DD253568A1 - Verfahren zur herstellung einer stabilen, gasuebertragenden perfluorcarbon-wasser-emulsion - Google Patents

Abstract

Erfindungsbetreff ist ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen, gasuebertragenden Perfluorcarbon-Wasser-Emulsion fuer biologische Systeme. Solche, vornehmlich O2 und CO2 transportierende Medien sind insbesondere in der Medizin sowie im biologisch-biotechnischen Bereich anwendbar. Erfindungsziel ist, eine gasuebertragende Perfluorcarbon-Wasser-Emulsion fuer Perfusion und Infusion bereitzustellen, die hohe Emulsionsstabilitaet mit guter Excretionsrate verbinden und die in der Lage ist, in vitro wie in vivo den Stoffwechsel isolierter Zellen, Gewebe, Organe oder Organteile, Koerperteile und vom Gesamtorganismus aufrechtzuerhalten. Erfindungsgemaess wird ein Perfluoraminoether der allgemeinen Formel, worin AF fuer O oder CF2 und BF fuer ein 5- oder 6gliedriges Perfluorcycloalkan steht, das maximal 2 Perfluoralkylsubstituenten mit hoechstens jeweils 2 C-Atomen besitzt, und k kann 0 oder 1, m kann 1, 2, 3 oder 4 und n kann 0 oder 1 sein, unter Zusatz mindestens eines bekannten nichttoxischen Emulgators in bekannter Weise mit H2O emulgiert und die Emulsion dem physiologischen Einsatzmilieu hinsichtlich p H-Wert, osmotischem und onkotischem Druck entsprechend in bekannter Weise angepasst. Formel

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen, gasübertragenden Perfluorcarbon-Wasser-Emulsion für biologische Systeme. Solche, vornehmlich Sauerstoff und Kohlendioxid transportierenden Medien finden insbesondere in der Medizin sowie im biologisch-biotechnischen Bereich Anwendung.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Die hohe chemische Stabilität von Perfluorkohlenstoffverbindungen (Perfluorcarbone) und ihre gute Sauerstofflöslichkeit weisen sie als geeignete Verbindungen aus, um Gastransportaufgaben für biologische Systeme zu übernehmen. So können Perfluorcarbone direkt zur Flüssigkeitsatmung eingesetzt werden, wie zuerst von L. C. Clark und F.Gollan (Science 152 [1966], 1755-1756) an Mäusen demonstriert wurde. Um Perfluorcarbone als Blutersatzmittel zu Sauerstoffversorgung eines Gesamtorganismus, d. h. als Infusionsmedium, oder zur Sauerstoffversorgung isolierter Organe oder Körperteile, d. h. als Perfusionsmedium, einsetzen zu können, müssen sie in eine mit wäßrigen Medien mischbare physiologische Form überführt

werden. Die Perfluorcarbone müssen in eine wäßrige Emulsion überführt werden (H.A.SIoviter, T. Kamimoto: Nature 216 [1969], 458-460; R.P.Geyer, R.G.Monroe, K.Taylor in J.C.Norman [Hrsgb.]: Organ perfusion and preservation, Appleton, New York 1968, S. 85-96).

Solche Emulsionen für Infusion und Perfusion müssen eine Anzahl von Anforderungen erfüllen, deren wichtigste die folgenden

1. Die Emulsion und somit jede ihrer Komponenten muß untoxisch sein.

2. Die Emulsion muß bezüglich pH-Wert, osmotischem und onkotischem Druck dem natürlichen Blut entsprechen.

3. Die Teilchengröße der Emulsion soll auch in vivo 500 nm nicht überschreiten, damit Kapillargefäße nicht blockiert werden.

4. Die Perfluorcarbone, wie alle Emulsionsbestandteile, dürfen nicht in einzelnen Organen akkumuliert werden, sondern sollen im Zeitraum einiger Wochen wieder ausgeschieden werden (über Lunge, Haut und z.T. über die Galle).

5. Der Dampfdruck der Perfluorcarbone darf bei 37°C einen Wert von ca. 50 Torr nicht überschreiten, um Gasembolien zu vermeiden.

6. Die Emulsionen müssen genügend stabil sein, um in vivo eine hinreichende Verweilzeit im Blutkreislauf zu gewährleisten und um eine vernünftige Lagerung, d.h. Bevorratung zu ermöglichen.

Während dieToxizitätsanforderungen gemäß Punkt 1. von Perfluorkohlenstoffverbindungen genügender Reinheit erfüllt werden, sind nur sehr wenige Emulgatoren für die Verwendung in vivo geeignet. Die bisher weiteste Anwendung hat ein Emulgator von Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymerentyp mit der Handelsbezeichnung Pluronic F68 gefunden, der aufgrund seiner sehr geringen Toxizität von der Green Cross Corporation, Japan, für die Herstellung einer Perfluorcarbonemulsion gemäß DD-PS 132231 eingesetzt wird. Die nach DD-PS 132231 hergestellten Emulsionen weisen jedoch, obwohl sie hinsichtlich des Perfluorcarbons ein Zweikomponentensystem sind, bei dem Perfluordecalin einen stabilisierenden Zusatz von Perfluortrialkylamin erhält, keine befriedigende Langzeitstabilität auf. Dies trifft auch auf Emulsionen zu, die gemäß DD-PS 222494 auf der Grundlage von Perfluoralkanen hergestellt wurden. H.A. Sloviter gibt in DE 3326901 ein Verfahren an, Perfluorcarbonteilchen in Emulsionen durch Umhüllung mit Lecithin zu stabilisieren. Dieses Verfahren führt zusammen mit DE 3326900, das die wiederholte Injizierung von Lecithin in die Blutbahn nach erfolgter Emulsionsinfusion zum "Gegenstand hat, zu einer Verbesserung der Stabilität der Emulsion besonders im Blutkreislauf. Aufgrund der hohen und wiederholt zu applizierenden Lecithindosen bei nur gradueller Stabilitätsverbesserung stellt dieses Verfahren keine optimale Variante dar. In EP 0091820 stellt L.C.Clark ein Verfahren zur Darstellung von Perfluorcarbonemulsionen vor, bei dem sehr stabile Emulsionen dadurch erhalten werden, daß hochwirksame, d.h. sehr grenzflächenaktive, Aminoxidemulgatoren, speziell Polyfluoramidoaminoxide eingesetzt werden. Solche stark grenzflächenaktive Emulgatoren besitzen jedoch eine relativ hohe Toxizität, die humanmedizinische Anwendungen verbietet. Bereits aus DE-AS 2144094 ist eine Perfluorcarbonemulsion auf Basis von Perfluortributylamin bekannt, die sich durch hervorragende Stabilität auszeichnet. Perfluortributylamin wird jedoch nach Infusion nur in sehrgeringem Maße wieder aus dem Organismus ausgeschieden, sondern bevorzugt in Leberund Milz gespeichert. Diese Emulsionen sind daher nur zur Perfusion geeignet. Zur Vorhersage der Excretionsrate ausgewählter Perfluorcarbone auf der Grundlage physiko-chemischer Stoff daten haben L.C.Clark und R.E.Moore in USP 4,289,499 die kritische Löslichkeitstemperaturin η-Hexan (CST) vorgeschlagen. Von K.Yamanouchi et al. (Chem. Pharm. Bull. 33 [1985], 1221-1231 (sowie von G.Ya.Rosenberg und K.H.Makarov (Z. vses. khim. ob. im. Mendelejeva30 [1985] 387-384) wurde die Zuverlässigkeit dieses CST-Parameters zur Vorhersage des Excretionsverhaltens bestätigt. Hohe CST-Werte, z. B. bei Tributylamin 61⁰C und bei Dihexylether 59^aC, entsprechen sehr langen Verweilzeiten im Organismus. Bei allen für Perfusion oder Infusion vorgesehenen Perfluorcarbonemulsionen wird die physiologische Verträglichkeit hinsichtlich pH-Wert, osmotischem und onkotischem Druck dadurch gewährleistet, daß ein geeigneter Zusatz von Salzen, z. B. entsprechend einer Ringerschen Lösung, und von Plasmaexpandern, z. B. Hydroxyethylstärke, Gelatine, Albumin oder Dextrane, erfolgt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine gasübertragende, insbesondere sauerstoffübertragende, Perfluorcarbon-Wasser-Emulsion für Perfusion und Infusion bereitzustellen, die hohe Emulsionsstabilität mit guter Excretionsrate verbindet und die in der Lage ist, in vitro wie in vivo den Stoffwechsel isolierter Zellen, Gewebe, Organe oder Organteile, Körperteile und vom Gesamtorganismus aufrechtzuerhalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem man aus einem perfluorierten cycloaliphatische!! Aminoether (Perfluoraminoether) mit Wasser und unter Anwendung mindestens eines nichttoxischen Emulgators eine stabile, gasübertragende Perfluorcarbon-Wasser-Emulsion herzustellen in der Lage ist. Erfindungsgemäß wird ein perfluorierter cycloaliphatischer Aminoether (Perfluoraminoether) der allgemeinen Formel

(CF₂)₂

worin A_F für -0- oder -CF₂- steht und B_F für ein 5- oder 6gliedriges Perfluorcycloalkan steht, das maximal 2 Perfluoralkylsubstituenten mit höchstens jeweils 2 C-Atomen besitzen kann, und k kann 0 oder 1, m kann 1,2,3 oder 4 und η kann

0 oder 1'sein, unter Zusatz mindestens eines bekannten nichttoxischen Emulgators in bekannter Weise mit Wasser emulgiert und die Emulsion dem physiologischen Einsatzmilieu hinsichtlich pH-Wert, osmotischem und onkotischem Druck entsprechend in bekannter Weise angepaßt.

Es wurde festgestellt, daß solche, der genannten allgemeinen Formel entsprechende Perfluoraminoether mit an sich bekannten Emulgatoren, z. B. Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymeren, sehr stabile wäßrige Emulsionen bilden, die sich durch geringe Teilchengröße auszeichnen.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß Perfluorcarbonemulsionen bemerkenswert hoher Stabilität auch dann erhalten werden, wenn die genannten Perfluoraminoether im Gemisch mit anderen, für sich nicht so stabile Emulsionen bildenden Perfluorcarbonen, wie z. B. Perfluordecalin oder Perfluoralkane des Kettenlängenbereiches C₈ bis C₁₂, in einem beliebigem Mischungsverhältnis Perfluoraminoether zu Perfluorcarbon, vorzugsweise mehr als 1 zu 99, eingesetzt werden. Die Emulgierung der Perfluorcarbone kann nach im Grunde bekannter Weise durch entsprechenden Energieeintrag,z. B. mittels Ultraschalldesihtegrator oder in Form hoher Scherkräfte wie bei der Hochdruckhomogenisierung nach Manton-Gaulin bzw. durch höchsttourige Rührhomogenisatoren erfolgen oder nach dem schonenden Selbstemulgierprinzip, bei dem.zwei Emulgiermittel, ein stark hydrophiles in der wäßrigen Phase und ein stark hydrophobes in der Perfluorcarbonphase, verwendet werden. In gleicherweise können auch stabile Mikroemulsionen hergestellt werden, indem in Gegenwart eines Fluortensids im Dreiphasensystem oder unter Zuhilfenahme eines weiteren Kotensids (z. B. Glycerol oder andere medizinisch unbedenkliche Alkohole) im Vierphasensystem der Konzentrations- und Temperaturbereich vollständiger Mischbarkeit experimentell ermittelt wird. Die Emulsion enthält 10% bis 80% (G/V) Perfluoraminoether bzw. Perfluoraminoether-Perfluorcarbon-Gemisch. Hierbei bedeutet „G/V" Gewichtsanteil Perfluorcarbonkomponente₄ bezogen auf das Gesamtvolumen der kompletten, alle Zusätze enthaltenden Emulsionen.

Die Teilchengröße der Emulsion wird in bekannter Weise_fz. B. mittels Laserlichtstreuung oder fraktionierter Zentrifugatio^ bestimmt. Die erhaltenen Teilchengrößen liegen im Bereich um 100nm. Die Emulsionen können bei Temperaturen zwischen +0°C und +1OX gelagert werden, unter diesen Bedingungen tritt über lange Zeit praktisch keine Teilchenvergrößerung auf. Eine einfache Kontrollmethode für die Emulsionsstabilität besteht in der Messung der Lichtdurchlässigkeit bei 540 nm Wellenlänge an Emulsionsproben von 1 mm Schichtdicke (G. Ya. Rosenberg und K. H.Makarov, Z. vses. khim. ob. im. Mendelejeva30 [1985], 387-394). Eine Abnahme der Lichtdurchlässigkeit auf 50% bedeutet, daß die Teilchen eine Größe von ca. 200 nm erreicht haben. Dies tritt bei 4⁰C z. B. bei PF-Decalin nach 0,08 Tagen und bei PF-Tripropylamin nach 6,1 Tagen ein. Bei den erfindungsgemäßen Emulsionen werden hingegen nach 170 Tagen noch Lichtdurchlässigkeitswerte von 55-62% gemessen. Die Sterilisierung der Emulsion kann z. B. mittels Membranfiltration erfolgen. Je nach vorgesehenem Anwendungsgebiet muß die Emulsion noch durch Elektrolytzusätze, z. B. entsprechend der Ringerschen Lösung, durch Plasmaexpanderzusatz, z. B. Hydroxyethylstärke oder andere, durch Glucosezusatz und durch Einstellen des pH-Wertes z. B. mittels Natriumbicarbonatlösung auf pH7,4 dem physiologischen Einsatzmilieu angepaßt werden.

Ausführungsbeispiel Beispiel 1

4g Perfluor-4-(2-cyclohexyloxyethyl)morpholin und 1,0g Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer mit 80% Polyoxyethylenanteil und einem mittleren Molekulargewicht von 8300 (Pluronic F68, SERVA, BRD) werden mit destilliertem Wasser auf 20ml aufgefüllt und durch Ultraschallbehandlung emulgiert. Die Lichtdurchlässigkeit der erhaltenen Emulsion beträgt 93% (1 mm Schichtdicke; 540 nm). Nach einer Lagerzeit von 173 Tagen bei 4⁰C ist die Lichtdurchlässigkeit auf 55% gefallen, dies entspricht dann einem mittleren Teilchendurchmesser von 222 nm (mittels Laserlichtstreuung bestimmt). Zur Ermittlung der Exkretionsrate der eingesetzten Perfluorverbindung wird ihre kritische Löslichkeitstemperatur in n-Hexan bestimmt, sie beträgt 44,2°C, d. h. die Exkretionsrate von Perfluor-4-(2-cyclohexyloxyethyl)morpholin entspricht der von Perfluortripropylamin. ~\

Beispiel 2

0,5g Perfluor-4-(2-cyclohexyloxyethyl)morpholin, 1,5g Perfluordecalin und 0,3g Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer mit 80% Polyoxyethylenanteil und einem Molekulargewicht von 8500 (Prohalyt 17/80, VEB Kombinat Chemische Werke Buna, DDR) werden mit destilliertem Wasser auf 10ml aufgefüllt und durch Ultraschallbehandlung emulgiert. Die Lichtdurchlässigkeit der erhaltenen Emulsion (1 mm Schichtdicke; 540 nm) fällt bei der Lagerung bei 4°C erst im Verlauf von 171 Tagen von 79% auf 61,5% ab.

Beispiel 3

0,2g Perfluor-4-(2-cyclohexyloxyethyl)morpholin werden mit 2,8g Perfluordecalin und 1,0g Perfluordibutylmethylamin gemischt, 0,6 g Prohalyt 17/80 zugegeben und mitdestilliertem Wasser auf 20 ml aufgefüllt. Mittels Ultraschal Idesintegrator wird die Mischung unter Eiskühlung emulgiert. Die erhaltene Emulsion zeigt, wie aus Lichtdurchlässigkeitsmessungen (540nm;

1 mm) hervorgeht, eine Emulsionsstabilität, die deutlich über der der zugesetzten Perfluorcarbone allein (Emulsion einer Mischung aus Perfluordecalin und Perfluordibutylmethylamin) liegt.

Claims (8)

1. - I - £UO OOO

   Erfindungsanspruch'.

   1. Verfahren zur Herstellung einer stabilen, gasübertragenden Perfluorcarbon-Wasser-Emulsion für biologische Systeme, gekennzeichnet dadurch, daß man einen perfluorierten eycloaliphatischen Aminoether (Perfluoraminoether) der allgemeinen Formel

   worin A_F für -0- oder -CF₂- steht und B_F für ein 5- oder 6gliedriges Perfluorcycloalkan steht, das maximal 2 Perfluoralkylsubstituenten mit höchstens jeweils 2 C-Atomen besitzen kann, und k kann 0 oder 1, m kann 1, 2, 3 oder 4 und η kann 0 oder 1 sein, unter Zusatz mindestens eines bekannten nichttoxischen Emulgators in bekannter Weise mit Wasser emulgiert und die Emulsion dem physiologischen Einsatzmilieu hinsichtlich pH-Wert, osmotischem und onkotischem Druck entsprechend in bekannter Weise anpaßt.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man als nichttoxischen Emulgator ein Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer einsetzt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man das Emulgieren mittels Ultraschall, Hochdruckhomogenisierung nach Maton-Gaulin oder höchsttourigen Rührhomogenisator durchführt.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man das Emulgieren nach dem Selbstemulgierprinzip mit einem stark hydrophilen Emulgator in der wäßrigen Phase und einem stark hydrophoben Emulgator in der Phase des Perfluoraminoethers durchführt.
5. 5. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß man eine Mikroemulsion in Gegenwart eines Fluortensids im Dreiphasensystem oder unter Zusatz eines weiteren Kotensids im Vierphasensystem herstellt.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man der Emulsion zur Anpassung an das physiologische Einsatzmilieu bekannte Elektrolyte, Plasmaexpander und Glucose zusetzt.
7. 7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man den Perfluoraminoether im Gemisch mit einem bekannten Perfluorcarbon oder mehreren bekannten Perfluorcarbonen einsetzt, insbesondere mit Perfiuordecalin oder Perfluoralkanen eines Kettenlängenbereiches zwischen C₈ und C₁₂, in einem beliebigen Mischungsverhältnis Perfluoraminoether zu Perfluorcarbon, vorzugsweise mehr als 1 zu 99.
8. 8. Verfahren nach Punkt 1, 6 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Emulsion 10% bis 80% (G/V) Perfluoraminoether oder Perfluoraminoether-Perfluorcarbon-Gemisch enthält.