Disolución biopolimérica acuosa autogelificante controlada por la temperatura y dependiente del pH.

Una composición líquida autogelificante, que permite la formación de geles biopoliméricos controlados por la temperatura y dependientes del pH a una temperatura entre 30 y 80°C,

caracterizada porque comprende: a) un medio ácido basado en agua, y

b) 0,1 a 10% en peso de un biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH seleccionado de colágeno y un biopolímero quitosano catiónico que porta grupos amino, y

c) 0,1 a 10% en peso de una molécula soluble en agua, capaz de capturar protones en disolución acuosa dando de este modo lugar a un aumento del pH, seleccionada del grupo que consiste en: - sales de sodio, magnesio o hierro de N-[carbamoilmetil]-2-aminoetano-sulfonato (ACES), N,Nbis[ 2-hidroxietil]-2-aminoetano-sulfonato (BES), 3-[N,N-bis(2-hidroxietil)amino]-2-hidroxipropano sulfonato (DIPSO), N-[2-hidroxietil]piperazina-N'-3-propano-sulfonato (EPPS), N-[2- hidroxietil]piperazina-N'-4-butano-sulfonato (HEPBS), N-[2-hidroxietil]piperazina-N'-2-etanosulfonato (HEPES), N-[2-hidroxietil]piperazina-N'-2-hidroxipropano-sulfonato (HEPSO), 2-[Nmorfolino] etano-sulfonato (MES), 4-[N-morfolino]butano-sulfonato (MOBS), 3-[Nmorfolino] propano-sulfonato (MOPS), 3-[N-morfolino]-2-hidroxipropano-sulfonato (MOPSO), piperazina-N',N'-bis[2-etanosulfonato] (PIPES), piperazina-N,N'-bis[2-hidroxipropanosulfonato] (POPSO), 3-[N-tris(hidroximetil)metilamino]-2-hidroxipropano-sulfonato (TAPSO), o Ntris[ hidroximetil]metil-2-aminoetano-sulfonato (TES), o mezclas de los mismos;

- N,N-bis[hidroxietil]glicina (BICINE), bis[2-hidroxietil]iminotris-[hidroximetil]metano (BIS-TRIS), glicil-glicina (GLY-GLY), trietanolamina (TEA), N-tris[hidroximetil]metilglicina (TRICINE), tris[hidroximetil]aminometano (TRIZMA), o mezclas de los mismos;

- un residuo aminoácido seleccionado del grupo que consiste en histidina, arginina, lisina, asparagina, y glutamina o una mezcla de los mismos, residuo aminoácido que opcionalmente está modificado con un radical acetilo, t-butilo, bencilo, benzoilo, etilo, formilo, o metilo;

- una secuencia de aminoácidos que incluye alanina, histidina, arginina, lisina, ácido aspártico, glutamina, glicina, hidroxiprolina, isoleucina, leucina, norleucina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, tirosina, o valina,

donde dicha composición líquida tiene un pH final que varía de 5,8 a 7,4.

Disolución biopolimérica acuosa autogelificante controlada por la temperatura y dependiente del pH Sector de la técnica

La presente invención se refiere a la composición de ensamblajes moleculares en disolución líquida que permite la formación de geles biopoliméricos controlados por la temperatura y dependientes del pH, tales como los basados en polisacáridos, y a métodos para la preparación de los mismos.

Estado de la Técnica

Los biopolímeros y las macromoléculas son materiales atractivos para la preparación y diseño de sistemas autogelificantes y/o autoensamblantes. Numerosos intentos tienden a desarrollar tales sistemas basados en polisacáridos y polipéptidos.

La Publicación Internacional No. WO 99/7416 describe una composición en forma de gel que contiene ,5 a 4% en peso a volumen de quitosano en disolución acuosa ácida con una sal de monofosfato dibásico de un poliol o azúcar para producir gelificación controlada por la temperatura y dependiente del pH.

También se propusieron geles formados in situ con polisacáridos iónicos. Una composición puede usarse como un dispositivo médico para la administración de fármacos, la aplicación de un agente de diagnóstico, o la prevención de adhesiones postoperatorias, y está compuesta de un vehículo líquido acuoso el cual es capaz de ser gelificado in situ. Incluye al menos un polisacárido iónico, al menos un polímero formador de películas, y un medicamento o agente farmacéutico, agua y, opcionalmente, un contraión capaz de gelificar al polisacárido iónico. Sin embargo, la gelificación se alcanza por interacción entre el polisacárido iónico y el polímero formador de películas, o por reticulación inducida por contraiones del polisacárido iónico. Otros geles que se forman in situ están basados en una composición de polioxialquileno o en una mezcla in situ de polioxialquileno/polisacárido o de alginato/catión.

Sería muy deseable disponer de un gel biopolimérico que se forme a la vez que evita cualquier disolvente orgánico, cualquier monómero orgánico, cualquier reticulación iónica o covalente que pueda ser potencialmente tóxica o inducir una menor compatibilidad biológica.

Sería muy deseable disponer de un gel biopolimérico que se forme por interacciones libres inducidas por estímulos entre moléculas biológicamente aceptables y bien reconocidas, células encapsuladas y material celular a la vez que

retiene su actividad biológica.

Sería muy deseable disponer de tales geles, los cuales retendrían su estado sólido o del gel a la temperatura

fisiológica ó 37°C.

Objeto de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar una vía que permita la preparación de una disolución líquida neutra transparente de un biopolímero soluble en ácidos y controlado por el pH a la vez que se evita cualquier precipitación o gelificación heterogénea no deseada.

Un segundo objetivo principal de la presente invención es proporcionar una disolución líquida neutra transparente de un biopolímero soluble en ácidos y controlado por el pH que formará térmicamente geles homogéneos sólidos a una temperatura próxima a la temperatura fisiológica.

Otro objetivo es proporcionar geles formados dependientes del pH y controlados por la temperatura, los cuales podrían usarse para encapsular células y material celular a la vez que retendrían su actividad biológica.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar geles que retengan su estado sólido o de gel a la temperatura fisiológica ó 37°C.

Aún un objetivo de la presente invención es proporcionar un método para la preparación de tales geles.

Según la presente invención, se proporciona una composición líquida autogelificante según la reivindicación 1.

La composición puede prepararse a partir de ácidos orgánicos y/o inorgánicos, tales como ácido clorhídrico, ácido cítrico, ácido ascórbico, ácido láctico, ácido lactobiónico, ácido acético, ácido salicílico, ácido fórmico, ácido glutámico, ácido fosfórico, ácido ortofosfórico, o ácido glicerofosfórico, o una mezcla de los mismos.

La molécula, residuo o secuencia se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en N,N-bis[hidroxietil]glicina (BICINE), bis[2-hidroxietil]iminotris[hidroximetil]metano (BIS-TRIS), glicil-glicina (GLY-GLY), trietanolamina (TEA), N-

tris[h¡droximet¡l]metilglicina (TRICINE), y tr¡s[h¡drox¡met¡l]am¡nometano (TRIZMA), y derivados o mezclas de los mismos.

Preferiblemente, la composición además comprende al menos otro polímero soluble en agua, tal como colágeno, metil celulosa, hidroxietil celulosa, hidroxipropil celulosa, hidroxietil propilcelulosa, hidroximetil propil celulosa, poli(óxido de etileno), poli(óxido de propileno), copolímeros poli(óxido de etileno-co-óxido de propileno), copolímeros poli(óxido de etileno-co-óxido de propileno-co-óxido de etileno), poli(alcohol vinílico), o policaprolactona dioles, y derivados o mezclas de los mismos.

La composición de la presente invención puede además comprender un aditivo sólido en partículas o un aditivo soluble en agua, tal como un fármaco o un agente farmacéutico, microorganismos, células de plantas, células de animales o células de ser humano dispersadas en la misma.

La composición de la presente invención puede usarse como un vehículo para administrar in situ un agente farmacéutico.

Aún según la presente invención, se proporciona un método para preparar una composición como se definió anteriormente. El método comprende las etapas de:

a) disolver el biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH en una disolución acuosa áclda de un pH de aproximadamente 1, a aproximadamente 5, a una temperatura que varía de a 2°C para obtener una composición acuosa de biopolímero que tiene una concentración de ,1 a 1% en peso del biopolímero;

b) disolver ,1 a 1% en peso de la molécula soluble en agua para obtener una formulación líquida transparente con un pH que varía entre 5,8 y 7,4.

La formulación líquida puede calentarse a una temperatura superior a 3°C para obtener un gel sólido, gel que tiene un pH de aproximadamente 5,8 a aproximadamente 7,4.

La composición de la presente invención puede usarse en cosmética, farmacología, medicina y/o cirugía, en un dispositivo ¡mplantable o un implante para reparaciones, reconstrucción y/o reemplazamiento de tejidos y/u órganos, como un sistema ¡mplantable para administrar fármacos transdérmica o dermatológicamente, como un implante oftalmológico o un sistema de administración de fármacos, o en matrices artificiales cargadas de células para ingeniería genética y cultivo de materiales híbridos modificados por bioingeniería y equivalentes de tejidos.

La composición puede cargarse con células seleccionadas del grupo que consiste en condrocitos (cartílago articular), fibrocondrocitos (menisco), fibroblastos de ligamentos (ligamento), fibroblastos de la piel (piel), tenocitos (tendones), miofibroblastos (músculo), células madre mesenquimales y queratinocitos (piel). Tal composición puede usarse en el cultivo y la modificación genética de cartílagos articulares artificiales y tejidos y órganos cartilaginosos, para aplicaciones quirúrgicas o de ensayos de laboratorio.

La composición de la presente invención también puede usarse en el procesado y modificación genética de sustitutos artificiales vivos para ligamentos, tendones, piel, músculos óseos y órganos metabólicos, para aplicaciones quirúrgicas o de ensayos de laboratorio, en sustitutos vivos para el reemplazamiento de cartílagos articulares, fibrocartílagos, órganos cartilaginosos, ligamentos, tendones, tejidos óseos o piel, para inducir una formación ectópica de tejidos semejantes a fibrocartílagos o cartílagos, como un biomaterial en forma de gel inyectable o ¡mplantable que actúa como gel el cual actúa como soporte, vehículo, dispositivo reconstructor o sustituto para la formación in situ de tejidos semejantes a huesos, fibrocartílagos o cartílagos, y/o en cosmética, farmacología, medicina y/o cirugía.

Para el fin de la presente invención, a continuación se definen los siguientes términos y expresiones.

Se pretende que la expresión "temperatura de gelificación" signifique cualquier temperatura que varía de aproximadamente 3°C a aproximadamente 8°C, preferiblemente entre 3°C y 6°C, y más preferiblemente a aproximadamente la temperatura fisiológica ó 37°C.

La expresión "biopolímero soluble en ácidos controlado por el pH" se refiere a un polímero biológico que se disuelve en un medio acuoso ácido,... [Seguir leyendo]

1. Una composición líquida autogelificante, que permite la formación de geles biopoliméricos controlados por la temperatura y dependientes del pH a una temperatura entre 3 y 8°C, caracterizada porque comprende:

a) un medio ácido basado en agua, y

b) ,1 a 1% en peso de un biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH seleccionado de colágeno y un biopolímero quitosano catiónico que porta grupos amino, y

c) ,1 a 1% en peso de una molécula soluble en agua, capaz de capturar protones en disolución acuosa dando de este modo lugar a un aumento del pH, seleccionada del grupo que consiste en:

- sales de sodio, magnesio o hierro de N-[carbamoilmet¡l]-2-am¡noetano-sulfonato (ACES), N,N- bis[2-h¡drox¡etil]-2-am¡noetano-sulfonato (BES), 3-[N,N-bis(2-h¡drox¡et¡l)am¡no]-2-h¡droxipropano- sulfonato (DIPSO), N-[2-h¡droxietil]p¡peraz¡na-N-3-propano-sulfonato (EPPS), N-[2- hidrox¡etll]p¡peraz¡na-N-4-butano-sulfonato (HEPBS), N-[2-hidroxiet¡l]p¡peraz¡na-N-2-etano- sulfonato (HEPES), N-[2-h¡droxiet¡l]piperaz¡na-N-2-h¡drox¡propano-sulfonato (HEPSO), 2-[N- morfolino]etano-sulfonato (MES), 4-[N-morfolino]butano-sulfonato (MOBS), 3-[N- morfolinojpropano-sulfonato (MOPS), 3-[N-morfolino]-2-h¡droxipropano-sulfonato (MOPSO), piperaz¡na-N,N-bis[2-etanosulfonato] (PIPES), piperazina-N,N-b¡s[2-h¡drox¡propanosulfonato] (POPSO), 3-[N-tr¡s(h¡drox¡met¡l)met¡lam¡no]-2-h¡drox¡propano-sulfonato (TAPSO), o N- tr¡s[h¡droximet¡l]met¡l-2-am¡noetano-sulfonato (TES), o mezclas de los mismos;

- N,N-bis[hidroxietil]glicina (BICINE), b¡s[2-h¡drox¡et¡l]¡minotr¡s-[h¡drox¡met¡l]metano (BIS-TRIS), glicil-glicina (GLY-GLY), trietanolamina (TEA), N-tris[h¡drox¡met¡l]metilglicina (TRICINE), tr¡s[h¡drox¡met¡l]am¡nometano (TRIZMA), o mezclas de los mismos;

- un residuo aminoácido seleccionado del grupo que consiste en histidina, arginina, Usina, asparagina, y glutamina o una mezcla de los mismos, residuo aminoácido que opcionalmente está modificado con un radical acetilo, t-butilo, bencilo, benzoilo, etilo, formilo, o metilo;

- una secuencia de aminoácidos que incluye alanina, histidina, arginina, lisina, ácido aspártico, glutamina, glicina, hidroxiprolina, isoleucina, leucina, norleucina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, tirosina, o valina,

donde dicha composición líquida tiene un pH final que varía de 5,8 a 7,4.

2. Una composición según la reivindicación 1, caracterizada porque se convierte en un gel a una temperatura entre 3 y 6°C, preferiblemente a una temperatura de 37°C.

3. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque dicha composición se prepara a partir de un ácido orgánico y/o inorgánico seleccionado del grupo que consiste en ácido clorhídrico, ácido cítrico, ácido ascórbico, ácido láctico, ácido lactobiónico, ácido acético, ácido salicílico, ácido fórmico, ácido glutámico, ácido fosfórico, ácido ortofosfórico, y ácido glicerofosfórico, o una mezcla de los mismos.

4. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicho biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH es un biopolímero quitosano catiónico que porta grupos amino.

5. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicho biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH es colágeno.

6. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque además comprende al menos otro polímero soluble en agua.

7. Una composición según la reivindicación 6, caracterizada porque dicho al menos otro polímero soluble en agua se selecciona del grupo que consiste en colágeno, metil celulosa, hidroxietil celulosa, hidroxipropil celulosa, hidroxietil propllcelulosa, hidroximetil propil celulosa, poli(óxido de etileno), poli(óxido de propileno), copolímeros poli(óxido de etileno-co-óxido de propileno), copolímeros poli(óxido de etileno-co-óxido de propileno-co-óxido de etileno), poli(alcohol vinílico), y policaprolactona dioles, y derivados o mezclas de los mismos.

8. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque además comprende un aditivo sólido en partículas o un aditivo soluble en agua.

9. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque además comprende un fármaco o un agente farmacéutico.

1. Una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque además comprende microorganismos, células de plantas, células de animales o células de ser humano dispersadas en la misma.

11. Una composición según la reivindicación 1, caracterizada porque dichas células de animales o células de ser humano se seleccionan del grupo que consiste en condrocitos (cartílago articular), fibrocondrocitos (menisco), fibroblastos de ligamentos (ligamento), fibroblastos de la piel (piel), tenocitos (tendones), miofibroblastos (músculo), células madre mesenqulmales y queratinocitos.

12. Un método para preparar una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende las etapas de:

a) disolver un biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH seleccionado de colágeno y un biopolímero quitosano catiónico que porta grupos amino en una disolución acuosa ácida que tiene un pH de aproximadamente 1, a aproximadamente 5,, a una temperatura que varía de °C a 2°C, para obtener una composición acuosa de polímero que tiene una concentración de ,1 a 1% en peso de dicho polímero;

b) disolver ,1 a 1% en peso de una molécula soluble en agua, capaz de capturar protones en disolución acuosa dando de este modo lugar a un aumento del pH, seleccionada del grupo que consiste en:

- sales de sodio, magnesio o hierro de N-[carbamoilmetil]-2-aminoetano-sulfonato (ACES), N,N- bis[2-hidroxietil]-2-aminoetano-sulfonato (BES), 3-[N,N-bis(2-h¡drox¡etil)am¡no]-2-h¡drox¡propano- sulfonato (DIPSO), N-[2-hidrox¡etil]p¡peraz¡na-N-3-propano-sulfonato (EPPS), N-[2- hidroxietil]piperazina-N-4-butano-sulfonato (HEPBS), N-[2-hidroxiet¡l]p¡peraz¡na-N-2-etano- sulfonato (HEPES), N-[2-hidroxiet¡l]piperaz¡na-N-2-hidrox¡propano-sulfonato (HEPSO), 2-[N- morfolino]etano-sulfonato (MES), 4-[N-morfolino]butano-sulfonato (MOBS), 3-[N- morfolinojpropano-sulfonato (MOPS), 3-[N-morfolino]-2-hidrox¡propano-sulfonato (MOPSO), piperazina-N,N-bis[2-etanosulfonato] (PIPES), piperazina-N,N-bis[2-hidroxipropanosulfonato] (POPSO), 3-[N-tris(hidroximet¡l)met¡lam¡no]-2-h¡droxipropano-sulfonato (TAPSO), o N- tris[hidroximetil]metil-2-aminoetano-sulfonato (TES), o mezclas de los mismos;

- N,N-bis[hidroxietil]glicina (BICINE), bis[2-hidroxietil]iminotris-[hidroximetil]metano (BIS-TRIS), glicil-glicina (GLY-GLY), trietanolamina (TEA), N-tris[hidroximetil]metilglicina (TRICINE), o tr¡s[hidrox¡met¡l]am¡nometano (TRIZMA), o mezclas de los mismos;

- un residuo aminoácido seleccionado del grupo que consiste en histidina, arginina, lisina, asparagina, y glutamina o una mezcla de los mismos, residuo aminoácido que opcionalmente está modificado con un radical acetilo, t-butilo, bencilo, benzoilo, etilo, formilo, o metilo;

- una secuencia de aminoácidos que incluye alanina, histidina, arginina, lisina, ácido aspártico, glutamina, glicina, hidroxiprolina, isoleucina, leucina, norleucina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, tirosina, o valina,

para obtener una formulación líquida transparente con un pH que varía entre 5,8 y 7,4.

13. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha disolución acuosa ácida se prepara a partir de un ácido orgánico y/o inorgánico seleccionado del grupo que consiste en ácido clorhídrico, ácido cítrico, ácido ascórbico, ácido láctico, ácido lactobiónico, ácido acético, ácido salicílico, ácido fórmico, ácido glutámico, ácido fosfórico, ácido ortofosfórico, y ácido glicerofosfórico, o una mezcla de los mismos.

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13, caracterizado porque dicho biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH es un biopolímero quitosano catiónico que porta grupos amino.

15. El método según la reivindicación 14, caracterizado porque el quitosano tiene un grado de desacetilación que varía de 35 a 99%.

16. El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13, caracterizado porque dicho biopolímero soluble en ácidos que gelifica por acción del pH es colágeno.

17. El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque además comprende añadir un aditivo sólido en partículas a la disolución de biopolímero de la etapa a) o b).

18. El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque además comprende añadir al menos otro polímero soluble en agua a la disolución de biopolímero de la etapa a) o b).

19. El método según la reivindicación 18, caracterizado porque dicho al menos otro polímero soluble en agua se selecciona del grupo que consiste en colágeno, metll celulosa, hidroxietil celulosa, hldroxlpropil celulosa, hidroxietil propil celulosa, hidroximetll propil celulosa, poll(óxldo de etileno), poll(óxldo de propileno), copolímeros poll(óxldo de etileno-co-óxldo de propileno), copolfmeros poll(óxido de etileno-co-óxldo de proplleno-co-óxldo de etileno), poli(alcohol vinílico), y pollcaprolactona dioles, y derivados o mezclas de los mismos.

2. Un método para preparar un gel de blopolímero sólido que tenga un pH de aproximadamente 5,8 a aproximadamente 7,4, que comprende calentar una formulación líquida según las reivindicaciones 1 a 11 a una temperatura superior a 3°C e inferior a 8°C.