ES2270171T3 - Polimeros tribloques para la administracion de un agente o de un medicamento a base de nanosferas. - Google Patents

Polimeros tribloques para la administracion de un agente o de un medicamento a base de nanosferas. Download PDF

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Corinne Vebert-Nardin
Durgadas Bolikal
Agnieszka Seyda
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Abstract

Un copolímero de tribloque que tiene estructura A-B-A donde cada bloque terminal A es un bloque terminal de polímero hidrosoluble, hidrófilo y no-tóxico; y el bloque central B es un oligómero de poliarilato con unidades iguales o diferentes que se repiten que tienen la estructura: donde Z es entre 2 y aproximadamente 20, R1 es CH=CH ó (CH2)n donde n es de 0 a 18, inclusive; R2 se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno y grupos alquilaarilo y alquilo lineales y ramificados y grupos que contienen hasta 18 átomos de carbono; y R se selecciona del grupo que consiste en un enlace y grupos alquilo y alquilarilo lineales o ramificado y que contiene hasta 18 átomos de carbono.

Description

Polímeros tribloques para la administración de un agente o de un medicamento a base de nanosferas.
Antecedentes de la invención
Una prometedora vía para tratamiento de enfermedades tanto adquiridas como genéticas es la basada en terapia génica, es decir, la transfección de un material genético adecuado a células objetivo a través de un vector cuyas características están actualmente bien definidas. Por ejemplo, para permitir tanto la administración intravascular como la absorción por las células, el tamaño del vehículo está limitado a aproximadamente 150 nm. Pueden tener lugar dos mecanismos de absorción: es posible una fusión del vector con la membrana celular que permita una liberación directa del material al espacio intracelular pero menos probable que la fagocitosis del vector por la célula. En este último caso, el vector tiene que librarse del endosoma y liberar el material al medio intracelular antes de ser atrapado y degradado dentro de un lisosoma. Sin embargo, en los dos casos, el vector tiene que ser no-citotóxico y biodegradable proporcionando al mismo tiempo una protección del material genético todo a lo largo del camino de la transfección.
Aunque las características del vector están bien definidas, la terapia génica está aún limitada por la ausencia de vectores eficaces e inocuos. Los vectores virales son eficaces y capaces de insertar dirigidamente un amplio abanico de células. Pueden sufrir, sin embargo, dos inconvenientes: inmunogenicidad y mutagenicidad potencial. Los mismos problemas se tienen para proteoliposomas utilizados para la encapsulación mediada por proteínas de un genoma viral sometido a ingeniería genética. Los vectores sintéticos, no virales, ofrecen una alternativa atractiva a vectores virales pero son, con mucho, menos eficaces en cuanto a su capacidad de transfectar células que los vectores virales.
Actualmente, una oportunidad muy interesante en el campo de materiales biológicos es la preparación de vehículos apropiados para fármacos o material genético. Debido a su capacidad para proteger el material encapsulado frente a degradación enzimática por ejemplo, las cápsulas aparecen como los vehículos más adecuados. Las nanocápsulas, es decir, vehículos con un tamaño del orden de subnanómetros son las deseables para administración intravascular. Para este propósito, los recientes avances en química supramolecular permiten diseñar materiales de características superiores.
En vista de las dificultades establecidas anteriormente, la encapsulación aparece como la técnica más interesante para la preparación de vehículos de genes. Actualmente, se utilizan liposomas para atrapar ácidos nucleicos, pero aún tienen lugar interacciones electrostáticas entre los lípidos y la membrana celular o el ADN, que limitan la eficacia de la transfección. Adicionalmente, la pobre estabilidad de liposomas en el tiempo y su inmunogenicidad conduce a su rápida desaparición de la corriente sanguínea.
Es de particular interés la auto-estructuración de copolímeros de bloque. Análogamente a las moléculas de lípido de bajo peso molecular o moléculas de compuesto tensioactivo, los copolímeros de bloque anfífilos consisten en al menos dos partes, una porción hidrófila y un bloque hidrófobo. Estos polímeros de bloque anfífilos, dirigidos por su hidrofobicidad, se auto-estructuran en solución acuosa. A altas concentraciones, forman fases cristalinas líquidas laminares, mientras que, en solución acuosa diluida, forman superestructuras de varias formas como micelas o estructuras vesiculares.
Estas moléculas de copolímero de bloque han de considerarse como análogos de lípidos o compuestos tensioactivos. Sin embargo, debido a su dinámica más lenta y su peso molecular más elevado, se ha visto que su auto-estructuración conduce a superestructuras mucho más estables. Además, los liposomas, por ejemplo, bicapas de lípidos cerradas esféricamente, son reconocidos rápidamente por el sistema inmune y eliminados de la corriente sanguínea. Debido a la amplia variedad de la química de copolímeros de bloque, se puede preparar un material enteramente sintético para evitar cualquier reacción inmunogénica.
Un copolímero de bloque anfífilo neutro adecuado forma espontáneamente estructuras de esferas huecas bien definidas de tamaño de nanómetros en solución acuosa diluida. Estas estructuras se pueden considerar como los análogos de alto peso molecular de moléculas de lípidos o compuestos tensioactivos. Sin embargo debido a su lenta dinámica, forman superestructuras mucho más estables que los liposomas convencionales.
Aunque es bien conocido que copolímeros de bloque adecuados pueden formar nanocápsulas, son pocos los diseñados para auto-estructurarse como estructuras de esferas huecas en solución acuosa diluida. Solo ha sido señalado un ejemplo de agregación espontánea de un copolímero de bloque anfífilo para una poli (metiloxazolina)-bloque-(poli(dimetilsiloxano)-bloque-poli(metiloxazolina), polímero tribloque PMOXA-PDMS-PMOXA. La inyección combinada con técnicas de extrusión conduce a la formación de vesículas cuyo tamaño puede controlarse entre 50 y 500 nm. Sin embargo, se mantiene la necesidad de tener vesículas de copolímero de tribloque biodegradable no-citotóxico.
Compendio de la invención
Se ha descubierto que complejos de ADN formados con copolímeros de tribloque ABA anfífilos obtenidos a partir de bloques no-citotóxicos y biodegradables, muestran una capacidad incrementada para transfección a células mediada espontáneamente. Ha sido determinado ahora que la auto-estructuración resultante es aún no-citotóxica y es útil también para suministro controlado de fármacos.
Según esto, se describe una nueva familia de copolímeros de tribloque que tiene una combinación nueva y sin precedentes de propiedades. Los copolímeros se preparan enteramente a partir de bloques de estructura no-tóxicos y biocompatibles.
Los copolímeros de tribloque derivan de bloques terminales de polímeros no-tóxicos, hidrófilos, hidrosolubles y un oligómero de poliarilato de bloque central hidrófobo de un diácido alifático u aromático no-tóxico, biocompatible y un derivado de un difenol derivado de tirosina. Según esto, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporcionan copolímeros tribloque de poliarilato que tienen una estructura A-B-A donde cada bloque terminal A es un bloque terminal de polímero hidrosoluble, hidrófilo y no-tóxico; y el bloque central B es un oligómero de poliarilato con unidades iguales o diferentes que se repiten que tienen la estructura de la Fórmula I:
1
donde Z es 2 a aproximadamente 20, y preferiblemente aproximadamente 10, R_{1} es CH=CH ó (CH_{2})_{n} donde n es de 0 a 18, inclusive; R_{2} se selecciona entre hidrógeno y grupos alquilarilo y alquilo lineal y ramificado que contienen hasta 18 átomos de carbono; y R se selecciona entre un enlace y grupos alquilarilo y alquilo lineal o ramificado que contienen hasta 18 átomos de carbono. Uno o más entre R, R1 y R2 pueden contener opcionalmente una unión éter.
Los bloques terminales son, preferiblemente, poli(óxidos de alquileno) que tienen la estructura de la Fórmula II:
(II)R_{3}-[(CH_{2})_{a}CHR_{3}-O-]_{m} -
donde m para cada A se selecciona independientemente para proporcionar un peso molecular para cada A entre aproximadamente 1000 y aproximadamente 15.000 y R_{3} para cada A y en cada A se selecciona, independientemente, entre hidrógeno y grupos alquilo inferior que contienen de uno a cuatro átomos de carbono.
Los copolímeros de tribloque se auto-estructuran espontáneamente para formar nanosferas huecas, bidegradables, con diámetros que varían entre un diámetro de aproximadamente 5 a 200 nanómetros con una inesperadamente baja "concentración de agregación crítica" (CAC) de 0,26 milimoles/litro. Por tanto, según otro aspecto de la presente invención, también se proporcionan nanosferas de los copolímeros de tribloque de la presente invención, preferiblemente en un tamaño de 5 a 200 nanómeros (diámetro). La concentración de agregación crítica (CAC) de solo 0,26 milimoles/litro significa que las nanosferas de polímero auto-estructuradas permanecen estables incluso a muy alta dilución. Según esto, estas nanosferas es de esperar que sean útiles para administración de fármacos y otras substancias activas a muy baja concentración.
En particular, las nanosferas de polímero de la presente invención, por ser huecas, pueden utilizarse para encapsular fármacos, materiales genéticos (ARN, ADN, oligonucleotidos antisentido), u otros ingredientes activos tales como agentes de contraste, es decir, esencialmente cualquier agente farmacéutico o biológico útil en el sentido más amplio, y proporcionar medios para liberación prolongada de los materiales encapsulados. Por lo tanto, según otro aspecto aún de la presente invención, se proporcionan nanosferas de los polímeros de la presente invención en los que se encapsula un agente para ser administrado a un paciente que lo necesita. Aún otro aspecto de la invención proporciona composiciones para administrar un agente activo a un paciente que lo necesita que contiene un vehículo farmacéuticamente aceptable y una cantidad eficaz de nanosferas que encapsulan el agente con el copolímero de tribloque de la presente invención.
Modos de realización preferidos de este aspecto de la invención proporcionan compuestos biológica o farmacéuticamente activos, encapsulados en nanosferas, donde las nanosferas de compuesto activo están presentes en cantidad suficiente para una administración eficaz localizada específicamente o sistémica. El vehículo puede consistir en una solución acuosa en que las nanosferas están suspendidas, o una matriz polimérica de suministro de fármaco. Este aspecto de la presente invención incluye modos de realización en que las nanosferas polímeras de la presente invención funcionan como un "reservorio" para agentes activos dentro de un dispositivo de liberación controlada basado en una matriz polimérica (tal como un hidrogel o cualquiera de los otros tipos de sistema de liberación controlada polimérica como está descrito por P. Sinko y J. Kohn ("Sistemas poliméricos de suministro de fármacos: una revisión", en Polymeric Delivery Systems: Properties and Applications (M.A. El Nokaly, D.M. Piatt y B. A. Charpentier, eds), ACS Symposium Series, Vol. 520, 1993, American Chemical Society, Washington, D.C. 18-41).
Dada la utilidad de las nanosferas polímeras de la presente invención, según otro aspecto aún de la presente invención, se proporcionan métodos para administración localizada específicamente o sistémica por suministrrar a un paciente que lo necesita de una cantidad eficaz de un compuesto activo encapsulado por las nanosferas del polímero de la presente invención.
Los vectores plasmidio para transfección de células encapsuladas por las nanosferas de la presente invención son de un tamaño adecuado para suministro de genes. Por lo tanto, según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una composición para administración de genes, que consiste en una solución o suspensión farmacéuticamente aceptable de vectores plasmidio encapsulados en nanosferas que contienen el gen que se va a administrar, donde las citadas nanosferas se forman del copolímero de tribloque de la presente invención. Otro aspecto de la presente invención proporciona métodos de administración de genes, donde se pone en contacto la célula que se va a transfectar con una composición de administración de genes según la presente invención.
Aunque determinadas propiedades de las anteriormente señaladas son individualmente bien conocidas de técnicas anteriores, la combinación de propiedades dentro de una única composición es nueva y representa un avance tecnológico significativo que tiene una amplia utilidad en los campos de administración de fármacos y genes y la liberación controlada (o prolongada) de agentes activos. Concretamente, la familia de copolímeros de tribloque aquí descritos tiene al menos tres ventajas importantes que los distinguen sobre otros copolímeros de tribloque.
1. La familia de los copolímeros de tribloque es reabsorbible por completo después de ser introducidos en un paciente. Cuando las composiciones derivan exclusivamente de bloques de estructura no tóxicos, los copolímeros de tribloque mismos así como sus esperados productos de degradación in vivo son no-citotóxicos y biocompati-
bles.
2. La familia de copolímeros de tribloque se auto-estucturan para formar nanosferas huecas con la concentración de agregación crítica (CAC) antes mencionada y permanecen estables incluso a muy alta dilución.
3. La familia de copolímeros de tribloque proporciona una amplia gama de parámetros estructurales que puede variarse por los especialistas en síntesis orgánica para derivar copolímeros de tribloque estrechamente relacionados entre sí en estructura química global, permitiendo al mismo tiempo el diseño de propiedades clave (tal como la velocidad de bioresorción, las características físicas de las nanosferas formadas, y los perfiles de liberación obtenidos para los "activos" encapsulados).
Se puede obtener una valoración más completa de la invención y de las muchas otras ventajas intentadas por referencia a la siguiente descripción detallada de los modos de realización preferidos y reivindicaciones, que describen los principios de la invención y los mejores modos que se contemplan actualmente para llevarla a cabo.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una micrografía electrónica de transmisión de crio-fractura de la auto-estructuración de nanosferas de un copolímero de tribloque PEG-(oligo(suberato de DTO)-PEG de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama de Zimm de dispersión luminosa estática de las nanosferas de la Figura 1 en solución acuosa diluida.
La Figura 3 es un diagrama de Zimm de dispersión luminosa dinámica de las nanosferas de la Figura 1 en solución acuosa diluida.
La Figura 4 es una micrografía electrónica de citotransmisión de la nanosfera de la Figura 1 después de la auto-estructuración en solución acuosa diluida; y
La Figura 5 representa la actividad metabólica de las células expuestas a las nanosferas de la Figura 1 preparadas en PBS.
Descripción detallada de los modos de realización preferidos
El polímero de la presente invención es un copolímero de tribloque tipo A-B-A. Los bloques terminales A son de polímero hidrosoluble, hidrófilo y no-tóxico, seleccionado preferiblemente entre poli(óxidos de alquileno), y el oligómero de bloque central B es un bloque central de poliarilato copolimerizado a partir de difenol derivado de tirosina y un diácido, enlazados por una unión éster entre el grupo hidroxilo fenólico del difenol derivado de tirosina y el grupo ácido carboxílico del diácido.
Entre los bloques terminales poli(óxidos de alquileno) más preferidos están polietilen glicol, polipropilen glicol, polibutilen glicol, polímeros Pluronic, y similares. Los polietilen glicoles son los preferidos.
Los bloques centrales de oligómeros de poliarilato de la presente invención se preparan por condensación de un diácido con un difenol según el método descrito por la patente estadounidense No. 5,216.115, en el que se hacen reaccionar los compuestos de difenol con ácidos dicarboxílicos alifáticos o aromáticos en una poliesterificación directa mediada por carbodiimida utilizando p-toluen sulfonato de 4-(dimetil-amino)-piridinio (DPTS) como catalizador. La descripción de la Patente estadounidense No. 5,216.115 a este respecto se incorpora aquí como referencia. Se seleccionan bis-diácidos como bloques centrales de oligómero de poliarilato para dejar que los bloques terminales A se copulen a cada terminal del oligómero.
Los compuestos difenol son los monómeros de difenol derivados de tirosina de las patentes estadounidenses Nos. 5.587.507 y 5.670.602, cuyas descripciones se incorporan también aquí como referencia. Los poliarilatos se preparan utilizando monómeros de difenol derivados de tirosina que tienen la estructura de la Fórmula III:
2
donde R1 y R2 son iguales a como se han descrito antes en relación con la Fórmula I.
Los monómeros de difenol preferidos son ácidos desaminotirosil-tirosina carboxílicos y ésteres de los mismos, donde R_{1} es -CH_{2}-CH_{2}-, que se citan como ésteres de DT. Para los propósitos de la presente invención, el éster etílico (R_{2}=etilo) se cita como DTE, el éster bencílico (R_{2} = bencilo) como DTBn, etc. Ambas patentes describen métodos por los que se pueden prepara los monómeros. Para los propósitos de la presente invención, el ácido carboxílico libre de desaminotirosil-tirosina (R2 = hidrógeno) se cita como DT.
No se pueden polimerizar los oligómeros de poliarilato que tienen grupos ácido carboxílico libres laterales de los correspondientes difenoles con grupos ácido carboxílico libres laterales sin reacción cruzada de los grupos ácido carboxílico libres con el co-monómero. Según esto, los oligómeros de poliarilato que son homopolímeros o copolímeros de monómeros de difenilo éster bencílico tales como DTBn se pueden convertir en los correspondientes homopolímeros y copolímeros de ácido carboxílico libre a través de la separación selectiva de los grupos bencilo por el método de hidrogenolisis catalizada por paladio, descrito por la Patente estadounidense No. 6.120.491 copendiente y de propiedad común. La descripción de esta patente se incorpora aquí como referencia. La hidrogenolisis catalítica es necesaria porque la labilidad del esqueleto del polímero impide el empleo de técnicas de hidrólisis más drásticas.
Los polímeros que contienen yodo y bromo son radio-opacos. Estos polímeros y sus métodos de preparación están descritos en la Patente No. 6.475.577. La descripción de esta patente se incorpora aquí como referencia. Los polímeros radio-opacos incluyen unidades estructurales que se repiten en las que uno o más hidrógenos del anillo aromático, un carbono del alquileno, o ambos, se reemplazan con un átomo de yodo o bromo. Los copolímeros de tribloque de la presente invención se pueden sustituir asimismo por yodo y bromo. Los copolímeros según la presente invención que comprenden las unidades estructurales repetidas de la Fórmula I son radio-opacos cuando se copolimerizan con monómeros radio-opacos de manera que los copolímeros contienen también unidades estructurales radio-opacas que se repiten. preferiblemente uno o más de los bloques A o B en que uno o más hidrógenos del anillo aromático, un carbono del alquileno, o ambos, han sido reemplazados por un átomo de yodo o bromo.
Los ácidos dicarboxílicos de oligómero de poliarilato tienen la estructura de la Fórmula IV:
(IV)HOOC-R-COOH
donde R es tal como se ha descrito antes con respecto a la Fórmula I, y preferiblemente contiene hasta 12 átomos de carbono. R se selecciona preferiblemente de manera que los ácidos dicarboxílicos empleados como materiales de partida seann metabolitos importantes que se encuentran en la naturaleza o compuestos altamente biocompatibles. Los ácidos dicarboxílicos de la Fórmula IV preferidos incluyen, por tanto, los ácidos dicarboxílicos intermedios del trayecto de respiración celular conocido como ciclo de Krebs. Estos ácidos dicarboxílicos incluyen ácido alfa-cetoglutárico, ácido succínico, ácido fumárico, ácido málico y ácido oxalacético, para los que R es -CH_{2}-CH_{2}-C(=O)-, CH_{2}-CH_{2}-, -CH=CH=, -CH_{2}-CH(-OH)- y -CH_{2}-C(=O)-, respectivamente.
Otro ácido dicarboxílico preferido que se encuentra en la naturaleza es el ácido adípico (R_{4}=(-CH_{2}-)_{4}), que se encuentra en el jugo de remolacha. Otros ácidos dicarboxílicos biocompatibles preferidos incluyen ácido oxálico (sin R_{4}), ácido malónico (R_{4} = -CH_{2}-), ácido glutárico (R_{4} = (CH_{2}-)_{3} , ácido pimélico (R_{4} = (CH_{2})_{5}, ácido subérico (R_{4} = (-CH_{2}-)_{6} y ácido azelaico (R4 = (-CH_{2}-)_{7.} En otras palabras, entre los ácidos dicarboxílicos adecuados para uso en la presente invención están los compuestos en los que R_{4} representa (-CH_{2}-)_{z} donde z es un entero entre 0 y 12 inclusive. Una clase preferida de ácidos dicarboxílicos altamente biocompatibles son los bis(p-carboxifenoxi)alcanos tales como bis(p-carboxifenoxi)propano.
Los oligómeros de poliarilato preferidos tienen pesos moleculares de media de pesos entre aproximadamente 1000 y 50.000 daltons, preferiblemente entre aproximadamente 3.000 y 25.000 daltons, y más preferiblemente entre aproximadamente 5.000 y 15.000 daltons. Los pesos moleculares se calculan por cromatografía de permeación de gel con respecto a patrón poliestireno en tetrahidrofurano sin posterior corrección. Los copolímeros de tribloque tienen así pesos moleculares de media de pesos entre aproximadamente 2.500 y 75.000 daltons, preferiblemente entre aproximadamente 5.000 y 50.000 daltons, y más preferiblemente entre aproximadamente 10.000 y 25.000.
Los copolímeros de tribloque se preparan por la reacción de un éter monoalquílico de poli(óxido de alquileno) no funcionalizado con un exceso de ácido dicarboxílico (mediada por un agente de copulación tal como diciclohexil carbodiimida). El siguiente es un ejemplo específico de este diseño general, que ilustra la síntesis de PEG-oligo-(suberato de DTO)-PEG:
3
Los pesos moleculares de los copolímeros de tribloque se pueden controlar o bien por limitación del tiempo de reacción o las relaciones de los componentes. Los pesos moleculares se pueden controlar también por la cantidad del reactivo de copulación carbodiimida que se utiliza.
Los copolímeros de tribloque se degradan por hidrólisis a los materiales de partida originales, es decir, los difenoles derivados de tirosina, los ácidos dicarboxílicos y los bloques terminales de polímero no tóxicos, hidrófilos, hidrosolubles y no-tóxicos. Los copolímeros de la invención son muy hidrófilos, lo que es ventajoso para sistemas de administración de fármaco en nanosferas. Sin embargo, el equilibrio hidrófilo:hidrófobo de los copolímeros puede variar de varias maneras. Se puede cambiar el éster de la cadena lateral del difenol con grupos éster de cadena más larga que incrementan la hidrofobicidad. Aumentando el peso molecular de los bloques terminales A, por ejemplo, por incremento del número de carbonos en el grupo alquileno de un poli(óxido de alquileno) aumentará también la hidrofobicidad. Cambiando el ácido dicarboxílico cambiará también el equilibrio hidrófilo:hidrófobo.
Los copolímeros de tribloque de la presente invención forman estructuras vesiculares en soluciones acuosas diluidas en el intervalo de 5-200 nm (diámetro). Las estructuras preferidas tienen diámetros entre 50 y 150 nm. Por ejemplo, el copolímero de tribloque poli(etilen glicol)-bloque-oligo-(suberato de DTO)-bloque-poli(etilen glicol), es decir, copolímero de tribloque PEG-oligo-(suberato de DTO)-PEG, forma estructuras vesiculares en solución acuosa diluida que tiene un diámetro de aproximadamente un intervalo de 100 nm. Las vesículas se caracterizan por técnicas convencionales, es decir dispersión luminosa.
Los copolímeros de tribloque se pueden utilizar por lo tanto para conformarse en sistemas de administración de fármacos y genes en nanosferas. La síntesis de un copolímero de tribloque formado por bloques de estructura no-citotóxicos y biodegradables y capaces de formar nanoesferas (vesículas huecas) por un proceso de auto-estructuración es importante para utilizarlo en muchas aplicaciones biomédicas que incluyen, sin que quede limitado solo a ello su empleo como vehículo para fármacos o materiales genéticos. Está bien establecido que la auto-estructuración de moléculas anfífilas depende de varias propiedades correlacionadas del material subyacente, es decir, su estructura química, arquitectura o peso molecular. Sin embargo, suponiendo que la fuerza que dirige la auto-estructuración está principalmente gobernada por interacciones hidrófobas, el diseño de un copolímero de bloque de auto-estructuración depende inherentemente de su peso molecular y equilibrio hidrófobo a hidrófilo. La auto-estructuración de los copolímeros de tribloque en solución acuosa diluida se induce utilizando inyecciones convencionales combinadas con técnicas de extrusión. Los productos activos se encapsulan por formación de las nanosferas en soluciones o suspensiones del producto que se encapsula.
La presente invención por tanto incluye también sistemas de administración inyectables para compuestos biológica y farmacéuticamente activos formados por encapsulación del compuesto activo con el polímero en una solución adecuada para inyección. El sistema de suministro y su método de preparación son particularmente adecuados para utilizarlos con compuestos activos tales como proteínas farmacológicamente activas, péptidos, vacunas y genes, y similares, así como con otras pequeñas moléculas farmacológicamente activas y agentes de contraste.
Las nanosferas que encapsulan un agente para ser administrado pueden estar dispersas como "reservorio" del agente dentro de la matriz polimérica de un dispositivo de liberación controlada. La matriz polimérica huésped puede ser un hidrogel u otro polímero bioerosionable. Estas dispersiones podrán tener utilidad, por ejemplo, como depósitos de agente activo en dispositivos de administración transdérmica de fármacos.
Los sistemas de administración de la presente invención son adecuados para aplicaciones donde se desea una administración localizada, así como en aquellas situaciones donde se desea administración sistémica. Las dosis terapéuticamente eficaces se pueden determinar por métodos in vivo o in vitro. Para cada compuesto particular de la presente invención, se pueden hacer determinaciones individuales para determinar las dosis óptima requerida. El intervalo de dosis terapéuticamente eficaces estará influenciado por la vía de administración, los objetivos terapéuticos y el estado del paciente. Para las diversas vías de administración, se debe determinar la eficacia de la absorción individualmente para cada compuesto activo por métodos bien conocidos en farmacología. Según esto, puede ser necesario para el médico valorar la dosificación y modificar la vía de administración según se requiera para obtener un efecto terapéutico óptimo. La determinación de niveles de dosificación eficaces, es decir los niveles de dosificación necesarios para alcanzar el resultado deseado, entrará dentro del ámbito del especialista. Típicamente, se comienzan las aplicaciones del compuesto con los niveles más bajos, y se van incrementando los niveles de dosificación hasta alcanzar el efecto deseado. La velocidad de liberación del compuesto activo de las formulaciones de esta invención se harán variar también y su variación entra dentro de la práctica de rutina del especialista para determinar un perfil ventajoso, dependiendo del estado terapéutico a tratar.
Una dosificación típica puede variar de aproximadamente 0,001 mg/kg a aproximadamente 1000 mg/kg, preferiblemente de aproximadamente 0,01 mg/kg a aproximadamente 100 mg/kg, y más preferiblemente de aproximadamente 0,10 mg/kg a aproximadamente 20 mg/kg. Los compuestos de esta invención se pueden administrar, con ventaja, varias veces diariamente, y pueden ser útiles también otros regímenes de dosificación.
Las composiciones se pueden administrar subcutáneamente, intramuscularmente, colónicamente, rectalmente, nasalmente, oralmente e intraperitonealmente, empleando una diversidad de formas de dosificación tales como supositorios, píldoras o pequeños cilindros implantados, aerosoles, formulaciones de dosificación oral y formulaciones tópicas, tales como pomadas, gotas y apósitos transdérmicos.
En el campo farmacéutico, son bien conocidos vehículos farmacéuticos aceptables para uso terapéutico, y están descritos, por ejemplo, en Remington's Pharmaceutical Science, Mac Publishing Co., (A.R. Gennaro edit. 1985). Estos materiales son inocuos para quien los recibe a las dosis y concentraciones empleadas, e incluyen diluyentes, solubilizantes, lubricantes, agentes de suspensión, materiales de encapsulación, disolventes, espesantes, dispersantes, tampones tales como fosfato, citrato, acetato y otras sales de ácido orgánico, anti-oxidantes tales como ácido ascórbico, conservantes, péptidos de bajo peso molecular (menos de aproximadamente 10 radicales) tales como poliarginina, proteínas tales como albúmina de suero, gelatina o inmunoglobulinas, polímeros hidrófilos tales como poli(vinilpirrolindinona), amino ácidos tales como glicocola, ácido glutámico, ácido aspárico o arginina, monosacáridos, disacáridos, y otros hidratos de carbono que incluyen celulosa o sus derivados, glucosa, manosa, o dextrinas, agentes quelantes tales como EDTA, alcoholes azúcar tales como manita o sorbita, contra-iones tales como sodio y/o compuestos tensioactivos no-iónicos tales como Tween, Pluronics o PEG.
Las combinaciones polímero-fármaco de esta invención se pueden preparar para almacenamiento bajo condiciones adecuadas para la conservación de la actividad del fármaco así como el mantenimiento de la integridad de los polímeros, y son típicamente adecuadas para almacenar a temperatura ambiente o temperaturas de refrigeración. La esterilidad se puede conseguir fácilmente por métodos convencionales.
La transfección de genes se lleva a cabo poniendo en contacto las células que se han de transfectar con suspensiones o soluciones tamponadas de vectores plasmidio encapsulados por los polímeros de la presente invención. Los medios por los cuales se preparan los vectores plasmidio y la transfección de genes que se realiza eso por otra parte bien conocidos por los especialistas en estas técnicas y no requieren descripción.
Los siguientes ejemplos no-limitativos que se dan a continuación ilustran ciertos aspectos de la invención. Todas las partes y porcentajes se dan en peso a menos que se señale de otra manera y todas las temperaturas son en grados Celsius. Los ácidos dicarboxílicos y los demás reactivos se compraron en la forma pura y se utilizaron tal como se recibieron. Los disolventes fueron de "calidad para cromatografía HPLC". Los monómeros difenólicos (por ejemplo, los ésteres de desamino tirosil-tirosina) se prepararon según el procedimiento proporcionado en el Ejemplo I de la patente estadounidense No. 5.099.060. Aunque este procedimiento se refiere específicamente a DTH, los monómeros que tienen ésteres distintos al éster de hexilo se pueden preparar fácilmente por el mismo procedimiento básico. El catalizador DPTS se preparó como describe Moore y col. en Macromol. 23 (I), 65-70 (1990).
Ejemplos Ejemplo 1 Preparación de nanosferas de auto-estructuración de poli(etilen glicol)-bloque-oligo-(suberato de DTO)-bloque-poli(etilenglicol), abreviadamente copolímero de tribloque PEG-oligo-(suberato de DTO)-PEG
Productos químicos: se preparó éster octílico de desamino tirosil tirosina (DTO) mediante procedimientos conocidos. El cloruro de metileno (calidad de HPLC), 2-propanol y metanol se obtuvieron de Fischer Scientific, Pittsburg, PA y se utilizaron sin purificación. El ácido subérico, la 4-dimetilaminopiridina, ácido 4-toluensulfónico y éster monometílico de poli(etilen glicol) (peso molecular Mw de 200 g 1 mol) se adquirieron en Aldrich Chemical Co, Milwaukee, WL, y se utilizaron sin purificación. La diisopropilcarbodiimida se adquirió de Tanabe Chemicals.
Procedimiento de síntesis: En un matraz de fondo redondo de 100 ml de capacidad se colocaron 2,21 g (0,005 moles) de éster octílico de desamino-tirosil tirosina (DTO), 0,96 g (0,0055 moles) de ácido subérico, 0,59 g (0,002 moles) de p-tolen sulfato de 4-dimetilaminopiridinio y 25 ml de cloruro de metileno y se agitó a 293 k. A la suspensión agitada se añadió 1,8 g (0,014 moles) de diisopropilcarbodiimida y se continuó la agitación. Al cabo de 1 hora se sacó una parte alícuota y se analizó por GPC (cromatografía de penetración de gel) que dio un Mn (peso molecular de media de número) de 7,03 kg mol^{-1} y un Mw (peso molecular de media de pesos) de 14,9 kg mol^{-1} (equivalente de poliestireno). Se añadió entonces a la mezcla de reacción 1,1 g de éter monometílico de poli(etilen glicol) (Mw de 2000 kgmol^{-1}) y 0,4 g de diisopropilcarbodiimida. Después de 2 h, la mezcla de reacción se filtró utilizando un embudo de vidrio sinterizado y el filtrado se concentró a un volumen de 10 ml y después se hizo precipitar con 2-propanol. El precipitado se secó, se redisolvió en 10 ml de cloruro de metileno y se hizo precipitar con 50 ml de metanol. El precipitado se aisló por centrifugación, se lavó con 20 ml de metanol y después se secó al vacío a temperatura ambiente. El producto se caracterizó por cromatografía GPC (Mw y Mn), RMN-^{1}H (CDCl_{3}, 400 MHz): 6,98-7,20 ppm (Ar-H), 5,98 (d, NH), 4,86 (d, CH de tirosina), 4,08 (m, OCH_{2} de DTO), 3,65 (CH_{2}CH_{2} de PEG), 3,38 (s, OCH_{3} de PEG), y análisis elemental.
Preparación de vesículas: La auto-estructuración del polímero se indujo utilizando inyección convencional combinada con técnicas de extrusión. Se disolvieron 10 mg del polímero en 0,2 ml de THF en un vial de centelleo. Esta solución se añadió gota a gota a 5 ml de agua Nanopure bajo agitación suave. La dispersión turbia resultante se filtró secuencialmente a través de filtros de jeringa de nylon de 0,45, 0,22 y 0,1 micrómetros. El filtrado de la extrusión final se utilizó para todas las caracterizaciones subsiguientes.
Microscopia electrónica de transmisión de crio-fractura: Una gota de la dispersión de vesículas se congeló rápidamente en propano líquido enfriado a 123K con nitrógeno líquido. La muestra se crio-fracturó entonces a una forma de replica platino/carbono (Unidad de Crio-fractura de Alto Vacío, Balzers Union Limited, FL-9496, Principado de Lichtenstein). Las replicas resultantes se recogieron subsiguientemente en rejillas de cobre de 200 mallas para ser analizados por microscopía electrónica de transmisión en un microscopio electrónico de transmisión JEM-100CXII que funciona a 80 kV (JEOL LTD, Tokio, Japón).
Dispersión luminosa dinámica: Se calcula con un medidor de partículas submicra (PSS Nicomp, Sistemas de medida de partículas, Santa Bárbara, California, EEUU) la función de autocorrelación de intensidad de fotón g^{2}(t). Las muestras se prepararon por filtración las soluciones a través de membranas Millipore de 0,45 m a celdillas de borosilicato de 6*50 mm. Los experimentos se llevaron a cabo a 303K. Los datos de DLS se trataron por un análisis Cumulant.
Ensayo de citotoxicidad celular: Se mantuvieron y trataron células URM-106 con diferentes concentraciones de vesículas (como se especifica después). Al cabo de 4 horas en la incubadora, se determinó la citotoxicidad de las vesículas por ensayo MTS. Este ensayo se compone de soluciones de un nuevo compuesto de tetrazolio (3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-5-(3-carboximetoxi-fenil)-2-(4-sulfofenil)-2H-tetrazolio, sal interna; MTS y un reactivo de copulación de electrones (metosulfato de fenazina) PMS. El MTS es bioreducido por células en un formazano que es soluble en medio de cultivo de tejidos. Brevemente, las células se sembraron en placas de 24 pocillos a una densidad de 50.000 células por pocillo. Después de 24 horas, el medio de cultivo se reemplazó por 400 ml de DMEM que contenía varias concentraciones de vesículas poliméricas (2 mg/ml, 1 mg/ml, 0,5 mg/ml, 0,4 mg/ml, 0,2 mg/ml, 0,1 mg/ml) y las células se incubaron durante 4 horas a 37°C. Después, se añadió un reactivo en solución acuosa Cell Titer 96 (Promega, Madison, WI) a cada pocillo y se incubó durante otras 2 horas. Se pasaron 80 l de esta solución a microplaca de 96 pocillos y se determinó la adsorbancia utilizando un lector de adsorbancia de placa (PowerWave X, Bio-Tek Instruments, Inc., Highland Park, VE) a 490 nm.
La Figura 1 es una micrografía electrónica de transmisión obtenida después de crio-fractura de la auto-estructuración resultante. A partir de la micrografía electrónica, la auto-estructuración del copolímero de tribloque PEG-oligo-(suberato de DTO)-PEG parece conducir a estructuras esféricas de 100 nm de tamaño. La distribución de tamaños aparece bastante amplia. Sin embargo, siendo las condiciones de preparación de la muestra de crio-fractura algo destructivas, parte de las partículas pueden haber sido destruidas o enterradas en la matriz del replicado durante el proceso de crio-fractura.
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Con el fin de conseguir una estimación apropiada y fiable del tamaño de estas partículas esféricas, se ha realizado dispersión de luz estática. La Figura 2 representa un diagrama de Zimm típico sobre el cual, por razones de claridad, solo se han representado los valores extrapolados a ángulo de dispersión cero de la intensidad dispersada inversa. En este perfil de concentraciones, se pueden observar dos regímenes, por debajo y por encima de una concentración de polímero de 4 microgramos por ml. La disminución de la intensidad dispersada a baja concentración es la huella digital de una concentración de agregación crítica, CAC. Esto no es sorprendente ya que la auto-estructuración de moléculas anfífilas es un proceso reversible que conduce, por ejemplo, a la desintegración de nanoestructuras al diluir. Suponiendo un modelo próximo a asociación, por encima de 4 microgramos por ml, estructuras esféricas solitarias nadan en la solución. Por debajo de esta concentración, las partículas auto-estructuradas comienzan a desintegrarse en moléculas de copolímero de tribloque PEG-oligo-(suberato de DTO)-PEG. Por tanto, los dos objetos, las nanopartículas y las macromoléculas que forman partículas individuales coexisten en la solución acuosa.
De estos resultados, la concentración de agregación crítica (CAC) podría determinarse como aproximadamente 0,26 4 microgramos por ml. Inesperadamente este valor es bastante bajo (tres órdenes de magnitud) cuando se compara con los sistemas de copolímero de bloque de auto-estructuración descritos previamente. Esta CAC baja confiere a este sistema una inesperada estabilidad al diluirse, lo que es una ventaja tecnológica importante sobre los sistemas previamente descritos de este tipo.
La caracterización completa de las estructuras esféricas se obtiene del régimen lineal del perfil de concentración de la intensidad dispersada inversa. Los resultados se dan en la Tabla 1. Como era de esperar, estos agregados tienen un radio de giro de 51 nm, que se corresponde bien con las estructuras esféricas más grandes encontradas observadas en las muestras de crio-fractura analizadas por microscopia electrónica de transmisión (Figura 1).
TABLA 1
Estudio LS
dn/dc (ml.g^{-1}) 1:23
cac (\mug/ml^{-1}) 0,26
M (10^{9} g.mol^{-1}) 9
A_{2} (10^{-7}mol.ml.g^{-2}) -5
R_{g} (nm) 51
R_{h} (nm) 49
D_{0} (10^{-3} cm^{2}.s^{-1}) 5,6
p (10^{5}) 6,38
p 1.04
Además de su gran radio, estas investigaciones no permiten reivindicar que estas esferas sean huecas. Por eso, en una siguiente serie de experimentos, se llevaron a cabo investigaciones de dispersión luminosa dinámica. La Figura 3 muestra el diagrama de Zimm dinámico obtenido después de extrapolación del coeficiente de difusión a ángulo de dispersión cero. La linealidad del perfil angular del coeficiente de difusión (datos no mostrados) asegura que en este sistema tiene lugar un proceso difusivo individual. La monodispersibilidad de la dispersión está apoyada por un índice de polidispersabilidad razonable de 1,3. Utilizando la relación de Stokes-Einstein, se encuentra que el radio hidrodinámico de las nanopartículas es el mismo que su radio de giro (dentro del límite de las técnicas de dispersión de la luz). Como se ha visto antes, el copolímero de tribloque PEG-oligo-(suberato de DTO)-PEG se auto-estructura en estructuras de esferas huecas de 100 nm, es decir, vesículas, un tamaño adecuado para suministro de genes a células que se van a transfectar.
Esta morfología de esferas huecas se confirma además por microscopia electrónica de transmisión, que muestra esferas claramente huecas con una membrana exterior que tiene un espesor de aproximadamente 6 nanómetros, mostrada en la Figura 4.
Como se ha mencionado antes, los bloques que se forman del copolímero de bloque anfífilo se conocen como no cito-tóxicos. El ensayo de citotoxicidad se llevó a cabo utilizando vesículas de copolímero de tribloque PEG-oligo(suberato de DTO)-PEG preparado en PBS. Dado que el polímero no lleva cargas, no se detecta cambio en el tamaño de la vesícula por dispersión de luz (datos no mostrados). Con el fin de eliminar cualquier traza de disolvente orgánico, las vesículas se purificaron por cromatografía de exclusión de tamaños, SEC. Dado que esta técnica se utiliza además con propósitos de encapsulación, ha sido elegida sobre una más sencilla de secado por soplado de disolvente orgánico o diálisis. Los resultados de este ensayo llevado a cabo con diferentes concentraciones de polímero hecho en medio libre de suero se muestran en la Figura 5. En el intervalo de concentración investigado (2 mg ml^{-1} a 0,1 mg.ml^{-1}), no se detectó una reducción significativa de la actividad la metabólica celular, lo que confirma que las vesículas de PEG-oligo-(suberato de DTO)-PEG no inducen citotoxicidad alguna. Por lo tanto, se llega a la conclusión de que estas vesículas poliméricas no son tóxicas y son bien toleradas por las células, al menos en exposiciones de corto tiempo.
Ejemplo 2 Administración de genes
Encapsulación de ADN: Se disolvió el copolímero de tribloque PEG-oligo(suberato de DTO)-PEG del Ejemplo 1 en THF a una concentración de 5 mg/ml en THF. Se suspendieron 30 g de ADN en 4,79 ml de PBS. Se añadió entonces la solución de polímero gota a gota a la suspensión de ADN bajo agitación constante. Las vesículas se purificaron del posible THF residual y ADN desencapsulado, por cromatografía en columna utilizando Sepharosa HR 400 (Biorad, Piscataway, NJ). La suspensión de vesículas resultante era de 0,5 mg/ml.
Transfecciones: Todas las transfecciones se realizaron utilizando plasmidio pEGFP-actin (Clonetech). Se llevaron a cabo transfecciones control utilizando reactivo Superfect (Qiagen, Valencia, California) utilizando 1 g de ADN con 4 litros del reactivo Superfect según la especificación del fabricante. Las células UMR-106 se sembraron el día antes de la transfección en placas de 24 pocillos a una densidad entre 40-60% de confluencia por pocillo. El día de la transfección, las células se lavaron una vez con PBS siendo las siguientes condiciones de la transfección:
1. Células expuestas a suspensión de vesículas de 0,5 mg/ml en PBS.
2. Células expuestas a suspensión de vesículas de 0,25 mg/ml diluida en DMEM libre de suero o DMEM con un contenido de 20% de suero.
3. Células expuestas a suspensión de vesículas de 0'1 mg/ml diluida en DMEM libre de suero o DMEM con un contenido de 20% de suero.
4. Células expuestas a suspensión de vesículas de 0,05 mg/ml diluida en DMEM libre de suero o DMEM con un contenido de 20% de suero.
Se llevaron a cabo transfecciones durante 4 horas y se lavaron entonces las células una vez con PBS y el medio de transfección se reemplazó con medio DMEM suplementado con FBS al 10%, 100 unidades/ml de penicilina, 100 g/ml de estreptomicina. Las células se incubaron durante aproximadamente 48 horas momento en el cual se comprobó la eficacia de la transfección tanto por microscopia con-focal fluorescente como por citometría de flujo.
Este era un experimento preliminar y, por tanto, la eficacia de la transfección fue solamente de aproximadamente 1-2% de todas las células. Sin embargo, es obvio que con una ligera modificación del protocolo de transfección, se obtendrán velocidades de transfección significativamente más altas. Es particularmente importante señalar que parece haber muy poca diferencia, o ninguna, en la eficacia de la transfección entre los experimentos llevados a cabo en presencia o ausencia de suero bovino fetal. Esto se debe probablemente a la propiedad repelente de proteína de los bloques terminales de PEG del polímero. Este hallazgo es especialmente importante para aplicación in vivo donde las partículas se desactivan instantáneamente debido a opsonizción (adsorción de proteínas de suero).
La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud de patente provisional de EEUU No. 60/378.042 registrada el 15 de mayo, 2002, cuya descripción se incorpora aquí como referencia.
Los ejemplos anteriores y la descripción de los modos de realización preferidos deberán tomarse como ilustrativos y no limitativos de la presente invención como queda definido por las reivindicaciones. Como se podrá apreciar fácilmente, se podrán hacer numerosas variaciones y combinaciones de lo presentado antes sin separarse de la presente invención tal como se expone en las reivindicaciones. Estas variaciones no se consideran como separadas del espíritu y letra de la invención, y todas estas variaciones han de entenderse incluidas dentro del marco de las siguientes reivindicaciones.

Claims (18)

1. Un copolímero de tribloque que tiene estructura A-B-A donde cada bloque terminal A es un bloque terminal de polímero hidrosoluble, hidrófilo y no-tóxico; y el bloque central B es un oligómero de poliarilato con unidades iguales o diferentes que se repiten que tienen la estructura:
4
donde Z es entre 2 y aproximadamente 20, R_{1} es CH=CH ó (CH_{2})_{n} donde n es de 0 a 18, inclusive; R_{2} se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno y grupos alquilaarilo y alquilo lineales y ramificados y grupos que contienen hasta 18 átomos de carbono; y R se selecciona del grupo que consiste en un enlace y grupos alquilo y alquilarilo lineales o ramificado y que contiene hasta 18 átomos de carbono.
2. El copolímero de tribloque según la reivindicación 1, donde los citados bloques terminales son poli(óxidos de alquileno) que tienen la estructura de la Fórmula II:
(II)R_{3}-[(CH_{2})_{a}CHR_{3}-O-]_{m}-
donde m para cada A ese selecciona, independientemente, para proporcionar un peso molecular para cada A entre aproximadamente 1000 y aproximadamente 15.000 y R_{3} para cada A y dentro de cada A se selecciona independiente del grupo que consiste en hidrógeno y grupos alquilo inferior que contienen de uno a cuatro átomos de carbono.
3. El copolímero de tribloque según la reivindicación 1, donde los citados bloques terminales tienen la estructura CH_{3}O-[CH_{2}-CH_{2}-O-]_{m} .
4. El copolímero de tribloque según la reivindicación 1, donde Z es aproximadamente 10.
5. El copolímero de tribloque según la reivindicación 1, donde uno o más entre R, R_{1} y R_{2} pueden contener una unión éter.
6. El copolímero de tribloque según la reivindicación 1, donde R_{1} es CH_{2}-CH_{2}-.
7. El copolímero de tribloque según la reivindicación 1, donde R_{2} se selecciona del grupo que consiste en grupos etilo, butilo, hexilo, octilo y bencilo.
8. El copolímero de tribloque según la reivindicación 1, donde R contiene hasta 12 átomos de carbono.
9. El poliarilato de la reivindicación 8, donde R se selecciona del grupo que consiste -CH_{2}-CH_{2}-C(=O)-, -CH=CH=, -CH_{2}-CH(-OH)- , -CH_{2}-C(=O)- y (-CH_{2})_{z}, donde z está entre 0 y 12, inclusive.
10. Nanosferas formadas a partir del copolímero de tribloque de la reivindicación 1.
11. Un compuesto activo encapsulado en nanosferas, para administración a un paciente que lo necesita, donde las nanosferas encapsulantes se forman a partir del copolímero de tribloque según la reivindicación 1.
12. El compuesto encapsulado en nanosferas según la reivindicación 11, donde el compuesto encapsulado es un agente de contraste.
13. El compuesto encapsulado en nanosferas según la reivindicación 11, donde el compuesto encapsulado es un compuesto biológica o farmacéuticamente activo.
14. Una composición para administración de un agente a un paciente en necesidad del mismo que comprende un vehículo farmacéuticamente aceptable y una cantidad eficaz de nanosferas que encapsulan al citado agente con el copolímero de tribloque según la reivindicación 1.
15. La composición según la reivindicación 14, donde el citado agente es un agente de contraste.
16. La composición según la reivindicación 14, que comprende una composición farmacéutica que comprende un compuesto biológica o farmacéuticamente activo encapsulado en nanosferas, donde las citadas nanosferas de compuesto activo están presentes en cantidad suficiente para una administración terapéuticamente eficaz localizada específicamente o sistémica.
17. La composición farmacéutica según la reivindicación 16, donde las citadas nanosferas están embebidas o dispersas en una matriz de polímero de para administración de fármaco.
18. La composición farmacéutica según la reivindicación 16, donde el citado compuesto activo es una proteína farmacológicamente activa, péptido, vacuna o gen.
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