Procedimiento post-síntesis de modificación de la superficie de nanopartículas superparamagnéticas de óxidos de hierro.

Procedimiento post-síntesis de modificación de la superficie de nanopartículas superparamagnéticas de óxidos de hierro.

La presente invención se refiere a un procedimiento post-síntesis de modificación de la superficie de nanopartículas superparamagnéticas de óxidos de hierro con grupos hidroxilo, sin espaciador, a las nanopartículas de superficie modificada obtenidas por el mismo, así como el uso de estas nanopartículas de superficie modificada en terapia, diagnóstico y en técnicas de concentración y separación de muestras químicas y biológicas.

La presente invención se refiere a un procedimiento post-síntesis de modificación de la superficie de nanopartículas superparamagnéticas de óxidos de hierro con grupos hidroxilo, a las nanopartículas de superficie modificada obtenidas por el mismo, así como el uso de estas nanopartículas de superficie modificada en terapia, diagnóstico y

en técnicas de concentración y separación de muestras químicas y biológicas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

A lo largo de la última década las nanopartículas de óxidos de hierro han despertado un gran interés en diferentes ambitos tecnológicos, especialmente en biomedicina, debido a sus propiedades superparamagnéticas. El superparamagnetismo es un comportamiento magnético que exhibe algunas características del ferromagnetismo y otras del paramagnetismo, y se produce al reducir el tamaño de un material ferromagnético a la escala nanométrica. La reducción del tamaño hace que las interacciones ferromagnéticas en el interior del nanomaterial sean suficientemente intensas como para lograr un ordenamiento magnético por debajo de cierta temperatura crítica, pero con interacciones muy débiles entre ellas, por lo que el ordenamiento magnético no puede extenderse a todo el sistema. El resultado es que se comportan como para magnetos, pero con un momento magnético muy superior al

de las sustancias paramagnéticas, por lo que reciben el nombre de superparamagnetos.

Entre las aplicaciones biomédicas de las nanopartículas superparamagnéticas de óxidos de hierro (Superparamagnetic lron Oxide Nanoparticles, SPION) cabe destacar

su uso como agentes de contraste en Resonancia Magnética de Imagen (MRI) para la diagnosis del cancer de hígado y metastasis hepaticas [ZR. Stephen, FM. Kievit and M Zhang. Magnetite Nanoparticles for Medical MR Imaging. Mater Today (Kidlington) . 2011 ; 14 (7-8) : 330-338) . Para su uso en MRI las nanopartículas SPION se recubren con polímeros tales como, por ejemplo, dextrano o carboxidextrano. Su pequeño tamaño y la naturaleza del recubrimiento hacen que puedan ser endocitadas por las células de Kupffer (macrófacos situados en el hígado) . Los gradientes de campo magnético inducidos por SPION amplifican las señales de MRI de los protones que se encuentran en su vecindad y, puesto que los tumores malignos de hígado no poseen macrófagos de Kupffer, no retienen SPION, haciendo que aumente el contraste en las imágenes de MRI y se puedan detectar tumores de tamaño muy pequeño. SPION son biodegradables, ya que se metabolizan pasando a formar parte de los almacenes de hierro del cuerpo e integrándose a la hemoglobina, y su uso clínico ha sido aprobado por la Food and Drug Administration para la detección de tumores hepáticos, existiendo actualmente numerosas formulaciones comerciales (Endorem®, Fedirex®, Lumirem®, Resovist ®, Sinerem ®, Combidex ®) . La aplicabilidad de las nanopartículas superparamagnéticas en diagnosis no se limita a la MRI, y recientemente se ha desarrollado una nueva metodología de imagen denominada de Partícula Magnética (MPI ) , que está demostrando un enorme potencial en diagnosis [Gleich, B.; Weizenecker, J. Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles. Nature 2005, 435, 1214-1217] [Du, Y.; Lai, P.T.; Leung, C.H.; Pong, P.W.T. Design of Superparamagnetic Nanoparticles for Magnetic Particle Imaging (MPI) . In!. J. Mol. SeL 2013, 14, 18682-18710.) .

Además de en diagnosis, SPION también poseen aplicaciones terapéuticas, entre las que destaca su uso en la terapia antitumoral por hipertermia. Esta terapia consiste en dirigir las nanopartículas al tejido tumoral a tratar, ya sea por direccionamiento activo o pasivo, y someter al paciente a un campo magnético alterno. Este campo magnético provocará el calentamiento de las nanopartículas y estas, al disipar el calor, elevarán localmente la temperatura en el tejido tumoral en el que se encuentran. Un aumento de 5-6 oC sobre la temperatura corporal hará que las células entren en apoptosis, destruyéndose el tumor. La eficacia de esta terapia se puede aumentar conjugando las nanopartículas a un agente quimioterapéutico convencional [M Torres-Lugo and C Rinaldi. Thermal potentiation of chemotherapy by magnetic nanoparticles. Nanomedicine 2013, 8 (19) , 1689-1707]. Tanto en aplicaciones de diagnosis como terapéuticas es necesario que las nanopartículas posean un recubrimiento que las haga estables en medios biológicos, y que permita su unión a moléculas o biomoléculas con actividad antitumoral [Forrest M. Kievit And Miqin Zhang. Surface Engineering of lron Oxide Nanoparticles for Targeted Cancer Therapy. Accounts of ehemieal Researeh. 2011, 44 (10) , 853-862) .

Otra importante aplicación de estas nanopartículas es su uso en procesos de separación y concentración de muestras, tanto en aplicaciones biomédicas como medioambientales. El fundamento de estas técnicas se separación/concentración reside, de nuevo, en las propiedades magnéticas de las nanopartículas, que hacen 5 posible que estas se puedan separar del medio en el que se encuentran por la acción de un imán, arrastrando con ellas aquellas especies químicas que se adsorban a su superticie. Los procesos de separación requieren que la superficie de las nanopartículas esté recubierta por un ligando que posea afinidad por la especie que se desea separar. Esta tecnología, además de permitir separar especies químicas 10 (tales como, por ejemplo, compuestos orgánicos e inorgánicos, biomoléculas o iones metálicos) , también permite separar microorganismos y células [Tang Yan, Chu LinYa, Sun Ning, Liu RenXiao, Ge GuangLu. Research progress in magnetic separation with iron oxide magnetic nanoparticles. Chinese Science Bulletin, 2013, 58 (24) : 23772384]. Actualmente existen casas comerciales que comercializan micropartículas 15 (microbeads) magnéticas para aplicaciones de separación. Frente a las microbeads las nanopartículas tienen la ventaja de poseer una mayor relación superticie/volumen (de 100 a 1000 veces mayor) , por lo que un determinado peso de nanopartículas puede unir una mayor cantidad del ligando (generalmente anticuerpos) que interacciona con la especie a separar, que la misma cantidad de microbeads,

aumentando la eficiencia de la separación.

Las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro pueden sintetizarse mediante diferentes métodos, que favorecen la producción de nanopartículas de distinto tamaño y forma. Artículos de revisión recientes, como el de Laurent et al 25 [Sophie Laurent, Delphine Forge, Marc Port, Alain Roch, Caroline Robic, Luce Vander Elst, andRobert N. Muller. Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis, Stabilization, Vectorization, Physicochemical Characterizations, and Biological Applications. Chem. Rev. 2008, 108, 2064-2110] o el de Reddy et al [L. Harivardhan Reddy, José L. Arias, Julien Nicolas, and Patrick Couvreur. Magnetic Nanoparticles: Design and 30 Characterization, Toxicity and Biocompatibility, Pharmaceutical and Biomedical Applications. Chem. Rev. 2012, 112, 5818-5878] proporcionan una perspectiva amplia y completa del actual estado de la técnica en lo que a síntesis y modificaciones superticiales de las nanopartículas se refiere. Independientemente del método de síntesis elegido, la complejidad del procedimiento radica en lograr un estricto control 35 del tamaño estableciendo unas condiciones experimentales óptimas. Entre los métodos de síntesis disponibles el más utilizado por su sencillez, eficiencia y bajo coste es el denominado método de Massart o método de co-precipitación, que consiste en hacer precipitar en medio acuoso básico o ácido dos sales de hierro (una férrica y otra ferrosa) .

Con respecto a la superficie de las nanopartículas su modificación se puede llevar a cabo tanto durante la síntesis como en un procedimiento post-síntesis. Como hemos mencionado en párrafos anteriores, las modificaciones de la superficie cumplen dos funciones, por un lado aportan estabilidad al sistema coloidal en el medio dispersante y, por otro, aportan grupos funcionales en superficie que permiten conjugarlas a moléculas o biomoléculas necesarias en la aplicación concreta a la que están destinadas. Uno de los métodos más habituales de modificación, que se puede realizar bien durante la síntesis bien en un procedimiento post-síntesis, consiste en tratar las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro con moléculas orgánicas portadoras de grupos carboxilato, fosfato o sulfato, ya que estos grupos poseen afinidad por la superficie de las nanopartículas y se adsorben a ella. Estas moléculas, que actúan como espaciadores químicos, deben poseer, además de un grupo con afinidad por la superficie de las nanopartículas, otros grupos funcionales... [Seguir leyendo]

1. Nanopartícula de óxido de hierro seleccionado de entre magnetita (Fe30 4) , maghemita (V-Fe20 3) , hematita (a-Fe20 ) o cualquiera de sus combinaciones,

cuya superficie está modificada directamente con grupos hidroxilo, sin espaciadores, y caracterizadas por un potencial zeta mayor de 20 mV en disolución acuosa a un pH de 8 a 6.

2. Nanopartícula según la reivindicación 1, que además comprende una biomolécula, un agente terapéutico, un marcador fluorescente, un agente de contraste, un organosilano, un polímero o un agente complejante.

3. Procedimiento de obtención de las nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 que comprende las siguientes etapas:

a) adicionar una disolución acuosa de peróxido sobre nanopartículas de óxido de hierro seleccionadas de entre magnetita (FeJ0 4) , maghemita (y-Fe20 J) , hematita (o-Fe20 3) o cualquiera de sus combinaciones,

b) opcionalmente, purificar las nanopartículas obtenidas en la etapa a) .

4. Procedimiento, según la reivindicación 3, donde el agente oxidante es peróxido de hidrógeno.

5. Procedimiento, según la cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, donde el agente oxidante es una combinación de peróxido y otro agente oxidante seleccionado de entre, ácido nítrico, ácido crómico, dicromatos, permanganatos y percioratos.

6 . Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, donde se lleva a cabo la etapa b) de purificación de las nanopartículas obtenidas en la etapa a) .

7. Procedimiento, según la reivindicación 6, donde la etapa b) comprende un lavado de las nanopartículas con un disolvente orgánico y la separación de las mismas por técnicas de decantación.

8. Procedimiento, según cualquier de las reivindicaciones 3 a 7 que incluye un paso e) de funcionalización de la nanopartícula obtenida en la etapa a) o b) .

9. Uso de las nano partículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 para la elaboración de un agente de diagnóstico.

10. Uso de las nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 para la elaboración de una composición farmacéutica.

11. Composición farmacéutica que comprende las nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2.

12. Uso de las nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 como

reactivo en técnicas de concentración y/o separación de muestras químicas y/o biológicas.

13. Kit que comprende las nanoparticulas segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 y un sistema magnético.

14. Uso del kit, segun la reivindicación 13, para la concentración y separación de muestras químicas y biológicas.