Hidrogel fotoestérico formado por polímeros estereocomplejados y fotorreticulados,

polímeros que comprenden dos tipos de polímeros que tienen al menos un componente hidrófilo, al menos un componente hidrófobo mútuamente estereocomplejante, y los dos tipos de polímeros comprenden al menos un componente mutuamente fotorreticulable.

Hidrogel fotoestérico, un procedimiento para producir dicho hidrogel fotoestérico, polímeros para uso para obtener tal hidrogel y un kit farmacéutico que comprende tales polímeros.

La presente invención se refiere a un hidrogel fotoestérico, a un procedimiento para producir hidrogeles fotoestéricos, a polímeros para uso como tales hidrogeles fotoestéricos y a un kit farmacéutico que comprende tales polímeros.

Introducción

Los hidrogeles se han usado ampliamente para aplicaciones biomédicas, tales como ingeniería de tejidos y suministro de fármacos, debido a sus favorables características1-3. Los hidrogeles son redes hinchadas por agua de polímeros hidrófilos reticulados. Su elevado contenido de agua los hace muy biocompatibles y también conduce a una mínima absorción de proteínas. Las propiedades mecánicas de los hidrogeles son paralelas a las de los tejidos blandos, lo que los hace particularmente interesantes para el diseño ingenieril de tejidos. Los hidrogeles se pueden formar in situ, permitiendo que células y moléculas bioactivas, tales como proteínas, se mezclen fácilmente con soluciones de polímeros antes de la gelación4-6.. Además, la formación de hidrogel in situ permite la preparación de formas complejas y el uso de cirugía mínimamente invasiva. Se han preparado biogeles in situ por procedimientos de reticulación físicos y químicos. Entre los hidrogeles reticulados físicamente figuran los basados en interacciones hidrófobas y enlaces de hidrógeno entre polímeros de bloque o polímeros de injerto termosensibles7-11 , estereoformación de complejos entre copolímeros de injerto de poli (L-lactidas) (PLLA) y poli (D-lactidas (PDLA) 12 y copolímeros de bloque13-15, complejación de inclusión usando polímeros de a-dextrina16-20 e interacciones entre micropartículas cargadas opuestamente21 o péptidos22. Las condiciones de reticulación para estos geles generalmente son muy suaves, lo q ue permite la captación de compuestos lábiles tales como proteínas. Sin embargo, en general son mecánicamente débiles en comparación con hidrogeles reticulados químicamente y los cambios en el medio exterior (por ejemplo, fuerza iónica, pH, temperatura) pueden originar la ruptura de la red.

Se han formado in situ hidrogeles reticulados químicamente por adición de Michael entre tioles y acrilatos o vinilsulfonas23-29, por reacción entre aldehídos y dihidrazidas30 o aminas31, reacción entre ésteres activados y aminas32 y polimerización en cadena iniciada por radicales redox de (met) acrilatos33-37. La fotopolimerización de (met) acrilatos5 usando luz UV38-41 o luz visible42-44 se ha usado mayoritariamente para la formación in situ de hidrogeles reticulados químicamente. El grupo de Hubbell42 es quien ha dado a conocer por vez primera hidrogeles biodegradables, preparados por fotorreticulación de derivados diacrilato de poli (etilenglicol) polilactida (PEG-PLA) . Más recientemente, este grupo ha preparado hidrogeles degradables por incorporación de secuencias de péptidos de plasmina degradables39, 43. Cuando se modificaron con secuencias de péptido de RGD adherentes a células, estos hidrogeles soportaron el crecimiento tridimensional de fibroblastos humanos embebidos como cúmulo dentro del hidrogel. Otro tipo de hidrogel degradable se preparó por copolimerización de un derivado metacrilato de ácido hialurónico y diacrilato de PEG44. Los fibroblastos se adhirieron y proliferaron cuando se cultivaron en los hidrogeles funcionalizados RGD. El grupo de Anseth ha trabajado mucho en hidrogeles degradables basados en dimetacrilatos de PEG-PLA40. Se ha visto que usando combinaciones de dimetacrilatos de PEG y PDEG-PLA y/o cambiando la longitud del bloque de PLA, la velocidad de degradación, el módulo a compresión y la densidad de reticulación del hidrogel se pueden ajustar para obtener andamios adecuados para el diseño ingenieril de tejido de cartílago41. La ventaja principal de la fotopolimerización es el control espacial y temporal de la polimerización. Sin embargo, la fotopolimerización in vivo está lastrada por la absorción de luz ultravioleta por la piel (>99%) . En aplicaciones clínicas, se desea una gelación rápida para evitar la difusión de precursores de hidrogel o moléculas bioctivas al tejido circundante. Elisseeff y otros han dado cuenta de la fotopolimerización transdérmica de una solución acuosa al 20% en peso de dimetacrilato de PEG inyectada subcutáneamente en ratones nude por irradiación con UV durante 3 min a una intensidad de 2 mW/cm2 de la luz incidente45. En este estudio se usó PEG de alto peso molecular (100.000) como aditivo para evitar una difusión rápida de los precursores de gel después de la inyección y para aumentar las propiedades mecánicas del hidrogel fotopolimerizado. Un inconveniente es que es muy difícil que los riñones excreten PEG de alto peso molecular46. Elisseeff y otros han estudiado la atenuación de luz UV por la piel usando como modelo piel de cerdo47. La intensidad de la luz incidente de 100 mW/cm2 se atenuó por la piel a aprox. 0, 05 mW/cm2. Después de 3 min de irradiación de UV de una solución acuosa de dimetacrilato al 20% en peso con una concentración del fotoiniciador de 0, 04% en peso se alcanzó una conversión de aprox. 10%. Los enlaces insaturados que quedan pueden causar problemas de toxicidad y la conversión incompleta puede dar por resultado hidrogeles con débiles propiedades mecánicas48. La velocidad de polimerización se puede aumentar aumentando la concentración de fotoiniciador o la intensidad de la luz incidente. Sin embargo, debido a su toxicidad, los fotoiniciadores sólo se pueden usar a concentraciones bajas (aprox. 0, 01-0, 05% en peso) 49 y la intensidad de la luz UV está limitada a aprox. 5-10 mW/cm2 para evitar dañar las células. La luz visible es atenuada menos por la piel, pero se requieren iniciadores eficientes con menor citotoxicidad49, 50. Otro problema de la fotopolimerización es que, generalmente, una polimerización rápida está acompañada por efectos térmicos sustanciales48. El aumento de temperatura resultante puede causar morbosidad local de las células y necrosis del tejido que rodea el implante.

II. Sumario de la invención

La presente invención tiene por objeto proporcionar un hidrogel que sea rápido de formar in situ y sea robusto. La presente invención está basada en la idea de que mediante el uso combinado de estereocomplejación y fotopolimerización la gelación será rápida y se facilitará la fotopolimerización. Después de una formación rápida del hidrogel estereocomplejado, la posterior fotopolimerización se puede realizar a una velocidad de polimerización relativamente baja para formar geles con las propiedades mecánicas deseadas.

Además, se limitará el aumento de la temperatura local generado por la fotopolimerización. Adicionalmente, la fotopolimerización puede tener lugar a concentraciones más bajas del iniciador y a una intensidad de irradiación más baja en comparación con la formación de gel sin utilizar estereocomplejos preformados.

En circunstancias particulares, el hidrogel fotoestérico formado tendrá propiedades mecánicas acrecentadas y, si se desea, tiempos de degradación prolongados. Finalmente, la estereocomplejación coadyuva a la fotopolimerización del componente fotorreticulable. Los hidrogeles fotoestéricos formados tendrán módulos de recuperación incrementados y, si se desea, tiempos de degradación mejorados en comparación con fotohidrogeles formados sólo por fotopolimarización. Consecuentemente, la presente invención proporciona hidrogeles fotoestéricos formados por polímeros esterocomplejados y fotorreticulados, polímeros que comprenden al menos dos tipos de polímeros que tienen al menos un componente hidrófilo, al menos un componente hidrófobo mutuamente estereocomplejante, y al menos uno de los tipos comprende un componente fotorreticulable. Consecuentemente, el hidrogel fotoestérico está formado por polímeros estereocomplejados y fotorreticulados. Estos polímeros comprenden al menos dos tipos de polímeros. Los polímeros de ambos tipos tienen al menos un componente hidrófilo requerido para formar el hidrogel. Los polímeros comprenden además al menos un componente hidrófobo estereocomplejante que estereocomplejará mutuamente, formando así el estereohidrogel. Al menos uno de los dos tipos de polímeros comprende al menos un componente fotorreticulable. Consecuentemente, después de la formación del estereohidrogel, lois polímeros de al menos uno de los dos tipos son reticulables por fotopolimerización, formando por ello el hidrogel fotoestérico.

Los dos tipos de polímeros comprenden al menos... [Seguir leyendo]

1. Hidrogel fotoestérico formado por polímeros estereocomplejados y fotorreticulados, polímeros que comprenden dos tipos de polímeros que tienen al menos un componente hidrófilo, al menos un componente hidrófobo mútuamente estereocomplejante, y los dos tipos de polímeros comprenden al menos un componente mutuamente fotorreticulable.

2. Hidrogel de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el componente hidrófilo comprende PEG, dextrano, ácido hialurónico, pululano, sulfato de condroitina, poli (alcohol de vinilo) , poli (metacrilato de hidroxietilo) , poli (ácido aspártico) , poli (ácido glutámico) , poli (ácido acrílico) , una poli (alquil C1-6 oxazolina) tal como poli (metil-o etiloxazolina) , y/o

en el que el componente hidrófobo estereocomplejante comprende poli (L-lactida) o poli (D-lactida) , poli (L-lactida) o poli (D-lactida) que preferiblemente comprende de 8-30, preferiblemente de 10-20, más preferiblemente 12-16 unidades de lactilo por poli (L-lactida o D-lactida) , y/o

en el que el componente fotorreticulable comprende acrilato, metacrilato, acrilamida y fumarato.

3. Hidrogel de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el componente fotorreticulable se ha reticulado usando irradiación visible o ultravioleta (de longitud de onda larga) , y/o

en el que la fotorreticulación requiere irradiación de UV de baja intensidad, tal como de 0, 05-20 mW/cm2, cuando hay una barrera de tejido (tal como piel intacta) , o de 2 a 20 mW/cm2 cuando no hay una barrera de tejido, o luz visible a una intensidad de la luz visible preferiblemente d.

3. 100 mW/cm2.

4. Hidrogel de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el componente estereocomplejante y el componente fotorreticulable están directamente unidos al componente hidrófilo o en el que el componente estereocomplejante une el componente fotorreticulable al componente hidrófilo.

5. Hidrogel de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que los polímeros constitutivos tienen la forma de una estructura tribloque o de multibrazos, preferiblemente una estructura de 3-12 brazos, más preferiblemente una estructura de 8-10 brazos.

6. Hidrogel de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que tiene un módulo de recuperación G' mayor que 1 kPa, tal como de 1-100 kPa.

7. Procedimiento para producir hidrogeles fotoestéricos, que comprende las estapas de

(a) proporcionar una mezcla de al menos dos tipos de polímeros que tienen al menos un componente hidrófilo, al menos un componente hidrófobo mútuamente estereocomplejante, y al menos uno de los tipos comprende al menos un componente fotorreticulable;

(b) eastereocomplejar los dos tipos de polímeros , formando así un hidrogel estereocomplejado, y

(c) fotorreticular el hidrogel estereocomplejado usando irradiación visible o UV, formando así el hidrogel fotoestérico.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que los dos tipos de polímeros comprenden al menos un componente mutuamente fotorreticulable, y/o en el que el componente hidrófilo comprende PEG, dextrano, ácido hialurónico, pululano, sulfato de condroitina, poli (alcohol de vinilo) , poli (metacrilato de hidroxietilo) , poli (ácido aspártico) , poli (ácido glutámico) , poli (ácido acrílico) , poli (alcohol de vinilo) y poli (alquil C1-6 oxazolina) tal como poli (metil- o etil-oxazolina) , y/o

en el que el componente hidrófobo estereocomplejante comprende poli (L-lactida) o poli (D-lactida) , poli (L-lactida) o poli (D-lactida) que preferiblemente comprende 8-30, preferiblemente 10-20, más preferiblemente 12-16 unidades de lactilo, y/o en el que el componente fotorreticulable comprende acrilato, metacrilato, acrilamida y fumarato y preferiblemente el componente fotorreticulable es reticulable usando radiación visible o ultravioleta (de longitud de onda larga) .

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el fotorreticulador usa un fotoiniciador citocompatible, preferiblemente en una cantidad de 0, 001 a 0, 05% en peso, tal como 2, 2-dimetoxi-2-fenilacetofenona (Irgacure 651) , 1-hidroxiciclohexil fenil cetona (Irgacure 184) , 2-metil-1-[4- (metiltio) fenil]-2- (4-morfolinil) -1-propanona (Irgacure 907) y 2-hidroxi-1- (hidroxietoxi) fenil]-2-metil-1-propanona (Darocur 2959) , canforquinona (CQ) con 4-N, Ndimetilaminobenzoato de etilo (4EDMAB) y trietanolamina (TEA) y el fotosensibilizador isopropiltioxantona, y/o en el que el fotorreticulador requiere irradiación UV de baja intensidad, tal como de 0, 05-20 mW/cm2 cuando hay una barrera de tejido (tal como piel intacta) , o d.

2. 20 mW/cm2 cuando no hay barrera de tejido, o luz visible preferiblemente a una intensidad d.

3. 100 mW/cm2.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, en el que el componente estereocomplejante y el componente fotorreticulable están unidos directamente al componente hidrófilo, o en el que el componente estereocomplejante une el componente fotorreticulable al componente hidrófilo.

11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en el que los polímeros constitutivos tienen la forma de un tribloque o una estructura multibrazos, preferiblemente una estructura de 3-12 brazos, más preferiblemente de 8-10 brazos, y/o en el que la concentración de polímero está en el intervalo de 5-30% p/v, preferiblemente de 10-20% p/v.

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en el que el tiempo para la estereocomplejación está en el intervalo de 1 min a 3 días, preferiblemente de 2 horas a 1 día, más preferiblemente de 4 a 10 horas.

13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8-12, que comprende la etapa de hidrolizar los compionentes estereocomplejantes, formando así un hidrogel hinchado.

14. Hidrogel obtenible con el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 8-13 y que preferiblemente comprende un agente o resto farmacéuticamente activo que se une a un agente farmacéuticamente activo.

15. Polímeros que comprenden dos tipos de polímeros que tienen al menos un componente hidrófilo, al menos un componente hidrófobo mutuamente estereocomplejante y al menos uno de los tipos comprende al menos un componente fotorreticulable para uso en la producción de un hidrogel que comprende un agente o resto farmacéuticamente activo que se une a un agente farmacéuticamente activo, dentro del cuerpo humano o animal, polímeros que preferiblemente están estereocomplejados.

16. Kit farmacéutico para formar un hidrogel según se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende dos recipientes, comprendiendo cada uno de ellos uno de los dos tipos de polímeros que tiene al menos un componente hidrófilo, al menos un componente hidrófobo mútuamente estereocomplejante, y al menos uno de los tipos comprende al menos un componente fotorreticulable, y en el que el agente farmacéuticamente activo según se ha definido en la reivindicación 14, preferiblemente se contiene en uno o ambos recipientes y/o en un recipiente separado.