Sistema de liberación controlada activado por oligonucleótidos.

La invención describe un nuevo sistema para la liberación controlada, preferiblemente de sustancias activas o de detección, en respuesta a la presencia de oligonucleótidos como estímulo específico. Además se ha desarrollado una preparación de sistemas conteniendo el sistema de liberación controlada descrito anteriormente, junto con un método para la determinación de secuencias de ácidos nucleicos específicas en disoluciones acuosas.

Sistema de liberación controlada activado por oligonucleótidos.

Objeto de la invención

La invención describe un nuevo sistema para la liberación controlada, preferiblemente de sustancias activas, en respuesta a la presencia de oligonucleótidos como estimulo específico.

Además se ha desarrollado una preparación de una aplicación de éste sistema, su uso para la detección de oligonucleótidos y especies biológicas, entre otros, y una metodología para su utilización.

Antecedentes de la invención

En las últimas décadas el desarrollo de la química de coordinación y la química supramolecular ha dado lugar al nacimiento de nuevos conceptos relacionados con el diseño de dispositivos a escala nanométrica que permitan liberar sustancias químicas de forma controlada. El control de la liberación de ciertas sustancias es muy importante, ya que cuando se pretende liberar sustancias anticancerígenas, como el Taxol o la Doxorrubicina, se necesita que exista una liberación de esta sustancia únicamente en zonas localizadas, en este caso con células tumorales. La respuesta a eventos que ocurren en sistemas biológicos, de forma que estos sean autorregulados, ha sido explorada en el desarrollo de materiales de liberación controlada en respuesta a la relación glucosa/insulina o modificaciones de pH, o anticuerpos. Sin embargo, hasta el momento, el uso de la hibridación de ADN o ARN con sus complementarios no ha sido explorado como estimulo para procesos de liberación controlada.

Ciertos sistemas de liberación actuales tienen lugar mediante una simple dispersión, mientras que el mecanismo de otros sistemas, tales como la biodegradación de soportes poliméricos requieren disolventes orgánicos durante el proceso de cargado, lo cual puede afectar a la estructura de la sustancia encapsulada.

Entre el uso de otro tipos de soportes, como microcápsulas (M. Hamidi, et al., Adv. Drug Delivery Rev. 2008, 17, 1638;), micelas (C. W. Pouton, et al., Adv. Drug Delivery Rev. 2008, 17, 625;), vesículas (C. J. F. Rijcken, et al., Controlled Release 2007, 120, 131;), o liposomas (T. L. Andresen, et al., Prog. Lipid Res. 2005, 44, 69), el empleo de soportes mesoporosos inorgánicos ha sido en comparación poco empleado. Estos soportes pueden ser sintetizados en una amplia variedad de morfologías con un tamaño de poro definido, y presentan una elevada superficie específica. Entre las diferentes óxidos que se pueden utilizar como soporte, destacan por su uso las sílices porosas del tipo MCM-41, HMS, MSU-n, MSU-V, FSM-16, KSW-2, SBA-n (n = 1, 2, 3, 8, 11-16) UVM-7, UVM-8, M-UVM-7 o M-UVM-8. Éstas se caracterizan por tener un tamaño de partícula comprendido entre 1-100 μm y una superficie específica de 200-1100 m²/g.

La modificación química de este tipo de materiales permite desarrollar sistemas de liberación controlada más sofisticados, ya que se pueden diseñar válvulas moleculares que contengan en su interior sustancias químicas que pueden ser transportadas a un sitio específico del organismo y ser liberadas de forma controlada mediante estímulos externos (Descalzo AB, et al., Angew. Chem Int Ed 2006, 45, 5924-48; y Ariga K, et al., Chem Rev 2007, 251, 2562-91;) o provocados a nivel celular. Recientemente se han descrito algunos materiales funcionalizados con puertas moleculares mediante el empleo de estructuras sólidas nanoscópicas organizadas (mesoporosos del tipo MCM-41) en las que se han anclado moléculas orgánicas funcionales en su superficie externa. De esta manera se han descrito materiales funcionalizados con puertas moleculares cuyos ciclos de apertura/cierre están controlados por la presencia de ciertos aniones, cambios en el pH del medio, temperatura, reacciones redox y la irradiación con luz (Casasús, R. Et al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 1903-1917; Angelos, S. et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2222-2226; Fu, Q. et al., Adv. Mater. 2003, 15, 1262; Trewyn, B. G. et al., Acc. Chem. Res, 2007, 40, 846-853; Radu, D. R. et al., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13216-13217; Slowing, I. I. et al., Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 1225-1236; Liu, N. et al., Nano Lett., 2004, 4, 551-554; Vivero-Escoto, J. L. et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 3462-3463 y Aznar, E. et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 6833-6843). Adicionalmente, hay muy pocos materiales híbridos con puertas moleculares que muestren una liberación selectiva en presencia de bio-moléculas, pero en ningún caso ha sido descrito un sistema parecido en el que el estimulo sea la presencia de un oligonucleótido (AND o ARN). Asi, muy recientemente, se han descrito tres ejemplos de materiales silíceos cuya carga es liberada en presencia de una enzima que es capaz de hidrolizar determinados enlaces en las moléculas orgánicas que actúan como puerta (Patel, K. et al., J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 2382-2383; Schlossbauer, A. et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 3092-3095 y Bernardos, A. et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5884-5887), y un ejemplo en el cual se emplean anticuerpos que interaccionan con un hapteno anclado a la superficie del material y que permiten la liberación de especies bioactivas en presencia del antigeno correspondiente, debido a que la afinidad del anticuerpo por el antigeno es mayor que por el hapteno anclado a la superficie del material híbrido diseñado (Climent, E. et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 14075-14080).

De entre los sistemas patentados existentes, en las patentes descritas por J. Zink, F. Stoddart y colaboradores (WO 2009/094580 y WO 2009/097439) utilizan nanodispositivos para producir una liberación controlada empleando reacciones de oxidación-reducción o cambios de pH como estímulos para el mecanismo de apertura/cierre, mientras que en otros ejemplos, tales como los descritos por V. Lin y colaboradores en US2006/154069 o US2009/0252811 utilizan nanopartículas de CdS o diferentes polímeros para recubrir el material sintetizado. Así, no existen demasiados estímulos específicos descritos para producir nuevos sistemas de liberación controlada, siendo un campo que debido a sus potenciales aplicaciones es de gran interés.

Descripción de la invención

La invención se encuentra dentro del campo del diseño de sistemas de liberación controlada en respuesta a estímulos externos específicos. Debido a que el empleo de ácidos nucleicos no ha sido descrito como un estimulo específico en la liberación controlada de sustancias bio-activas, la presente invención combina el uso de contenedores de sustancias activas con ácidos nucleicos para desarrollar un nuevo sistema de liberación controlada.

En esta invención, el sistema se basa en la modificación superficial del material que contiene la sustancia activa, el cual por interacción supramolecular bloquea la salida de los poros del material mediante un oligonucleótido, inhibiendo su liberación. La interfase entre el soporte y el oligonucleótido se produce a través de un grupo coordinante unido al material contenedor por enlace covalente y por interacción supramolecular al oligonucleótido. El sistema es activado al ponerlo en contacto con una disolución que contenga el ácido nucleico complementario, preferiblemente en condiciones ensayadas, para que se produzca una hibridación entre ambas cadenas de nucleótidos y de esa manera se abrirá el poro y se producirá una salida de la sustancia activa del interior del nanodispositivo sólido.

Según el contenido del soporte, se puede aplicar la liberación del mismo para la detección de una hibridación del oligonucleótido que tapa los poros del soporte ó se puede aplicar a la liberación controlada de una sustancia activa biológica cuando haya una hibridación del oligonucleótido.

Otro objeto de la presente invención es el procedimiento para la preparación de sistemas conteniendo el sistema de liberación controlada descrito en los párrafos anteriores.

Además, es objeto de la presente invención el desarrollo de un método para la determinación de secuencias de ácidos nucleicos específicas en disoluciones acuosas.

1. Un sistema de liberación controlada caracterizado por que el sistema comprende un soporte poroso con capacidad para contener una sustancia activa o un indicador, un oligonucleótido bloqueante de los poros del soporte y una capa interfaz entre el soporte poroso y el oligonucleótido que asegura la fijación entre estos elementos, en el que la liberación de la sustancia activa se produce por hibridación del oligonucleótido bloqueante de los poros con su oligonucleótido complementario.

2. Un sistema de liberación controlada según la reivindicación 1 caracterizado por que el oligonucleótido unido a y tapando poros de un soporte se encuentra unido a la superficie del soporte mediante interacciones supramoleculares.

3. Un sistema de liberación controlada según la reivindicación 2 caracterizado por que la unión entre el oligonucleótido y la superficie del soporte se debe a fuerzas electrostáticas.

4. Un sistema de liberación controlada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por que la unión entre el oligonucleótido y el soporte es tal que permite por un lado unir un oligonucleótido a la superficie del soporte, bloqueando los poros del soporte y por otro lado permite hibridar el oligonucleótido unido al soporte con el oligonucleótido complementario.

5. Un sistema de liberación controlada según la reivindicación 1 caracterizado por que el soporte poroso está compuesto por metales, semiconductores, polímeros orgánicos, carbones u óxidos de especies tales como el 5 silicio, aluminio, titanio, zirconio, magnesio o boro.

6. Un sistema de liberación controlada según la reivindicación 5 caracterizado por que el soporte poroso es una sílice tipo MCM-41, HMS, MSU-n, MSU-V, FSM-16, KSW-2, SBA-n (n = 1,2,3,8,11-16) UVM-7, UVM-8, M-UVM-7 o MUVM-8.

7. Un sistema de liberación controlada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado por que el oligonucleótido bloqueante de los poros del soporte es una cadena de ADN o ARN formada por entre 10 y 50 nucleótidos.

8. Un sistema de liberación controlada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el oligonucleótido bloqueante de los poros del soporte es complementario a un oligonucleótido a ser detectado.

9. Un sistema de liberación controlada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado por que el oligonucleótido bloqueante de los poros del soporte puede ir unido de forma covalente a otras partículas inorgánicas, tales como nanopartículas de sulfuro de cadmio o nanopartículas magnéticas.

10. Un sistema de liberación controlada según la reivindicación 4 caracterizado por que la capa interfaz está compuesta por compuestos con carga positiva covalentemente unidos a la superficie del soporte poroso.

11. Un sistema de liberación controlada según la reivindicación 10 caracterizado por que los compuestos con carga positiva comprendidos en la capa interfaz son aminas, sales de amonio o sales de guanidinio.

12. Un sistema de liberación controlada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 caracterizado por que comprende además un polímero o andamio.

13. Procedimiento de preparación de un sistema de liberación controlada según las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende: