Biomaterial a base de un soporte polimérico hidrófilo.

Uso de un biomaterial como un hidrogel tridimensional para el cultivo de las células o tejidos,

donde elbiomaterial está basado en un soporte polimérico, que contiene al menos un polímero hidrófilo reticulable, que secaracteriza por que el polímero se funcionaliza con grupos maleimida, y por qué el polímero se elige entre el alcoholde polivinilo y la albúmina de suero o bien mezclas de los mismos, y donde el polímero funcionalizado es reticuladopor la adición de un agente reticulante.

Biomaterial a base de un soporte polimérico hidrófilo La presente invención se refiere a un biomaterial para el cultivo de células y/o de tejidos formados por células, que se basa en un soporte polimérico que contiene al menos un polímero hidrófilo reticulado.

Este tipo de biomateriales se emplea en la tecnología actual como los llamados materiales de liberación de fármacos (Drug-Release) , como los implantados, como los matraces que forman tejidos o bien como los materiales para el cultivo de células, y a menudo se conocen también como “hidrogeles”. Estos biomateriales se emplean habitualmente para fines terapéuticos o bien para la investigación biológica, ya que debido a sus propiedades biofísicas y bioquímicas ajustables son realmente unas valiosas herramientas en la medicina regenerativa y en la “Tissue Engineering” así como en el cultivo general de células.

Con los biomateriales se puede conseguir, por ejemplo, la reconstitución de la estructura y de la función del tejido dañado o degenerado, cuando se va cargando con células, luego se implantan y seguidamente tiene lugar la morfogenesis de los tejidos, o bien cuando no se cargan con células, se implantan en los lugares en los cuales se fortalece in situ la formación de tejido nuevo por el crecimiento de las células y si fuera preciso por su diferenciación.

Tal como se ha mencionado, existe otro sector de aplicación importante, de biomateriales a base de materiales naturales o sintéticos en aplicaciones analíticas del cultivo celular, con ayuda del cual se puede investigar el modo de actuar de los biofactores en las células.

En la tecnología actual se conocen distintos biomateriales con diferentes propiedades, basados en materiales naturales o sintéticos, que en general y según el campo de aplicación deseado, se caracterizan por una estabilidad mecánica suficiente, por una elasticidad y por una estabilidad frente a una disgregación y que sobre todo no son tóxicos. Los materiales de origen natural empleados con frecuencia son preparados de colágeno. Esta proteína hidrófila contiene zonas o sectores que reaccionan con las células, como, por ejemplo, señales de adherencia, señales para la disgregación proteolítica del colágeno I o bien para la diferenciación celular. Estas señales y la naturaleza tridimensional del cultivo contribuyen a que las células se comporten de forma más natural en estos geles de colágeno que en el cultivo bidimensional convencional sobre superficies de receptáculos de cultivo.

Para poder comprender mejor las vías o los caminos de funcionamiento de estas señales es necesario emplear biomateriales en los cuales se puedan controlar el tipo y la cantidad de grupos de señales, es decir, un biomaterial, que no dañe las células y que inicialmente no lleve ninguna señal y que por lo tanto sea neutro frente a las células y que pueda ser modificado con grupos de señales.

En la tecnología actual (ver, por ejemplo, Hersel y cols., Biomaterials 24 (2003) 4385-4415; Lutolf y Hubbell, Nature Biotechnology, 23 (2005) 47-66) se emplea en general el polietilenglicol como polímero neutro celular (a continuación se abrevia como “PEG”) , puesto que no actúa tóxicamente, no está enlazado por células y es hidrófilo. Sin embargo, puesto que el PEG lineal solamente se puede modificar en ambos extremos, y puesto que para la formación de un gel reticulante un compañero de la reacción debe llevar al menos tres grupos reactivos, por un lado se emplean péptidos para la reticulación que llevan al menos tres grupos reactivos, o bien se emplea un PEG ramificado que posee por ejemplo cuatro extremos modificables.

Además Nie y colaboradores (Production of heparin-funcionalized hydrogels for the development of responsive and controlled growth factor deliver y systems”, Journal of Controlled Release 122 (2007) 287-296) han publicado un hidrogel tridimensional que se basa en heparina y PEG.

Levesque y Shoichit (“Synthesis of Enzyme-Degradable, Peptide-Cross-Linked Dextran Hydrogels”, Bioconjugate Chem. 2007.18, 874-885) publican por otro lado un hydrogel a base de dextrano.

Finalmente Anseth y cols. describen (“In situ forming degradable networks and their application in tissue engineering and drug deliver y ”, Journal of Controlled Release 78 (2003) 199-209) la fabricación de un hidrogel tridimensional, que se basa en el copolímero de Polilactato-alcohol de polivinilo, que está funcionalizado con grupos acrilato.

Los polímeros o hidrogeles conocidos en la tecnología actual tienen, sin embargo, el inconveniente de que la fabricación /obtención de los péptidos empleados para la reticulación es costosa, al igual que la fabricación del PEG ramificado. Además otro inconveniente es que en la fabricación de geles a base de elementos de la reacción con tres o cuatro grupos reactivos por molécula, se debe trabajar muy cuidadosamente, ya que para la formación del gel todos los elementos de la reacción deben encontrarse en la proporción correcta y adecuada.

Los equipos conocidos actualmente tienen grandes inconvenientes para el desarrollo de reactivos para el cultivo de células y tejidos.

El cometido de la presente invención consiste pues en disponer de un biomaterial con el cual se pueden vencer los inconvenientes de los biomateriales conocidos actualmente.

Este cometido se resuelve preparando un biomaterial que se base en un soporte polimérico, que al menos contenga un polímero hidrófilo reticulado, donde el polímero sea funcionalizado con los grupos maleimida, y se elija a partir del alcohol de polivinilo y de la albúmina sérica o de mezclas de los mismos.

El cometido en el que se basa la invención se resuelve de este modo.

Con el biomaterial conforme a la invención se dispone de un polímero que presenta grupos muy modificables y que en comparación con el PEG ramificado se fabrica al mismo tiempo sin grandes costes.

Con el biomaterial conforme a la invención se puede disponer de hidrogeles baratos, que por un lado se puedan emplear en el cultivo de células, así como en su análisis en relación a la reacción de los biofactores, o bien que por otro lado incluso en el cultivo de tejidos puede ser que emigren ex vivo por colonización con las células e implantación en un tejido que va a ser regenerado, o bien in situ por preparación de una matriz a cuyas células pueden emigrar.

Además existe la posibilidad de que el biomaterial o el hidrogel se vayan a emplear también como biomaterial “Drug-Release”, es decir como material del cual se liberan principios activos in situ. Dichas sustancias activas pueden ser, por ejemplo, medicamentos, fármacos o bien sustancias activas naturales o sintéticas, es decir sustancias que ejerzan una determinada acción sobre el tejido o las células que rodean el biomaterial.

Por “biomaterial” se entiende aquel material natural y sintético que es adecuado para la fabricación de matrices o geles, que se pueden emplear para el cultivo de células/tejidos ex vivo o in vivo.

Por “funcionalizado” se entiende en cuestión aquel proceso (cerrado) con el cual se dota al polímero de una función – por ejemplo, añadiendo grupos al polímero – que normalmente no posee. El “polímero funcionalizado” de esta forma se conoce como “biomaterial”.

Por “tejido” se entiende cualquier estructura de células diferenciadas por un igual o bien de modo distinto. En un organismo pluricelular los tejidos pueden cumplir conjuntamente una serie de tareas localizadas y/o constituir el material de construcción específico para los órganos, contrariamente a la simple unión de células individuales no diferenciadas o bien solamente diferenciadas temporalmente.

Con el “cultivo de células o tejidos” se hace referencia a aquella aplicación en la cual las células se pueden aplicar o bien emigrar al biomaterial con el objetivo de multiplicar o bien diferenciar o bien sintetizar componentes celulares y extracelulares y en caso de necesidad formar un tejido.

El biomaterial es pues neutro desde el punto de vista celular, lo que por un lado significa que el biomaterial se comporta de forma neutra frente a las células, y por tanto no ejerce ninguna influencia sobre las células, o no desencadena ninguna reacción en las células. Las células no se unen al polímero con estos materiales, sino que esto ocurre únicamente tras una modificación del polímero con los grupos correspondientes.

El biomaterial así dispuesto puede luego según la aplicación y el objetivo ser modificado con biofactores. Las células pueden introducirse... [Seguir leyendo]

1. Uso de un biomaterial como un hidrogel tridimensional para el cultivo de las células o tejidos, donde el biomaterial está basado en un soporte polimérico, que contiene al menos un polímero hidrófilo reticulable, que se caracteriza por que el polímero se funcionaliza con grupos maleimida, y por qué el polímero se elige entre el alcohol de polivinilo y la albúmina de suero o bien mezclas de los mismos, y donde el polímero funcionalizado es reticulado por la adición de un agente reticulante.

2. Uso conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por, que el polímero es reticulado en presencia de las células.

3. Uso conforme a la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza por, que al menos presenta un biofactor.

4. Uso conforme a la reivindicación 3, que se caracteriza por, que el biofactor presenta al menos un grupo tiol, a través del cual los biofactores están unidos a los grupos maleimida del polímero.

5. Uso conforme a una de las reivindicaciones 3 ó 4, que se caracteriza por, que el biofactor se elige de los péptidos, proteínas, ácidos nucleicos, sustancias activas orgánicas, sustancias activas que inducen la apoptosis, sustancias activas que promueven la adherencia, sustancias activas que inhiben el crecimiento, sustancias activas antiinflamatorias, agonistas y antagonistas receptores.

6. Uso conforme a la reivindicación 5, que se caracteriza por, que el biofactor se elige de las proteínas de la matriz extracelular, de las proteínas de la superficie celular, de los factores de crecimiento, de los azúcares, lectinas, hidratos de carbono, citoquinas, ADN, ARN, siRNA, aptámeros, así como fragmentos relevantes en el enlace o en la reacción, o bien mezclas de los mismos.

7. Uso conforme a al menos una de las reivindicaciones 3 hasta 6, que se caracteriza por, que el polímero es reticulable a través de las células enlazadas a los biofactores.

8. Uso conforme a al menos una de las reivindicaciones 2 a 7, que se caracteriza por, que las células son células de mamíferos.

9. Hidrogel tridimensional para el cultivo de células o tejidos, de manera que el hidrogel se basa en un soporte polimérico, que al menos contiene un polímero hidrófilo reticulable, que se caracteriza por que el polímero se funcionaliza con grupos maleimida y se elige del alcohol de polivinilo y de la albúmina de suero o bien de mezclas de ambos, y mediante la adición de un reticulante.

10. Procedimiento para la fabricación de un biomaterial como hidrogel para aplicaciones tridimensionales en cultivos celulares, que presenta las etapas siguientes:

a) Preparación de un polímero hidrófilo, que se elige de la albúmina de suero y del alcohol de polivinilo, o bien de mezclas de los mismos b) Funcionalizar el polímero de la etapa a) con maleimida, y

c) Añadir un reticulante para reticular el polímero funcionalizado en la etapa b)

11. Procedimiento conforme a la reivindicación 10, que se caracteriza por que además presenta la etapa a) ’ : a`) Aminación del polímero

12. Procedimiento conforme a la reivindicación 10 ó 11, que se caracteriza por, que además presenta la etapa b) ’: b’) Añadir e incubar con biofactores y/o células, en particular células mamíferas.

13. Procedimiento conforme a la reivindicación 12, que se caracteriza por, que el biofactor se elige de los péptidos, proteínas, ácidos nucleicos, sustancias activas orgánicas, sustancias activas inductoras de la apoptosis, sustancia activas que promueven la adherencia, sustancias activas que inhiben el crecimiento, sustancias activas antiinflamatorias, agonistas y antagonistas receptoras, y en particular de las proteínas de matriz extracelular, proteínas de superficie celular, anticuerpos, factores de crecimiento, azúcares, lectinas, hidratos de carbono, citoquinas, ADN, ARN, ARN de silenciamiento, aptámeros así como fragmentos o mezclas relevantes tanto en el enlace como en el efecto.

14. Procedimiento conforme a la reivindicación 13, que se caracteriza por, que el biofactor se elige de las proteínas de la matriz extracelular, de los factores de crecimiento, de los fragmentos o mezclas de los mismos relevantes en el enlace y en el efecto.

15. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 10 hasta 14, que se caracteriza por, que el reticulante se elige en la etapa c) del PEG tiofuncionalizado.

16. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 10 hasta 15, que se caracteriza por, que se fabrica un hidrogel conforme a la reivindicación 9.