Polímeros antimicrobianos anclados covalentemente.

Un sustrato que comprende un polímero antimicrobiano unido de forma covalente a la superficie del sustrato,

comprendiendo el polímero antimicrobiano un peso molecular de más de 100.000 g mol-1 y como unidad repetitiva una estructura de acuerdo con la fórmula (I): **Fórmula**

en donde uno de los radicales R1 y R2 comprende un grupo hidrófobo y el otro de los radicales R1 y R2 comprende un grupo hidrófilo,

en donde X es O, S o CR3R4, en donde R3 y R4 se seleccionan independientemente entre sí entre un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo o alcoxi C1-C12, y

n es un número entero seleccionado entre 250-2500.

Polímeros antimicrobianos anclados covalentemente La presente invención hace referencia a sustratos que comprenden polímeros antimicrobianos anclados covalentemente, que actúan como imitadores sintéticos de péptidos antimicrobianos (SMAMP) y se obtienen preferiblemente mediante polimerización metatésica por apertura del anillo (ROMP) . Los polímeros antimicrobianos de la invención muestran un peso molecular de más de 100.000 g mol-1 y están anclados covalentemente a la superficie de un sustrato, p. ej. un implante, un dispositivo médico, un equipo médico o un biomaterial (de soporte de tejido) , etc. La unión covalente se puede llevar a cabo utilizando un entrecruzador fotorreactivo pero también "injertando sobre" o "injertando a partir de". La presente invención también está dirigida a los usos de los polímeros antimicrobianos de la invención como se definen en la presente memoria, p. ej. para el recubrimiento antimicrobiano de una superficie de semejante sustrato con una capa del polímero antimicrobiano de la invención.

Un grave problema que puede surgir en el uso de implantes médicos es la infección por patógenos bacterianos que causan infección e inflamación en el lugar del implante. Esta inflamación puede inhibir la curación en el lugar de la implantación, o en un caso peor, ocasionar la destrucción que puede conducir a la pérdida del implante. Del mismo modo, la contaminación bacteriana de los catéteres y otros dispositivos médicos puede causar infecciones que amenazan la vida incluso en pacientes sanos.

A pesar de las medidas dirigidas a la prevención, a menudo se producen infecciones debidas a la colonización del implante por las bacterias. Este proceso es exacerbado por la formación de una biopelícula bacteriana sobre la superficie del implante. La biopelícula madura consiste en diferentes co-colonias de bacterias rodeadas por una matriz extracelular que ofrece protección a las bacterias, a la vez que también proporciona canales de comunicación entre bacterias individuales. Una vez formada, la biopelícula es extremadamente difícil de eliminar o infiltrar con antibióticos; por lo tanto la prevención de la colonización y/o (posterior) formación de una biopelícula es el medio de elección. El requerimiento para evitar la colonización y/o (posterior) formación de una biopelícula es un asunto importante en muchas aplicaciones clínicas y procedimientos quirúrgicos. También es de suma importancia en el caso de los implantes en tejidos blandos, concretamente en el campo de la periodontología, evitar la colonización y/o (posterior) formación de una biopelícula antes de la implantación, ya que esto puede conducir a respuestas inflamatorias no deseadas y una destrucción progresiva de los tejidos circundantes.

En este contexto, se han desarrollado muchas moléculas y polímeros antimicrobianos, que pueden proporcionar una buena base para evitar la colonización y/o (posterior) formación de una biopelícula. En los últimos años, se ha realizado un progreso significativo en el desarrollo de tales moléculas y polímeros antimicrobianos (véase E. R. Kenawy et al., Biomacromolecules 2007, 8, 1359 -1384) . Esos materiales son activos de manera no específica contra muchos patógenos incluyendo bacterias, virus, y hongos, pro también son tóxicos para las células de mamíferos. Por lo tanto, si bien son altamente eficaces en sus potenciales aplicaciones, esos polímeros no se pueden utilizar en entornos en los que existe un contacto íntimo y de larga duración con células eucarióticas, por ejemplo, en dispositivos médicos, implantes, o apósitos para heridas. Los imitadores sintéticos de péptidos antimicrobianos (SMAMP) , por otra parte, son moléculas que están específicamente diseñadas solamente para eliminar patógenos. Los SMAMP se desarrollaron para emular las propiedades de los péptidos antimicrobianos (AMP) , que son moléculas naturales producidas por muchos organismos como parte de su sistema inmunitario innato. Estos péptidos tienen una actividad antimicrobiana de amplio espectro, aunque son inofensivos para las células de mamíferos (véase A. Kim A. Brodgen, Nat. Rev. Microbiol. 2005, 3, 238 - 250) . A diferencia de los fármacos antibióticos tradicionales, éstos no están dirigidos contra un receptor celular concreto, pero la mayoría actúa sobre la membrana de la célula bacteriana (véase A. Kim A. Brodgen, Nat. Rev. Microbiol. 2005, 3, 238 -250 y

L. Yang et al., J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12141 - 12147) . De este modo, si bien el desarrollo de resistencia a los antibióticos tradicionales puede implicar solamente unas pocas mutaciones del sitio del receptor tras la exposición a dosis de fármaco sub-letales, la resistencia a los AMP requeriría cambios más complejos incluyendo alteraciones de la química de la membrana celular. Por consiguiente, la resistencia desarrollada contra los AMP es más lenta que contra los antibióticos convencionales (véase M. Zasloff, Nature 2002, 415, 389 - 395; G. G. Perron et al., Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 2006, 273, 251 -256) . Las propiedades combinadas de la selectividad para patógenos a lo largo de las células anfitrionas y el potencial de baja resistencia han estimulado una investigación profunda en el campo de los AMP y los SMAMP durante los últimos años. Debido a su relativa facilidad de síntesis, los SMAMP son candidatos prometedores como materiales y como aplicaciones quimioterapéuticas; al mismo tiempo parecen tener el potencial de jugar un papel importante en la contención y el contagio con MRSA y otros organismos multiresistentes. Por ejemplo, se ha informado recientemente sobre un "primer estudio de seguridad clínica en Fase I en seres humanos", en el que se utilizó un SMAMP como agente terapéutico para el tratamiento de infecciones panestafilocócicas (véase p. ej. http://www.polimedix.com) .

Como se comenta en una revisión por Lienkamp y Tew (véase Lienkamp y Tew, Chem. Eur. J. 2009, 15, 1178411800) , el diseño de SMAMP ha evolucionado de moléculas de tipo péptido, estructuralmente rígidas a arquitecturas moleculares crecientemente menos confinadas, algunas de las cuales funcionan incluso mejor que sus arquetipos naturales. El acceso a tales SMAMP sintéticos puede abrir nuevas aplicaciones, por ejemplo en el área de los materiales, donde las infecciones bacterianas de plásticos para uso médico son un problema crítico actual en los hospitales como se ha comentado anteriormente. Los polímeros sintéticos se pueden obtener fácilmente y en grandes cantidades a la vez que presentan un carácter anfífilo facial y una carga positiva, las características importantes de los AMP. En este contexto, los polímeros facialmente anfífilos contienen típicamente un grupo cargado hidrófobo y uno hidrófilo en la misma unidad de repetición. Aunque ha habido numerosos informes recientes sobre SMAMP poliméricos, sus actividades y selectividades generales permanecen lejos del óptimo. En este contexto, DeGrado y colaboradores informaron de que los SMAMP basados en sales de poli (metilmetacrilato de amonio) copolimerizaban con poli (metacrilato de butilo) para sintonizar el carácter anfífilo; Klajnert et al. produjeron SMAMP dendríticos; Liu et al. sintetizaron SMAMP a partir de poli (ácido maleico) conectado a tetrámeros peptídicos; Makovitzki et al. elaboraron recientemente SMAMP basados en lipopéptidos; y Gellman y colaboradores presentaron un polímero basado en poli (amida) con buenas actividades (12, 5 µg/mL contra E. coli y 3, 1 µg/mL contra S. aureus) y selectividades de hasta 32 para células bacterianas sobre las células de mamífero. (Kuroda et al., Polymer Prepr. 2004, 45, 610; Klajnert et al., Int. J Pharm. 2006, 309, 208; Liu et al., J Med Chem. 2006, 49, 3436; Makovitzki et al., Proc. Natl. Acad Sci. USA 2006, 103, 15997; Mower y et al. J Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15474.) Tew y colaboradores sintetizaron polímeros antibacterianos facialmente anfífilos basados en arilamidas, urea, y poli (fenilenetinileno) (véase Tew et al., Proc. Natl. Acad Sci. USA 2002, 99, 5110; Tang et al., Chem. Commun. 2005, 12, 1537; Amt et al., J Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7664; y Amt et al., Langmuir 2003, 19, 2404) .

Además, los SMAMP basados en derivados de poli (norborneno) , que también representan polímeros facialmente anfífilos, fueron descritos previamente por Tew y Coughlin: éstos informaron sobre polímeros con unidades de repetición facialmente anfífilas que tenían actividad antimicrobiana sintonizable dependiente de una proporción definida de radicales hidrófobos e hidrófilos en la unidad de repetición. Su polímero más selectivo tenía una actividad contra bacterias varios cientos de veces superior que contra los glóbulos rojos de la sangre humana (liker et al., J Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15870)... [Seguir leyendo]

1. Un sustrato que comprende un polímero antimicrobiano unido de forma covalente a la superficie del sustrato, comprendiendo el polímero antimicrobiano un peso molecular de más de 100.000 g mol-1 y como unidad repetitiva una estructura de acuerdo con la fórmula (I) :

en donde uno de los radicales R1 y R2 comprende un grupo hidrófobo y el otro de los radicales R1 y R2 comprende un grupo hidrófilo, en donde X es O, S o CR3R4, en donde R3 y R4 se seleccionan independientemente entre sí entre un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo o alcoxi C1-C12, y n es un número entero seleccionado entr.

25. 2500.

2. Un sustrato según la reivindicación 1, en donde el grupo hidrófobo se selecciona entre grupos alquilo (C1-C30) , alquenilo (C1-C30) , alquinilo (C1-C30) , o grupos arilo (C1-C30) , heteroalquilo (C1-C30) , heteroalquenilo (C1-C30) , heteroalquinilo (C1-C30) , heteroarilo (C1-C30) , o grupos heteroarilalquilo (C1-C30) lineales, ramificados, cíclicos, sustituidos y no sustituidos, saturados, parcialmente saturados y/o insaturados, o entre grupos cicloalquilo, (C1-C30) , cicloalquenilo (C1-C30) , cicloalquinilo (C1-C30) , heterocicloalquilo (C1-C30) , y heterocicloalquenilo (C1-C30) lineales, ramificados, cíclicos, sustituidos, no sustituidos, saturados, parcialmente saturados y/o insaturados.

3. Un sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el grupo hidrófilo de R1 o R2 se selecciona del grupo

en donde p es un número entero seleccionado de 1 - 10.

4. Un sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el grupo hidrófilo se selecciona entre, hidroxilo, metoxi, fenilo ácidos carboxílicos e iones y sales de los mismos, metilo, etilo, y ésteres vinílicos de ácidos carboxílicos, amidas, amino, ciano, isociano, nitrilo, iones de amonio o sales, iones de sulfonio o sales, iones de fosfonio o sales, grupos amino mono- y di-alquilsustituidos polipropilenglicoles, polietilenglicoles, grupos glicosilo, azúcares, grupos epoxi, acrilatos, sulfonamidas, nitro, OP (O) (OCH2CH2N+RRR) O- guanidinio, aminato, acrilamida, piridinio, piperidina, y combinaciones de los mismos, en donde cada R se selecciona independientemente entre H o alquilo, entre cadenas de polimetileno sustituidas con alcohol, carboxilato, acrilato, o metacrilato, o entre cadenas de alquilo que tienen grupos amino o amino sustituidos internos, incluyendo grupos -NH, -NC (O) R, o -NC (O) CH=CH2-internos, en donde R es H o alquilo, entre una o varias policaprolactonas, uno o varios dioles de policaprolactona, uno o varios poli (ácidos acéticos) , uno o varios poli (acetatos de vinilo) , una o varias poli (2-vinilpiridinas) , uno o varios ésteres de celulosa, uno o varios hidroxiéteres de celulosa, uno o varios poli (hidrobromuros de L-lisina) , uno o varios poli (ácidos itacónicos) , uno o varios poli (ácidos maleicos) , uno o varios poli (ácidos estirenosulfónicos) , una o varias poli (anilinas) , uno o varios poli (ácidos vinil-fosfónicos) .

5. Un sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 4, en donde el grupo hidrófilo de R1 o R2 se selecciona entre iones de amonio, iones de sulfonio, iones de fosfonio, y grupos amino mono- y di-alquilsustituidos, entre un alquilo C1-C12 que comprende un grupo seleccionado entre iones de amonio, iones de sulfonio, iones de fosfonio, y grupos mono- y di-alquilamino sustituidos.

6. Un substrato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde X es O, R1 es un grupo alquilo C1-C12 lineal

o ramificado como se ha definido anteriormente, incluyendo un grupo alquilo C1-C6 lineal o ramificado, y R2 es en donde p es un número entero seleccionado entre 1 - 10.

7. Un substrato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde X es CR3R4, en donde R3 y R4 se seleccionan independientemente entre sí entre un átomo de hidrógeno, o un grupo alquilo o grupo alcoxi C1-C12, y R1 es un grupo alquilo C1-C12 lineal o ramificado, y R2 es

en donde p es un número entero seleccionado de 1 - 10.

8. Un sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el polímero de acuerdo con la fórmula (I) es un co-polímero que comprende como unidades repetitivas una estructura de acuerdo con la fórmula (I')

en donde cada uno de X' y X" en las fórmulas (I') y (I") es independiente entre sí O, S o CR3R4, en donde R3 y R4 se seleccionan independientemente entre sí entre hidrógeno o un grupo alquilo o alcoxi C1-C12; cada uno de R1' y R1" es un grupo hidrófobo y cada uno de R2' y R2" es un grupo hidrófilo, siempre que R1' y R1" no son iguales, R2' y R2" no son iguales, o X' y X" no son iguales, y cada uno de n' y n" es un número entero seleccionado entre 250 a 2500, en donde n' + n" = n.

9. Un sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde que la unión covalente del polímero antimicrobiano a la superficie se lleva a cabo a través de fotoactivación, preferiblemente utilizando un agente de entrecruzamiento fotorreactivo, o a través de una técnica de "injerto de" o un "injerto sobre".

10. Un sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el polímero antimicrobiano se aplica a la superficie del sustrato a través de recubrimiento por centrifugación o recubrimiento por inmersión.

11. Sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la superficie del sustrato se selecciona entre una superficie inorgánica que contiene o que comprende metales o aleaciones, hierro, oro, plata, cobre, aluminio, níquel, cromo, titanio, molibdeno, magnesio, circonio, cerámica, óxidos de titanio u óxidos de circonio.

12. Un sustrato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el sustrato se selecciona entre cualquier implante, implante dental, prótesis, articulación, hueso, diente, articulación artificial, hueso artificial, diente artificial, o un material utilizado o que se va a utilizar para la implantación de tal sustrato, tornillos, anclas, cierre o material de fijación, entre un dispositivo o instrumento médico o quirúrgico, incluyendo una broca para el trépano o la trefina para implantes, escalpelos, fórceps, tijeras, tornillos, cierres y/o material de fijación utilizado para la implantación, soportes, clips, abrazaderas, agujas, (superficies de) mesas de operaciones, sillas de tratamiento, catéteres, dispositivos intraluminales, cualquier material para apósitos para heridas, incluyendo esparadrapo, gasas, vendajes, pero también sábanas para fines clínicos o médicos, sábanas para cubrir dispositivos médicos, encuadernaciones o forros para libros, teclados, teclados de ordenador, ordenadores, portátiles, pantallas, cubiertas para pantallas, lámparas, empuñaduras de herramientas e instrumental, biomaterial adecuado para el soporte de tejidos, de un sistema portador de células o tejidos, biomaterial para conservar el volumen de tejidos corporales

sólidos, o de superficies o sustratos utilizados para el almacenamiento de células, tejidos, órganos, o para el almacenamiento de alimento, de neveras, refrigeradores, o cajas de almacenamiento.

13. El uso de un polímero antimicrobiano como se define de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10

para recubrir con fines antimicrobianos una superficie de un sustrato, en donde el polímero antimicrobiano se une covalentemente a la superficie del sustrato.

14. El uso según la reivindicación 13, en donde la superficie es la definida en la reivindicación 11 y el sustrato es el

definido en la reivindicación 12. 10

Figura 2