Nanopartícula que comprende un núcleo de átomos de metal o semiconductores unidos covalentemente a,

por lo menos, 20 ligandos, donde la nanopartícula tiene dos o más especies de ligando unidas al núcleo y donde una de las especies de ligando comprende un grupo de hidratos de carbono

Nanopartículas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a nanopartículas, y en particular a nanopartículas que tienen ligandos inmovilizados que comprenden grupos hidratos de carbono, y a su uso en el estudio de la interacción de estos ligandos con otras especies. La presente invención se refiere además a aplicaciones de las nanopartículas, por ejemplo para cribado, diagnosis y terapia.

Antecedentes de la invención

Existen tres clases importantes de biopolímeros, los ácidos nucleicos, las proteínas y los hidrato de carbono. La estructura y las interacciones de las proteínas y los ácidos nucleicos se han estudiado de manera extensiva en la técnica y el hecho de que la síntesis de las proteínas y los ácidos nucleicos se efectúe dirigida con una plantilla y que estos polímeros sean lineales ha dado lugar a que las técnicas para su producción y su estudio se hayan automatizado ampliamente.

Sin embargo, los hidratos de carbono y sus interacciones con otras especies son también de extrema importancia biológica y no han sido objeto de estudios concertados. La dificultad en el estudio de los hidratos de carbono y sus interacciones proviene de la diversidad de los enlaces de los hidratos de carbono y del hecho de que no existen técnicas análogas a la clonación para amplificar y modificar los hidratos de carbono. Por el contrario, el complejo camino de multietapas en el que se ensamblan los hidratos de carbono en las células significa que los hidratos de carbono y los glicoconjugados asociados tales como glicoproteínas y glicolípidos se caracterizan por un alto grado de variabilidad y no resulta trivial su síntesis o su estudio. Además, las interacciones mediadas por hidratos de carbono tienden a ser débiles y polivalentes y, por consiguiente, difíciles de detectar. Por tanto, no existen en la técnica herramientas satisfactorias para llevarlo a cabo.

Sin embargo, a pesar de estas características, las interacciones mediadas por hidratos de carbono son biológicamente importantes. Las superficies de muchos tipos de células están cubiertas con una densa capa de glicoconjugados que dan lugar a los denominados glicocálices. Se cree que el glicocáliz es el responsable de las fuerzas repulsivas que evitan la adhesión no específica de las células. Sin embargo, en algunas configuraciones de las células, la barrera repulsiva se encuentra contrabalanceada por la formación de contactos célula-célula a través de fuerzas atractivas ^[1]. Ahora existe evidencia de que, aparte de las bien conocidas interacciones de hidratos de carbono-proteína^[2], las células usan las interacciones atractivas entre la superficies de los hidratos de carbono como un nuevo mecanismo para la adhesión y reconocimiento de las células^[3]. Un hecho característico de estas interacciones es su baja afinidad, que está compensada mediante una presentación polivalente de ligandos y receptores en la superficie de las células^[4].

Las investigaciones de las interacciones entre hidratos de carbono-proteína polivalentes se han llevado a cabo usando diferentes sistemas de modelos de hidratos de carbono multivalente^[5]. Los ejemplos de aproximaciones en antecedentes de la técnica incluyen conjuntos de dos dimensiones de glicoconjugados sobre superficies de oro^[6a], el uso de liposomas para desplegar los hidratos de carbono, la tecnología de dendrímeros y el uso de polímeros para proporcionar conjuntos de hidratos de carbono esféricos y lineales^[5a,b]. Sin embargo, los problemas del estudio de las interacciones que implican hidratos de carbono se encuentran lejos de estar resueltos y existe en la técnica una continua necesidad de nuevos procedimientos y herramientas para llevarlo a cabo.

El documento WO 99/61911A describe partículas de tamaño nanométrico funcionalizadas que comprenden un núcleo que comprende por lo menos un metal o una aleación metálica.

Resumen de la invención

De manera amplia, la presente invención proporciona materiales y procedimientos para el estudio y la modulación de la interacción de los hidratos de carbono que contienen partes con otras especies. En particular, la presente invención proporciona partículas pequeñas, p.e., grupos de átomos de metal y opcionalmente semiconductores, que se pueden emplear como substrato para inmovilizar una diversidad de ligandos, comprendiendo estos ligandos a grupos de hidratos de carbono. Estas "nanopartículas" se pueden usar a continuación para estudiar las interacciones mediadas por hidratos de carbono, p.e., con otros hidratos de carbono o proteínas, y como reactivos terapéuticos o para diagnóstico. Por tanto, la presente invención proporciona un medio para dar lugar a un conjunto esférico del ligando inmovilizado sobre una partícula detectable. En algunas realizaciones, las partículas tienen la ventaja adicional de que son solubles, p.e., en agua y en diferentes solventes orgánicos, y se pueden usar en diversos formatos de aplicaciones homogéneas.

Por consiguiente, en un primer aspecto, la presente invención proporciona una nanopartícula que comprende un núcleo de átomos de metal o semiconductores unidos covalentemente a, por lo menos, 20 ligandos, donde las nanopartículas tienen dos o más especies de ligando unidas al núcleo y donde una de las especies de ligando comprende un grupo de hidratos de carbono. Los ligandos pueden comprender los grupos de hidratos de carbono solos o en combinación con péptidos, dominios de proteínas, segmentos de ácido nucleico o grupos fluorescentes.

En un aspecto adicional, la presente invención proporciona composiciones que comprenden poblaciones de una o más de las partículas definidas anteriormente. En algunas realizaciones, las poblaciones de nanopartículas pueden tener diferentes densidades de los mismos o diferentes ligandos unidos al núcleo.

En otro aspecto, la presente invención proporciona las partículas definidas anteriormente para su uso en un procedimiento de tratamiento químico.

En todavía otro aspecto, la presente invención proporciona el uso de las partículas definidas anteriormente para la preparación de un medicamento para el tratamiento de una condición que se mejora mediante la administración del ligando. A modo de ejemplo, esto puede ocurrir cuando el ligando bloquea una interacción mediada por hidratos de carbono que, de otra manera, tiende a llevar a una patología.

En esta realización, la presente invención tiene ventajas sobre las aproximaciones que existen en la técnica anterior para el tratamiento de las condiciones que implican interacciones mediadas por hidratos de carbono. Tal como se ha descrito anteriormente, de manera típica las interacciones son polivalentes mientras que el agente usado para tratar las interacciones sólo es capaz, a menudo, de modular una o unas pocas de estas interacciones. El resultado es que resulta difícil que un agente llegue al punto de la interacción que es capaz de modular fiablemente la interacción del efecto terapéutico deseado. En contraste con este problema, la presente invención proporciona agentes que tienen una diversidad de ligandos para la modulación de las interacciones mediadas por hidratos de carbono, salvando potencialmente la dificultad en la modulación de las interacciones polivalentes.

En las realizaciones preferidas, el diámetro medio del núcleo, preferiblemente el núcleo metálico, tiene entre 0,5 y 100 nm, más preferiblemente entre 1 y 50 nm, y todavía más preferiblemente entre 1 y 20 nm. El diámetro medio se puede medir usando sistemas bien conocidos en la técnica, tal como la microscopía electrónica de transmisión.

El material del núcleo puede ser un metal y opcionalmente comprende además un semiconductor, y puede estar formado por más de un tipo de átomo. Preferiblemente, el material del núcleo es un metal seleccionado entre Au, Ag o Cu. También se han descrito núcleos de nanopartículas formadas por aleaciones, incluyendo Au/Ag, Au/Cu, Au/Ag/Cu, Au/Pt, Au/Pd y Au/Ag/Cu/Pd y se pueden usar en la presente invención. Los materiales preferidos para el núcleo son Au y Ag, siendo el Au el material más preferido. Cuando se usan agregados de oro, preferiblemente tienen entre aproximadamente 100 y 500 átomos de oro para proporcionar diámetros del núcleo en el rango del nanómetro. Otros materiales del núcleo particularmente útiles son, o están recubiertos con uno o más átomos que son, activos a la RMN, permitiendo así que las nanopartículas se puedan detectar usando la RMN, tanto in vitro como in vivo....

1. Nanopartícula que comprende un núcleo de átomos de metal o semiconductores unidos covalentemente a, por lo menos, 20 ligandos, donde la nanopartícula tiene dos o más especies de ligando unidas al núcleo y donde una de las especies de ligando comprende un grupo de hidratos de carbono.

2. Nanopartícula según la reivindicación 1, donde el núcleo de la nanopartícula está unido covalentemente a por lo menos 50 ligandos.

3. Nanopartícula según las reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde el núcleo de la nanopartícula está unido covalentemente a por lo menos 100 ligandos.

4. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el núcleo es un núcleo metálico.

5. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el núcleo de la nanopartícula tiene un diámetro medio entre 0,5 y 100 nm.

6. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el núcleo de la nanopartícula tiene un diámetro medio entre 1 y 20 nm.

7. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, donde el núcleo metálico comprende Au, Ag o Cu.

8. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el núcleo comprende un átomo que es activo en RMN.

9. Nanopartícula según la reivindicación 8, donde el átomo activo en RMN es gadolinio y europio.

10. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el núcleo incluye un átomo que es capaz de detectarse usando la resonancia de plasmón superficial.

11. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la nanopartícula comprende como un marcador.

12. Nanopartícula según la reivindicación 11, donde el marcador es un grupo fluorescente o un isótopo radioactivo.

13. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, donde el núcleo metálico es una aleación seleccionada entre Au/Ag, Au/Cu, Au/Ag/Cu, Au/Pt, Au/Pd o Au/Ag/Cu/Pd.

14. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, donde el núcleo metálico comprende entre aproximadamente 100 y 500 átomos de Au.

15. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, o reivindicaciones 5 a 14, donde los átomos semiconductores son capaces de actuar como un punto cuántico.

16. Nanopartícula según la reivindicación 15, donde el núcleo de la nanopartícula está formado de seleniuro de cadmio.

17. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las especies adicionales de ligando comprenden un ligando de péptido, un ligando de dominio de proteína, un ligando de ácido nucleico o un ligando de grupo fluorescente.

18. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ligando que comprende un grupo de hidratos de carbono comprende además un péptido, un dominio de proteína, un segmento de ácido nucleico o un grupo fluorescente.

19. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ligando que comprende un grupo de hidratos de carbono comprende un grupo polisacárido, oligosacárido o monosacárido.

20. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ligando comprende un glicanoconjugado.

21. Nanopartícula según la reivindicación 20, donde el glicanoconjugado es un glicolípido o una glicoproteína.

22. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el grupo de hidratos de carbono es un ligando de selectina.

23. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde el grupo de hidratos de carbono es un ligando para un receptor viral o bacteriano.

24. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, donde el grupo de hidratos de carbono es un antígeno asociado a un tumor o un factor autocrino de tumor.

25. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 24, donde el ligando está unido al núcleo metálico mediante un grupo sulfuro.

26. Nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la nanopartícula es soluble en agua.

27. Composición que comprende una población de una o más nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26.

28. Composición según la reivindicación 27 que comprende una serie de nanopartículas que tienen diferentes grupos ligando.

29. Composición que comprende una población de una o más nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 para su uso en terapia o diagnóstico.

30. Composición que comprende una población de una o más nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, o reivindicaciones 24 a 26, donde el grupo de hidratos de carbono es un antígeno, y donde la composición es una vacuna.

31. Uso de una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 para la preparación de un medicamento para el tratamiento de una condición mejorada mediante la administración del ligando.

32. Método de preparación de una nanopartícula según la reivindicación 1 que tiene un núcleo que comprende átomos de oro, comprendiendo el método:

sintetizar sulfuro derivados de los ligandos;

reaccionar los ligandos derivatizados de sulfuro y ácido tetracloroáurico en presencia de un agente reductor para producir las nanopartículas.

33. Método según la reivindicación 32, donde el ligando está derivatizado como un disulfuro protegido.

34. Método in vitro de interrupción de una integración entre un hidrato de carbono y una pareja de unión, comprendiendo el método el contacto entre el hidrato de carbono y la pareja de unión con nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, donde el ligando que comprende un grupo de hidratos de carbono que interrumpe la interacción del hidrato de carbono y la pareja de unión.

35. Método in vitro de cribado de sustancias capaces de unirse a un ligando que comprende un grupo de hidratos de carbono, comprendiendo el método (a) poner en contacto las nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 con uno o más compuestos candidatos y (b) determinar si los compuestos candidatos se unen al ligando.

36. Método de determinación de la presencia en una muestra de una sustancia capaz de unirse a un ligando que comprende un grupo de hidratos de carbono, comprendiendo el método (a) poner en contacto la muestra con las nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, de manera que la sustancia se une al grupo de hidratos de carbono de las nanopartículas y (b) determinar si tiene lugar la unión.

37. Método según la reivindicación 36, que comprende además la etapa de correlacionar la presencia o ausencia de unión con el diagnóstico de un estado patológico asociado con la presencia de la sustancia.

38. Método según la reivindicación 36 o la reivindicación 37, donde la sustancia es un anticuerpo que es capaz de unirse al grupo de hidratos de carbono.

39. Método in vitro de determinación si tiene lugar la interacción mediada por hidrato de carbono, comprendiendo el método (a) poner en contacto una o más especies sospechosas de interaccionar a través de una interacción mediada por hidrato de carbono con las nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 y (b) determinar si las nanopartículas modulan la interacción mediada por hidrato de carbono.

40. Método según cualquiera de las reivindicaciones de 34 a 39, donde las nanopartículas son detectadas mediante resonancia magnética nuclear (RMN), agregación, microscopía electrónica de transmisión (MET), microscopía de fuerza atómica (MFA), resonancia de plasmón superficial (RPS), o con nanopartículas que comprenden átomos de plata, amplificación de señal usando la reducción de plata (I) inducida por nanopartículas.

41. Método según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 40, donde las nanopartículas comprenden un marcador fluorescente, un marcador isotópico, un átomo activo en RMN, o un punto cuántico.

42. Uso de una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26 para desarrollar y aislar anticuerpos capaces de unirse específicamente al ligando.