäure oder Dicar bonεäure.das Oligo oder Polymer ein Polymerisat oder Kopoly erisat aus Monomeren der allgemeinen Summenformel.
3. 4 1 2 wobei R und jf = H.CH ,CH CH , 3 2 3 = H.C00H, C00 1/2 R = H.C00K.C00 ,CH 0H,CH,NH ,COHH ,0R.
4. 1/2 2 2 2 wobei R'.H.CH ,CHCH ,Acetyl 3 2 3 ist oder aus den Monomeren Galacturonsäure,Glucuronsäure,Äthylenimin Galactosamin.Glucosamin oder Mischungen derselben besteht.
5. 3 Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet,daß die Polykarbon¬ säure biologischer, albsynthetischer oder synthetischer Herkunft und linear oder verzweigt ist.
6. 4 Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet,daß die Länge der Polykarbonsäure 10 bis 500000 Nanometer beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichent.daß die Polykarbon¬ säure ein karboxylgruppenhaltiges Kukopolysaccharid und/oder ein Polymer oder Kopolymer aus Akrylsäure, Methakrylsäure und/oder Maleinsäure mit einem nichtionischen Allyl ,Akryl oder Vinylmonomer derivat ist.wobei der der Monomerenanteil der Säure mindestens 30 Mol Prozent beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet,daß die kovalent zu bindende Polykarbonsäure durch einen Karbaminsäureester aktiviert oder in Form ihres Halogenids,ihres Anhydrids oder Mischanhydrids mit niedermolekularen Säuren oder ihres Methyl, thyl oder Propyl eεters umgesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet,daß der Karbamin¬ säureester 1Ethoxy NEthoxycarbonylDihydrochinolin ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß die Festphase Silica oder eine organische Festphase ist.
11. Reagenz zum Zwecke der Isolation eines Polymers oder eines Mikro¬ organismus aus einer wässrigen Lösung in vitro oder ex vivo dadurch gekennzeichnet,daß es aus einer Festphase besteht",an die über ein Amino und/oder Karboxylgruppen enthaltendes mono,oligo oder polymereε Molekül eine Polykarbonsäure biologischer,halbsynthetischer, oder synthetischer Herkunft kovalent gebunden ist.
12. Reagenz nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet,daß die Polykarbon¬ säure ein Mucopolysaccharid. und/oder ein Polymerisat oder Kopoly erisat aus Akrylsäure, Methakrylsäure und/oder Maleinsäure un einem nichtionischen Allyl,Akryl,oder Vinyimonomerderivat ist, obei der Monomeranteil der Säure mindestens 30 Hol Prozent beträgt.
13. Reagenz gemäß Anspruch 910 dadurch gekennzeichnet,daß die Festphase Silica oder eine organische Phase ist.
14. erfahren zur Elimination von Biopolymeren oder Mikroorganismen aus einer wässrigen Lösung dadurch gekennzeichnet,das die Elimination durch Adsorption an eine Matrix erfolgt,die aus Silica oder eine und/oder organischen Festphase besteht ,an die eine Polykarbonssäure über eine A inokarbonsäure kovalent ebunden ist.
15. erfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet,das die Elimina¬ tion eines Biopolymers aus einer Körperflüssigkeit in vitro und/oder ex vivo in einem extrakorporalen Perfusionssystem erfolgt. H.
16. Verfahren nach Anspruch 11 13 dadurch gekennzeichnet,daß mit Hilfe eines Reagenz gemäß Anspruch 9 11 Serumlipoproteine und /oder Biopolymere,die am plasmatischen Gerinnungssystem mitwirken, aus Körperflüssigkeiten in einem extrakorporalen Perfusionεsystem eliminiert werden.
17. erfahren zur Bestimmung der Konzentration eines Analytε in einer wässrigen Lösung dadurch gekennzeichnet,daß die Konzentration des Anaiytε oder eines seiner Bestandteile direkt oder aus der Differenz der Konzentration des Analyts oder eines seiner Bestandteile vor und nach der Elimination des Analyts aus der Lösung mit Hilfe eines F:eagenz gemäß Anspruch 9 11 ermittelt wird. iό. erfahren nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet,daß der zu be ctiEmende Analyt Low Density Lipoprotein aus Blut,Plasma oder Serum oder ein Bestandteil desselben ist.
Description:
Reagenz und Verfahren zur Bindung von Polymeren und Mikroorganismen in wässrigen Lösungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Matrix zum Zwecke der Isolation,Präparation oder Elimination eines Analyts oder eines Mikroorganismus aus einer wässrigen Lösung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und Reagenz zur Isolation von Biopolymeren oder Mikrorganis en aus wässrigen Flüssigkeiten für analytische, räparative oder kurative Zwecke gegebenfalls in extrakorporalen Perfusionssystemen .

Stand der Forschung

Isolationsverfahren zur Gewinnung .Reinigung .Analyse und Beseitigung von Biopolymeren oder Mikroorganismen werden heute für biotechnologische Belange, in der biochemischen und medizinischen Forschung sowie zum Zwecke der Behandlung von • Arzneimitteltherapieresistenten Krankheiten eingesetzt.So gelingt es z.B.mit Hilfe von extrakorporalen Immunperfusionsverfahren pathogene Biopolymere aus menschlichem Plasma zu entfernen.Gegenüber der Plas apheresetechnik bietet dieses therapeutische Prinzip den Vorteil der selektiven Elimination

eines Pathogens ohne den gleichzeitigen Verlust anderer für einen lebenden Körper essentieller Biopolymere.

Um Isolationsverfahren ex vivo zu medizinisch- therapeutischen Zwecken nutzen zu können, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: l.Die Elimination eines Pathogens sollte möglichst selektiv erfolgen. 2.Die Bindungskapazität der einen Stoff eliminierenden Matrix sollte optimalen praktischen. Anforderungen genügen. 3.Die bindende Matrix darf keine toxischen Wirkungen zeitigen. 4.Das Eliminationsverfahren darf keine physiologischen Schutz¬ mechanismen aktivieren.,deren in Folge der Behandlung eingeleitete

0- Reaktion gegebenenfalls unerwünschte Wirkungen auslösen.

Diese Voraussetzungen stellen hohe Anforderungen an die Qualität des Materials,das mit einer z.B.dem Körper wieder zurückzuführenden Kδrperflüssigkeit zum Zwecke der Elimination eines Pathogens durch¬ mischt oder durchströmt wird.

5 " Eine spezifische Elimination kann durch eine immunologische Reaktion ,d.h. durch eine hochaffine Bindung des zu eliminie¬ renden Biopolymers als Antigen an einen für das Antigen spezifischen Antikörper .gegebenenfalls unter Beteiligung eines Haptens, erfolgen.Einige in biologischen Flüssigkeiten vorhandenen v Biopolymere binden andererseits spezifisch an Polymere, die nicht dem immunologischen System zugeordnet sind.Diese - Polymere können biologischer oder synthetischer Natur sein.

Beispielsweise binden bestimmte Proteine spezifisch an Lectine (US-PS 955 279 ) oder an Polyanionen. In Gegenwart von mehrwertigen Kationen binden Biopolymere ,z.B. Lipoproteine oder gamma-Globuline, bei pH-werten oberhalb ihres isoelektri ¬ schen Punktes an sulfatierte Polysaccharide oder Polyphosphate. Am isoelektrischen Punkt der Lipoproteine gelingt auch eine Ausfällung aus Plasma oder Serum durch diese Polyanionen ohne Zusatz von mehrwertigen Kationen (US-PS 4 125 993) .Sulfatierte Polysaccharide wurden daher auch, als spezifische Reagentien zur Isolation von bestimmten Biopolymeren aus Körperflüssigkeiten ver¬ wendet.

Die Techniken zur Trennung und selektiven Elimination einzelner Kompo ¬ nenten wässriger Biopolymermischungen sind vielfältig ( z.B.Präzipitation, Agglutination,Adsorption etc.).Für extrakorporale Eliminationssysteme durch Adsorption an eine Festphase sind verschiedene Materialien ( z.B.Agarose,organische Polymerisate oder Kopoly erisate.mit Polymer beschichtete Kieselgele geprüft worden (GB-PS 7936573;Stoffel,V. && Demant,Th.,Proc.Hatl.Acad.Sei.USA 78,611-615,1981 ;US-PS 4 103 865 ). Für Trenn- und Extraktionszwecke in vitro sind Festphasen auf der Basis von Silica zwar geeignet,da die mechanischen Eigenschaften von Silica im Gegensatz zu denen organischer Festphasen bei Perfusionsverfahren zum Zwecke einer Adsorption eine hohe Durchflußrate der aufzutrennen-

den Polymerlösungen gewährleisten (D-PS 3225603.5-35) ;wegen der bekannten Aktivierung des Gerinnungssystems,des Co plementsystems,sowie von Blutplättchen durch Silanolgruppen ist diese Matrix jedoch für eine Anwendung in einem extrakorporalen Perfusionssystem nicht verwendbar. Es hat nicht an Versuchen gefehlt,durch kovalente Bindung eines anti- thrombogenen Agenz,insbesondere Heparin,an Silica die Thrombogeni- tät der Festphase zu beseitigen. ie bisherigen Erfolge waren jedoch insbesondere für die Belange der Adsorption eines Analyts an eine Matrix in einem extrakorporalen Perfusionssystem zu medi¬ zinisch-therapeutischen Zwecken unzureichend.Zwar sind verschiedene Verfahren der kovalenten Bindung von Heparin an organische Festphasen beschrieben worden,bei denen spezifische Bindungseigenschaften des Mucopolysaccharids erhalten bleiben (Miura.Y. et al. Bio ed. Materials Res.14,619-630,1980;Ellsworth,J.L. et al.J.Lipid.Re≤.23, 653-659,19S2;Ebert,C.D.& Kim,S.W. „Thromb.Res.26,43-57,1982) ;diese Ver¬ fahren erwiesen sich jedoch für eine kovalente Bindung von Heparin an Silica zur Herstellung einer Adsorber-Matrix für ex vivo Perfusions ¬ zwecke nicht anwendbar.Entweder gelang es nicht,die Thro bogenität der Silicaphase zu beseitigen, oder die Beladung der Silica-Festphase z.B. durch Kopplung von Heparin mittels Bromcyan.Cyanurchlorid,

I

Voodward s Reagenz K,Carbodiimiden oder von aldehydderivatisiertem Heparin und damit auch die spezifische Bindungskapazität dieser

Heparin-Silicaphasen gegenüber Biopolymeren,die hochaffin an Heparin binden,war zu gering.Bei einigen Kopplungsverfahren wurden spezifische Bindungseigenschaften von Heparin aufgehoben. So wurde beispielsweise ein Immunadsorbens mit Controlled Pore Glas für I munperfusionszwecke.in dem Heparin mit Antigenen oder Antikörpern mittels Carbodiimid an ein aminopropylsilanisiertes Silica zum Zwecke der Biokompatibilität jedoch nicht zum Zwecke der Adsorption von Bio¬ polymeren kovalent gebunden ist .entwickelt ( D-PS 25 32 883.0-35). Typischer Weise bindet diese Heparin-Silica Phase zwar Antithrombin III die spezifische Bindungsfähigkeit gegenüber Thrombin oder Lipoproteinen aus Plasma oder Serum ist jedoch aufgehoben .

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung war die Entwicklung eines Verfahrens zur Her¬ stellung einer Adsorber atrix.die die Voraussetzungen zur Verwendung in einem extrakorporalen Perfusionssystem erfüllt und die die vor¬ teilhaften Eigenschaften von Silica mit den spezifischen Bindungs¬ eigenschaften von Heparin verbindet,ohne daß sich die nachteiligen Eigenschaften von Silica in der Verwendung ex vivo auswirken.Dieses Ansinnen beinhaltet verständlicher Weise auch die Hutzung dieser Matrix

für Adsorptionsprozesse in vitro für analytische oder präparative Belange.Ziel der Erfindung war ferner die Herstellung einer Adsorber- matrix zur Verwendung für die genannten Belange mit den vorteilhaften, jedoch ohne die für praktische Belange nachteiligen Eigenschaften von Heparin.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt,daß ein nichtthrombogenes,stabiles Adsorbens aus Heparin und Silica hergestellt werden kann,in dem bei einer hohen Bindungskapazität der Festphase die spezifischen Bindungs ¬ eigenschaften von Heparin gegenüber Biopolymeren,insbesondere gegenüber jenen des Gerinnungssystems und des Komplementsystems, sowie Lipoproteinen aus Blut,Plasma oder Serum mit einer spezifischen Dichte <1,063 Kg/L erhalten sind.Die erfindungsgemäße Synthese der Matrix ist dadurch gekennzeichnet,daß saures Mucopolysaccharid, z.B. Heparin,an ein amino- und/oder Carboxylgruppen haltiges mono-, oligo-, oder polymeres Molekül,das wiederum an Silica kovalent gebun¬ den ist,in einer Weise gekoppelt wird,daß die spezifischen Eigen¬ schaften z.B. gegenüber Thrombin,Antithrombin III oder - in Gegenwart erhöhter Konzentrationen freier mehrwertiger Metallkationen -Lipoproteine mit einer spezifischen Dichte <1,063 Kg/L erhalten bleiben.Bemerkens¬ wert ist ferner,daß die Form,Partikelgröße und Porosität der erfindungs¬ gemäß mit Heparin beschichteten Silicafestphase zwar die spezifische Bindungskapazität bestimmt, jedoch sich nicht auf die Aktivierung des

Gerinnungsystems,des Complementsystems oder der Thrombozyten im Blut auswirkt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung und Verwen¬ dung einer Adsorptionsmatrix,die selektiv Low Density Lipoproteine aus Blut,Plasma oder Serum ohne Zusatz von mehrwertigen Kationen bindet. Nach den bisherigen Vorstellungen erfolgt die Bindung von lipoproteinen an Polyanionen über stark saure Residuen,d.h.über Sulfatgruppen oder über Phosphatgruppen .Die Bindung kommt in Gegenwart von Haptenen,z.B.mehrwertigen Metallkationen,deren Konzen¬ trationen deutlich über den natürlicherweise in Körperflüssigkeiten vorhandenden Konzentrationen an freien,d.h.ungebundenen,Kationen liegen ,zustande.überraschender Weise wurde festgestellt,daß Lipoproteine,insbesondere die Arteriosklerose fördernde Serumlipoproteine, (d.h.Low Density Lipoproteine,LDL, mit einer spez. ichte 1,006-1,063 Kg/L) in Gegenwart mehrwertiger Metallkationen,deren freie Konzentrationen ge¬ ringer oder gleich den freien Kationenkonzentrationen in Körperflüssig ¬ keiten sind,bei einem pH oberhalb ihres isoelektrischen Punktes an schwachsaure Polyanionen,z.B.Polycarboxylate gebunden werden. Diese überraschende Beobachtung führte erfindungsgemäß zu der Synthese einer Matrix ,die sich für die Elimination von Seru lipoproteinen in vitro oder ex vivo aus Plasma oder Blut hervorragend geeignet,

Gegenüber dem Eliminationsverfahren mit Hilfe einer Heparin-Silica Matrix zeichnet sich die Polykarbonsäure-Matrix,insbesondere die Poly¬ akrylat-, Poly ethakrylat- oder Poly aleinat-Matrix oder Matrices mit Kopolymerisateil der genannten Säuren dadurch aus ,daß die Adsorption von Serumlipoproteinen aus Blut,Plasma oder Serum bei einem pH 5,0 bis 9,5 ohne Erhöhung der Konzentrationen der mehrwertigen Metall- Kationen in der Körperflüssigkeit erfolgt.

Gegenüber einem Immunperfusionsverfahren mit an eine Festphase ge¬ koppelten Antikörpern zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Heparin-Silica Adsorbens bzw.mit einem Polycarbonsäure- Adsorbens durch eine preiswerte Herstellung .durch die hohe Stabilität und Lagerfähigkeit(durch die Möglichkeit der Sterilisation sowie durch eine fehlende Antigenität aus.

Beispiel 1

Kopplung von Heparin an Silica

15 g Kieselgel werden in 100 ml einer gam a-Glycidoxypropyltrialkyl- oxysilanlösung erwärmt.Alternativ können auch andere Epoxydgruppen- haltige Silylverbindungen verwendet werden.Anschließend wird das silanisierte Silica gewaschen und getrocknet. as getrocknete Epoxy- propylsilanisierte Silica wird mit einer wässrigen oder alkoholi-

sehen Lösung einer alpha-,beta-,oder gamma-Aminokarbonsäur ,z.B Lysin oder Cystein,-alternativ können auch Oligopeptide oder Polymere von Vinylamin oder Äthylenimin oder deren Kopolymerisate mit Akrylsäure Maleinsäure,Methakrylsäure oder deren Hitrile oder Amide verwendet werden über mehrere Stunden erwärmt, ewaschen und getrocknet. Das Aminokarbonsäure-oxypropylsilanisierte Silica wird mit- einem Karba insäureester,z.B.H-Ethoxycarbonyl-2-Ethoxy-l,2-Dihydro-Chin olin, (Fa.SERVA,Heidelberg),aktivierten Heparin (500 mg ) umgesetzt und anschließend gewaschen. ie kovalent gebundene Menge von Heparin beträgt in Abhängigkeit der für die Umsetzung angebotenen Silica Oberfläche 2 bis 100 mg /cem Festphase. Alternativ kann Silica auch mit eine Merkaptogruppe enthaltenden Silan,z.B.Merkaptopropyltrialkyloxysilan ,silanisiert werden. 10 g des merkaptopropylsilanisierten Silica werden mit einer 10%igen Lösung von Oxypropyldiglycidäther in Tetrahydrofuran (100 ml) bei Zimmertemperatur verrührt.Hach 12 Std.wird die Festphase gründlich mit Tetrahydrofuran und anschließend mit Äther gewaschen.Die weitere Syn¬ these erfolgt wie zuvor beschrieben.

Beispiel 2

Selektive Extraktion von. Low Density Lipoproteinen aus Humanplasma mit einer Heparin-Silica Matrix

Eine Säule mit einem Volumen von 10 ccm wird mit einem nach Beispiel 1 hergestellten Heparin-Silica (Korngröße 100 Micrometer,Porengröße

1000 Hanometer) gepackt.50 ml eines heparinisierten Humanplasma

++ wird mit Ca Ionen zur Herstellung einer 20-50 millimolaren Lösung versetzt. Das Plasma wird durch die Säule mit einer Flußrate von 2ml/min passiert. ie Veränderungen der Konzentrationen einzelner Plasmakompo¬ nenten sind in der Tabelle aufgeführt:

Chol Tg HDL ApoB ApoA AT III Fib Plasm IgG a-2-m

vor: Plasma vor Perfusion AT III :Antithrombin III (U/ml) nach:Plasma nach Perfusion Fib : Fibrinogen (mg/dl)

Chol:Serum-Cholesterin (mg/dl) Plasm: Plasminoge (mg/dl)

Tg: Serum-Triglycerid (mg/dl) IgG: Immunglobulin G(mg/dl)

HDL: HDL-Cholesterin (mg/dl) a-2-m: alpha-2-Makroglobulin ApoB:Serum-Apolipoprotein B(mg/dl) (mg/dl) ApoA:Serum-Apolipoprotein A(mg/dl)

Der Vergleich der Konzentrationen vor und nach Perfusion zeigt deutlich den Effekt der Elimination der Apolipoprotein B haltigen Lipoproteine,

die bekanntlich eine spezifische Dichte <1,063 Kg/L haben,und des Antithrombin III,während die Konzentrationen der anderen Parameter unverändert sind.

5

Beispiel 3

Biokompatibilitätsprüfung der Heparin-Silica Matrix

++ 2,5 Liter Plasma eines Schafes, mit Ca Ionen versetzt (Endkonzentra¬ tion 50 millimolar) und mit Heparin stabilisert, erden in einem extra¬ korporalen System durch eine Säule von 200 ccm Inhalt ,die mit einer nach Beispiel 1 hergestellten Adsorbermatrix gepackt ist,ex vivo mit einer Flußrate von 20 bis 25 ml/min perfundiert,anschließend zur Re¬ duktion des Calcium auf physiologische Konzentrationen dialysiert. Hach Wiedervereinigung mit den zuvor durch Zentrifugation abgetrenn¬ ten Blutzellen wird das rekonstituierte Blut dem Schaf wieder rein¬ fundiert.Das Tier toleriert die Behandlung ohne Zeichen unerwünsch¬ ter Hebenwirkungen.Die Veränderungen einzelner Plasma-Bestandteile sind in der Tabelle aufgeführt. (Die Abkürzungen entsprechen denen für in Beispiel 2 aufgeführte Parameter)

Chol(mg/dl) Tg(mg/dl) AT IIKU/ml.) Plasma vor Perfusion 64 41 20,9 Plasma nach Perfusion- 35 16 21,2

Beispiel 4

Adsorption von Biopolymeren an die Heparin-Silica Matrix unter Erhal ¬ tung spezifischer Merkmale

Auf eine mit einer nach Beispiel 1 hergestellten Matrix gefüllten Säule mit einem Volumen von 5 ccm wird 1 ml eines mit 5000 enzyma- tischen Einheiten Thrombin angereichertes Humanserum aufgegeben. Danach wird die Säule mit 20 ml einer 0,15 molaren HaCl-Lösung gespült. Zur Prüfung der Enzymaktivität wird dem Xochsalz-Eluat eine Fibrinogenlösung (Endkonzentration 250 mg/dl) zugesetzt. Es bildet sich kein Fibringerinnsel.Das Gerinnsel ist jedoch sofort in einem Eluat einer Fibrinogenlösung,die durch die mit 0,15 molarer NaCl Lösung gespülten Säule perfundiert wird,nachweisbar.

Beispiel 5

Herstellung einer Polyacrylat-Silica Adsorbermatrix

Ein nach Beispiel 1 hergestelltes A ino- und/oder Carboxylgruppen haltiges Silica ( 15 g ) wird mit einer Lösung gemäß Beispiel 1 aktivierter

Polyakrylsäure ( 0,5 g, Molekulargew.250000) umgesetzt und gewaschen.

Alternativ können auch andere Karbonsäuren,z.B. Polymethakrylsäure,

Polymaleinsäure oder Kopolymerisate der genannten monomeren Säuren mit

Äthylen oder Vinyl-.Allyl-.oder Akrylderivaten(z.B.Akrylrιitril,Akrylamid) verwendet werden. In den Kopolymerisaten sollte der Anteil der monomeren Säure nicht unter 30 Mol Prozent betragen.Alternativ können ferner reak¬ tionsfähige Derivate der genannten Polymere bzw.Kopolymere (Säure- halogenide,Säureanhydride oder Mischanhydride mit niedermolekularen Säuren z.B. Ameisensäure,Essigsäure oder Propionsäure) sowie Poly- zuckersäuren biologischer,synthetischer oder halbsynthetischer Herkunft (z.B.Polygalacturonsäure,Polyglucuronsäure oder deren reaktionsfähige und in die freie Polysäure überführbare Derivate) umgesetzt werden.Das Molekulargewicht der Polysäuren ist für die kovalente Bindung unwesent lieh.Zur Herstellung einer z.B. Llpoprotein adsorbierenden Matrix sollte die Moleküllänge der Polysäure nicht kürzer als 100 nm sein. Für andere Belange ,z.B. für die Adsorption von Thrombin,eignen sich auch Polysäuren von kürzerer Länge. Die Prüfung einer kovalenten Bindung der Polykarbonsäure an die Festphase erfolgt nach eingehender Spülung der Matrix mit einer hochkonzentrierten Salzlösung und ggfs. ach einer Hydrolyse von chemisch noch reaktions- • fähigen Gruppen je nach Art der gekoppelten Polykarbonsäure mit bekannten chemischen ,physiko-chemischen und/oder biochemischen Hachweis etho- den. ie kovalent gebundene Menge der Karbonsäure beträgt je nach Größe des Polymers und je nach Größe der für die Umsetzung zur Verfügung stehenden Silicaoberflache 0,5 bis 500 mg/cem Festphase.

Beispiel 6

Herstellung einer Heparin-Polykarbonsäure Silica Matrix 15,5g einer nach Beispiel 6 hergestellten Matrix werden mit einer

20%igen Lösung von Essigsäureanhydrid in Tetrahydrofuran 100 ml o 4 Std. auf 50 C erwärmt.Anschließend wird die Festphase mit Tetrahydro¬ furan und Äther gründlich gewaschen und in eine 10%ige Lysinlösung eingetragen. ie weitere Synthese erfolgt gemäß Beispiel 1. Der Nachweis der Bindung von Heparin erfolgt gemäß Beispiel 4.

Beispiel 7

Adsorption, von Low Density Lipoproteinen an Polykarbonsäure-Silika Die Versuchsdurchführung erfolgt wie in Beispiel 2 beschrieben unter Verwendung einer nach Beispiel 5 hergestellten Matrix jedoch ohne Zusatz von Calcium zu der Lösung. ie Veränderungen der Konzentrationen einzelner Plasmakomponenten sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. (Die Kenn¬ zeichnung der Komponenten entspricht den Angaben in der Tabelle des Beispiel 2.)

Chol Tg HDL-Chol ApoB AT III Fib Ca Plasma vor Perfusion 184 117 38 92 10,7 200 1,96 Plasma nach Perfusion 75 94 34 2 9,4 180 1,88

Die Elimination von Low Density Lipoproteinen ist aus der nahezu voll¬ ständigen Elimination von Apolipoprotein B,das ausschließlich in Low Density Lipoproteinen (d.h. Lipoproteinen mit einer Dichte 1,006-1,063 Kg/L gebunden ist) und der nur geringfügig verminderten Trigly- ceridkonzentrationen,die. bekanntlich überwiegend in den Very Low Den¬ sity Lipoproteinen mit einer spez.Dichte < 1,006 Kg/L gebunden sind, ersichtlich.

Beispiel 8

Biokompatibilitätsprüfung der Polykarbonsäuresilica Matrix

Die gemäß Beispiel.5 bzw.6 hergestellte Matrix wird in einem extrakorporalen Perfusionssystem gemäß Beispiel 3 an einem Schaf

++ jedoch nach Zusatz von Citrat.aber ohne Erhöhung der Ca Konzentrationen geprüft.Das Tier erträgt die Reinfusion des ohne zusätzliche Dialyse behandelten Plasma nach Rekombination mit den Blutzellen ohne typische Zeichen einer Kreislaufdysregulation,einer Thrombosierung oder Komplementaktivierung.

Beispiel 9

Herstellung einer organischen Festphase mit einer kovalent gebundenen Oligo- oder Polykarbonsäure zum Zwecke der selektiven Adsorption von Biopolymeren -

10g einer organischen Festphase,z.B. eines PfropfPolymerisats aus Polyvinylalko ol und Polypropylen ( HOSTAPÜLP,Hoechst-AG5 werden mit 10 g von Oxypropyldiglycidäther in 100 ml Dioxan gelöst unter Zusatz eines Lewis-Katalysators bei Zimmertemperatur umgesetzt. Alternativ können auch andere organische Matrices,z.B.Sepharose, Polyakrylamid etc.),sowie andere Diglycidverbindungen als Kopplungsre- agentie -umgesetzt werden.Anschließend wird ein Amino- und/oder Carboxylgruppen haltiges Mono-,Oligo-,oder Polymer (10g) gemäß Beispiel 1 an die Festphase gekoppelt. ie kovalente Ver¬ knüpfung mit einer Polykarbonsäure,z.B.Polyakrylsäure, bzw.deren reaktionsfähige Derivate oder mit Heparin erfolgt gemäß Beispiel 5 bzw.Beispiel 1.Alternativ kann an eine amino- oder merkaptoderivati- sierte organische Festphase (z.B.Fraktogel, erck GmbH) die Poly¬ karbonsäure gemäß Beispiel 1 bzw.Beispiel 5 kovalent gebunden werden. Die Adsorptionseigenschaften und Biokompatibilitätseigenschaften der Matrices entsprechen den Beispiel 7 bzw.Beispiel 2 beschriebenen.

Beispiel 10

Quantitative Bestimmung von Low Density Lipoprotein Cholesterin 50 ml eines Humanserums werden durch eine mit einer gemäß Beispiel 9 hergestellten Adsorbermatrix gefüllten Säule mit einem Säulenvolumen von 10 ccm perfundiert.Die Säule wird anschließend mit 10 ml einer 1 molaren HaCl Lösung gewaschen.Die Lipidkonzentrationen werden im nativen Serum, Im Durchlauf und in,dem Eluat zur Berechnung der adsor ¬ bierten Lipid engen bestimmt.Zum Vergleich werden die Cholesterinmen- gen in den einzelnen Lipoproteinfraktion z.B. nach Friedewald ermittelt,

HDL-Cholesterin 13,8 13,8 (mg)

LDL-Cholesterin 65,7 (mg)

Aus den Daten in der Tabelle wird ersichtlich,daß die adsorbierte Cholesterinmenge der nach Friedewald ermittelten LDL-Cholesterin menge entspricht.

Beispiel 11

Adsorption von Mikroorganismen an eine Polykarbonsäure Festphase

1 ml einer wässrigen Suspension von einem Escherichia coli hämolyticus

Stamm (0,1 Million Keime/ 10 Mikroliter) wurde einer mit einer gemäß

Beispiel 9 hergestellten Matrix gefüllten Säule mit einem Volumen von 10 ccm auf etragen.Alternativ wurde ein Versuch mit einer Säule, die eine gemäß Beispiel 6 hergestellte Matrix enthielt,ausgeführt.

Im Eluat der Säulen konnten keine Keime nachgewiesen werden. o Die Säulen wurden bei 37 C über mehrere Tage inkubiert. ie tägliche

Prüfung von Stoffwechselprodukten bestätigte die Aktivität der

Mikroorganismen über einen Zeitraum von mindestens 7 Tagen,