Fibra de seda de emisión lateral de luz.

Fibra de seda de emisión lateral de luz.

La presente invención desarrolla un dispositivo biocompatible y biodegradable para emitir luz que actúe sobre células y tejidos animales con efectos biológicos y terapéuticos.

El elemento fundamental del dispositivo consiste en una fibra de fibroína de seda, con diámetro entre 0.1 y 1.0 mm y longitud variable, obtenida a partir de la glándula sericígena del gusano de seda. Esta fibra es conocida tradicionalmente como hijuela y fue utilizada históricamente como hilo de sutura y sedal de pesca. Cuando la hijuela es iluminada por un extremo con luz convencional o láser, emite luz lateralmente a lo largo de varios centímetros. Esta fibra puede implantarse en tejidos humanos sin necesidad de ser retirada, debido a su carácter biocompatible y biodegradable.

Fibra de seda de "misión lateral de luz.

Objeto de la invención La radiación electromagnética en el rango visible tiene unos efectos biológicos ampliamente demostrados. A través de la aplicación de luz a las células es posible estimular su desarrollo, inhibi.l0, modificarlo o inducir su apoptosis. La aplicación de la luz se realiza preferentemente a través de fibras ópticas convencionales de silicio. Sin embargo. en un contexto biológico, seria preferible la utilización de fibras basadas en polímeros orgánicos que presenten mejores cualidades de biocompatibilidad y dlegradabilidad. También es deseable la posibilidad de que la fibra emita la luz de forma lateral en aquellos casos en que la diana celular tenga una configuración I () ngitudinal.

En la presente invención se propone la utilización de una fibra de origen orgánico, como es la hijuela de gusano de seda. como vector para la aplicación de luz en células y tejidos orgánicos. Esta fibra tiene una composición exclusivamente proteica, y está compuesta por una proteina, la fibroina que constituye la seda del gusano de la seda Bombyx mori. Esta fibra es altamente biocompatible y degradable. Por tanto, puede ser implantada en el tejido diana y en la posición elegida, de manera que siendo iluminada por un extremo, emite luz que actúa sobre los tejidos circundantes. La hijuela es una fibra obtenida mediante la acidificación y estiramiento mecánic () de la glándula sericlgena del gusano Bombyx mori. Durante el periodo comprendido entre 1880 y 1950, fue utilizada ampliamente como hilo de sutura en c:irugla y sedal de pesca, siendo fabricada exclusivamente en la Región de Murcia [MARDEN, L. Spain's Silkworm Gut. National Geographic Magazine. Julio 1951, páginas 100-108J y [HUMPHRIES, A. M. C. The Stor y of Silk and Silkworm Gut. Postgraduate Medical Joumal. 1949, Vol. 25 (288) , páginas 483-488J.

Sector de la técnica La presente invención se enmarca dentro del campo de nuevos instrumentos,

dispositivos, útiles o métodos de la biología y la medicina.

Estado de la técnica La aplicación de radiaciones luminosa, ; tiene una amplia gama de efectos sobre células y tejidos vivos. Algunos de, estos efectos son positivos para su proliferación y funcionamiento biológico, lo que ha llevado al desarrollo de terapias basadas en la aplicación de luz en el campo de la biomedicina. El conjunto de terapias y aplicaciones derivadas de la exposición de la luz a las células y tejidos se divide en tres grandes apartados: estimulación de proliferación celular mediante luz láser de baja intensidad (L.ow Level Láser Therapy, LLLT) , activación o inhibición de neuronas que expresan opsinas en su membrana (Optogenética) y activación de moléculas fotoactivables que emiten especies reactivas de oxígeno induciendo apoptosis en células tumora.!es (Terapia Fotodinámica) .

La irradiación LLLT engloba el uso de iluminación láser en el rango de luz roja e infrarroja, con una longitud de onda comprendida entre 600 y 1.100 nm y una potencia de salida comprendida entre 1 y 500 mW. Este tipo de radiación puede ser continua o pulsante, con una densidad de energla relativamente baja (0.04 a 50 Jlcm') . La luz es dirigida al tejido diana, o a monocapas de células, con potencias en el orden de milivatios. A dosis bajas de densidad de energla (2 J/cm' ) , la LLLT estimula la proliferación celular, mientras que a altas dosis (16 J/cm') actúa como supresora. La LLLT transmite energía a niveles bajos y no emite calor, sonido o vibraciones. Los tejidos irradiados no experimentan aumento significativo de temperatura, a diferencia de lo que ocurre mediante el uso de láseres de potencia que pueden cortarlos y vaporizarlos.

La LLLT puede estimular una variedad de procesos biológicos, que incluyen el crecimiento celular, la proliferación y la diferenciación. Estos efectos se verifican sobre una gran variedad de tipos celulares, que incluyen fibroblastos, células endoteliales, células mesenquimales, queratinocitos, mioblastos, etc. Sin embargo, el mecanismo celular a través del cual actúa la LLLT no está

completamente clarificado. El mecanismo generalmente admitido indica que la energla de la radiación láser es absorbida por cromóforos intracelulares y convertida a energía metabólica, dado que se observa siempre un incremento significativo de los niveles de ATP (Adenosina Triphosphate) en las células 5 irradiadas. A su vez, el incremento de ATP, aumenta la síntesis de proteínas, ADN y la concentración de calcio intracelular. El efecto conjunto es la activación de una serie de cascadas celulares, actuando en la dirección de una mayor proliferación celular. Esta estimulació.n celular se traduce, a nivel tisular, en diversos efectos tales como la estimulación de la cicatrización, la slntesis de colágeno, regeneración de nervio periférico, remodelación y reparación de tejido óseo, normalización de la función hormonal, atenuación del dolor, estimulación de la liberación de endorfinas y modulación del sistema inmune.

La Optogenética es una tecnología que se basa en la utilización de unas 15 protelnas de membrana de origen micr·obiano, denominadas genéricamente como opsinas. Estas proteinas convierten directamente la luz en cambios en el

potencial eléctrico a los lados de la~; membranas celulares en las que están insertadas. Las opsinas microbianas responden a la luz traslocando iones a través de las membranas de las células en las que están genéticamente expresadas. En 20 el caso de las neuronas, ello hace pOSible actuar de forma externa sobre la activación o inactivación de potenciales de acción en las mismas, lo que permite el análisis y control de su función . Las opsinas deben ser previamente integradas en la membrana de las células sobre las que se quiere actuar, y ello se realiza mediante transformación genética de las células con los genes que expresan 25 opsinas. Hay muchos tipos de opsinas y otras protelnas fotoactivables, pero las de uso más frecuente son la canalrodopsina-2 (ChR2) del alga verde C. reinhardtii que trasloca cationes dentro de las neuronas cuando es activada con luz azul, activando la actividad eléctrica de la célula. Por el contrario, la halorodopsina y la arqueorodopsina bombean iones clonlro al interior y cationes al exterior de las células, respectivamente, bajo la luz verde o amarilla. Ello produce una inactivación de la actividad eléctrica de, la célula. La posibilidad de actuar sobre la activación o inactivación de neuronas mediante un pulso de luz láser abre la I

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posibilidad de reparar disfunciones causadas por procesos degenerativos en tejido cerebral.

La Terapia Fotodinámica es una terapia antitumoral que se basa en la administración localizada o sistémica de un compuesto fotosensibilizador no citotóxico. Bajo la exposición a una fuente de luz, el compuesto emite especies reactivas de oxigeno que inducen apoptosis en las células tumorales en contacto con el mismo. La mayorla de compuestos fotosensibilizadores tienen una estructura de anillo heteroclclico similar a la de la clorofila 11 o al grupo hemo de la hemoglobina. Tras la captura de fotones por el compuesto, la energia lumlnica produce una reacción qulmica en presencia de oxigeno molecular que produce un singlete de oxigeno o superóxido que inducen el daño celular. Los compuestos fotosensibilizadores se pueden dividir ..n general en tres categorlas: los basados en porfirina, los basados en clorofila 11 y los tintes. Existe una gran variedad de estos compuestos, que han demostrado su eficacia y están autorizados para su uso cllnico. En cuanto a la fuente de luz necesaria para activar los compuestos fotosensibilizadores, se ha utilizado gran variedad de tipos. Es posible utilizar fuentes de luz convencional no coherente, o bien LEOs. Sin embargo, la fuente de luz más común en Terapia Fotodinámica es la luz láser. Esta luz es monocromática y coherente, con una lo, ngitud de onda especifica, optimizada para cada compuesto fotosensibilizador.

Las aplicaciones clinicas de la Terapia Fotodinámica son muy numerosas. Pueden encontrarse en el campo de la terapia de las enfermedades dermatológicas, enfermedades oftálmicas, cáncer de cabeza y cuello, tumores cerebrales y pulmonares. enfermedad cardiovascular y enfermedades urológicas.

Para la realización de las técnicas descritas es esencial disponer de una fuente de luz y transmitir ésta a la diana de acción con gran precisión. Como fuente de luz

se ha-â¬mpleado focos de luz convencional y LEO. Sin embargo, normalmente se prefiere la luz láser de longitud de onda especifica y mayor potencia. Existen numerosos tipos de fuentes de luz láser para las aplicaciones indicadas. En cuanto a la conducción de la luz,...

1. Fibra de emisión lateral de luz que comprende:

- un tramo de fibra de seda (3) producida a partir del procesamiento quimico y mecánico de la glándula sericlgena del gusano de seda, -un tramo de fibra óptica artificial (2) , -un acoplamiento de las fibras anteriores por uno de los extremos de cada una de ellas, -una fuente de luz conectada al extremo libre de la fibra artificial (1) .

2. Fibra de emisión lateral de luz, según reivindicación anterior, caracterizada porque la fibra de seda se obtie", ~ por tracción longitudinal de la glándula sericígena del gusano previamente acidificada.

3. Fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la sección transversal de la fibra del gusano de seda tiene un diámetro comprendido entm 0.1 mm y 1.0 mm.

4. Fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la fibra de seda es exlralda de un gusano de seda de cualquiera de las razas del insecto Lepidóptero Bombyx mono

5. Fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones anteriores,

caracterizada porque la fibra artificiall es de vidrio o de plástico.

6. Fibra de emisión lateral de luz carac:lerizada porque las dos fibras se co~ctan por uno de sus extremos introduciendo éstos en un tubijo hueco de diámetro interior igual al diámetro de la sección de las fibras.

7. Fibra de emisión lateral de Iluz, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la fibra de seda está recubierta, parcialmente o en toda su longitud, con pollmeros conductores (polipirrol, PANI, etc.) , o compuestos

de carbono conductores (grafeno, nanotubos de carbono, etc.) , o metales como plata o cobre.

8. Uso de la fibra de emisión lateral d .. luz descrita según las reivindicaciones 16, para estimular el crecimiento de células nativas o células afiadidas en un tejido.

9. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-6, para la sutura de una herida en la que se promueva la proliferación de fibroblastos.

10. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-6, para trenzar una malla de fibra sobre la que sembrar células y favorecer su

crecimiento.

11. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-6, para eliminar células tumorales por induoción de apoptosis celular.

12. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-6, para eliminar células tumorales combin, ando la iluminación de la hijuela con la administración de una molécula fotoactivable.

13. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-6, para producir suturas de hijuela funcionalizadas con moléculas fotoactivables.

14. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-6, para activar neuronas especificas por induoción o supresión del potencial de aoción.

15. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-6, para activar la liberación de analgé, sicos y otros fánnacos mediante la funcionalización de hijuelas con lipo, somas cargados y fotoactivables.

16. Uso de la fibra de emisión lateral de luz, según reivindicaciones 1-7, para transmitir senales eléctricas, durant .. una intervención neurofisiológica, con la zona biológica intervenida.