DE69910210T2

DE69910210T2 - Implantierbare medizinische vorrichtung mit antiinfektiösen und kontrazeptiven eigenschaften

Info

Publication number: DE69910210T2
Application number: DE69910210T
Authority: DE
Inventors: R. Terrence GREEN; Jack Fellman
Original assignee: Oxibio Inc Portland; OxiBio Inc
Current assignee: Boston Scientific Scimed Inc
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-06-19
Also published as: CN1306444A; ATE246522T1; AU4699799A; EP1087800A1; KR20010083057A; WO1999065538A9; CA2335055A1; JP2002518351A; EP1087800B1; DE69910210D1; US6939569B1; WO1999065538A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der implantierbaren medizinischen Vorrichtungen und insbesondere Vorrichtungen mit gesteuerten spermiziden, mikrobiziden und viruziden Aktivitäten.
Die Einführung medizinischer Vorrichtungen, die in den Körper implantiert werden, kann zu ernsthaften nosokomialen Infektionen führen. Implantierte medizinische Vorrichtungen (z. B. venöse und arterielle Katheter, neurologische Prothesen, Shunts und Stents, Gelenkimplantatprothesen, "Foley"-Harnwegskatheter, peritoneale Katheter, Zuleitungsdrähte für Schrittmacher und dergl.) werden zwar sterilisiert und sorgfältig verpackt, um vor der Einführung von Pathogenen während der Implantation zu schützen; sie bedeuten jedoch ein Risiko während der Einführung und danach. Während der Einführung können Bakterien von der Haut aufgenommen und zu der Einführungsstelle gebracht werden, wo eine Koloniebildung beginnt. Im Fall von Harnwegskathetern, insbesondere solchen für die Langzeitverwendung, gibt es eine signifikante Gefahr mikrobiellen Wachstums entlang der äußeren Oberfläche des Katheters. Dies kann zu chronischen Harnwegsinfektionen (CUTI), insbesondere bei Älteren, führen. Verfahren, die darauf gerichtet sind, dieses Problem zu überwinden, umfassen z. B. das Beschichten der implantierten Vorrichtungen mit Antibiotika vor der Einführung, das Spülen der Implantationsstelle mit Antibiotikum, das Aufbringen verschiedener antibiotischer Salben oder antibiotisch imprägnierter Schwämme nahe der äußeren Öffnung, durch die die Infektion mit größter Wahrscheinlichkeit auftritt, die Imprägnierung der Polymerbasis, die Beschichtung der Implantationsvorrichtung mit Antibiotika oder die systemische Behandlung von Patienten mit Antibiotika. Ungeachtet der vorstehenden Versuche und der damit verbundenen übermäßigen Verwendung von Antibiotika (mit dem damit einhergehenden Risiko der Entwicklung resistenter Bakterienstämme) bleibt ein Bedarf an der Verringerung des Risikos der Infektion durch derartige Vorrichtungen, die implantiert werden und der äußeren Umgebung ausgesetzt sind.
Die Langzeitverwendung oder falsche Anwendung von Antibiotika führt oftmals zur Selektion Antibiotika-resistenter Stämme. Im Allgemeinen ist daher die systemische Antibiotikatherapie nicht angebracht und unwirksam bei der Abwehr von CUTI. Die sekundären Wirkungen der systemischen Antibiotikabehandlung können auch für viele Patienten ein ernsthaftes Risiko mit sich bringen. Darüber hinaus verringert bei vielen Implantationsstellen die Bildung von fibrösem Gewebe um die Implantationsstelle herum die Blutzufuhr zur Implantathöhle, wodurch die systemische Antibiotikabehandlung des kritischen Raums zwischen dem Implantat und der kapselförmigen endothelialen Wand ausgeschlossen ist. Im Fall eines Harnwegkatheters (z. B. Foley-Katheters) können Antibiotika, die als eine Beschichtung der Harnwege injiziert werden, während der Drainage durch Austreten einer gewissen Menge Urin entlang der Harnwege außerhalb des Katheters ausgewaschen werden, oder sie können resorbiert werden, bevor sie ausreichende Spiegel erzielen, um in wirksamer Weise Bakterien, die innerhalb lokalisierter Regionen der Harnwege wachsen, abzutöten.
Außer aufgrund von Implantaten gibt es, andere übliche erworbene Infektionen, die zu erheblichem Leiden und zu Gesundheitskomplikationen in der allgemeinen Bevölkerung führen. Zum Beispiel sind vaginale Infektionen eine häufige Ursache von Gesundheitsproblemen bei Frauen. Sie sind eine Quelle für Leiden und Beschwerden und können in einigen Fällen zu Sterilität, zu tubaler ektopischer Schwangerschaft und zum erhöhten Auftreten da Übertragung von humanem Immunschwächevirus (HIV) führen. Chlamydia trachomatis, ein sexuell übertragenes Bakterium, ist ein ernsthaftes Problem, da es junge Frauen im gebärfähigen Alter infizieren kann, ohne anfängliche starke Symptome hervorzurufen, wobei es jedoch eine umfangreiche Vernarbung des Zervix und einen dauerhaften Verlust der Fertilität bewirken kann. Andere ernsthafte Infektionen, die während oder vor der Schwangerschaft erworben werden, jedoch nicht festgestellt werden, können zu einer Vielzahl von Komplikationen für den ungeborenen Fötus führen oder zu pPROM ("preterm premature rupture of membranes before the onset of labor", vorzeitiges verfrühtes Reißen von Membranen vor dem Einsetzen der Wehen) führen, ein Hauptfaktor, der zu Frühgeburten beiträgt.
Die häufigsten vaginalen Infektionen bei Frauen sind bakterielle Vaginose (BV) (gelegentlich als unspezifische Vaginitis oder Gardnerella-assoziierte Vaginitis bezeichnet), Trichomoniase (gelegentlich als "Trich" bezeichnet) und vulvovaginale Candidiase (VVC) (gelegentlich als candidale Vaginitis, moniliale Infektion oder vaginale Hefeinfektion bezeichnet). Bei Infektionen, die mit pPROM assoziiert sind, sind bestimmte Frauen anfällig für die Kolonisierung durch Streptococcen-Stämme Gruppe B, die eine besonders große Bedrohung hinsichtlich Frühgeburt und lebensbedrohlichen Komplikationen beim Fötus darstellen.
Mikrobizide Behandlungen für vaginale Infektionen umfassen orale verschreibungspflichtige Medikamente und nicht verschreibungspflichtige (OTC) topische Anwendungen, Zäpfchen und Spülungen. Topische Medikamente sind unsauber in der Anwendung und erfordern tägliche Anwendungen über einen Zeitraum bis zu einer vollen Woche. Ein schwieriges Problem bei der Verwendung von OTC-Medikamenten besteht darin, dass die Infektion fehlerhaft diagnostiziert und in ungeeigneter Weise behandelt werden kann, was für den Anwender zu komplizierteren Problemen führt. Beispielsweise führen einige Frauen unbeabsichtigt eine Behandlung gegen Hefeinfektionen mit OTC-Medikamenten durch, wobei Mittel gegen Pilze bei bakteriellen Infektionen (unter Einschluss von STDs) angewandt werden, die auf diese Art der Behandlung nicht ansprechen, so dass eine rechtzeitige medizinische Behandlung fehlschlägt.
Diese Probleme unterstreichen den Bedarf an besseren Behandlungsvorrichtungen und an Vorrichtungen, die für die Prävention von chronischen erworbenen Infektionen, die mit der Implantateinführung in Körperhöhlen verbunden sind, und zum Beispiel für die Behandlung von BV und pPROM ausgelegt sind.
Außerdem besteht ein Bedarf an von der Frau bestimmten kontrazeptiven Verfahren, die effektiv gegenüber Schwangerschaft und Infektion sind. Die Belastung durch ungeplante Schwangerschaften ist allgemein anerkannt, ebenso wie die Ausbreitung von STDs (sexuell übertragenen Erkrankungen) (unter Einschluss von AIDS), die weltweit zu menschlichem Leiden beitragen. Zwar sorgen tubale Ligationen und Vasektomien für effektive Behandlungen hinsichtlich der Verhinderung ungeplanter Schwangerschaften; keines der Verfahren stellt jedoch einen adäquaten Schutz gegenüber der Ausbreitung von STDs dar (Armstrong, Morbidity Mortality Weekly Report 41: 149, 1992). Außerdem sind diese Verfahren im Allgemeinen irreversibel, was sie unakzeptabel für viele Paare macht, die beabsichtigen, in der Zukunft Kinder zu haben. Hormonale Verfahren der Geburtenkontrolle (z. B. Norplant^®, orale Kontrazeptiva, DMPA, Vaginalring) sind zwar wirksam hinsichtlich der reversiblen Blockierung ungewünschter Schwangerschaften, sie bieten jedoch nur begrenzten Schutz gegenüber STDs (Cates und Stone, Family Planning Perspectives 24: 75–84, 1992). Spermizide Mittel, hauptsächlich Nonoxynol-9 und verschiedene Analoga dieses Detergens, weisen eine Anzahl von Nachteilen auf, unter Einschluss der Reizung der vaginalen Schleimhautgewebe, der raschen Resorption über Schleimhautgewebe und der nicht-spezifischen Wirkung hinsichtlich der unterschiedslosen Aufbrechung der Lipiddoppelschichten von Zellen. Es gibt auch gewisse Hinweise darauf, dass mukosale Läsionen der Vagina und des Zervix, die durch die häufige Verwendung von Nonoxynol-9 induziert werden, Übertragung und Ausbreitung des HI Virus erleichtern. Darüber hinaus ist die Verwendung von Detergenzien, wie Nonoxynol-9, in Kombination mit Diaphragmen, Portiokappen und Kondomen problematisch, da die Detergenzien die Polymere, die für die Herstellung dieser Barrierevorrichtungen verwendet werden, schwächen und abbauen können. Ferner bieten Diaphragmen und Portiokappen nur begrenzten Schutz gegenüber STDs und weisen Ausfallquoten im Hinblick auf ungeplante Schwangerschaften im Bereich von 12 bis 24% auf (Speroff und Darney, Hrsg., A Clinical Guide for Contraception, 2. Auflg., Williams & Wilkins, Baltimore, MD, S. 229–262, 1996; und Mauk et al., Contraception 53: 329–335, 1996).
Von allen derzeit verfügbaren Geburtenkontrollverfahren ist das männliche Kondom die einzige Vorrichtung, die eine FDA-Kennzeichnung aufweist, die angibt, dass es wirksam hinsichtlich der Verringerung der Übertragung von STDs ist. Mit dem männlichen Kondom wird jedoch der Bedarf an einem von der Frau bestimmten Geburtenkontrollverfahren nicht angegangen, dass die Belastung durch sowohl STDs als auch ungeplante Schwangerschaften weiter begrenzt.
Ein wichtiger Aspekt eines effektiven Kontrazeptivums besteht darin, dass es keine häufige Aufmerksamkeit und keine besonderen Fertigkeiten für die richtige Verwendung erfordert. In der Tat weisen Verfahren, die die tägliche Aufmerksamkeit vor dem Geschlechtsverkehr erfordern, in der Praxis Ausfallquoten auf, die 2-fach höher (oder in einigen Fällen noch höher) sind als die, die bei idealer Verwendung vorausgesagt werden. Als ein Beispiel weist das männliche Kondom eine erwartete Ausfallquote im Hinblick auf ungeplante Schwangerschaften pro Jahr im Bereich von 3% auf; die Ausfallquote in der Praxis liegt jedoch im Bereich von 14%. Diese Ausfallquote ist vergleichbar mit der Quote bei "natürlichem Rückzug", die im Bereich von 19% liegt. Die Verfahren, die die geringste Aufmerksamkeit erfordern (z. B. Sterilisation, hormonale Verfahren und IUD), sind zwar effektiv, sie sind jedoch nicht adäquat hinsichtlich der Bereitstellung eines vollen Schutzes gegenüber der Ausbreitung von STDs. Darüber hinaus lehnen viele Frauen die Langzeitanwendung von hormonalen Verfahren der Geburtenkontrolle ab, und sie haben eine Aversion gegen die Verwendung von IUDs, zum Teil, da es Hinweise darauf gibt, dass IUDs eine entzündliche Beckenerkrankung und ektopische Schwangerschaften hervorrufen können (z. B. die "Dalkon Shield"-Erfahrung). Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Geburtenkontrollverfahren, die effektiver und bequemer zu benutzen sind, die auch sicher sind und die die Übertragung infektiöser Erkrankungen blockieren.
Iod als anti-infektives Mittel
Bei der Behandlung von Infektionen ist elementares Iod von Bedeutung als ein potentielles anti-infektives Mittel. Iod hat innewohnende chemische Eigenschaften, die genutzt werden könnten, um Implantationsvorrichtungen neue und wirksame anti-infektive Aktivitäten bei der Behandlung und Prävention opportunistischer Infektionen zu verleihen. Iod wird seit über 150 Jahren in verschiedenen Formulierungen als sterilisierendes Mittel verwendet.
Iod existiert in mehreren Oxidationszuständen unter Einschluss seines vollständig reduzierten Iodidzustands (I^–) und seines diatomaren elementaren Zustands (I₂) (nachstehend "elementares Iod") sowie in mehreren höheren Oxidationszuständen in Kombination mit Sauerstoff (z. B. Hypoiodat (IO^–), Iodat (IO₃ ^–) und Periodat (IO₄ ^–)). In wässrigen Lösungen bildet Iodid einen Gleichgewichtskomplex mit elementarem Iod, was das lösliche Triiodid (I₃ ^–) ergibt, das weder signifikante mikrobizide noch viruzide Aktivität zeigt. Andererseits sind Spurenmengen (z. B. einige ppm) an elementarem Iod ausreichend, um die Lipiddoppelschicht von Zellen zu überqueren und ausreichend, um Mikroorganismen durch oxidative Reaktionen mit deren Lipiddoppelschicht abzutöten. Umfangreiche Studien haben auch gezeigt, dass Mikroorganismen nicht imstande sind, Resistenz gegenüber elementarem Iod zu entwickeln, und zwar aufgrund von dessen Fähigkeit, vielfache Stellen innerhalb der Mikroben zu oxidieren und zu interkalieren.
Probleme der Abgabe und Formulierung von Iod als anti-infektives Mittel
Frühe Versuche, Formulierungen hinsichtlich der Verlängerung der Haltbarkeit von Iodlösungen, die für anti-infektive Behandlungen ausgelegt waren, zu verbessern, verwendeten Alkohol als einen Träger, um Iod in Lösung abzufangen. Die Formulierungen, bezeichnet als Iodtinktur, erwiesen sich als nicht zufriedenstellend, da der hohe Alkoholgehalt, der erforderlich war, um elementares Iod in Lösung zu erhalten, sich selbst als entzündungshemmend erwies. Ein zufriedenstellenderes Verfahren zum Abfangen von elementarem Iod in Lösung kam mit der Entwicklung von Iodophoren von Iod auf (z. B. komplexierte Formen von elementarem Iod in Lösung unter Verwendung spezifischer organischer Bindungsmittel). Zu den besser bekannten Iodophoren, formuliert, um eine potente anti-infektive Iodlösung zu erzeugen, gehörte Povidon-Iod, auch bekannt als Betadine, ein wasserlösliches organisches Polyvinylpyrrolidonpolymer, gemischt mit Iodid und elementarem Iod. In dieser Formulierung bindet elementares Iod an das hydrophobe Polyvinylpyrrolidongerüst sowie an den kationischen Pyrrolstickstoff in Form eines Triiodidkomplexes. Die Überlegung, die zu dieser Formulierung führte, war, dass elementares Iod durch ein Gleichgewicht mit locker gebundenem (z. B. "verfügbarem") Iod, komplexiert an Polyvinylpyrrolidon, verfügbar wäre.
Elementares Iod (d. h. freies I₂) ist tatsächlich nur ein sehr kleiner Anteil des gesamten Iods in kommerziellen anti-infektiven Formulierungen, wie Povidon-Iod. 10% Povidon-Iod zum Beispiel wird mit ungefähr 1% an gesamtem "verfügbarem" Iod (z. B. 10000 ppm) formuliert, während dessen elementare Iodkonzentration von ungefähr 0,8 bis 1,2 ppm variiert (Ellenhorn's Medical Toxicology: Diagnosis and Treatment of Human Poisoning, 2. Auflg.). Während dieser Spiegel an elementarem Iod nur in geringfügigem Maße effektiv als ein Mikrobizid ist, ist er mit Belastungen verbunden. LeVeen et al. (Surgery, Gynecology & Obstetrics 176: 183–190, 1993) haben auf mehrere Nachteile der Povidon-Iod-Formulierungen hingewiesen, unter Einschluss eines sehr geringen Spiegels an elementarem Iod (z. B. ungefähr 1 ppm). Eine geringe Menge an elementarem Iod macht Povidon-Iod relativ unwirksam als ein anti-infektives Mittel, mit Ausnahme gegenüber extrem empfindlichen Bakterien. Povidon-Iod-Lösungen versagen auch bei der Behandlung schwerer Vaginitis, und sie rufen Komplikationen hervor, die mit der Bildung von Granulomen in Wunden verbunden sind, und zwar als ein Ergebnis von restlichem Polyvinylpyrrolidon in Formulierungen, die auf die Wunde aufgetragen werden.
Darüber hinaus ist elementares Iod nicht in ausreichendem Konzentrationen in kommerziellen Formulierungen für die Verwendung als spermizide Mittel verfügbar. Die WHO (die Weltgesundheitsorganisation) definiert Standards zum Testen der spermiziden Wirkung und fordert, dass ein Spermizid alle Spermien, mit denen es in Kontakt kommt, vollständig innerhalb von 20 Sekunden immobilisiert. Dieser Standard spiegelt die Tatsache wieder, dass Spermien eine sehr kurze Zeit (Sekunden) nach der Ejakulation in die Vagina im Scheidengewölbe verbringen, bevor sie durch den Muttermund treten. Ein effektives Spermizid muss also imstande sein, Spermien rasch zu immobilisieren, bevor sie durch den Muttermund in den Uterus treten können. Diese WHO-Kriterien sind ein wichtiger Standard für den Test kontrazeptiver Vorrichtungen. Es ist daran gedacht worden, Iodformulierungen bei Geburtenkontrollanwendungen entweder in Form von Povidon-Iod, in Komplexen mit Polyurethan oder in Kombination mit Nonoxynol-9 zu verwenden; adäquate spermizide Aktivität in Übereinstimmung mit den von der WHO definierten Standards konnte jedoch nicht gezeigt werden. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass Povidon-Iod im Bereich von 1% oder mehr Gesamtiod mehr als 10 Minuten Einwirkung auf Samenproben erfor dert, bevor die Spermien die Beweglichkeit verlieren, während 0,1% oder geringere Konzentrationen an Povidon-Iod die Spermienbeweglichkeit nicht verringerten oder sogar stimulierten (Pfannschmidt et al., US-Patent 5 545 401). Mehrere Patente haben die Verwendung von Povidon-Iod (oder Iod, komplexiert mit Polyurethan) als ein Spermizid oder in Kombination mit ionischen oder nicht-ionischen Detergenzien offenbart (vergl. z. B. US-Patente 5 545 401; 5 577 514; 4 922 928; 5 156 164; und 5 466 463). Es gibt jedoch keine Hinweise darauf, dass Iodformulierungen der offenbarten Art in irgendeiner Weise ausreichende spermizide Aktivität bereitstellen, um diese Formulierungen entsprechend den WHO-Kriterien in die Praxis zu bringen.
Andere Eigenschaften von Povidon-Iod führen dazu, dass es auch ungeeignet für die Verwendung als ein intravaginales anti-infektives Mittel ist, und zwar selbst in Kombination mit anderen spermiziden Mitteln. Zum Beispiel macht die intensive bräunlich rote Färbung dieser Lösung sie in ästhetischer Hinsicht unattraktiv und nicht akzeptabel für Benutzer. Darüber hinaus ist die Verwendung von Povidon-Iod-Formulierungen in Kombination mit solchen spermiziden Mitteln, wie Nonoxynol-9, problematisch, da Iod bewirkt, dass der Detergensanteil aus der Lösung präzipitiert. In Gegenwart von quaternären Ammoniumdetergenzien bilden sowohl Iod als auch Triiodid unlösliche Komplexe bei der Bindung des quaternären Ammoniumanteils, was bewirkt, dass das Detergens aus der Lösung präzipitiert. Die Kombination von Iod mit dem üblichen spermiziden Detergens Nonoxynol-9, verwandten polyungesättigten Detergenspolymeren oder kationischen quaternärem Ammoniumdetergenzien führt also zu Produkten, die ihre spermiziden Eigenschaften aufgrund chemischer Modifikation und Präzipitation aus der Lösung verlieren.
Ein Versuch, die mit Povidon-Iod enthaltenden Formulierungen verbundenen Probleme zu lösen, wurde in Erkenntnis der Tatsache, dass elementares Iod das aktive Mittel ist, das anti-infektive Aktivität bereitstellt, von Shikani und Domb unternommen (J. Amer. College of Surgeons 183: 195–200, 1996; US-Patent 5 762 638). Die Autoren beschichteten Kunststoffimplantatvorrichtungen mit Schichten aus elementarem Iod, gelöst in einer Polymerbasis, auf eine solche Weise, dass eine Haftung des Iod-Polymers auf der Oberfläche der Implantatvorrichtung bewirkt wurde. Dieser Ansatz weist mehrere Beschränkungen auf. Er ist kostspielig, und, wie von Shikani und Domb betont wird, auf polymere Implantatvorrichtungen beschränkt, die Lösungsmittel, die beim Lösen der Iod-geladenen Polymerbeschichtung verwendet werden, tolerieren und die chemisch kompatibel hinsichtlich der Bildung einer starken und intakten Bindung zwischen der Iod-imprägnierten Polymerbeschichtung und dem Implantatpolymersubstrat sind. Polymere, die in biologischen Flüssigkeiten quellen (ein übliches Phänomen), können bei dieser Technologie ebenfalls nicht verwendet werden, da die Quellung zu einem Reißen der beschichteten äußeren Schicht führt und anschließend zu einem Versagen der gesteuerten Freisetzungsraten des imprägnierten Iods an die Umgebungsstellen, die eine anti-infektive Behandlung erfordern.
Innerhalb des Körpers werden eine Reihe natürlich auftretende Oxidantien gebildet, die als anti-infektive Mittel wirken. Die Hauptquelle für oxidierende Aktivität, die zur Entwicklung anti-infektiver Aktivitäten im Körper beiträgt, kann auf die anfängliche Bildung von Superoxid und Wasserstoffperoxid durch eine Reihe von oxidierenden Stoffwechselwegen zurückgeführt werden. Es ist bekannt, dass diese anfänglichen Oxidantien in Gegenwart von Halogeniden, Spurenmetallen, Thiocyanat (ein natürlicher Bestandteil mit besonderem Vorkommen im Speichel, von dem angenommen wird, dass er dem Mund bestimmte einzigartige antimikrobielle Eigenschaften verleiht, wenn eine Umwandlung zu Hypothiocyanid erfolgt) und Aminen eine Kaskade von anti-infektiven Produkten unter Einschluss (zusätzlich zu Superoxid und Wasserstoffperoxid) von Hydroxylradikalen, Hypohalogeniten (z. B. Hypochlorit, Hypobromit), Halogenaminen (z. B. Chloramin), Hypothiocyanit und Stickoxid katalysieren. Von allen diesen Komponenten ist gezeigt worden, dass sie verschiedene Grade an antimikrobieller Aktivität aufweisen (S. J. Klebanoff und R. A. Clark (1978), in: The Neutrophil: Function and Clinical Disorders, North-Holland Publishing Company, Amsterdam; B. Halliwell und J. M. Gutteridge (1990), Role of Free Radicals and Catalytic Metal Ions in Human Disease: An Overview. Meth. Enzymol. 186, 1–85; P. A. Southorn und G. Powis (1988) Free Radicals in Medicine. I. Chemical Nature of Biological Reactions. May Clinic Proc. 63, 390–498; W. A. Pryor, Hrsg., in Free Radicals in Biology, Academic Press, New York, 1976–1984), Bd. 1–6; S. J. Klebanoff (1991), in: Peroxidases in Chemistry and Biology (J. Everse, K. E. Everse und M. B. Grisham, Hrsg.), S. 1–35, CRC Press, Boca Raton; J. Tenovuo (1997), Salivary Parameters of Relevance for Assessing Caries Activity in Individuals and Populations. Community Dent. Oral Epidemiol. 25: 82–6; J. Carlsson, M. B. Edlund und L. Hanstrom (1984), Bactericidal and Cytotoxic Effects of Hypthiocyanite-Hydrogen Peroxide Mixtures. Infection & Immunity 44: 581–6.). Elementares Iod wird zwar ebenfalls leicht in Gegenwart dieser natürlich auftretenden Oxidantien gebildet; es wird jedoch üblicherweise im nicht als ein Anti-infektivum in der Körperabwehr gegen Mikroorganismen gebildet, da die Konzentration an Iodid in Geweben und Körperflüssigkeiten mit Ausnahme der Schilddrüse im Vergleich zu Chlorid, dem häufigsten Halogenid, das sich in Körpergeweben und Flüssigkeiten findet, zu gering ist. Daher werden Hypochlorit und Chloramine innerhalb des Körpers unter physiologischen Bedingungen in wesentlich stärkerem Maße als Hypoiodid und Iodamine gebildet.
Entsprechend ist aus den vorstehenden Beobachtungen ersichtlich, dass ein Bedarf an der Herstellung medizinischer Vorrichtungen, wie Kanülen, Katheter und dergl., sowie anderer Arten von Implantaten mit mikrobizider, viruzider oder spermizider Aktivität besteht, gerichtet auf die Behandlung bestehender Infektionen, die Prävention von Infektionen, die Zugang über implantierte Vorrichtungen erhalten, oder die Bereitstellung kontrazeptiver und anti-infektiver Eigenschaften, und zwar mit verbesserten Gebrauchseigenschaften gegenüber derzeitigen Antibiotika, Iodophor-Behandlungen oder kontrazeptiven Systemen.
US-A-5 357 636 offenbart einen Handschuh, der ein anti-infektives Oxidansgemisch enthält, das von dem Handschuh abgegeben werden kann, und WO-A-94/26312 offenbart bestimmte kontrolliert Sauerstoff freisetzende/antimikrobielle Filme für die Behandlung von Wundoberflächen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine implantierbare medizinische Vorrichtung bereit, umfassend eine polymere Matrix mit einer Oxidans-produzierenden Komponente innerhalb der Matrix, die zumindest stabil ist, bis die Vorrichtung mit Wasser in Kontakt kommt. Der Ausdruck stabil, wie er hier verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er bedeutet, dass die Vorrichtung kein Oxidans bildet, zumindest bis die Vorrichtung mit Wasser in Kontakt kommt und die Oxidans-bildende Komponente solvatisiert wird. Das Wasser kann bereitgestellt werden, indem die Vorrichtung Körperflüssigkeiten während der Verwendung ausgesetzt wird, oder durch Benetzen der Vorrichtung unmittelbar vor der Verwendung. Die Erfindung stellt eine anti-infektive medizinische Vorrichtung aufgrund der Bildung eines anti-infektiven Oxidans bereit, das in einer Ausführungsform für kontrazeptive spermizide Aktivität sorgt. Der Ausdruck implantierbare medizinische Vorrichtung ist so zu verstehen, dass er eine Reihe von Vorrichtungen unter Einschluss von Kathetern, Prothesen und kontrazeptiven Barrieren einschließt.
Die erfindungsgemäße anti-infektive medizinische Vorrichtung bildet ein Oxidans mit anti-infektiven Eigenschaften aufgrund von dessen oxidativer Aktivität. Das anti-infektive Oxidans, das durch die Oxidans-bildende Komponente gebildet wird, weist mikrobizide und viruzide Aktivität sowie gemäß einer Ausführungsform spermizide Aktivität auf. Geeignete anti-infektive Oxidantien umfassen elementares Iod, Wasserstoffperoxid, Superoxid, Stickoxid, Hydroxyradikal, Hypohalogenit, Halogenamine, Thiocyanogen und Hypothiocyanit. Die anti-infektiven Oxidantien werden durch Oxidation, Reduktion oder Hydrolyse der Oxidans-bildenden Komponente gebildet.
Im Fall von elementarem Iod ist die Oxidans-bildende Komponente ein Iod enthaltendes Salz, das oxidiert oder reduziert wird, so dass elementares Iod gebildet wird. Eine Quelle für Protonen ist im Allgemeinen erforderlich, um die Oxidation oder Reduktion des Iod enthaltenden Salzes zu elementarem Iod zu steuern. Iod enthaltende Salze, die für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, umfassen Iodide, die zu elementarem Iod oxidieren, und Iodate, die zu elementarem Iod reduzieren. Geeignete Iodide umfassen beliebige Iodide von Alkali- und Erdalkalimetallen, wie Natriumiodid, Kaliumiodid, Calciumiodid und Bariumiodid. Geeignete Iodate umfassen Iodate von Alkalimetallen, wie Natriumiodat, Kaliumiodat und Iodpentoxid. Im Fall von Iodaten kann das Iodat sowohl als Quelle für Iodid als auch als Oxidationsmittel wirken, das Iodid zu elementarem Iod oxidiert.
Im Fall von Wasserstoffperoxid als dem anti-infektiven Oxidans können eine Reihe von geeigneten Oxidans-bildenden Verbindungen verwendet werden, und zwar unter Einschluss von Peroxysäurevorstufen und Wasserstoffperoxid-Additionsverbindungen, wie Percarbamide, Perborate, Percarbonate, Persulfate und Peroxide, die einer Hydrolyse oder Solvatation unter Bildung von Wasserstoffperoxid unterliegen. Alternativ können Substrat-Oxidoreduktasen verwendet werden, bei denen Wasserstoffperoxid als direktes oder indirektes Produkt der katalytischen Reduktion von molekularem Sauerstoff gebildet wird. Im Fall eines Hypohalogenits als anti-infektivem Oxidans umfasst die Oxidans-bildende Komponente eine Halogenid-enthaltende Verbindung, die durch ein Oxidationsmittel oxidiert wird, wobei das Hypohalogenit gebildet wird. Entsprechend können ein Thiocyanogen oder Hypothiocyanit als anti-infektives Oxidans durch Oxidation eines Thiocyanats gebildet werden.
Eine Reihe geeigneter Oxidationsmittel können verwendet werden, um die Oxidans-bildende Komponente zu oxidieren, und zwar unter Einschluss von Iodoxidsalzen, Persäuren und Substrat-Oxidoreduktasen. Geeignete Iodoxidsalze umfassen Alkali- und Erdalkalimetalliodate, wie Kaliumiodat, Natriumiodat oder Calciumiodate, und Iodpentoxid. Geeignete Persäuren umfassen Perborate und organische Peroxysäuren.
Eine Reihe geeigneter Reduktionsmittel können zur Reduktion der Oxidans-bildenden Komponente verwendet werden. Wenn z. B. die Oxidans-bildende Komponente ein Iodad ist, dann kann ein beliebiges Iodat-oxidierbares Substrat, wie Ascorbat, Thiole und organische Aldehyde, die Reduktionsäquivalente zur Reduktion von Iodat zu elementarem Iod bereitstellen. Im Fall der intravaginalen Verwendung können diese Reduktionsmittel in der intrakorporalen Umgebung vorhanden sein, in der die medizinische Vorrichtung verwendet wird.
Eine Reihe geeigneter Protonen bildender Mittel können verwendet werden, unter Einschluss eines Anhydrids, das bei Einwirkung von Wasser spontan zu einem sauren Produkt hydrolysiert, oder eines Enzyms, das auf ein Substrat einwirkt, das die Bildung eines Säureprodukts katalysiert. Gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird das Protonen bildende Mittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Iodpentoxid, einer organischen oder anorganischen Säure und einer Enzymoxidase und einem Anhydrid, wie Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Succinylmaleinsäureanhydrid und Essigsäureanhydrid, besteht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die anti-infektive medizinische Vorrichtung eine polymere Matrix, die die gesamte(n) Oxidansvorstufenkomponente(n) enthält, die erforderlich ist/sind, um das anti-infektive Oxidans zu bilden, mit Ausnahme von Wasser zur Solvatation der Komponente(n), so dass die Oxidans-bildende Verbindung stabil ist, bis die Vorrichtung mit Wasser in Kontakt kommt. Erfindungsgemäß kann/können die Oxidansvorstufenkomponente(n) aus einer Komponente bestehen, nämlich einer Oxidans-bildenden Komponente, die lediglich Hydrolyse oder Solvatation zur Bildung des Oxidans erfordert. Alternativ kann/können die Oxidansvorstufenkomponente(n), die in der polymeren Matrix enthalten ist/sind, eine Oxidans-bildende Komponente und ein oder mehrere der Bestandteile Oxidationsmittel, Reduktionsmittel und Protonenquelle enthalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die anti-infektive medizinische Vorrichtung eine polymere Matrix, die einen oder mehrere Reaktanten, die für die Reaktion mit der Oxidans-bildenden Komponente unter Bildung des Oxidans erforderlich sind, nicht enthält. Zum Beispiel können ein oxidierendes oder reduzierendes Mittel oder ein Reaktant, der das oxidierende oder reduzierende Mittel bildet, oder eine Protonenquelle in der polymeren Matrix fehlen, so dass die Oxidans-bildende Komponente bis zum Kontakt mit Wasser und mit dem oxidierenden oder reduzierenden Mittel und/oder der Protonenquelle stabil ist. Die fehlenden Reaktanten kön nen durch die Körperflüssigkeit bereitgestellt werden, die mit der Vorrichtung während der Verwendung in Kontakt kommt. Zum Beispiel kann Wasserstoffperoxid als ein Oxidationsmittel von einem Substratoxidase-Enzym gebildet werden, wobei eine der oder beide Komponenten Substrat und Enzym von der Körperflüssigkeit bereitgestellt werden. Die Vorrichtungsstabilität wird also erzielt, indem eine Vorrichtung bereitgestellt wird, der ein oder mehrere Reaktanten (d. h. Wasser, oxidierende oder reduzierende Mittel und Protonen), die erforderlich sind, um das anti-infektive Oxidans zu bilden, fehlen. Die erfindungsgemäße medizinische Vorrichtung sorgt für eine anhaltende Freisetzung des Oxidans, so dass die anti-infektive oder spermizide Aktivität der medizinischen Vorrichtung über eine Zeitspanne bereitgestellt wird, die von einer Reihe von Faktoren abhängt, und zwar unter Einschluss der Konzentration und Beschaffenheit des/der Oxidansvorstufenkomponente(n) und der Konfiguration der polymeren Komponente, die die Oxidansvorstufenkomponente(n) enthält.
Eine Reihe geeigneter Polymere können als polymere Matrix verwendet werden, und zwar unter Einschluss von thermoplastischen Polymeren, thermisch härtbaren Polymeren und Hydrogelen. Polymere Materialien, die typischerweise in medizinischen Vorrichtungen verwendet werden, die für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, umfassen Silicon, Polyolefine, Polyamide, Polyester, Polyether, Polyurethane, Polycarbonate, Polyacrylate und Fluorpolymere. Geeignete Hydrogele umfassen Polyacrylate, Cellulosen und Stärke. Partikel der Oxidans-bildenden Komponente und gegebenenfalls einer oder mehrerer der Komponenten Reduktionsmittel, Oxidationsmittel und Protonenquelle werden typischerweise dem polymeren Material (oder Elastomeren in einer Zweikomponentenformulierung) zugesetzt, das dann nach einer Reihe geeigneter Verfahren verarbeitet wird, wie Formen oder Extrudieren zu der medizinischen Vorrichtung. Im Fall einer Zweikomponentenelastomerformulierung, wie einem Polymethylvinylsiloxan (Teil A) und einer zweiten katalytischen Formulierung, die einen Platinkatalysator und Methylhydrylsiloxan umfasst (Teil B), können Partikel von Oxidans-bildender Komponente, Oxidationsmittel und Protonenquellen getrennt entweder Teil A oder B der Zweikomponentenelastomere bei der Bildung von Vormischungen zugesetzt werden, die beim Vermischen zu gehärteten Polymeren führen, die die anti-infektive und spermizide Formulierung, eingeschlossen innerhalb der gehärteten Polymermatrix, enthalten. Alternativ werden bei thermisch schmelzbaren Polymeren feste Partikelformulierungen typischerweise mit der Polymerbasis am oder geringfügig über dem Schmelzpunkt gemischt, wobei das Polymer einen flüssigen Zustand annimmt, und dann als eine Dispersion in der Polymermatrix eingeschlossen, wenn das Polymer unterhalb des Schmelzpunktes abgekühlt wird.
Die Oxidans-bildende Komponente kann in dem gesamten polymeren Material der anti-infektiven medizinischen Vorrichtung enthalten sein. Alternativ kann eine Schicht aus dem polymeren Material, das die Oxidans-bildende Komponente enthält, als eine Beschichtung auf einer Oberfläche der medizinischen Vorrichtung bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Katheter mit einem Schaft und einem Lumen eine Oxidans-bildende Komponente im gesamten Schaft enthalten, oder alternativ kann er eine Schicht aus polymerem Material, die die Oxidans-bildende Komponente auf mindestens einem der Bestandteile innere Oberfläche und äußere Oberfläche des Katheterschaftes enthält, aufweisen. Die verwendete Konfiguration hängt von einer Reihe von Faktoren unter Einschluss der gewünschten Konzentration an Oxidans, dem polymeren Material und der Anwendung ab. Zum Beispiel kann eine Schicht aus polymerem Material, das die Oxidans-bildende Komponente enthält, als eine Beschichtung auf eine medizinische Vorrichtung aufgetragen werden, die aus einem nicht-polymeren Material oder einem polymeren Material, das Eigenschaften oder Verfahrensbedingungen aufweist, die die Zugabe der Oxidans-bildenden Komponente zu dem polymeren Material ungünstig oder unpraktisch machen, gebildet ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine implantierbare Vorrichtung mit anti-infektiver Aktivität bereit, die ein festes hydrophobes polymeres Material umfasst, geeignet für die medizinische Implantation, und ferner umfassend eine trockene Oxidans-erzeugende Formulierung, die in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform eine Iod erzeugende Formulierung ist, und wobei die trockene Iod erzeugende Komponente ein trockenes Gemisch aus einem Iodsalz, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserfreiem Kaliumiodid, wasserfreiem Natriumiodid und Kombinationen davon besteht, und einem Oxidationsmittel ist, wobei das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserfreien Alkaliiodoxidsalzen, anorganischen oder organischen Persäuren, einem H₂O₂ erzeugenden Oxidase-Enzym und Kombinationen daraus besteht. Vorzugsweise handelt es sich bei dem festen polymeren Material um ein Siliconelastomer.
Vorzugsweise beträgt die Konzentration des wasserfreien Kaliumiodids, des wasserfreien Natriumiodis oder beider etwa 0,01% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht) des festen polymeren Materials. Vorzugsweise sind die wasserfreien Alkaliiodoxidsalze aus der Gruppe ausgewählt, die aus wasserfreiem Natriumiodat, Iodpentoxid und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise sind anorganische oder organische Persäuren aus der Gruppe ausgewählt, die aus Perboraten, Organoperoxysäuren und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt werden die anorganischen oder organischen Persäuren, wenn es sich um das einzige Oxidationsmittel handelt, das in der Formulierung vorhanden ist, in einer Konzentration von etwa 0,01% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht) des festen polymeren Materials bereitgestellt. Vorzugsweise ist das H₂O₂ erzeugende Oxidase-Enzym aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glucose-Oxidase, Diamin-Oxidase und Kombinationen davon besteht. Der Ausdruck Glucose-Oxidase, wie er hier verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4 bedeutet, und der Ausdruck Diamin-Oxidase, wie er hier verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6 bedeutet. Ferner umfasst das H₂O₂ erzeugende Oxidase-Enzym in besonders bevorzugter Weise ein Peroxidase-Enzym. Der Ausdruck Peroxidase-Enzym ist so zu verstehen, dass er Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7 bedeutet. Vorzugsweise ist das H₂O₂-erzeugende Oxidase-Enzym, wenn es das einzige Oxidationsmittel ist, das in der Formulierung vorhanden ist, in einer Konzentration von etwa 0,01% bis etwa 2,5% (bezogen auf das Gewicht) des festen polymeren Materials vorhanden. Am stärksten bevorzugt ist die Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) in einer Konzentration von mindestens 0,01%, bezogen auf das Gewicht des festen polymeren Materials, vorhanden, wobei die spezifische Aktivität der Glucose-Oxidase im Bereich von 2000 bis 200000 IU pro Gramm Feststoff (d. h. pro Gramm Glucose-Oxidase) liegt, und eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) ist in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% des festen polymeren Materials vorhanden, wobei die spezifische Aktivität der Peroxidase im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt, mit der Maßgabe, dass die Summenkonzentration einer Kombination von Oxidase- und Peroxidase-Enzymen innerhalb des Bereiches von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 2,5 Gew.-% des festen polymeren Materials liegt. Am stärksten bevorzugt ist die Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) in der Formulierung in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% des festen polymeren Materials enthalten, wobei die spezifische Aktivität der Diamin-Oxidase im Bereich von 50 bis 800 IU pro Gramm Feststoff liegt, und eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) ist in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% des festen polymeren Materials vorhanden, wobei die spezifische Aktivität der Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt, mit der Maßgabe, dass die Konzentration der H₂O₂-erzeugenden Oxidase-Enzyme innerhalb des Bereiches von etwa 0,01 bis etwa 2,5 Gew.-% des festen polymeren Materials liegt. Vorzugsweise umfasst die Formulierung ferner ein Trockenmittel, um die Iodsalze vor der Absorption von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre und der vorzeitigen Solvatisierung und Bildung von Iod zu stabilisieren. Vorzugsweise wird ein Trockenmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Trockenpulvergemisch von etwa 1% bis etwa 10% (bezogen auf das Gewicht) Polyvinylpyrrolidon, CaCl₂ und Kombinationen davon besteht.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung weiter eine anti-infektive oder kontrazeptive Hydrogel-Vorrichtung bereit, die ein Hydrogelmittel und eine Iod erzeugende Formulierung umfasst, wobei die Iod erzeugende Formulierung ein Iodid und ein Oxidationsmittel umfasst, wobei das Iodid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumiodid, Natriumiodid und Kombinationen davon besteht, wobei das Oxidationsmittel in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um Iod aus dem Iodid freizusetzen.
Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Alkaliiodoxidsalzen, Persäuren, H₂O₂ erzeugenden Enzymoxidasen und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt handelt es sich bei den Alkaliiodoxidsalzen um Natriumiodat oder Iodpentoxid oder beide. Am stärksten bevorzugt handelt es sich bei den Persäuren um Perborate, Peracetate oder beide. Am stärksten bevorzugt sind die H₂O₂-erzeugenden Enzymoxidasen aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise umfassen die H₂O₂ erzeugenden Enzymoxidasen gegebenenfalls ein Peroxidase-Enzym. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Peroxidase-Enzym um Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hydrogelmittel um ein Polycarboxyl- oder Polyhydroxylkomplexpolymer, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen Polyacrylaten, vernetzten Polyacrylaten, Hydroxyalkylcellulosen, Polycarboxylalkylcellulosen, wasserlöslichen Cellulosen, Polyethylenalkoholen, Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Salzen von Alginsäure und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise wird das Hydrogelmittel auf nicht weniger als etwa 0,2% (bezogen auf das Gewicht) in Wasser und auf nicht mehr als etwa 5 Gew.-% in Wasser eingestellt. Am stärksten bevorzugt ist das Hydrogelmittel etwa 2 Gew.-% der Formulierung. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert der Formulierung etwa pH 3,0 bis pH 6,5. Am stärksten bevorzugt beträgt der pH-Wert etwa 4,0.
Vorzugsweise beträgt die Konzentration an Iodid in der Hydrogelvorrichtungsformulierung etwa 0,1 mM bis etwa 200 mM. Vorzugsweise ist das Hydrogelvorrichtungsformulierungsoxidationsmittel in der Formulierung in einer Konzentration von etwa 0,1 mM bis etwa 200 mM enthalten, wenn das Oxidationsmittel ein Alkalioxid von Iod oder eine Persäure ist. Vorzugsweise ist das Hydrogelvorrichtungsformulierungsoxidationsmittel in der Formulierung in einer Konzentration von etwa 2 μg/ml bis etwa 500 μg/ml enthalten, wenn das Oxidationsmittel eine H₂O₂ erzeugende Enzymoxidase ist. Vorzugsweise liegt die Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), eingestellt auf eine spezifische Aktivität, im Bereich von 2000 bis 200000 IU pro Gramm Feststoff, und eine Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal enthaltend]; EC 1.4.3.6) ist auf eine spezifische Aktivität im Bereich von 50 bis 800 IU pro Gramm Feststoff eingestellt. Vorzugsweise ist das Peroxidase-Enzym (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7.) in einer Konzentration von etwa 2 μg/ml bis etwa 500 μg/ml enthalten, wenn seine spezifische Aktivität im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine anti-infektive und kontrazeptive Hydrogelvorrichtung, umfassend ein Hydrogelelement mit Kreisform, geeignet für die vaginale Einführung und die Retention in der zervikalen Region, gebildet nach einem Verfahren, das umfasst:

(a) Mischen einer Hydrogel bildenden Formulierung mit einer wässrigen Iod erzeugenden Formulierung, wobei die Iod erzeugende Formulierung ein Iodid und ein Oxidationsmittel umfasst und wobei die Hydrogel bildende Formulierung ein Hydrogelmittel umfasst, wobei das Iodid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumiodid, Natriumiodid und Kombinationen davon besteht, wobei das Oxidationsmittel in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um Iod aus dem Iodid freizusetzen, und wobei das Hydrogelmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen Polyacrylaten oder vernetzten Polyacrylaten, Hydroxyalkylcellulosen_; Polycarboxylalkylcellulosen, wasserlöslicher Cellulose, Polyethylen- oder Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Salzen von Alginsäure oder Kombinationen davon besteht, wobei eine Hydrogelvorrichtungsformulierung gebildet wird; und
(b) Eingießen der Hydrogelvorrichtungsformulierung in eine Form, um eine halbfeste Masse in Form der Form zu bilden, wobei die Form eine Ringform oder eine Scheibenform bildet.

Die Hydrogel bildende Formulierung kann gegebenenfalls mit einem Viskositätsverstärker bereitgestellt werden, wie z. B. im Fall einer vaginalen Vorrichtung für Kontrazeption und Infektionen. Am stärksten bevorzugt handelte es sich bei dem Viskositätsverstärker um ein Polycarboxyl- oder Polyhydroxylkomplexpolymer, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen Polyacrylaten, vernetzten Polyacrylaten, Hydroxyalkylcellulosen, Polycarboxylalkylcellulosen, wasserlöslichen Cellulosen, Polyethylenalkoholen, Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Salzen von Alginsäure und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise wird der Viskositätsverstärker auf nicht weniger als etwa 0,2% (bezogen auf das Gewicht) in Wasser und auf nicht mehr als etwa 5 Gew.-% in Wasser eingestellt. Am stärksten bevorzugt ist der Viskositätsverstärker etwa 2 Gew.-% der Formulierung. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert der Hydrogel bildenden Vorrichtungsformulierung etwa pH 3,0 bis pH 6,5. Am stärksten bevorzugt beträgt der pH-Wert etwa 4,0.
Vorzugsweise ist die anti-infektive Vorrichtung, bei der es sich um die hydrophobe Polymerausführungsform oder die Hydrogelausführungsform handelt, so geformt, dass sie einer Körperhöhlung, einem speziellen Implantatdesign oder einer dünnen Folie von nicht weniger als 0,1 mm Dicke oder mehr als 10 mm Dicke entspricht. Am stärksten bevorzugt ist eine Vaginalimplantatform zu einer Kreisform ausgebildet, geeignet für die Vaginalinsertion und Retention in der zervikalen Region. Geeignete kreisförmige Vorrichtungsformen sind Ring, konkave Scheibe und Tampon. In der Ringkonfiguration, die ausgelegt ist, um nahe dem Fornix zwischen der vaginalen Wand und dem Zervix eingepasst zu werden, sollte die Vorrichtung einen äußeren Durchmesser von etwa 3,0 cm bis etwa 7,0 cm haben. Am stärksten bevorzugt beträgt der äußere Durchmesser etwa 5,6 cm bis etwa 6,0 cm. Der innere hohle Kern des Ringdurchmessers sollte im Bereich von etwa 2,0 bis etwa 6,0 cm liegen, was einen Ring mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 1,5 cm ermöglicht. Am stärksten bevorzugt sollte der Hohlkerndurchmesser etwa 4,6 bis 5 cm betragen und der Ring etwa 0,8 bis etwa 1,2 cm Dicke aufweisen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ferner eine anti-infektive Doppelschicht-Hydrogelvorrichtung bereit, die ein erstes Doppelschichtelement, das ein Hydrogelmittel und eine erste Komponente einer Iod erzeugenden Formulierung enthält, und ein zweites Doppelschichtelement umfasst, das ein Hydrogelmittel und eine zweite Komponente einer Iod erzeugenden Formulierung enthält, wobei die erste Komponente der Iod erzeugenden Formulierung ein Iodid umfasst und die zweite Komponente der Iod erzeugenden Formulierung ein Oxidationsmittel umfasst, wobei das Iodid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumiodid, Natriumiodid und Kombinationen davon besteht, wobei das Oxidationsmittel in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um Iod aus dem Iodid freizusetzen, und wobei das Hydrogelmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen Polyacrylaten oder vernetzten Polyacrylaten, Hydroxyalkylcellulosen, Polycarboxylalkylcellulosen, wasserlöslicher Cellulose, Polyethylen- oder Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Salzen von Alginsäure oder Kombinationen davon besteht.
Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Alkaliiodoxidsalzen, Persäuren, H₂O₂ erzeugenden Enzymoxidasen und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt handelt es sich bei den Alkaliiodoxidsalzen um Kalium- oder Natriumiodat, Iodpentoxid oder beides. Am stärksten bevorzugt sind die Persäuren Perborate, Peracetate oder beides. Am stärksten bevorzugt sind die H₂O₂-erzeugenden Enzymoxidasen aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise umfassen die H₂O₂ erzeugenden Enzymoxidasen gegebenenfalls ein Peroxidase-Enzym. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Peroxidase-Enzym um Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hydrogelmittel um ein Polycarboxyl- oder Polyhydroxylkomplexpolymer, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen Polyacrylaten, vernetzten Polyacrylaten, Hydroxyalkylcellulosen, Polycarboxylalkylcellulosen, wasserlöslichen Cellulosen, Polyethylenalkoholen, Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Salzen von Alginsäure und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise wird das Hydrogelmittel auf nicht weniger als etwa 0,2% (bezogen auf das Gewicht) in Wasser und auf nicht mehr als etwa 5 Gew.-% in Wasser eingestellt. Am stärksten bevorzugt ist das Hydrogelmittel etwa 2 Gew.-% der Formulierung der ersten oder der zweiten Komponente. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert der Formulierung etwa pH 3,0 bis pH 6,5. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert etwa 4,0.
Vorzugsweise beträgt die Konzentration an Iodid in der Doppelschicht-Hydrogelvorrichtungsformulierung etwa 0,1 mM bis etwa 200 mM. Vorzugsweise ist die zweite Komponente des Oxidationsmittels der Doppelschicht-Hydrogelvorrichtungsformulierung in einer Konzentration von etwa 0,1 mM bis etwa 200 mM enthalten, wenn das Oxidationsmittel ein Alkalioxid von Iod oder eine Persäure ist. Vorzugsweise ist die zweite Komponente des Oxidationsmittels der Hydrogelvorrichtungsformulierung in einer Konzentration von etwa 2 μg/ml bis etwa 500 μg/ml vorhanden, wenn es sich bei dem Oxidationsmittel um eine H₂O₂ erzeugende Enzymoxidase handelt. Vorzugsweise wird die Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) auf eine spezifische Aktivität im Bereich von 2000 bis 200000 IU pro Gramm Feststoff eingestellt, oder die Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase (desaminierend] [Pyridoxal enthaltend]; EC 1.4.3.6) wird auf eine spezifische Aktivität im Bereich von 50 bis 800 IU pro Gramm Feststoff eingestellt. Vorzugsweise ist das Peroxidase-Enzym (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) in einer Konzentration von etwa 2 μg/ml bis etwa 500 μg/ml vorhanden, wenn seine spezifische Aktivität im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt.
Gemäß einer vierten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ferner eine beschichtete implantierbare Vorrichtung mit anti-infektiver Aktivität bereit, die eine implantierbare medizinische Vorrichtung umfasst, die aus einem polymeren Material mit einer anti-infektiven Beschichtung darauf gebildet ist, wobei die anti-infektive Beschichtung ein festes hydrophobes polymeres Material umfasst, das geeignet für die medizinische Implantation ist, und ferner eine trockene Iod erzeugende Formulierung umfasst, wobei die trockene Iod erzeugende Formulierung ein trockenes Gemisch aus einem Iodsalz, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserfreiem Kaliumiodid, wasserfreiem Natriumiodid und Kombinationen davon besteht, und einem Oxidationsmittel ist, wobei das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserfreien Alkaliiodoxidsalzen, anorganischen oder organischen Persäuren, einem H₂O₂ erzeugenden Oxidase-Enzym und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise handelt es sich bei dem festen polymeren Material um ein Siliconelastomer.
Vorzugsweise beträgt die Konzentration an wasserfreiem Kaliumiodid, wasserfreiem Natriumiodid oder beiden etwa 0,01% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht) der anti-infektiven Beschichtung. Vorzugsweise sind die wasserfreien Alkaliiodoxidsalze aus der Gruppe ausgewählt, die aus wasserfreiem Natriumiodat, Iodpentoxid und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise sind die anorganischen oder organischen Persäuren aus der Gruppe ausgewählt, die aus Perboraten, Organoperoxy säuren und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt werden die anorganischen oder organischen Persäuren, wenn es sich um das einzige Oxidationsmittel handelt, das in der Formulierung vorhanden ist, in einer Konzentration von etwa 0,01% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht) des anti-infektiven Beschichtungsmaterials bereitgestellt. Vorzugsweise ist das H₂O₂-erzeugende Oxidase-Enzym aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt umfasst das H₂O₂ erzeugende Oxidase-Enzym ferner ein Peroxidase-Enzym (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7). Vorzugsweise ist das H₂O₂ erzeugende Oxidase-Enzym, wenn es sich um das einzige Oxidationsmittel handelt, das in der Formulierung enthalten ist, in einer Konzentration von etwa 0,01% bis etwa 2,5% (bezogen auf das Gewicht) des anti-infektiven Beschichtungsmaterials enthalten. Am stärksten bevorzugt ist die Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) in einer Konzentration von mindestens etwa 0,01 Gew.-% des anti-infektiven Beschichtungsmaterials enthalten, wobei die spezifische Aktivität der Glucose-Oxidase im Bereich von 2000 bis 200000 IU pro Gramm Feststoff liegt, und eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) ist in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% des festen polymeren Materials enthalten, wobei die spezifische Aktivität der Peroxidase im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt, mit der Maßgabe, dass die Summenkonzentration einer Kombination aus Oxidase- und Peroxidase-Enzymen im Bereichs von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 2,5 Gew.-% des anti-infektiven Beschichtungsmaterials liegt. Am stärksten bevorzugt ist die Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% des anti-infektiven Beschichtungsmaterials enthalten, wobei die spezifische Aktivität der Diamin-Oxidase im Bereich von 50 bis 800 IU pro Gramm Feststoff liegt, und eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) ist in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% des anti-infektiven Beschichtungsmaterials enthalten, wobei die spezifische Aktivität der Peroxidase im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt, mit der Maßgabe, dass die Konzentration der H₂O₂-erzeugenden Oxidase-Enzyme im Bereich von etwa 0,01% bis etwa 2,5 Gew.-% des anti-infektiven Beschichtungsmaterials liegt. Vorzugsweise umfasst die anti-infektive Beschichtung ferner ein Trockenmittel, um die Iodsalze vor der Absorption von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre und der vorzeitigen Solvatisierung und Bildung von freiem Iod zu stabilisieren. Vorzugsweise wird ein Trockenmit tel aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Trockenpulvergemisch von etwa 1% bis etwa 10% (bezogen auf das Gewicht) Polyvinylpyrrolidon, CaCl2 und Kombinationen davon besteht.
Die vorliegende Erfindung sorgt für die zusätzliche Ausstattung einer festen implantierbaren Vorrichtung mit anti-infektiven Eigenschaften, umfassend das Zufügen einer Formulierung zu der Vorrichtung, wobei die Formulierung Iodid, ein Mittel zur Freisetzung von Protonen und ein Oxidans umfasst. Vorzugsweise wird das Mittel zur Freisetzung von Protonen durch Hydrolyse von Anhydriden oder durch enzymatische Reaktion verwirklicht. Am stärksten bevorzugt nutzt die enzymatische Reaktion eine H₂O₂ erzeugende enzymatische Oxidation von Iodid, wobei die Protonenquellen von einer Körperflüssigkeit bereitgestellt werden, die auf die Vorrichtung einwirkt, oder durch Benetzung der Vorrichtung. Der Mechanismus nutzt Protonen, die von der Vorrichtung erzeugt werden, um chemisch Iodid zu elementarem Iod umzuwandeln, wobei in Abwesenheit der Einwirkung von Wasser oder Körperflüssigkeiten die Vorrichtung in einem ruhenden Zustand bleibt.
Gemäß einer fünften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur vaginalen Insertion bereit, die für die intravaginale Erzeugung anti-infektiver und spermizider Konzentrationen an Iod sorgt, was gemäß einem Aspekt der Erfindung eine mechanisch freisetzende anti-infektive und kontrazeptive Vorrichtung beinhaltet umfassend:

(a) einen Schlauch mit Siliconwänden mit Wänden, die eine Vorratskammer bilden, wobei die Wände ferner eine Mehrzahl von selbstschließenden Löchern umfassen, die sich durch die Wände erstrecken und in Verbindung mit der Vorratskammer stehen; und
(b) eine wässrige Formulierung innerhalb der Vorratskammer, wobei die wässrige Formulierung ein Iodid und ein Oxidationsmittel umfasst, wobei das Iodid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kaliumiodid, Natriumiodid und Kombinationen davon besteht, und wobei das Oxidationsmittel in einer ausreichenden Menge vorhanden ist, um Iod aus dem Iodid bei Austreibung von Flüssigkeit innerhalb der Kammer an das externe Medium und anschließendem Mischen der ausgetriebenen Flüssigkeit mit Protonen oder Substratquellen, die in der letztgenannten Körperflüssigkeit enthalten sind und die für die Bildung von elementarem Iod erforderlich sind, zu bilden. Alternativ können die Substrate, Protonenquelle, Iodid und Oxidationsmittel als ein trockenes Gemisch formuliert werden, dem Wasser als ein solvatisierendes Mittel unmittelbar vor der Verwendung zugesetzt wird und das dann dazu dient, das anti-infektive und spermizide Iod zu solvatisieren und dessen Bildung einzuleiten. Das trockene Gemisch kann sich innerhalb der Vorratskammer befinden, oder es kann getrennt mit Wasser kombiniert und der Vorratskammer unmittelbar vor der Verwendung zugeführt werden.

Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Alkaliiodoxidsalzen, Persäuren, H₂O₂ erzeugenden Enzymoxidasen und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt handelt es sich bei den Alkaliiodoxidsalzen um Natriumiodat oder Iodpentoxid oder beides. Am stärksten bevorzugt handelt es sich bei den Persäuren um Perborate, Peracetate oder beides. Am stärksten bevorzugt sind die H₂O₂-erzeugenden Enzymoxidasen aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise umfassen die H₂O₂ erzeugenden Enzymoxidasen gegebenenfalls ein Peroxidase-Enzym. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Peroxidase-Enzym um Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7.
Vorzugsweise umfasst die wässrige Formulierung weiter einen Viskositätsverstärker. Am stärksten bevorzugt ist der Viskositätsverstärker ein Polycarboxyl- oder Polyhydroxylkomplexpolymer, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen Polyacrylaten, vernetzten Polyacrylaten, Hydroxyalkylcellulosen, Polycarboxylalkylcellulosen, wasserlöslichen Cellulosen, Polyethylenalkoholen, Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Salzen von Alginsäure und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise wird der Viskositätsverstärker auf nicht weniger als etwa 0,2% (bezogen auf das Gewicht) in Wasser und auf nicht mehr als etwa 5 Gew.-% in Wasser eingestellt. Am stärksten bevorzugt ist der Viskositätsverstärker etwa 2 Gew.-% der wässrigen Formulierung. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert der wässrigen Formulierung von etwa pH 3,0 bis etwa pH 6,5. Am stärksten bevorzugt beträgt der pH-Wert etwa 4,0.
Vorzugsweise beträgt die Konzentration an Iodid in der wässrigen Formulierung etwa 0,1 mM bis etwa 200 mM. Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel in der wässrigen Formulierung in einer Konzentration von etwa 0,1 mM bis etwa 200 mM enthalten, wenn das Oxidationsmittel ein Alkalioxid von Iod oder eine Persäure ist. Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel in der wässrigen Formulierung in einer Konzentration von etwa 2 μg/ml bis etwa 500 μg/ml enthalten, wenn das Oxidationsmittel eine H₂O₂ erzeugende Enzymoxidase ist. Vorzugsweise wird die Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), auf eine spezifische Aktivität im Bereich von 2000 bis 200000 IU pro Gramm Feststoff eingestellt, oder die Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal enthaltend]; EC 1.4.3.6) wird auf eine spezifische Aktivität im Bereich von 50 bis 800 IU pro Gramm Feststoff eingestellt. Vorzugsweise ist die Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) in einer Konzentration von etwa 2 μg/ml bis etwa 500 μg/ml enthalten, wenn die spezifische Aktivität im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung in einer Kreisform, geeignet für vaginale Insertion und Retention in der zervikalen Region, geformt. Geeignete Vorrichtungskreisformen sind Ring, konkave Scheibe und Tampon. Vorzugsweise weist die kreisförmige Vorrichtung einen äußeren Durchmesser von etwa 3,0 cm bis etwa 7,0 cm auf. Am stärksten bevorzugt beträgt der äußere Durchmesser etwa 5,6 cm bis etwa 6,0 cm. Vorzugsweise sind die selbstschließenden Löcher von etwa 0,01 mm bis etwa 0,15 mm im Durchmesser. Vorzugsweise sind die selbstschließenden Löcher um den Umfang der kreisförmigen Vorrichtung angeordnet. Am stärksten bevorzugt beträgt die Dichte der selbstschließenden Löcher etwa 1 bis etwa 20 Löcher pro cm² Oberfläche.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine mit Mikrokanülen versehene anti-infektive und kontrazeptive Vorrichtung bereit, die ein festes polymeres Material mit kleinen Kanälen, die darin enthalten sind, umfasst und die ferner eine trockene Iod erzeugende Formulierung umfasst, wobei die Vorrichtung in einer Kreisform ausgebildet ist, die geeignet für vaginale Insertion und Retention in der zervikalen Region ist, und wobei die trockene Iod erzeugende Formulierung ein trockenes Gemisch aus einem Iodsalz, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserfreiem Kaliumiodid, wasserfreiem Natriumiodid und Kombinationen davon besteht, und einem Oxidationsmittel ist, wobei das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem wasserfreien Alkaliiodoxidsalz, einer anorganischen oder einer organischen Persäure, einem H₂O₂ erzeugenden Oxidase-Enzym und Kombinationen davon besteht.
Vorzugsweise beträgt die Konzentration an wasserfreiem Kaliumiodid, wasserfreiem Natriumiodid oder beiden etwa 0,5% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht) der Vorrichtung. Vorzugsweise sind die wasserfreien Alkaliiodoxidsalze aus der Gruppe ausgewählt, die aus Natriumiodat, Iodpentoxid und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise sind die anorganischen oder organischen Persäuren aus der Gruppe ausgewählt, die aus Perboraten, Organoperoxysäuren und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt werden die anorganischen oder organischen Persäuren, wenn es sich um das einzige Oxidationsmittel handelt, das in der Vorrichtung vorhanden ist, in einer Konzentration von etwa 0,5% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht) der Vorrichtung bereitgestellt. Vorzugsweise ist das H₂O₂-erzeugende Oxidase-Enzym aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) und Kombinationen davon besteht. Am stärksten bevorzugt umfasst das H₂O₂ erzeugende Oxidase-Enzym ferner eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7). Vorzugsweise ist das H₂O₂-erzeugende Oxidase-Enzym; wenn es das einzige Oxidationsmittel ist, das in der Vorrichtung vorhanden ist, in einer Konzentration von etwa 0,1% bis etwa 2,5% (bezogen auf das Gewicht) der Vorrichtung vorhanden. Am stärksten bevorzugt ist die Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) in einer Konzentration von mindestens 0,5 Gew.-% der Vorrichtung vorhanden, wobei die spezifische Aktivität der Glucose-Oxidase im Bereich von 2000 bis 200000 IU pro Gramm Feststoff liegt, und eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) ist in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% der Vorrichtung vorhanden, wobei die spezifische Aktivität der Peroxidase im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt, mit der Maßgabe, dass die Summenkonzentration einer Kombination von Oxidase- und Peroxidase-Enzymen (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) im Bereich von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 2,5 Gew.-% der Vorrichtung liegt. Am stärksten bevorzugt ist die Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gew.-% der Vorrichtung enthalten, wobei die spezifische Aktivität der Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) im Bereich von 50 bis 800 IU pro Gramm Feststoff liegt, und eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) ist in einer Konzentration von. mindestens 0,01 Gew.-% der Vorrichtung enthalten, wobei die spezifische Aktivität der Peroxidase im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt, mit der Maßgabe, dass die Konzentration der H₂O₂ erzeugenden Oxidase-Enzyme im Bereich von etwa 0,01% bis etwa 2,5 Gew.-% der Vorrichtung liegt. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mit den Mikrokanülen ferner ein Trockenmittel, um die Iodsalze vor der Absorption von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre und der vorzeitigen Solvatisierung und Bildung von freiem Iod zu stabilisieren. Vorzugsweise ist ein Trockenmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Trockenpulvergemisch aus etwa 1% bis etwa 10% Polyvinylpyrrolidon, CaCl₂ und Kombinationen davon besteht. Vorzugsweise ist die Vorrichtung in Kreisform ausgebildet, geeignet für vaginale Insertion und Retention in der zervikalen Region. Geeignete Vorrichtungskreisformen sind Ring, konkave Scheibe und Tampon. Vorzugsweise weist die kreisförmige Vorrichtung einen äußeren Durchmesser von etwa 3,0 cm bis etwa 7,0 cm auf. Am stärksten bevorzugt beträgt der äußere Durchmesser etwa 5,6 cm bis etwa 6,0 cm. Vorzugsweise ist das feste polymere Material ein elastomeres hydrophobes Organosilicon.
Obwohl die Diskussion primär im Hinblick auf elementares Iod bildende Komponenten erfolgt, ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Ausführungsformen, die hier diskutiert werden, die Verwendung alternativer anti-infektiver Oxidantien beinhalten können, wie derjenigen, die vorstehend diskutiert wurden, die im Körper gebildet werden. Die alternativen anti-infektiven Oxidantien können aus Vorstufenreaktanten gebildet werden, die in einem latenten Zustand innerhalb einer Polymerbasis als ein Abgabevehikel für die Erzeugung und Freisetzung der aktiven Mittel bei Einführung einer dritten Komponente, die essentiell für die Aktivierung ist, wie Wasser als ein solvatisierendes Mittel, oder ein Kofaktor, der essentiell für den Abschluss der Reaktion bei der Erzeugung der anti-infektiven Produkte ist, eingekapselt sein. Zum Beispiel umfassen die alternativen Oxidantien, deren de novo-Bildung auf Bedarf aus Vorstufenreaktanten bewirkt werden kann, Superoxid; Wasserstoffperoxid; Hydroxylradikale; Hypohalogenite, wie Hypochlorit (OCl^–), Hypoiodit (OI^–) und Hypobromit (OBr^–); Halogenamine unter Einschluss von Chloraminen, Iodaminen und Bromaminen, die die oxidierenden Produkte sind, die durch Reaktion von Hypohalogeniten mit primären und sekundären Aminen gebildet werden, wie Taurinchloramin, gebildet durch Einführung von Taurin in Hypochlorit; Thiocyanogen ((SCN)₂); Hypothiocyanit (OSCN^–); und Stickoxid.
Kurze Darstellung der Zeichnungen
1 zeigt, dass Natriumiodid, formuliert in einem Massenverhältnis von Feststoff zu Siliconelastomer von ungefähr 30%, durch Härten eine polymere Basis ergibt, die bei Härten in wirksamer Weise Iodid bei Eintauchen in Puffer und anschließenden Pufferwechseln freisetzt. Iodid erreichte einen maximalen Wert um 50 bis 60 mM in einem Flüssigkeitsvolumen von 10 ml Puffer pro Waschintervall. Das Vermögen der hergestellten Siliconvorrichtung, Iodid wieder auf diesen Spiegel zu bringen, verblieb bei anschließenden Pufferwechseln relativ konstant über die ersten 350 Stunden und nahm dann auf ~20 mM bei etwa 600 Stunden von kontinuierlichem Eintauchen und Spülen ab. Berechnungen der Iodidausbeute relativ zu dem Iodid, das zu Anfang in der Vorrichtung verfügbar war, zeigten, dass nach etwa 600 Stunden kontinuierlichem Eintauchen und Waschen ~90% Natriumiodid aus der Vorrichtung ausgelaugt worden war.
2 zeigt die Kinetik der Freisetzung von Iodpentoxid aus Silicontabletten, hergestellt wie in den mikrobiziden Studien, die in Tabelle 3 zusammengefasst sind, und suspendiert in 100 mM Natriumcitrat, pH 4,0, bei 1 Tablette/ml, wobei jedoch unterschiedliche Massenverhältnisse von Iodpentoxid zu Elastomer verwendet wurden. Die Konzentration an Iodat, das in den Puffer, der die Tablette umspülte, freigesetzt wurde, ist ersichtlich proportional zur Masse an Iodpentoxid, die innerhalb der Polymerbasis eingekapselt war. Komplexe Medien hatten keinen ersichtlichen Einfluss auf Solvatation und Diffusionsraten von Iodpentoxid, da identische Raten der Iodpentoxidfreisetzung bei Einsatz von BHI-Medien anstelle von Citratpuffer beobachtet wurden.
3 zeigt die Kinetik der Freisetzung von Iodat und Iodid in variierenden Intervallen nach Eintauchen der hergestellten Tablette, die, bezogen auf die Masse, mit 8% Iodat, 2% Iodid und 10% PVP formuliert war, eine optimale Formulierung, von der festgestellt wurde, dass sie C. albicans abtötet, wenn sie zu BHI mit 1 Tablette/ml gegeben wird. Tabletten wurden bei Raumtemperatur in 100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0, eingetaucht, und Anteile des Puffers wurden dann zur Analyse von Iodat und Iodid in den angegebenen Intervallen entnommen. Maximale Spiegel an Iodat und Iodid im Bereich von 2 bzw. 1 mM erwiesen sich als ausreichend, um die Bildung von ausreichend elementarem Iod im externen Medium zu katalysieren, um C. albicans vollständig innerhalb von weniger als 4 Stunden Einwirkung durch die Tabletten abzutöten.
4 zeigt entsprechende Spiegel an elementarem Iod, gebildet im externen Medium (100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0) bei variierenden Intervallen des Eintauchens von hergestellten Silicontabletten (1 Tablette/ml), formuliert wie in den Beispielen 3 und 4 mit 8% Iodat, 2% Iodid und 10% PVP, bezogen auf die Masse relativ zum Siliconelastomer.
5 zeigt elementares Iod, gebildet de novo bei Solvatation einer 1%igen hochviskosen Alginat-Hydrogelvorrichtung, formuliert in 2 mM Kaliumiodid und 2 mM Natriumiodat vor der Lyophilisierung. Das lyophilisierte Hydrogel wurde als ein zylindrischer Abschnitt von 1 cm × 0,6 cm in 1 ml 100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0, eingetaucht; und man ließ es für 20 Minuten solvatisieren, bevor das elementare Iod im Puffermedium gemessen wurde. Die Werte stellen Mittelwerte von 3-fachen Experimenten dar. Das Kontrollexperiment zeigte die Abwesenheit von elementarem Iod in einer Probe, die auf gleiche Weise verarbeitet wurde, jedoch unter Ausschluss von Kaliumiodid und Natriumiodat aus der Hydrogelmatrix während der Herstellung der Kontrollvorrichtung.
6 zeigt die Protonen gesteuerte de novo-Bildung von naszierendem elementarem Iod und demonstriert vergleichbare Geschwindigkeiten der Bildung von elementarem Iod bei pH-Wert 4,5 im Vergleich mit pH-Wert 7,4 unter Verwendung festgelegter Konzentrationen an Meerrettich-Peroxidase, Iodid und Glucose und variierenden Spiegeln an Glucose-Oxidase, wie angegeben.
7 zeigt die Freisetzung von Iodat und Iodid aus beschichteten Silicon- und Polyethylen-Kanülenschläuchen. Die Beschichtungen wurden in zwei 2,5 und 5,0 cm Längen von Siliconpolymer, aufgetragen auf die Kanülen, formuliert und mit Iodat und Iodid, eingestellt in PVP (wie in Beispiel 6 beschrieben) mit einer Wanddicke von ungefähr 0,1 mm eingekapselt. Die Polymer-beschichteten Kanülen wurden dann in 5 ml 100 mM Citratpuffer, pH-Wert 4,0, eingetaucht und Anteile der Pufferlösung wurden dann periodisch auf restliches Iodat und Iodid analysiert, wie angegeben, und zwar für eine Zeitspanne von ungefähr 28 Stunden. Elementares Iod, das im Waschpuffer gebildet wurde, wurde ebenfalls untersucht, und es wurde festgestellt, dass es im Bereich von einem niedrigen Wert von ~4 ppm bis zu einem hohen Wert von ~30 ppm über dieses gleiche Intervall lag. Maximale Spiegel an Iodid und Iodat traten etwa 24 Stunden nach Eintauchen der beschichteten Kanülen in den Citratpuffer auf.
8 zeigt zwei Konfigurationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung in entfalteter (links) und ringförmiger (Doughnut) Konfiguration (rechts) zur Insertion in die Vagina gegen den Zervix.
9 zeigt die Aktivität der spermiziden Formulierung bei der Immobilisierung von humanem Sperma. Bei diesen Experimenten wurde Glucose-Oxidase auf 416 μg/ml eingestellt, Meerrettich-Peroxidase lag bei 17 μg/ml, Iodid wurde konstant bei 63 mM gehalten, und Glucose lag bei 11,6 mM. Samen wurde 6-fach in isotoner Kochsalzlösung, eingestellt auf 10 mM Natriumphosphatpuffer, pH-Wert 7,4, verdünnt, und die Spermienbeweglichkeit wurde innerhalb von 20 Sekunden nach Mischen des Samens mit den Testreaktanten bewertet. Das Freiwaschen des Spermas von der Formulierung führte nicht zur Wiederherstellung der Spermienbeweglichkeit, was eine irreversible Immobilisierung des Spermas anzeigt. Weglassen von Iodid oder Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) oder Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) aus den Humansamenproben führte zur Aufrechterhaltung der Spermienbeweglichkeit. Assays der Spermienbeweglichkeit basierten auf WHO-Standards unter Verwendung des modifizierten Sander-Cramer-Spermienbeweglichkeitsassays. Fehlerbalken bezeichnen ± 1 Standardabweichung bei 2-fachen Bestimmungen eines einzelnen Spenders. Vergleichbare Ergebnisse wurden bei sechs getrennten Spenderproben, erhalten für Proben von vier individuellen Spermienspendern, erhalten. Alle getesteten Spermienproben erfüllten alle Standardcharakteristika für die Bewertung der Spermienbeweglichkeit (> 20 × 10⁶ Spermien/ml, > 50% Beweglichkeit und > 50% normale Formen).
10 veranschaulicht einen Querschnitt eines Katheters, bei dem Merkmale der Erfindung verwirklicht sind, und zwar mit einem Katheterschaft, gebildet aus einer Polymermatrix, die eine Oxidans-bildende Komponente innerhalb des gesamten Schaftes enthält.
11 veranschaulicht einen Querschnitt eines Katheters, der Merkmale der Erfindung verwirklicht, und zwar mit einem Katheterschaft mit einem Körper und einer Schicht einer Polymermatrix, die eine Oxidans-bildende Komponente in der Polymermatrix enthält.
Ausführliche Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine medizinische Vorrichtung mit mikrobiziden, viruziden und spermiziden Aktivitäten bereit. Erfindungsgemäß sind die medizinischen Vorrichtungen implantierbare Vorrichtungen, die mikrobizide und viruzide Aktivitäten durch ihre Fähigkeit zeigen, ein Oxidans, wie elementares Iod, über verlängerte Intervalle zu erzeugen, aktiviert bei Eintauchen der Vorrichtung in wässrige Flüssigkeiten. Im Gegensatz zu antibiotischen Strategien umgeht die Einverleibung von Iod erzeugenden Formulierungen in die Vorrichtungen, die aus hydrophoben und/oder hydrophilen Polymeren gefertigt werden, das Problem der Kolonisiebildung Antibiotika-resistenter Organismen, was zu einer besseren Versorgung und einem geringeren Risiko für Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl für die Prävention als auch für die Behandlung von Infektionen führt. Obgleich die nachstehende Diskussion hauptsächlich im Hinblick auf elementares Iod als anti-infektives, spermizides Oxidans, das von der erfindungsgemäßen medizinischen Vorrichtung erzeugt wird, erfolgt, ist darauf hinzuweisen, dass andere Oxidantien in ähnlicher Weise verwendet werden können, wie hier angegeben.
Bei dem Verfahren werden fein gemahlene Teilchen der Oxidans-bildenden Verbindung, wie Iodsalze, direkt in die Polymerbasis vor deren Härtung und/oder Herstellung als eine Beschichtung oder als eine Vorrichtung mit speziellen Abmessungen und spezieller Konfiguration gemischt. Diese Salze bleiben inert und innerhalb der Polymerbasis eingeschlossen, bis sie in Kontakt mit Körperflüssigkeiten kommen. Die Salzgemische innerhalb der Mikrokanülen reagieren miteinander bei Solvatation, wobei die Bildung von elementarem Iod katalysiert wird. Eine beständige Zufuhr von naszierendem elementarem Iod wurde über eine Zeitspanne von mehreren Stunden, mehreren Tagen oder Wochen abhängig von den chemischen Eigenschaften der Polymerbasis, in der die Salze eingekapselt waren, der Konzentration der Salze und der Reaktanten relativ zur Masse des Polymers und den Reaktanten, die das Salzgemisch bildeten, erzeugt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zielt auf die Bildung optimaler mikrobizider abtötender Spiegel von etwa 5 bis 100 ppm an elementarem Iod ab. Hydrophile (wasserlösliche) oder hydrophobe (wasserunlösliche) Polymerbasen können für die Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden. Anti-infektive Eigenschaften können den Implantatvorrichtungen durch Beschichten von zuvor hergestellten Vorrichtungen mit einer Schicht aus hydrophoben oder hydrophilen Polymeren, die elementares Iod erzeugende Formulierungen einkapseln, verliehen werden, oder die gesamte Vorrichtung kann aus Polymeren gefertigt werden, die elementares Iod erzeugende Formulierungen einkapseln.
Die nachstehenden Prinzipien treffen auf die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu. Zunächst müssen elementares Iod erzeugende Formulierungen in Form von Feststoffen innerhalb der Polymerbasis in einem ruhenden Zustand bis zur Solvatisierung eingeschlossen werden. Zweitens muss die Bildung von naszierendem elementarem Iod rasch auftreten, erleichtert durch die Aufrechterhaltung hoher Konzentrationen an Iodsalzen an der Solvatisierungsstelle durch Ausnutzung von Oxidation und Umwandlung von Iodid in elementares Iod und durch Bereitstellung einer Zufuhr von Protonen innerhalb der Reaktionsumgebung.
Die Vorrichtungen (implantierbar oder für die vaginale Insertion) beinhalten jeweils die Herstellung anti-infektiver Aktivität unter Verwendung von Polymeren, die zu einer bestimmten Form geformt werden, und zwar abhängig von der für die Vorrichtung erforderlichen Anwendung. Durch Einverleiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Harnwegskatheter und in verschiedene andere Körperimplantatvorrichtungen verhindern die Vorrichtungen die Aufnahme von Infektionen, indem den Vorrichtungen, denen sie einverleibt sind, die Fähigkeit verliehen wird, die Stelle der Implantation von pathogenen Mikroben und Viren zu befreien. Vorrichtungen, die verschiedene elementares Iod erzeugende Formulierungen einkapseln, können für die Behandlung von erworbenen Infektionen, wie BV oder pPROM, hergestellt werden, wobei die hergestellte Vorrichtung konfiguriert und innerhalb der Vagina oder gegen den Zervix angeordnet werden kann, um derartige Infektionen zu behandeln. Die gleiche Vorrichtung kann für die Verwendung als eine Beschichtung auf vorgefertigten Vorrichtungen (z. B. orthopädische Gelenke, Metallinserts, Herzschrittmacher und dergl.) hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Befund, dass trockene oxidierte und reduzierte Salze von Iod in hydrophilen oder hydrophoben Polymeren in stabiler Form eingeschlossen werden können. Wenn Flüssigkeiten, die in Körperhöhlen, wie der Vagina, den Harnwegen oder interstitiellen Räumen vorhanden sind, einwirken, unterliegen die trockenen oxidierten und reduzierten Salze von Iod der Solvatation und reagieren unter Bildung von freiem mikrobizidem und viruzidem elementarem Iod. Innerhalb der Polymerbasis der Vorrichtung eingestellte osmotische Gradienten tragen in Kombination mit der Solvatation der Iodsalze und oxidativen Reaktionen zu einer hinhaltenden Bildung von naszierendem elementarem Iod bei. Die Erfindung nutzt auch natürliche reduzierende Verbindungen, die in biologischen Flüssigkeiten (wie in der Vagina und in anderen Körperhöhlen) vorhanden sind, zur Verstärkung der Bildung von naszierendem elementarem Iod. Dies wird mit chemischen Formen von in der Vorrichtung eingekapseltem Iod bewerkstelligt, die der Reduktion zugänglich sind und deren Oxidation zu naszierendem elementarem Iod dann bewirkt werden kann, und zwar entweder nicht-enzymatisch oder enzymatisch.
Hydrophobe Siliconpolymere, in denen Iodsalze und dessen Oxide eingekapselt sind, werden zu Vorrichtungen mit anti-infektiven Aktivitäten verarbeitet. Entsprechende Ausführungsformen der Vorrichtung sind unter Verwendung von Hydrogelen, Alginsäure und Polyacrylaten, die in gefertigten Formen in verschiedene Körperhöhlen eingeführt werden können oder über Wunden, wo sie der behandelten Stellen mikrobizide und viruzide Aktivitäten verleihen, entwickelt worden.
Es wird auf die Figuren Bezug genommen. 1 zeigt die Kapazität eines 5 g Blocks von Silicon zur Freisetzung von eingekapseltem Natriumiodid. Die Vorrichtung wurde in die Form einer Scheibe, ~0,3 cm dick und 5,0 cm im Durchmesser, gebracht, und Natriumiodid wurde in das hydrophobe Elastomer vor der Härtung eingebettet. Die Scheibe wurde in eine wässrige Flüssigkeit eingetaucht, die aus 10 mM Natriumphosphat, pH-Wert 7,4, auch eingestellt auf 150 mM NaCl, bestand. Die Daten in 1 zeigen die Freisetzung von Natriumiodid über eine Zeitspanne von ungefähr 1 Monat.
2 zeigt, dass ein Anhydrid von Iodat, nämlich Iodpentoxid, in gleicher Weise in Mikrokanülen eingeschlossen werden kann, die während der Härtung von Siliconscheibenvorrichtungen gebildet werden, die in der gleichen Weise wie in 1 hergestellt werden, jedoch unter Einsatz des Anhydrids anstelle des Iodids. Die Konzentration des Oxidsalzes, das in die Lösung freigesetzt wird, war proportional zur Menge an eingekapseltem Oxid innerhalb des Siliconpolymers vor der Härtung und der Herstellung der Vorrichtung.
3 zeigt, dass sowohl Iodat als auch Iodid gleichzeitig innerhalb der Siliconpolymerbasis während der Herstellung einer Siliconscheibenvorrichtung wie in 1 eingekapselt werden können. Bei Solvatation reagieren Iodat und Iodid, wenn sie zusammenkommen, unter Bildung von naszierendem elementarem Iod. Das Vorhandensein von elementarem Iod wurde im Eintauchpuffer (vergl. 4) bestätigt, und von auf diese Weise hergestellten Vorrichtungen wurde auch gezeigt, dass sie potente mikrobizide Aktivitäten zeigen (vergl. Beispiele 3 und 4).
4 zeigt entsprechende Spiegel an elementarem Iod, gebildet in dem externen Medium (100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0) bei variierenden Intervallen des Eintauchens der hergestellten Silicontabletten (1 Tablette/ml), formuliert wie in den Beispielen 3 und 4 mit 8% Iodat, 2% Iodid und 10% PVP, bezogen auf die Masse, relativ zum Siliconelastomer.
5 zeigt die Freisetzung von elementarem Iod in Eintauchpuffer (100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0) aus einer Hydrogelpolymerausführungsform. Das Hydrogel polymer bestand aus 1% hochviskoser Alginsäure und wurde in die Form eines Zylinders, geeignet für die Insertion in einen Wundschnitt, gebracht (vergl. Beispiel 5). Iodid und Iodat wurden innerhalb des lyophilisierten Alginsäurepolymers eingekapselt. Die Hydrogelvorrichtung wurde aktiviert, als die Vorrichtung in eine wässrige Flüssigkeit (d. h. Eintauchpuffer) gebracht wurde. Beim Eintauchen unterlag das Hydrogel der Solvatation und der Dissipation in die Pufferlösung, so dass es nicht erforderlich war, die Vorrichtung aus der Stelle der Behandlung zu entfernen.
6 zeigt die protonengetriebene de novo-Bildung von naszierendem elementarem Iod und demonstriert vergleichbare Geschwindigkeiten der Bildung von elementarem Iod bei pH 4,5 gegenüber pH 7,4 unter Verwendung festgelegter Konzentrationen an Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7), Iodid und Glucose und variierenden Spiegeln an Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), wie angegeben.
7 zeigt die zeitabhängige Freisetzung von Iodid und Iodat aus Streifen von Polyethylen- und Silicon-Kanülen, beschichtet mit dünnen Schichten von Siliconpolymer mit einer eingekapselten, elementares Iod erzeugenden Formulierung, die aus Iodid, Iodat und PVP bestand (vergl. Beispiel 7). Der Prototyp der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde in 100 mM Natriumcitratpuffer, pH-Wert 4,0, eingetaucht. Der mittlere Spiegel an naszierendem elementarem Iod, das während der Dauer der Eintauchintervalle als Folge der Freisetzung von Iodid und Iodat gebildet wurde, lag im Bereich von einem geringen Wert von 4 ppm bis zu einem hohen Wert von 30 ppm.
Herstellung der implantierbaren Vorrichtung
Die Vorrichtung enthält einen Vorratsbehälter, der eine Iod erzeugende Formulierung enthält, die so ausgelegt ist, dass bei Aktivierung Iod im Bereich von etwa 5 bis 100 ppm gebildet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht auf dem Vorhandensein von spezifischen reduzierenden Verbindungen und/oder Substratverbindungen, die sich in Körperflüssigkeiten finden, als "aktivierende Mittel". Substanzen, die in Körperflüssigkeiten enthalten sind und die die Iodbildung aus der erfindungsgemäßen Formulierung aktivieren, umfassen reduzierende Verbindungen, wie Ascorbinsäure, Glutathion und Hypotaurin, und Substratverbindungen, wie Glucose, sowie Spermin und Wasser als ein Solvatationsmittel. Die Substratverbindungen sind oftmals mit H₂O₂ erzeugenden Enzymen vom Oxidasetyp gekoppelt, wie Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6), und unterstützt durch eine Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7), wie Meerrettich-Peroxidase oder Lactoperoxidase, formuliert als ein trockenes Pulvergemisch. Dieses trockene Pulvergemisch wird innerhalb der Polymerbasis der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Herstellung eingekapselt. Bei Solvatation kommen die Oxidase-Enzyme in Kontakt mit den entsprechenden Substraten, wobei die Bildung von H₂O₂ ausgelöst wird. Das als ein Produkt der Oxidasen, die auf ihre Substratverbindungen einwirken, gebildete H₂O₂ dient dann der Oxidation von Iodid (das ebenfalls in die Formulierung eingeschlossen ist) zu Iod, was der Vorrichtung anti-infektive (z. B. mikrobizide und viruzide) sowie kontrazeptive spermizide Aktivitäten verleiht. Trockene, fein gemahlene Oxide von Iodsalzen, Persäuren oder vergleichbare oxidierende Mittel (z. B. Perborat, Peracetat und dergl.) können anstelle der Oxidase-Enzyme in Formulierungen, die innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingeschlossen sind, eingesetzt werden.
Bei der oxidativen Umwandlung von Iodid zu Iod kann ein weiter Bereich an Oxidantien, d. h. Oxidationsmitteln, eingesetzt werden, so lange sie als wasserfreies Pulver formuliert werden können. Die Oxidantien bleiben also bei Zugabe zu dem hydrophoben Polymer, das für die Herstellung der Abgabevorrichtung verwendet wird, nicht mischbar, und sie behalten das Vermögen zur Solvatation bei Eintauchen in wässrige Flüssigkeiten, so dass sie in Kontakt mit Iodid kommen können und dabei dessen Umsetzung zu Iod bewirken. In diesem Fall von Natriumiodat oder Iodpentoxid (das spontan zu Iodat hydrolysiert), werden kristalline Salze in Mikrokanülen der Abgabevorrichtung eingeschlossen und treten aus der Vorrichtung aus, wenn sie in Kontakt mit Körperflüssigkeit, wie vaginaler Flüssigkeit, kommt. Die kristallinen Salze reagieren mit reduzierenden Verbindungen, die in vaginalen Flüssigkeiten und Samen enthalten sind, was zur Bildung von elementarem Iod entsprechend Redox-Reaktionen, die die Iodchemie beinhalten, führt. Die Verwendung von Iodat in Formulierungen nutzt also die reduzierende Umgebung, in der sich die Vorrichtung befindet, um die Bildung von elementarem Iod zu ermöglichen, um zu erreichen, dass die vaginalen Wände und der Zervix in spermizider und mikrobizider Iodaktivität (z. B. von 5 bis 100 ppm) gespült werden.
Zum Einverleiben der Formulierungen in hydrophobe Polymere erfordert es die Fertigstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass die Iod erzeugende Formulierung zuerst zu einem feinen Pulver von 200 um oder weniger gemahlen wird. Die trockene Formulierung wird dann mechanisch bei Raumtemperatur (20 bis 25°C) in ein hydrophobes Elastomer, das als die Polymerbasis bei der Herstellung der Vorrichtung unter Bildung eines Gemisches verwendet wird, gemischt. Variationen bei der Herstellung der Vormischung vor der Härtung der endgültigen Polymerbasis sind bei der Technologie möglich. Zum Beispiel kann die anti-infektive Oxidans-erzeugende Komponente, wie Kaliumiodid, mit einem Copolymer (Teil A) vorgemischt werden. Die Protonenquelle, wie Mononatriumphosphat, und ein Oxidationsmittel, wie Natriumiodat, können mit dem anderen Copolymer-Vernetzungsmittel zusammen mit einem geeigneten Katalysator gemischt werden (Teil B). Um das Polymer zu härten, können Teil A und Teil B gemischt werden, wobei die Initiation des Vernetzungspolymerisationsprozesses gleichzeitig mit der Einkapselung der Iod erzeugenden Formulierung innerhalb des endgültigen Gemisches ermöglicht wird. Bevor das Gemisch gehärtet wird, kann das Gemisch in eine Form abgegeben oder aus einer Düse extrudiert werden, und man kann es zu der endgültigen Konfiguration härten. Die Form der Vorrichtung ist geeignet für deren Anwendungsstelle. Geeignete Konfigurationen umfassen extrudierte Folien, die über Wunden und Verbrennungen zur Verhinderung und Behandlung von Oberflächeninfektionen gelegt werden, die Bildung von Ringen und Tampons für die Behandlung und/oder Prävention vaginaler Infektionen oder von pPROM, die Herstellung in Form eines Foley-Katheters zur Prävention von Harnwegsinfektionen und Bildung eines selbststerilisierenden Harnwegskatheters, die Extrusion als eine Deckschicht über einen Katheterzuführdraht, wobei letztgenannte Vorrichtung mit anti-infektiven Eigenschaften ausgestattet wird, und dergl. Die beabsichtigte Verwendung in einer speziellen Körperhöhle oder Wundstelle bestimmt die geeignete Form.
Geeignete hydrophobe Polymere (Elastomere), die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden sollen, umfassen z. B. Siliconelastomere (LSR-Siliconelastomere), wie die Formmassen NuSil MED-4815, -4820, -4830, -4840 oder -4850, medizinische NuSil-Qualitäten von LSR4-5805 Siliconelastomer, Siliconelastomere hoher Konsistenz (HTR-Elastomere), die für die Extrusion geeignet sind, wie NuSil MED-4550, -4565, -4719, -4750 und -4780 sowie thermoplastische und Raumtemperatur-Vulkanisierungssiliconpolymere. Weitere geeignete Polymere umfassen Elastomere, wie Polyharnstoff, Polyurethan, Ethylenvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyamide, Polycarbonat, Polyethylen, Polymethylmethacrylat, Celluloseester, wie Ethyl-, Methyl- und Propylformen, Polypropylen, Polystyrol, Polytetrafluorethylen, Poly(ethylenvinylacetat), elastomere Organosiliconpolymere, Poly(hydroxylalkylester), Copolymere und thermoplastische hydrophobe Kombinationen davon.
Für Formulierungen mit eingekapselten Enzymen, wie Glucose-Oxidase (D-Glucose: Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal enthaltend]; EC 1.4.3.6), müssen Raumtemperatur-Vulkanisierungselastomere bei der Herstellung der Vorrichtung aus hydrophoben Polymeren verwendet werden, da die Enzyme bei höheren Temperaturen, die zur Härtung thermoplastischer Polymere erforderlich sind, denaturieren. Die höheren Härtungstemperaturen im Bereich von 120 bis 170°C stellen kein Problem für den Einschluss nicht-enzymatischer Komponenten der Formulierungen, die bei der Herstellung dieser Vorrichtungen verwendet werden, dar. Der Spiegel an freiem Iod, das an der Oberfläche der Vorrichtung bei Benetzung der Vorrichtung mit Körperflüssigkeit gebildet wird, sollte vorzugsweise einen Spiegel von nicht weniger als ~5 ppm oder mehr als 100 ppm innerhalb von 20 Minuten nach der Einwirkung der Körperflüssigkeit erreichen. Dieser Spiegel an elementarem Iod ist hochgradig wünschenswert, um der Vorrichtung mikrobielle, viruzide und spermizide Aktivitäten zu verleihen.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem hydrophilen (z. B. Hydrogel) Polymer hergestellt werden. Gemäß dieser Ausführungsform dient die Polymerbasis der Einkapselung der Iod erzeugenden Formulierung und unterliegt gleichzeitig mit der Aktivierung der Iod erzeugenden Formulierung der Solvatation als ein Gel-Sol, mukoidartiges Produkt, das die Implantationsstelle mit anti-infektiver Aktivität überzieht und spült.
Geeignete Hydrogele zum Mischen mit Formulierungen umfassen z. B. von etwa 0,2 bis 5% hoch- oder mittelviskose Alginsäure, B. F. Goodrich Carbopol 971 PNF (oder vernetzte Analoga dieser Polyacrylsäure, wie B. F. Goodrich Carbopol 974 PNF oder Noveon^TM AAI) oder etwa 1 : 1-Gemische von Alginsäure und Carbopol, eingestellt auf einen bevorzugten pH-Wert von etwa 3,7 bis 4,2 mit NaOH. Mehrere Klassen von Hydrogelen sind für diese Ausführungsformen geeignet, im Allgemeinen unter Einschluss von Hydrogelen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus linearen und vernetzten Polyacrylaten, Polycarboxyalkylcellulosen, Hydroxyalkylcellulosen, wasserlöslichen Cellulosen, Polyethylen- oder Polyvinylalkoholen, Chitosanpolymeren sowie Salzen von Alginsäuren und Kombinationen davon besteht.
Die Bereitstellung eines niedrigen pH-Wertes in der Hydrogel-Ausführungsform der Vorrichtung ist wichtig bei der Sicherstellung einer stetigen Zufuhr an H⁺ bei der Bil dung von elementarem Iod (vergl. Beispiel 6). Zusätzlich ist bei der Ausführungsform, bei der die Vorrichtung intravaginal verwendet wird, der niedrige pH-Wert des Hydrogels wichtig für die Aufrechterhaltung des pH-Werts der vaginalen Flüssigkeit bei ihrem normalen pH-Wert (z. B. im Bereich von etwa 3,7 bis 4,5). Der niedrige pH-Wert hat den zusätzlichen Vorteil, dass er der Hydrogelformulierung auch gewisse spermizide und mikrobizide Aktivität verleiht. Die hydrophilen Polymere (z. B. Hydrogele), die die elementares Iod erzeugenden Formulierungen enthalten, müssen zuerst bei niedrigen Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt von Wasser vorgemischt werden. Sie können dann in eine Form übertragen und gefroren und zur Entfernung von Wasser lyophilisiert werden, wobei eine wasserfreie stabile Formulierung gebildet wird, vorzugsweise in Form einer. Scheibe, die manuell in die Vagina gegen die Basis des Zervix eingeführt werden kann. Dieses Verfahren des Einfrierens und anschließenden Lyophilisierens der Formulierung ergibt ein schwammartiges Produkt, das geeignet ist, mikrobizide und viruzide Spiegel von naszierendem elementarem Iod bei direkter Einführung in Körperflüssigkeiten zu bilden. Bei Insertion in die Vagina unterliegt die Scheibe der Solvatation zu einem dicken Gel, das eng am vaginalen und zervikalen Epithelium mit der Konsistenz einer dicken schleimartigen Substanz haftet, wobei die aktiven Bestandteile, durch die dann elementares Iod gebildet werden kann, freigesetzt werden. Die wasserfreie stabile Formulierung kann in getrockneter Form ohne Verlust an Iod erzeugender Aktivität gelagert werden.
Iodid und Oxidationsmittel für Iodid, wie Iodatsalze, oder Enzymoxidasen, wie Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) und Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7), können gemischt und zu einer einzigen Hydrogelformulierung formuliert werden, oder das Iodid und die Oxidationsmittel können zu getrennten Hydrogelformulierungen gegeben werden und nach Gewinnung in lyophilisierter Form zu einer Doppelschicht aus Iodid und Oxidationsmittel zusammengestellt werden.
Die Gefriertrocknungstechnik zur Herstellung der Hydrogel-Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt die Herstellung einer löslichen, anti-infektiven, spermiziden Hydrogelformulierung. Das schwammartige Hydrogelprodukt kann zu Folien oder Rollen gepresst und in verschiedene Formen geschnitten werden, indem das lyophilisierte Hydrogelprodukt in eine hydraulische Presse gebracht und ein Druck von nicht weniger als 689 kPa (100 lbs pro Quadratzoll) und nicht mehr als 82680 kPa (12000 lbs pro Quadratzoll) auf das Endprodukt angewandt wird. Dies ergibt ein feines papierartiges Produkt, das geschnitten und wie gewünscht geformt werden kann und das bei Benetzung einer Rehydratisierung zu einer Gellösung unterliegt.
Die Hydrogelvorrichtung wird in verschiedene Formen (Folien) für die Anwendung. auf einer infizierten Stelle geformt, indem ein Hydrogelschwammprodukt, das Iodid enthält, auf ein zweites, das Oxidationsmittel, das zur Auslösung der Bildung von elementarem Iod erforderlich ist, enthält, gebracht wird, um ein Verbund-Sandwich-Produkt zu bilden, das Verbund-Sandwich-Produkt in einer hydraulischen Presse angeordnet und anschließend Druck auf die beiden übereinandergestapelten Schichten unter Bildung einer Doppelschichtmembran angewandt wird. Die Benetzung des letztgenannten Sandwich-Produkts führt zur Solvatation des Hydrogel-Sandwich und zur gleichzeitigen Bildung von anti-infektivem Iod.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung bereitgestellt, die Oxidans-erzeugende Formulierungen, wie Iod erzeugende Formulierungen, die innerhalb eines inneren Vorratsbehälters der Vorrichtung enthalten sind, freisetzt. Der Betrieb der Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung beinhaltet die Zugabe von Iodid und/oder dessen Oxiden zusammen mit reduzierenden Substraten, Substratverbindungen, anorganischen oder organischen Oxidationsmitteln oder H₂O₂ erzeugenden Enzymen oder ohne solche Komponenten zu einer inneren Kammer, die z. B. durch einen Silicongummi-Schlauch (Siliconschlauch) gebildet wird. Vorzugsweise wird der elastische Schlauch als eine Ringform ausgebildet, so dass er am Fornix zwischen dem Zervix und der vaginalen Wand eingeführt werden kann (8). Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des äußeren Rings etwa 5,8 bis etwa 6,2 cm. Vorzugsweise ist der Schlauch mit einer Reihe von selbstschließenden Löchern von ungefähr 0,01 bis 0,1 mm Durchmesser, die relativ gleichmäßig um den Umfang des Schlauches (d. h. hin zur Außenseite im Gegensatz zur Innenseite der ringartigen Struktur) in einer Dichte von etwa 1 bis etwa 20 Löcher pro cm² verteilt sind, perforiert. Die Löcher erlauben die Freisetzung der Iod erzeugenden Formulierung nur während der Kompression und Verzerrung des Schlauches durch Biegen, Strecken oder Rotationsbewegung, die während des Geschlechtsverkehrs als Folge von spontanen Muskelkontraktionen auftreten, die an der Basis des Zervix während Erregung und Geschlechtsverkehr ausgelöst werden. Die Löcher in dem Schlauch sind ausreichend klein, so dass das "elastische Gedächtnis" des Silicongummi-Schlauches die Formulierung innerhalb des inneren Vorratsbehälters der Vorrichtung abdichtet, wenn der Schlauch sich in einem entspannten oder unverzerrten Zustand befindet, wobei der Inhalt innerhalb des inneren Kernvorratsbehälters (z. B. das Lumen des Schlauchs) gehalten wird, was das Mischen von elementares Iod erzeugender Formulierung innerhalb des inneren Vorratsbehälters vom Austritts zu den vaginalen Wänden und dem Zervix in der Nähe des zervikalen Bereiches verhindert. Nur während kräftiger Verzerrung des Rings durch Muskelkontraktionen (wie sie während sexueller Erregung und Geschlechtsverkehr auftreten) kann die Iod erzeugende Formulierung, die innerhalb der inneren Kammer des Schlauchs enthalten ist, zur externen Oberfläche der Abgabevorrichtung austreten oder tröpfeln. Bei Kontakt mit der externen Oberfläche der Vorrichtung stellt die Formulierung im Wesentlichen eine "auf Bedarf" erfolgende Bildung von Iod bereit. Ferner kann die Formulierung, die für die Erzeugung von elementarem Iod verantwortlich ist, sobald sie sich außerhalb des inneren Vorratsbehälters befindet, dazu gebracht werden, sich über Zervix und vaginale Wände während des Geschlechtsverkehrs auszubreiten und diese zu überziehen, wobei eine chemische Barriere erzeugt wird, über die Bakterien, Viren und Sperma nicht treten können. Die Quelle für elementares Iod gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird also nur "auf Bedarf" während sexueller Erregung und Geschlechtsverkehr präsentiert. Durch Auslegung des Abgabesystems, so dass die Aktivierung zum Zeitpunkt von sexueller Erregung und Geschlechtsverkehr bewirkt werden kann, können geeignete Konzentrationen an elementarem Iod im Bereich von 5 bis 100 ppm für sowohl spermizide als auch anti-infektive Aktivitäten lokal zu dem Zeitpunkt, zu dem sie gebraucht werden, gebildet werden. Der Benutzer muss den Geschlechtsverkehr nicht zeitlich eng mit der Anwendung des kontrazeptiven Mittels abstimmen. Außerdem ist durch die Auslegung der "auf Bedarf" erfolgenden Abgabe von elementarem Iod die Wirksamkeit dieses Geburtenkontrollverfahrens verbessert, da es nicht die Aufmerksamkeit des Benutzers zur zeitlichen Abstimmung und sorgfältig abgestimmten Verwendung der Vorrichtung für eine effektive Wirkung zum Zeitpunkt von sexueller Erregung und Geschlechtsverkehr erfordert.
Während der Herstellung der Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung "auf Bedarf" wird der Silicongummi-Schlauch in einer elongierten Konfiguration hergestellt, in der zwei Löscher (mit einem Durchmesser von etwa 0,20 bis etwa 0,25 cm) benachbart zueinander mit 0,3 bis 0,4 cm Abstand in einer geraden Linie voneinander entlang der Längsachse des Schlauchs angeordnet werden, und, auf eine Hülse aufgebracht, zu einem Schlauch verarbeitet (8). Ein Loch dient als Belüftung, um den Austritt von Luft aus dem Vorratsbehälter während der Beladung der Vorrichtung mit den Iod erzeugenden Formulierungen zu ermöglichen. Das andere dient als Einlassloch, durch das die Formulierungen in den inneren Vorratsbehälter des Schlauchs abgegeben werden.
Zur Beladung der Vorrichtung wird das Ende des Schlauchs, das die Hülse enthält, in das entgegengesetzte offene Ende des Schlauchs eingeführt, wobei die Luft- und Belüftungslöcher freiliegend bleiben und die Vorrichtung in Form eines Rings gebracht wird (8). Die Formulierung, die in die Vorrichtung eingebracht werden soll, wird dann mittels einer sich verjüngenden "Augentropfen"-Abgabeflasche, die so ausgelegt ist, dass das durchstochene Abgabeende in das Einlassloch passt, abgegeben. Augentropfenflaschen oder eine beliebige konisch geformte Pipettierspitze, die klein genug ist, dass sie in das Abgabeeinlassloch passt, sind ausreichend, um Formulierungen in die Vorrichtung zu laden. Formulierungen zur Erzeugung von elementarem Iod werden durch das Einlassloch geladen, während der Ring in einer Position gehalten wird, so dass Flüssigkeit nicht aus dem Belüftungsloch austritt, während der Vorratsbehälter beladen wird. Flüssigkeit kann in den Ring geladen werden, bis die letzte Luftblase am Luftbelüftungsloch erscheint. Zu diesem Zeitpunkt werden die Enden des Schlauches, die miteinander durch die Hülse verbunden sind, dicht zusammengeschoben, so dass das entgegengesetzte Ende des Schlauchs, dem die Hülse fehlt, über die Einlass- und Luftbelüftungslöcher gleitet, wobei jegliche Möglichkeit für den Austritt von Flüssigkeit aus den Einlassbeladungs- und Luftbelüftungslöchern, geschlossen wird und eine dicht verschlossene Abgabevorrichtung (8) gebildet wird, die fertig ist, um manuell an der Basis des Zervix angeordnet zu werden, so dass sie den Zervix umgibt und fest zwischen Fornix und vaginaler Wand sitzt.
In der vollständig geschlossenen Ringkonfiguration können Formulierungen, die in die Vorrichtung geladen sind, die zur Katalyse der Bildung von elementarem Iod erforderlich sind, nicht länger austreten, mit Ausnahme über kleine Austrittslöcher, die um den Umfang des Schlauchs verteilt sind. Diese Austrittslöcher sind selbstverschließend in der gleichen Weise, wie ein Serum-Septumverschluss selbstverschließende Eigenschaften nach Punktierung durch eine Nadel von 20 oder 21 Gauge behält, sie erlauben jedoch, dass die in die Vorrichtung geladene Formulierung austritt, wenn der Schlauch gestreckt und verzerrt wird. Es ist wichtig, dass der Durchmesser der Austrittslöcher nicht zu groß ist, so dass der Silicongummi-Schlauch durchlässig wird, was zu einem Verlust der Formulierung, bevor die Vorrichtung richtig in die Vagina eingeführt werden kann und zu ungeeigneten Zeitpunkten außerhalb von Zeitspannen von sexueller Erregung und Geschlechtsverkehr, führt. Während die vorstehende Beschreibung sich auf eine schlauchartige Kammer konzentriert, sind an dere Konfigurationen ebenfalls anwendbar, wobei die Basiselemente der Vorrichtung für mechanische Freisetzung eine flexible selbst abdichtende Wand und einen inneren Hohlraum umfassen, wobei bewirkt werden kann, dass die Iod erzeugenden Formulierungen durch Verzerrungen der Wände der Vorrichtung, die während sexueller Erregung und Muskelkontraktionen, die während des Geschlechtsverkehrs auftreten, bewirkt werden, austreten kann.
Formulierungen
In den Vorrichtungen mit mechanischer Freisetzung und in den Hydrogel-Abgabevorrichtungen werden jeweils ähnliche Iod erzeugende Formulierungen verwendet. In beiden Fällen werden die Formulierungen in einem lyophilisierten wasserfreien Zustand, enthaltend ein Hydrogel, hergestellt, um der Formulierung Körper (Viskosität) zu verleihen und sie stabil für die Lagerung zu machen, bis sie für die Verwendung erforderlich sind. Im Fall der Ausführungsform einer Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung wird die Formulierung im Prinzip durch Zugabe einer definierten Menge an Wasser vor der Verwendung hydratisiert, um die Bestandteile auf ihre angegebenen Konzentrationen zu bringen, eingestellt vor der Lyophilisierung der Formulierung. Es ist zweckmäßig, die lyophilisierte Formulierung herzustellen, so dass sie in die Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung in solcher Art eingeführt wird, dass Wasser der einzige Bestandteil ist, der bei der Rekonstitution der Formulierung durch Zugabe zu der Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung erforderlich ist, zugeführt durch das Beladungsöffnungsloch (8). Alternativ kann die Formulierung in einer lyophilisierten Form innerhalb eines getrennten Beladungsbehälters, wie einer Kunststoffflasche mit sich verjüngender Spitze, hergestellt werden. Die sich verjüngende Spitze ist bevorzugt zur Beladung des rekonstituierten Formulierungsinhalts in die Abgabevorrichtung. Andererseits wird die Hydrogel-Abgabevorrichtung vorzugsweise in einem lyophilisierten Zustand für die direkte Insertion in die Vagina gebildet und hängt von Körperflüssigkeiten für Solvatation und Freisetzung der Iod erzeugenden Formulierung ab. Sie erfordert also keine Zugabe von Wasser oder einem anderen wässrigen Lösungsmittel zur Rekonstitution vor der Insertion und der Verwendung innerhalb der Vagina.
Rekonstituierte wässrige Formulierungen bestehen aus Iodid, worin das Iodid aus der Gruppe aus Kaliumiodid, Natriumiodid und Kombinationen davon ausgewählt ist, einem Oxidationsmittel, wobei das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkaliiodoxidsalzen, wie Natriumiodat, Iodpentoxid, anderen anorganischen oder organischen Oxidationsmitteln, Persäuren (z. B. Perborat, Peracetat und dergl.) und Kombinationen davon besteht. Alternativ wird das Oxidationsmittel durch H₂O₂ erzeugende Enzymoxidasen ersetzt, wie Glucose-Oxidase (β-D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6), unterstützt durch die Zugabe von Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7), und Kombinationen davon. Die Konzentration an Iodid in den wässrigen Formulierungen sollte nicht weniger als etwa 0,1 mM oder mehr als etwa 200 mM betragen. Das Oxidationsmittel, das auf Iodid einwirkt, kann unter Alkalioxiden von Iod, wie Natriumiodat oder Iodpentoxid, oder Persäuren, eingestellt in Lösung vor der Lyophilisierung und Rekonstitution auf nicht weniger als 0,1 mM und nicht mehr als 200 mM, ausgewählt sein.
Alternativ können H₂O₂-erzeugende Enzymoxidasen anstelle der anorganischen oder organischen Oxidationsmittel eingesetzt werden. Glucose-Oxidase zum Beispiel kann in Lösung vor der Lyophilisierung auf eine Konzentration von mindestens 2 μg/ml eingestellt werden, wobei ihre spezifische Aktivität im Bereich von 2000 bis 200000 IU pro Gramm Feststoff liegt. Peroxidase kann der Formulierung einverleibt werden, um die oxidative Umwandlung von Iodid zu Iod zu erleichtern, und zwar eingestellt auf eine Konzentration von mindestens 2 μg/ml, wobei ihre spezifische Aktivität im Bereich von 250000 bis 330000 IU pro Gramm Feststoff liegt, oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6) kann anstelle von Glucose-Oxidase eingesetzt werden, eingestellt auf mindestens 2 μg/ml, wobei ihre spezifische Aktivität im Bereich von 50 bis 800 IU pro Gramm Feststoff liegt, oder eine beliebige Kombination daraus.
Zusätzlich zu diesen reaktiven Bestandteilen werden die Formulierungen gegebenenfalls mit einem Hydrogelmittel angereichert, wobei das Hydrogelmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus linearen Polyacrylaten, vernetzten Polyacrylaten, Polycarboxyalkylcellulosen, Polyalkylcellulosen, Hydroxyalkylcellulosen, wasserlöslichen Cellulosen, Polyethylen- oder Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Salzen von Alginsäuren und Kombinationen davon besteht. Das Hydrogel wird vorzugsweise auf nicht weniger als etwa 0,2% (bezogen auf das Gewicht) in Wasser und nicht mehr als etwa 5 Gew.-% eingestellt. Vorzugsweise ist das Hydrogel etwa 2 Gew.-% der Zusammensetzung. Vorzugsweise wird der pH-Wert auf einen Bereich von nicht niedriger als etwa 2,0 und nicht höher als etwa 6,5 eingestellt. Am stärksten bevorzugt beträgt der pH-Wert etwa 4,0. Beispiele für spezielle Hydrogele, die für die Verwendung geeignet sind, umfassen vernetzte Polyacrylate, wie Polycarbobol 974 PNF oder Noveon^TM AAI (B. F. Goodrich), solubilisiertes Chitosan aus Krabbenschalen (Poly-[1→4]-β-D-glucosamin), Carboxyethyl- und Methylcellulosepolymere sowie Salze von Alginsäure (im Bereich von hoher bis mittlerer Viskosität – 2%ige Lösung bei 25°C, äquivalenter Bereich von 14000 cps bis 3500 cps).
Bei der Herstellung der Vorrichtung aus hydrophoben Polymeren können die gleichen Iod erzeugenden Basisformulierungen verwendet werden, die bei Hydrogelabgabevorrichtungen verwendet werden, unter Ausschluss von Hydrogelen in den endgültigen Formulierungen und Wasser (wässriges Lösungsmittel oder Salze davon). Die Formulierungen werden mit hydrophoben Polymeren, die bei der Herstellung der Vorrichtung verwendet werden, in Form von wasserfreien Pulvern, gemahlen auf weniger als 200 μm, gemischt und aufgeschlämmt, wobei nach Mischen und Härten Mikrokanülen innerhalb der hergestellten Vorrichtung gebildet werden, aus denen die Bestandteile dann bei Solvatation bei Einwirkung von Körperflüssigkeiten auf die Vorrichtung reagieren können. Geeignete hydrophobe Elastomere für die Einkapselung der Iod erzeugenden Formulierungen umfassen Polyharnstoff, Polyurethan, Ethylenvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyamide, Polycarbonat, Polyethylen, Polymethylmethacrylat, Celluloseester, wie Ethyl-, Methyl- und Propylformen, Polypropylen, Polystyrol, Polytetrafluorethylen, Poly(ethylenvinylacetat), elastomere Organosiliconpolymere, Poly(hydroxylalkylester), Copolymere und thermoplastische hydrophobe Kombinationen davon, wobei die trockene Iod erzeugende Komponente ein trockenes Gemisch aus einem Iodsalz, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserfreien Alkaliiodsalzen, wie Kalium- oder Natriumiodid besteht, in einer Konzentration von etwa 0,01% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht), und einem Oxidationsmittel ist, wobei das Oxidationsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus wasserfreien Alkaliiodoxidsalzen, wie Natriumiodat, oder Iodpentoxid oder einer Persäure oder deren Salz, wie Perborat, Organoperoxysäuren und dergl., besteht, und zwar in einer Konzentration von etwa 0,01% bis etwa 16% (bezogen auf das Gewicht). Alternativ können H₂O₂-erzeugende Enzymoxidasen verwendet werden, wie Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) oder Diamin-Oxidase (Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6), unterstützt durch Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) und Kombinationen davon, und zwar in einer Konzentration von etwa 0,01% bis etwa 1,5% (bezogen auf das Gewicht), wobei unter Solvatation des trockenen Gemisches und Austritt aus der Vorrichtung Iod gebildet wird.
Polyvinylpyrrolidon, CaCl₂ oder andere Trockenmittel können den Formulierungen zugesetzt werden, um die Stabilität der eingekapselten Formulierungen zu verbessern. Die Iodoxide in Kombination mit Iodid sind hygroskopisch und können Feuchtigkeit aus der Atmosphäre in die Mikrokanülen der Vorrichtung ziehen, was zur vorzeitigen Freisetzung von Iod erzeugender Aktivität führt. 1% bis 10% pulverisiertes Polyvinylpyrrolidon, bezogen auf das Elastomergewicht, oder eine vergleichbare Menge an einem alternativen kristallinen Trockenmittel, wie CaCl₂, eingeschlossen in die Formulierung, verringert die vorzeitige Freisetzung von elementarem Iod aus der hergestellten Vorrichtung.
In der Vorrichtung können spezifische reduzierende Verbindungen oder Substratverbindungen, die in biologischen Flüssigkeiten enthalten sind, zur Förderung der Bildung von naszierendem elementarem Iod genutzt werden, indem die elementares Iod erzeugenden Formulierungen, die innerhalb der Mikrokanülen in der (hydrophoben) Polymerbasis eingeschlossen sind, entsprechend ausgelegt werden. Substanzen in Vaginalflüssigkeiten zum Beispiel, die zur Verstärkung der Bildung von naszierendem elementarem Iod verwendet werden können, umfassen reduzierende Verbindungen, wie Ascorbinsäure, Glutathion und Hypotaurin, sowie die Substratverbindung Glucose.
Eine Substratverbindung (wie Glucose), gekoppelt mit einem Enzym vom Oxidasetyp (z. B. Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), wenn Glucose ein Substrat ist) und einer Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) (wie Meerrettich-Peroxidase), wird als ein trockenes Gemisch formuliert. Das trockene Gemisch wird innerhalb einer hydrophoben Polymerbasis zusammen mit Iodid eingekapselt. Eine derartige Formulierung veranschaulicht die Nutzung von Reduktionsäquivalenten, die in Körperflüssigkeiten vorhanden sind, als eine Quelle der Erzeugung von naszierendem elementarem Iod. Bei Solvatation kommen die Oxidase- und Peroxidase-Enzyme in der Formulierung in Kontakt mit Glucose (aus einer biologischen Flüssigkeit), wobei die Bildung von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) als ein Produkt von Glucose-Oxidase, die auf Glucose einwirkt, ausgelöst wird. H₂O₂ dient als ein Substrat in Kombination mit Iodanionen (ebenfalls in die Formulierung enthalten), wobei Iodid in naszierendes elementares Iod über Peroxidation durch Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) umgewandelt wird. Die gleiche Formulierung kann für Vorrichtungen verwendet werden, die aus Hydrogelen gefertigt werden, die in Kontakt mit Vollblut, Serum oder Serumtransudaten und verschiedenen anderen Körperflüssigkeiten kommen, wobei Glucose in großer Menge gefunden und durch die Glucose-Oxidase- und Meerrettich-Peroxidasereaktion nutzbar gemacht wird, um die naszierende Bildung von elementarem Iod zu katalysieren.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die elementares Iod erzeugende Glucose-Oxidase/Meerrettich-Peroxidase-Formulierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Substratspezifität (d. h. Glucosespezifität) verleiht. In Abwesenheit von Glucose (wie bei Lagerung der Vorrichtung) in der Polymerformulierung kann die Formulierung die Bildung von naszierendem elementarem Iod nicht katalysieren, da Glucose eine essentielle Komponente der ersten Stufe der chemischen Reaktionen ist, die zur Bildung von elementarem Iod führen. Diese spezielle Formulierung erlaubt eine Aktivierung und Festlegung von anti-infektiver Aktivität nur bei Kontakt mit Körperflüssigkeiten, die Glucose enthalten. Selbst die Einwirkung von Wasser aktiviert nicht die Freisetzung von Iod.
Die Hydrogelabgabevorrichtung kann verwendet werden, um Iod erzeugende Formulierungen zu liefern, ohne dass die Notwendigkeit der Entfernung der Vorrichtung aus der Körperregion, wie der Vagina, nach deren Verwendung besteht. Statt dessen unterliegt sie der Solvatation zu einem Gel-Sol, mukoidartigem Produkt, das den Zervix und die vaginalen Wände überzieht und eine nicht durchdringbare spermizide und mikrobizide Barriere von elementarem Iod niederlegt, andauernd von 8 bis 24 Stunden nach der intravaginalen Insertion, und einer langsamen Dissipation aus der Vagina über eine Zeitspanne von Tagen als normale mukoidartige Flüssigkeit, die aus dem Introitus austritt, unterliegt. Ein Beispiel für eine Indikation, für die die Verwendung einer erfindungsgemäßen Hydrogelvorrichtung besonders geeignet ist, ist die Behandlung von BV. In diesem Fall wird die Vorrichtung in flüssiger Hydrogelform in eine abgeflachte scheibenförmige Form mit einem Durchmesser von 4,5 bis 5,5 cm und einer Dicke von 0,3 bis 0,7 cm gegossen. Variationen im Durchmesser der Scheibe oder in der allgemeinen Form der Vorrichtung (z. B. konkave Scheiben, Tampons und dergl.) können in bestimmten Fällen gemacht werden, um eine Anpassung an Unterschiede in der Vaginaanatomie vorzunehmen. Diese Ausführungsform wurde gewählt, um es zu ermöglichen, dass die Scheibe in die Vagina gegen die Basis des Zervix eingeführt wird. Die scheibenförmige Hydrogelvorrichtung gibt nach Einführung mikrobizide Aktivität gleichzeitig mit der Solvatation ab und überzieht den Zervix und die vaginalen Wände mit einer dünnen Schicht aus der elementares Iod erzeugenden Formulierung, die innerhalb des solvatisierten Hydrogels eingekapselt ist. Beispiele für geeignete Hydrogelpolymere umfassen z. B. 0,5 bis 2% hoch- oder mittelviskose Alginsäure, B. F. Goodrich Carbopol 971 PNF (oder vernetzte Analoga dieser Polyacrylsäure, wie B. F. Goodrich Carbopol 971 PNF oder Noveon^TM AA1) oder 1 : 1-Gemische von Alginsäure und Carbopol, eingestellt auf einen bevorzugten pH-Wert von etwa 3,7 bis 4,2 mit NaOH. Der niedrige pH-Wert des Hydrogels ist wichtig für die Bereitstellung von H⁺, die bei der Bildung von naszierendem elementarem Iod verbraucht werden (vergl. Beispiel 8), und für die Aufrechterhaltung des pH-Werts der Vaginalflüssigkeit bei ihrem normalen pH-Wert (z. B. im Bereich von etwa 3,7 bis 4,5). Der niedrige pH-Wert weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass er der Hydrogelformulierung eine gewisse mikrobizide Aktivität verleiht.
Kritische Fertigungsstufen der Hydrogelvorrichtung zur Einkapselung der elementares Iod erzeugenden Formulierungen umfassen: (1) Vorkühlung der gelbildenden Lösung auf weniger als 4°C, jedoch nicht unterhalb Gefriertemperatur; (2) Zugabe und Mischen einer elementares Iod erzeugenden Formulierung mit der Gellösung; (3) Eingießen des Gemisches in eine Form; und (4) rasches Gefrieren und Lyophilisieren des Gemisches. Das Endprodukt enthält die elementares Iod erzeugenden Verbindungen, eingekapselt innerhalb der getrockneten Fasern des Hydrogels in einem ruhenden Zustand. Bei Insertion und Kontakt mit Körperflüssigkeiten (z. B. Vaginalflüssigkeiten) erzeugt die Vorrichtung spontan elementares Iod als Folge der Freisetzung der elementares Iod erzeugenden Verbindungen in Lösung gleichzeitig mit der Solvatation des Hydrogelpolymers.
Ein alternatives Verfahren der Herstellung der Hydrogelvorrichtung ohne Verwendung einer Form besteht darin, das Hydrogel, vorgemischt mit elementares Iod erzeugenden Formulierungen, in Folien mit einer Dicke von etwa 0,3 bis etwa 0,5 cm zu gießen, die Folien zu lyophilisieren und dann die Folien auf die gewünschte Form zurechtzuschneiden. Das Zurechtschneiden erfolgt mit einer beliebigen geeigneten Schervorrichtung, einem Messer oder einer Klinge.
Das nachstehende Beispiel veranschaulicht die Fertigung einer spezifischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form einer Hydrogelmembran, die anti-infekfive Eigenschaften bei Solvatation in Körperflüssigkeiten enthält. Eine 2% (bezogen auf das Gewicht) "mittelviskose" Natriumalginatlösung in destilliertem Wasser wurde eingestellt und mit einem gleichen Volumen an 2% Carbopol 971 (B. F. Goodrich), eingestellt in destilliertem Wasser, gemischt, wobei man eine zusammengesetzte 1% viskose Gellösung, pH-Wert 3,95, eingestellt auf äquivalente Gewichte von Alginat und Carbopol, erhielt. Die viskose Gellösung wurde auf etwa 4°C gekühlt, und 100 mM Kaliumiodid in Wasser wurde zugegeben und gründlich gemischt, wobei man eine Endkonzentration von etwa 1 mM bis etwa 5 mM an Kaliumiodid erhielt. Ein ähnliches Gelgemisch unter Verwendung von 100 mM Natriumiodat, eingestellt in Wasser, wurde hergestellt, wobei man ein gleiches Volumen an etwa 1 bis etwa 5 mM Natriumiodat erhielt. Die beiden Gelgemische wurden auf weniger als 2% vorgekühlt und rasch miteinander gemischt. Die kombinierten Gelgemische wurden in ein Flachbett-Kunststofftablett, das auch unter 0 °C vorgekühlt war, gegossen. Das gegossene Gemisch wurde dann in ein Gefriergerät bei –70°F getaucht, so dass das Kolloidgemisch rasch zu einer festen Folie gefroren wurde. Die Dauer des gesamten Verfahrens vom Zeitpunkt des Mischens der Iodid- und Iodatgele bis die Folie fest gefroren ist, sollte 3 bis 5 Minuten nicht übersteigen. Als die Folie gefroren war, wurde sie in eine Lyophilisierungsapparatur übertragen, um Wasser unter Hochvakuum unter Verwendung einer Vakuumpumpe zu sublimieren. Das Endprodukt war eine feine hochporöse leichtgewichtige schwammartige Folie (mit einer Dicke von ungefähr 0,3 bis 0,5 cm), in der Farbe rotbraun bis schwach violett. Sobald sie lyophilisiert ist, kann die Folie geschnitten oder unter einer hydraulischen Presse gepresst werden, und zwar zu verschiedenen Formen, wie dies gewünscht ist, wie eine kreisförmige Scheibe von etwa 4,5 bis 5,5 cm Durchmesser für die vaginale Abgabe, z. B. für die Indikation der Behandlung von BV.
Andere Formen, wie Zylinder, quadratische Folien und dergl. können aus den getrockneten Folien wie gewünscht geschnitten werden. Eine erfindungsgemäße Hydrogelvorrichtung, wie sie hier beschrieben wird, bildet naszierendes elementares Iod im Bereich von 5 bis 100 ppm und innerhalb von Sekunden des Inkontaktkommens mit Körperflüssigkeiten. Elementares Iod, das in der Hydrogelvorrichtung gebildet wird, unterliegt einer Dissipation über eine Zeitspanne von ungefähr 4 bis 12 Stunden nach der Aktivierung der Vorrichtung (z. B. nachdem die Initiation der Bildung von freiem elementarem Iod aufgetreten ist).
Eine Variation dieses Verfahrens zur Bildung erfindungsgemäßer Hydrogelvorrichtungen in Form einer Membran beinhaltet das Mischen von Glucoseoxidas (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) (von etwa 10 bis etwa 500 μg/ml) oder Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) (von etwa 2 bis etwa 20 μg/ml) oder beider mit etwa 0,5 bis etwa 2% Alginat-Carbopol-Gellösung, eingestellt in Wasser bei Raumtemperatur. Kaliumiodid wird dann zu diesem Gemisch in einer Endkonzentration von etwa 1 bis etwa 10 mM gegeben. Dieses Hydrogelgemisch wird dann eingefroren und in Folien lyophilisiert, wie vorstehend für das Iodid/Iodat-Hydrogelgemisch beschrieben. Das schwammartige Endprodukt weist eine schmutzig weiße Farbe auf und kann bei Raumtemperatur ohne Verlust an naszierendes elementares Iod erzeugender Aktivität gelagert werden. Bei Insertion in Körperflüssigkeiten, die Glucose enthalten, unterliegt die erfindungsgemäße Hydrogelvorrichtung der Solvatation innerhalb von 5 bis 20 Minuten, gleichzeitig mit der Bildung von elementarem Iod innerhalb des solvatisierten Gelgemisches im Bereich von 5 bis 100 ppm.
Eine Reihe anti-infektiver implantierbarer medizinischer Vorrichtungen kann erfindungsgemäß bereitgestellt werden, unter Einschluss von Kathetern, Leitungsdrähten, Prothesen und kontrazeptiven Vorrichtungen. Ein Teil der medizinischen Vorrichtung kann aus der polymeren Matrix, die eine Oxidans-bildende Komponente überall in dem Teil enthält, gebildet werden, oder es kann eine Schicht aus polymerem Material, die eine Oxidans-bildende Komponente enthält, aufweisen. 10 veranschaulicht einen Querschnitt eines Katheters 10 mit einem Katheterschaft 11, gebildet aus einer polymeren Matrix 12, die eine Oxidans-bildende Komponente 13 enthält, und zwar überall in dem Schaft. 11 veranschaulicht einen Querschnitt eines Katheters 14 mit einem Katheterschaft 15 mit einem Körper 16 und einer Schicht aus einer polymeren Matrix 17, die eine Oxidans-bildende Komponente 18 in der polymeren Matrix enthält. In der in 11 veranschaulichten Ausführungsform befindet sich die Schicht 17 auf der äußeren Oberfläche des Katheters. Es sollte jedoch klar sein, dass die Schicht sich auf einer inneren Oberfläche des Körpers 18 oder zwischen innerer und äußerer Schicht der Vorrichtung befinden kann. Die polymere Matrix kann, obgleich nicht gezeigt, ein oder mehrere Bestandteile, ausgewählt unter einem Oxidationsmittel, einem Reduktionsmittel und einer Protonenquelle, abhängig von der Beschaffenheit der Oxidans-bildenden Komponente, enthalten.
Wie vorstehend erwähnt, kann die erfindungsgemäße medizinische Vorrichtung eine Reihe geeigneter anti-infektiver Oxidantien, die von elementarem Iod verschieden sind, bilden, und zwar unter Einschluss von Wasserstoffperoxid, Stickoxid, Hydroxylradikal, Hypohalogeniten, Halogenaminen Thiocyanogen und Hypothiocyanit. Die Konzentration an allen festen pulverisierten anti-infektiven Vorstufen, die in der Polymerbasis eingekapselt sind, sollte im Bereich von etwa 0,01% bis etwa 16%, bezogen auf das Gewicht, relativ zur Polymermasse, liegen, Die Enzymaktivität, die innerhalb des Polymers dispergiert oder an die Oberfläche des Polymers angeheftet ist, sollte im Bereich von nicht weniger als etwa 50 Einheiten bis zu einem oberen Bereich von etwa 330000 Einheiten pro Gramm Feststoff liegen. Der bevorzugte Konzentrationsbereich der Halogenide, die aus der Polymerbasis bei Solvatation austreten, sollte vorzugsweise im Bereich von etwa 1 mM bis nicht mehr als etwa 200 mM liegen. Die Konzentration an Thiocyanat, die aus dem Polymer austritt, wenn innerhalb der Polymerbasis eingekapselt, sollte nicht weniger als etwa 1 Mikromolar betragen und etwa 5 Millimolar nicht übersteigen.
Die Vorstufen der Oxidantien sind als Feststoffe in einer hydrophoben Polymerbasis enthalten, wie vorstehend erörtert. Die Wasserstoffperoxidgeneratoren umfassen nicht-enzymatische Reaktanten und enzymatische Reaktanten. Die nicht-enzymatischen Reaktanten umfassen Percarbamid, Perborate, wie Alkalimetallperborate, wie Natriumperboratmonohydrat, Natriumperborattetrahydrat, Natriumpercarbonat; Calciumperoxid, Ammoniumpersulfat, Benzoylperoxid, Cumylhydroperoxid, 3-Morpholinosydnonimin-Hydrochlorid (SIN-1) und ähnliche Peroxysäurenvorstufen und Wasserstoffperoxid-Additionsverbindungen, in denen Wasserstoffperoxid ein Produkt ist, das durch spontane Hydrolyse oder Solvatation der primären Vorstufenverbindung gebildet wird. Die enzymatischen Reaktanten umfassen Substrat-Oxidoreduktasen, die veranschaulicht werden, wie in den folgenden gekoppelten Reaktionen: Glucose + Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), eingekapselt als trockene Feststoffe innerhalb der Polymerbasis oder mit Enzym, das nicht-kovalent oder kovalent an die Polymeroberfläche angeheftet ist, und zwar unter Anwendung von Enzymimmobilisierungstechniken, die dem Fachmann bekannt sind (siehe nachstehend); Xanthin (oder Hypoxanthin) + Xanthinoxidase (EC 1.1.3.22), auf ähnliche Weise einverleibt wie im Fall der Glucose/Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4)-Reaktanten; Spermin, Putrescin, Benzylamin (oder verwandte Aminsubstrate) für die Aminoxidase; und vergleichbare Oxidoreduktasen, bei denen das Substrat als ein Elektronendonor dient, der die Reduktion von molekularem Sauerstoff unter Bildung von Wasserstoffperoxid als ein direktes Produkt oder über die Dismutation von Superoxid, das als eine Vorstufe der Wasserstoffperoxidbildung gebildet wird, katalysiert. Der Ausdruck Benzylamin für die Aminoxidase sollte so verstanden werden, dass es um Amin:Sauerstoff-Oxidoreduktase [desaminierend] [Pyridoxal-enthaltend]; EC 1.4.3.6 geht.
Die Superoxid-, Stickoxid- und Hydroxylradikal-Generatoren umfassen SIN-1*, S-Nitro-N-acetylpenicillamin (SNAP) und NONOate [N-(2-Aminoethyl)-N-(2-hydroxynitrohydrazino)-1,2-ethylendiamin], eingekapselt als Feststoff innerhalb der Polymerbasis und aktiviert bei Benetzung des Polymers als Generatoren von NO; Xanthin + Xanthinoxidase, eingekapselt als trockene Feststoffe innerhalb der Polymerbasis oder mit Xanthinoxidase, nicht-kovalent oder kovalent angeheftet an die Polymeroberfläche, und SIN-1*, eingekapselt als festes Pulver innerhalb der Polymerbasis als Generatoren für Superoxid, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikalen. SIN-1 selbst ist imstande, Superoxid, Wasserstoffperoxid, Hydroxylradikale und Stickoxid gleichzeitig mit seiner Solvatation und anschließenden Hydrolyse zu bilden.
Hypohalogenite können durch ein polymeres Material erzeugt werden, das einen der vorstehenden H₂O₂-Generatoren in Kombination mit Myeloperoxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7), ebenfalls enthalten innerhalb der Polymerbasis als ein trockenes Pulvergemisch, oder mit Myeloperoxidase, nicht-kovalent oder kovalent an die Polymeroberfläche angeheftet, enthält. In dieser Formulierung wird Hypochlorsäure bei Benetzung des Polymers mit einer Körperflüssigkeit aufgrund des allgegenwärtigen Vorhandenseins von Chloridionen in Lösung gebildet, wobei Chloridionen und H₂O₂ als Substrate für Myeloperoxidase bei der Bildung von Hypochlorit dienen. Alternativ können Hypoiodid oder Hypobromid, die beide ebenfalls starke anti-infektive Aktivitäten zeigen, durch Einschluss der Alkalisalze von Iod bzw. Brom, eingekapselt als trockene Pulver innerhalb der Polymerbasis, gebildet werden.
Halogenamine können durch Einkapselung von Hypohalogenitgeneratoren im Basispolymer in Kombination mit primären oder sekundären Aminen, wie Taurin, Histidin, Spermin, Lysin, Glycin und ähnlichen aliphatischen und cyclischen primären und sekundären Aminen, die bei Einwirkung von Hypohalogeniten in entsprechenden langlebigen Halogenamine, wie Taurinchloramin, Histidinchloramin, Sperminchloramin und dergl., bilden, erzeugt werden.
Thiocyanogene und Hypothiocyanite können durch Einkapselung der vorstehenden H₂O₂-Generatoren innerhalb der Polymerbasis in Kombination mit Myeloperoxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7), Lactoperoxidase (Donor: Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7), Meerrettich-Peroxidase (Donor: Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) oder anderen Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktasen, eingekapselt innerhalb oder kovalent oder nicht-kovalent an die Polymeroberfläche angeheftet, und eines trockenen pulverförmigen Alkalisalzes von Thiocyanat erzeugt werden, wobei H₂O₂ und Thiocyanat als Substrate für die Peroxidase bei der Bildung von Thiocyanogen oder dessen Hydrolyseprodukt Hypothiocyanit dienen, wenn Flüssigkeit in Kontakt mit dem Polymer kommt, und zwar bei Solvatation und Austritt der eingekapselten Reaktanten.
Immobilisierung von Enzymen an der Polymeroberfläche durch kovalente oder nicht-kovalente Verfahren
In den Ausführungsformen mit enzymatischen Reaktanten können die Enzyme an das polymere Material unter Anwendung herkömmlicher Verfahren angeheftet werden. Zum Beispiel umfassen Verfahren für die kovalente oder nicht-kovalente Anheftung von Enzymen an Silicon und andere hydrophile und hydrophobe Polymere die Diazotierung, Amidbindungsbildung, Alkylierung und Arylierung, Amidierung sowie ionische Ladungsassoziierung und hydrophobe Bindung, wie ausführlich in den nachstehenden Druckschriften beschrieben wird, die durch Verweis zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht werden:
Miller, R. E. (1972) Attachment of Enzymes to Siliceous Materials, US-Patent 3 669 841.
Zaborsky, O. R. (1974) in: Immobilized Enzymes, CRC Publishing, Cleveland, OH.
Avrameas, S. et al. (1990) Immobilization of Active Protein by Cross-Linking to Inactive Protein. US-Patent 4 970 156.
Okamura, S. et al. (1976) Method for Manufacturing Medical Articles Composed of Silicone Rubber Coated with Collagen, US-Patent 3 955 012.
Rohrback, R. P. et al. (1980) Support Matrices for Immobilized Enzymes. US-Patent 4 206 259.
Hearn, M. T. (1987) 1,1-Carbonyldiimidazole-Mediated Immobilization of Enzymes and Affinity Ligands. Meth. Enzymol, 135, 102–117.
Miron, T. und Wilchek, M. (1987) Immobilization of Proteins and Ligands Using Chlorocarbonates. Meth. Enzymol, 135, 84–90.
Die Benetzung des Polymers, das die eingekapselten Reaktanten enthält, während der Anheftung des Enzyms an die Oberfläche des Polymers ist nicht kritisch und beeinträchtigt auch nicht die Gebrauchseigenschaften des Polymers hinsichtlich der Freisetzung anti-infektiver Aktivität. Die Zeitspanne, die für die kovalente und/oder nicht-kovalente Anheftung des Enzymkatalysators erforderlich ist, ist von kurzer Dauer, im Allgemeinen von einer Dauer von wenigen Stunden, wobei die Solvatation der eingekapselten Reaktanten minimal im Vergleich zu dem Vorrat an Reaktanten, der innerhalb des Polymers gehalten wird, ist. Ferner können durch sorgfältige Wahl des Anheftungsverfahrens der pH-Wert, die Sauerstoffspannung oder andere kritische Substrate manipuliert werden, so dass die Bildung reaktiver Produkte während der Enzymanheftung ausgeschlossen ist. Im Fall von Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktasen (z. B. Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4)) nimmt die Anheftung des Enzyms unter anaeroben Bedingungen unter Verwendung wässriger Lösungen, bei denen Sauerstoff ausgespült ist, dem Enzym den Sauerstoff als Cosubstrat für die Bildung von Wasserstoffperoxid und verhindert daher die vorzeitige Bildung von anti-infektiven Produkten. Auf entsprechende Weise verhindert der Ausschluss einer Halogenidquelle während der Kupplung von Myeloperoxidase die Bildung eines Hypohalogenits während der Immobilisierung der Myeloperoxidase an die Oberfläche der Polymerbasis. Bei Abschluss der Enzymimmobilisierungsstufe kann das Polymer durch Luft oder durch Abtupfen mit einem geeigneten Absorbens, wie Wasser oder Filz, getrocknet werden, so dass die restliche Feuchtigkeit, die auf der Oberfläche verbleibt, jegliche weitere Solvatation der eingekapselten Reaktanten ausschließt.
In bestimmten Fällen, bei denen die Chemie die Anheftung des Enzyms an die Oberfläche des Polymers in direkter Weise ausschließt, und zwar aufgrund einer zu raschen Freisetzung von Reaktanten aus dem Polymer während der Anheftungsphase, und bei denen der Einschluss des Enzyms innerhalb der Polymerbasis als zu kostspielig oder unwirksam angesehen wird, kann das Enzym stattdessen in einem zweiten dünnen Polymerfilm immobilisiert werden, dem Reaktanten fehlen. Der letztgenannte Film, der immobilisiertes Enzym enthält, kann auf das Implantatpolymer angebracht werden, das eingekapselte Reaktanten enthält, und zwar in Form eines elastischen Bandes, eines Gitters oder eines Pflasters, wobei das Enzym in enge Nähe zu der Oberfläche des Polymers, das die eingekapselten Reaktanten enthält, gebracht wird. Auf diese Weise dient das Enzym der Katalyse von Reaktanten zu anti-infektiven Produkten, wenn die Reaktanten einer Solvatation unterliegen und aus der Oberfläche des implantierten Polymers austreten.
Beispiel 1
Dieses Beispiel veranschaulicht die Einverleibung von Iodid in eine Siliconscheibenvorrichtung und die Langzeitfreisetzungsgeschwindigkeiten von Iodid bei Eintauchen und Waschen der Vorrichtung in Puffer. Fein gemahlenes Natriumiodid (3 g), hergestellt mit Mörser und Pistill, wurde mit 10 g RTV-Siliconelastomer (Polydimethylsiloxan) gemischt, zu dem auch 1 g Dibutylzinndilauratkatalysator-Stammlösung gegeben wurde. Das gemahlene kristalline Natriumiodidpulver, das aus Mörser und Pistill gewonnen wurde, wurde zu der Polymerbasis nach gründlichem Mischen des Katalysators mit dem Silicon gegeben, und das Silicon wurde dann in Petri-Schalen mit einem Durchmesser von 5,0 cm in einer Tiefe von etwa 0,3 cm Dicke gegeben. Nach 24 Stunden wurde die gehärtete Scheibe entnommen, gründlich mit 10 mM Natriumphosphatpuffer, pH-Wert 5,6, eingestellt in 150 mM NaCl, gespült und dann in ein 150 ml-Becherglas mit einem Gehalt an 10 ml des gleichen Puffers gegeben. Zu variierenden Intervallen (vergl. 1) unter Einfluss einer Anfangsmessung bei t = 0 wurde Puffer aus dem Becherglas und der Vorrichtung abgelassen und zur Analyse des Iodidgehalts auf die Seite gestellt. Die Freisetzung von Iodid wurde nach Mischen von H₂O₂ (~56 mM) mit Anteilen von 1 ml Probewaschlösung gemessen. Der Assay zeichnete die Bildung von elementarem Iod bei 350 nm in einem Shimadzu UV-265 Doppelstrahlspektrometer gegenüber einer Standardeichkurve auf, die mit bekannten Mengen an Natriumiodid, eingestellt im gleichen Puffer und aufgearbeitet auf die gleiche Weise, aufgestellt wurde. Frische Anteile von 10 ml Puffer wurden über die Vorrichtung zur Analyse der anschließenden Freisetzung von Iodid im nächsten Intervall gegeben, und dieses Verfahren wurde über eine Zeitspanne von ungefähr 30 Tagen wiederholt. Zwischenzeitlich wurde die in Puffer eingetauchte Vorrichtung auf einem Schütteltisch bei Raumtemperatur belassen. Vorsichtsmaßnahmen wurden ergriffen, um die Verdampfung zwischen Probennahmeintervallen zu minimieren, indem die Oberseite des Becherglases mit Kunststofffolie abgedeckt wurde.
1 zeigt, dass Natriumiodid, einverleibt in einem Verhältnis von Feststoff zu Elastomer von ungefähr 30% in die Polymerbasis der gefertigten Vorrichtung, die Freisetzung von Iodid (bei Eintauchen und anschließendem Wechsel in Puffer) erlaubte. Die maximale Iodfreisetzung lag bei ungefähr 50 bis 60 mM (in einem Flüssigkeitsvolumen von 10 ml Puffer pro Waschintervall). Die Kapazität der Vorrichtung, den Iodidspiegel bei aufeinanderfolgenden Wechseln des Puffers wieder auf diesen Wert zu bringen, blieb über die ersten 350 Stunden relativ konstant und nahm dann auf ungefähr 20 mM bei ungefähr 600 Stunden kontinuierlichem Eintauchen und Spülen der Vorrichtung im Puffer ab. Berechnungen der Iodidausbeute, relativ zu dem Iodid, das anfänglich in der der Vorrichtung verfügbar war, zeigten, dass nach 600 Stunden kontinuierlichem Eintauchen und Waschen unter den vorstehenden Bedingungen ungefähr 90% des Iodids aus der Vorrichtung ausgelaugt wurde.
Beispiel 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Freisetzung von Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase, eingekapselt innerhalb einer Vorrichtung, die aus einem Siliconelastomer gefertigt wurde. Genauer gesagt wurde die Vorrichtung mit einer Glucose- Oxidase/Meerrettich-Peroxidase- und Iodid-Formulierung zu einer Scheibe mit Siliconelastomer verarbeitet. Die anschließende Freisetzung der Formulierung aus der Vorrichtung wurde nach Eintauchen und kontinuierlichem Spülen in Puffer gemessen. RTV-Silicon-Elastomer (10 g, Polydimethylsiloxan mit Silanolendgruppen) wurde mit Kieselsäureesterdibutylzinndilaurat-Katalysator (1,1 g) gemischt, und in diesem gleichförmigen Gemisch wurden 50 mg kristalline Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4), 5 mg kristalline Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) und 3 g fein gemahlenes Natriumiodid aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde in eine Petri-Schale mit einem Durchmesser von 5,0 cm bei einer Dicke von etwa 0,1 cm gegossen, für ungefähr 24 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet, aus der Form entnommen, kurz in destilliertem Wasser gespült, in ein 150 ml-Becherglas gegeben, mit 1 ml Natriumphosphat (10 mM), pH-Wert 5,6, auch enthaltend 150 mM NaCl, benetzt und dann auf einem kontinuierlich arbeitenden Schütteltisch belassen. Dies ermöglichte es der Pufferflüssigkeit, kontinuierlich über die Vorrichtungsoberfläche zu waschen. Zu zeitlich abgestimmten Intervallen wurde Puffer aus dem Becherglas abgelassen und durch ein äquivalentes Lumen an frischem Puffer ersetzt. Zwischen den Intervallen wurde das Becherglas dicht abgedeckt gehalten, um eine Verdampfung zu verhindern.
Um den Austritt von Glucose-Oxidase- und Meerrettich-Peroxidase-erzeugenden Aktivitäten aus der gefertigten Vorrichtung zu bewerten, wurde Waschpuffer (200 μl), in den die Vorrichtung eingetaucht wurde, mit einem gleichen Volumen an 10 mM Natriumphosphat, pH-Wert 5,6, eingestellt auf 100 mM Kaliumiodid und 100 mg/dl Glucose, gemischt. Bei Glucose- und Iodidzugaben zu den Testwaschlösungen wurde eine rasche Entwicklung einer gelben Färbung in dem Assaygemisch beobachtet. Es wurde durch spektrale Abtastungen mit einem Shimadzu UV-265 Doppelstrahlspektrometer bestätigt, dass die gelbe Verfärbung charakteristisch für die I₃ ^– -Bildung (z. B. Komplexierung von elementarem Iod mit Iodid) war, was die Freisetzung von Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase aus der Vorrichtung anzeigt. Diese Schlussfolgerung, dass Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase aus der Vorrichtung austraten, und zwar in Konzentrationen, ausreichend zur Katalyse der Bildung von naszierendem elementarem Iod, wurde weiter durch einen Punkttest für Glucose-Oxidase bestätigt. Die Weglassung von Glucose führte dazu, dass keine Farbe gebildet wurde.
Die Bildung von elementarem Iod wurde auch durch Extraktion eines Anteils der gelb gefärbten Assaylösung mit Chloroform und Beobachtung des elementaren Iods in der Chloroformschicht bestätigt. Die untere Chloroformschicht nahm eine charakteristische pink-violette Farbe an, die typisch für elementares Iod ist (Extinktionsmaximum 508 nm). Es wurde auch bestätigt, dass Meerrettich-Peroxidase aus der Scheibe austrat, indem ein getrennter Punkttest auf Peroxidaseaktivität unter Verwendung von o-Dianisidin als Substrat anstelle von Iodid durchgeführt wurde. Dieses letztgenannte Substrat zeigte keine Neigung zur raschen Oxidation in Gegenwart von H₂O₂. Die Peroxidation von o-Anisidin ist jedoch evident bei Ersatz von Iodid durch o-Dianisidin-Substrat in dem Standardassay. Ferner zeigten Kontrolltestläufe allein mit Glucose-Oxidase, dass die Bildung von Triiodid (z. B. Gelbfärbung) unter den angewandten experimentellen Bedingungen deutlich über 30 Sekunden verzögert war, was alles den Austritt von sowohl Glucose-Oxidase als auch Meerrettich-Peroxidase aus der gefertigten Vorrichtung, die in Waschpuffer eingetaucht wird, bestätigt.
Ein 30 Sekunden-Test zum visuellen Nachweis der Bildung von elementarem Iod in Form von I₃ ^– wurde angewandt, um halbquantitativ die Vorratsbehälterkapazität der Vorrichtung hinsichtlich der Freisetzung von Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase in den Waschpuffer bei wiederholtem Eintauchen und Waschen festzustellen. Tabelle 1 fasst die Ergebnisse dieser Experimente zusammen.
Tabelle 1: Diffusion von GO und HPO aus einer Siliconvorrichtung in Eintauchpuffer in Abhängigkeit vom Waschintervall
Bei den angegebenen Probennahmeintervallen wurde Puffer (10 mM Natriumphosphat, pH-Wert 5,6, eingestellt in 150 mM NaCl) zum Testen entnommen und durch 1 ml frischen Anteil ersetzt. Kontrollen (Ausschluss von Glucose aus dem Testgemisch) ergaben negative Testergebnisse im Hinblick auf die Gelbfärbung (Triiodid). Diese Daten zeigen, dass eine signifikante Freisetzung von Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase aus der Vorrichtung unter den Bedingungen auftrat, unter denen sie hergestellt und über eine Zeitspanne von ungefähr 4 bis 5 Tagen getestet wurde. Diese Daten zeigen ferner, dass restliche Iodaktivität aus der Vorrichtung, obzwar in geringeren Spiegeln, über eine Zeitspanne von bis zu 8 bis 9 Tagen Dauer, weiter austrat.
Beispiel 3
Dieses Beispiel veranschaulicht die Iodatreduktion und Umwandlung zu elementarem Iod und mikrobielle Tests mit gefertigten Vorrichtungen, bei denen Iodat und Iodid in Silicon basiertem Polymer eingekapselt sind. Auf der Basis von Belegen, dass viele Körperflüssigkeiten reich an reduzierenden Verbindungen, Antioxidantien und dergl. sind, wurden alternative Verfahren der Erzeugung von elementarem Iod de novo aus Iodid und Iodat unter Verwendung von Hirn-Herz-Infusionsmedium (BHI) zur Nachahmung komplexer Körperflüssigkeitsbedingungen untersucht. BHI ist eine reiche Quelle an reduzierenden Verbindungen der Art, die sich in Körperflüssigkeiten finden. Die Bildung von elementarem Iod de novo aus Iodid und Iodat in BHI-Medien wurde durch Titration von Lösungen von BHI mit inkrementeller Zugabe von Iodid und Iodpentoxid (das Anhydrid von Iodat) entweder in Kombination oder allein mit Iodpentoxid bestätigt. Nach Zugabe von Spurenmengen von Iodid in Kombination mit Iodpentoxid (Gesamtiod < 1 mg/ml Brühemedium) nahm das BHI-Medium einen intensiven gelb-orangen Farbton an, der die I₃ ^–-Bildung (z. B. Bildung von elementarem Iod und dessen Komplexierung mit Iodidion) anzeigt. Das Vorhandensein von elementarem Iod wurde durch Extraktion des BHI-Mediums, das auf diese Weise titriert wurde, mit Chloroform bestätigt, was die charakteristische intensive violette Farbe von elementarem Iod, die mit dessen Verteilung in die untere Chloroformschicht verbunden ist (Extinktionsmaximum 508 nm), zeigte. Diese Daten wurden als Belege für die robuste Bildung von elementarem Iod gewertet, die sich aus der reduktiven Umwandlung von Iodat zu elementarem Iod ergibt, jedoch auch als Belege dafür, dass Iodat zugesetztes Iodid zu elementarem Iod in Übereinstimmung mit theoretischen Überlegungen auf der Basis der Chemie von Iodat oxidierte.
Diese letztgenannte Schlussfolgerung basierte auf der Beobachtung, dass die Zu gabe von Iodat (in Form von Iodpentoxid) allein zu BHI-Medien die Färbung der Medien nicht änderte. Die weitere Zugabe von mehr als ~1 mg/ml führte jedoch schließlich zu einem ähnlichen Satz von Befunden wie denen, die bei Zugabe von Iodid und Iodat zu dem Brühenmedium beobachtet wurden. Diese Ergebnisse wurden als Belege für die Umwandlung von Iodpentoxid zu Iodat, die Reduktion von Iodat zu Iodid durch Reduktionsäquivalente, die in BHI vorhanden sind, und die anschließende Oxidation von Iodid zu elementarem Iod durch weitere Zugabe von Iodpentoxid zu dem Medium angesehen. Die Umwandlungen schienen komplex und abhängig von der Geschwindigkeit der Reduktion von elementarem Iod und Iodat zu Iodid durch Reduktionsäquivalente in dem Medium zu sein, im Gegensatz zu den entgegengesetzten Geschwindigkeiten der Oxidation von Iodid zu elementarem Iod, die in Gegenwart von Iodat in dem Brühenmedium hervorgerufen wird, und der Geschwindigkeit, mit der Iodpentoxid einer spontanen Hydrolyse zu Iodat unterliegt.
Scheibenförmige Siliconvorrichtungen wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Formulierungen von Iodid und Iodpentoxid oder Iodpentoxid allein und in Kombination mit NaCl als Träger dem Silicon einverleibt wurden. Die Formulierungen dienten dem Test der Kapazität der Vorrichtung zur Bildung von mikrobizider Aktivität bei Eintauchen in BHI-Brühenmedium. Genauer gesagt wurde Natriumiodid (3 g) zu einem feinem Pulver unter wasserfreien Bedingungen mit Iodpentoxid (1 g) gemahlen und in 10 g Siliconelastomer, vorgemischt mit Kieselsäureesterdibutylzinndilauratkatalysator, dispergiert und dann in 50 mm-Petri-Schalen gegossen und wie in Beispiel 1 verarbeitet. Kleine Scheiben wurden aus der Vorrichtung unter Verwendung eines Lochstanzwerkzeugs zur Herstellung von Silicontabletten mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm geschnitten. Diese wurden in BHI-Medium gegeben, das zuvor auf einen pH-Wert von 4,0 eingestellt wurde, und zwar mit 1 Tablette pro ml, und das BHI-Medium, das die Tabletten enthielt, wurde mit Testorganismen angeimpft, wie in Tabelle 2 (nachstehend) angegeben.
Eine ähnliche Vorrichtung wurde unter Verwendung von NaCl anstelle von Natriumiodid mit 2 g pro 10 g Siliconpolymerbasis hergestellt. Tabletten aus dieser Vorrichtung wurden ebenfalls auf mikrobizide Aktivität bei Einführung in angeimpftes BHI-Medium getestet, wie in Tabelle 3 (nachstehend) beschrieben. Wie zu erwarten, ergaben alle Tabletten, die mit sowohl Iodid als auch Iodpentoxid formuliert waren, eine intensiv gelbe Verfärbung unmittelbar beim Kontakt mit BHI-Medium, was die unmittelbare Bildung von elementarem Iod anzeigt. Tabletten, bei denen nur Iodpentoxid vorhanden war, hatten keine erkennbare Wirkung auf die Färbung des BHI- Mediums.
Tabelle 2: Mikrobizide Aktivität von Iodid/Iodat, eingekapselt in Silicontabletten – gewonnene CFU/ml nach Überimpfung in BHI-Medium und Kochsalzlösung
Die Inkubationen wurden bei 35°C durchgeführt. nb = nicht bestimmt
Tabelle 3: Mikrobizide Aktivität von Iodpentoxid, eingekapselt in Silicontabletten – gewonnene CFU/ml nach Überimpfung in Testmedien
Die Inkubationen wurden bei 35°C durchgeführt. nb = nicht bestimmt
2 zeigt auch die kinetische Freisetzung von Iodpentoxid aus Scheiben, die in der gleichen Weise wie für die in Tabelle 3 zusammengefassten mikrobiziden Studien hergestellt wurden. Die Scheiben wurden in 100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0, mit 1 Tablette pro ml suspendiert, wobei jedoch verschiedene Massenkonzentrationen relativ zur Polymerbasis, die für die Fertigung der Silicon-Vorrichtung verwendet wurde, eingesetzt wurden. Die Konzentration an Iodat, das freigesetzt wurde, war proportional zur in das Polymer eingekapselten Masse (2). Bei diesen Experimenten wurde die Gesamtmenge an Salz (NaCl), die mit dem Siliconpolymer gemischt wurde, konstant bei 30% gehalten und umfasste Iodpentoxid und NaCl, wie erforderlich, um ein konstantes Salz : Polymer-Verhältnis zu erhalten, wobei jedoch die Konzentrationen an Iodpentoxid pro Einheitspolymermasse 2% bzw. 10% betrugen. Komplexe Medien, wie BHI, hatten keine erkennbare Wirkung auf die Solvatation und Diffusionsgeschwindigkeiten von Iodpentoxid, da ähnliche Geschwindigkeiten der Iodpentoxidfreisetzung beobachtet wurden, wenn BHI-Medium anstelle von Citratpuffer eingesetzt wurde.
Die Daten in den Tabellen 2 und 3 zeigen, dass elementares Iod die Abtötung der getesteten Mikroorganismen vermittelte. Diese Daten wurden als Ergebnis der Fertigung der Vorrichtung mit variierenden Konzentrationen von Iodid in Kombination mit Iodpentoxid und Einbringen von Tablettenproben aus der Vorrichtung in BHI-Medium, das mit reduzierenden Verbindungen angereichert war, oder in Kochsalzlösung erzeugt. Die Organismen stellten eine eigene Quelle reduzierender Verbindungen für die Vorrichtungstabletten bereit. Die Spiegel an Iodat, die für eine effektive mikrobizide Aktivität erforderlich waren, schienen << 5 mM zu sein, und zwar auf der Basis von Messungen an Iodat, das aus den Tabletten freigesetzt wurde, und nach einer Untersuchung des Abtötungsintervalls nach Einführung der Tabletten in überimpfte Kulturen (vergl. z. B. Tabellen 2 und 3 sowie 2). Die Daten in Tabelle 3 zeigen beispielsweise, dass eine wirksame Abtötung innerhalb von 3 bis 4 Stunden nach Einwirken der Iodpentoxidtabletten auftrat. Unter der Annahme, dass das gesamte Iodat, das in das Medium freigesetzt wurde, zu elementarem Iod umgewandelt wurde, deutet dies darauf hin, dass die Obergrenze an Iod in dem BHI-Medium theoretisch ungefähr 125 mg/dl (z. B. 5 mM elementares Iod) nicht überschreiten konnte. Es wurde experimentell festgestellt, dass die Konzentration an elementarem Iod wesentlich geringer als dieser berechnete Wert war (siehe nachstehend). Chloroformextrakte, die mit dem kultivierten BHI-Medium hergestellt wurden, in dem das Vorhandensein von Iodat festgestellt wurde, zeigten ebenfalls keinen Hinweis auf die signifikante Anreicherung von elementarem Iod (d. h. es trat keine Verfärbung der Chloroformschicht auf), was bestätigt, dass sich tatsächlich nur eine geringe Menge an elementarem Iod in dem Brühenmedium anreicherte. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, deuten diese letztgenannten Beobachtungen darauf hin, dass die Abtötung durch elementares Iod wahrscheinlich und vorwiegend an der Mikroben-Zellwand auftrat (Tabellen 2 und 3) und möglicherweise durch Freisetzung reduzierender Verbindungen an der Mikroben-Zelloberfläche. Dies würde eine de novo-Bildung und Aufnahme von elementarem Iod in die Lipid-Doppelschicht der mikrobiellen Zellmembran bewirken.
Diese Daten zeigen, dass Konzentrationen an elementarem Iod, die erforderlich sind, um eine mikrobielle Abtötung zu bewirken, im Allgemeinen << 0,01% sind (d. h. zwei Größenordnungen unter dem Iodgehalt von Povidon-Iod-Lösungen). Diese geringen Konzentrationen an elementarem Iod, die erforderlich sind und von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebildet werden, und zwar im Vergleich zu Iodophorvehikeln, wie Povidon-Iod, werden der Tatsache zugeschrieben, dass Iodat langsam über eine Zeitspanne unter Verwendung der gefertigten Siliconvorrichtung als Vehikel für dessen Präsentation in Lösung freigesetzt wurde. Ferner trat wahrscheinlich ein Recycling von Iodat zu Iodid und dann zurück zu elementarem Iod kontinuierlich auf, wenn frisches Iodat weiter aus der Vorrichtung austrat und auf reduzierende Verbindungen traf, und Iodid, das aus elementarem Iod, das in einem früheren Zyklus gebildet wurde, einem Recycling unterlag, und zwar auf seinem Weg. Es ist daher abzusehen, dass selbst Spurenmengen an Iodid einem Recycling dem Reaktionsmedium unterliegen können, bis eine Aufnahme durch die mikrobielle Zelle in Form von elementarem Iod erfolgt, wobei die Abtötung der Mikrobe dann auftritt.
Beispiel 4
Dieses Beispiel veranschaulicht die mikrobizide Aktivität und die Optimierung von Iodat- und Iodidformulierungen für die de novo-Bildung von elementarem Iod. Experimente wurden durchgeführt, um Formulierungen, die für die Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, formuliert mit Siliconelastomer, verwendet werden, zu optimieren. Fein gemahlenes Iodat und Iodid wurden mit Siliconelastomeren in verschiedenen Beladungen, relativ zu dem Elastomer, gemischt. Das Polymer ließ man dann mit Dibutylzinndilaurat-Katalysatorzusätzen aushärten, und anschließend wurden Vorrichtungen hergestellt (0,6 cm Durchmesser, 0,3 mm dick), und zwar unter Verwendung von "Lochstanztabletten" aus der scheibenförmigen Vorrichtung, um die mikrobizide Aktivität unter Verwendung von mit C. albicans überimpftem BHI zu testen. BHI-Medium wurde auf einen pH-Wert von 4,0 mit HCl eingestellt, und ein Inokulum von ungefähr 1 × 10⁵ CFU/ml C. albicans (ATCC 66027) wurde zu dem Brühenmedium gegeben. Aus der gefertigten Vorrichtung erhaltene Tabletten wurden in dem Inokulum bei 1 Tablette/ml suspendiert. Zu verschiedenen Intervallen wurden Anteile des Inokulums, inkubiert bei 35°C an der Luft, auf Schafblut-Agarplatten subkultiviert und für weitere 24 Stunden bei 35°C an der Luft inkubiert, um die Wirkung der verschiedenen Formulierungen auf die C. albicans-Inokula zu bestimmen.
Aus den Vorrichtungen erhaltene Tabletten, formuliert im Bereich von 1% bis 16%, bezogen auf das Gewicht, an Iodid allein relativ zu Siliconelastomer (Gesamtsalz: 30 Gew.-%, wobei der Rest mit NaCl als Trägersalz eingestellt wurde), zeigten keine mikrobizide Aktivität. Tabletten, die auf die gleiche Weise eingestellt wurden, jedoch mit Iodat allein im Bereich von 0,5 bis 12 Gew.-%, zeigten keine mikrobizide Aktivität gegenüber C. albicans bei 24 Stunden Einwirkung. Im Bereich von 4 bis 12% Iodat zeigte sich jedoch eine 1 bis 2 log Abnahme des Wachstums bei 48 Stunden Einwirkung, und < 10 CFU/ml wurden bei 72 Stunden Einwirkung festgestellt.
Tabletten, die aus Siliconvorrichtungen erhalten wurden, die mit variierenden Gewichten an Iodat im Bereich von 2 bis 4 Gew.-% und Iodid im Bereich von 0,1 bis 0,25 Gew.-% gefertigt wurden (zusätzliche Gewichte an NaCl, zugesetzt um das Salzendgewicht, relativ zum Silicon, auf 30% zu bringen), zeigten keine mikrobizide Aktivität. Bei Erhöhung der Gewichts von Iodid über 0,5 Gew.-% hinaus in Gegenwart von 4 Gew.-% oder mehr an Iodat trat jedoch eine vollständige Abtötung an C. albicans innerhalb von 24 Stunden des Eintauchens der Tabletten in die BHI-Inokula auf. Die Untergrenze der Formulierung, die erforderlich ist, um eine Abtötung innerhalb von 24 Stunden Einwirkung in komplexem BHI-Medium zu bewirken, belief sich also auf ungefähr 4% Iodat, 0,5% Iodid und 24,5% NaCl-Salz (gemahlen auf < 200 μm), alle bezogen auf das Gewicht, suspendiert in der Siliconbasis, die für die Fertigung der Vorrichtung verwendet wurde. Weitere Tests zeigten, dass Formulierungen variierend von 4% bis 8% Iodat und von 2% bis 16% Iodid, jeweils bezogen auf das Gewicht, sehr wirksam hinsichtlich der Abtötung von C. albicans waren, wobei eine vollständige Abtötung in weniger als 4 Stunden des Eintauchens der Silicontabletten in die BHI-Inokula auftrat.
Es wurde auch festgestellt, dass PVP die Stabilität der Siliconformulierung erhöhte, indem es sowohl als Trockenmittel als auch als ein Iodophor wirkte, wie durch Verhinderung, dass Feuchtigkeit aus der Atmosphäre vorzeitig die Iodidsalze, die mit dem Siliconelastomer gemischt waren, aktivierte. Durch Einschluss von etwa 1% bis etwa 10% an fein gemahlenem PVP, bezogen auf das Gewicht, zusammen mit Iodat und Iodid bei der Fertigung der mikrobiziden scheibenförmigen Vorrichtung zeigte die Endvorrichtung, die nach Härtung des Elastomers erhalten wurde, eine geringere Tendenz zur Bildung von elementarem Iod bei Einwirkung von Luft im Verlauf der Zeit. Keine ungünstigen Wirkungen des Einschlusses von PVP in die Salzformulierungen wurden im Hinblick auf eine Änderung der mikrobiziden Aktivität der Vorrichtung beobachtet. Die optimale Iodidsalzformulierung auf der Basis der Tablet tentests betrug 8% Iodat, 2% Iodid und 10% PVP unter Weglassung von NaCl aus den Endsalzgemischen. Von dem letztgenannten "Trägersalz" wurde festgestellt, dass es keine offensichtlichen Vorteile bei der Fertigung der Vorrichtung mit sich bringt und auch offensichtlich keine signifikante Wirkung auf die Freisetzungsgeschwindigkeiten der Salzformulierungen, die innerhalb der Siliconvorrichtung eingekapselt waren, hatte.
Gleichzeitig mit den Studien zur mikrobiziden Abtötung wurden Messungen hinsichtlich der Freisetzung von Iodat, Iodid und der Bildung von elementarem Iod während des Eintauchens der Tabletten in Citratpufferlösungen durchgeführt. Die Freisetzungsgeschwindigkeiten waren experimentell ununterscheidbar, ob Tabletten, die die Vorrichtungsausführungsform repräsentierten, in BHI oder in 100 mM Citratpuffer, pH-Wert 4,0, eingetaucht wurden, während reduzierende Verbindungen, die in BHI vorhanden sind, eine gewisse Menge an elementarem Iod, wenn es gebildet wurde, verbrauchten, wenn die Tabletten in das letztgenannte Medium eingetaucht wurden. Aus diesem Grund wurde das chemische Profil für die Freisetzung von Iodid und Iodat und gebildetem elementarem Iod in Citratpuffer untersucht. 3 zeigt die Freisetzung von Iodat und Iodid aus eingetauchten Tabletten (1 Tablette/ml in Citratpuffer), inkubiert bei Raumtemperatur über eine Zeitspanne von ungefähr 32 Stunden. Bei diesem Experimenten wurde Iodat untersucht, indem Anteile von 20 μl der Testlösungen entnommen wurden, die man anschließend Iodid zu elementarem Iod in Gegenwart von überschüssigem Iodid oxidieren ließ, wobei die Bildung von I₃ ^– dann quantitativ auf spektrale Weise bei 350 nm in einem standardisiertem Assay bestimmt wurde. Eine Eichkurve unter Anwendung des gleichen Assays wurde mit bekannten Konzentrationen an Iodat aufgestellt, woraus die Konzentration an Iodat, die aus den Tabletten freigesetzt wurde, als eine Funktion des Eintauchintervalls bestimmt wurde (vergl. 4). Iodid wurde untersucht, indem Anteile von 200 μl erhalten wurden und das Iodid zu elementarem Iod in Gegenwart von überschüssigem Iodat oxidiert wurde, wobei letztgenanntes in Chloroform zur spektralen quantitativen Bestimmung bei 508 nm gegen eine Eichkurve, die unter identischen Assaybedingungen, jedoch mit bekannten Konzentrationen an Iodid aufgestellt wurde, extrahiert wurde. Die Ergebnisse dieser chemischen Untersuchungsexperimente stimmten mit den Studien zur mikrobiziden Abtötung überein und zeigten, dass eine kritische Mediumkonzentration an Iodat im Bereich von 1 bis 2 mM und eine Iodidkonzentration von 0,5 mM oder höher erforderlich war, um eine Abtötung an C. albicans zu bewirken. Tablettenformulierungen, die C. albicans nicht innerhalb der ersten 24 Stunden oder weniger abtöteten, taten dies nicht, da die Grenzwerte für Iodat und Iodid nicht erreicht wurden.
4 zeigt die Anreicherung von elementarem Iod in dem Citratpuffer, untersucht über eine längere Zeitspanne von ungefähr 5 Tagen des Eintauchens der Iodat/Iodid/PVP-beladenen Tabletten (1 Tablette/ml). Jeder Punkt repräsentiert ein Experiment, bei dem 3 Tabletten in 3 ml 100 mM Citrat, pH-Wert 4,0, für das angegebene Intervall eingetaucht wurden, wobei dann ein Anteil (1 ml) der Pufferlösung auf restliches elementares Iod untersucht wurde. Elementares Iod wurde quantitativ durch Extraktion der Citratpufferanteile in Chloroform (1 ml) und Ablesen der Extinktion bei 508 nm gegen eine Eichkurve bestimmt, die mit kristallinem elementaren Iod, eingestellt in Chloroform auf bekannte Konzentrationen, ausgedrückt in ppm elementares Iod, aufgestellt wurde. Während es keine signifikante Variabilität in der Erzeugung von freiem elementarem Iod über das untersuchte Fünftagesintervall gab, lag elementares Iod im Bereich von einem geringen Wert von ungefähr 2 ppm bis zu einem hohen Wert von 70 ppm in einer Reihe von Experimenten. Der maximale elementare Iodspiegel wurde ungefähr 36 bis 48 Stunden nach Eintauchen der Tabletten in Citratpuffer erreicht.
Beispiel 5
Dieses Beispiel zeigt die Fertigung einer Hydrogelvorrichtungsausführungsform, die bei Kontakt mit wässrigen Flüssigkeiten aktiviert wird. 2% Natriumalginat "mittlerer Viskosität" wurde mit einem gleichen Volumen an 2% Carbopol 971 (B. F. Goodrich) (vernetztes Polyacrylat) gemischt, wobei man eine 1% viskose Verbundgellösung, pH-Wert 3,95, erhielt, eingestellt auf äquivalente Gewichte an Alginat und Carbopol. Dieses Gelgemisch wurde auf etwa 4°C gekühlt. 100 mM Kaliumiodid, eingestellt in Wasser, wurden dann gründlich in das Gel bis zu einer Endkonzentration von 1 mM Kaliumiodid gemischt. Eine äquivalente Menge an 100 mM Natriumiodat wurde rasch mit dem Gel gemischt, wobei man ein Gelgemisch erhielt, das 1 mM Natriumiodat, 1 mM Kaliumiodid, 1% Alginat und 1% Carbopol 971 enthielt. Dieses Ge misch wurde rasch auf –70°C eingefroren, über Nacht unter Vakuum lyophilisiert und ergab ein feines hochgradig poröses leicht gewichtiges schwammartiges Produkt mit rotbraunem Erscheinungsbild. Das schwammartige Produkt wurde zu verschiedenen Formen geschnitten und in verschlossenen Behältern (um Feuchtigkeit abzuhalten) bei Raumtemperatur ohne Verlust an dessen naszierendes elementares Iod erzeugender Kapazität (d. h. bei Solvatation in wässrigen Lösungen) gehalten.
Bei Zugabe von Wasser zu dem schwammartigen Material änderte sich dessen Farbe fast augenblicklich von rotbraun zu einem intensiven Kanariengelb, was die rasche Bildung von naszierendem elementarem Iod, komplexiert an Iodid in Form von I₃ ^– anzeigt, und es verdickte sich zu einem viskosen Hydrogel. Das Vorhandensein von naszierendem elementarem Iod wurde durch Extraktion in Chloroform und Verifikation durch spektrales Abtasten des Endextrakts (z. B. maximale Extinktion, 508 nm; Produktverlust bei Addition von überschüssigen Reduktionsmitteln zu dem rehydratisierten Gel) bestätigt. Verschiedene Formen des schaumartigen Produkts wurden auch durch Einfrieren von Gelgemischen unmittelbar nach Zugabe von Iodat und Iodid und bevor signifikantes elementares Iod gebildet werden konnte, hergestellt.
Während die Geschwindigkeit der Bildung von elementarem Iod in den gleichen Gelgemischen sehr viel langsamer war, wenn zuerst eine Herstellung in wässriger Form für das Einfrieren erfolgte, ergaben nach Einfrieren und Lyophilisieren Iodat und Iodid rasch elementares Iod, wie angegeben, und zwar innerhalb von Sekunden nach dem Inkontaktkommen mit wässrigen Lösungen. Es wurde festgestellt, dass dies das Ergebnis des Konzentrationseffekts der Lyophilisierung war, so dass die Solvatation die Wechselwirkung wesentlich höherer Konzentrationen an Iodat und Iodid bei der Erzeugung von elementarem Iod erlaubte, als vor dem Gefrieren und Lyophilisieren möglich war. Nach dem Lyophilisieren in Abwesenheit von Wasser waren Iodat und Iodid nicht frei zur Wechselwirkung miteinander bis zu deren Solvatation. Diese Ausführungsform der Erfindung, bezeichnet als die Hydrogelvorrichtung; ermöglichte also das Einverleiben aller essentieller Reaktanten in eine einzelne Matrix (z. B. das Hydrogelpolymer).
Eine Hydrogelausführungsform-Vorrichtung wurde auch unter Verwendung von Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) (10 μg/ml) und Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) (3 μg/ml), gemischt mit 1% Alginat-Carbopol-Gelsuspension, eingestellt in Wasser bei Raumtemperatur, wozu Kaliumiodid in einer Endkonzentration von 2 mM gegeben wurde, hergestellt. Das Gelgemisch wurde eingefroren und lyophilisiert, wie bei der Iodat/Iodid-Ausführungsform. Das schwammartige Produkt (in diesem Fall) zeigte eine schmutzig-weiße Farbe mit einem Stich ins Gelbe und konnte für mehrere Wochen bei Raumtemperatur ohne Verlust an naszierendes elementares Iod erzeugender Aktivität, ausgelöst durch Zugabe von Glucose (ungefähr 50 mg/dl), gelagert werden. Kontrollen, bei denen Wasser anstelle von Glucoselösung zugesetzt wurde, zeigten keine Bildung von elementarem Iod. In beiden Fällen unterlag das schwammartige Produkt rasch einer Solvatation zu einem viskosen schleimartigen Hydrogel. Elementares Iod wurde durch Gewinnung von elementarem Iod in Chloroformextrakten bestätigt, ähnlich wie bei Hydrogelabgabevorrichtungen, formuliert mit Iodid und Iodat. Die Konzentration an Glucose, die für die Aktivierung der mit Glucose-Oxidase/Meerrettich-Peroxidase formulierten Abgabevorrichtung verwendet wurde, war nicht besonders kritisch, da Lösungen mit einem geringen Wert von 10 mg/dl und höheren Konzentrationen im Bereich von 100 mg/dl bei Zugabe zu dem entwässerten Gel die Bildung von naszierendem elementarem Iod auslösten.
Beide Ausführungsformen von Hydrogelformulierungen, die in diesem Beispiel zitiert werden, zeigten die Bildung von naszierendem elementarem Iod im Bereich von einem niedrigen Wert von einigen ppm bis zu einer oberen Grenze im Bereich von 100 ppm. Die Bildung an elementarem Iod stimmte mit den Konzentrationen an Glucose-Oxidase/Meerrettich-Peroxidase oder Iodid und Iodat, einverleibt in das Hydrogel vor Einfrieren und Lyophilisieren der Gelgemische, überein. Es wurde beobachtet, dass elementares Iod in den dicken Gelgemischen für eine Zeitspanne von ungefähr 8 bis 10 Stunden persistierte, wonach es auf nicht nachweisbare Spiegel abfiel.
5 zeigt die de novo-Bildung von elementarem Iod bei Solvatation einer erfindungsgemäßen lyophilisierten 1% "hochviskosen" pH-Wert 4,0 Alginat-Vorrichtungsausführungsform, hergestellt in Form eines Zylinders. Die anfängliche Formulierung umfasste 2 mM Kaliumiodidlösung und eine 2 mM Natriumiodatlösung. Das Gel wurde gegossen in 100 (Länge) × 0,6 cm (Innendurchmesser) Schläuche in gefrorenem Zustand, lyophilisiert und längs in Abschnitte von 1 cm geschnitten. Kontrollgel wurde in der gleichen Weise hergestellt, jedoch unter Weglassung von Iodid und Iodat aus den Endgemischen. Elementares Iod wurde nach 20 Minuten Eintauchen der Alginatformulierung (1 cm Länge) in 1 ml 100 mM Citratpuffer, pH-Wert 4,0, gemessen. Gezeigte Werte (5) repräsentieren den Mittelwert von 3-fachen Experimenten im Vergleich mit Kontrollergebnissen unter Verwendung von Alginat, das in der gleichen Weise, jedoch unter Ausschluss von Iodid und Iodat aus der Polymermatrix, formuliert wurde. Gleichzeitig mit der in situ-Bildung von elementarem Iod quillt das Gel zu einem viskosen schleimartigen Hydrogel, das charakteristisch für dessen ursprüngliche Zusammensetzung vor der Lyophilisierung ist.
Beispiel 6
Dieses Beispiel veranschaulicht die Ausnutzung der Protonenbildung (H⁺-Bildung) bei der Steuerung der Bildung von naszierendem elementarem Iod. Aus chemischen Gründen erfordert die Oxidation von Iodid zu elementarem Iod H⁺ als einen der Reaktanten beim Treiben der Reaktion bis zum Abschluss, ob Iodid nun durch H₂O₂ oder durch Iodat oxidiert wird. Dies ist völlig klar, wenn man die Stöchiometrie der oxidativen Reaktionen berücksichtigt, die in den nachstehenden Gleichungen 1 und 2 veranschaulicht sind: Gleichung 1 2H⁺ + 2I^– + H₂O₂ → I₂ + 2H₂O Gleichung 2 6H⁺ + 5I^– + IO₃ ^– → 3I₂ + 3H₂O
Es folgt, dass elementares Iod erzeugende Formulierungen, die ausgelegt sind, um die Bildung von H⁺ zu verstärken, die Bildung von naszierendem elementarem Iod unterstützen sollten, indem H⁺, das für die Umwandlung von Iodid zu elementarem Iod de novo erforderlich ist, bereitgestellt wird.
Zwei Ausführungsformen wurden herangezogen, um dieses Prinzip zu demonstrieren: Eine beinhaltet die Bildung von H⁺ durch Einwirkung von Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) auf Glucose, wobei gleichzeitig die Bildung von H₂O₂ und Gluconsäure katalysiert wird; die andere beinhaltet die spontane Hydrolyse von Iodpentoxid, die zur gleichzeitigen Bildung von Iodat und H⁺ führt (das ionisierte Produkt von Iodsäure). H⁺-Generatoren oder -Donoren, die dieses Phänomen ermöglichen, sind nicht auf diese beiden Verbindungen beschränkt. Sie können ein beliebiges oder eine Anzahl von synthetischen Polyanhydriden, Polycarbonsäureverbindungen und dergl. (wie Polylactide, Polygalactide, Essigsäureanhydride und dergl.) umfassen.
Gemäß einer Formulierung wurde Iodpentoxid innerhalb einer Siliconvorrichtung, hergestellt wie in Beispiel 2, eingekapselt, jedoch in Kombination mit Iodid in einem Massenverhältnis von 2% Iodid und 4% Iodpentoxid, eingesetzt anstelle von Iodat. Eine ähnliche Vorrichtung wurde unter Verwendung von 8 Massenprozent Iodat anstelle von Iodpentoxid gefertigt. Nach Härtung der beiden Vorrichtungen wurden "Lochstanztabletten" aus jeder der Vorrichtungen mit ungefähr 0,6 cm Durchmesser und 0,3 cm Dicke bei 1 Tablette pro ml in ein Gesamtvolumen aus 5 ml 100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0, eingetaucht. Die Geschwindigkeit der Bildung von elementarem Iod wurde visuell in dem Puffermedium untersucht, indem die Geschwindigkeit von I₃ ^–, das aus der Tablette austrat, beobachtet wurde. Die Chloroformex traktion des Puffermediums wurde ebenfalls herangezogen, um visuell die Bildung von elementarem Iod (ersichtlich in dem violetten Extrakt, der in der Chloroformschicht gewonnen wurde) zu bestätigen.
Tabletten aus der Vorrichtung, die mit Iodpentoxid anstelle von Iodat formuliert wurde, zeigten mehr als die 2-fache Geschwindigkeit der Bildung von elementarem Iod relativ zu Tabletten, die aus der Vorrichtung erhalten wurden, die mit Iodat gefertigt wurde. Diese Daten sind konsistent mit der Feststellung der Solvatation von Iodpentoxid als einem Anhydrid und dessen anschließender rascher Hydrolyse zu HIO₃ (die bei Solvatation von Iodpentoxid auftreten kann). Es gab also eine gleichzeitige Bildung von H⁺ und Iodat. Die größeren Geschwindigkeiten der Bildung von elementarem Iod, die bei Tabletten beobachtet wurden, die Iodpentoxid enthielten, waren der H⁺-Bildung zuzuschreiben. Diese Schlussfolgerung basiert auf der Beobachtung, dass die tatsächlich verfügbare Menge an Iodat in beiden Vorrichtungen äquivalent war (z. B. 4% Iodpentoxid ist äquivalent zu 8% Iodat auf der Basis der Stöchiometrie, wonach 2 Mol Iodat und 2 Mol H⁺ für jedes Mol Iodpentoxid, das solvatisiert wird, freigesetzt werden) und unter Berücksichtigung von Gleichung 2. Diese Ergebnisse zeigen ferner, dass die Bildung von elementarem Iod durch die verfügbare Zufuhr an H⁺ in Lösung begrenzt war, und wurden validiert durch Fertigung von Vorrichtungen, die mit Iodat und Iodid wie vorstehend, jedoch auch unter Einschluss von 10% Citronensäure in die Formulierung, gefertigt wurden. In der Citronensäureausführungsform übertraf die Geschwindigkeit der Bildung von elementarem Iod sogar die, die bei Vorrichtungen beobachtet wurde, die mit Iodpentoxidformulierungen gefertigt wurden. Diese Daten stützen die Feststellung eines großen Überschusses der H⁺-Solvatation über die Citronensäureinkapselung innerhalb der Vorrichtung.
Die Brauchbarkeit der Verwendung der H⁺-Bildung zur Steuerung einer effizienteren Bildung von naszierendem elementarem Iod wurde weiter in der zweiten Ausführungsform untersucht. Genauer gesagt wurden Testlösungen unter Verwendung von Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) und Glucose in Kombination mit Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) und Iodid hergestellt. Die Geschwindigkeiten der Freisetzung von naszierendem elementarem Iod wurden spektral bei pH 4,5 gegenüber pH 7,4 verfolgt. Dieser pH-Unterschied wurde gewählt, da frühere Messungen der Geschwindigkeiten der Bildung von naszierendem elementarem Iod in Gegenwart von 1 mM H₂O₂ oder weniger zeigten, dass die Geschwindigkeit der Bildung von elementarem Iod bei einem pH-Wert von 7,4 um mehrere Größenordnungen langsamer waren als bei einem pH-Wert von 4,5. Die pH-Untersuchung nutzte H₂O₂ allein im Gemisch mit Iodid. Die letztgenannte Reaktion beinhaltete jedoch den Verbrauch an 1 molares Äquivalent an molekularem O₂ und H₂O unter Bildung von H₂O₂ und Gluconsäure. Gluconsäure, als eine Carbonsäure wie Citronensäure, ist imstande, ohne weiteres in ihre Carboxylat-anionische Form unter Bildung von Gluconat und Bereitstellung von 1 H⁺-Äquivalent für jedes molare Äquivalent an H₂O₂, das in der Reaktion gebildet wird, zu dissoziieren. H⁺ kann also erzeugt werden, um die Bildung von elementarem Iod entsprechend den Reaktionen, die in Gleichung 1 angegeben sind, zu verstärken. Diese Schlussfolgerung wird durch die vorstehend angegebenen Daten gestützt, dass getestete Geschwindigkeiten der Bildung von elementarem Iod bei 2 pH-Bereichen (pH 4,5 und pH 7,4) und unter Verwendung von Glucose und Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) als Quelle zur Erzeugung von H₂O₂-Oxidans gleichzeitig mit der H⁺-Bildung bei der Steuerung der Oxidation von Iodid zu elementarem Iod. Die letztgenannten Geschwindigkeitsmessungen wurden mit denen verglichen, die ohne Glucose-Oxidase als treibende Reaktion bei der Erzeugung von H₂O₂ beobachtet wurden.
6 zeigt, dass Glucose-Oxidase in Kombination mit Glucose die Bildung von elementarem Iod durch das Vermögen beschleunigte, H⁺ gleichzeitig mit der Bereitstellung von H₂O₂-Oxidans zur Steuerung der Bildung von elementarem Iod über die peroxidative Reaktion, die in Gleichung 1 angegeben ist, bereitzustellen. Bei diesen Experimenten wurde die Geschwindigkeit der Bildung von elementarem Iod unter Verwendung einer festgelegten Konzentration an Iodid (50 mM), eingestellt in 100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,5, auch enthaltend 3 U/ml Meerrettich-Peroxidase und 100 mg/dl Glucose, und in 10 mM Natriumphosphat, pH-Wert 7,4, eingestellt in 150 mM NaCl, 100 mg/dl Glucose und 3 U/ml Meerrettich-Peroxidase, und variable Spiegel an Glucose-Oxidase, wie angegeben, untersucht. Geschwindigkeiten der Bildung von elementarem Iod wurden spektral bei 350 nm durch Messung der I₃ ^–-Bildung bei 350 nm mit einem Shimadzu UV-265 Doppelstrahlspektrometer untersucht. Kinetische Geschwindigkeiten waren augenblicklich bei Zugabe von Glucose-Oxidase zu Reaktionsgemischen und linear bei mehr als zwei Extinktionseinheiten pro min und vergleichbar, unabhängig davon, ob sie bei pH 4,5 oder 7,4 auftraten. Die vergleichbaren Geschwindigkeiten zeigen, dass die Oxidation von Iodid durch die Bildung von sowohl H⁺ als auch H₂O₂ gesteuert war. H⁺ wurde so rasch verbraucht, wie es bei der enzymatischen Reaktion gebildet wurde. Die Bildung von elementarem Iod nahe neutralem pH-Wert war hauptsächlich durch verfügbares H⁺ begrenzt (z. B. gab es ein H⁺-Defizit).
Die Daten in 6 zeigen vergleichbare Geschwindigkeiten der Bildung von elementarem Iod, die bei pH-Wert 4,5 gegenüber pH-Wert 7,4 auftrat, und sie wurden durch Verwendung von Glucose-Oxidase und Glucose als Quelle für H₂O₂ und H⁺-Bildung gesteuert, was die Peroxidation von Iodid zu elementarem Iod erlaubte. Außerdem zeigen die vorstehenden Anhydridstudien, dass Verfahren zur Einführung von H⁺ in Formulierungen, die für die Herstellung der erfindungsgemäßen mikrobiziden Vorrichtungen verwendet werden, die de novo-Geschwindigkeit der Bildung von elementarem Iod verbessern. Diese Daten bestätigen, dass bevorzugte Formulierungen die H+-Bildung durch enzymatische Mechanismen (z. B. Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4)) ausnutzen oder Anhydride (die dazu dienen können, bei Solvatation zu hydrolysieren und aus der Abgabevorrichtung auszutreten, wie bei Iodpentoxid) umfassen oder Polycarbonsäure-H⁺-Donoren (z. B. Alginsäure, Carbopol oder Citronensäure) umfassen. Polycarbonsäure-H⁺-Donoren sind imstande, H⁺ an die oxidative Reaktion, die die Umwandlung von Iodid zu elementarem Iod beinhaltet, abzugeben. Bevorzugte H⁺-gesteuerte Formulierungen steuern in wirksamerer Weise die chemische Umwandlung von Iodid zu naszierendem elementarem Iod.
Beispiel 7
Dieses Beispiel veranschaulicht die Freisetzung von Iodid und Iodat und die Bildung von elementarem Iod aus kanülenartigen Vorrichtungen, die mit Siliconpolymer beschichtet sind, das elementares Iod erzeugende Iodid/Iodat-Formulierungen enthält. 7 zeigt die kinetische Freisetzung von Iodid und Iodat bei Eintauchen von Silicon- und Polyethylenschlauch, beschichtet auf seiner äußeren Oberfläche mit einer dünnen Schicht aus Siliconelastomer, enthaltend 2% Natriumiodid, 8% Natriumiodat und 10% PVP, hergestellt vor der Härtung wie in Beispiel 4. Vor der Härtung des formulierten Siliconelastomers wurden ein Siliconschlauch mit 1 cm Außendurchmesser und ein Polyethylenschlauch mit ungefähr dem gleichen Durchmesser jeweils in das formulierte Elastomer getaucht, und man ließ es dann über Nacht bei Raumtemperatur aushärten. Anschnitte von 2,5 und 5,0 cm Länge wurden aus den vorbeschichteten Silicon- und Polyethylenkanülen geschnitten, mit destilliertem Wasser gespült und dann in 5 ml 100 mM Natriumcitrat, pH-Wert 4,0, eingetaucht. Die kinetische Freisetzung von Iodid (gestrichelte Linien) und Iodat (durchgezogene Linien) (7) aus den beschichteten Schläuchen wurde gemessen. Die Dicke der Beschichtung des formulierten Polymers betrug nicht weniger als 0,08 mm und nicht mehr als 0,15 mm.
7 zeigt, dass bei Verwendung der vorstehenden Formulierung Iodat in wirksamer Weise aus den beschichteten Vorrichtungen freigesetzt wurde, wobei Maxima zwischen 2,5 mM und 4 mM ungefähr 24 Stunden nach Eintauchen in die Pufferlösung auftraten. Iodid wurde auch in der Pufferwaschlösung gewonnen, jedoch mit wesentlich geringeren Konzentrationen im Bereich von 0,1 bis 1,0 mM, abhängig vom Substrat, auf das die Polymerformulierung aufgetragen worden war. Polyethylen ergab etwas geringere Ausbeuten als Silicon als Substrat, auf das die Polymerformulierung aufgetragen worden war (Silicon: ausgefüllte Quadrate; Polyethylen: offene Dreiecke). Nach ungefähr 24 Stunden begannen sowohl Iodat als auch Iodid in den Waschlösungen abzufallen. Dieses Ergebnis zeigt eine Abreicherung an elementares Iod erzeugender Formulierung aus der Basispolymerbeschichtung, die auf das Silicon- und Polyethylensubstrat geschichtet war. Elementares Iod wurde innerhalb von 20 Minuten des Eintauchens der Schläuche in Puffer gemessen und bei ungefähr dem maximalen Bereich an Iodat und Iodid in Lösung bei ungefähr 24 Stunden. Die Ergebnisse zeigten einen niedrigen Wert von 4 ppm kurz nach Eintauchen der beschichteten Vorrichtungen in den Puffer und einen maximalen Spiegel von ungefähr 30 ppm beim späteren maximalen Intervall.
Die Ergebnisse dieser Tests zeigen die Durchführbarkeit der Beschichtung und die Ausstattung der vorgefertigten Vorrichtungen (in diesem Fall Kanülenschläuche) mit mikrobizider, naszierendes elementares Iod erzeugender Aktivität. Die veranschaulichte Vorrichtung kapselte die elementares Iod erzeugende Formulierung innerhalb einer Siliconpolymerbasis ein, die dann auf der äußeren Oberfläche der vorgefertigten Vorrichtungen gehärtet wurde. Die äußere Oberfläche kommt in Kontakt mit Flüssigkeit bei Insertion oder Anordnung innerhalb einer wässrigen Umgebung. Daher ist die äußere Oberfläche so ausgelegt, dass sie in Körperhöhlen eingeführt werden kann.
Beispiel 8
In diesem Beispiel werden die freie Migration und Diffusion von Iod durch Siliconpolymer demonstriert. Polycarbopol (Polyacrylate) und Kaliummonophosphat als trockene Pulver wurden jeweils getrennt mit Iodid und Iodat bei 1 Gew.-% Zusammensetzung relativ zu dem Siliconelastomer formuliert, das auch auf 2% Natriumiodid und 8% Natriumiodat, bezogen auf das Gewicht, relativ zum Siliconelastomer, eingestellt wurde. Keines der Salze wurde vor dem Aufschlämmen in Siliconpolymer entwässert, um die Einführung von ausreichend Wasser zur Einleitung der Bildung von elementarem Iod während des Härtungsverfahrens der Polymerbasis und an schließend zu ermöglichen. Die einzelnen Formulierungen wurden in ein Kunststofftablett zu einer rechteckigen Folie mit den Abmessungen 8,7 × 11,3 cm und 0,25 cm Dicke gegossen. Der Katalysator für das Siliconelastomer (Polydimethylsiloxan mit Silanolendgruppen, mittleres Molekulargewicht: 93000) war Dibutylzinndilaurat. Während der Härtung über Nacht bei Raumtemperatur wurden die Tabletts in Kunststoffbeutel gegeben, die verschlossen waren, so dass verhindert wurde, dass Feuchtigkeit aus der Atmosphäre zu den Tabletts gelangte, und um den Verlust an Iod aus den formulierten Siliconfolien zu verzögern. Am folgenden Morgen wurde festgestellt, dass die Folien mit Iod beschichtet waren, was durch eine helle rotbraune Färbung, die charakteristisch für Iod ist, ersichtlich war. Das Vorhandensein von Iod wurde spektral durch Schneiden von Streifen von Silicon aus den Folien und jeweils Eintauchen in Wasser und Abtasten der Probe spektral im Hinblick auf Iod bestätigt.
Um zu belegen, dass Iod frei durch das Silicon trat, wurde ein Streifen aus jeder der Folien, die in den Kunststoffbeuteln eingeschlossen waren, geschnitten und außerhalb des Beutels an die offene Atmosphäre gebracht. Unter diesen Bedingungen wurde festgestellt, dass das Iod sich frei aus dem Siliconstreifen auf Papierstreifen, die über den geschnittenen Streifen angeordnet waren, bewegte, wobei es eine Verfärbung des Papiers bewirkte. Die Streifen wurden dann zurück in die Kunststoffbeutel gebracht, und es wurde beobachtet, dass sie erneut mit der charakteristischen Farbe von Iod nachdunkelten, sobald sie wieder von der offenen Atmosphäre abgeschlossen waren. Dieser Zyklus wurde wiederholt, was die freie Migration von Iod durch Silicon zeigt, sobald es gebildet ist, und zwar aus der inneren Formulierung, die in den einzelnen Folien eingekapselt war.
Um die freie Migration von Iod durch Silicon weiter zu verifizieren, wurde eine Polymermatrix (2% Natriumiodid, 8% Natriumiodat, 1% Kaliummonophosphat, nicht getrocknet) in zwei 12 × 75 mm-Polycarbonatschläuchen in dem Siliconelastomer hergestellt. Bei Härtung und Lagerung für 5 Tage zeigten beide identische bräunlich-gelbe Verfärbung, die die Iodbildung (de novo) anzeigt, und die Verfärbung wurde eingestuft. Die intensivste Farbe befand sich am Boden des Schlauches, während am oberen Ende, das der Atmosphäre ausgesetzt war, die Farbe Meeresgrün war, was typisch für Polymer mit niedrigem Iodgehalt ist. Ein Schlauch wurde aufgeschlitzt, um dieses Polymer gleichförmig der Atmosphäre auszusetzen. Innerhalb von ungefähr 30 Minuten zeigte das Polymer, das gegenüber der Atmosphäre geöffnet war, eine Oberflächenverfärbung nach Meeresgrün, und zwar bei vollständigem Verlust der Iodverfärbung.
Eine weitere Untersuchung wurde unternommen, um zu zeigen, dass Iod de novo aus dem Inneren der Polymerbasis gebildet werden kann und frei zum Äußeren diffundieren kann. Ein hergestellter Silicongummi-Schlauch mit 16 cm Länge und 0,5 cm Durchmesser wurde mit 0,2 g Salzgemisch, gemahlen zu einem Gemisch von 0,2 g Natriumiodid + 0,8 g Natriumiodat, beladen, und der Schlauch wurde in einen Ring geschlossen, wobei der Schlauch dann mit 0,5% Lösung von Polycarbopol beladen wurde. Der Siliconring wurde gespült und in ein Becherglas von 30 ml Wasser getaucht. Innerhalb von ungefähr 5 bis 10 Minuten war Iod im Bereich von 10 bis 30 ppm im Wasser, das den Ring bedeckte, zu sehen, und Iod trat weiter über 24 Stunden bei aufeinanderfolgendem Spülen und erneutem Füllen des Becherglases mit frischem Wasser (30 ml) aus. Tests mit Farbstoffen zeigten, dass der Ring eine enge Dichtung aufwies, so dass Iod nicht aus dem Verbindungspunkt austrat, sondern durch die Siliconwand des Schlauches.
Beispiel 9
Mehrere Prototyp-Hydrogelmembranen wurden hergestellt (1) durch Herstellung von lyophilisierten Hydrogelformulierungen, enthaltend Iodid und ein Oxidans, eingeschlossen in die gleiche Formulierung, jedoch ohne Substrat (z. B. Glucose-Oxidase und Peroxidase) oder (2) als Sandwichdoppelschichten, wobei die Iodid- und Oxidansformulierungen zuerst in lyophilisierter Form getrennt hergestellt und dann in einer hydraulischen Presse unter Bildung einer Doppelschichtmembran komprimiert wurden. Ein Beispiel für eine einzelne Doppelschichtmembran wird veranschaulicht durch die Herstellung eines 1% Noveon AA1, 1% Carboxymethylcellulose-Hydrogelgemisches, eingestellt in Wasser, getrennt in zwei gleiche Volumina. Eine erste Hydrogelformulierung enthielt 20 mM Kaliumiodid zusammen mit 100 μg pro ml Glucose. In einer zweiten Hydrogelformulierung wurden Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase bis zu einer Endkonzentration von 100 bzw. 20 μg pro ml zugegeben (spezifische Aktivitäten: 100000 mU pro mg bzw. 300000 mU pro mg). Die beiden Hydrogellösungen wurden auf etwa 4°C vorgekühlt, dann rasch miteinander innerhalb von etwa 5 Sekunden gemischt. Das Gemisch wurde dann unmittelbar in ein Kunststofftablett von 8,7 × 11,3 cm gegossen und bei –70°F eingefroren. Während die Probe noch eingefroren war, wurde sie anschließend für ungefähr 36 Stunden unter Hochvakuum lyophilisiert, wonach eine schwammartige, leicht braun gefärbte rechteckige Membran aus dem Tablett mit einer Dicke von ungefähr 0,3 cm gewonnen wurde. Diese Membran wurde dann zwischen zwei Metallplatten angeordnet, die mit Kunststoffschichten beschichtet waren, und 41340 kPa (6000 lbs Druck pro Quadratzoll) ausgesetzt, was zur Expression einer dünnen papierartigen Membran von ungefähr 9 × 13 cm und 0,02 cm Dicke führte. Die Membran ließ sich leicht in verschiedene Formen mit Scheren, Lochstanzern oder anderen geeigneten Schervorrichtungen schneiden, und in dieser Form blieb sie ruhend im Hinblick auf die Erzeugung von elementarem Iod für mehrere Monate ohne erkennbaren Verlust an Iod erzeugender Aktivität. Bei Einwirkung von Wasser wurde die Bildung von elementarem Iod innerhalb von weniger als 60 Sekunden beobachtet, und sein Vorhandensein in dem Gel-Sol konnte über eine Zeitspanne von mehreren Stunden nach der Hydratation der Membran beobachtet werden.
Die beiden gleichen Formulierungen wie vorstehend wurden zu getrennten Membranen durch Lyophilisierung der einzelnen Hydrogele, enthaltend entweder Iodid und Glucose oder Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase, in getrennter Weise hergestellt, was zur Gewinnung von lyophilisierten Hydrogelen mit Iodid/Glucose und Enzymoxidasen in getrennten Membranen führte. Um ein Doppelschichtsandwich zu bilden, wurden die beiden Membranen übereinander angeordnet und dann in eine hydraulische Presse eingeführt. Bei Anwendung eines Drucks auf die Sandwich-Membranen (41340 kPa (6000 lbs pro Quadratzoll)) hafteten die beiden Membranen aneinander als eine Doppelschichtmembran (eine Seite enthaltend die Iodidformulierung und die andere die Enzymoxidasen). Diese Doppelschichtmembran kam aus der Presse in einer rechteckigen Form von ungefähr 9 × 12 cm und 0,02 Dicke und ließ sich leicht mit einer Schere oder einem Lochstanzer zu verschiedenen Formen schneiden. Auf ähnliche Weise erwies sie sich als stabil bei Lagerung bei Raumtemperatur für mehrere Monate ohne erkennbaren Verlust an Iod erzeugender Aktivität. Es wurde beobachtet, dass die letztgenannte Aktivität sich in weniger als 60 Sekunden bei Einwirkung von Wasser auf die Doppelschichtmembran bildete.
Verschiedene andere Formulierungen, wie die Herstellung von 3% Hydroxypropylmethylcellulose, 1% Noveon AA1-Hydrogelen, eingestellt auf 10 mM Kaliumiodid, 10 mg pro ml Glucose, und des gleichen Hydrogels, eingestellt auf 100 und 20 μg pro ml Glucose-Oxidase bzw. Meerrettich-Peroxidase, oder alternativ eingestellt auf 20 mM Natriumiodat als Oxidanskomponente, wurden hergestellt und in Form von gepressten Membranen unter Anwendung der gleichen Techniken gefertigt, was die allgemeinen Prinzipien dieser Fertigungstechnik bestätigte. Es wurde festgestellt, dass die Endprodukte alle sehr leichtgewichtig und stabil waren, jedoch elementares Iod bei Benetzung der Hydrogelmembranen bildeten.
Beispiel 10
Um die Retention von Formulierungen innerhalb der Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung in ihrem entspannten (d. h. unverzerrten statischen) Zustand zu bewerten, wurde die Abgabevorrichtung gefertigt, wie hier beschrieben. Genauer gesagt wurde ein siliastischer Schlauch mit verschiedenen Indikatoren gefüllt, dann in Waschlösungen eingetaucht, um auf eine Leckage in das externe Medium, das die Vorrichtung umspülte, zu testen. Eine Vorrichtung, die ungefähr 10 Löcher pro Quadratzentimeter enthielt, wurde für diese Tests verwendet.
Im ersten Experiment wurde eine wässrige Lösung von Toluidinblau (50 μg/ml) in den inneren Vorratsbehälter geladen, und nach Verschluss des Schlauchs in die Ringkonfiguration wurde die Vorrichtung in destilliertem Wasser gespült, dann in 50 ml 10 mM Natriumphosphatpuffer, 150 mM NaCl, pH-Wert 7,4, eingebracht in ein 150 ml-Becherglas, getaucht und zum Mischen am Grund des Becherglases auf einem Schütteltisch über eine Zeitspanne von 2 Wochen belassen. Der externe Puffer wurde visuell auf das Vorhandensein von Farbstoff, der aus dem inneren Vorratsbehälter austrat, untersucht. Es wurde nicht beobachtet, dass Farbstoff durch die Perforationslöcher in das äußere Medium unter diesen Bedingungen austrat. In der Mitte des 2-wöchigen Versuchsintervalls wurde die Vorrichtung leicht gequetscht und verzerrt. Farbstoff floss ohne weiteres in das äußere Medium, wobei der Ausstrom abbrach, als die Bewegung des Rings beendet wurde. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Ring aus dem Puffermedium entfernt, unter destilliertem Wasser gespült und zurück in das Becherglas auf dem Schütteltisch mit frischem Pufferaustausch gebracht. Kein weiterer Austritt von Farbstoff aus der Vorrichtung wurde bis zum Ende des Experiments beobachtet, wobei zu diesem Zeitpunkt der Ring erneut gequetscht und über seine normale Ruhezustandskonfiguration verzerrt wurde. Bei dieser Einwirkung trat erneut Farbstoff aus dem inneren Vorratsbehälter.
In einem zweiten Satz von Experimenten wurden Glucose-Oxidase (D-GIucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) (1 mg/ml) und Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) (0,5 mg/ml), eingestellt in 10 mM Natriumphosphatpuffer, 150 mM NaCl, pH-Wert 7,4, in den inneren Vorratsbehälter der mechanischen Vorrichtung geladen. Der Vorrichtungsring wurde verschlossen und unter destilliertem Wasser gespült. Die Vorrichtung wurde dann in einem Becherglas angeordnet, das ungefähr 20 ml 150 mM Kaliumiodid und 100 mg/ml Glucose, eingestellt in destilliertem Wasser, enthielt. Es trat keine Bildung von elementarem Iod, sichtbar durch Auftreten des gelben Triiodidkomplexes, in dem äußeren Medium selbst nach Belassen des Rings, eingetaucht in der Lösung, über eine Zeitspanne von ungefähr 8 Stunden auf. Am Ende dieses Experiments wurde der Ring um seinen äußeren Umfang gequetscht, um seine Form zu einem Ellipsoid zu verzerren. Dieser letztgenannte Schritt löste das Auftreten von Triiodid im äußeren Medium aus (verifiziert als elementares Iod durch Chloroformextraktion und Identifizierung von dessen charakteristischer violetter Farbe in Chloroform), was zeigt, dass ein Austritt von Glucose-Oxidase und Meerrettich-Peroxidase aufgetreten war, und zwar als Ergebnis der Verzerrung des Rings, so dass die Enzyme, die zuvor innerhalb des inneren Vorratsbehälters enthalten waren, den Substraten im äußeren Medium präsentiert wurden. Dies erlaubt die Bildung von elementarem Iod über die Oxidation von Glucose und die anschließende Peroxidation von Iodid in dem äußeren Medium.
Die beiden vorstehenden Experimente bestätigen die selbstabdichtenden Eigenschaften und das Design der Vorrichtung mit mechanischer Freisetzung hinsichtlich des Verhaltens von Formulierungen, die in deren inneren Vorratsbehälter gegeben wurden, und die Elastizität der Poren bei der erneuten Abdichtung und dem Halten von Formulierungen innerhalb des inneren Vorratsbehälters, wenn die mechanische Einwirkung auf die Abgabevorrichtung beendet wird.
Beispiel 11
9 zeigt die Aktivität von elementarem Iod, das enzymatisch durch die Einwirkung von Glucose-Oxidase (D-Glucose:Sauerstoff-1-Oxidoreduktase; EC 1.1.3.4) und Meerrettich-Peroxidase (Donor:Wasserstoffperoxid-Oxidoreduktase; EC 1.11.1.7) auf Glucose und Kaliumiodid gebildet wird, bei der Immobilisierung von menschlichem Sperma. In diesen Experimenten wurde Glucose-Oxidase auf 416 μg/ml eingestellt, Meerrettich-Peroxidase wurde auf 17 μg/ml eingestellt, Iodid wurde konstant bei 63 mM gehalten, und Glucose war bei 11,6 mM, alle eingestellt in 10 mM Natriumphosphat, 150 mM NaCl, pH-Wert 7,4 (Testreaktantengemisch). Frisch gesammelter Samen wurde 6-fach in isotoner Kochsalzlösung verdünnt, eingestellt in 10 mM Natriumphosphatpuffer, pH-Wert 7,4, und die Spermienbeweglichkeit wurde innerhalb von 20 Sekunden nach Mischen des Samens mit den Testreaktanten bewertet. Das Waschen des Spermas frei von den Formulierungen, die in diesen Experimenten verwendet wurden, stellte die Spermienbeweglichkeit nicht wieder her, was eine irreversible Immobilisierung des Spermas anzeigt. Das Weglassen von Iodid oder entweder Meerrettich-Peroxidase oder Glucose-Oxidase aus den Testreaktanten, zu denen das Sperma gegeben wurde, führte zu einer Er haltung der Spermienbeweglichkeit (9). Die Spermienimmobilisierung war vollständig innerhalb von 20 Sekunden gemäß den WHO-Standards unter Anwendung des modifizierten Sander-Cramer-Spermienbeweglichkeitsassays bei der Bewertung von Testproben. Fehlerbalken zeigen ±1 Standardabweichung von 2-fachen Bestimmungen eines einzelnen Spenders an. Vergleichbare Ergebnisse wurden mit sechs getrennten Spenderproben, erhalten mit Proben von vier einzelnen Samenspendern, erhalten. Alle getesteten Spermienproben erfüllten normale Standardcharakteristiken für die Bewertung der Spermienbeweglichkeit (> 20 × 10⁶ Spermien/ml, > 50% Beweglichkeit und > 50% normale Formen).
Während die Erfindung im Hinblick auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen erläutert wurde, erkennen Fachleute, dass Modifikationen und Verbesserungen an der Erfindung gemacht werden können, ohne von deren Umfang abzuweichen. Beispielsweise können, während die Diskussion hauptsächlich im Hinblick auf elementares Iod erzeugende Formulierungen erfolgte, andere Oxidans-erzeugende Formulierungen ebenfalls verwendet werden.

Claims

Implantierbare, anti-infektiöse medizinische Vorrichtung, umfassend eine polymere Matrix mit einer Oxidans-produzierenden Komponente innerhalb der Matrix, welche bei Befeuchtung die Bildung eines Oxidans und die verzögerte Freigabe von neu gebildetem Oxidans in und um die polymere Matrix herum bewirkt, wodurch der Vorrichtung anti-infektiöse Eigenschaften verliehen werden.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Oxidans elementares Iod ist.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Oxidans-produzierende Komponente, welche elementares Iod bildet, ein Reduktionsmittel und ein Oxidationsmittel umfasst.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 3, welche ferner einen Protonendonor umfasst, der in Kombination mit dem Reduktionsmittel und dem Oxidationsmittel in der polymeren Matrix der Vorrichtung anti-infektiöse Eigenschaften verleiht.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, worin das Reduktionsmittel ein Iodat-oxidierbares Substrat ist.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ascorbat, Thiol und organischem Aldehyd.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus wasserfreien Alkaliiodoxid-Salzen, anorganischen oder organischen Persäuren und Substrat-Oxidase-Enzymen.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das Iodoxidsalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kaliumiodat, Natriumiodat, Calciumiodat und Iodpentoxid.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die Persäure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Perboraten und Organoperoxysäuren.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 4, worin der Protonendonor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus organischen Säuren, anorganischen Säuren, Iodpentoxid und einem Anhydrid.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die polymere Matrix aus einem Polymer gebildet ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus thermoplastischen, duroplastischen und Hydrogel-Polymeren.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die polymere Matrix aus einem Polymer gebildet ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliconen, Polyolefinen, Polyamiden, Polyestern, Polyethern, Polyurethanen, Polycarbonaten, Polyacrylaten, Fluorpolymeren, Cellulosen und Stärke.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das Substrat-Oxidase-Enzym ein H₂O₂-erzeugendes Oxidase-Enzym ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glucoseoxidase mit einer spezifischen Aktivität von 2,000 bis 200,000 IE pro Gramm Glucoseoxidase und Diaminoxidase mit einer spezifischen Aktivität von 50 bis 800 IE pro Gramm Diaminoxidase, und die Konzentration der Glucoseoxidase oder Diaminoxidase 0,01 bis 2,5 Gewichtsprozent des polymeren Materials beträgt.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 13, welche ferner ein Peroxidase-Enzym umfasst, wobei das Substrat-Oxidase-Enzym eine Glucoseoxidase oder Diaminoxidase in einer Konzentration von mindestens 0,01 Gewichtsprozent des polymeren Materials ist und das Peroxidase-Enzym in einer Konzentration von mindestens 0,01% vorliegt, und die Summenkonzentration der Kombination von Oxidase- und Peroxidase-Enzym in einem Bereich von 0,01 bis 2,5 Gewichtsprozent des polymeren Materials liegt.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die polymere Matrix aus einem Hydrogel gebildet ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus linearen Polyacrylaten oder vernetzten Polyacrylaten, Hydroxyalkylcellulosen, Polycarboxyalkylcellulosen, wasserlöslichen Cellulosen, Polyethylenen oder Vinylalkoholen, Chitosanpolymeren, Alginsäuresalzen und Stärke.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 15, worin der pH des Hydrogels zwischen pH 3,0 bis pH 6,5, vorzugsweise 4,0, liegt und das Hydrogel auf 0,2 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 Gewichtsprozent, Wasser eingestellt wird.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 15, worin die Oxidans-produzierende Komponente ein Oxidationsmittel umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Alkalioxid von Iod, das in der Hydrogel-Formulierung in einer Konzentration von 0,1 mM bis 200 mM vorliegt.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 15, worin die Oxidans-produzierende Komponente ein H₂O₂-erzeugendes Oxidase-Enzym umfasst, welches in der Hydrogel-Formulierung in einer Konzentration von 2 μg/ml bis 500 μg/ml vorliegt, sowie ein Peroxidase-Enzym mit einer spezifischen Aktivität von 250,000 bis 330,000 IE pro Gramm Peroxidase-Enzym, das in der Hydrogel-Formulierung in einer Konzentration von 2 μg/ml bis 500 μg/ml vorliegt.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, worin die medizinische Vorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kathetern, Führungsdrähten, Prothesen, Implantaten, Verhütungsvorrichtungen.
Implantierbare anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, worin die Vorrichtung für die Vaginalimplantation ausgelegt ist, und das Oxidans spermizide Aktivität besitzt.
Anti-infektiöse medizinische Vorrichtung zur vaginalen Einführung, hergestellt aus einem polymeren Material, umfassend a) mindestens eine Vorratskammer, welche die Übertragung von Fluid von innerhalb der Vorratskammer zur Außenoberfläche der Vorrichtung zulässt; und b) Iod-produzierende Komponenten, enthalten in der Vorratskammer in Kommunikation mit der Außenoberfläche der Vorrichtung, welche bei mechanischer Deformation der Vorrichtung den Iod-produzierenden Komponenten das Vermischen und Austreten an die Außenoberfläche der Vorrichtung ermöglicht, was zur Bildung von Iod und (verzögerten) Freigabe des so gebildeten Iods führt.
Anti-infektiöse medizinische Vorrichtung nach Anspruch 21, worin das Oxidans elementares Iod ist.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 22, worin die Oxidans-produzierende Komponente ein wasserlösliches Iodidsalz und ein Oxidationsmittel umfasst.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 23, worin das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkaliiodoxid-Salzen, Persäuren, H₂O₂-erzeugenden Oxidase-Enzymen.