Composiciones de hidrogel bioactivo para la regeneración del tejido conjuntivo.

Una composición regenerativa de tejido conjuntivo que comprende:

a) una matriz de hidrogel bioactivo que es fluida a temperaturas fisiológicas y que comprende:

i. un polipéptido,

ii. un hidrato de carbono de cadena larga,

iii. uno o más componentes seleccionados de entre el grupo que consiste en aminoácidos polares, quelantes de cationes divalentes y sus combinaciones, y

b) un marco estructural tridimensional que contiene al menos parcialmente la matriz de hidrogel bioactivo fluido.

Composiciones de hidrogel bioactivo para la regeneración del tejido conjuntivo Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones para la regeneración del tejido conjuntivo, tales como hueso, cartílago, ligamento, tendón y similares. En particular, la invención se refiera a composiciones para uso en métodos para la regeneración del tejido conjuntivo mediante la aplicación de una matriz de hidrogel, en el que la matriz está compuesta de un polipéptido, tal como gelatina y un hidrato de carbono de cadena larga, tal como dextrano.

Antecedentes de la invención

Las lesiones en los huesos, tales como la fractura parcial o completa, pueden ser lentas de curar, pero este tipo de lesiones generalmente curan por sí solas con inmovilización externa, según sea necesario, por ejemplo, mediante la aplicación de un yeso en la zona afectada. En casos más graves, puede ser necesaria la inmovilización interna más agresiva, como volver a conectar permanentemente el hueso fracturado con tornillos y/o placas de metal. La regeneración de tejido óseo en las distancias relativamente cortas generalmente presentes en una fractura ósea se produce fácilmente en la mayoría de los pacientes sanos. Sin embargo, las lesiones óseas que son algo más que fracturas simples, presentan mayores desafíos en cuanto al tratamiento. La pérdida ósea diafisaria de un segmento largo, por ejemplo, puede ser el resultado de múltiples causas, entre ellas traumatismos de alta energía, como una lesión por explosión, enfermedad, tales como osteomielitis u osteonecrosis, o una escisión amplia de tumores malignos, como el osteosarcoma. En estos casos, frecuentemente se produce la cavitación del hueso o la pérdida completa de tejido óseo a lo largo de una gran longitud extendida del hueso (es decir, un defecto óseo crítico).La regeneración ósea en estos casos se convierte cada vez en algo más difícil y a veces imposible.

Se han utilizado muchas técnicas en un intento de mejorar el crecimiento del hueso. Más comúnmente, se hace un intento para reemplazar el hueso perdido. Ejemplos de tales técnicas incluyen injertos autólogos vasculanzados de hueso, aloinjerto masivo (generalmente de cadáver) y el uso de hueso artificial reabsorbible y no reabsorbible. Otro método para promover la regeneración ósea es a través de la introducción de factores bioactivos osteoinductores, tales como proteínas morfogenéticas óseas (BMP), plasma rico en plaquetas (PRP), péptidos sintéticos, tales como P-15 (Pepgen P-15, Dentsply International, York, PA) y aspirados de médula ósea. Tales factores bioactivos pueden introducirse en el área de la pérdida de hueso a través de diversos vehículos. Los métodos mecánicos, tales como la osteogénesis por distracción, se emplean también para la promoción de la regeneración ósea. La osteogénesis por distracción es un proceso que implica el desplazamiento gradual y controlado de las fracturas creadas quirúrgicamente que tiene como resultado la expansión simultánea de los tejidos blandos y el volumen óseo.

Una técnica algo menos invasiva que se utiliza más comúnmente para la regeneración de hueso alrededor de los dientes se conoce como "regeneración ósea guiada". Como el tejido que rodea a un hueso casi siempre se cura más rápido que el propio hueso, el tejido de más rápida curación se expande a menudo y llena el espacio donde falta el hueso, lo que dificulta la regeneración ósea. En la regeneración ósea guiada, se coloca una membrana biocompatible entre el tejido y el hueso que actúa como una barrera, lo que impide el crecimiento del tejido en el hueso. A menudo, un injerto de hueso se inserta debajo de la barrera. Las membranas se diseñan normalmente para disolverse después de varias semanas.

Una variante de este procedimiento se conoce como "regeneración ósea protegida" y se basa en la teoría de que se requieren tres requisitos previos para la curación del hueso: 1) suministro de sangre adecuado, 2) células formadoras de hueso abundantes y 3) espacio protegido de curación. Véase, Holmes, R.E., Lemperle, S.M., y Calhoun, CJ, "Protected Bone Regeneration", Serie de datos científicos de fijación reabsorbible, distribuido por Medtronic Sofamor Danek, disponible en línea en http://www.macropore.com/pdf/ProtectedBone.pdf .

El suministro de sangre adecuado es un requisito conocido para la regeneración ósea, ya que suministra el oxígeno y los nutrientes necesarios, así como las células madre mesenquimales (las células formadoras de hueso). Como se ha descrito anteriormente, el espacio de curación del hueso también debe ser protegido del crecimiento hacia el interior del tejido circundante. Según la publicación indicada anteriormente, todos los requisitos previos indicados se pueden lograr mediante el uso de un polímero reabsorbible con lámina protectora que ofrece una porosidad fisiológicamente equilibrada para el intercambio celular positivo y la oportunidad de infiltración vascular, a la vez que se previene la interposición de tejidos blandos adyacentes.

El documento WO 3/72157 A1 describe un revestimiento de matriz de hidrogel bioactivo estabilizado para dispositivos médicos que comprende un poliglicano, un polisacárido y un agente potenciador. La matriz de hidrogel bioactivo se puede utilizar en la regeneración de tejidos.

El documento US 5.972.385 describe matrices de colágeno de polisacáridos reticulados que se pueden utilizar en la reparación de tejidos tales como hueso, cartílago y tejido blando.

Si bien en la actualidad se conocen varios métodos, el tratamiento de una lesión asociada a una pérdida ósea importante sigue siendo un problema clínico difícil. Además, aproximadamente el 1 % de todas las fracturas de huesos largos son fracturas no consolidadas que no se curan espontáneamente. Por lo tanto, sigue existiendo una necesidad de métodos para la regeneración ósea que sean eficaces en la promoción del crecimiento del tejido óseo y que sean lo menos invasivos posible.

Resumen de la invención

Según un aspecto principal de la presente invención, se proporcionan composiciones regenerativas de tejido conjuntivo según las reivindicaciones 1 y 3 y un método para formar una matriz de hidrogel bioactivo deshidratado según la reivindicación 47.

Se ha descubierto que la matriz descrita en la presente memoria es capaz de promover con éxito la regeneración del tejido conjuntivo. Sorprendentemente, la matriz es incluso útil para efectuar la regeneración ósea en el hueso con defectos que normalmente no se curan de forma espontánea. Se describe un método para la regeneración del tejido conjuntivo que comprende la administración de una matriz de hidrogel bioactivo en el sitio en necesidad de regeneración del tejido conjuntivo. Como se utiliza en la presente memoria, "bioactivo" pretende indicar la capacidad de facilitar una respuesta celular o tisular, tales como, la inducción de la vasculogénesis, la promoción de la unión celular a un material de soporte y la promoción de la regeneración de tejidos.

Se describe un método para regenerar tejido conjuntivo. El método comprende administrar a un sitio en necesidad de regeneración del tejido conjuntivo de una matriz de hidrogel bioactivo que comprende un polipéptido y un hidrato de carbono de cadena larga. El polipéptido se puede seleccionar de polipéptidos derivados de tejido o polipéptidos sintéticos. En una realización, el polipéptido es gelatina derivada de la piel. En otra realización, el polipéptido es gelatina derivada de hueso. Ejemplos de hidratos de carbono de cadena larga incluyen polisacáridos y polisacáridos sulfatados. En una realización, el hidrato de carbono de cadena larga es dextrano.

La matriz de hidrogel bioactivo comprende además uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste en aminoácidos polares, quelantes de cationes divalentes, tales como ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) o sales de los mismos, y combinaciones de los mismos.

La matriz de hidrogel bioactivo, tal como se utiliza en el método anterior, puede incluir además uno o más agentes estructurantes, medicamentos, u otros agentes útiles para facilitar o mediar en la regeneración del tejido conjuntivo.

En una realización de la invención, la matriz de hidrogel bioactivo puede comprender además al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo. En esta realización de la invención, la composición es particularmente útil para la regeneración de hueso; por otra parte, el uso de materiales osteoinductivos u osteoconductivos no se limita a la regeneración ósea.

En otra realización más de la invención, la matriz de hidrogel bioactivo comprende además al menos un medicamento. Cualquier... [Seguir leyendo]

1. Una composición regenerativa de tejido conjuntivo que comprende:

a) una matriz de hidrogel bioactivo que es fluida a temperaturas fisiológicas y que comprende:

i. un polipéptido,

¡i. un hidrato de carbono de cadena larga,

¡¡i. uno o más componentes seleccionados de entre el grupo que consiste en aminoácidos polares, quelantes de cationes divalentes y sus combinaciones, y

b) un marco estructural tridimensional que contiene al menos parcialmente la matriz de hidrogel bioactivo fluido.

2. La composición de la reivindicación 1, en la que el polipéptido es un polipéptido derivado de tejido o sintético.

3. La composición de la reivindicación 2, en la que el polipéptido es un polipéptido derivado de tejido derivado de un tejido seleccionado del grupo que consiste en colágenos, gelatinas, queratina, decorina, agrecano y glicoproteínas.

4. La composición de una cualquiera de la reivindicación 1, en la que el polipéptido tiene una masa molecular de 3. a 3.. Da.

5. La composición de una cualquiera de la reivindicación 1, en la que el hidrato de carbono de cadena larga es un polisacárido o un polisacárido sulfatado.

6. La composición de la reivindicación 5, en la que el polisacárido se selecciona de entre el grupo que consiste en glicosaminoglicanos y glucosaminoglicanos.

7. La composición de la reivindicación 5, en la que el polisacárido se selecciona del grupo que consiste en dextrano, sulfato de dextrano, heparano, heparina, ácido hialurónico, alginato, agarosa, carragenano, amilopectina, amilosa, glicógeno, almidón, celulosa, quitina y quitosano.

8. La composición de una cualquiera de la reivindicación 1, en la que el hidrato de carbono de cadena larga tiene una masa molecular de 2. a 8.. Da.

9. La composición de la reivindicación 1, en la que el polipéptido es gelatina y el hidrato de carbono de cadena larga es dextrano.

1. La composición de la reivindicación 9, en la que la gelatina está presente a una concentración de ,1 a 4 mM.

11. La composición de la reivindicación 9, en la que el dextrano o el sulfato de dextrano están presentes a una concentración de ,1 a 1 mM.

12. La composición de la reivindicación 1, en la que la matriz de hidrogel bioactivo comprende al menos un aminoácido polar seleccionado del grupo constituido por tirosina, cisterna, serina, treonina, asparagina, glutamina, ácido aspártico, ácido glutámico, arginina, Usina, histidina y mezclas de los mismos.

13. La composición de la reivindicación 12, en la que los aminoácidos polares están presentes a una concentración de 3 a 15 mM.

14. La composición de la reivindicación 12, en la que los aminoácidos polares están presentes a una concentración de 1 a 65 mM.

15. La composición de la reivindicación 12, en la que los aminoácidos polares se seleccionan del grupo que consiste en L-cisteína, ácido L-glutámico, L-lisina, L-arginina y mezclas de los mismos.

16. La composición de la reivindicación 1, en la que la matriz de hidrogel bioactivo comprende ácido etilendiaminotetraacético o una sal del mismo.

17. La composición de la reivindicación 16, en la que el ácido etilendiaminotetraacético o una sal del mismo están presentes a una concentración de ,1 a 1 mM.

18. La composición de la reivindicación 1, en la que el marco estructural tridimensional incluye un material seleccionado del grupo que consiste en coralina, metales, esponja, vidrio bioactivo, cerámica, sales de calcio, colágeno, queratina, fibrinógeno, alginato, quitosano, ácido hialurónico, hueso alogénico , hueso autólogo, polietileno, poli(fluoruro de vinilideno), poli(tetrafluoroetileno), poli(alcohol vinílico), poli(hidroxialcanoato), poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de butileno), poli(metacrilato de metilo), poli(metacrilato de hidroxietilo),

poli(N-isopropilacrilamida), poli(dimetil siloxano), polidioxanona y polipirrol, poli(ácido glicólico), poli(ácidos lácticos), poli(óxidos de etileno), poli(lactida-co-glicólidos), poli(s-caprolactona), polianhídridos, polifosfacenos, poli(orto- ésteres), poliimidas y combinaciones de los mismos.

19. La composición de la reivindicación 1, en la que el marco estructural tridimensional incluye una jaula de metal.

2. La composición de la reivindicación 1, en la que el marco estructural tridimensional incluye una esponja de colágeno.

21. La composición de la reivindicación 1, en la que al menos una porción de la matriz de hidrogel bioactivo está en forma reticulada, estando el polipéptido covalentemente reticulado con un hidrato de carbono de cadena larga.

22. La composición de la reivindicación 1, que comprende además al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo.

23. La composición de la reivindicación 22, en la que el material osteoinductivo u osteoconductivo se selecciona del grupo que consiste en matriz ósea desmineralizada (DBM), proteínas morfogenéticas óseas (BMPs), factores de crecimiento transformante (TGF), factores de crecimiento de fibroblastos (FGF), factores de crecimiento similares a la insulina (IGF), factores de crecimiento derivados de plaquetas (PDGF), factores de crecimiento epidérmico (EGF), factores de crecimiento endotelial vascular (VEGF), factores de permeabilidad vascular (VPF), moléculas de adhesión celular (CAMs), aluminato de calcio, hidroxiapatita, hidroxiapatita coralina, alúmina, óxido de circonio, silicatos de aluminio, fosfato de calcio, fosfato tricálcico, sulfato de calcio, fumarato de polipropileno, vidrio bioactivo, titanio poroso, aleación de níquel-titanio porosa, tantalio poroso, perlas de cobalto-cromo sinterizadas, cerámica, colágeno, hueso autólogo, hueso alogénico, hueso xenogénico, coralina y derivados o combinaciones de los mismos.

24. La composición de la reivindicación 22, en la que el al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo está presente a una concentración del ,1 por ciento en volumen al 9 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición.

25. La composición de la reivindicación 24, en la que el al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo está presente a una concentración del 5 por ciento en volumen al 8 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición.

26. La composición de la reivindicación 1, que comprende además células seleccionadas del grupo que consiste en células madre, células progenitoras y mezclas de las mismas.

27. La composición de la reivindicación 26, en la que las células son células madre adultas derivadas de tejido adiposo (ADAS).

28. La composición de la reivindicación 26, en la que las células son células madre mesenquimales.

29. La composición de la reivindicación 26, en la que las células están presentes a una concentración de 1. a 1.. de células por mi de matriz de hidrogel bioactivo.

3. Una composición regenerativa de tejido conjuntivo que comprende una matriz de hidrogel bioactivo que comprende un polipéptido, un hidrato de carbono de cadena larga y uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste en aminoácidos polares, quelantes de cationes divalentes y sus combinaciones, en la que la matriz de hidrogel bioactivo es deshidratada utilizando un método que mantiene las propiedades regenerativas del tejido conjuntivo de la matriz de hidrogel bioactivo, comprendiendo dicho método una primera etapa en la que la matriz de hidrogel se congela a una temperatura por debajo del punto eutéctico del hidrogel y comprendiendo dicho método una etapa de secado primaria y una etapa de secado secundaria.

31. La composición de la reivindicación 3, en la que, en la primera etapa, la congelación se lleva a cabo por enfriamiento de la composición a una temperatura de -3 °C.

32. La composición de la reivindicación 3, en la que la etapa de secado primaria se lleva a cabo a una temperatura mayor que la utilizada en la primera etapa.

33. La composición de la reivindicación 3, que comprende además al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo.

34 La composición de la reivindicación 33, en la que el material osteoinductivo u osteoconductivo se selecciona del grupo que consiste en matriz ósea desmineralizada (DBM), proteínas morfogenéticas óseas (BMPs), factores de crecimiento transformante (TGF), factores de crecimiento de fibroblastos (FGF), factores de crecimiento similares a la insulina (IGF), factores de crecimiento derivados de plaquetas (PDGF), factores de crecimiento epidérmico (EGF),

factores de crecimiento endotelial vascular (VEGF), factores de permeabilidad vascular (VPF), moléculas de adhesión celular (CAMs), aluminato de calcio, hidroxiapatita, hidroxiapatita coralina, alúmina, óxido de circonio, silicatos de aluminio, fosfato de calcio, fosfato tricálcico, sulfato de calcio, fumarato de polipropileno, vidrio bioactivo, titanio poroso, aleación de níquel-titanio porosa, tantalio poroso, perlas de cobalto-cromo sinterizadas, cerámica, colágeno, hueso autólogo, hueso alogénico, hueso xenogénico, coralina y derivados o combinaciones de los mismos.

35. La composición de la reivindicación 33, en la que el al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo está presente a una concentración del ,1 por ciento en volumen al 9 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición.

36. La composición de la reivindicación 35, en la que el al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo está presente a una concentración del 5 por ciento en volumen al 8 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición.

37. La composición de la reivindicación 3, en la que el polipéptido es gelatina y el hidrato de carbono de cadena larga es dextrano.

38. La composición de la reivindicación 33, en la que la composición está deshidratada.

39. La composición de la reivindicación 3, en la que la matriz de hidrogel bioactivo está deshidratada en forma de partículas.

4. La composición de la reivindicación 33, en la que el al menos un material osteoinductivo u osteoconductivo está en la forma de una masilla o pasta.

41. La composición de la reivindicación 3, en la que al menos una porción de la matriz de hidrogel bioactivo está en forma reticulada, estando el polipéptido covalentemente reticulado con el hidrato de carbono de cadena larga.

42. La composición de la reivindicación 3, que comprende además células seleccionadas del grupo que consiste en células madre, células progenitoras y mezclas de las mismas.

43. La composición de la reivindicación 42, en la que las células son células madre adultas derivadas de tejido adiposo (ADAS).

44. La composición de la reivindicación 42, en la que las células son células madre mesenquimales.

45. La composición de la reivindicación 42, en la que las células están presentes a una concentración de 1. a 1.. de células por mi de matriz de hidrogel bioactivo.

46. La composición de la reivindicación 42, en la que la composición está deshidratada.

47. Un método para formar una matriz de hidrogel bioactivo deshidratado que mantiene las propiedades regenerativas del tejido conjuntivo de la matriz de hidrogel bioactivo, comprendiendo dicho método una primera etapa en la que la matriz de hidrogel se congela a una temperatura por debajo del punto eutéctico del hidrogel y que comprende una etapa de secado primaria y una etapa de secado secundaria, en la que la matriz de hidrogel bioactivo comprende un polipéptido, un hidrato de carbono de cadena larga y uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste en aminoácidos polares, quelantes de cationes divalentes y combinaciones de los mismos.