Hidrogeles elaborados a base de polímeros aniónicos de origen natural.

La presente invención se refiere a hidrogeles que comprenden: (a) al menos un polímero de origen natural dotado de carga eléctrica negativa; (b) al menos una molécula constituyente natural del organismo humano capaz de actuar como reticulante catiónico del polímero o los polímeros anteriores. Al uso de los mismos como medicamentos o en ingeniería de tejidos o medicina regenerativa, o con aplicaciones cosméticas, de higiene, nutricionales y de recubrimiento de superficies así como a procedimientos para su preparación.

Hidrogeles elaborados a base de polímeros aniónicos de origen natural.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al desarrollo de hidrogeles que comprenden al menos un polímero de origen natural dotado de carga eléctrica negativa y al menos una molécula constituyente natural del organismo humano capaz de actuar como reticulante catiónico del polímero anterior sin establecer enlaces químicos con el mismo.

El carácter natural y las especiales propiedades de los componentes habilita nuevos usos a los geles constituidos de los mismos, bien sea por sí mismos o bien asociando ingredientes activos.

Además la presente invención se refiere al desarrollo de un procedimiento para la preparación de este tipo de hidrogeles y a los usos de los mismos.

Antecedentes de la invención

Los sistemas poliméricos de tipo hidrogel presentan un enorme potencial claramente reconocido en numerosos campos habiendo despertado un gran interés sobre todo en el ámbito biomédico y cosmético. Sin embargo, pese a los grandes avances experimentados en el diseño de hidrogeles y la enorme versatilidad de algunos de ellos, en la actualidad el potencial de los hidrogeles disponibles se encuentra limitado en algunos campos. Entre estos campos hay que señalar por su enorme interés y repercusiones tan importantes en la salud y economía, el de la ingeniería de tejidos. Concretamente, y a pesar de los significativos avances que ha experimentado este campo, existen desafíos que deben de resolverse si se pretende conseguir una aplicación clínica amplia. Dichos desafíos incluyen la necesidad de disponer de hidrogeles con propiedades mecánicas, químicas y biológicas adecuadas (Khademhosseini et al., PNAS 103, 2006, 2480-2487). Dos son las estrategias a seguir para abordar este desafío, que pueden ser desarrolladas por separado o de modo combinado. Por un lado, la síntesis de nuevos materiales que permitan el desarrollo de geles con características más ventajosas (Langer, Molecular Therapy, 1, 2000, 12-15). En este sentido, en los últimos años se ha llevado a cabo el desarrollo de numerosos polímeros con tal finalidad. Por otro lado, el desarrollo de estrategias de elaboración de hidrogeles que permitan aprovechar el potencial de biomateriales de reconocido interés, pero que con las técnicas actuales de elaboración de hidrogeles no pueden ser incorporados en un hidrogel de modo eficaz. Esta segunda estrategia se caracteriza por haber sido escasamente explorada.

Un ejemplo ilustrativo de la situación y limitaciones anteriormente descritas es el correspondiente a los hidrogeles basados en ácido hialurónico. Este es un biomaterial constituyente natural de nuestro propio organismo, conocido por su biodegradabilidad y bioresistencia y su papel en funciones celulares como la adhesión, proliferación y migración, con el consiguiente potencial en ingeniería de tejidos. No obstante, las técnicas de elaboración de hidrogeles actualmente disponibles hacen necesaria su modificación química para poder ser integrado eficazmente en un hidrogel. Es evidente que esta necesidad hace que el producto finalmente empleado no sea ya el constituyente de nuestro propio organismo, sino un producto semisintético sobre el cual habrá que aplicar los criterios de las correspondientes agencias regulatorias antes de pensar en su utilización. Esto ocurre por ejemplo con el hialurónico-metacrilato propuesto recientemente por Gerecht et al. (Gerecht et al., PNAS 104, 2007, 11298-11303), quienes también han desarrollado dextrano-metacrilato y polietilenglicol-diacrilato con similar objetivo (Yeh et al., Biomaterials 27, 2006, 5391-5398).

Tal y como señalan los autores citados anteriormente, una de las técnicas de elaboración de hidrogeles consiste en la reticulación iónica. Esta técnica posee interesantes ventajas, destacando por su suavidad y por ser una técnica rápida, económica, fácilmente reproducible y escalable y que requiere de una tecnología muy simple, aspectos todos ellos de indudable interés para la industria. Con dicha técnica es posible elaborar hidrogeles a base de alginato, material que se retícula iónicamente con iones calcio dando lugar a estructuras insolubles en medio acuoso. No obstante, no ha sido desarrollada para la elaboración de hidrogeles basados en otros materiales de origen natural, con los que únicamente es posible obtener complejos con calcio suspendidos en medios acuosos, pero no sistemas hidrogel, De este modo, para la obtención de auténticos hidrogeles es necesario recurrir a reticulación covalente mediada por agentes químicos como glutaraldehído o carbodiimida cuando lo que se pretende es obtener hidrogeles constituidos por otros biopolímeros hidrosolubles (Ikada, J.R. Soc. Interface 3, 2006, 589-601) (Tabata, J.R. Soc. Interface 6, 2009, S311-S324). Esta característica ha conducido a una situación de cierto olvido de la reticulación iónica incluso en revisiones que describen las técnicas de elaboración de hidrogeles para ingeniería de tejidos (Khademhosseini and Langer, Biomaterials 28, 2007, 5087-5092) (Tabata, J.R. Soc. Interface 6, 2009, S311-S324).

No obstante, es necesario recordar que la reticulación química covalente presenta serios inconvenientes. Concretamente, es una técnica que se basa en la formación de enlaces covalentes estabilizantes debido al empleo de agentes del grupo de los aldehídos, que se caracterizan por su toxicidad y por no ser aceptados para su empleo en humanos. Además, este tipo de agentes pueden dar lugar también a la reticulación e inactivación de la propia molécula bioactiva que se pretende asociar al sistema, sobre todo si se trata de moléculas con grupos amino, como en el caso de péptidos y proteínas, tales como factores de crecimiento celular. Todos estos problemas de los aldehídos y agentes reticulantes químicos se encuentran descritos en la literatura.

En base a lo anteriormente expuesto, los inventores han desarrollado un nuevo tipo de geles que únicamente pueden ser desarrollados utilizando constituyentes de nuestro propio organismo a modo de reticulantes catiónicos.

A diferencia de geles como los de alginato, que sí pueden ser reticulados empleando iones inorgánicos, la utilización de tales compuestos permite desarrollar hidrogeles con una gran variedad de componentes que presentan las siguientes características y aportan a los geles formados las ventajas que se mencionan a continuación:

- El hialurónico o condroitina no sólo son altamente biocompatibles, sino que también presentan actividad por sí mismos sin necesidad de asociar ningún ingrediente activo. De hecho, además de su reconocido potencial en cosmética y estética, se ha descrito la utilización de hialurónico para el tratamiento de osteoartritis y en la preparación de lágrimas artificiales, encontrándose comercializadas varias de estas formulaciones. Por otro lado, el ácido hialurónico y la condroitina presentan la capacidad de estimular la proliferación celular a través de interacciones con receptores celulares como el CD44 y de proteger al ADN frente a reacciones de oxidación (Zhao et al., International Journal of Oncology, 32, 2008, 1159-1167), interacción que puede ser utilizada para dirigir sistemas elaborados a base de dichos componentes hacia células que sobre-expresan dicho receptor, como es el caso de muchas células tumorales (Tool, Nature reviews, 4, 2004, 528-539).

- Además de actuar como potenciales reticulantes catiónicos, Las aminas de origen natural empleadas como reticulantes son componentes naturales de las células y fluidos corporales y desempeñan un papel fundamental en los procesos de proliferación y diferenciación celular y de síntesis de macromoléculas biológicas. Además, recientemente ha sido descrito su capacidad de inhibir el stress oxidativo en seres vivos y promover su longevidad (Eisenberg et al., Nature Cell Biology, 4 October 2009, doi:10.1038/ncb1975). Aunque las células son capaces de sintetizar las aminas que necesitan para los procesos de crecimiento celular, han sido descritos mecanismos de internalización celular que les permiten obtener estas aminas del torrente sanguíneo. Estos mecanismos están influenciados por proteoglucanos como el sulfato de condroitina y el ácido hialurónico (Belting M. et al. Biochem J 1999, 338, 317-323). Por lo tanto, parece lógico suponer un efecto biológico sinérgico entre los propios constituyentes de los geles objeto de la presente invención y los agentes reticulantes empleados en su elaboración, sin necesidad de que se encuentre presente de otro tipo... [Seguir leyendo]

1. Hidrogel de origen natural que comprende:,

(a) al menos un polímero aniónico de origen natural; y

(b) al menos un agente reticulante catiónico de origen natural;

donde los componentes se encuentran entrecruzados mediante interacciones de tipo electrostático.

2. Hidrogel según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente al menos una proteína.

3. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el polímero aniónico se selecciona del grupo formado por ácido hialurónico o sales del mismo, ácido colomínico o derivados, sulfato de condroitina, sulfato de queratano, sulfato de dextrano, heparina, carragenina, glucomanano, goma gelano, así como fragmentos de los mismos o derivados de los mismos o cualquier combinación de los mismos.

4. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el agente reticulante catiónico es un compuesto de fórmula general (I):

donde x, y y z toman, independientemente, un valor comprendido entre 1 y 66, preferentemente, x, y y z, independientemente, presentan un valor comprendido entre 1 y 10.

5. Hidrogel según cualquiera de la reivindicación 4, donde el compuesto de fórmula general (I) se selecciona entre espermina, espermidina, sales de las mismas o cualquier combinación de las mismas.

6. Hidrogel según la reivindicación 2, donde la proteína se selecciona del grupo formado por albúmina, gelatina, proteínas enzimáticas, colágeno, atelocolágeno, derivados de las mismas o cualquier combinación de los mismos.

7. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende adicionalmente al menos una molécula bioactiva.

8. Hidrogel según la reivindicación 7, donde la molécula bioactiva se encuentra en una proporción de hasta un 25% en peso con respecto al peso total de los componentes del hidrogel.

9. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, donde la molécula bioactiva se selecciona del grupo formado por hormonas, péptidos, proteínas, compuestos lipídicos o lipofílicos, compuestos sacarídicos, compuestos hidrofílicos, compuestos de ácidos nucleicos o nucleótidos o cualquier combinación de las mismas.

10. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende adicionalmente al menos un adyuvante, un inmunomodulador o cualquier combinación de los mismos.

11. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprende adicionalmente al menos un compuesto que interacciona con componentes biológicos y/o con afinidad por un receptor existente en los seres vivos y/o que de actúa como receptor de algún componente biológico, tales como un anticuerpo, un aptámero, un receptor de superficie o cualquier combinación de los mismos.

12. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 que comprende adicionalmente al menos un compuesto estabilizante de tipo lipídico, graso u oleoso, sacarídico, un derivado de aminoácido o proteico, un derivado de óxido de etileno, un compuesto de tipo morfolino o cualquier combinación de los mismos.

13. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende adicionalmente agentes emolientes, conservantes, sustancias de fragancia, agentes antiacné, agentes antifúngicos, antioxidantes, desodorantes, antitranspirantes, agentes contra la caspa, despigmentantes, agentes blanqueadores, agentes antiseborreicos, tintes, lociones bronceadoras, absorbentes de luz UV, enzimas o cualquier combinación de los mismos.

14. Hidrogel según cualquiera e las reivindicaciones 1 a 13, donde el gel se encuentra en forma liofilizada.

15. Hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 14 para la preparación de un medicamento.

16. Composición farmacéutica que comprende al menos un hidrogel según las reivindicaciones 1 a 14 y un vehículo farmacéuticamente aceptable.

17. Composición de recubrimiento de superficies que comprende al menos un hidrogel de origen natural como se define en las reivindicaciones 1 a 14.

18. Composición nutricional que comprende al menos un hidrogel de origen natural como se define en las reivindicaciones 1 a 14.

19. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en la fabricación de un medicamento.

20. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para ingeniería de tejidos o medicina regenerativa.

21. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para su administración por vía oral, bucal, sublingual, tópica, ocular, nasal, pulmonar, ótica, vaginal, intrauterina, rectal, entérica o parenteral.

22. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en la preparación de un producto cosmético o de higiene personal para la administración sobre piel, sistema piloso y capilar, uñas, labios, órganos genitales externos, dientes o mucosas.

23. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para la asociación al mismo de diferentes formas de liberación de moléculas, tales como sistemas micro y nanoparticulares.

24. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para terapia génica, silenciamiento o interferencia genética, o vacunación genética.

25. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para producir la asociación, expansión o activación de poblaciones celulares o para manipular o alterar las características biológicas de células vivas tanto autólogas, como alogénicas, xenogénicas o de cultivos celulares y posteriormente emplear dichas células o grupos celulares para obtener un efecto terapéutico, diagnóstico, preventivo o con fines regenerativos, o para modificar la producción de compuestos por dichas células, o para adaptarlas y asociarlas de modo efectivo a micropartículas o microcápsulas, matrices y andamiajes.

26. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para facilitar, estimular o modificar la producción de compuestos por células, con fin de producción biotecnológica.

27. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, con la finalidad de higiene o estética, para neutralizar o eliminar ectoparásitos, para perfumar, modificar el aspecto de la superficie corporal y/o corregir olores corporales y/o protegerla o mantenerla en buen estado.

28. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para modificar, corregir o introducir propiedades organolépticas o mejorar la estabilidad en un medicamento o en un producto cosmético o de higiene personal.

29. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para la fabricación de una composición viscoelástica útil en la cirugía o terapia ocular, como gotas oculares o como un sustituto de fluido sinovial, o de algún componente de las articulaciones.

30. Uso del hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, para acondicionar, modificar o restablecer las características de agua, alimentos o suplementos nutricionales, así como para modificar, corregir o introducir nuevas propiedades organolépticas o mejorar la estabilidad de los mismos y para facilitar o hacer posible la administración de alimentos o nutrientes a seres vivos.

31. Un procedimiento para la preparación de un hidrogel de origel natural según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende las siguientes etapas:

a) preparar una disolución acuosa de al menos un polímero aniónico de origen natural;

b) preparar una disolución acuosa de un agente reticulante catiónico;

c) mezclar bajo agitación las disoluciones obtenidas en a) y b) con formación espontánea del gel.

32. Procedimiento según la reivindicación 32, donde adicionalmente se prepara una disolución acuosa de al menos una proteína y se incorpora a una de las soluciones obtenidas en a) y b) cuyos componentes sean de la misma carga eléctrica que la proteína o se adiciona sobre el gel ya formado.

33. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 32 y 33, donde al menos una de las disoluciones de los constituyentes del gel se calientan antes de ser mezcladas.

34. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 32 a 34, que comprende además la adición de una molécula bioactiva, y/o un compuesto capaz de facilitar o reforzar el efecto de la molécula bioactiva, y/o un compuesto que interacciona con componentes biológicos y/o con afinidad por un receptor existente en los seres vivos y/o que actúa como receptor de algún componente biológico y/o un compuesto estabilizante, en la disolución a) si es de naturaleza aniónica o en la disolución b) si es de naturaleza catiónica, o bien se adiciona sobre los geles ya formados.

35. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 32 a 34, que comprende una etapa adicional después de la etapa c) en el que el gel se somete a un proceso de liofilización.

36. Procedimiento según la reivindicación 36, que comprende una etapa adicional en la que se regenera el gel liofilizado.