Hidrogeles bioactivos y su aplicación en regeneración ósea y cartilaginosa.

Hidrogeles bioactivos y su aplicación en regeneración ósea y cartilaginosa.

La presente invención se refiere a hidrogeles bioactivos elaborados con ingredientes de origen natural, que están entrecruzados por interacciones de tipo electrostático y que incorporan proteínas morfogénicas óseas (BMP), y al método de elaboración de dichos hidrogeles. La invención también incluye la aplicación de estos hidrogeles bioactivos para elaborar productos sanitarios, composiciones farmacéuticos y/o implantes poliméricos para regeneración ósea y cartilaginosa.

sólo un mero soporte mecánico, a diseñar sistemas en los que el material presenta per se cierta actividad biológica.

Con mejores resultados, estos materiales bioactivos o de segunda generación, interaccionan en el organismo permitiendo su reemplazo por tejido del propio hospedador como, por ejemplo, las cerámicas de fosfato tricálcico (¡3-TCP del inglés Tricalcium phospafe Befa) o los biovidrios y evitando así una segunda intervención de retirada del implante (Hench, L.L., Polak, J.M. (2000) . Science, 295: 1014-1017) . El fosfato de calcio más utilizado en la fabricación de implantes es la hidroxiapatita, por ser el compuesto más parecido al componente mineral de los huesos y presentar buenas propiedades como biomaterial, tales como biocompatibilidad, bioactividad, osteoconductividad y unión directa al hueso. Sin embargo, sus propiedades mecánicas son inferiores a las de las cerámicas bioinertes y tiene una cinética de degradación muy lenta.

Más recientemente, se han desarrollado los materiales de tercera generación, cuyo principal objetivo es estimular de forma específica la respuesta celular a nivel molecular mediante el empleo de sustancias activas. Son materiales que se adaptan al medio fisiológico, permitiendo la proliferación celular y el desarrollo del nuevo tejido, e incluso producen la activación de genes que estimulan la regeneración del mismo, por ejemplo, cerámicas de ¡3-TCP activadas con rhBMP-2 (Abarrategi, A., Civantos, A., Ramos, V., Sanz Casado, J.v., López-Lacomba, J.L. (2008) Biomacromolecules, 9: 711-718.) .

En las últimas décadas, se han desarrollado materiales poliméricos biodegradables dando lugar a un amplio abanico de polímeros naturales y sintéticos con aplicaciones biomédicas (Nair, loS., Laurencin, C.T. (2007) Progress in Polymer Science, 32: 762-798) .

Por lo tanto, los diferentes biomateriales se pueden clasificar en función de su composición (materiales metálicos, cerámicos, poliméricos o compuestos) , de su origen (naturales o sintéticos) e incluso en biodegradables o no biodegradables.

Los materiales metálicos de titanio, cobalto, aluminio y sus aleaciones correspondientes, son compatibles con los tejidos biológicos aportando buenas propiedades mecánicas (resistencia al desgaste por ejemplo) siendo empleados desde sus inicios en la reparación de tejidos duros de sostén.

Los inconvenientes que presentan se solventan en parte con los materiales cerámicos (alúmina, porcelanas, hidroxiapatita, etc.) , con una baja reactividad química que les confiere un carácter inerte y que conlleva una adecuada biocompatibilidad. Este tipo de materiales promueven la proliferación celular (muchas veces de forma específica) , permitiendo la síntesis por parte de estas células de los componentes de la matriz extracelular.

Los materiales poliméricos son, con mucho, el grupo más variado y versátil dentro de los biomateriales, pudiendo clasificarse en función de su origen en: naturales (alginatos, dextranos, agarosa, celulosa, almidón, colágenos, quitosanos, etc.) o sintéticos (poliestireno, poli-a-hidroácidos, poliésteres, polilactonas, etc.) (Nair, L.S., Laurencin, C.T. (2007) Progress in Polymer Science, 32: 762-798) .

Una de las corrientes dentro del campo de la ingeniería de tejidos se centra en imitar y simular las condiciones de reparación y regeneración de los tejidos que tienen lugar de forma natural en el organismo vivo. De ahí nace la necesidad de emplear polímeros naturales presentes en los tejidos para emplearlos como biomateriales.

Los hidrogeles son redes poliméricas tridimensionales capaces de embeber grandes cantidades de agua o fluidos acuosos. Existen varias posibles clasificaciones para los hidrogeles, pero la principal se basa en el tipo de interacciones que dan lugar a la red polimérica que forma el esqueleto del hidrogel. Así, atendiendo al tipo de entrecruzamiento o reticulación, los hidrogeles se dividen en hidrogeles químicos e hidrogeles físicos. En los primeros, las uniones se realizan a través de enlaces covalentes, mientras que en los segundos, las mecanismos de formación de enlace se corresponden con interacciones de tipo físico: interacciones iónicas, puentes de hidrógeno, fuerzas de van der Waals ... etc. Los hidrogeles químicos han sido ampliamente estudiados en el pasado para aplicaciones biomédicas, principalmente debido a la inestabilidad in vivo de los hidrogeles físicos. Sin embargo, está ampliamente descrito que muchos de los reticulantes químicos son tóxicos y que los métodos de elaboración de estos hidrogeles son agresivos, siendo probable, como consecuencia, la alteración de posibles moléculas delicadas incorporadas en los mismos. Al mismo tiempo esto ha dificultado su aprobación para usos biomédicos por parte de las agencias regulatorias. Probablemente por este motivo hay tan pocas formulaciones hidrogel comercializadas, con respecto al importante esfuerzo investigador realizado.

De forma paralela, los biomateriales, que pueden ser biodegradables o no, naturales o sintéticos, siempre deben ser biocompatibles y no tóxicos, de tal forma que permitan y favorezcan el desarrollo de tejido de novo. Si son biodegradables, ha de poderse controlar la velocidad de degradación de forma que se ajuste asimismo a la velocidad de reparación, de sustitución del biomaterial por el propio tejido y sus productos de degradación han de ser inocuos. Otra característica deseable de los biomateriales es que sean adecuados para la liberación de agentes bioactivos; además, debe permitir que las células ya estimuladas con dichos agentes bioactivos los colonicen, actuando a la vez como sistemas de liberación y como soportes para la regeneración.

Puede encontrarse una revisión de los diferentes tipos de biomateriales en: Bose, S., Roy, M., Bandyopadhyay, A. (2012) Trends in Biofechnology, 10 (30) : 548-54.

Los sistemas de regeneración ósea conocidos hasta el momento y los que ya existen en el mercado son productos sanitarios que incorporan agentes bioactivos cuyo principal inconveniente es que existe una rápida liberación inicial (bursf effecf) , un efecto biológico a muy corto plazo y que la biodegradación del soporte usado (colágeno) también resulta muy rápida, al tratarse de una proteína ya existente en el cuerpo humano y para la que existen enzimas específicos. Todo ello hace que la dosis que ha de colocarse en el soporte para una acción terapéutica eficaz sea excesiva, lo cual encarece extraordinariamente el producto y puede conducir a efectos indeseados. A ese elevado coste también contribuye el hecho de que el soporte, el colágeno, resulta excesivamente caro al tener que eliminar de la molécula natural, extraída de otras especies, aquellas secuencias no homólogas con la secuencia humana que puedan dar lugar a reacciones inmunogénicas. Aparte del elevado coste, las características de estos sistemas de regeneración no permiten obtener un efecto biológico a largo plazo conducente a la inducción a tiempos largos de la formación de osteonas (unidades micromecánicas de hueso compacto, constituidas por osteocitos y matriz ósea, necesarias en osteogénesis) , a menos que se emplee una elevada dosificación de agentes bioactivos lo que, además de encarecer el producto, puede conducir a efectos secundarios como, por ejemplo, la acción en lugares no deseados del agente bioactivo incorporado.

En cambio, en la regeneración de tejidos blandos como ligamentos, tendones y/o cartílagos, no existen productos comerciales que lleven incorporados factores activos (Endobutton el® o Ácido hialurónico) .

Por ello todo lo expuesto hasta aquí, existe una incesante demanda de otros transportadores que, siendo biocompatibles con el organismo, permitan la liberación del factor bioactivo durante más tiempo y de forma controlada, para reducir los efectos secundarios asociados a su aplicación y para conseguir, no sólo una eficaz reparación de lesiones óseas, sino que la maleabilidad del mismo permita liberar factores bioactivos de forma efectiva para su aplicación en la regeneración de otros tejidos como cartílago y tendones.

Descripción detallada de la invención Hidrogeles bioactivos y su aplicación en regeneración ósea y cartilaginosa.

la presente invención se refiere a hidrogeles bioactivos elaborados con ingredientes de origen natural que están entrecruzados por interacciones de tipo electrostático y que incorporan proteínas morfogénicas óseas (BMP) ; estos hidrogeles bioactivos se utilizan para elaborar productos sanitarios para regeneración ósea y cartilaginosa con muy buenos resultados debido a la prolongada vida del soporte de la BMP dentro del organismo animal, lo que favorece la formación de nuevo hueso, cartílago... [Seguir leyendo]

10. Hidrogel bioactivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la BMP se selecciona del grupo formado por: BMP2 en su forma homodimérica (BMP2-BMP2) o en su forma heterodimérica (BMP2-BMP4, BMP2-BMP5, BMP2-BMP6, BMP2-BMP7, BMP2-BMP9, BMP2-BMP12) .

11. Hidrogel bioactivo según la reivindicación 10 en el que la BMP está a una concentración final entre 0, 1 Y 0, 5 mg/ml.

12. Método para elaborar hidrogeles bioactivos según se definen en las reivindicaciones 1-11 que comprende los siguientes pasos: a) preparar una disolución acuosa de una proteína distinta a una BMP, b) añadir una disolución de BMP a la disolución acuosa del paso a) , c) mezclar con una disolución acuosa de un reticulante catiónico, d) verter la mezcla del paso c) sobre una solución acuosa de un polímero aniónico con un glicosaminoglicano, e) mezclar los componentes .

5. 65°C aplicando agitación durante 2-10 segundos, f) dejar el hidrogel a temperatura ambiente.

13. Método según la reivindicación 12 en el que la proteína del paso a) es la albúmina.

14. Método según la reivindicación 13 en el que la albúmina se añade a una concentración final de entre 5 y 10 mg/ml.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-14 en el que la BMP del paso b) se selecciona del grupo formado por: BMP2 en su forma homodimérica (BMP2-BMP2) o en su forma heterodimérica (BMP2-BMP4, BMP2-BMP5, BMP2-BMP6, BMP2-BMP7, BMP2-BMP9, BMP2-BMP12) .

16. Método según la reivindicación 15 en el que la BMP se añade a una concentración final entre 0, 1 Y 0, 5 mg/ml.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-16 en el que el reticulante catiónico del paso c) es espermidina y/o espermina.

18. Método según la reivindicación 17 en el que el reticulante catiónico se añade a una concentración final entre 0, 1 Y 1, 5 mg/ml.

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-18 en el que el polímero aniónico que se añade es goma gelano y/o goma arábiga.

20. Método según la reivindicación 19 en el que el polímero aniónico se añade a una concentración final de 3 a 1 mg/ml.

21. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12-19 en el que el glicosaminoglicano que se añade es condroitín sulfato, ácido hialurónico y/o dermatán sulfato.

22. Método según la reivindicación 21 en el que el glicosaminoglicano se añade a una concentración final de entre 0, 5 y 5 mg/ml.

23. Composición farmacéutica que comprende un hidrogel bioactivo según se definen en las reivindicaciones 1-11 y un excipiente farmacéuticamente aceptable.

24. Producto sanitario que comprende un hidrogel bioactivo según se definen en las reivindicaciones 1-11.

25. Uso de un hidrogel bioactivo según se definen en las reivindicaciones 111 en la elaboración de una composición farmacéutica o de un producto sanitario.

26. Uso de un hidrogel bioactivo según se definen en las reivindicaciones 111 en la elaboración de implantes poliméricos para regeneración ósea y cartilaginosa.