NANOESTRUCTURAS MULTIFUNCIONALES COMO AGENTES DE DIAGNOSIS BIMODAL MRI-SPECT.

Nanoestructuras multifuncionales como agentes de diagnosis bimodal MRI-SPECT.

Nanoestructuras multifuncionales que consisten en magnetoferritina superparamagnética, que además puede comprender cadenas de un polímero biocompatible covalentemente unidas su superficie. La invención también se refiere a un método para obtener dichas nanoestructuras, así como a su uso como medicamento y más preferiblemente para la diagnosis de cáncer o como agente de contraste.

Nanoestructuras multifuncionales como agentes de diagnosis bimodal MRI-SPECT.

La presente invención se refiere a una nanoestructura multifuncional, concretamente a una magnetoferritina superparamagnética, además de su aplicación como agente de contraste en MRI o SPECT. Por tanto, la invención se podría encuadrar dentro del campo de la biomedicina.

Estado de la técnica

La integración de la Nanotecnología en la Biotecnología ha hecho florecer una nueva disciplina: la Nanomedicina. En este campo, se diseñan y preparan nanopartículas metálicas para obtener bioimágenes mediante el uso simultáneo de varias técnicas, distribución efectiva de fármacos o técnicas de terapias tan prometedoras como la hipertermia originada localmente por nanopartículas magnéticas. Es un área de tremendo potencial sujeta al desarrollo de nuevas nanoestructuras para su avance.

Las nanopartículas magnéticas han atraído la atención principalmente por su uso potencial como agentes de contraste en Imagen por Resonancia Magnética (MRI) . Esta técnica se basa en la resonancia magnética de los protones de tejidos del cuerpo (agua, membranas, lípidos, proteínas, etc) y es actualmente el método más potente de diagnosis.

El contraste en MRI puede mejorarse con sustancias paramagnéticas. La capacidad de un compuesto para incrementar la velocidad de relajación de los espines de protón de las moléculas de agua del entorno se llama relajación y se define como R1∼1/T1 o R2∼1/T2. Las nanopartículas superparamagnéticas son candidatas para actuar como agentes de contraste en MRI. Al igual que las sustancias paramagnéticas, pierden su magnetización cuando se elimina el campo magnético externo, pero a diferencia de éstas, su magnetización es sensiblemente mayor. Por lo tanto, la relajación que producen es mucho más alta que las de los clásicos complejos paramagnéticos de Gd (III) . El efecto de las nanopartículas superparamagnéticas se puede describir en base a la heterogeneidad del intenso campo magnético que afecta a los protones del alrededor, induciendo un desfase del momento magnético y dando lugar a un acortamiento del tiempo de relajación T2. De este modo, las nanopartículas superparamagnéticas son unos buenos candidatos para el desarrollo de nuevos y elegantes agentes de contraste, permitiendo una detección temprana de patologías severas y de gran impacto social.

Un enfoque dentro de la Nanomedicina es el uso de nanopartículas que puedan combinar simultáneamente diferentes técnicas de bioimagen. Cada modalidad de bioimagen tiene sus propios méritos pero también ciertas desventajas y por lo tanto los métodos de imagen multimodales presentan mayor capacidad para obtener una imagen integral y más detallada.

MRI, probablemente la técnica de imagen más potente en la actualidad, tiene una alta resolución espacial pero sin embargo no presenta gran sensibilidad (10−5 M, con la tecnología actual) y requiere acumular concentraciones significativas del agente de contraste, lo que incrementa el riesgo de toxicidad. Sin embargo, OI tiene una extraordinaria sensibilidad (10−12 M) pero por el contrario presenta problemas de resolución espacial y baja penetración en tejidos. En definitiva, el reto es combinar los puntos fuertes de cada técnica de imagen en un único agente de contraste, que permita la obtención de imágenes paralelas mediante varias técnicas. Aunque al día de hoy no existen todavía agentes de contraste multimodales para uso clínico de rutina, han sido publicados un buen número de ellos, especialmente bimodales MRI-OI.

Un punto clave para la aplicación biomédica in vivo de las nanopartículas metálicas es que no pueden ser tóxicas y deben permanecer en el torrente sanguíneo el tiempo suficiente para alcanzar un blanco biológico. El sistema inmunológico a través de los componentes opsoninas, macrófagos y anticuerpos (MPS, sistema fagocítico mononuclear) reconoce y elimina las partículas del torrente sanguíneo, con su simultánea concentración en órganos con alta actividad fagocítica (principalmente el hígado) . Por lo tanto, una estrategia sensata es el uso de nanopartículas que sean capaces de evadir el ataque por parte del MPS y no sean fagocitadas por los macrófagos, aumentando consecuentemente el tiempo de vida media en plasma y permitiendo alcanzar un órgano o tejido específico.

Un agente bimodal ideal para su aplicación clínica debería poseer una alta y específica acumulación en las células adecuadas, lo que tendría como consecuencia la posibilidad de diagnosticar de forma cada vez más precoz una enfermedad aún tratable, además de tener tiempos de vida media en plasma suficientemente altos y poder alcanzar un blanco biológico específico. En este sentido, el uso de nanopartículas metálicas frente a compuestos metálicos clásicos (sales o compuestos de coordinación) tiene la ventaja de poder acumular más fácilmente una mayor cantidad de material metálico activo en un tejido determinado. Esto hace que en definitiva, se optimice el uso del fármaco y que pueda ser disminuida la dosis metálica necesaria, con la consiguiente disminución en el riesgo de toxicidad.

Numerosos métodos físicos y químicos han sido utilizados para preparar nanopartículas magnéticas. Puesto que las propiedades magnéticas son muy dependientes del tamaño, es crucial que el método a desarrollar permita la obtención de nanopartículas con tamaños uniformes. Una posible ruta para obtener nanopartículas metálicas sin agregación y con tamaño controlado es el uso de una plataforma molecular preorganizada, con una cavidad que pueda actuar como nanoreactor para el control químico y espacial en la formación de las nanopartículas. Un ejemplo típico de este tipo de moléculas es la proteína ferritina. La apoferritina consiste en una proteína esférica formada por 24 subunidades rodeando una cavidad acuosa con un diámetro de aproximadamente 8 nm.

La organización de las multisubunidades para formar la apoferritina genera la presencia de canales. Ocho canales hidrofílicos de aproximadamente 4 ˚

A permiten la entrada de iones metálicos y moléculas suficientemente pequeñas al interior de la cavidad de la proteína. Esto ha permitido la introducción de magnetita en el interior de la apoferritina produciendo magnetoferritina, la cual ha sido usada como método de diagnostico monomodal (MRI) (Journal of Magnetic Resonance Imaging. 4 (3) :497-505, 1994 May-Jun.) .

Por otro lado, el uso de 99mTcO4 − para diagnosis mediante gammagrafía SPECT (Single Photon Emission Computer Tomography) está ampliamente generalizado en Medicina Nuclear. El 99mTcO4 − tiene un periodo de vida media corto (6 h) y emite radiación gamma de 141 keV. Estos valores reducen su toxicidad y lo hacen un radionúclido idóneo para agente de contraste mediante SPECT. De hecho, en el mercado hay un buen número de fármacos de este radionúclido (Ceretec®, Tc-MAG®, Cardiolite®, etc) , la mayoría de los cuales está en forma de complejo de Tc de diferentes estados de oxidación y que son obtenidos in situ mediante reacción con diferentes ligandos (Chem. Rev. 1999, 99, 2205; Chem. Rev. 1999, 99, 2235) . La mayoría de los compuestos de Tc, son compuestos de coordinación o sales siendo algunos nombres comerciales conocidos: cardiolite ® (para corazón) , Tc-MAG ® (para riñón) , etc. La US 20090035201 describe un ejemplo de un complejo 99mTcO4 −-Fe2O3, pero no trata el tema de la inclusión de este tipo de complejos en la cavidad de la magnetoferritina, y aun menos el uso del producto final como agente de contraste bimodal.

Descripción detallada de la invención En vista del estado de la técnica un objetivo de la presente invención es proporcionar un agente de contrate bimodal, MRI-SPECT, basado en una magnetoferritina superparamagnética, caracterizada porque el núcleo de magnetita ocluye99mTc, a partir de ahora magnetoferritina de la invención.

El nanopartícula superparamagnética de la invención, es decir la magnetoferritina superparamagnética, está constituido por una nanopartícula de magnetita encapsulada en la ferritina que presenta propiedades para comportarse como agente de contraste en MRI.

La magnetoferritina de la invención es biocompatible y presenta una biodistribución en distintos órganos, mejorando significativamente las propiedades de otros agentes de contraste como son la magnetita sola. Esta puede ser usada como agente de contraste bimodal en MRI (i) , y gammagrafía-SPECT (iv) y muestra tiempos de vida medio en sangre, especialmente cuando tiene introducidas cadenas de polímero biocompatible como el polietilenglicol (PEG) , suficientemente extensos para distribuirse por el sistema... [Seguir leyendo]

1. Una magnetoferritina superparamagnética, caracterizada porque el núcleo de magnetita ocluye 99mTc.

2. La magnetoferritina superparamagnética según la reivindicación anterior, caracterizada porque la especie de Tc es 99mTcO4 − .

3. La magnetoferritina superparamagnética según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la concentración de la especie 99mTc está comprendida entre 10−9-10−5 M.

4. La magnetoferritina superparamagnética según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque tiene cadenas de un polímero biocompatible covalentemente unidas a la superficie de la magnetoferritina.

5. La magnetoferritina superparamagnética según la reivindicación anterior, caracterizada porque el polímero biocompatible es polietilén glicol.

6. La magnetoferritina superparamagnética según la reivindicación anterior, caracterizada porque el polietilenoglicol es PEG1163 MeO-PEG-COO-Su α-Metoxi-ω-carboxílico ácido succinimidil éster poli (etilen glicol) PEG-WM 2, 000 Dalton.

7. La magnetoferritina superparamagnética según cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el PEG está unido mediante enlaces covalentes de tipo amida.

8. La magnetoferritina superparamagnética según cualquiera de las tres reivindicaciones anteriores, caracterizada porque tiene entre3y10 cadenas de PEG unidas covalentemente a la superficie de la magnetoferritina.

9. Un método para la síntesis de cualquiera de las magnetoferritina superparamagnética como se definen en las reivindicaciones anteriores que comprende: a) preparar una disolución de apoferritina, preferiblemente de concentración entre 0, 1 y 100 mg/mL, y más preferiblemente entre5y20 mg/mL, b) Preparar una disolución que comprenda Fe (II) y Fe (III) en estequiometría aproximada de 1:2. c) preparar una disolución de pertenectato (99mTc) d) adicionar de forma intercalada la disolución preparada en el paso (b) y la disolución preparada en la etapa (c)

sobre la preparada en el paso (a) . f) Aislar la magnetoferritina superparamagnética dopada con 99mTc.

10. El método según la reivindicación anterior en la que la disolución de la etapa (b) se prepara mezclando una disolución que comprende sulfato de hierro (II) amoníaco hexahidratado con otra que comprende Fe (NO3) 3 en HCl.

11. El método según cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, donde la disolución de la etapa (a) esta tamponada con AMPSO a un pH entre pH 7, 5 y 9, 5, preferiblemente entre 8, 0 y 9, 0.

12. El método según cualquiera de las tres reivindicaciones anteriores para la síntesis de cualquiera de las magnetoferritina superparamagnética como se definen en las reivindicaciones 5 a 8, que comprende hacer reaccionar las magnetoferritina superparamagnética con el polímero biocompatible.

13. Una composición farmacéutica que comprende la magnetoferritina superparamagnética como se en cualquiera de las reivindicaciones1a8yal menos un excipiente farmacéuticamente aceptable.

14. Uso de la composición farmacéutica según la reivindicación anterior para la preparación de un medicamento.

15. El uso de la composición según la reivindicación anterior para la preparación de un medicamento para la diagnosis de cáncer.

16. La magnetoferritina superparamagnética según cualquiera de las reivindicaciones 1 a8ºdela composición farmacéutica según la reivindicación 13 para la preparación de un medicamento para su uso como agente de contraste.

17. La magnetoferritina superparamagnética según cualquiera de las reivindicaciones 1 a8ºdela composición farmacéutica según la reivindicación 13 para la preparación de un medicamento para su uso como agente de contraste en MRI o SPECT.