Brevet FR2464962A1 — publié le 19810320

La présente invention a trait au collagène, et elle concerne plus particulièrement du collagène macromo- léculaire reconstitué en fibre. L'expression "collagène insoluble naturel" uti- lisée dans le présent mémoire désigne du collagène qui ne peut pas être dissous dans une solution aqueuse alca- line ou dans toute solution de sel inorganique sans modi- fication chimique et comprend les peaux de grands animaux, les couches de peaux fendues et autres peaux de mammifères ou de reptiles. L'expression "collagène naturel insoluble" désigne plus particulièrement le corium qui est la couche intermédiaire d'une peau de bovidé entre le côté grain et le côté chair. Le collagène constitue le tissu conjonctif et représente le type principal de protéine fibreuse chez les vertébrés supérieurs. Le collagène, dans son état naturel, existe en un enroulement de triples chaines présentant une périodicité constante entre les triples chaînes ali- gnées. La configuration en triples chaînes hélicoïdales du collagène est parfois dénommée fibrille et les fibrilles s'alignent avec une périodicité axiale d'environ 64 nm. Bien qu'il existe plusieurs types de collagène, le type principal, appelé "type I", représente le collagène principal de la peau, des os; et des tendons. La composi- tion des chaînes du collagène du type I est de la forme Lal(I)2 a 2]. Les chaînes al(I) et a 2 sont homologues. Chez les jeunes animaux, la réticulation inter- moléculaire et interfibrillaire est faible, ce qui crée un certain degré de solubilité du collagène. Toutefois, pendant le processus de vieillissement, une réticulation tant intermoléculaire qu'interfibrillaire a lieu, rendant ainsi le collagène insoluble. L'utilisation de collagène sous la forme sensi- blement pure a été proposée pour de nombreuses applications, par exemple pour panser des brûlures comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 3 939 831 et N0 3 514 518, et pour des applications médicales similaires comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N0 3 157 524 et N0 3 628 974, et on a aussi proposé de l'utiliser comme additif pour les produits d'alimentation. Bien qu'il soit connu que le collagène peut être purifié par la dépolymérisation du collagène insoluble naturel ainsi que par sa reconstitution subséquente, les rendements ont été assez faibles et le produit résultant n'est pas nécessairement doué d'activité biologique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 637 642 illustre un procédé de dissolution du collagène insoluble et de régénération de la fibre. En outre, le collagène et les substances appa- rentées ont trouvé des applications dans le domaine de l'alimentation, des produits cosmétiques et des produits pharmaceutiques. On a proposé de plus des procédés de solubilisa- tion et de reconstitution du collagène par l'utilisation d'enzymes qui rompent les liaisons intrafibrillaires et interfibrillaires comme décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique NO 3 034 852. On a proposé en outre des procédés de transformation de masses fibreuses de colla- gène en une matière en feuille, comme décrit dans-les brevets des EtatsUnis d'Amérique N0 2 934 447 et NO 2 934 446. Conformément aux brevets des Etats-Unis d'Améri- que N0 3 939 831 et N0 3 742 955, des pansements médicinaux peuvent être préparés à partir de collagène dans lequel des antibiotiques et des substances similaires sont dispersés en vue d'activer la guérison de la peau qui a été brûlée. La présente invention propose un procédé de disso- lution et de régénération de fibre de collagène, qui éli- mine sensiblement la totalité des impuretés de la source de collagène et qui donne comme produit un collagène sensi- blement pur qui est biologiquement actif et -sensiblement non antigénique. Du collagène macromoléculaire reconstitué est préparé par traitement de collagène insoluble naturel avec une solution aqueuse comprenant un sulfate de métal alcalin et un hydroxyde de métal alcalin pendant au moins 48 heures pour saponifier les graisses en suspension dan's le colla- gène insoluble naturel. Le collagène dégraissé est ensuite traité avec une solution aqueuse renfermant un sulfate de métal alcalin, pendant au moins 4 heures pour stabiliser les liaisons interfibrillaires entre des chaînes poly- peptidiques individuelles. Le collagène est ensuite dissous dans une solution acide aqueuse, et la solution est congelée à une vitesse d'abaissement de la température de 18 à 240C/heure, et de préférence, de 20OC/heure jusqu'à une température de -60 à -70WC. Le collagène congelé est déshy- draté sous vide (133,3 à 1,33 mPa)pendant au moins 16 heures en vue de l'obtention d'un collagène biologiquement actif. Diverses matières douées d'activité biologique peuvent être ajoutées à la solution acide aqueuse avant la congélation. Le collagène obtenu comme produit peut ensuite être implanté, par exemple dans un animal, et la substance active peut etre libérée lentement. Le produit peut séjourner dans l'organisme biologique et il s'y dissout lentement par suite d'une di- gestion enzymatique et du fait d'autres processus biologiques. Les sulfates alcalins que l'on peut utiliser con- formément à la présente invention sont les sulfates de métaux alcalins tels que le sulfate de sodium, le sulfate de potas- sium et les sulfates de métaux alcalino-terreux tels que le sulfate de calcium, le sulfate de magnésium, etc. Le sulfate de métal alcalin que l'on apprécie le plus est le sulfate de sodium. Les hydroxydes de métaux alcalins utiles à la mise en oeuvre de la présente invention sont l'hydroxyde de sodium et l'hydroxyde de potassium, notamment l'hydroxyde de sodium. Les hydroxydes de métaux alcalino-terreux tels que l'hydro- xyde de calcium et l'hydroxyde de magnésium peuvent rempla- cer en partie les hydroxydes de métaux alcalins. Toutefois, on doit prévoir une quantité suffisante d'hydroxyde de potassium et/ou d'hydroxyde de sodium. La solution aqueuse du sulfate alcalin et de l'hydroxyde de métal alcalin renferme 1 à 2,5 proportions molaires d'hydroxyde de métal alcalin, 0,5 à 1 proportion molaire de sulfate alcalin et 0,1 à 0,5 proportion molaire d'autres sels; elle renferme notamment 2,0 à 2,5 proportions molairesd'hydroxyde de métal alcalin, 0,9 à 1,0 proportion molaire de sulfate alcalin et 0,1 à 0,2 proportion molaire d'autres sels. L'hydroxyde et le sulfate de métal alcalin doivent avoir un pH initial d'environ 12 à 13. Les autres sels peuvent comprendre un chlorure de métal alcalin tel que le chlorure de sodium et le chlo- rure de potassium, des chlorures de métaux alcalino-terreux tels que le chlorure de magnésium, le chlorure de calcium, etc. On doit s'efforcer de calculer correctement la pro- lo portion de sulfate alcalin relativement à l'hydroxyde de métal alcalin pour réaliser une saponification totale des graisses en suspension dans le collagène naturel insoluble tout en retenant les caractéristiques naturelles du colla- gène et en limitant le gonflement des fibres de collagène. Si l'on utilise une trop grande quantité d'hydroxyde de sodium, le collagène est dénaturé et les liaisons inter- moléculaires sont rompues. Si l'on utilise une quantité insuffisante d'hydroxyde de sodium, le collagène obtenu comme produit retient des impuretés telles que des graisses et d'autres matières hydrolysables qui sont indésirables. Dans le traitement du collagène insoluble naturel avec la solution aqueuse de sulfate alcalin et d'hydroxyde de métal alcalin, le collagène insoluble naturel doit être découpé en morceaux suffisamment petits pour que la solu- tion aqueuse puisse s'y imprégner et y réagir. Les morceaux de collagène naturel doivent avoir un volume égal ou infé- v rieur à environ 10 cm3, et leur volume est de préférence égal ou inférieur à 5 cm3. En outre, le traitement doit être conduit à la température ambiante pendant au moins 48 heures en vue de saponifier entièrement la totalité des graisses en suspension dans le collagène insoluble naturel et de produire un degré uniforme de gonflement de la fibre de collagène. On doit faire en sorte que le traitement initial avec le sulfate alcalin et l'hydroxyde de métal alcalin ne soit pas trop prolongé, sinon les chaînes polypepltidiques sont attaquées et le collagène est dénaturé. Par exemple, lorsque le collagène insoluble naturel est découpé en mor- ceaux de 5 cm3, le traitement initial ne doit pas durer 2A64962 plus de 96 heures, sinon la fibre de collagène se dégrade en composants de plus bas poids moléculaire et elle est dénaturée. Après ce traitement initial, le collagène inso- luble naturel devient très mou et transparent. Lorsque la première solution de traitement a été enlevée, le collagène est traité avec une solution d'un sulfate de métal alcalin ou de métal alcalino-terreuxou un mélange des deux, à un pH sensiblement neutre. La con- centration du sulfate doit être égale à environ 0,5-1,0 M. D'autres sels, tels que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le chlorure de magnésium, etc., peuvent être ajoutés à ce traitement par des sels du moment qu'une quantité suffisante de sulfate de métal alcalin, de préfé- rence de sulfate de sodium, est utilisée pour stabiliser les liaisons interfibrillaires du collagène. Ce traitement avec le sel de métal alcalin doit avoir une durée d'au moins 4 heures. De préférence, le collagène est ensuite neutralisé avec une solution acide aqueuse de pH compris entre 3 et 4. Les acides utilisés pour former cette solution aqueuse sont normalement l'acide borique, l'acide tartrique, l'acide acétique, etc. Le lavage a une durée d'environ 6 heures, pour éliminer les sels et les constituants basiques rési- duels. Le pH du collagène après la neutralisation est égal à 7 environ. Le collagène est ensuite lavé à l'eau de ville._ Pour éliminer les sels qui restent dans le collagène, on lave ce dernier plusieurs fois à l'eau distillée. De pré- férence, chaque cycle de lavage dure environ 4 heures. Après chaque cycle d'une durée de 4 heures-, l'eau est en- levée par décantation et de l'eau fraîchement distillée est ajoutée. Normalement, 4 à 7 cycles sont nécessaires pour éliminer les sels résiduels. Le collagène est ensuite dissous dans une solu- tion acide aqueuse; on prépare de préférence une solution contenant 1 à 1, 5 % en poids de collagène. Les acides utiles pour dissoudre la fibre de collagène sont les acides orga- niques faibles tels que les acides acétique, citrique, lactique, ascorbique et tartrique. On ajuste de préférence le pH à une valeur inférieure à 4 pour obtenir une bonne solubilité. Dans le cas de l'acide ascorbique, une solu- tion à 1 % est suffisantes et dans le cas de l'acide acé- tique ou tartrique, il suffit d'une solution à 0,5 %. Le pH de la solution aqueuse doit être compris entre environ 3 et 4. La solution de collagène est ensuite congelée, en vue de réduire sa température, à une vitesse d'abaisse- ment de -18 à 241C/heure jusqu'à ce que sa température ait une valeur de -60 à -70C. La congélation à une vitesse d'abaissement de la température de 18 à 24WC par heure est nécessaire pour que les cristaux de glace formés soient extrêmement petits et ne rompent pas notablement les chaînes de collagène en conférant au collagène, obtenu comme produit final, un poids moléculaire réduit. Pour obtenir la vitesse désirée de congélation, on place la solution de collagène dans un congélateur à une température de -60 à -70C. La solution congelée est ensuite introduite dans un dispositif de déshydratation par congélation, à une tem- pérature initiale de -60 à -70C, et elle est sublimée sous vide (pression de 133,3 à 1,33 mPa). Le processus de déshy- dratation par congélation dure environ 12 à 24 heures, la température finale étant égale à 300C. En outre, bien que la congélation empêche une destruction extrême des chaînes de collagène, une légère proportion de destruction par le froid est inévitable en vue de former des sites de réaction et d'association qui créent la réticulation, en conférant au produit final une grande stabilité mécanique et enzymatique, et de manière que le collagêne puisse être associé à d'autres additifs. Le collagène préparé conformément à l'invention est un collagène dont le poids moléculaire a une moyenne en poids d'environ 450 000 et dont la périodicité axiale entre les fibrilles à triples chaînes hélicoïdales se situe entre environ 75 et 85 nm, et notamment à environ 80 nm, contre 2A64962 une périodicité d'environ 64 nm pour le tropocollagène. On constate le fait surprenant que le collagène préparé conformément à l'invention garde sensiblement la même ac- tivité biologique que le collagène naturel qui a été purifié par des opérations longues et pénibles. Le produit préparé conformément à l'invention est une masse tenace spongieuse. En outre, le poids moléculaire moyen du colla- gène préparé conformément à l'invention a une valeur de 383 000 à 460 000, comparée à la valeur de 300 000 que l'on trouve pour le tropocollagène. Le collagène préparé conformément à l'invention comprend 4 à 6 % de chaînes polypeptidiques ayant un poids moléculaire de 30 000 à 000 et 8 à 12 % de chaines ayant un poids moléculaire de 1 000 000 à 1- 500 000. Selon un autre aspect de l'invention, on peut ajouter des matières biologiquement actives à la solution ou dispersion de collagène avant la congélation. Ces ma- tières peuvent être des médicaments ou des substances si- milaires. Du fait que les articles de collagène produits conformément à l'invention se rapprochent du collagène naturel ou reconstitué, la libération de la substance biologiquement active par le collagène se rapproche de l'absorption de la matière par un organisme biologique dans lequel le collagène est implanté ou au contact duquel le collagène se trouve. On pense que la rupture de chaînes polypeptidiques au cours de la congélation entraîne la formation de radicaux qui s'associent à des médicaments particuliers et qui peuvent donc être libérés in vivo. En outre, après que du collagène renfermant un médicament a été implanté et que le médicament s'est épuisé, le collagène est lentement dissous et/ou décomposé par di- gestion enzymatique ou par un autre processus biologique, ce qui élimine donc la nécessité d'enlever l'implant. Une application particulière du procédé de prépa- ration d'articles de collagène utiles dans la mise en oeuvre de l'invention est le blocage de l'oestrus chez les animaux. Une hormone convenable telle que l'acétate de chlormadinone, la diméthistérone, l'éthistérone, l'hydroxy- progestérone, le caproate d'hydroxyprogestérone, la médroxy- progestérone, la noréthindrone, le noréthynodrel, la pro- gestérone, la 3-éthylènedioxy, 17-acétoxy, 6-méthyl-prégn - -ène - 20-one, etc., est ajoutée à la solution ou dispersion de collagène avant la congélation. L'hormone est ajoutée en une quantité efficace pour bloquer l'oestrus, de préférence en proportion de 1 partie pour 40 COO à 50 000 parties de solution de collagène. L'article de collagène est introduit dans l'utérus de l'animal. Au bout de 14 à 18 jours, l'article de colla- gène est épuisé en hormone. Deux à sept jours après que l'application d'hormone a cessé, un oestrus accru se mani- feste et l'animal peut alors être accouplé. A ce stade, on peut aussi procéder à l'insémination artificielle. Dans une autre forme de réalisation, les anti- biotiques tels que pénicilline, tétracycline, oxytétracy- cline, chlorotétracycline, chloramphénicol, des sulfamides, etc., peuvent être ajoutés en même temps que l'hormone pour prévenir une infection au cours de l'insémination et de la grossesse subséquente. Deux à quatorze jours après l'insertion de l'ar- ticle en collagène, le processus enzymatique dans l'utérus commence à dégrader biochimiquement le collagène. Du glutar- aldéhyde peut être ajouté au collagène pour accroître le temps nécessaire à la dégradation biochimique. Une forme de réalisation de la présente invention implique l'addition d'un antibiotique, d'un bactériostatique, ou d'un bactéricide à la dispersion ou solution de collagène avant la congélation. Après la lyophilisation, l'article de collagène peut être utilisé pour la guérison de brûlures ou de lésions similaires. En général, divers médicaments peuvent être ajoutés à la dispersion de collagène et l'article en collagène peut être implanté en vue de produire des effets biologiques, physiologiques ou psychologiques dans le système biologique auquel il est implanté. D'autres détails de l'invention ressortent des exemples particuliers suivants. EXEMPLE 1 On découpe en morceaux de 5 cm3 l kg de coril provenant de peaux de vaches à l'état brut. Les morceaux de 5 cm3 sont traités dans une cuve avec une solution de composition suivante: Ingrédient Quantité Eau Hydroxyde de calcium Hydroxyde de potassium Hydroxyde de sodium Sulfate de sodium Chlorure de sodium Chlorure de potassium Sulfate de calcium um 3000 ml g g g 144 g g g g Le collagène insoluble naturel est traité dans la solution ci-dessus sous agitation pendant 48 heures. L'examen et les essais après traitement montrent la sapo- nification de toutes les graisses et un degré uniforme de gonflement du collagène. Le corium devient très mou, transparent et poreux. La solution est évacuée de la cuve de traitement et une seconde solution de composition suivante est char- gée dans la cuve: Inqrédient Quantité Eau 6000 ml Sulfate de sodium 144 g Chlorure de sodium 100 g Chlorure de potassium 100 g Sulfate de calcium 100 g On traite le corium avec la solution de sulfate de sodium pendant au moins 4 heures pour stabiliser les liaisons interfibrillaires de collagène. On évacue la seconde solution de la cuve à tra- vers un filtre et on recharge la cuve avec une solution de 3000 ml d'eau et 90 g d'acide borique pour laver et acidi- fier le corium traité deux fois. Ce traitement dure 6 heu- res, jusqu'à ce que le collagène ait un pH neutre. On sé- pare le collagène du liquide et on le traite avec 10 litres d'eau de ville, pendant 4 heures. On évacue l'eau de ville et on traite à nouveau le collagène avec 15 litres d'eau distillée pendant au moins 4 heures pour en éliminer par lavage tous sels résiduels; on verse l'eau par décantation et on ajoute 15 litres d'eau distillée. On répète cette opération jusqu'à ce que six cycles de lavage aient été- accomplis. On dissout le collagène dans 10 litres d'acide ascorbique à 1 % et on agite la solution jusqu'à consis- tance homogène. On verse la solution de collagène dans des moules de 1 cm de hauteur et de 2,5 cm de diamètre. On congèle les moules à une température de -60 à -70C pour effectuer une réduction de température du collagène à une vitesse de 200C par heure, jusqu'à une température de -600C. 1l Le collagène est ensuite lyophilisé à une température ini- tiale de -60C et à une température finale de 30C après 16 heures. Le collagène préparé conformément à l'Exemple 1 a un poids moléculaire moyen de 450 000. La période axiale entre les fibrilles de collagène est d'environ 80 nm. Le collagène préparé conformément à l'Exemple 1 est facilement digéré par la collagénase et il ne présente aucune activité antigénique dans les essais. Le collagène préparé conformément à l'Exemple 1 a de bonnes propriétés mécaniques, comme l'élasticité, la compressibilité et la tendreté. EXEMPLE 2 On répète le mode opératoire de l'Exemple 1 à îS la différence qu'on ajoute 0,025 g d'acétate de médroxypro- gestérone à 1000 ml de la solution de collagène avant de la verser dans les moules. Les pastilles de collagène dans lesquelles l'hor- mone est uniformément dispersée sont implantées dans l'uté- rus de vaches afin d'y déclencher l'oestrus. Du fait de la complexation du collagène avec l'hormone, cette dernière est libérée en une période de 2 à 14 jours. Après cette période, les vaches sont soumises à l'insémination artifi- cielle. L'implant de collagène est laissé dans l'utérus et se dissout lentement par suite de sa digestion enzymatique. EXEMPLE 3 On répète le mode opératoire de l'Exemple 2 à la différence qu'on ajoute 0,25 g de Chloromycétine à la dispersion de collagène avant la lyophilisation. La Chloromycétine a pour effet d'empêcher une in- fection du bétail au cours de l'insémination et de la grossesse subséquente. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'une fibre de collagène reconstitué macromoléculaire, caractérisé en ce qu'il con- siste: (a) à traiter du collagène insoluble naturel avec une solution aqueuse renfermant d'une part un sul- fate alcalin, notamment le sulfate de sodium, présent de préférence à un taux de 0,5 à 1 proportion molaire et, d'autre part, un hydroxyde de métal alcalin, notamment l'hydroxyde de sodium, présent de préférence à un taux de 1 à 2,5 proportions molaires, pendant au moins 48 heu- res pour saponifier les graisses en suspension dans le collagène insoluble naturel et pour faire gonfler uni- formément les fibres de collagène; (b) à traiter le collagène dégraissé avec une solution aqueuse comprenant un sulfate de métal alcalin pendant au moins 4 heures pour stabiliser les liaisons interfibrillaires, ledit sulfate étant de préférence pré- sent à un taux de 0,5 à 1 proportion molaire; (c) à dissoudre le collagène dans une solution aqueuse; (d) à congeler ladite solution pour réduire sa température à une vitesse de 18 à 24WC par heure; et (e) à déshydrater la solution sous vide (pression de 133,3 à 1,33 mPa) pendant au moins 12 heures. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter le collagène dégraissé avec de l'eau distillée pour en éliminer les sels avant de dissou- dre le collagène, de préférence pendant une période d'au moins 4 heures, avec décantation de l'eau et nouveau trai- tement à l'eau distillée au moins quatre fois pendant 4 heu- res à chaque traitement. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le collagène est neutralisé après la stabilisation des liaisons interfibrillaires par lavage avec une solution acide aqueuse. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution aqueuse destinée à dissoudre le colla- gène est une solution aqueuse d'un acide, renfermant de pré- férence de l'acide ascorbique, notamment à un pH de 3 à 4. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le collagène insoluble naturel est un corium de boeuf. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter une petite quantité d'une substance douée d'activité biologique à ladite solution de collagène avant la congélations la substance biologiquement active étant de préférence une hormone ou un antibiotique. 7. Un collagène régénéré ayant un poids molécu- laire moyen de 383 000 à 460 000, dont 4 à 6 % des chaînes polypeptidiques ont un poids moléculaire de 30 000 à 60 000 et 8 à 12 % des chaînes polypeptidiques ont un poids molécu- laire de 1 000 000 à 1 500 000. 8. Produit suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est réticulé. 9. Produit suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une faible proportion d'une substance biologiquement active qui est de préférence une hormone ou un antibiotique. 10. Produit collagène, caractérisé en ce qu'il est formé d'un collagène non antigénique biologiquement actif et d'une hormone. J