Hidrogeles de fibrina con nanopartículas plasmónicas.

Hidrogeles de fibrina con nanopartículas plasmónicas.

La presente invención se refiere a una composición fototérmica que comprende una matriz de hidrogel de fibrina o una mezcla de sus precursores,

trombina y fibrinógeno, en la que se encuentran embebidas nanopartículas plasmónicas y efectores termosensibles que contienen agentes terapéuticos que son liberados tras aplicar a la composición radiación electromagnética de una determinada intensidad y longitud de onda. Esta composición fototérmica es útil para generar hipertermia en tejidos biológicos en los que se implanta, por lo que la presente invención también se refiere al uso de esta composición para la destrucción de tumores, el tratamiento de infecciones o la regeneración de tejidos, así como para la administración controlada de agentes terapéuticos.

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Hidrogeles de fibrina con nanopartículas plasmónicas.

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La presente invención se refiere a una composición que comprende una matriz de hidrogel de 5 fibrina o una mezcla de sus precursores, trombina y fibrinógeno, en la que se encuentran embebidas nanopartículas plasmónicas y efectores termosensibles, los cuales contienen agentes terapéuticos que son liberados tras aplicar a la composición radiación electromagnética de una determinada intensidad y longitud de onda.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Los materiales nanoparticulados de tipo plasmónico, típicamente de origen metálico, son objeto de un fenómeno fotofísico único que resulta de su interacción con radiación electromagnética resonante. Tras la absorción de este tipo de energía, los electrones libres del metal 15 experimentan una oscilación colectiva y coherente alrededor de la superficie del material nanoestructurado, fenómeno que se denomina resonancia del plasmón de superficie localizado (LSPR) . La naturaleza cuántica del LSPR es consecuencia directa del pequeño tamaño de las nanopartículas y de que la mayoría de los átomos que las componen están en la superficie del material. De este modo, los electrones de superficie son capaces de interactuar con la 20 radiación electromagnética de una manera muy compleja altamente dependiente de la forma, tamaño, cristalinidad y naturaleza química del nanomaterial. Al contrario de lo que ocurre con otros metales nanoestructurados, las nanopartículas esféricas de oro, plata o cobre presentan una banda de frecuencias de resonancia del plasmón de superficie muy pronunciada en la región visible del espectro electromagnético. Por otra parte, estructuras huecas o del tipo core-25 shell (carcasa metálica que recubre un núcleo no metálico) presentan un desplazamiento de la longitud de onda del LSPR hacia la región del rojo más pronunciado que el de nanoestructuras macizas. La modificación de la forma y estructura de nanopartículas plasmónicas se emplea como recurso para sintonizar su LSPR característico hacia regiones del infrarrojo cercano (NIR) . Esta estrategia permite, p. ej., la generación de nanopartículas de oro que absorben en 30 la región NIR. Este tipo de material es de gran interés para aplicaciones fototérmicas, pues a través de la excitación y posterior relajación de su LSPR se sucede una conversión muy eficiente de la luz incidente en calor que es disipado al entorno. La región del espectro electromagnético NIR situada entre los 600 nm y los 1150 nm se conoce como “ventana óptica” o “ventana terapéutica” y comprende el rango de longitudes de onda en los que la luz presenta 35 máxima penetración en tejidos biológicos. Este fenómeno se debe a que el agua y la hemoglobina, principales absorbentes en los tejidos biológicos, son relativamente transparentes a la radiación electromagnética NIR ya que la absorben mínimamente. La fototermia conducida por nanomateriales plasmónicos resonantes en el NIR está demostrando ser de gran utilidad en aplicaciones cosméticas (US2012/0059307) o biomédicas, o como el 40 desarrollo de protocolos terapéuticos antitumorales basados en la destrucción directa de células cancerosas por hipertermia (Cebrián V. et al., Nanomedicine, 2012 Nov. 22) . Alternativamente, la fototermia plasmónica se revela como una tecnología con gran futuro en aplicaciones terapéuticas distintas a la antitumoral, en las que se persigue generar hipertermias moderadas. Ejemplos de este tipo lo representan tratamientos hipertérmicos moderados que 45 promueven la liberación controlada de agentes terapéuticos (Gasselhuber, A. et al.; International Journal of Hyperthermia: the Official Journal of European Society for Hyperthermic Oncology, North American Hyperthermia Group. 2012; 28:337-48) , que incrementan la permeabilidad de la barrera hematoencefálica para facilitar la difusión de fármacos o que regulan la función celular mediante aproximaciones como la inducción de expresión 50 transgénica controlada por promotores termosensibles (Martín-Saavedra, F.M. et al.; Human Gene Therapy Methods; 2013 May 6) .

Al contrario que otras matrices proteicas naturales, como por ejemplo matrices de colágeno, laminina o proteoglicanos, que se ensamblan lenta y ordenadamente por las células que las secretan y son imposibles de reproducir fielmente in vitro, las matrices de fibrina se ensamblan rápidamente por una reacción de policondensación modificada a partir de fibrinógeno. Este proceso, que comienza tan pronto como la proteasa trombina comienza a hidrolizar los 5 polipéptidos del fibrinógeno que previenen su polimerización espontánea, concluye en la consolidación de una matriz tridimensional de fibras ramificadas que conforman hidrogeles caracterizados por presentar características reológicas excepcionales, como por ejemplo, su elasticidad no lineal, caracterizada por una alta flexibilidad ante pequeñas tensiones y una rigidez inusual para resistir grandes deformaciones. Las condiciones de polimerización de la 10 matriz de fibrina repercuten directamente sobre las propiedades estructurales que va a presentar, definidas por el grosor de las fibras insolubles, el grado de la ramificación fibrilar o el tamaño de poro del entramado de la red proteica. Por ejemplo, bajas concentraciones de trombina dan lugar a fibras gruesas, pocos puntos de ramificación y grandes poros. De manera similar, la concentración de sales, el pH o la actividad de otros factores proteicos sobre la 15 matriz, como por ejemplo la del enzima XIIIa, que estabiliza la matriz de fibrina al catalizar reacciones de entrecruzamiento entre sus fibras, son capaces de afectar significativamente la estructura de este biopolímero.

Las matrices de fibrina presentan grandes ventajas como interfaz para soportar el crecimiento 20 celular en entornos tridimensionales. A diferencia de los hidrogeles sintéticos, la fibrina puede unir específicamente factores de crecimiento, proteínas de la matriz extracelular o interaccionar con diferentes tipos celulares a través de las proteínas de membrana. Este nivel de bioactividad hace de la fibrina un vehículo muy atractivo para soportar la colonización, crecimiento y diferenciación celular, procesos biológicos de crucial importancia en aplicaciones de ingeniería 25 tisular.

La integración de materiales nanoestructurados en hidrogeles basados en polímeros sintéticos (polietilenimina, alcohol de polivinilo, óxido de polietileno, poli-N-isopropilacrilamida, etc.) o polímeros naturales (quitosano, alginato, fibroína de seda, etc.) está cobrando un interés 30 creciente en biomedicina. La combinación de ciertos nanomateriales e hidrogeles permite potenciar las propiedades inherentes que ostentan ambos tipos de materiales por separado y que resultan de utilidad en aplicaciones terapéuticas, como por ejemplo, la liberación controlada de fármacos (Hamidi, M. et al, Advanced Drug Deliver y Reviews. 2008; 60: 1638-49) . La incorporación de nanopartículas plasmónicas basadas en oro en la estructura de 35 hidrogeles proteicos ha sido explorada en el pasado. Por ejemplo, la generación de matrices de fibroína de seda que incorporan partículas de oro plasmónicas ha permitido postular el diseño de dispositivos termoeléctricos que suministren energía eléctrica a componentes electrónicos implantables en pacientes (WO2012031282 A2) . La integración de nanopartículas con LSPR sintonizado en la región NIR como parte estructural de hidrogeles de fibrina sirve para superar 40 muchas de las limitaciones de los protocolos de fototermia in vivo basados en la administración directa de nanopartículas plasmónicas. La asociación fibrina-nanopartícula permite confinar al nanomaterial resonante virtualmente en cualquier localización anatómica. Esta característica evita que se produzca la diseminación descontrolada del nanomaterial desde el tejido diana hacia el organismo receptor, lo que permite establecer protocolos fototérmicos eficientes con 45 una cantidad mínima de nanomaterial resonante, y facilita la posibilidad de realizar inducciones fototérmicas de forma reiterada en el tejido diana. La implantación de dispositivos de fibrina plasmónica se revela como una estrategia eficaz para establecer hipertermia en tejidos profundos, que puede ser controlada externamente con gran fiabilidad y permite ser definida con exquisita precisión espacio-temporal. 50

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

La presente invención se basa en la generación de matrices de fibrina, material biocompatible de sencilla obtención, biodegradable y no inmunogénico, como componente orgánico ideal para la obtención de composiciones fototérmicas... [Seguir leyendo]

1. Composición fototérmica que comprende:

 al menos una nanopartícula plasmónica,

 al menos un efector termosensible que libera al menos un agente terapéutico 5 después de ser calentado y

 un hidrogel de fibrina o una mezcla de sus precursores fibrinógeno y trombina,

donde la/las nanopartícula/s plasmónica/s y el/los efector/es termosensible/s están embebidos en el hidrogel de fibrina.

2. La composición fototérmica según la reivindicación anterior, donde el hidrogel de fibrina se encuentra en forma de un film, un bloque, un recubrimiento, una vesícula, una matriz inyectable, o de cualquier combinación de los mismos.

3. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al 15 menos una nanopartícula plasmónica es una esfera hueca de metal.

4. La composición fototérmica según la reivindicación anterior, donde la nanopartícula hueca de metal es de un metal noble que se selecciona de entre oro, plata o cualquier combinación de los mismos. 20

5. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, donde el diámetro medio de la nanopartícula hueca de metal se encuentra en el rango d.

2. 80 nm.

6. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 3-5, donde el espesor 25 de la pared de la nanopartícula hueca de metal se encuentra en el rango de 2-10 nm.

7. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 3-6, donde el máximo de absorción electromagnética de la nanopartícula hueca de metal se encuentra en el rango de longitudes de onda entre los 600 y 1150 nm. 30

8. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la/las nanopartícula/s plasmónica/s se distribuye/n en la matriz de fibrina de manera homogénea.

9. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde la/s nanopartícula/s plasmónica/s se distribuye/n en la matriz de fibrina formando un gradiente.

10. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde la/s nanopartícula/s plasmónica/s se distribuye/n en la matriz de fibrina formando un patrón 40 geométrico tridimensional.

11. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el efector termosensible se selecciona del grupo formado por liposomas, células y cualquier combinación de los mismos. 45

12. La composición fototérmica según la reivindicación anterior, donde el efector termosensible es un liposoma formado por una composición fosfolipídica que sufre una transición de fase cristalina gel-sol .

3. 45º C de temperatura.

13. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, donde el diámetro medio del liposoma se encuentra en el rango de 0, 05-5 μm.

14. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 11-13, donde el liposoma comprende polietilenglicol, oligoglicerol, o cualquier combinación de ambos.

15. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 11-14, donde el 5 liposoma comprende lisolípidos, oligoglicerol-poliglicerol, o cualquier combinación de ambos.

16. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 11-15, donde el agente terapéutico que libera el liposoma se selecciona del grupo formado por péptidos, 10 oligopéptidos, polipéptidos, proteínas, oligonucleótidos, polinucleótidos, partículas virales, toxinas, neurotransmisores, gases, drogas, moléculas de bajo peso molecular, antibióticos, agentes de contraste y cualquier combinación de los mismos.

17. La composición fototérmica según la reivindicación anterior, donde el agente terapéutico se 15 selecciona del grupo formado por enzimas, factores de crecimiento, factores estimulantes de la secreción, citoquinas, quimiocinas, citolisinas, citotoxinas y cualquier combinación de los mismos.

18. La composición fototérmica según la reivindicación 11, donde el efector termosensible es 20 una célula modificada genéticamente.

19. La composición fototérmica según la reivindicación anterior, donde la célula modificada genéticamente se selecciona del grupo formado por células somáticas, células madre adultas pluri o multipotentes, células madre embrionarias, células madre pluripotentes 25 inducidas.

20. La composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 18 ó 19, donde la célula modificada genéticamente expresa de manera estable un agente terapéutico del tipo peptídico, oligopeptídico, polipeptídico, proteico, oligonucleotídico o polinucleotídico bajo el 30 control de un promotor génico.

21. La composición fototérmica según la reivindicación anterior, donde el promotor génico se selecciona del grupo formado por promotores inducibles, promotores constitutivamente activos y cualquier combinación de los mismos. 35

22. La composición fototérmica según la reivindicación anterior, donde el promotor inducible se selecciona del grupo constituido por promotores naturales de proteínas de choque térmico, promotores sintéticos de proteínas de choque térmico y cualquier combinación de los mismos. 40

23. La composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el fibrinógeno se obtiene de un donante xenogénico, un donante alogénico o un donante autólogo.

24. La composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la trombina se 45 obtiene de un donante xenogénico, un donante alogénico o un donante autólogo.

25. La composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la densidad del hidrogel de fibrina está comprendida entre 0, 1 y 100 mg/mL de fibrinógeno coagulable.

26. La composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la concentración de trombina utilizada está comprendida entre 0, 5 y 5 unidades NIH por mililitro de la formulación de la matriz de fibrina.

27. Uso de la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para la fabricación de un medicamento.

28. Uso de la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1-26 para la 5 fabricación de un medicamento para el tratamiento de tumores.

29. Uso de la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 para la fabricación de un medicamento para la regeneración de tejidos lesionados.

30. Uso de la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 para la fabricación de un medicamento para analgesia.

31. Uso de la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 para la fabricación de un medicamento para el tratamiento de infecciones. 15

32. Composición farmacéutica que comprende la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26.

33. La composición según la reivindicación anterior, donde la composición farmacéutica es una 20 composición de liberación controlada.

34. Implante que comprende la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26.

35. Dispositivo inyectable que comprende la composición fototérmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26.

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FIG. 4 (cont.)

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FIG. 6

FIG. 6 (cont.)

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