HIDROGEL FUNCIONALIZADO CON UNA PORCIÓN POLIMERIZABLE Y SUS UTILIZACIONES COMO BIOSENSORES O BIORREACTORES.

Esqueleto de hidrogel funcionalizado injertado con por lo menos una porción polimerizable en el que el hidrogel es un polímero de alginato y la porción polimerizable está injertada en un grupo de ácido carboxílico del polímero de alginato.

Hidrogel funcionalizado con una porción polimerizable y sus utilizaciones como biosensores o biorreactores.

La presente invención se refiere a un nuevo hidrogel funcionalizado con una porción polimerizable, a los hidrogeles polimerizados, a las películas y los geles que comprenden el mismo y a su utilización para la encapsulación de células, proteínas, ADN u otras moléculas, que incluye su utilización como biosensores o biorreactores.

Los biosensores permiten un análisis directo, sensible y rápido de las especies biológicas y químicas y por lo tanto se utilizan en muchas áreas de la asistencia sanitaria y ciencias de la vida, que comprenden desde revelar y diagnosticar enfermedades hasta el descubrimiento y el cribado de nuevos fármacos y moléculas (Cosnier, S. Anal. Bioanal. Chem. 2003, 377, 507-520; Maite, S. Francisco, A. J. Chemical Reviews. 2003, 104, 3239-3265; Vagdama, P Crump P. Analyst. 1992, 117, 1657; Cosnier & al., J. Electroanalytical Chemistr y , vol. 449, nº 1/2, 1998, 165-171) .

Los dispositivos de biosensores acoplan una entidad de reconocimiento bioespecífica a la superficie de un transductor, que “transduce” un episodio de reconocimiento celular en una señal eléctrica medible, lo que señala la presencia de la molécula diana.

Las matrices de hidrogel han sido muy utilizadas para construir unos biosensores como el prometedor hidrogel con alginato, que pertenece a la familia de los copolímeros que presentan º-D-manurónico con enlace 1, 4, y residuos de ácido a-L-glucurónico que varían tanto en proporciones como en disposición secuencial (Torres, L. G. Sanches-dela-Vega, N. A. Process Biochem. 1998, 33, 625; Kierstan, M. Bucke, C. Biotech. Bioeng. 2000, 67, 726; Gombotz, W.

R. Wee, S. F. Adv. Drug. Delv. Rev. 1998, 31, 267; Cosnier, S. Novoa, A. Mousty, C. Marks, R. S. Analytica Chim. Acta. 2002, 453, 71-79) .

Otros hidrogeles y (co) polímeros reticulables se dan a conocer en la técnica (Smeds & al., J. Biomed. Materials Res., vol. 54, nº 1. 2001, 115-121; Yang & al., Synthetic Materials, vol. 32, 1989, 191-200; Tokura & al., Carbohydrate Polymers, vol. 13, nº 4, 1990, 363-374; Zhang & al., Carbohydrate Polymers, vol. 26 nº 3, 1995, 205-209; Gandini & al., Polymer, vol. 44, nº 25, 2003, 7565-7572) .

Los geles se forman in situ de forma espontánea en presencia de iones divalentes como el calcio en un proceso de una sola etapa que tiene lugar en unas condiciones muy suaves. El gran éxito técnico en su atrapamiento y encapsulación es debido al entorno suave que proporcionan al material atrapado, así como a la existencia de una elevada porosidad, debido a la estructura de red abierta en el gel. Esto permite unas tasas de difusión elevadas en la totalidad de la estructura del gel y facilita los intercambios con la solución acuosa. Sin embargo, debido precisamente a su elevada porosidad, las macromoléculas como las enzimas penetrarán en la solución acuosa, limitando así la utilización de esta matriz a básicamente células enteras u orgánulos celulares (Smidsord, O. Skajak-Barak, G. TIBTECH. 1990, 8, 71; Oretega, N. Busto, M. D. Peraz Mateos, M. Bioresour. Technol. 1998, 64, 105; Martinsen, A Skajak, G. Smidsord, O. Biotechnol. Bioeng., 1989, 33, 79; Blandino, A. Macias, M. Cantero, D. Enzyme Microb. Technol. 2000, 27, 319) .

Se han propuesto varios procedimientos para la estabilización de los geles con alginato y reducir su porosidad para proporcionarles la propiedad de liberación controlada. Los procedimientos utilizados más habitualmente son el recubrimiento policatiónico (Schacht, S. Vandichel, J. C. Encapsulation and Controlled Release, Royal Society of Chemistr y , Cambridge, 1993, 18-34) y el reticulado covalente (Levy, M. C; Edward-Levy, F. J. Microencapsulation, 1996, 13, 169) , no satisfactorios hasta la fecha.

La presente invención se refiere por lo tanto a un nuevo hidrogel funcionalizado en el que el esqueleto del hidrogel y un polímero se unen mediante uno o más enlaces covalentes, y que el polímero se forma in situ mediante la polimerización de un hidrogel funcionalizado injertado que presenta por lo menos una porción polimerizable.

Según la presente invención, “injertado” significa un enlace covalente entre el hidrogel y la porción polimerizable.

La presente invención se refiere al esqueleto de un hidrogel funcionalizado injertado con por lo menos una porción polimerizable en el que el hidrogel es un polímero de alginato y la porción polimerizable está injertada en un grupo ácido carboxílico del polímero de alginato.

Las porciones polimerizables son conocidas en la técnica. En una forma de realización preferida, la porción polimerizable se selecciona de entre el grupo constituido por tiofeno, anilina y pirrol, preferentemente un grupo pirrol.

Los hidrogeles funcionalizados según la presente invención comprenden ventajosamente un grupo espaciador entre el esqueleto del hidrogel y la porción polimerizable. Este espaciador se selecciona para evitar una interferencia sustancial durante el proceso de polimerización de la porción polimerizable. Se puede seleccionar de entre los grupos alquilenilo, grupos cicloalquilenilo, grupos alquenillenilo, sustituidos eventualmente por uno o más sustituyentes.

Según la presente invención, los grupos alquenilos son preferentemente C1-C6 lineales o grupos alquenilos ramificados, que incluyen los radicales metilenilo, etilenilo, propilenilo, butilenilo, pentienilo y hexilenilo. Se aplican las mismas definiciones para los grupos alquenilenilo pero comprende una o más enlaces insaturados.

Los grupos cicloalquenilos son preferentemente grupos C3-C6 cicloalquenilos, que incluyen los grupos ciclopropilenilo, ciclopentilenilo y ciclohexilenilo.

Tanto el esqueleto del hidrogel como la porción polimerizable se pueden unir a al espaciador en el mismo átomo de carbono, o en distintos átomos de carbono.

Se pueden sustituir uno o más grupos -CH2-o –CH-del espaciador por oxígeno, un grupo amino o carbonilo.

En las formas de realización preferidas, la porción polimerizable se injerta en la porción de hidrogel a través de una 15 unión amida o una unión éter.

Los hidrogeles funcionalizados según la invención preferidos se pueden representar por la fórmula (1) siguiente.

en la que, 25 el hidrogel es un esqueleto de alginato,

Pol es una porción de polimerización tal como se ha definido anteriormente y a continuación, Sp es un grupo de espaciador tal como se ha definido anteriormente y a continuación,

X es un oxígeno de un grupo amino NR1, en el que R1 se selecciona de entre H ó un grupo C1-C3 alquilo.

En las formas de realización preferidas, el hidrogel funcionalizado según la invención comprende un polímero de alginato como esqueleto del hidrogel y una porción pirrol como parte de polimerización. 35

Los polímeros de alginato preferidos que comprenden por lo menos una porción pirrol se pueden representar mediante la fórmula (3) siguiente en la que, X se selecciona de entre O ó NR1, y R1 se selecciona de entre H ó un grupo alquilo C1 a C3,

45 Sp es una porción espaciadora seleccionada de entre grupos alquilenilos, grupos cicloalquilenilos, grupos alquenilenilos, sustituidos al final por uno o más sustituyentes, y Alg es un azúcar del polímero de alginato de la esqueleto. Los hidrogeles con alginato preferidos que comprenden por lo menos una porción pirrol injertada de la invención se pueden representar mediante la fórmula (4) siguiente en la que, n es un número entero de 1 a 6, preferentemente 3, y Alg es un azúcar del polímero de alginato del esqueleto.

Los hidrogeles con alginato injertados con unas porciones pirrol comprenden preferentemente de 10% a 40% de porciones pirrol sobre la base al número total de porciones de ácido carboxílico del polímero de alginato, más preferentemente aproximadamente 30% de porciones pirrol.

Para obtener un esqueleto de hidrogel y un polímero se unen con uno o más enlaces covalentes siendo la porción polimerizable del hidrógeno funcionalizado de la presente invención además polimerizada.

La polimerización in situ de las porción polimerizable comportará la formación del polímero correspondiente unido covalentemente al esqueleto del hidrogel mediante unos o más enlaces covalentes, como un polímero de... [Seguir leyendo]

1. Esqueleto de hidrogel funcionalizado injertado con por lo menos una porción polimerizable en el que el hidrogel es un polímero de alginato y la porción polimerizable está injertada en un grupo de ácido carboxílico del polímero de 5 alginato.

2. Polímero funcionalizado según la reivindicación 1, en el que la porción polimerizable se selecciona de entre el grupo constituido por tiofeno, anilina y pirrol.

3. Hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que comprende una porción espaciadora entre el esqueleto del hidrogel y la porción polimerizable.

4. Polímero funcionalizado según la reivindicación 3, en el que el espaciador se selecciona de entre los grupos

alquilenilo, grupos cicloalquilenilo, grupos alquenilenilos, sustituidos eventualmente por uno o más sustituyentes. 15

5. Hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la porción polimerizable se injerta a través de un enlace amida o un enlace éter.

6. Hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 5, representado por la fórmula siguiente

en la que, 25

Hidrogel es un polímero de alginato,

Pol es una porción de polimerización tal como se define en las reivindicaciones anteriores, Sp es una porción espaciadora tal como se define en las reivindicaciones anteriores y, X es un oxígeno o un grupo amino NR1, en el que R1 se selecciona de H o un grupo Cl-C3 alquilo.

7. Hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la porción de polimerización es una 35 porción pirrol.

8. Hidrogel funcionalizado según la reivindicación 7, en el que es un polímero de alginato que comprende por lo menos una porción pirrol de la fórmula siguiente

en la que, X se selecciona de entre O ó NR1, y R1 se selecciona de entre H o un grupo alquilo C1 a C3, Sp es una porción espaciadora seleccionada de entre los grupos alquilenilos, los grupos cicloalquilenilos, los grupos alquenilenilos, sustituidos eventualmente por uno o más sustituyentes y, Alg es un azúcar del polímero del esqueleto de alginato.

9. Hidrogel funcionalizado según la reivindicación 8, que comprende por lo menos una porción pirrol injertado de la siguiente fórmula

en la que, n es un número entero del 1 al 6, preferentemente 3 y, Alg es un azúcar del polímero del esqueleto del alginato.

10. Hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 7 a 9, en el que comprende de 10% a 40% de porciones pirrol sobre la base del número total de porciones de ácido carbólico del polímero de alginato.

11. Hidrogel funcionalizado según la reivindicación 10, en el que comprende aproximadamente 30% de porciones pirrol.

12. Hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la porción polimerizable es además polimerizada.

13. Hidrogel funcionalizado según la reivindicación 12, que comprende un esqueleto de hidrogel y un polímero, en el que el esqueleto de hidrogel y el polímero están unidos con uno o más enlaces covalentes.

14. Composición de polímero que comprende el hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 13.

15. Composición de polímero según la reivindicación 14, en forma de una película o un gel.

16. Composición que comprende un polímero funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 13 o una composición de polímero según una de las reivindicaciones 14 ó 15 combinada con por lo menos un segundo elemento seleccionado de entre células, proteínas, ADN u otras moléculas.

17. Composición farmacéutica que comprende una composición según la reivindicación 16 y un portador farmacéuticamente aceptable.

18. Biosensor que comprende una composición según la reivindicación 15 ó 16.

19. Procedimiento para la preparación de un hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende hacer reaccionar un esqueleto de hidrogel de alginato con una porción polimerizable funcionalizada para permitir la formación de un enlace covalente entre el esqueleto de hidrogel de alginato y la porción polimerizable en un grupo de ácido carboxílico del polímero de alginato.

20. Procedimiento para la preparación de un hidrogel funcionalizado según la reivindicación 12 ó 13, que comprende la polimerización del hidrogel funcionalizado según una de las reivindicaciones 1 a 11 u obtenido mediante el procedimiento según la reivindicación 19, bajo condiciones adecuadas para la polimerización de la porción polimerizable.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, en el que la polimerización de la porción polimerizable se realiza química o electroquímicamente.