Biopolímero, implante que lo comprende y sus usos.

La presente invención se refiere a un biopolímero, bioactivo y totalmente biocompatible,

muy fluido a temperatura ambiente y con capacidad de gelificar de forma brusca a 37 ºC; formando un implante sólido estructuralmente integro, continuo y con altas prestaciones mecánicas. El biopolímero comprende al menos un dominio bioactivo capaz de dirigir de forma precisa la formación de un implante sólido o semi-sólido. Asimismo la invención se refiere a cualquiera de los ácidos nucleicos que codifican para la secuencia aminoacídica del biopolímero, implantes, vehículos farmacéuticamenteaceptables, a sus usos y a un método de síntesis del mismo.

Biopolímero, implante que lo comprende y sus usos.

La presente invención se refiere a un biopolímero, bioactivo y totalmente biocompatible, muy fluido a temperatura ambiente y con capacidad de gelificar de forma brusca a 37 ºC; formando un implante sólido estructuralmente íntegro, continuo y con altas prestaciones mecánicas. El biopolímero comprende al menos un dominio bioactivo capaz de dirigir de forma precisa la formación de un implante sólido o semi-sólido. Asimismo la invención se refiere a cualquiera de los ácidos nucleicos que codifican para la secuencia aminoacídica del biopolímero, implantes, vehículos farmacéuticamente aceptables, a sus usos y a un método de síntesis del mismo.

Estado de la técnica anterior

Los implantes de materiales biomédicos macroscópicos sólidos pueden clasificarse en 2 categorías: (1) implantes carentes de integridad estructural o no continuos y (2) materiales que forman un implante estructuralmente íntegro o continuo. La primera estrategia se basa en implantes de micro o nanopartículas suspendidas en un vehículo biocompatible (Gamisans et al., 1999. Int J Pharm, 79: 37-48; Igartua et al., 1998. J Control Rel; 56: 63-73; Brannon-Peppas L, 1995. Controlled release of ®-estradiol from biodegradable microparticles within silicone matrix; In: Polymer Biomaterials in Solution, as Interfaces and as Solids. 1st ed. Utrech (The Netherlands) : VSP-Utrecht; Kawaguchi H, 2000. Prog Polym Sci, 25: 1171-1210) . Debido a que no poseen propiedades mecánicas, estos implantes pueden migrar del sitio de inserción. Sistemas que combinan baja viscosidad y alta fluidez al momento de la inyección con un aumento pronunciado en las propiedades mecánicas a posteriori, que resulta en la formación de un implante sólido y con límites bien definidos han sido diseñados para superar esta desventaja Las familias de biomateriales inyectables disponibles se pueden clasificar en a) Pastas Termoplásticas, b) Precipitación In Situ, c) Sistemas Polimerizables o Entrecruzables In Situ, d) Materiales Inteligentes y e) Sistemas de Estrategia Combinada.

Las pastas termoplásticas que presentan un aumento de viscosidad son materiales de bajo peso molecular caracterizados por una baja temperatura de transición vítrea (Tg) y una temperatura de fusión (Tm) entre 37ºC y 65ºC.

Así, estas pastas son inyectadas en estado fundido (en general a una temperatura por encima de la temperatura corporal) y la cristalización gradual en el cuerpo resulta en la solidificación y formación de un implante continuo (Hatefi et al., 2002. J Control Rel, 80: 9-28) . Los polímeros más importantes para el desarrollo de estos implantes son policaprolactona (PCL) , ácidos poliláctico (PLA) , poliglicólico (PGA) y polidioxanona (PDO) , y poliortoésteres (POEs) , entre otros.

Sosnik y Cohn diseñaron una modificación de esta estrategia mediante la síntesis de oligómeros segmentados de polietilenglicol y PCL que combinaron inyectabilidad mejorada y endurecimiento gradual a 37ºC a lo largo del tiempo (Sosnik et al., 2003. Polymer, 44: 7033-7042) .

Los materiales inteligentes son aquellos que despliegan un cambio abrupto en una de sus propiedades (por ejemplo viscosidad) ante un pequeño cambio en las condiciones del entorno. El estímulo puede ser físico (p.e. temperatura, fuerza iónica, campo magnético o eléctrico, estrés mecánico) , químico (p.e. pH) o bioquímico (p.e. substrato de enzimas o ligandos específicos) (Hoffman et al., 2000. J Biomed Mater Res Part A, 52: 577-586) .

Las soluciones acuosas de los materiales inteligentes tienen baja viscosidad a temperatura ambiente y exhiben un aumento con el calentamiento formando un gel semi-sólido o sólido cuando alcanzan la temperatura fisiológica. Esta transición se observa generalmente en un estrecho intervalo de temperatura. Existen varios polímeros que presentan este comportamiento. Entre ellos, cabe destacar la poli-N-isopropilacrilamida (PNIPAAm) (Peppas et al., 2000. Eur J Pharm Biopharm, 50: 27-46) , copolímeros segmentados de poli (óxido de etileno) -poli (óxido de propileno) (PEO-PPO) (Bromberg et al., 1998. Adv Drug Del Rev, 31: 197-221) , copolímeros segmentados de poli (óxido de etileno) -poliésteres (PEO-PLA, PEO-PCL) (Jeong et al., 1999. J Control Rel, 62: 109-114) y otras moléculas anfifílicas diseñadas alternando segmentos hidrofílicos e hidrofóbicos (Lee et al., 2002. Macromolecules, 35: 38763879) . Una de las desventajas presentada por los polímeros comerciales basados en PEO y PPO es la no degradabilidad de la cadena polietérica en el medio biológico.

La combinación de las técnicas anteriores ha dado lugar a implantes que presentan propiedades de dos grupos de materiales anteriormente descritos: (1) aumento de la viscosidad con el incremento de la temperatura y (2) entrecruzamiento covalente para obtener propiedades mecánicas robustas y mayor estabilidad estructural. Así, el implante puede ser insertado en forma líquida, gelificar a 37ºC para formar un gel semi-sólido y finalmente ser estabilizado por entrecruzamiento covalente. En muchos casos estos polímeros van acompañados de disolventes y reactivos orgánicos. Las limitaciones más importantes de los Poli-N-isopropilacrilamida (PoliNIPAAm) que son algunos de los polímeros termosensibles inversos más populares son la no degradabilidad de las matrices puras y la pérdida de volumen o contracción durante el calentamiento.

Es conocido que las proteínas recombinantes tipo elastina (ELR) que se usan como polímeros biocompatibles, son altamente versátiles, puesto que estas características se pueden modificar y ampliar insertando los aminoácidos de dominios funcionales extraídos de otras proteínas o diseños naturales de novo (Rodríguez-Cabello JC, Prieto S, Reguera J, Arias FJ y Ribeiro A. (2007) . J. Biomater. Sci. Polymer Edn, 18 (3) : 269–286) . En dicha revisión también se comenta que recientemente, el potencial demostrado de los polímeros ELR ha sido amplificado por el uso de las tecnologías de ADN recombinantes. Esta revisión explora el actual desarrollo de los polímeros ELR, con un énfasis particular en las aplicaciones biomédicas.

También es conocido que péptidos que contienen dominios bioactivos como por ejemplo RGD (R = L-arginina, G = glicina y D = ácido L-aspártico) o REDV (E = ácido L-glutámico y V = L-valina) que dotan a los biopolímeros de una alta capacidad de unión a diversos tipos celulares, pueden ser insertados en la cadena del biopolímero.

Otra familia de materiales de suma importancia son los polímeros segmentados basados en PEO y PPO, comercialmente conocidos como Pluronic (lineales y bifuncionales) y Tetronic (ramificados y tetrafuncionales) que no presentan contracción de volumen como los PoliNIPAAm, pero que, como contrapartida, no alcanzan niveles de viscosidad suficientemente elevados para la mayoría de las aplicaciones clínicas, aun en casos donde los materiales comerciales presentan la transición sol-gel. Es decir, las propiedades mecánicas de los polímeros basados en PEO y PPO son insatisfactorias y los geles muestran excesiva permeabilidad al agua y consecuentemente tiempos de residencia sumamente cortos en el sitio del implante. Por este motivo y para situaciones semejantes se recurre a estrategias combinadas con el objeto de prevenir la reabsorción del implante inmediatamente después de la inserción, mediante el aumento pronunciado de la viscosidad, y un posterior entrecruzamiento covalente para alcanzar propiedades mecánicas robustas y de mayor estabilidad. De esta manera se obtienen hidrogeles con módulos de 415 kPa pero con el consecuente aumento del tiempo necesario para alcanzar la consistencia deseada (frecuentemente más de una hora) ya que en este caso se debe producir una reacción de entrecruzamiento en condiciones fisiológicas.

A pesar de que se han venido ensayando mediante diferentes estructuras basadas en proteínas ELR, no se ha conseguido sintetizar un biopolímero que no presente una dilución apreciable del implante. Este hecho es debido a que la gelificación de este tipo de polímeros todavía es demasiado lenta. Esta dilución del implante disminuye la eficacia del mismo.

Por tanto se hace necesario resolver la dificultad de conseguir una gelificación lo suficientemente rápida y selectiva para producir un implante sólido eficaz. Una revisión general de los logros obtenidos recientemente puede encontrarse en prof. Polymer Sei 30 (11) , November 2005, 1119-1145.

Descripción de la invención La presente invención se refiere a un biopolímero, bioactivo y biocompatible, muy fluido a temperatura ambiente y con capacidad de gelificar de forma brusca a 37 ºC formando un implante sólido estructuralmente íntegro, continuo... [Seguir leyendo]

1. Biopolímero que comprende las secuencias aminoacídicas A, B y C con la estructura (An – Bm) s – Cp, donde,

A tiene la estructura (Dt1 – Ev1 – Dt2) o la estructura (Dt1 – Ev2) , donde D es SEQ ID NO: 1; E es SEQ ID NO: 2; t1 y t2 tienen valores de entre 2 y 4; y v1 y v2 tienen valores de entre 1 y 5, B se selecciona de la lista que comprende SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4 o SEQ ID NO: 26 (VPAIG) , C tiene la estructura (Gw1 – Hx1 – Gw2) o Hx2, donde G es SEQ ID NO: 5; H es una secuencia aminoacídica

que consiste en un péptido que se selecciona de la lista que comprende RGD, LDT, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 o SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 15 o SEQ ID NO: 16; w1 y w2 tienen valores de entre 5 y 15; y x1 y x2 tienen valores de entre 1 y 5,

n tiene un valor de entre 5 y 15, m tiene un valor de entre 10 y 70, s tiene un valor de entre 2 y 4, y p tiene un valor de entre 1 y 5.

2. Biopolímero según la reivindicación 1 donde A tiene la estructura (Dt1 – Ev1 – Dt2) .

3. Biopolímero según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2 donde C tiene la estructura (Gw1 – Hx1 – Gw2) .

4. Biopolímero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 donde la secuencia aminoacídica de H contiene el péptido RGD, preferiblemente la secuencia aminoacídica de H que contiene el péptido RGD es SEQ ID NO:6.

5. Biopolímero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde la secuencia aminoacídica de B es SEQ ID NO: 3, preferiblemente donde m presenta un valor de entre 55 y 65.

6. Biopolímero según la reivindicación 5 que comprende los péptidos B, D, E, G, D y H con la estructura [ (D2 – E – D2) 10 – B60]2 – (G10 - H – G10) 2.

7. Biopolímero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde el péptido C es SEQ ID NO: 4, preferiblemente donde m tiene un valor de entre 15 y 25.

8. Biopolímero según la reivindicación 7 que comprende los péptidos B, D, E, G, D y H con la estructura