La presente invención se refiere a un glicolípido de fórmula (I) en la que R es un carbohidrato seleccionado entre un mono-,

di- y un polisacárido; X es oxígeno, azufre, -CH{sub,2}- o -NH-; n, m, j y k son números enteros, iguales o diferentes entre sí, comprendidos entre 0 y 20; e i es 0 ó 1; así como a un agregado nanotubo de carbono-glicolípido; a un procedimiento para su obtención así como al uso de los mismos en procesos que implican interacciones de carbohidratos con otras especies bioquímicas

Neoglicolípidos, sus agregados con nanotubos de carbono, procedimiento de obtención y aplicaciones.

Campo de la invención

La presente invención se enmarca dentro del campo de la bionanotecnología. Más específicamente, la presente invención pertenece al campo de los conjugados o agregados carbohidratos-nanotubos de carbono y sus aplicaciones en los procesos que impliquen interacciones de carbohidratos con otras especies bioquímicas o biológicas, como por ejemplo sus aplicaciones en el diagnóstico y en la terapia antiadhesiva.

Antecedentes de la invención

Al mirar una célula al microscopio electrónico, se observa que está cubierta por una densa capa formada por carbohidratos, unidos de manera covalente a proteínas (glicoproteínas) o lípidos (glicolípidos). Al conjunto de todas estas moléculas se le denomina glicocálix, nombre de origen griego que significa "cáscara dulce".

Durante mucho tiempo se pensó que el papel del glicocálix era meramente el de un agente de protección de las células frente a agentes externos mediante interacciones repulsivas. Sin embargo, datos recientes indican que la parte glucídica del glicocálix juega una papel preponderante en el proceso de comunicación de la célula con el medio que la rodea (C. R. Bertozzi, L. L. Kiessling, Science 2001, 291, 2357). El reconocimiento de carbohidratos por sus receptores biológicos específicos (lectinas) está implicado en procesos biológicos y patológicos diversos, tales como la replicación vírica, el reconocimiento célula-célula, la adhesión celular, la inflamación, la transducción de señales bioquímicas, la adhesión de agentes patógenos, la metástasis tumoral y como marcadores del progreso de varias enfermedades. A modo de ejemplo, las células neuronales utilizan los carbohidratos para facilitar su desarrollo y su diferenciación; el progreso de las células cancerosas generalmente se caracteriza por un incremento de procesos de adhesión dependientes de carbohidratos y por un incremento de los carbohidratos en la superficie celular; los virus reconocen carbohidratos para tener entrada en la célula huésped; y las bacterias utilizan los carbohidratos para adherirse a la célula huésped [R. Kleene, M. Schachner Nat. Rev. Neurosci. 2004, 5, 195-208; S. Hakomori, K. Handa, FEBS Lett. 2002, 531, 88-92; A. E. Smith, A. Helenius, Science 2004, 304, 237-242; K. A. Karlson, Biochem. Soc. Trans. 1999, 27, 471-474].

La importancia del papel biológico de los carbohidratos, descubierto recientemente, ha desencadenado un esfuerzo multidisciplinar para el entendimiento de la estructura, la función y el mecanismo de reconocimiento de los hidratos de carbono por las lectinas a nivel molecular. Debido a que la primera interacción de un patógeno con una célula huésped está mediada por la interacción lectina-carbohidratos, su inhibición constituye una excelente herramienta para luchar contra la infección viral y bacteriana. El desarrollo de terapias antiadhesivas a base de carbohidratos, llevaría a glicofármacos para el tratamiento de enfermedades víricas tan importantes como el SIDA, o al desarrollo de antibióticos de nueva generación, entre otros. Sin embargo, existen dos limitaciones fundamentales para el desarrollo de glicofármacos:

(i) La alta complejidad de los hidratos de carbono. Comparados con los otros tipos de biopolímeros, los ácidos nucleicos y las proteínas, que tienen una disposición lineal de unidades repetidas, los azúcares tienen muchos sitios de unión en diferentes disposiciones, dando lugar a estructuras muy ramificadas y ricas estereoquímicamente.

(ii) Las bajas afinidades de la interacción carbohidratos-lectinas, que a menudo están en el rango micromolar o incluso milimolar.

Sin embargo, en los sistemas biológicos la presentación multivalente de los glicoligandos da lugar a asociaciones efectivas, que muestran una alta especificidad (efecto cluster) [L.L. Kiessling, J.E. Gestwicki, L.E. Strong, Curr. Opin. Chem. Biol. 2000, 4, 696-703]. La dificultad en disponer de carbohidratos de origen natural, asociada a la imposibilidad de su clonación, ha impulsado el desarrollo de diversos modelos de sistemas polivalentes. Los glicoconjugados sintéticos presentan la ventaja de permitir la modificación del número y la disposición de los elementos de reconocimiento. Las investigaciones llevadas a cabo hasta la fecha, han puesto de manifiesto que los ligandos multivalentes presentan a menudo una afinidad aparente respecto al receptor muy superior a la del correspondiente ligando monovalente [M. Mammen, S.K. Choi, G.M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1998, 37, 2755-2794]. Los multiconjugados desarrollados hasta la fecha pueden clasificarse en dos grupos: (i) sistemas modelo de baja valencia y (ii) sistemas modelo de alta valencia.

Los sistemas modelo de baja valencia, tienen carácter molecular y permiten típicamente la incorporación de dos a veinte ligandos. Entre estos sistemas, se incluyen glicoclusteres, glicodendrímeros y derivados de macrociclos conformacionalmente rígidos como calixarenos, ciclopéptidos, éteres corona y ciclodextrinas.

Los llamados sistemas de alta valencia, entre los que se encuentran los ejemplos que se presentan en esta invención, tienen un núcleo supramolecular o resultan de la organización supramolecular de monómeros monovalentes. Entre estos sistemas se encuentran las neoglicoproteínas, los neoglicopolímeros, los liposomas y las monocapas autoensambladas. El efecto cluster, antes comentado, ha impulsado el desarrollo de fármacos antiadhesivos multivalentes contra bacterias y virus mediante la presentación de glicoligandos sobre polímeros flexibles. [R. Autar, A. S. Khan, M. Schad, J. Hacker, R. M. Liskamp, R. J. Pieters, ChemBioChem, 2003, 4, 1317-1325; N. Nagahori, R.T. Lee, S. Nishimura, D. Page, R. Roy, Y.C. Lee, ChemBioChem, 2002, 3, 836-844; J.D. Reuter, A. Myc, M.M. Hayes, Z. Gan, R. Roy, D. Qin, R. Yin, L.T. Piehler, R. Esfand, D.A. Tomalia, J.R. Baker, Bioconjug. Chem. 1999, 10, 271-278; S.K. Choi, M. Mammen, G.M. Whitesides J. Am. Chem. Soc, 1999,119, 4103-4111; G.B. Sigal, M. Mammen, G. Dahmann, G.M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3789-3800]. En el campo de la nanotecnología cabe destacar el uso de las nanopartículas de oro como plataforma multivalente para el estudio de las interacciones carbohidratos-carbohidratos y carbohidratos-proteínas. [J. M. de la Fuente, A. G. Barrientos, T. C. Rojas, J. Rojo, J. Cañada, A. Fernández, S. Penadés, Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2257-2261; H. Otsuka, Y. Akiyama, Y. Kagasaki, K. Kataoka, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8226-8230; C.-C. Lin, Y.-C. Yeh, C.-Y. Yang, C.-L. Chen, G. F. Chen, C.-C. Chen, Y.-C. Wu, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3508-3509; B. Nolting, J.-J. Yu, G.-Y. Liu, S.-J. Cho, S. Kauzlarich, C. Gervay-Hague, Langmuir 2003, 19, 6465-6473]. Adicionalmente, existen dispositivos sensibles a la presencia de patógenos que utilizan asociaciones multivalentes para el reconocimiento [D.H. Charych, J.O. Nagy, W. Spevak, M.D. Bednarski, Science 1993, 261, 585-588; Z.F. Ma, J.R. Li, M.H. Liu, J. Cao, Z.Y. Zou, J. Tu, L. Jiang, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12678-12679; M.D. Disney, J. Zhang, T.M. Swager, P.H. Seeberger, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13343-13346].

Por otro lado, productos secundarios de la síntesis de fulerenos, los nanotubos de carbono (NTCs ó CNTs) fueron descubiertos en 1991 por el microscopista japonés S. Iijima de la sociedad NEC Corporation en Japón [S. Iijima, Nature 1991, 354, 56-58]. Después del grafito, el diamante y los fulerenos,los nanotubos de carbono representan la cuarta forma alotrópica del carbono. Los nanotubos multi-capas o MWNT ("multi wall nanotube") están constituidos por varias capas de grafito enrolladas de forma concéntrica formando capas cilíndricas con diámetros de 4-30 nm según el número de cilindros, y longitudes que pueden llegar hasta 10 µm. Las paredes de los nanotubos están constituidas por hexágonos de carbono con hibridación sp² y las capas cilíndricas de carbono están separadas una distancia de 3.44 Å. Dos años más tarde, el equipo de NEC Corporation de Japón y de IBM de EEUU descubrieron un segundo tipo de nanotubos con la particularidad de estar constituidos por una única capa de grafito [S. Iijima, T. Ichihashi, Nature 1993, 363, 603]. Los nanotubos de carbono mono-capa o SWNT ("single wall nanotube")...

1. Un compuesto de fórmula general I:

en la que

R es un carbohidrato seleccionado entre mono-, di- y polisacárido;

X es oxígeno, azufre, -CH₂- o -NH-;

n, m, j y k son números enteros, iguales o diferentes entre sí, comprendidos entre 0 y 20; e

i es 0 ó 1.

2. Compuesto según la reivindicación 1, de fórmula general Ia:

en la que

R, m, j, k e i tienen los significados definidos en la reivindicación 1.

3. Compuesto según la reivindicación 2, de fórmula general Ia'

en la que

R e i tienen los significados definidos en la reivindicación 1.

4. Compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que R es un monosacárido o un disacárido.

5. Compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que R es un sacárido seleccionado entre 1-desoxiglucosa, 1-desoxigalactosa, 1-desoxiarabinosa, 1-desoximanosa, 1-desoxi-N-acetil-galactosamina, 1-desoxixilosa, 1-desoximaltosa, 1-desoxilactosa, 1-desoxi-N-acetil-galactosamina-ß-1,3-galactosa, preferentemente seleccionado entre 1-desoxigalactosa, 1-desoxiglucosa, 1-desoximanosa y 1-desoxilactosa.

6. Compuesto según la reivindicación 3, de fórmula Ia'(1):

7. Compuesto según la reivindicación 3, de fórmula Ia'(2):

8. Compuesto según la reivindicación 3, de fórmula Ia'(3):

9. Compuesto según la reivindicación 3, de fórmula Ia'(4):

10. Compuesto según la reivindicación 3, de fórmula Ia'(5):

11. Un procedimiento para la obtención de un compuesto según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende:

(1) hacer reaccionar un carbohidrato peracetilado de fórmula

donde R tiene el significado previamente mencionado en la reivindicación 1, con un compuesto de fórmula

donde X y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1, para obtener un compuesto de fórmula general IV

donde R, X y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(2) hacer reaccionar el compuesto obtenido en la etapa (1) con un ácido de fórmula general V

donde m tiene el significado previamente mencionado en la reivindicación 1, en presencia de un agente deshidratante, en un disolvente orgánico para dar un compuesto de fórmula general VI

donde R, X, m y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(3) reducir el compuesto de fórmula VI con un agente reductor de la función azida selectivo para dar una amina de fórmula VII

donde R, X, m y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(4) hacer reaccionar el compuesto VII con un ácido carboxílico de fórmula general VIII

donde j y k tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1, en presencia de un agente deshidratante para rendir un compuesto de fórmula general IX

donde R, X, m, n, j y k tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(5) hacer reaccionar el compuesto IX con metilato sódico en metanol y posterior purificación del compuesto de fórmula I (i = 0)

donde R, X, m, n, j y k tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(1) hacer reaccionar un carbohidrato peracetilado de fórmula

donde R tiene el significado previamente mencionado en la reivindicación 1, con un compuesto de fórmula

donde X y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1, para obtener un compuesto de fórmula general IV

donde R, X y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(2) hacer reaccionar el compuesto obtenido en la etapa (1) con un ácido de fórmula general V

donde m tiene el significado previamente mencionado en la reivindicación 1, en presencia de un agente deshidratante, en un disolvente orgánico para dar un compuesto de fórmula general VI

donde R, X, m y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(3) hacer reaccionar un ácido carboxílico de fórmula general VIII, con propargilamina en un disolvente orgánico en presencia de un agente deshidratante para formar un compuesto de fórmula general X

donde j y k tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1,

(4) acoplar el compuesto de fórmula general VI

donde R, X, m y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1, con un compuesto de fórmula X, mediante una cicloadicion 1,3-dipolar, para dar compuesto de fórmula general XI

donde R, X, j, k, m y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1, y

(5) hacer reaccionar dicho compuesto de fórmula XI con metilato sódico en metanol y posterior purificación para obtener el compuesto de fórmula I (i = 1)

donde R, X, j, k, m y n tienen los significados previamente mencionados en la reivindicación 1.

12. Un agregado supramolecular que comprende un nanotubo de carbono y un compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

13. Agregado supramolecular según la reivindicación 12, en el que el nanotubo de carbono es monocapa o multicapa, de estructura "zig-zag", "quiral" o "sillón".

14. Un procedimiento para la preparación de un agregado supramolecular como se define en las reivindicaciones 12 y 13, que comprende:

a) mezclar una suspensión de nanotubos de carbono con un compuesto de fórmula I, en agua, y sonicar la mezcla durante el tiempo necesario para obtener un agregado formado por nanotubos de carbono alrededor de los cuales se ubica el compuesto de fórmula (I);

b) centrifugar la mezcla obtenida en la etapa a) con el fin de eliminar los nanotubos que no presentan compuestos de fórmula I organizados a su alrededor;

c) irradiar con luz ultra-violeta la solución obtenida en la etapa b) para polimerizar el compuesto de fórmula (I), de manera que dicho compuesto polimerizado se ubica en forma de anillos alrededor de los nanotubos de carbono; y

d) dializar contra agua desionizada la solución obtenida en la etapa c) con el fin de eliminar los glicolípidos y o las micelas derivadas de los mismos que no se encuentran en contacto con los nanotubos.

15. Un agregado supramolecular obtenible según el procedimiento de la reivindicación 14.

16. Un procedimiento para producir un gliconanosoma que comprende retirar los anillos de compuestos de fórmula I polimerizados que rodean los nanotubos obtenidos según el procedimiento de la reivindicación 14.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, donde el proceso para retirar los anillos se efectúa mediante la aplicación de un campo eléctrico.

18. Un gliconanosoma obtenible según el procedimiento definido en cualquiera de las reivindicaciones 16 a 17.

19. Un agregado supramolecular como se define en cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 15 para su uso como medicamento.

20. Uso de un agregado supramolecular como se define en cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 15 para la preparación de un medicamento dirigido al tratamiento de enfermedades y/o condiciones que cursan con interacciones mediadas por carbohidratos.

21. Uso según reivindicación 20 en el que la enfermedad y/o condición se selecciona entre infecciones bacterianas, infecciones virales, procesos inflamatorios, cáncer y disfunciones en la respuesta inmune durante el trasplante de tejidos.

22. Uso según reivindicación 21, en el que la infección bacteriana es una infección mediada por la bacteria Heliobacter pylori.

23. Uso de un agregado supramolecular como se define en cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 15 para la detección del grupo sanguíneo en un individuo.

24. Un kit para la determinación del grupo sanguíneo que comprende un agregado supramolecular como se define en cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 15.

25. Una vacuna que comprende un agregado supramolecular como se define en cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 15 y un antígeno.

26. Un método para la determinación de la presencia en un medio de una sustancia capaz de interaccionar con un carbohidrato, que comprende:

a) poner en contacto un agregado supramolecular como se define en cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 15 con la sustancia de tal manera que la sustancia se pueda asociar al carbohidrato; y

b) determinar si la asociación tiene lugar o no.

27. Uso de un gliconanosoma como se define en la reivindicación 18 como vector de una molécula biológicamente activa hidrófoba.

28. Uso de un gliconanosoma como se define en la reivindicación 18 como vector de una proteína de membrana.