NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS, MÉTODO DE OBTENCIÓN Y SU USO.

Nanopartículas magnéticas, método de obtención y su uso.

La presente invención está dirigida a nanopartículas magnéticas caracterizadas porque comprenden un núcleo de magnetita con bismuto en su superficie,

presentan un tamaño comprendido entre 5 nm y 30 nm, incluidos ambos límites, y son de forma octaédrica, cristalinas y monodispersas. Estas nanopartículas presentan entre otras ventajas su elevada imanación de saturación y su opacidad a la hora de obtener imágenes de contraste. Asimismo, constituye otro objeto de la invención el método de obtención de esta nanopartículas, partiendo de una solución hidro-alcohólica. Adicionalmente, la presente invención engloba una suspensión acuosa y una composición farmacéutica que comprenden dichas nanopartículas, así como su uso en biomedicina, principalmente como agente de contraste para detectar flujo sanguíneo o tumores, o para prevenir y tratar tumores al potenciar los efectos del principio activo.

Nanopartículas magnéticas, método de obtención y su uso.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se encuentra dentro del sector de producción de nuevos materiales, concretamente nanopartículas magnéticas, mientras que su aplicación se ubica principalmente en el sector químico y farmacéutico.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Partículas magnéticas con tamaño nanométrico están siendo estudiadas en los últimos años con vistas a su posible aplicación en el campo de la biomedicina. Se piensa que pueden encontrar aplicaciones en la separación magnética de células, hipertermia, agente de contraste mediante técnicas de RMN y transportador de moléculas antitumorales ([1] Laurent, S.; Forge, D.; Port, M.; Roch, A.; Robic, C.; Vander Elst, L.; Muller, R. N.: Chemical Reviews 2008, 108, (6) , 2064-2110; [2] Figuerola, A.; Di Corato, R.; Manna, L.; Pellegrino, T. Pharmacological Research 2010, 62, (2) , 126-143) .

Entre los materiales más prometedores en el campo de las aplicaciones biomédicas está la magnetita, debido a su biocompatibilidad y posibilidad de ser preparada en suspensiones estables de diferente tamaño de partícula.

Nanopartículas de magnetita han sido preparadas por rutas muy diferentes, tanto en medio acuoso como en medio orgánico.

En solución acuosa, se han preparado nanopartículas de magnetita a partir de soluciones FeCl2 y FeCl3 en la proporción (Fe2+ /Fe3+ = ½) en medio alcalino ([1]) . Mediante este método resultan nanopartículas de 6 nm a 17 nm pero con una distribución de tamaños amplia y una morfología poco definida. Estas partículas poseen la ventaja de ser estables en agua por lo que presentan ventaja para su aplicación en Biomedicina sobre los métodos de preparación en medio orgánico. Basadas en el método anterior y desde el punto de vista comercial, se han preparado dispersiones acuosas de las magnetitas puras con aplicabilidad en agentes de contraste en resonancia magnética de imagen. Están registradas en el mercado bajo los nombres: Endorem®, Resovist®, Feridex®, FeridexIV®, Gastromark®, Combidex®, Sinerem® y Lumirem®.

Por otra parte, magnetita con tamaños de partículas entre 100 nm y 1000 nm ha sido sintetizadas en medio acuoso mediante la oxidación de sales de Fe2+ ([3] Sugimoto, T. y Matijevic, E. (1980) . J. Colloid Interface Sci. 74 227) . Recientemente, Andrés y otros ([4] Andrés Verges, M.; Costo, R.; Roca, A.G.; Marco, J.F.; Goya, G.F.; Serna, C.J.; y Morales, M.P.: J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 134003) han preparado partículas de magnetita en el rango 60-30 nm a partir de soluciones en medio básico de FeSO4 y en presencia de un oxidante (K NO3) . Se hicieron estudios sobre las propiedades magnéticas de estas partículas sin Bismuto y su poder calorífico ([5] Gonzalez-Fernandez, M.A.; Torres, T.E.; Andres-Verges, M.; Costo, R.; de la Presa, P.; Serna, C.J.; Morales, M.P.; Marquina, C.; Ibarra, M.R.; Goya, G.F.: Journal of Solid State Chemistr y 182 (2009) 2779–2784) . La gran ventaja de la presente invención es que debido al Bi en las partículas se pueden conseguir rangos de tamaños entre 30 y 5 nm con mejores propiedades como agente de contraste multimodal.

La bioutilidad del bismuto y sus compuestos tiene 250 años de historia. Algunos compuestos se han aprobado para uso en humanos desde hace más de 30 años mientras que otros están en desarrollo actualmente. Entre ellos están las nanopartículas basadas en bismuto como agentes de contraste alternativos a los compuestos iodados en tomografía axial computerizada. ([6] Pan, D.; Roessl, E.; Schlomka, J-P; Caruthers, S.D.; Senpan, A.; Scott, M.J.; Allen, J.S.; Zhang, H.; Hu, G.; Gaffney, P.J.; Choi, E.T.; Rasche, V.; Wickline, S.A.; Proksa R. y Lanza, G.M.: Angew Chem Int Ed 49 (2010) 9635-9639) .

En definitiva, existen magnetitas en el mercado de tamaño menor de 10 nm que se usan de agentes de contraste por RMN pero no sirven para CT de Rayos-X lo que limitan su uso. Existen también partículas micrométricas que no son uniformes ni monocristalinas; algunas presentan bismuto, pero éste se encuentra en una estructura diferente a la de la presente invención y presentan baja imanación. La presente invención trata de superar estos inconvenientes, aportando nuevas nanopartículas con alta opacidad a los Rayos-X, alta respuesta a un campo magnético y con tamaños en un rango ideal que las hacen aptas para usos de gran importancia en el campo de la Química y la Farmacia.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Un primer aspecto de la presente invención lo constituye un nuevo material, concretamente nanopartículas magnéticas, también denominadas en la presente invención como nanopartículas de Bi-magnetita, caracterizadas por que

-comprenden un núcleo de magnetita con bismuto en su superficie,

-presentan un tamaño comprendido entre 5 nm y 30 nm, incluidos ambos límites, y

-son de forma octaédrica, cristalinas y monodispersas.

Estas nanopartículas híbridas (denominadas en el campo core-shell particles) , monodispersas (se entiende por monodispersas aquellas partículas que en cuanto al tamaño poseen una desviación estándar inferior al 20%) y con forma de cristales octaédricos de estructura espinela análoga a la de la magnetita pura, presentan unas buenas propiedades magnéticas (Ms≥40 emu/g de material) . De hecho, estas nanopartículas poseen propiedades magnéticas próximas a las de la magnetita masiva, gracias a la presencia de bismuto en la superficie, de tal forma que poseen una elevada imanación de saturación, con valores comprendidos entre 40 emu/g y 80 emu/g, incluidos ambos límites. Además, las magnetitas con Bismuto de tamaño comprendido entre 5 nm y 30 nm y con características monodispersas descritas en la presente invención tienen como ventaja su mayor opacidad frente a los rayos X (por la presencia de bismuto y gracias a su tamaño) y sus propiedades magnéticas mejoradas debido a su alta cristalinidad (estructura de espinela ordenada) . Como se verá más adelante, estas propiedades favorecen sus diferentes usos en biomedicina, como es el empleo de las nanopartículas como agentes de contraste duales, pudiendo ser localizadas por Tomografía Computerizada de Rayos X (TAC) además por MRI. Las nanopartículas muestran un carácter paramagnético (ausencia de coercitividad) .

Un aspecto clave de estas nanopartículas híbridas, que las diferencia de otras similares en el campo, es que la estructura de espinela del núcleo que se debe a la magnetita permanece casi constante e independiente del contenido en bismuto, lo que sugiere que el bismuto no entra a formar parte de dicha estructura de espinela, sino que se queda en la superficie, dando lugar a una serie de propiedades muy ventajosas para este tipo de materiales.

Preferentemente, el bismuto se encuentra en la superficie del núcleo de magnetita en forma de óxido. Normalmente aunque no necesariamente, el bismuto que está en la superficie se encuentra recubriendo toda la superficie de la magnetita, en forma de capa.

También de manera preferida las nanopartículas contienen bismuto en un porcentaje en peso comprendido entre 5% y 40%, incluidos ambos límites. La relación entre la magnetita y el bismuto también puede expresarse mediante la relación molar Bi/Fe: preferentemente, dicha relación molar Bi/Fe está comprendida entre 0, 02 y 0, 2, incluidos ambos límites. Se ha observado que el tamaño de la magnetita se puede controlar mediante la relación molar Bi/Fe.

Un segundo objeto de la presente invención lo constituye un método de preparación de las nanopartículas magnéticas descritas anteriormente, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

a) preparar una solución acuosa que comprende al menos un ácido, al menos una sal de hierro y al menos una sal de bismuto, a temperatura ambiente en atmósfera inerte y constante agitación;

b) mezclar en agitación la solución anterior con una solución hidro-alcohólica alcalina donde el alcohol es etanol, formando un precipitado;

c) calentar el precipitado a una temperatura comprendida entre 80ºC y 100ºC durante al menos 20-24 horas; y

d) enfriar el precipitado a temperatura ambiente, decantar y lavar al menos dos veces con agua destilada.

En comparación con otros métodos conocidos en el campo, este procedimiento tiene las ventajas de: emplear precursores inorgánicos, baratos, no tóxicos y fácilmente accesibles; utilizar disoluciones hidro-alcoholicas y no exclusivamente acuosas ni exclusivamente alcohólicas, en presencia de bismuto, lo que aporta ventajas frente a otros métodos conocidos en cuanto a la distribución de tamaños de las partículas que se forman; realizarse a temperaturas moderadas...

1. Nanopartículas magnéticas caracterizadas por que comprenden un núcleo de magnetita con bismuto en su superficie, presentan un tamaño comprendido entre 5 nm y 30 nm, incluidos ambos límites, y son de forma octaédrica, cristalinas y monodispersas.

2. Nanopartículas magnéticas según la reivindicación anterior, donde el bismuto se encuentra recubriendo la superficie de la magnetita en forma de óxido.

3. Nanopartículas magnéticas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el bismuto se encuentra recubriendo la superficie de la magnetita en forma de capa.

4. Nanopartículas magnéticas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que contienen bismuto en un porcentaje en peso comprendido entre 5% y 40%, incluidos ambos límites.

5. Nanopartículas magnéticas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta una relación molar Bi/Fe comprendida entre 0, 02 y 0, 2, incluidos ambos límites.

6. Nanopartículas magnéticas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presentan una imanación de saturación con valores comprendidos entre 40 emu/g y 80 emu/g, incluidos ambos límites.

7. Método de preparación de nanopartículas magnéticas descritas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que comprende las siguientes etapas: a) preparar una solución acuosa que comprende al menos un ácido, al menos una sal de hierro y al menos una sal de bismuto, a temperatura ambiente en atmósfera inerte y constante agitación; b) mezclar en agitación la solución anterior con una solución hidro-alcohólica alcalina donde el alcohol es etanol, formando un precipitado;

c) calentar el precipitado a una temperatura comprendida entre 80ºC y 100ºC durante al meno.

2. 24 horas; y d) enfriar el precipitado a temperatura ambiente, decantar y lavar al menos dos veces con agua destilada.

8. Método según la reivindicación anterior, donde la atmósfera inerte se consigue burbujeando nitrógeno durante un tiempo de dos horas a temperatura ambiente.

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 ú 8, donde el ácido de la solución acuosa es H2SO4.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde la sal de hierro es FeSO4 y la sal de bismuto es Bi (NO3) 3.

11. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, donde la solución acuosa se prepara con una relación molar Bi/Fe comprendida entre 0, 02 y 0, 2, incluidos ambos límites.

12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, donde la solución acuosa de las sales de hierro y bismuto se mantiene en agitación durante un periodo comprendido entre 1 y 4 horas.

13. Método según la reivindicación anterior, donde la solución acuosa de las sales de hierro y bismuto se mantiene en agitación durante 2 horas.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, donde la proporción de agua y etanol está comprendida entre 0, 5 de 2, incluidos ambos límites.

15. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, donde la solución hidro-alcohólica contiene disuelta una mezcla alcalina de NaOH y KNO3.

16. Método según la reivindicación anterior, donde el NaOH y el KNO3 se disuelven en la mezcla hidro-alcohólica de agua y etanol en una proporción de 1.

17. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 16, donde el mezclado de las dos soluciones se realiza con fuerte agitación.

18. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 17, donde la temperatura a la que se calienta la mezcla de las soluciones es de 90ºC.

19. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 18, donde el calentamiento se realiza gradualmente, en un tiempo de 15 minutos.

20. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 19, donde el precipitado se mantiene a la temperatura de calentamiento durante al menos 24 horas.

21. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 20, donde la decantación es magnética y el material se lava tres veces con agua destilada.

22. Suspensión acuosa que comprende las nanopartículas magnéticas descritas en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

23. Suspensión acuosa según la reivindicación anterior, que consiste en una suspensión coloidal estable a pH=7 y salinidad fisiológica.

24. Composición farmacéutica que comprende las nanopartículas descritas en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y al menos un principio activo.

25. Composición farmacéutica según la reivindicación anterior, donde el al menos un principio activo es un antibiótico y/o un anticancerígeno.

26. Composición farmacéutica según la reivindicación anterior, para su uso en la prevención y tratamiento de tumores.

27. Nanopartículas descritas en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para su uso en biomedicina.

28. Nanopartículas según la reivindicación anterior, para su uso como agente de contraste en la obtención imágenes.

29. Nanopartículas según la reivindicación anterior, para su uso como agente de contraste en resonancias magnéticas de imagen y/o en tomografía axial computerizada de rayos X.

30. Nanopartículas según la reivindicación anterior, donde la resonancia magnética de imagen es resonancia magnética nuclear.

31. Nanopartículas según la reivindicación 27, para su uso como marcador tumoral.

32. Nanopartículas según la reivindicación anterior, para la detección de tumores de tamaño inferior a 2 mm.

33. Nanopartículas según una cualquiera de las reivindicaciones 31 ó 32, para su uso en la detección de tumores.

34. Nanopartículas según la reivindicación 27, como agente transportador de principios activos.

35. Nanopartículas según la reivindicación 27, como fuente de calor magnética y generador localizado de incrementos de temperatura en una región coroporal.

36. Nanopartículas según la reivindicación anterior, para su uso en la prevención y tratamiento de tumores por hipertermia magnética.

37. Uso de las nanopartículas descritas en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la preparación de una composición de aplicación en biomedicina.

38. Uso según la reivindicación anterior, donde la composición es un agente de contraste.

39. Uso según la reivindicación anterior, donde la composición es un agente de contraste para la obtención imágenes.

40. Uso según la reivindicación anterior, donde las imágenes son resonancias magnéticas y/o imágenes de tomografía axial computerizada de rayos X.

41. Uso según la reivindicación anterior, donde la resonancia magnética es resonancia magnética nuclear.

42. Uso según una cualquiera de las reivindicaciones 38 a 41, para detección de flujo sanguíneo y/o estudio del estado de la función de un órgano.

43. Uso según la reivindicación 37, donde la composición es un marcador tumoral.

44. Uso según la reivindicación anterior, para la detección de tumores.

45. Uso según la reivindicación 37, para preparar una composición farmaceútica que además de las nanopartículas comprende al menos un principio activo.

46. Uso según la reivindicación anterior, donde el principio activo es seleccionado entre un antibiótico y un anticancerígeno.

47. Uso según la reivindicación anterior, para la prevención y tratamiento de tumores.

48. Uso según la reivindicación anterior, para la prevención y tratamiento de tumores por hipertermia magnética.