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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine Schmiermittelzusammensetzung
zur Anwendung in biomedizinischen Vorrichtungen. Diese Erfindung
betrifft insbesondere eine injizierbare Emulsion, die innerhalb
der menschlichen Arterien während
einer Rotationsatherektomieprozedur verwendet werden kann.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es ist gut bekannt, dass, aus verschiedenen
Gründen,
Menschen einen Krankheitszustand entwickeln können, bei dem ein Plaquetyp
oder eine harte Ablagerung entlang der Wände der Blutgefäße aufgebaut
wird, wodurch partiell der Blutfluss blockiert wird und schwerwiegende
medizinische Krankheitszustände
verursacht werden. Es sind einige verschiedene Prozeduren bereits
entwickelt worden, um mit dieser Situation zurechtzukommen. Eine
dieser Prozeduren ist die Rotationsatherektomie, wobei ein mechanisches
Rotationssystem die relativ harten intravaskulären Ablagerungen von den Wänden der
menschlichen Arterien entfernt, indem die unelastischen, verhärteten Ablagerungen
differenzierend weggeschnitten werden, während das weiche, elastische
Gewebe der inneren Haut der menschlichen Blutgefäße ausgespart wird. Das bahnbrechende
Patent, das eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Prozedur beschreibt,
ist das US-Patent
Nr. 4,990,134 (Auth.) mit dem Titel "TRANSLUMINAL MICRODISSECTION DEVICE".
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Bei der kommerziell erhältlichen,
in dem U.S. Patent Nr. 4,990,134 beschriebenen Vorrichtung, die
als Rotablator® bekannt
ist, dreht sich ein ellipsenförmiger
Grat, der mit winzigen Diamantflocken beschichtet ist, bei einer
Geschwindigkeit von mindestens etwa 155.000 Umdrehungen pro Minute.
Der Grat ist mit einem Antriebsmotor verbunden, der eine hohe Geschwindigkeitsrotation über einen
hohlen, flexiblen, helikalgewundenen Antriebsschaft ausüben kann,
und er wird durch das Blutgefäß über einen
engen Leiterdraht der durch die zentrale Bohrung des Grats und seinen
Antriebsschaft hinausgeht, geführt.
Wenn diese Vorrichtung in Betrieb ist, schneidet der Grat bevorzugt
hartes, inelastisches Material (Plaque), während das weiche, elastische
Material (Gewebe) ausgespart wird und erzeugt mikroskopische Trümmerfragmente,
die ausreichend klein in der Größe sind,
um sogar durch die engsten Gefäßkanäle (Kapillarbetten),
ohne sie zu verstopfen, zu gehen.
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Diese Atherektomievorrichtung Rotablator® und
auch jede andere Mikrodissektionsvorrichtung, bei der die Rotationsabtragung
beteiligt wird, erzeugt notwendiger Weise thermische Energie während ihrer
Rotation. Aus diesem Grunde wird, wie in dem U.S. Patent Nr. 4,990,134
beschrieben, eine biologisch verträgliche Salzlösung durch
eine Kunststoffummantelung, innerhalb derer der Antriebsschaft rotiert,
infundiert, um während der
Operation die Gleitgrenzfläche
zu kühlen.
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Außerdem wird zusätzlich zur
Durchführung
der Kühlfunktion
etwas Schmierung benötigt,
um eine Abnutzung, die durch die Rotationsreibung zwischen dem Führungsdraht
und dem Antriebsschaft oder zwischen dem Antriebsschaft und der
Plastikumhüllung
verursacht wird, zu verhindern. Die Hauptfaktoren, die eine Abnutzung
bei dieser Art Rotationskontakt bewirken, sind eine Beanspruchung,
die Temperatur, die Oberflächengeschwindigkeit,
das Oberflächenfinish,
die Oberflächenhärte, der
Kontaktbereich, die Zeit und die Art, Menge und Viskosität des Schmiermittels.
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Während
eines längeren
Betriebs der Vorrichtung sollte allerdings eine zusätzliche
Schmierung vorhanden sein, um das Leistungsvermögen des Führungsdrahts, der Antriebsschafts
und der Umhüllung
zu erhalten. Dieses Schmiermittel, muss, wenn es durch die Vorrichtung
von außerhalb
des Patientenkörpers
infundiert wird, natürlich
nicht toxisch und sicher für
die Verwendung in Arterien sein. Um außerdem mit dem Rotablator Advancer/Führungsdrahtsystem
bei seiner Verwendung effektiv zu sein, sollte das Schmiermittel
in der Lage sein, Scherbeanspruchungen bei 50°C zu widerstehen und es sollte
nicht die Agglomeration der abgetragenen Plaqueteilchen fördern.
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Injizierbare Öl-in-Wasser-Emulsionen werden
zur Zeit für
zwei klinische Anwendungen verwendet. Die erste ist die parenterale
oder intravenöse
Ernährung
als Quelle für
Fettkalorien und essentiellen Fettsäuren. Beispiele umfassen Intralipid®,
das von Pharmacia und Upjohn erhältlich
ist, und Liposyn, das von Abbott Laboratories erhältlich ist.
Die Emulsionen werden ebenfalls als Vehikel für schwach wasserlösliche lipophile
Arzneimittel verwendet, die nicht direkt injiziert werden können. Beispiele
umfassen Diprivan, das das Anästhesiearzneimittel
Proposal enthält
und Diazemuls, das das Arzneimittel Diazepam enthält.
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Lipidemulsionen sind inhärent instabil.
Keine kommerziell erhältliche
Lipidemulsion ist nach der Verdünnung
in physiologischer Salzlösung
(0,9% G/V) stabil. Diese Instabilität wird durch die Bildung großer Tropfen
von nicht emulgiertem Öl
auf der Oberfläche
und auch durch eine Verschiebung der Tropfengrößenverteilung zu viel größeren Durchmessern
manifestiert. Diese Veränderungen
geschehen oftmals innerhalb der ersten Stunde nach der Verdünnung in
Salzlösung
und werden durch Erhitzen oder durch Anwendung irgendeiner Scherkraft
beschleunigt. Der relativ geringe pH-Wert und die hohe Ionenstärke der
Salzlösung
tragen zu diesem Effekt bei.
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Kommerzielle Lipidemulsionen trennen
sich in Öl-
und Wasserschichten beim Tauen nach der Lagerung bei Gefriertemperaturen.
Aus diesem Grund ist eine besondere Sorgfalt notwendig, wenn im
Winter durch geographische Bereiche mit Temperaturen unterhalb des
Gefrierpunktes transportiert wird. Es ist bevorzugt, dass das Schmiermittel
eine Emulsion ist, die in Salzlösung
stabil ist und beim Gefrieren mit anschließendem Tauen stabil ist. Die
vorliegende Erfindung kommt diesen Erfordernissen nach und überwindet
andere Nachteile des Standes der Technik.
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Was erwünscht wäre, ist ein verbessertes, pharmakologisch
verträgliches
medizinisches Schmiermittel. Was bisher noch nicht zur Verfügung gestellt
worden ist, ist ein injizierbares medizinisches Schmiermittel, das
zum Schmieren rotierender und anderer sich bewegender medizinischer
Vorrichtungen geeignet ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung umfasst
ein medizinisches Schmiermittel, das für die Injektion in einen Patienten
geeignet ist.
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Das Schmiermittel ist eine Öl-in-Wasser-Emulsion,
die ein Öl,
ein oberflächenaktives
Mittel, ein weiteres oberflächenaktives
Mittel und Wasser umfasst. Das Schmiermittel umfasst bevorzugt ebenfalls
ein Kältemittel,
einen pH-Puffer und ein Konservierungsmittel. Die Lipidemulsion
weist bevorzugt einen mittleren Teilchen- oder Tropfendurchmesser
von weniger als 1 μm,
insbesondere weniger als etwa 0,5 μm, auf. Das Schmiermittel kann
einer substantiellen Scherkraft durch ein Rotationselement ausgesetzt
werden, es zeigt eine kommerziell annehmbare Lagerdauer während der
Lagerung bei Umgebungstemperaturen und es ist in der Lage, Gefrier-/Tau-Zyklen
ohne substantiellen Abbau zu widerstehen. Das Schmiermittel kann
in physiologischer Salzlösung
für die
Injektion verdünnt
werden und erhält
eine geeignete Emulsionstropfengröße nach dieser Verdünnung.
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Das Öl kann ein Pflanzenöl oder ein
Triglyzerid mittlerer Kettengröße sein.
Das bevorzugte Öl
ist raffiniertes Olivenöl,
das bevorzugt hauptsächlich
monoungesättigte Ölsäuren umfasst.
Das Öl
kann medizinische Vorrichtungen, wie Rotationsantriebsschaft in
Atherektomievorrichtungen, schmieren, wodurch ein Verschleiß bzw. Abnutzung
der sich bewegenden Teile vermindert wird. Eine mittlere Tropfengröße von weniger als
etwa 1 Mikrometer ermöglicht
eine Injektion in den Blutstrom und eine anschließende Absorption
vom Körper,
ohne dass ein schädlicher
Effekt verursacht wird. Die Emulsion umfasst am meisten bevorzugt
etwa 20 g raffiniertes Olivenöl
pro 100 ml Emulsion.
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Das oberflächenaktive Mittel kann ein
Phopholipid, bevorzugt gereinigte Eigelbphospholipide darstellen.
Das oberflächenaktive
Mittel stabilisiert die Öltropfen,
die in der kontinuierlichen wässrigen
Phase dispergiert sind. Die vorliegende Er findung umfasst bevorzugt
etwa 1,2 g Eigelbphospholipide pro 100 ml Emulsion.
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Das weitere oberflächenaktive
Mittel kann ein Salz einer Gallensäure, am meisten bevorzugt Natriumdesoxycholat,
sein. Das weitere oberflächenaktive
Mittel verbessert beträchtlich
die Tropfenstabilität
nach der Verdünnung
in Salzlösung,
die Wärmebeständigkeit
und die Beständigkeit
gegenüber
hohen Scherkräften.
Die Tropfenstabilität
umfasst die Beständigkeit
gegenüber
einer Bildung größerer Tropfen,
gegenüber
Aufrahmung und gegenüber
der Bildung einer separaten Ölschicht.
Das Gallensäuresalz,
das zusammen mit Glyzerin wirkt, sorgt für eine verbesserte Gefrier-/Tau-Stabilität. Die Anmelder
nehmen an, dass das Gallensäuresalz
ebenfalls die Schmierfähigkeit
durch Wirken als Benetzungsmittel verbessert, was die Beschichtung
der beweglichen Metallteile verbessert. Die vorliegende Erfindung
umfasst am meisten bevorzugt etwa 0,4 g Gallensäuresalz pro 100 ml Emulsion.
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Das Kältemittel kann raffiniertes
bzw, veredeltes Propylenglykol oder Glyzerin, bevorzugt Glyzerin, sein.
Das Glyzerin sorgt ebenfalls für
eine verbesserte Schmierung. Die vorliegende Erfindung umfasst bevorzugt
etwa 10 g Glyzerin pro 100 ml Emulsion.
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Der pH-Puffer ist bevorzugt ein Aminosäurepuffer.
Der pH-Puffer verleiht
eine verbesserte Tropfenstabilität
in einem Salzlösungsverdünnungsmittel.
Der Aminosäurepuffer
ist am meisten bevorzugt L-Histidin in einer Konzentration von etwa
0,16 g pro 100 ml Emulsion.
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Das Konservierungsmittel ist bevorzugt
ein Schwermetallchelator, wie Dinatrium-EDTA. EDTA und der Histidinpuffer
dienen als Antioxidantien und schützen die ungesättigten
Fettsäuren,
die in den Eigelbphospholipiden gefunden werden. Die Antioxidantien
sorgen für
eine längere
Lagerdauer der Emulsion bei Raumtemperatur und verhindern eine Peroxidbildung
während
der klinischen Anwendung. Dinatrium-EDTA ist bevorzugt in etwa 0,014
g pro 100 ml Emulsion vorhanden.
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Die Emulsion weist bevorzugt einen
pH-Wert auf, der auf zwischen etwa 8,3 und 8,8 mit einer Base, wie
Natriumhydroxid, eingestellt ist, auf. Dieser pH-Bereich optimiert
die Emulsionsstabilität
in Gegenwart von nicht gepufferter Salzlösung, die leicht sauer ist.
Natriumhydroxid kann in etwa 3,0 mÄq. pro Liter Emulsion vorhanden
sein.
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Die erfindungsgemäße Emulsion kann hergestellt
werden, indem raffiniertes Olivenöl, 1,2% Eigelbphospholipid,
0,16% Histidin (10 mMol), 0,014% Dinatrium-EDTA (0,5 mMol) und Wasser
kombiniert werden, wonach dann für
etwa 15 Minuten mit Ultraschall behandelt wird. Die Emulsion kann
ebenfalls unter Anwendung von Hochdruckhomogenisierungstechniken,
die dem Fachmann gut bekannt sind, hergestellt werden.
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Bis zur Anwendung kann die Emulsion
für mindestens
18 Monate, bevorzugt vierundzwanzig (24) Monate bei Raumtemperatur
gelagert werden. Die Emulsion kann gefroren bei minus 30 Grad C
gelagert werden und dann aufgetaut werden, ohne dass signifikante Änderungen
der Tropfengrößenverteilung
verursacht werden. Die Emulsion kann in eine normale, ungepufferte
0,9%ige Salzlösung
gegeben werden. Eine mögliche Verwendung
ist die Injektion der Emulsion in einen IV-Beutel mit Kochsalzlösung, wobei
die Emulsion verdünnt wird.
Die verdünnte
Emulsion kann von dem IV-Beutel durch eine Kathederröhre, die
in einem Rotationselement, wie einem Atherektomieantriebsschaft
oder einem Ultraschallsondenantriebsschaft, angeordnet ist, infundiert
werden. Die Emulsion dient dazu, die beweglichen Teile zu schmieren,
und sie kann dann in den Blutstrom eines Patienten eintreten, ohne
dass eine Schädigung
hervorgerufen wird.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Öl-in-Wasser
Emulsionsschmiermittel eine Mischung aus Wasser, Öl, einem
oberflächenaktiven
Mittel, einem weiteren oberflächenaktiven
Mittel, einem Phospholipid, einem Kältemittel, einem pH-Puffer
und einem Konservierungsmittel.
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Bevorzugt ist das in dem Lipidemulsionsschmiermittel
verwendete Öl
eine Flüssigkeit
bei Raumtemperatur, am meisten bevorzugt Olivenöl. Das Olivenöl enthält chemisch
gesehen hauptsächlich
monoungesättigte Ölsäure. Andere Ölbasen,
wie jeweils Sojabohnenöl,
das eine Mischung aus polyungesättigten
Fettsäuren,
hauptsächlich
C14, C16 und C18 enthält,
oder Triglyzeride mittlerer Kettenlänge (MCT) können ebenfalls verwendet werden,
insbesondere mit veränderbaren
Konzentrationen der anderen Bestandteile und mit verschiedenen oberflächenaktiven
Mitteln. Mandelöl,
Kokosnussöl,
Maisöl,
Baumwollsamenöl,
Seetieröl,
Palmenkernöl,
Kokosnussöl,
Färberdistelöl, Sesamöl, Sonnenblumenöl und physikalische
oder veresterte Mischungen daraus, können ebenfalls verwendet werden.
Diese anderen Ölbasen
sind allerdings nicht so effektiv wie das Olivenöl. Wir haben völlig überraschender
Weise festgestellt, dass Olivenölemulsionen besser
als Sojabohnenölemulsionen
schmieren. Das Schmiermittel reduziert den Verschleiß auf den
beweglichen Komponenten. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt
die Konzentration des Olivenöls
im Schmiermittel von etwa 5 bis etwa 40 g/100 ml Emulsion, insbesondere
etwa 15 bis etwa 25 g/100 ml Emulsion und am meisten bevorzugt etwa
20 g/100 ml Emulsion.
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Eine Emulsion ist eine Dispersion
aus einer in einer anderen Flüssigkeit
nicht mischbaren Flüssigkeit, in
der Regel Öl-in-Wasser. Ein Emulgator
ist ein oberflächenaktives
Mittel, das so ausgestaltet ist, dass es die dispergierten Tropfen
gegen Koaleszenz beschichtet und stabilisiert. Allerdings ist in
bestimmten Formulierungen diese Dispersion unzureichend durch den
Primäremulgator
stabilisiert, der typischerweise bei Konzentrationen von 1–5% (G/V)
hinzugefügt
wird. In diesen Fällen
kann ein zweites oberflächenaktives
Mittel, das als weiteres oberflächenaktives
Mittel, auch Cosurfactant, bekannt ist, hinzugegeben werden. Ein
weiteres oberflächenaktives
Mittel wird typischerweise bei einer fraktionierten Konzentration
des Primäremulgators,
z. B. 0,1–1%,
eingesetzt. Im Prinzip werden die weiteren oberflächenaktiven
Mittel hinzugefügt,
um spezielle Aufgaben, wie die Erhöhung der elektrostatischen
Oberflächenladung
auf den dispergierten Tropfen oder die Verstärkung des Grenzflächenfilms
zwischen Öl
und Wasser, zu erfüllen.
Es ist in Wirklichkeit ziemlich schwierig, vorher vorauszusagen,
welches weitere oberflächenaktive
Mittel, falls überhaupt,
eine neue Emulsionsformulierung unter spezifischen Umweltbedingungen
stabilisieren wird.
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Ein Primäremulgator in dem Lipidemulsionsschmiermittel
könnte
beispielweise aus einer Gruppe von Phospholipiden, wie Soja bohnen-
oder Eigelbphospholipiden, gewählt
sein. Ein bevorzugtes Phospholipid ist das Eigelbphospholipid, das
bevorzugt in einer Konzentration von etwa 0,3 bis etwa 3 g/100 ml
Emulsion, insbesondere etwa 0,6 bis etwa 1,8 g/100 ml Emulsion,
am meisten bevorzugt etwa 1,2 g/100 ml Emulsion, vorhanden ist.
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Das weitere oberflächenaktive
Mittel könnte
beispielsweise PEG-400 (Polyethylenglykol), Pluronic F68 (ein nicht-ionisches, Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockcopolymer,
BASF), Dimyristylphosphatidylglyzerin (DMPG) oder das Salz einer
Gallensäure
sein. Wenn PEG-400 verwendet wird, kann es bei etwa 5%, Gewicht/Volumen
vorhanden sein. Wenn Pluronic F68 verwendet wird, kann es bei etwa
1%, Gewicht/Volumen, vorhanden sein. Bevorzugt ist das weitere oberflächenaktive
Mittel das Salz einer Gallensäure,
wie Cholinsäure,
Desoxycholinsäure,
Taurocholinsäure
oder Mischungen daraus. Am meisten bevorzugt ist das weitere oberflächenaktive
Mittel Natriumdesoxycholat, weil etwas effektiver bei der Verschleißreduzierung
als DMPG ist. In der vorliegenden Erfindung war die Überlegenheit
des Natriumdesoxycholats gegenüber
anderen getesteten weiteren oberflächenaktiven Mitteln unerwartet
und auch nicht vorhersagbar. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Natriumdesoxycholat bei einer Konzentration von etwa 0,04
bis etwa 4 g/100 ml Emulsion, insbesondere etwa 0,2 bis etwa 0,8
g/100 ml Emulsion, am meisten bevorzugt etwa 0,4 g/100 ml Emulsion,
vorhanden.
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Ein bevorzugtes Kältemittel ist raffiniertes
bzw. veredeltes Propylenglykol oder Glyzerin, am meisten bevorzugt
Glyzerin. Glyzerin dient dazu, eine Gefriertoleranz zu verleihen
und esverbessert die gesamten Schmiereigenschaften der Emulsion.
Glyzerin ist bevorzugt bei einer Konzentration von etwa 1 bis 30
g/100 ml Emulsion, insbesondere etwa 2 bis etwa 20 g/100 ml Emulsion,
am meisten bevorzugt etwa 10 g/100 ml Emulsion vorhanden.
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Ein bevorzugter pH-Puffer ist ein
Aminosäurepuffer,
beispielsweise Alanin, Asparaginsäure, Glycin, Histidin, Isoleucin,
Leucin, Methionin, Phenylalanin, Prolin, Serin, Valin oder eine
Mischung daraus. Ein bevorzugter Aminosäurepuffer ist Histidin. Histidin
trägt signifikant
zur pH-Pufferkapazität
im kritischen pH-Bereich von 6–8
mit einem pKa von etwa 6,0 bei. Dieses pH-Puffern
trägt zur
Emulsionsstabilität
nach der Verdünnung in
Salzlösung
bei. Außerdem
dient das Histidin als Antioxidanz, insbesondere als Abfänger für Hydroxyradikale.
Histidin ist bevorzugt bei einer Konzentration von etwa 0,01 bis
etwa 1 g/100 ml Emulsion, insbesondere etwa 0,05 bis bis etwa 0,3
g/100 ml Emulsion, ganz bevorzugt etwa 0,16 g/100 ml Emulsion, vorhanden.
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Ein bevorzugtes Konservierungsmittel
ist ein Schwermetallchelator, Dinatrium-EDTA. Die Kombination aus
EDTA und Histidin dient als potentes Antioxidanz, um die in den
Eigelbphospholipiden gefundenen ungesättigten Fettsäuren zu
schützen.
Dieses Antioxidanzsystem dient dazu, sowohl die Emulsion in der
Flasche während
längerer
Lagerung bei Raumtemperatur zu schützen als auch die Peroxidbildung
während
der klinischen Anwendung zu inhibieren. Dinatrium-EDTA ist bevorzugt
bei einer Konzentration von etwa 0,001 bis etwa 0,1 g/100 ml Emulsion,
insbesondere etwa 0,01 bis etwa 0,05 g/100 ml Emulsion, am meisten
bevorzugt etwa 0,014 g/100 ml Emulsion, vorhanden.
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Schließlich kann Natriumhydroxid
hinzugegeben werden, um die Emulsion auf einen endgültigen pH von
etwa 8,3 bis etwa 8,8 zu titrieren. Dieser pH-Bereich wird dafür gewählt, um
die Emulsionsstabilität
in Gegenwart von nicht gepufferter Salzlösung, die leicht sauer ist,
zu optimieren.
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Um die vorliegende Erfindung zu realisieren,
kann eine Mischung aus einer Wasser-für-Injektion mit den oben aufgeführten Bestandteilen
in den beschriebenen Mengen durch einen Hochdruckhomogenisator gegeben
werden. Die erhaltene Mischung ist eine trübe weiße, milchige Flüssigkeit,
die eine Suspension aus kleinen Öltropfen
in Wasser mit einer normalen Tropfengrößenverteilung ist. Die Tropfengröße weist
ein Mittel von etwa 0,4 μm
und ein Maximum von etwa 4 μm
auf. Die Verteilung umfasst 90% Tropfen mit weniger als etwa 6,5 μm und weniger
als 0,5% Tropfen, die größer als
1 μm sind.
Selbst nach der Aussetzung hoher Scherkräfte verbleiben alle Tropfen
bei weniger als etwa 5 μm.
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Das Schmiermittel kann in sterilen
Behältern
transportiert werden und in einen sterilen intravenösen (IV)
Kochsalzlösungsbeutel
vor der Verwendung eingespritzt werden. Während einer Rotationsatherektomieprozedur
kann das Schmiermittel durch den Katheder eines Rotablatorsystems
und dann in die Koronaarterie infundiert werden. Da die vorliegende
Erfindung für
die parenterale Anwendung sicher ist, ist sie ein potentielles Schmiermittel
für jede
Vorrichtung, die innerhalb des menschlichen Körpers operiert. Beispiele dafür sind: eine
interoperative Milch, in die das endoskopische Gerät vor der
Platzierung im menschlichen Körper
eingetaucht wird; eine Beschichtung für Nähte, um die Reibung herabzusetzen;
ein Schmiermittel für
Herzklappen, um die Platzierung während der Operation zu erleichtern;
ein Schmiermittel für
Ultraschallkatheter und ein Schmiermittel für andere zukünftige Vorrichtun gen,
bei denen schnell beweglichen Teile im Körper verwendet werden.
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Experimentelle
Ergebnisse
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Probenpräparation
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Es wurden vier 1-Liter Einheiten
aus 20% Olivenölemulsion
hergestellt, mit jeweils 100 ml Emulsion, die 20,0 g Olivenöl, 1,2 g
Eigelbphospholipid (ein oberflächenaktives
Mittel), 0,40 g Natriumdesoxycholat (ein weiteres oberflächenaktives
Mittel aus einem Gallensäuresalz),
0,16 g L-Histidin (ein pH-Puffer einer Aminosäure) und 0,014 g Dinatrium-EDTA
(ein Konservierungsmittel). Es wurden ebenfalls 3,0 mÄq/l NaOH
zur Einstellung des pHs hinzugegeben. Die vier Einheiten variierten
nur im Hinblick auf den Glyzeringehalt (ein Kältemittel) in den in Tabelle
1 gezeigten Mengen. Intralipid, eine kommerziell erhältliche
Lipidemulsion für
die parenterale Ernährung,
ist in Tabelle 1 als Vergleich eingeschlossen. Intralipid 20% enthält 20% G/V
Sojabohnenöl,
Eigelbphospholipide, Glyzerin, Natriumhydroxid und Wasser für die Injektion
(WFI).
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Tabelle
1
Glyzerinkonzentration, Osmolalität und Zeta-Potential
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Es werden hohe Glyzerinkonzentrationen
erwartet, um die Osmolalität
zu erhöhen
und den Gefrierpunkt herabzusetzen. Die ursprüngliche Formulierung wurde
mit 1,6% Glyzerin versehen, um ein isotonisches Produkt mit etwa
280–320
mOsm/kg herzustellen. Da die Osmolalität nicht direkt in Glyzerinproben
höherer Konzentration
unter Anwendung der Gefrierpunktherabsetzungsmethode gemessen konnte,
wurde die Osmolalität
nach einer 1 : 50-Verdünnung in
0,9% Kochsalzlösung
gemessen. Diese Verdünnung
wurde gewählt,
um die erwartete klinische Praxis darzustellen. Die Osmolalität des Intralipids
wurde mit einer unverdünnten
Probe gemessen.
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Das Zetapotential oder die Nettooberflächenladung
ist eine wichtige Determinante für
die Stabilität
in Kolloidsystemen. Das Zeta wurde aus der mikroelektrophoretischen
Mobilität
in 5 mMol Hepes-Puffer bei pH 8,0 unter Verwendung eines Laserlichtstreunachweissystems
(Malvern ZetaSizer) berechnet. Die Kontrollproben (nicht gefroren)
wurden verwendet. Wie man in Tabelle 1 sehen kann, war das Zeta-Potential
bei einer Glyzerinkonzentration von etwa 10% am stärksten negativ.
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Visuelle Betrachtung
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Mindestens drei getrennte Flaschen
aus jeder Einheit wurden im Hinblick auf ihre Homogenität und Oberflächenöl visuell
begutachtet. Die Begutachtungen wurden bei den Anfangsproben etwa
1 Woche nach der Sterilisation und bei Proben, die einen Gefrier-/Tauzyklus
und einem Transport unterworfen worden sind, durchgeführt. Die "Aufrahmung" bezieht sich auf
ein rasches Schweben (z. B. innerhalb einer Stunde) von großen, emulgier ten Öltropfen,
die entweder durch Koaleszenz oder durch Aggregation von kleineren
emulgierten Tropfen gebildet worden sind. Im Gegensatz dazu sind
die Oberflächenöltropfen
("freies Öl") nicht emulgiert. Die
Ergebnisse der visuellen Betrachtung sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Wie man aus der Tabelle 2 ersehen kann, zeigte die Einheit HT-050
mit 10% Glyzerin kein Oberflächenöl und keine
Aufrahmung, jeweils gleich am Anfang oder nach dem Gefrier-/Tau-Zyklus.
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Tabelle
2
Visuelle Untersuchung
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Gefrier-/Tau-Zyklus und
Belastungstest
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Die Messungen des pHs und der Tropfengröße wurde
dreifach mit Proben aus jeder Einheit durchgeführt. Die Testproben wurden
einem Gefrier-/Tau-Zyklus und einem Transport unterworfen. Die Kontrollproben wurden
nicht gefroren, sondern nur transportiert. Sowohl die Kontrollproben
als auch die Gefrier-/Tau-Proben wurden
einem Belastungstest mit Kochsalzlösung/Hitze/Scherkräften unterworfen.
Bei diesem Test ist eine 1 : 20-Verdünnung in 0,9% Kochsalzlösung gefolgt
von einem Erhitzen in einem Wasserbad mit 40°C für 5 Minuten und ein Abschluss
mit einer Verarbeitung mit hohen Scherkräften innerhalb 3 Minuten mit
einer Rotorstatorvorrichtung (Ultra Turrax, 20, 500 Upm) bei 40
Grad C beteiligt. Aufgrund der signifikanten Zerstörung (Aufrahmung)
der Gefrier-/Tau-Proben der Einheit HAT-049 (1,6% Glyzerin) wurden
diese nicht diesem Test unterworfen. Einige Daten für das Intralipid
20% und Einheit HT-050 (10% Glyzerin) sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
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Tabelle 3 enthält die folgenden Ergebnisse:
pH (vor und nach dem Gefrieren/Tauen für die Einheit HT-050); pH nach
Verdünnung/Hitze/Scherkraft;
mittlerer Tropfendurchmesser vor und nach Verdünnung/Hitze/Scherkraft; Tropfendurchmesser,
wobei 90% der Tropfen einen kleineren Durchmesser vor und nach Verdünnung/Hitze/Scherkraft
aufweisen; Tropfendurchmesser, wobei 100% der Tropfen einen kleineren
Durchmesser vor und nach Verdünnung/Hitze/Scherkraft
aufweisen und die Prozentzahl Tropfen mit einem Tropfendurchmesser
von größer als
1 Mikrometer vor und nach Verdünnung/Hitze/Scherkraft.
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Die Bewertung aus Tabelle zeigt eine
beträchtliche
Vergrößerung des
Tropfendurchmessers nach der Beanspruchung durch Verdünnung/Hitze/Scherkraft
für das
Intralipid 20%. Wie bereits zuvor diskutiert wurde, führt das
Frieren/Tauen von Intralipid 20% zu einer Phasentrennung. Die Einheit
HT-050 (10% Glyzerin) in der Kontrolle (vor dem Gefrieren/Tauen)
zeigt einen leichten Anstieg des Tropfendurchmessers bei dem 90sten Per centil
und eine maximale Tropfengröße von 4,30 μm aufgrund
von Verdünnung/Hitze/Scherkraft.
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Dieses ist vergleichbar mit dem Anstieg
des Tropfendurchmessers von 0,80 bis 1,23 μm für das Intralipid beim 90sten
Percentil und der maximalen Tropfengröße von 12,2 μm aufgrund
von Verdünnung/Hitze/Scherkraft.
Das Gefrieren/Tauen zeigte eine nicht-signifikante Wirkung auf die
Tropfengröße für die Probe der
Einheit HT-050. Das Frieren/Tauchen zeigte ebenfalls keine signifikante
Veränderung
auf die Wirkung von Verdünnung/Hitze/Scherkraft
auf die HT-050 Probe nach dem Tauen.
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Tabelle
3
Wirkungen des Frierens/Tauens und Hitze/Scherkraft auf 20%ige
Olivenölemulsionen
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Phasenkontrastmikroskopie
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Die Proben wurden ebenfalls mit der
Phasenkontrastmikroskopie bewertet. Die gefrorenen/getauten Proben
von HT-049 (1,6% Glyzerin) zeigten eine große Anzahl von koaleszierten
und aggregierten Öltropfen. Im
Gegensatz dazu zeigten alle Proben mit erhöhtem Glyzerin, HT-050 (10%
Glyzerin), HT-051 (20% Glyzerin) und HT-052 (30% Glyzerin) ein sehr
gleichmäßiges sauberes
Aussehen ohne großen
Kochsalzlösung/Hitze/Scherkraft-Belastungstest. Die
Proben aus allen Olivenöleinheiten
sahen ausgezeichnet aus, währen
die Intralipidproben viele große
koaleszierte Tröpfchen
zeigten. Diese Beobachtungen stimmen mit den in Tabelle 3 gezeigten
Tropfengrößenverteilungsdaten überein.
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Zusammenfassung
des Probentests
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Die Zugabe von Glyzerin mit 10 Gew.-%,
Gewicht/Volumen, scheint dafür
auszureichen, die Olivenölemulsionen
vor einer Schädigung
durch Gefrieren/Tauen für
mindestens 48 Stunden, selbst bei –30°C, zu schützen. Diesbezüglich wurden
keine Vorteile mit höheren
Glyzerinkonzentrationen beobachtet. Die Gegenwart einer erhöhten Glyzerinkonzentration
hatte keine signifikante Wirkung auf das Aussehen des Produkts, den
pH, die Tropfengrößenverteilung
oder das Zetapotential. Im Gegensatz dazu zeigte die 1,6%ige Glyzerinprobe
(HT-049) eine starke Aufrahmung nach dem Gefrieren/Tauen. Die vollständige Erhaltung
der Emulsionsqualität
während
des Frierens/Tauens unter Verwendung von nur 10% G/V-Glyzerin (z.
B. Einheit #HT-050) war völlig überraschend
und unerwartet. Da Proben, die –30°C gelagert
worden waren, als scheinbar gefrorener Feststoff auftreten, wirkt
das Glyzerin nicht als einfaches Antifriermittel. Die Kryokonservierung
muss durch die Wirkung an der Öl-Wasser-Grenzfläche des
dispergierten Tropfen, das heißt
in der Phosphorlipidmonoschicht, aufgetreten sein.
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Die Zugabe von jeweils 10% Glyzerin,
nach 50-fachen Tropfen. Die Proben wurden ebenfalls nach der Verdünnung in
0,9% Salzlösung
beobachtet, was zu einer Erhöhung
der Osmolalität
von etwa 20 mOsm/kg führt.
Demzufolge weist selbst eine 30%ige Glyzerinemulsion eine verdünnte Osmolalität auf, die
nicht höher als
das unverdünnte
Intralipid 20% ist. Deswegen werden bei klinischen Anwendungen keine
Tonizitätsprobleme
erwartet.
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Nutzen
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Der Nutzen der Erfindung wurde mit
einem Rotoblater-System getestet. Dieses System rotiert eine rostfreie
Antriebsspule mit 135 cm mit einem daran befestigten Diamant beschichteten
Grat über
einen rostfreien Führungsdraht
mit einem Durchmesser von 0,009 Inch bei 180.000 Upm. Das System
in der augenblicklichen Verwendung wird während des Starts mit einem
Dünnfilm
aus HYSTERENE auf dem Führungsdraht
und während
der Operation mit einer kontinuierlichen Infusion aus normaler Kochsalzlösung geschmiert.
Dieses ermöglicht
eine effiziente Operation für
nur einen begrenzten Zeitraum, weil das Schmiermittel weggewaschen wird
und nicht nachgefüllt
wird, deswegen kann das Leistungsvermögen dann stark abfallen, wenn
die Vorrichtung mit der Operation beginnt. Der Abfall des Leistungsvermögens kann
die Form des Verlusts der Geschwindigkeit, eines Hitzeaufbaus, einer
Führungsdrahtabnutzung,
einer Abnutzung der Antriebsspule, einer Abnutzung des Grats und
einer reduzierten Axialmobi lität
einnehmen. Optimalerweise sollte das Schmiermittel bei der Verwendung
mit dem Rotoblater-Advancer/Führungsdraht-Systems einer hohen
Scherbelastung bei 50°C ohne
Abbau der Emulsion standhalten. Alle Emulsionstropfen sollten einen
Durchmesser von weniger als 5 μm behalten,
auch nach der Scherbelastung, die unmittelbar mit der Vorrichtung
einhergeht. Außerdem
sollte eine Mischung der Emulsion in Kochsalzlösung nach einer Lagerung über Nacht
bei Raumtemperatur stabil bleiben und nicht toxisch sein.
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Abnutzungs-
und Geschwindigkeitsstabilitätstest
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Es wurden Schmiermittel unter Verwendung
des Rotoblater-Advancers
getestet. Ein Advancer mit einem Grat mit 1,75 mm wurde durch eine
PTFE-Röhre
mit einem 2,2 ID, der über
einem Dornenpaar gewickelt ist, geführt, um einen stationären Weg
in Form eines "S" zu bilden. Das distale
Ende des Führungsgrats
wird etwa 2 Inch nach dem Grat platziert, und die Befestigung wird
in ein Wasserbad mit 37°C
eingetaucht und für 5
Minuten laufen gelassen. Die getesteten Schmiermittel umfassten
eine normale Kochsalzlösung
und eine Kochsalzlösung,
die mit 20 cc pro Liter der Olivenölemulsion gemischt ist. Die
Advancer-Geschwindigkeit
wurde aufgezeichnet und die Abnutzungskratzer auf dem Führungsdraht
mit einem Lasermikrometer gemessen. Mit Kochsalzlösung allein
betrug die durchschnittliche Abnutzung 0,0048 Inch im Vergleich
mit nur 0,0001 Inch Abnutzung für
die Kochsalzlösung,
die mit der Emulsion versetzt war. Mit Kochsalzlösung alleine ergab die Änderung
der durchschnittlichen Geschwindigkeit einen Abfall von 13.877 Upm
im Vergleich mit einem durchschnittlichen Anstieg von 79 Upm für die Kochsalzlösung mit
der hinzugefügten
Emulsion. Somit verbesserte die hinzugegebene Emulsion die Abnutzung
des Führungsdrahts
und auch die Geschwindigkeitsstabilität.
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Krafttest
beim Einschieben in gewundene Bereiche
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Es wurde eine andere Testserie durchgeführt, die ähnlich der
vorherigen Studie war, allerdings wurde ein mehr gewundener Weg
gewählt,
um den Weg eines Corona-Gefäßes zu simulieren.
Der Grat wurde vorgeschoben und über
eine Krümmung
in Form eines "S" während des
5-minütigen
Tests zurückgezogen.
Der Test hat die Kraft, die erforderlich ist, den Grat vorzuschieben
und zurückzuziehen,
die Advancer-Geschwindigkeit und die Flüssigkeit 5 Temperatur unterhalb
des Grats der PTFE-Röhre
gemessen. Mit der Kochsalzlösung
allein erniedrigt sich die Upm um 13.000 Upm im Vergleich mit einem
Anstieg von 800 Upm für
die Kochsalzlösung
mit der Emulsion. Mit der Kochsalzlösung alleine betrug der Peak
der Fluidtemperatur 58°C
im Vergleich zu 47,5°C
für die
Kochsalzlösung
mit der Emulsion. Mit Kochsalzlösung
alleine war eine Kraft von 170 g an dem Peak für das Eindringen der Vorrichtung
erforderlich im Vergleich zu 120 g für die Kochsalzlösung mit
der Emulsion. Deswegen ergab die Emulsion eine verbesserte Schmierung
gegenüber
der Kochsalzlösung allein.
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Vergleich
mit anderen Lipidemulsionen
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Es wurde eine andere Studie unter
Anwendung von Stäben
aus rostfreiem Stahl mit Oberflächengeschwindigkeiten
und Drücken,
die ähnlich
waren, die beim Rotoblater gefunden wurden, durchgeführt. Eine Serie
von Emulsionen aus Olivenöl
und Intralipid wurde auf die Abnutzungsbeständigkeit und die Emulsionsstabilität getestet.
Die durchschnittlichen Abnutzungskratzer mit Intralipid betrugen
das 64-millionste eines Inches +/– 16 im Vergleich zu nur dem
5-millionsten eines Inches +/– 11
für die
Olivenölemulsionen.
Des weiteren zeigte die Olivenölemulsion
keine merkbaren Postscherkraftänderungen
bei der Teilchengrößenverteilung, wobei
der mittlere Tropfendurchmesser bei etwa 0,4 Mikrometer blieb. Im
scharfen Kontrast dazu, zeigte das Intralipid-Schmiermittel eine
dramatische Verschlechterung in der Emulsion, wozu ein Anstieg des
maximalen Tropfendurchmessers auf 10 μm, ein Anstieg des mittleren
Tropfendurchmessers auf etwa 0,8 μm,
ein Anstieg des 90sten Perzentils Tröpfchendurchmesser von etwa
0,8 μm bis
etwa 2 μm
und eine bimodale Verteilung des Tröpfchendurchmessers mit einem
zweiten Peak bei etwa 2 μm
gehören.
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Vergleichstests
mit Ölemulsionen
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Es wurde eine Serie von Ölemulsionsproben
hergestellt, die alle 20% Gewicht/Volumenöl, 1,2% Eigelbphospholipid,
0,16% L-Histidin
(10 mMol) und 0,014% Dinatrium-EDTA (0,5 mMol) enthielten. Weitere
Bestandteile in jeder Probe sind in der Tabelle 4 angegeben. Die
Emulsionen wurden durch Ultraschallbehandlung (Sonics and Materials
Inc., 13 mm Horn, 200 ml Probenvolumen und 80% Leistung für 15 Minuten
bei 50%igem Arbeitszyklus) hergestellt. Die Tropfengrößenverteilung
wurde durch Laserlichtstreuung (Malvern MasterSizer) bestimmt. Der
Test auf die Abnutzung des rostfreien Stahls wurde als das Verhältnis des
Volumenverlusts des rostfreien Stahls mit einer Kochsalzlösungskontrolle
geteilt durch den Volumenverlust mit der Testemulsion ausgedrückt. Höhere Verhältnisse
zeigen weniger Stahlverlust an und daher eine bessere Schmierung.
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Tabelle
4
Olivenöl-in-Wasser-Emulsionen
sind für
die Schmierung am meis ten effektiv
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Wie aus der Bewertung von Tabelle
4 zu ersehen ist, gab es dramatischen und unerwarteten Vorteil im
Hinblick auf die Schmiereffizienz, wenn gereinigtes Olivenöl (Croda)
als emulgierte Lipidphase gegenüber anderen Ölen, wie
MCT (Triglyzeride mittlerer Kettenlänge). Andere Studien (nicht
gezeigt) bestätigten
die Überlegenheit
des Olivenöls.
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Emulsionsstabilitätstest des
weiteren oberflächenaktiven
Mittels
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Um als Schmiermittelemulsion geeignet
zu sein, muss das injizierbare Produkt für mehrere Stunden nach Verdünnung in
einer ungepufferten, normalen 0,9%igen Kochsalzlösung stabil sein. Deswegen
wurde eine Serie von Proben mit verschiedenen wässrigen weiteren oberflächenaktiven
Mitteln in einer 20%igen Olivenölemulsion
getestete. Die Proben umfassten eine Kontrolle ohne weiteres oberflächenaktives
Mittel, PEG-400 hinzugefügt
mit 5%, Pluronic F68 (nicht ionisches Blockcopolymer), hinzugefügt mit 1
Gew.-%, Natriumdesoxycholat (ein Gallensäuresalz), hinzugefügt mit 0,2%
und Intralipid (20%). Die Emulsionen wurden 1 : 20 in 0,9% Kochsalzlösung verdünnt, und
man ließ sie
bei Raumtemperatur über
Nacht stehen. Die Emulsionsqualität wurde bewertet, indem die
Bildung großer
Tröpfchen
(% > 1 Mikrometer)
mit einem Laserstreuinstrument beobachtet wurde. In abfallender
Reihenfolge der Prozentzahl an Tröpfchen mit einem Durchmesser von
größer als
1 Mikrometer, zeigte Intralipid 60%, Pluronic F68 42%, PEG-400 37%,
die Kontrolle 25% und Desoxycholat 6%.
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Aus verschiedenen Experimenten wie
diesen haben wir geschlossen, dass die Verwendung von Desoxycholat
als weiteres oberflächenaktives
Mittel am besten diese Olivenölemulsion
nach der Kochsalzlösungsverdünnung schützt.
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Teilchengrößetests
mit verdünntem
Intralipid
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Intralipid wurde auf seine Verwendung
als Schmiermittel in einem Abnutzungstest mit rostfreiem Stahl bewertet.
Intralipid wurde nach der Lösung
in Wasser für
die Injektion (WFI), nach einer Verdünnung von 1 : 20 in Kochsalzlösung und
nach der Verdünnung
in Kochsalzlösung
mit einer Hitze/Scherkraft-Beanspruchung bewertet.
Der mittlere Tröpfchendurchmesser
von Intralipid am Anfang nach der Verdünnung in WFI betrug 0,44 Mikrometer
im Vergleich mit 2,07 nach der Verdünnung in Kochsalzlösung und
0,96 nach der Verdünnung in
Kochsalzlösung
mit einer Hitze/Scherkraft/Belastung. Die Prozentzahl der Tröpfchen am
Anfang mit einem Durchmesser von größer als 1 μm betrug 2,6% im Vergleich mit
42,8% nach der Verdünnung
in Kochsalzlösung
und 26,1% nach der Verdünnung
in Kochsalzlösung
mit der Hitze/Scherkraft-Beanspruchung. Während das Intralipid ein sicheres
und klinisch annehmbares intravenöses Ernährungsprodukt ist, ist es als
injizierbares Schmiermittel nicht geeignet, weil diese Sojabohnenölemulsion
große Öltröpfchen und
eine Aufrahmung nach der Beanspruchung durch Kochsalzlösungsverdünnung/Hitze/Scherkraft
zeigt.
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Belastungstests des weiteren
oberflächenaktiven
Mittels durch Kochsalzlösungsverdünnung/Hitze/Scherkraft
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Die Prozentzahl von großen Tröpfchen die
größer als
1 Mikrometer sind, sowohl gleich am Anfang als auch nach dem Belastungstest
durch Kochsalzlösungsverdünnung/Hitze/Scherkraft,
wurde für
Emulsionen mit einer Serie mit weiteren oberflächenaktiven Mitteln gemessen.
Dimyristoylphosphatidylglyzerin (DMPG), ein geladenes Lipid, wurde
zu 0,2% hinzugegeben. Polaxamer 331, ein lipophiles, nicht ionisches
Blockcopolymer wurde zusammen mit dem DMPG in einer anderen Probe
hinzugefügt.
Desoxycholat, eine Gallensäure,
wurde zu 0,4% hinzugegeben. Poloxamer 331 wurde zusammen mit dem
Desoxycholat in einer anderen Probe hinzugefügt. Es wurde ebenfalls Intralipid
getestet.
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Das DMPG-Präparat zeigte anfangs etwa 37%
Tröpfchen
mit einem Durchmesser von größer als
1 Mikrometer, Desoxycholat etwa 14%, Poloxamer/Desoxycholat und
Intralipid etwa 3% und Poloxamer/DMPG etwa 2%. Das Unvermögen von
DMPG, eine kleinere Tröpfchengröße zu verursachen,
war unerwartet, weil dieses Lipid die Stabilisierung der elektronegativen
Obeflächenladung
auf dispergierten Tröpfchen
erhöht.
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Nach dem Test durch Kochsalzlösungsverdünnung/Hitze/Beanspruchung
zeigte allerdings das DMPG etwa 37% Tröpfchen mit einem Durchmesser
von größer als
1 Mikrometer, Poloxamer/Desoxycholat etwa 32%, Intralipid und Poloxamer/DMPG
etwa 27% und Desoxycholat etwa 15%. Während somit einige weitere oberflächenaktive
Mittel eine feinere anfängliche
Tröpfchengrößenverteilung
als Desoxycholats ergeben, sorgen sie für einen wesentlich geringeren
Schutz gegenüber
Beanspruchung durch Kochsalzlösungsverdünnung/Hitze/Scherkraft.
Wir haben aus den Studien wie diesen geschlossen, dass das Natriumdesoxycholat das
am meisten bevorzugte weitere oberflächenaktive Mittel ist.
