ES2922848T3 - Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos - Google Patents

Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos Download PDF

Info

Publication number
ES2922848T3
ES2922848T3 ES14766624T ES14766624T ES2922848T3 ES 2922848 T3 ES2922848 T3 ES 2922848T3 ES 14766624 T ES14766624 T ES 14766624T ES 14766624 T ES14766624 T ES 14766624T ES 2922848 T3 ES2922848 T3 ES 2922848T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
poc
polymer
application
monomers
cases
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES14766624T
Other languages
English (en)
Inventor
Jian Yang
Jinshan Guo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Penn State Research Foundation
Original Assignee
Penn State Research Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Penn State Research Foundation filed Critical Penn State Research Foundation
Application granted granted Critical
Publication of ES2922848T3 publication Critical patent/ES2922848T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/12—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/52—Polycarboxylic acids or polyhydroxy compounds in which at least one of the two components contains aliphatic unsaturation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/34—Macromolecular materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/42—Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain
    • C08G18/46—Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain having heteroatoms other than oxygen
    • C08G18/4615—Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain having heteroatoms other than oxygen containing nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/67—Unsaturated compounds having active hydrogen
    • C08G18/68—Unsaturated polyesters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/73—Polyisocyanates or polyisothiocyanates acyclic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/02—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/12—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids or from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/68—Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G63/685—Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen
    • C08G63/6852—Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen derived from hydroxy carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/68—Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G63/685—Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen
    • C08G63/6854—Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/6858—Polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds in which at least one of the two components contains aliphatic unsaturation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
    • A61L2420/04—Coatings containing a composite material such as inorganic/organic, i.e. material comprising different phases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Polyethers (AREA)

Abstract

En un aspecto, las composiciones se describen aquí. En algunas realizaciones, una composición descrita en el presente documento comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico con (ii) un poliol y (iii) un monómero que comprende uno o más restos alquino y/o fracciones de azida. El producto de reacción, en algunos casos, comprende un polímero. Además, en algunos casos, una composición descrita en este documento comprende una pluralidad de polímeros. En algunas realizaciones, los polímeros se seleccionan para que reaccionen entre sí a través de un esquema de reacción química clic para formar una red de polímeros. En otro aspecto, en el presente documento se describen implantes médicos y dispositivos médicos, comprendiendo los implantes y dispositivos un polímero o una red de polímeros descritos en el presente documento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos
Referencia cruzada a aplicaciones relacionadas
Esta solicitud reivindica la prioridad de conformidad con 35 U.S.C. § 119 de la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. n.° 61/874,287, presentada el 5 de septiembre de 2013, y de la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. n.° 61/935,968, presentada el 5 de febrero de 2014.
Declaración sobre la investigación con patrocinio federal
Esta invención se realizó con el apoyo del gobierno bajo el contrato EB012575 otorgado por el Instituto Nacional de Ingeniería e Imágenes Biomédicas (NIBIB) y el contrato DMR1313553 otorgado por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF). El gobierno tiene ciertos derechos en la invención.
Campo
Esta invención se refiere a composiciones poliméricas y procedimientos para preparar y usar composiciones poliméricas y, en particular, a composiciones que comprenden un polímero u oligómero que contiene citrato y/o un resto seleccionable.
Antecedentes
En los últimos años, los polímeros elastoméricos han encontrado una amplia aplicación en aplicaciones de ingeniería de tejidos, en parte debido a la capacidad de algunos polímeros elastoméricos para imitar la naturaleza elástica de muchos tejidos blandos humanos, como válvulas cardíacas, vasos sanguíneos, tendones, cartílagos y la vejiga. Sin embargo, muchos polímeros elastoméricos existentes exhiben poca resistencia mecánica. Además, la resistencia mecánica de algunos polímeros elastoméricos se puede reducir aún más cuando los polímeros se moldean en andamiajes porosos y/o se usan en vivo en estado húmedo, lo que limita significativamente la utilidad de estos materiales para algunas aplicaciones de ingeniería de tejidos. Además, muchos polímeros anteriores no pueden reducir o prevenir eficazmente la proliferación microbiana o la infección bacteriana en vivo. Por lo tanto, los antibióticos u otros materiales antimicrobianos formulados por separado a menudo deben recubrirse de, encapsularse dentro de o asociarse de otro modo con dichos polímeros.
Además, algunas composiciones poliméricas tratadas de esta manera pueden tener una eficacia antimicrobiana limitada y/o exhibir un rendimiento mecánico degradado.
Además, la reparación de grandes defectos óseos segmentarios sigue siendo uno de los retos más relevantes de la cirugía ortopédica reconstructiva, pero el manejo y tratamiento de dichos defectos óseos ha presentado varios retos en los últimos años. El hueso es un órgano relativamente rígido y liviano optimizado para soportar cargas externas, y algunos materiales de bioingeniería anteriores no han podido igualar la composición y/o el rendimiento del hueso nativo para diversas aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, muchos materiales anteriores no pueden proporcionar una resistencia mecánica adecuada, minimizar las respuestas inflamatorias, promover la regeneración ósea y/o integrarse completamente con el tejido circundante. Además, algunos materiales anteriores pueden incluir solo una cantidad limitada de biocerámica u otro material inorgánico sin volverse demasiado frágiles para muchas aplicaciones de carga.
Por lo tanto, se necesitan composiciones mejoradas de polímeros de bioingeniería y procedimientos para tratar afecciones tales como defectos óseos segmentarios.
El documento EP 2014308 A2 describe un conjugado antitrombótico biodegradable que tiene heparina y otros restos antitrombóticos que se introducen como cadenas laterales en el esqueleto polimérico modificado por una reacción química clic. Se pueden utilizar diversos monómeros y dímeros bioabsorbibles, como la valerolactona, en la derivación de monómeros, la homopolimerización y la copolimerización, y la conjugación con una molécula biológicamente activa mediante química clic. Se aplica un revestimiento que comprende un conjugado antitrombótico de polímero biocompatible y bioabsorbible a al menos una parte de un dispositivo implantable para prevenir o reducir la formación de trombosis en la superficie del dispositivo implantable. Se prepara una primera capa o subcapa del revestimiento mezclando un material polimérico y un agente biológicamente activo con un disolvente, formando así una solución homogénea. Una segunda capa o capa externa que comprende el presente conjugado antitrombótico se puede aplicar sobre las capas internas que contienen el fármaco utilizando, por ejemplo, un procedimiento de recubrimiento por inmersión o por pulverización.
El documento WO 2009/061854 A2 describe nanopartículas degradables multifuncionales con control sobre el tamaño y las funcionalidades.
El documento WO 2012/116250 A1 describe polímeros e hidrogeles funcionales. Más particularmente, se describen monómeros y polímeros versátiles con funcionalidades bien definidas, por ejemplo, policarbonatos y poli(estercarbonatos), composiciones de los mismos y procedimientos para prepararlos y usarlos. Además, se describen hidrogeles de poli(etilenglicol)-copolicarbonato citocompatibles (p. ej., reticulados mediante química “clic” promovida por tensión, sin cobre).
El documento WO 2009/136853 A1 describe una estructura dendrítica, comprendiendo dicha estructura dendrítica un núcleo y unidades de repetición, donde las unidades de repetición comprenden unidades del tipo ABxCy, donde x es 2, 3 o 4, donde y es 1,2 o 3, donde C se selecciona del grupo que consta de azidas y alquinos, y donde cada unidad de repetición está unida a al menos otra unidad con al menos un enlace seleccionado del grupo que consiste en el grupo que consiste en un éster, una amida, un tioéter, un éter, un uretano, una amina y una imina. También se proporciona el uso de las estructuras dendríticas. Las ventajas incluyen que es posible un crecimiento "en un solo tubo" de la estructura dendrítica. Es posible tener más grupos funcionales en una estructura dendrítica. Es posible agregar diferentes grupos funcionales simultáneamente tanto a una capa interna como a una capa externa en una estructura dendrítica.
Jinshan et al., "Click Chemistry Plays a Dual Role in Biodegradable Polymer Design", Advanced Materials, vol. 26, núm. 12, páginas 1906-1911 describe otras composiciones poliméricas.
Resumen
La invención se expone en las reivindicaciones adjuntas. En un aspecto, en esta solicitud se describen composiciones que pueden proporcionar una o más ventajas en comparación con otras composiciones. Las composiciones descritas en esta solicitud comprenden un polímero que contiene citrato o una red de polímero que puede usarse para diversas aplicaciones biomédicas y/o de bioingeniería, incluidas aplicaciones que requieren el uso de un material elastomérico y/o de alta resistencia. En algunos casos, un polímero o una red de polímero descritos en esta solicitud se pueden utilizar como sustituto de la matriz extracelular nativa (ECM, por sus siglas en inglés) de un tejido u órgano diana. Además, el polímero o la red de polímero puede proporcionar la misma o similar estabilidad mecánica, integridad estructural y funciones de comunicación que la EMC nativa o el tejido. Un polímero o una red de polímero descritos en esta solicitud también pueden tener una alta densidad de reticulación. Además, en algunos casos, una composición descrita en esta solicitud puede comprender un andamiaje de tejido que es mecánicamente blando y elástico y que exhibe otras propiedades mecánicas que coinciden con las propiedades mecánicas de un tejido u órgano diana. Una composición descrita en esta solicitud también puede ser biocompatible y/o susceptible de modificación superficial por moléculas bioactivas tales como péptidos de unión a células, factores de crecimiento o moléculas de señalización. De esta manera, las respuestas de células y tejidos pueden estar mediadas por una composición descrita en esta solicitud.
Además, una composición descrita en esta solicitud se puede usar para tratar una o más enfermedades, lesiones o defectos en un paciente. Por ejemplo, en algunos casos, una composición descrita en esta solicitud puede usarse para tratar defectos óseos segmentarios. Un andamiaje bifásico formado a partir de una composición descrita en esta solicitud puede proporcionar una superficie osteoconductora para la regeneración ósea y la integración tisular, al mismo tiempo que imita la organización jerárquica del hueso esponjoso y cortical.
Una composición según la invención comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico, tal como citrato de trietilo u otro éster metílico o etílico de ácido cítrico, con (ii) un poliol tal como un diol y (iii) un monómero que comprende un resto alquino y/o un resto azida. Por ejemplo, en algunos casos, una composición descrita en esta solicitud comprende un polímero formado a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A) a continuación; uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3) a continuación; y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o uno o más restos azida. En algunos casos, el polímero se forma a partir de monómeros que tienen una pluralidad de restos alquino y/o azida.
Además, en algunos casos, una composición descrita en esta solicitud comprende una pluralidad de polímeros descritos en esta solicitud, como un primer polímero formado a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino; y un segundo polímero formado por uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos azida. Además, en algunos casos, una composición descrita en esta solicitud comprende un producto de cicloadición de azida-alquino, como un anillo de 1,4-triazol o un anillo de 1,5-triazol. Tal producto de cicloadición se puede formar a partir de uno o más polímeros descritos en esta solicitud. Por ejemplo, en algunos casos, un primer polímero y un segundo polímero de una composición descrita en esta solicitud pueden formar una red de polímero al formar uno o más productos de cicloadición de azidaalquino a partir de monómeros que comprenden uno o más restos alquino y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos de azida.
Como se describe más adelante a continuación, también pueden estar presentes otros productos de reacción de la química clic en un polímero o en una red de polímero de una composición descrita en esta solicitud.
Además, un polímero o una red de polímero de una composición descrita en esta solicitud se puede formar a partir de uno o más monómeros además de los descritos anteriormente. Por ejemplo, en algunos casos, un polímero se forma a partir de uno o más monómeros que comprenden un isocianato, un ácido policarboxílico insaturado o un equivalente de ácido policarboxílico, un aminoácido, una especie que contiene catecol o un péptido, polipéptido, ácido nucleico o polisacárido. Además, también es posible formar un polímero descrito en esta solicitud sin usar un monómero de fórmula (A), (B1), (B2) o (B3). En algunos casos, por ejemplo, se forma un polímero a partir de una o más lactonas y uno o más monómeros que comprenden un resto alquino o un resto azida.
Una composición según la invención comprende además un material inorgánico en partículas disperso dentro de una red formada por un polímero descrito en esta solicitud. En algunos casos, el material inorgánico en partículas comprende hidroxiapatita.
En otro aspecto no reivindicado, en esta solicitud se describen procedimientos para fabricar una red de polímero. Un procedimiento para hacer una red de polímero comprende mezclar un primer polímero y un segundo polímero, comprendiendo cada uno de los polímeros primero y segundo un polímero de una composición descrita en esta solicitud. Por ejemplo, en algunos casos, el primer polímero se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino; y el segundo polímero se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos azida. Tal procedimiento puede comprender además hacer reaccionar uno o más restos alquino del primer polímero con uno o más restos azida del segundo polímero para formar uno o más productos de cicloadición azida-alquino.
Además, un procedimiento no reivindicado descrito en esta solicitud comprende además funcionalizar la superficie de una red de polímero descrita en esta solicitud con una o más especies biofuncionales, como uno o más péptidos, polipéptidos, ácidos nucleicos y/o polisacáridos. En algunos casos, se hace reaccionar un péptido, polipéptido, ácido nucleico y/o polisacárido con un resto alquino y/o azida suspendido en la superficie de la red de polímero para proporcionar un enlace covalente entre la red de polímero y el péptido, polipéptido, ácido nucleico, y/o polisacárido.
En todavía otro aspecto no reivindicado, se describen implantes médicos y dispositivos médicos en esta solicitud. Los implantes y dispositivos médicos pueden comprender o estar formados a partir de una composición descrita en esta solicitud. En algunos casos, tal implante o dispositivo médico comprende un andamiaje de ingeniería tisular que forma un vaso sanguíneo, un tejido cardíaco, una válvula cardíaca, un ligamento, un tendón, un pulmón, una vejiga, piel, una tráquea o una uretra.
Además, un implante o dispositivo médico no reivindicado comprende un andamiaje polimérico de núcleo-envoltura. Dicho andamiaje, en algunos casos, puede comprender un componente de núcleo que tiene una primera porosidad; y un componente de envoltura que rodea al componente de núcleo y que tiene una segunda porosidad, siendo la segunda porosidad diferente de la primera porosidad. En algunos casos, el componente del núcleo muestra una porosidad mayor que el componente de la cubierta. Además, el componente de núcleo puede comprender una primera red de polímero formada por uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); uno o más monómeros que comprenden un resto alquino; y uno o más monómeros que comprenden un resto azida. Además, el componente de cubierta puede comprender una segunda red de polímero también formada por uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); uno o más monómeros que comprenden un resto alquino; y uno o más monómeros que comprenden un resto azida. En algunas realizaciones, el componente de núcleo y el componente de envoltura son cilindros concéntricos. Además, en algunos casos, un material inorgánico en partículas tal como hidroxiapatita se dispersa dentro de la primera red de polímero y/o la segunda red de polímero de un andamiaje descrito en esta solicitud.
Estas y otras realizaciones se describen con más detalle en la descripción detallada que sigue.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 ilustra un esquema de reacción para preparar una composición según una realización no reivindicada.
Las figuras 2(a) y 2(b) ilustran esquemas de reacción para preparar composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 3(a)-3(d) ilustran las propiedades químicas y físicas de las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 4 ilustra los espectros de absorción de las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 5 ilustra los ángulos de contacto con el agua de las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 5 ilustra los ángulos de contacto con el agua de las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 6(a)-6(h) ilustran diversas propiedades mecánicas de las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 7 ilustra una tabla de propiedades físicas, químicas y mecánicas de las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 8 ilustra gráficos de propiedades mecánicas de composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 9 ilustra gráficos de propiedades mecánicas de composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 10(a)-10(d) ilustran gráficos de las propiedades de degradación de las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 11 ilustra la estructura de un componente de una composición según una realización descrita en esta solicitud.
La figura 12 ilustra gráficos de propiedades biológicas de composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 13(a) y 13(b) ilustran gráficos de propiedades biológicas de composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 14 ilustra gráficos de propiedades biológicas de composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 15 ilustra imágenes microscópicas de composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud. La figura 16 ilustra una imágenes microscópicas de un andamiaje según una realización descrita en esta solicitud. Las figuras 17(a)-17(d) ilustran gráficos de propiedades mecánicas de composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 18(a) y 18(b) ilustran una vista en perspectiva y una vista en sección, respectivamente, de un andamiaje según una realización descrita en esta solicitud.
Las figuras 19(a)-19(d) ilustran imágenes microscópicas de andamiajes según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 20(a)-20(c) ilustran gráficos de propiedades mecánicas de andamiajes según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 21(a)-21(d) ilustran imágenes de TC de defectos óseos tratados con andamiajes según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Las figuras 22(a) y 22(b) ilustran gráficos de propiedades de andamiajes según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
La figura 23 ilustra gráficos de propiedades de andamiajes según algunas realizaciones descritas en esta solicitud.
Descripción detallada
Las realizaciones descritas en esta solicitud se pueden entender más fácilmente con referencia a la siguiente descripción detallada, ejemplos y figuras. Sin embargo, los elementos, aparatos y procedimientos descritos en esta solicitud no se limitan a las realizaciones específicas presentadas en la descripción detallada, los ejemplos y las figuras. Debería reconocerse que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invención.
Además, debe entenderse que todos los intervalos descritos en esta solicitud abarcan todos y cada uno de los subintervalos incluidos en el mismo. Por ejemplo, se debería considerar que un intervalo establecido de "1,0 a 10,0" incluye todos y cada uno de los subintervalos que comienzan con un valor mínimo de 1,0 o más y terminan con un valor máximo de 10,0 o menos, por ejemplo, 1,0 a 5,3 o 4,7 a 10,0, o 3,6 a 7,9.
También se debe considerar que todos los intervalos descritos en esta solicitud incluyen los puntos finales del intervalo, a menos que se indique expresamente lo contrario. Por ejemplo, generalmente se debe considerar un intervalo de "entre 5 y 10" para incluir los puntos finales 5 y 10.
Además, cuando la frase "hasta" se usa en relación con un monto o cantidad, debe entenderse que el monto es al menos un monto o cantidad detectable. Por ejemplo, un material presente en un monto "hasta" un monto especificado puede estar presente desde un monto detectable y hasta el monto especificado inclusive.
I. Composiciones
En un aspecto, las composiciones se describen en esta solicitud. La composición comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico, como citrato de trietilo u otro éster metílico o etílico de ácido cítrico, con (ii) un poliol como un diol y (iii) un monómero que comprende un resto alquino y/o un resto azida. Los ejemplos no limitantes de polioles adecuados para su uso en algunas realizaciones descritas en esta solicitud incluyen alcanodioles alifáticos C2-C20, C2-C12 o C2-C6, incluidos a,w-n-alcanodioles o a,w-alquenodioles. Por ejemplo, en algunos casos, un poliol comprende 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,8-octanodiol, 1,10-decanodiol, 1,12-dodecanodiol, 1,16-hexadecanodiol o 1,20-icosanediol. También se pueden usar a,w-alcanodioles o a,w-alquenodioles ramificados. Además, un poliol también puede ser un diol aromático. Además, en algunas realizaciones, un poliol comprende un poli(etilenglicol) (PEG) o poli(propilenglicol) (PPG). Puede usarse cualquier PEG o PPG que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunas realizaciones, por ejemplo, un PEG o PPG tiene un peso molecular promedio en peso entre alrededor de 100 y alrededor de 5000 o entre alrededor de 200 y alrededor de 1000.
Además, en algunos casos, el poliol anterior puede reemplazarse al menos parcialmente por un alcohol que tiene solo un grupo hidroxilo o por una amina o una amida. Además, en algunos casos, el poliol puede reemplazarse al menos parcialmente por un polímero u oligómero que tiene uno o más grupos hidroxilo, amina o amida. Dicho polímero u oligómero, en algunos casos, puede ser un poliéster, poliéter o poliamida. Por lo tanto, en algunas realizaciones, una composición descrita en esta solicitud comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico con (ii) un alcohol, amina, amida, poliéster, poliéter o poliamida y (iii) un monómero que comprende un resto alquino y/o un resto azida.
En algunos casos, una composición comprende un polímero formado por uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o uno o más restos azida:
Figure imgf000006_0001
R1 , R2 y R3 son independientemente -H, -CH3, -CH2CH3, o M+;
R4 es -H;
R5 es -H, -OH, -OCH3, -OCH2CH3, -CH3, -CH2CH3, -NH2, NHCH3 , -CH2CH2NHCH3, -N(CH3)2 , o -CH2CH2N(CH2CH3)2 ;
Re es -H, -CH3 , o -CH2CH3, -(CH3)2 , o -(CH2CH3)2 ;
R7 es -H o -CH3 ;
Re es -(CH2)a-, -(CH2CH2O)b- o -(CH2OCH2)b-;
Rg es -H, -CH3 , o un alquilo C2-C20;
R10 es -H, -C(O)CH3 , o -C(O)CH2CH3 ;
R11 y R12 son independientemente -OH o -NH2 ;
M+ es un catión monovalente;
X e Y son independientemente -O- o -NH-;
Figure imgf000007_0001
Z es -H, -CHa , -(CH3)2 , -(CH2CH3)2 , o
a es un número entero de 0 a 20;
b es un número entero de 0 a 2000;
n es un número entero entre 1 y 2000; y
m y p son independientemente números enteros que van de 1 a 20; y
donde el monómero de Fórmula (B1) tiene al menos un extremo que comprende -OH o -NH2.
En algunas realizaciones, se usan uno o más monómeros de Fórmula (B1), y X es -O-. Así, en algunos casos, un monómero de Fórmula (B1) comprende
Figure imgf000007_0002
Además, en algunos casos, se usa un monómero de fórmula (B3), y R11 y R12 son cada uno -OH. En algunas realizaciones, un monómero de Fórmula (B3) comprende
Figure imgf000007_0003
Los monómeros de fórmula (A), (B1), (B2) y (B3) y los monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o azida pueden usarse en cualquier proporción que no sea incompatible con los objetivos de la presente descripción. Además, la alteración de las proporciones de los monómeros puede, en algunas realizaciones, alterar la biodegradabilidad, la resistencia mecánica y/u otras propiedades del polímero formado a partir de los monómeros. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1 o entre aproximadamente 1:5 y aproximadamente 5:1. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 4:1. En algunas realizaciones, la proporción es de aproximadamente 1:1. La proporción de un monómero que contiene alquino o azida a un monómero de fórmula (A), (B1), (B2) o (B3) puede estar entre aproximadamente 1:20 y 1:2 o entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 1:3.
Además, un producto de reacción descrito en esta solicitud, en algunos casos, es un producto de reacción de policondensación o polimerización por condensación del monómero o especie identificados. En algunas de tales realizaciones, el producto de reacción forma un copolímero alterno o un copolímero estadístico de los comonómeros. Además, como se describe más adelante en esta solicitud, las especies descritas anteriormente en esta solicitud también pueden formar grupos suspendidos o cadenas laterales de un copolímero. Un "monómero", para fines de referencia en esta solicitud, puede comprender una especie química que tiene al menos dos grupos funcionales o puntos de unión a un esqueleto polimérico, de modo que el monómero se puede usar, solo o en combinación con un tipo diferente de monómero, para proporcionar un producto de polimerización.
Además, debe entenderse que un "polímero" de una composición descrita en esta solicitud puede ser un polímero o un oligómero. Además, en algunos casos, un polímero de una composición descrita en esta solicitud también puede ser un prepolímero, donde un "prepolímero" puede referirse a una especie polimerizable de un peso molecular relativamente bajo que puede formar un polímero más grande o una red de polímero. Por lo tanto, en algunas realizaciones, un "polímero" de una composición descrita en esta solicitud tiene un peso molecular promedio en peso de menos de aproximadamente 5000, menos de aproximadamente 3000, menos de aproximadamente 2000, menos de aproximadamente 1000 o menos de aproximadamente 500. En otros casos, un polímero de una composición descrita en esta solicitud tiene un peso molecular promedio en peso superior a aproximadamente 1000, superior a aproximadamente 2000, superior a aproximadamente 3000 o superior a aproximadamente 5000. En algunos casos, un polímero de una composición descrita en esta solicitud tiene un peso molecular peso molecular medio en peso entre aproximadamente 500 y aproximadamente 10000, entre aproximadamente 500 y aproximadamente 5000, entre aproximadamente 1000 y aproximadamente 10000, o entre aproximadamente 2000 y aproximadamente 10000. Un polímero de una composición descrita en esta solicitud también puede tener otros pesos moleculares.
Además, un polímero "que contiene citrato" o "basado en citrato" puede referirse a un polímero formado al menos parcialmente a partir de un monómero de fórmula (A) y/o que contiene un resto que tiene la fórmula (A). Cuando un polímero comprende un resto de Fórmula (A), R 1 , R 2 y R 3 puede representar además un punto de unión al resto del polímero.
Además, en algunas realizaciones, un polímero de una composición descrita en esta solicitud se forma a partir de uno o más monómeros adicionales además de los mencionados anteriormente. Por ejemplo, en algunos casos, un polímero de una composición descrita en esta solicitud puede comprender el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico con (ii) un poliol, (iii) uno o más alquinos y /o azidas, y (iv) una amina, una amida o un isocianato. En tales casos, el poliol puede comprender cualquier poliol descrito anteriormente, y el éster de ácido cítrico puede comprender cualquier éster de ácido cítrico descrito anteriormente. Además, una amina, en algunas realizaciones, comprende una o más aminas primarias que tienen de dos a diez átomos de carbono. En otros casos, una amina comprende una o más aminas secundarias o terciarias que tienen de dos a quince átomos de carbono. Un isocianato, en algunas realizaciones, comprende un monoisocianato. En otros casos, un isocianato comprende un diisocianato tal como un diisocianato de alcano que tiene de cuatro a veinte átomos de carbono. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el polímero de una composición se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de fórmula (B1), (B2) o (B3); uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o uno o más restos azida; y uno o más monómeros de fórmula (C1), (C2), (C3) o (C4):
Figure imgf000008_0001
, donde
p es un número entero que va de 1 a 10.
Además, los monómeros de Fórmula (A), (B1), (B2), (B3), (C1), (C2), (C3) y (C4) y los monómeros que comprenden uno o más alquinos y/o azidas los restos pueden usarse en cualquier proporción que no sea incompatible con los objetivos de la presente descripción. Además, la alteración de las proporciones de los monómeros puede, en algunas realizaciones, alterar la biodegradabilidad, la resistencia mecánica y/u otras propiedades del polímero formado a partir de los monómeros. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1 o entre aproximadamente 1:5 y aproximadamente 5:1. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 4:1. En algunas realizaciones, la proporción es de aproximadamente 1:1. Además, en algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (C) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (C1), (C2), (C3) o (C4) es de aproximadamente 1:1. La proporción de un monómero que contiene alquino o azida a un monómero de fórmula (A), (B 1 ), (B2), (B3), (C1), (C2), (C3) o (C4) puede estar entre aproximadamente 1:20 y 1:2 o entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 1:3.
Además, en algunas realizaciones descritas en esta solicitud, un monómero de fórmula (B1), (B2) o (B3) se puede reemplazar por un alcohol que no tiene la fórmula de fórmula (B1), (B2) o (B3). Por ejemplo, en algunas realizaciones, se puede usar un alcohol insaturado o un poliol insaturado. Además, en algunos casos, un monómero de fórmula (C) puede reemplazarse al menos parcialmente por un aminoácido descrito en esta solicitud.
De manera similar, en otros casos, un polímero comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico con (ii) un poliol, (iii) uno o más alquinos y/o azidas, y (iv) un ácido policarboxílico tal como un ácido dicarboxílico o un equivalente funcional de un ácido policarboxílico, tal como un anhídrido cíclico o un cloruro de ácido de un ácido policarboxílico. En tales casos, el poliol puede comprender cualquier poliol descrito anteriormente, y el éster de ácido cítrico puede comprender cualquier éster de ácido cítrico descrito anteriormente. Además, el ácido policarboxílico o equivalente funcional del mismo puede ser saturado o insaturado. Por ejemplo, en algunos casos, el ácido policarboxílico o su equivalente funcional comprende ácido maleico, anhídrido maleico, ácido fumárico o cloruro de fumarilo. También se puede usar un ácido policarboxílico que contiene vinilo o un equivalente funcional del mismo, tal como ácido alilmalónico, cloruro alilmalónico, ácido itacónico o cloruro itacónico. Además, en algunos casos, el ácido policarboxílico o el equivalente funcional del mismo puede reemplazarse al menos parcialmente con un monómero que contiene olefina que puede ser o no un ácido policarboxílico. En algunas realizaciones, por ejemplo, un monómero que contiene olefina comprende un poliol insaturado tal como un diol que contiene vinilo. En algunos casos, un polímero de una composición descrita en esta solicitud se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o uno o más restos azida; y uno o más monómeros de Fórmula (D1) o (D2):
Figure imgf000009_0001
donde
R13 es -H, -CH3, o -CH2CH3.
Además, los monómeros de Fórmula (A), (B1), (B2), (B3), (D1) y (D2) y los monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o azida pueden usarse en cualquier proporción que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. Además, la alteración de las proporciones de los monómeros puede, en algunas realizaciones, alterar las propiedades mecánicas y/u otras propiedades del polímero formado a partir de los monómeros. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1 o entre aproximadamente 1:5 y aproximadamente 5:1. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 4:1. En algunos casos, la proporción es de aproximadamente 1:1. Además, en algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (D1) o monómero (D2) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (D1) o monómero (D2) es de aproximadamente 1:1. La proporción de un monómero que contiene alquino o azida a un monómero de Fórmula (A), (B1), (B2), (B3), (D1) o (D2) puede estar entre aproximadamente 1:20 y 1:2 o entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 1:3.
En aún otras realizaciones, el polímero de una composición descrita en esta solicitud comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico con (ii) un poliol, (iii) uno o más alquinos y/o azidas y (iv) un aminoácido tal como un alfa-aminoácido. Además, en algunos casos, un polímero descrito en esta solicitud comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico con (ii) un poliol, (iii) uno o más alquinos y/o azidas, (iv) un aminoácido, y (v) un isocianato tal como un diisocianato. Además, en algunos casos, se puede usar un anhídrido de ácido y/o un cloruro de ácido junto con el ácido cítrico, citrato o éster de ácido cítrico. El poliol puede ser cualquier poliol descrito anteriormente, el éster de ácido cítrico puede ser cualquier éster de ácido cítrico descrito anteriormente y el isocianato puede ser cualquier isocianato descrito anteriormente. Además, el anhídrido de ácido y/o el cloruro de ácido pueden incluir cualquier anhídrido de ácido y/o cloruro de ácido descrito anteriormente, incluidos, por ejemplo, un anhídrido de poliácido o un cloruro de poliácido.
Un alfa-aminoácido de un polímero descrito en esta solicitud, en algunas realizaciones, comprende un L-aminoácido, un D-aminoácido o un D,L-aminoácido. En algunos casos, un alfa-aminoácido comprende alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, glicina, glutamina, ácido glutámico, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, fenilalanina, serina, treonina, tirosina, triptófano, valina, o una combinación de los mismos. Además, en algunos casos, un alfa-aminoácido comprende un alfa-aminoácido sustituido con alquilo, como un aminoácido sustituido con metilo derivado de cualquiera de los 22 aminoácidos "estándar" o proteinogénicos, como la metilserina. Además, en algunos casos, un aminoácido forma un grupo suspendido o un grupo lateral del polímero de una composición descrita en esta solicitud. Tal grupo suspendido de aminoácido puede estar unido al esqueleto del polímero de cualquier manera que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. Por ejemplo, en algunos casos, el aminoácido se une al esqueleto a través de un enlace éster y/o amida entre el aminoácido y el resto citrato. Además, en algunos casos, el aminoácido forma un anillo de 6 miembros con el resto citrato. Sin pretender limitarse a la teoría, se cree que la formación de un anillo de 6 miembros descrito en esta solicitud puede proporcionar fluorescencia al polímero. Por lo tanto, en algunas realizaciones, el polímero de una composición descrita en esta solicitud puede ser un polímero fluorescente.
En algunos casos, el polímero de una composición descrita en esta solicitud se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o uno o más restos azida; y uno o más monómeros de Fórmula (E):
Figure imgf000010_0001
donde R 14 es una cadena lateral de aminoácido.
Además, los monómeros de fórmula (A), (B1), (B2), (B3) y (E) y los monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o azida se pueden usar en cualquier proporción que no sea incompatible con los objetivos. de la presente divulgación. Además, la alteración de las proporciones de los monómeros puede, en algunas realizaciones, alterar las propiedades mecánicas, de luminiscencia y/o de otro tipo del polímero formado a partir de los monómeros. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), monómero (B2) o monómero (B3) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1 o entre aproximadamente 1:5 y aproximadamente 5:1. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), monómero (B2) o monómero (B3) está entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 4:1. En algunos casos, la proporción es de aproximadamente 1:1. Además, en algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (E) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1. La proporción de un monómero que contiene alquino o azida a un monómero de fórmula (A), (B1), (B2), (B3) o (E) puede estar entre aproximadamente 1:20 y 1:2 o entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 1:3.
En otros casos, un polímero de una composición descrita en esta solicitud comprende el producto de reacción de (i) ácido cítrico, un citrato o un éster de ácido cítrico con (ii) un poliol, (iii) uno o más alquinos y/o azidas, y (iv) una especie que contiene catecol. El citrato o éster de ácido cítrico puede ser cualquier citrato o éster de ácido cítrico descrito anteriormente, tal como un éster metílico o etílico de ácido cítrico. De manera similar, el poliol puede ser cualquier poliol descrito anteriormente.
La especie que contiene catecol puede comprender cualquier especie que contiene catecol que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, una especie que contiene catecol utilizada para formar un polímero descrito en esta solicitud comprende al menos un resto que puede formar un enlace éster o amida con otra especie química utilizada para formar el polímero. Por ejemplo, en algunos casos, una especie que contiene catecol comprende un resto amina o un resto ácido carboxílico. Además, en algunos casos, una especie que contiene catecol comprende un resto hidroxilo que no forma parte del resto catecol. En algunas realizaciones, una especie que contiene catecol comprende dopamina. En otras realizaciones, una especie que contiene catecol comprende L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA) o D-3,4-dihidroxifenilalanina (D-DOPA). En algunos casos, una especie que contiene catecol comprende ácido 3,4-dihidroxihidrocinámico. Además, en algunas realizaciones, una especie que contiene catecol se acopla al esqueleto del polímero a través de un enlace amida. En otras realizaciones, una especie que contiene catecol se acopla al esqueleto del polímero a través de un enlace éster.
En algunos casos, un polímero de una composición descrita en esta solicitud se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o uno o más restos azida; y uno o más monómeros de Fórmula (F):
Figure imgf000010_0002
R15, R16, R17y R18 son independientemente -H, -CH 2 (CH 2 )xNH 2 , -CH2(CHR19)NH2 , o -CH 2 (CH 2 )xCOOH;
R19 es -COO o -(CH2)yCOO;
x es un número entero que va de 0 a 20; y
y es un número entero que va de 1 a 20.
Además, los monómeros de fórmula (A), (B1), (B2), (B3) y (F) y los monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o azida se pueden usar en cualquier proporción que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. Además, la alteración de las proporciones de los monómeros puede, en algunas realizaciones, alterar las propiedades mecánicas y/u otras propiedades del polímero formado a partir de los monómeros. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1 o entre aproximadamente 1:5 y aproximadamente 5:1. En algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (B1), (B2) o (B3) está entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 4:1. En algunos casos, la proporción es de aproximadamente 1:1. Además, en algunas realizaciones, la proporción de monómero (A) a monómero (F) está entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1. La proporción de un monómero que contiene alquino o azida a un monómero de fórmula (A), (B1), (B2), (B3) o (F) puede estar entre aproximadamente 1:20 y 1:2 o entre aproximadamente 1 :10 y aproximadamente 1:3.
Además, los monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o azida usados para formar un polímero descrito en esta solicitud pueden comprender cualquier especie química que contenga alquino y/o azida que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. Por ejemplo, en algunos casos, uno o más de dichos monómeros comprenden un poliol tal como un diol. Dicho monómero, en algunos casos, se puede incorporar al polímero a través de la reacción de uno o más restos hidroxilo del monómero con un resto carboxilo o ácido carboxílico de un monómero de fórmula (A) o de otro monómero que contiene carboxilo descrito en esta solicitud. Además, en algunos casos, dicho monómero se puede usar en lugar del monómero de fórmula (B1), (B2) o (B3). En otros casos, dicho monómero se usa junto con uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3). Además, tal monómero puede ser un diazido-diol (DAzD) o un alquino diol (AID).
En algunos casos, uno o más monómeros que comprenden uno o más restos azida comprenden un monómero de Fórmula (G1) o (G2):
Figure imgf000011_0001
R20 es -CH3 o -CH2CH3.
Además, en algunas realizaciones, uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino comprenden un monómero de Fórmula (H1), (H2), (H3), (H4), (H5) o (H6):
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000012_0001
R20 es -CH3 o -CH2CH3 ; y
X es -NH- o -O-.
Además, en algunas realizaciones, un polímero descrito en esta solicitud se puede funcionalizar con una especie bioactiva. En algunos casos, el polímero se forma a partir de un monómero adicional que comprende la especie bioactiva. Además, dicho monómero adicional puede comprender uno o más restos alquino y/o azida. Por ejemplo, en algunos casos, un polímero descrito en esta solicitud se forma a partir de uno o más monómeros que comprenden un péptido, polipéptido, ácido nucleico o polisacárido, donde el péptido, polipéptido, ácido nucleico o polisacárido se funcionaliza con uno o más restos alquino y/o azida. En algunos casos, la especie bioactiva de un polímero descrito en esta solicitud es un factor de crecimiento o una molécula de señalización. Además, un péptido puede comprender un dipéptido, tripéptido, tetrapéptido o un péptido más largo. Como se describe más adelante en esta solicitud, la formación de un polímero a partir de dicho monómero, en algunas realizaciones, puede proporcionar una funcionalidad biológica adicional a una composición descrita en esta solicitud.
Además, en algunas realizaciones, una composición comprende una pluralidad de polímeros descritos en esta solicitud. En algunos casos, los polímeros se seleccionan para que reaccionen entre sí a través de un esquema de reacción química clic. En algunos casos, por ejemplo, una composición descrita en esta solicitud comprende un primer polímero formado a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino; y además comprende un segundo polímero formado a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos azida. Por lo tanto, en algunas de tales realizaciones, una composición descrita en esta solicitud puede comprender un producto de cicloadición de azida-alquino, como un anillo de 1,4 o 1,5-triazol. De esta manera, un primer polímero y un segundo polímero de una composición descrita en esta solicitud pueden formar una red de polímero formando uno o más productos de cicloadición de azida-alquino para servir como enlaces reticulados de la red de polímero.
Tal red de polímero puede tener una alta densidad de reticulación. "Densidad de reticulación", para fines de referencia en esta solicitud, puede referirse al número de enlaces reticulados entre los esqueletos del polímero o el peso molecular entre los enlaces reticulados, calculado como se describe a continuación. Además, en algunas realizaciones, los enlaces reticulados de una red de polímero descrita en esta solicitud comprenden enlaces reticulados de productos de cicloadición de azida-alquino. Los enlaces reticulados también pueden incluir enlaces de éster formados por la esterificación o reacción de uno o más grupos carboxilo o ácido carboxílico suspendidos con uno o más grupos hidroxilo suspendidos de esqueletos poliméricos adyacentes. En algunas realizaciones, una red de polímero descrita en esta solicitud tiene una densidad de reticulación de al menos 500, al menos 1000, al menos 5000, al menos 7000, al menos 10 000, al menos 20 000 o al menos 30000 mol/m3. En algunos casos, la densidad de reticulación está entre aproximadamente 5000 y aproximadamente 40 000 o entre aproximadamente 10 000 y aproximadamente 40000 mol/m3.
También es posible formar una red de polímero utilizando un esquema de reacción de química clic que no necesariamente forma productos de cicloadición de azida-alquino. Por ejemplo, en algunos casos, uno o más monómeros que comprenden un resto alquino y/o azida descritos en esta solicitud pueden reemplazarse al menos parcialmente por uno o más monómeros que comprenden un resto diferente que puede participar en un esquema de reacción de química clic. Por ejemplo, en algunas realizaciones, un polímero o una red de polímero se forma a partir de la reacción de uno o más monómeros que comprenden un resto tiol con uno o más monómeros que comprenden un resto alqueno (o alquino) a través de una reacción clic de tiol-eno/ino. Tal reacción clic de tiol-eno/ino puede comprender la adición de un enlace S-H a través de un enlace doble o triple carbono-carbono mediante un mecanismo iónico o de radicales libres. Más generalmente, en algunos casos, un polímero descrito en esta solicitud se puede formar a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más primeros restos operables para participar en una reacción de química clic y/o uno o más segundos restos operables para participar en la misma reacción de química clic, donde los primeros y segundos restos difieren. Puede usarse cualquier reacción de química clic que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, la reacción química clic comprende una cicloadición [3+2] como una cicloadición de alquino-azida de Huisgen; una reacción de tiol-eno/ino; una reacción de Diels-Alder; una reacción de Diels-Alder de demanda inversa de electrones; una cicloadición [4+1] tal como la reacción de cicloadición de un isocianuro con una tetrazina; o una reacción de sustitución nucleófila que involucra un anillo sometido a tensión tal como un anillo epoxi o aziridina. Sin pretender limitarse a la teoría, se cree que el uso de un esquema de reacción de química clic para proporcionar reticulación en una red de polímero puede, en algunos casos, mejorar la resistencia mecánica de una red de polímero sin sacrificar los restos carboxilo de ácido cítrico suspendidos para otros fines, como la quelación de calcio con hidroxiapatita (HA).
Además, una red de polímero descrita en esta solicitud puede ser un hidrogel. Un hidrogel, en algunos casos, comprende una fase acuosa continua y una fase polimérica dispersa o discontinua. Además, en algunas realizaciones, una red de polímero reticulado descrita en esta solicitud no es soluble en agua.
Un polímero o una red de polímero descritos en esta solicitud, en algunos casos, también puede tener al menos un enlace de éster en el esqueleto del polímero. En algunos casos, un polímero tiene una pluralidad de enlaces de éster en el esqueleto del polímero, como al menos tres enlaces de éster, al menos cuatro enlaces de éster o al menos cinco enlaces de éster. En algunas realizaciones, un polímero descrito en esta solicitud tiene entre dos enlaces de éster y cincuenta enlaces de éster en el esqueleto del polímero. Además, los polímeros y las redes de polímeros que tienen una estructura descrita en esta solicitud, en algunos casos, pueden ser biodegradables. Un polímero o una red de polímero biodegradables, en algunas realizaciones, degrada in vivo a componentes no tóxicos que pueden eliminarse del cuerpo mediante procedimientos biológicos ordinarios. En algunas realizaciones, un polímero biodegradable degrada completamente o sustancialmente completamente in vivo en el transcurso de aproximadamente 90 días o menos, aproximadamente 60 días o menos, o aproximadamente 30 días o menos, donde el grado de degradación se basa en el porcentaje de pérdida de masa del polímero biodegradable, y donde la degradación completa corresponde al 100 % de pérdida de masa. Específicamente, la pérdida de masa se calcula comparando el peso inicial (W0) del polímero con el peso medido en un punto de tiempo predeterminado (Wt) (como 30 días), como se muestra en la Ecuación (1):
Figure imgf000013_0001
Además, un polímero o una red de polímero descritos en esta solicitud pueden estar presentes en una composición en cualquier monto que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, una composición comprende hasta aproximadamente el 95 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 90 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 80 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 60 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 50 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 40 por ciento en peso, o hasta aproximadamente el 30 por ciento en peso de polímero o red de polímero, basado en el peso total de la composición. En algunos casos, una composición descrita en esta solicitud comprende entre aproximadamente el 10 por ciento en peso y aproximadamente el 99 por ciento en peso, entre aproximadamente el 10 por ciento en peso y aproximadamente el 90 por ciento en peso, entre aproximadamente el 10 por ciento en peso y aproximadamente el 80 por ciento en peso, entre aproximadamente el 20 por ciento en peso y aproximadamente el 70 por ciento en peso, entre aproximadamente 30 por ciento en peso y aproximadamente 70 por ciento en peso, entre aproximadamente 30 por ciento en peso y aproximadamente 60 por ciento en peso, entre aproximadamente 50 por ciento en peso y aproximadamente 99 por ciento en peso, entre aproximadamente 50 por ciento en peso y aproximadamente 80 por ciento en peso, o entre aproximadamente 60 por ciento en peso y aproximadamente 90 por ciento en peso de polímero o red de polímero, basado en el peso total de la composición.
Las composiciones según la invención que comprenden una red de polímero comprenden además un material en partículas disperso en la red de polímero. Se puede utilizar cualquier material en partículas que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, el material en partículas comprende uno o más de hidroxiapatita, fosfato tricálcico, fosfato de calcio bifásico, biovidrio, cerámica, polvo de magnesio, aleación de magnesio y partículas de tejido óseo descelularizado. También se pueden usar otros materiales en partículas.
Además, un material en partículas descrito en esta solicitud puede tener cualquier tamaño de partícula y/o forma de partícula que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunas realizaciones, por ejemplo, un material en partículas tiene un tamaño de partícula promedio en al menos una dimensión de menos de aproximadamente 1000 pm, menos de aproximadamente 800 pm, menos de aproximadamente 500 pm, menos de aproximadamente 300 pm, menos de aproximadamente 100 pm, menos de aproximadamente 50 pm, menos de aproximadamente 30 pm o menos de aproximadamente 10 pm. En algunos casos, un material en partículas tiene un tamaño de partícula promedio en al menos una dimensión de menos de aproximadamente 1 pm, menos de aproximadamente 500 nm, menos de aproximadamente 300 nm, menos de aproximadamente 100 nm, menos de aproximadamente 50 nm o menos de aproximadamente 30 nm. En algunos casos, un material en partículas tiene un tamaño de partícula promedio mencionado en esta solicitud en dos o tres dimensiones. Además, un material en partículas puede estar formado por partículas sustancialmente esféricas, partículas en forma de placa, partículas en forma de aguja o una combinación de las mismas. También pueden usarse materiales en partículas que tengan otras formas.
Un material en partículas puede estar presente en una composición descrita en esta solicitud en cualquier monto que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. Por ejemplo, en algunos casos, una composición comprende hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 60 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 50 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 40 por ciento en peso o hasta aproximadamente el 30 por ciento en peso de material en partículas, basado en el peso total de la composición. En algunos casos, una composición comprende entre aproximadamente el 1 y aproximadamente el 70 por ciento en peso, entre aproximadamente el 10 y aproximadamente el 70 por ciento en peso, entre aproximadamente el 15 y aproximadamente el 60 por ciento en peso, entre aproximadamente el 25 y aproximadamente el 65 por ciento en peso, entre aproximadamente el 25 y aproximadamente el 50 por ciento en peso, entre aproximadamente el 30 y aproximadamente el 70 por ciento en peso, entre aproximadamente el 30 y aproximadamente el 50 por ciento en peso, entre aproximadamente el 40 y aproximadamente el 70 por ciento en peso, o entre aproximadamente el 50 y aproximadamente el 70 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición. Por ejemplo, en algunos casos, una composición que comprende una red de polímero descrita en esta solicitud comprende hasta aproximadamente el 65 por ciento en peso de hidroxiapatita.
Además, en algunas realizaciones, una composición descrita en esta solicitud puede comprender un gran monto de material en partículas, como un monto de hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso, incluso cuando los polímeros utilizados para formar la red de polímero tienen un peso molecular promedio en peso bajo, como un peso molecular promedio en peso de menos de aproximadamente 2000, menos de aproximadamente 1000 o menos de aproximadamente 500. Por ejemplo, en algunos casos, una composición descrita en esta solicitud comprende una red de polímero formada a partir de un polímero descrito en esta solicitud que tiene un peso molecular promedio en peso de menos de aproximadamente 2000, menos de aproximadamente 1000 o menos de aproximadamente 500, y comprende además partículas de hidroxiapatita dispersas en la red de polímero en una cantidad de hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso. Además, en algunos casos, la red de polímero no está reticulada o sustancialmente reticulada, excepto por cualquier reticulación que puedan proporcionar las partículas de hidroxiapatita.
Además, un material en partículas descrito en esta solicitud puede dispersarse en una red de polímero de cualquier manera que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunas realizaciones, por ejemplo, el material en partículas se mezcla o tritura en la red de polímero. Además, un material en partículas descrito en esta solicitud, en algunos casos, puede quelarse o unirse de otro modo mediante uno o más grupos funcionales suspendidos de la red de polímero. Por ejemplo, en algunos casos, una composición comprende partículas de hidroxiapatita dispersas en una red de polímero descrita en esta solicitud, donde la hidroxiapatita está quelada por uno o más grupos funcionales suspendidos de la red de polímero. En algunas realizaciones, uno o más restos carboxilo o uno o más restos citrato de la red de polímero quelan una o más porciones que contienen calcio de la hidroxiapatita.
Una red de polímero descrita en esta solicitud se puede preparar de cualquier manera que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, un procedimiento para hacer una red de polímero comprende mezclar y/o hacer reaccionar un primer polímero y un segundo polímero, comprendiendo el primer y segundo polímero cada uno un polímero de una composición descrita en esta solicitud. Además, los polímeros primero y segundo pueden comprender grupos funcionales complementarios para llevar a cabo una reacción de reticulación, incluso a través de un esquema de reacción de química clic. Por ejemplo, en algunos casos, el primer polímero comprende uno o más restos alquino, y el segundo polímero comprende uno o más restos azida. En algunos casos, el primer polímero se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino; y el segundo polímero se forma a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos azida. En tales casos, la red de polímero se puede formar haciendo reaccionar uno o más restos alquino del primer polímero con uno o más restos azida del segundo polímero para formar uno o más productos de cicloadición azida-alquino.
La reacción de los restos alquino y azida se puede llevar a cabo de cualquier manera que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunas realizaciones, hacer reaccionar los restos alquino y azida comprende calentar la mezcla del primer y segundo polímero a una temperatura suficiente para inducir una reacción de reticulación, tal como una temperatura de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 120 °C para inducir una reacción térmica de química clic o en reacción de esterificación. Los restos alquino y azida también se pueden hacer reaccionar proporcionando un catalizador a la mezcla, tal como un catalizador de metal. Un catalizador de metal adecuado para usar en algunas realizaciones descritas en esta solicitud puede incluir uno o más de cobre, rutenio y plata. En otros casos, no se usa un catalizador que contiene metal tal como un catalizador de cobre. Además, hacer reaccionar los restos alquino y azida del primer y segundo polímero descritos en esta solicitud puede comprender la inducción de una reacción de química clic entre los restos azida y alquino. Una reacción de química clic de este tipo puede ser una reacción térmica de química clic u otro tipo de reacción de química clic, como una cicloadición de alquino-azida promovida por tensión (SPAAC, por sus siglas en inglés) o una cicloadición de alquino-azida catalizada por cobre (CuAAC, por sus siglas en inglés). Además, llevar a cabo una reacción entre los restos alquino y azida de la manera descrita en esta solicitud puede formar una red de polímero reticulado, estando formadas las reticulaciones de la red por productos de reacción de cicloadición azida-alquino tales como anillos de 1,4- o 1,5-triazol. Además, en algunas realizaciones, el primer y/o el segundo polímero pueden comprender uno o más restos adicionales que pueden formar enlaces reticulados adicionales para proporcionar una red de polímero. Por ejemplo, en algunos casos, el primer polímero y/o el segundo polímero comprenden uno o más grupos de ácido carboxílico y/o grupos hidroxilo. En algunos de estos casos, se puede producir una reticulación adicional a través de la formación de uno o más enlaces de éster entre el ácido carboxílico y los grupos hidroxilo.
Además, en algunas realizaciones, un procedimiento para hacer una red de polímero descrito en esta solicitud comprende además funcionalizar la superficie de la red de polímero con una o más especies biofuncionales, como uno o más péptidos, polipéptidos, ácidos nucleicos y/o polisacáridos. Tal funcionalización puede llevarse a cabo de cualquier manera que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. Por ejemplo, en algunos casos, un procedimiento descrito en esta solicitud comprende además hacer reaccionar uno o más de un péptido, polipéptido, ácido nucleico y polisacárido con un resto alquino y/o azida suspendido en la red de polímero reticulado para proporcionar un enlace covalente entre la red de polímero reticulado y el péptido, polipéptido, ácido nucleico y/o polisacárido. En algunos casos, el péptido, polipéptido, ácido nucleico y/o polisacárido comprende un resto alquino o azida, y la formación de un enlace covalente se lleva a cabo mediante la inducción de una reacción de química clic adicional, como una reacción de cicloadición de alquino-azida promovida por tensión, entre uno o más restos alquino y/o azida de la red de polímero y uno o más restos alquino y/o azida del péptido, polipéptido, ácido nucleico y/o polisacárido. Tal reacción, en algunos casos, se puede llevar a cabo a 37 °C en un ambiente acuoso. Además, un péptido, polipéptido u otra especie biofuncional se puede modificar para que sea de tipo clic al hacer reaccionar el péptido, polipéptido u otra especie con un reactivo como el éster de N-hidroxisuccinimida Click-easy® BCN, comercialmente disponible de Berry & Associates.
En esta solicitud se han descrito varios componentes de composiciones. Debe entenderse que una composición según la presente divulgación puede comprender cualquier combinación de componentes y características que no sean incompatibles con los objetivos de la presente divulgación. Además, en algunas realizaciones, dicha combinación se puede seleccionar para proporcionar una composición que tenga cualquier biodegradabilidad, propiedad mecánica y/o funcionalidad química descrita en esta solicitud.
II. Implantes y dispositivos médicos
En otro aspecto, se describen implantes y dispositivos médicos en esta solicitud. En algunas realizaciones, un implante médico o dispositivo médico comprende o se forma a partir de una composición descrita anteriormente en la Sección I. Puede usarse cualquier composición descrita anteriormente en la Sección I. Además, en algunos casos, un implante médico descrito en esta solicitud comprende un andamiaje de ingeniería de tejidos. Un implante médico descrito en esta solicitud también puede comprender o formar una estructura de tejido blando, como un vaso sanguíneo, un tejido cardíaco, una válvula cardíaca, un ligamento, un tendón, un pulmón, una vejiga, piel, una tráquea o una uretra. Además, las composiciones descritas en esta solicitud también se pueden formar en microfibras o nanofibras que tienen un diámetro inferior a aproximadamente 1000 pm o inferior a aproximadamente 1000 nm, respectivamente.
En algunas realizaciones, una composición descrita en esta solicitud comprende un andamiaje polimérico bifásico. Un andamiaje "bifásico", para fines de referencia en esta solicitud, puede tener una estructura de dos componentes, tal como una estructura de núcleo-envoltura, donde los dos componentes tienen diferentes propiedades químicas y/o mecánicas. En algunos casos, por ejemplo, un andamiaje polimérico de núcleo-envoltura descrito en esta solicitud comprende un componente de núcleo que tiene una primera porosidad; y un componente de envoltura que rodea al componente de núcleo y que tiene una segunda porosidad, siendo la segunda porosidad diferente de la primera porosidad. Además, en algunas de tales realizaciones, el componente del núcleo exhibe una porosidad más alta que el componente de la cubierta. Por ejemplo, en algunos casos, la primera porosidad está entre alrededor del 30 % y alrededor del 99 % y la segunda porosidad está entre alrededor del 0 % y alrededor del 99 %. En algunas realizaciones, la primera porosidad está entre alrededor del 65 % y alrededor del 75 % y la segunda porosidad está entre alrededor del 0 % y alrededor del 50 % o entre alrededor del 5 % y alrededor del 50 %. Tal estructura de poros, en algunos casos, puede imitar la distribución bimodal del hueso esponjoso y cortical, respectivamente. También son posibles otras diferencias de porosidad entre la primera y la segunda porosidad. Además, en algunos casos, el componente de núcleo puede exhibir una porosidad más baja que el componente de envoltura. La porosidad de un componente polimérico se puede medir de cualquier manera que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, por ejemplo, la porosidad se mide determinando el volumen aparente de la muestra porosa y restando el volumen del material de la red de polímero. También se pueden utilizar otros procedimientos.
Además, el componente de núcleo y/o el componente de envoltura pueden exhibir cualquier intervalo de tamaños de poros que no sean incompatibles con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, por ejemplo, el componente de núcleo y/o el componente de envoltura exhiben un tamaño de poro promedio de alrededor de 800 nm a alrededor de 1000 pm. En algunas realizaciones, el componente de núcleo y/o el componente de envoltura exhibe un tamaño de poro promedio de alrededor de 1 pm a alrededor de 800 pm, alrededor de 5 pm a alrededor de 500 pm, alrededor de 10 pm a alrededor de 1000 pm, alrededor de 10 pm a alrededor de 100 pm, alrededor de 50 pm a alrededor de 500 pm, alrededor de 100 pm a alrededor de 1000 pm, alrededor de 100 pm a alrededor de 500 pm, o alrededor de 500 pm a alrededor de 1000 pm.
Además, debe entenderse que tanto el componente de núcleo como el componente de envoltura de un andamiaje de núcleo-envoltura descrito en esta solicitud pueden formarse a partir de una composición descrita anteriormente en la Sección I. Cualquier composición descrita anteriormente puede usarse para los componentes de núcleo y envoltura de un andamiaje. Por lo tanto, en algunos casos, el componente de núcleo comprende una primera red de polímero formada a partir de un polímero descrito anteriormente en la Sección I, y el componente de envoltura comprende una segunda red de polímero formada a partir de un polímero descrito anteriormente en la Sección I. Por ejemplo, en algunos casos, el componente de núcleo comprende una primera red de polímero formada a partir de uno o más monómeros de Fórmula (A) anterior; uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3) anteriores; uno o más monómeros que comprenden un resto alquino; y uno o más monómeros que comprenden un resto azida. El componente de envoltura de dicho andamiaje puede comprender una segunda red de polímero formada por uno o más monómeros de Fórmula (A); uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3); uno o más monómeros que comprenden un resto alquino; y uno o más monómeros que comprenden un resto azida. Los polímeros de la primera y la segunda red de polímero pueden tener una composición química igual o diferente.
De manera similar, en otras realizaciones, la primera red de polímero y/o la segunda red de polímero de un andamiaje descrito en esta solicitud comprende el producto de reacción de una amina, una amida o un isocianato con uno o más monómeros de Fórmula (A), uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3), y uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o restos azida. En algunos casos, la primera red de polímero y/o la segunda red de polímero comprenden el producto de reacción de un ácido policarboxílico o un equivalente funcional de un ácido policarboxílico con uno o más monómeros de Fórmula (A), uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2) o (B3), uno o más monómeros que comprenden un resto alquino y uno o más monómeros que comprenden un resto azida. La primera red de polímero y/o la segunda red de polímero de un andamiaje también pueden comprender el producto de reacción de un aminoácido con uno o más monómeros de Fórmula (A), uno o más monómeros de Fórmula (B1), (B2), o (B3), uno 0 más monómeros que comprenden un resto alquino y uno o más monómeros que comprenden un resto azida.
Además, en algunas realizaciones, una red de polímero de un andamiaje descrito en esta solicitud puede comprender una red de polímero compuesta, incluida una red de polímero compuesta descrita anteriormente en la Sección I. Por ejemplo, en algunos casos, un material inorgánico en partículas se dispersa dentro de la primera red de polímero y/o la segunda red de polímero. Puede usarse cualquier material inorgánico en partículas que no sea incompatible con los objetivos de la presente divulgación. En algunos casos, por ejemplo, el material inorgánico en partículas comprende hidroxiapatita. Además, como se describe anteriormente en la Sección I, un material inorgánico en partículas puede estar presente en una red de polímero en diversos montos. En algunos casos, por ejemplo, un material inorgánico en partículas está presente en la primera red de polímero y/o la segunda red de polímero de un andamiaje descrito en esta solicitud en un monto de hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso, basado en el peso total de la primera red de polímero y/o la segunda red de polímero, respectivamente.
Además, un andamiaje de núcleo-envoltura descrito en esta solicitud puede tener varias arquitecturas de núcleoenvoltura. En algunas realizaciones, por ejemplo, el componente de núcleo y el componente de envoltura son cilindros concéntricos. En algunos de estos casos, el diámetro del componente de núcleo es de aproximadamente el 1 por ciento a aproximadamente el 90 por ciento del diámetro del componente de envoltura. También son posibles otras relaciones de diámetros. Además, un andamiaje bifásico descrito en esta solicitud también puede tener otras estructuras, además de las estructuras de núcleo-envoltura de cilindros concéntricos.
Además, los andamiajes bifásicos descritos en esta solicitud, en algunos casos, pueden usarse para la reparación de defectos óseos segmentarios in vivo. Por ejemplo, en algunos casos, un compuesto de polímero-hidroxiapatita a base de citrato de un andamiaje puede proporcionar una superficie osteoconductora para la regeneración ósea y la integración de tejidos, mientras que el diseño de andamiaje bifásico puede imitar la organización jerárquica del hueso esponjoso y cortical. Específicamente, un diseño de andamiaje de este tipo, en algunos casos, puede proporcionar tanto la porosidad necesaria en la fase interna (o núcleo) para el crecimiento del tejido como la porosidad reducida en la fase externa (o envoltura) necesaria para satisfacer las demandas mecánicas para la reparación de grandes defectos óseos segmentarios. Por lo tanto, dichas composiciones, en algunas realizaciones, pueden simular tanto las propiedades arquitectónicas como de composición del tejido óseo nativo y también proporcionar un soporte estructural inmediato para defectos segmentarios grandes después de la implantación.
Por ejemplo, como se describe más adelante en esta solicitud, los andamiajes bifásicos descritos en esta solicitud se pueden usar in vivo para la reparación de defectos de radio segmentario de 10 mm en conejos. Dichos andamiajes también pueden exhibir una buena biocompatibilidad y una extensa osteointegración con el hueso huésped. Además, los andamiajes bifásicos descritos en esta solicitud, en algunos casos, mejoran significativamente la eficacia de la formación de hueso nuevo con densidades óseas más altas en las etapas iniciales después de la implantación. En comparación con algunos otros materiales, los andamiajes bifásicos descritos en esta solicitud también pueden exhibir una mayor resistencia a la flexión, crecimiento óseo interfacial y remodelación perióstica en puntos de tiempo tempranos después de la implantación, como puntos de tiempo antes de las 15 semanas. Por ejemplo, en algunos casos, un andamiaje descrito en esta solicitud presenta una tensión máxima de compresión entre aproximadamente 1 MPa y aproximadamente 45 MPa, entre aproximadamente 10 MPa y aproximadamente 45 MPa, entre aproximadamente 20 MPa y aproximadamente 45 MPa, entre aproximadamente 25 MPa y aproximadamente 45 MPa, o entre aproximadamente 30 MPa y aproximadamente 40 MPa, cuando se mide como se describe en esta solicitud. Además, debe entenderse que la resistencia a la compresión de cada parte de un andamiaje se puede controlar, al menos en parte, variando el espesor de la pared y/o la porosidad de la parte dada. Un andamiaje descrito en esta solicitud también puede exhibir un módulo inicial entre alrededor de 50 MPa y alrededor de 1500 MPa, entre alrededor de 100 MPa y alrededor de 1500 MPa, entre alrededor de 100 MPa y alrededor de 1000 MPa, entre alrededor de 300 MPa y alrededor de 1500 MPa, entre alrededor de 500 MPa y alrededor de 1500 MPa, entre alrededor de 500 MPa y alrededor de 1000 MPa, entre alrededor de 750 MPa y alrededor de 1500 MPa, o entre alrededor de 750 MPa y alrededor de 1250 MPa, cuando se mide como se describe en esta solicitud. Además, un andamiaje descrito en esta solicitud también puede exhibir una tensión máxima de compresión en la rotura entre aproximadamente el 2 % y aproximadamente el 5 %, entre aproximadamente el 2 % y aproximadamente el 4 %, o entre aproximadamente el 3 % y aproximadamente el 5 %, cuando se mide como se describe en esta solicitud.
Así, en otro aspecto, se describen en esta solicitud procedimientos para tratar un defecto óseo segmentario. En algunos casos, dicho procedimiento comprende disponer un andamiaje descrito en esta solicitud en el sitio del defecto óseo segmentario. Además, en algunos casos, un procedimiento para tratar un defecto óseo segmentario comprende además mantener el andamiaje en el sitio del defecto óseo segmentario durante hasta 15 semanas.
Algunas realizaciones descritas en esta solicitud se ilustran adicionalmente en los siguientes ejemplos no limitantes. En los ejemplos siguientes, se utilizará la siguiente nomenclatura. Los "elastómeros biodegradables a base de citrato" ("CABE") pueden incluir poli(citrato de 1,8-octanodiol) ("POC"), elastómeros de poliéster dopado con uretano reticulado ("CUPE"), poli(citrato de maleato de alquileno) ("PAMC"), y polímeros fotoluminiscentes biodegradables ("BPLP"). Un CABE "funcionalizado", "funcional" o "de tipo clic" puede referirse a un CABE que se ha modificado para incluir uno o más restos de tipo clic, como uno o más restos alquino o azida. "POC" se refiere a un polímero formado a partir de un monómero de Fórmula (A) y 1,8-octanodiol. Un POC funcionalizado (u otro polímero, como BPLP) puede indicarse con referencia al tipo de resto de tipo clic que contiene. Por ejemplo, "POC-N3" se refiere a un POC que se ha formado a partir de un monómero adicional que contiene azida. "POC-Al" se refiere a un POC que se ha formado a partir de un monómero adicional que contiene alquino. Una mezcla de POC funcionalizados de manera diferente puede denominarse POC-N3, Al (1/1), donde el (1/1) entre paréntesis indica que la mezcla consiste en una proporción de peso de 1/1 de POC-N3 a POC-Al. "CUPE" se refiere a un polímero formado a partir de la policondensación de un monómero de Fórmula (A), un monómero de Fórmula (B1), (B2) o (B3), un monómero de Fórmula (C) y, opcionalmente, un monómero de Fórmula (D1) o (D2). "PAMC" se refiere a un polímero formado a partir de la policondensación de un monómero de Fórmula (A), un monómero de Fórmula (B1), (B2) o (B3) y un monómero de Fórmula (D1) o (D2). "BPLP" se refiere a un polímero formado a partir de la policondensación de un monómero de Fórmula (A), un monómero de Fórmula (B1), (B2) o (B3) y un monómero de Fórmula (E). Además, "BPLP-Aaa" se refiere a un BPLP formado a partir de un aminoácido Aaa, de modo que "BPLP-Ser", por ejemplo, se refiere a un BPLP formado a partir de serina. Un CUPE, PAMC o BPLP "funcionalizado", "funcional" o "de tipo clic" se refiere a un polímero formado usando un monómero adicional que comprende uno o más restos de tipo clic, como uno o más restos alquino o azida. De manera similar, una especie química "funcionalizada" o "funcional", como un "diol funcional", se refiere a una especie química, como un diol, que comprende además un resto de tipo clic, como un resto alquino o azida. Además, un "prepolímero" puede referirse a un polímero u oligómero de bajo peso molecular descrito en esta solicitud.
Ejemplo 1
Composiciones poliméricas
Las composiciones según algunas realizaciones descritas en esta solicitud se prepararon como sigue. En general, se sintetizaron PLGA, PCL y copolímeros de los mismos con función clic a través de un procedimiento de dos etapas. En primer lugar, se transformó un diol funcional en un carbonato cíclico de seis miembros mediante la reacción con cloroformiato de etilo, utilizando trietilamina (TEA) como catalizador. A continuación, los monómeros de carbonato funcional se copolimerizaron con láctido (LA), glicólido (GA) o épsilon-caprolactona (s-PL) mediante polimerización por apertura de anillo. La figura 1 ilustra un esquema de reacción para tal síntesis en dos etapas de PLGA funcional, PCL y copolímeros de los mismos. Las realizaciones descritas en este párrafo e ilustradas en la figura 1 no están dentro del alcance de la invención.
Los POC, CUPE, PAMC, BPLP funcionalizados y poli(sebacato de glicerol) (PGS) funcionalizados se sintetizaron a través de una copolicondensación de una sola etapa de monómeros multicarboxílicos (como los monómeros que contienen citrato), dioles funcionales (de tipo clic) y dioles alifáticos. La figura 2(a) representa un esquema para sintetizar prepolímeros que incluyen grupos alquino o grupos azida. La figura 2(b) ilustra un esquema para formar un elastómero reticulado a partir de los prepolímeros. Al introducir dioles funcionales de azida y alquino, se pueden sintetizar prepolímeros de POC con funcionalidad de azida (pre-POC-N3) y alquino (pre-POC-Al), como se muestra en la figura 2(a). Los prepolímeros de POC-N3 y de POC-Al pueden mezclarse y reticularse mediante un procedimiento de cicloadición de azida-alquino (CuAAC) catalizado con cobre, o calentarse para inducir un procedimiento de reticulación térmica sin cobre. En el procedimiento de reticulación térmica, se produce una reacción de clic térmica entre los grupos azida y alquino. Además, la esterificación entre los grupos suspendidos -COOH y -OH de las cadenas de prepolímero POC-N3 y POC-Al también pueden tener lugar simultáneamente para formar elastómeros de clic POC (esterificación y reacción de clic térmica) reticulados binarios térmicos sincrónicos (TSB) a través de un procedimiento de pospolimerización de una sola etapa, como se muestra en la figura 2(b).
Además, los grupos azida residuales en la superficie del polímero de clic POC reticulado pueden habilitar una ruta conveniente para la conjugación de biomoléculas mediante otra reacción de clic sin cobre, la cicloadición de alquinoazida promovida por tensión (SPAAC). El péptido mimético de colágeno p15, que puede promover eficazmente la adhesión y proliferación de células endoteliales (EC, por sus siglas en inglés), se puede conjugar con películas elastoméricas de clic POC y andamiajes a través de SPAAC (figura 2(b)).
Como se describió anteriormente, los prepolímeros POC funcionales con azida (pre-POC-N3) o alquino (pre-POC-Al) se pueden sintetizar mediante copolicondensación de ácido cítrico (CA), 1,8-octanodiol (OD) y dioles con funcionalidad azida o alquino (diazido-diol [DAzD] o alquino-diol [AID] en la figura 2(a)). La introducción satisfactoria de grupos azida 0 alquino en los prepolímeros puede demostrarse mediante espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) y resonancia magnética nuclear (RMN), como indica la aparición del pico de absorción IR característico del grupo azida (2100 cm-1 en FTIR) o el pico 1H-NMR de los protones en el grupo -CH 2 - junto a los grupos alquino (alrededor de 4,5 ppm en 1H-RMN). Las intensidades de ambos picos se pueden mejorar con proporciones de alimentación de diol funcional a monómero OD aumentadas. Para fines de nomenclatura, la relación de alimentación se puede denotar de la siguiente manera: POC-N3-x o POC-Al-x (x = 1,2 o 3), donde "x" representa la proporción de DAzD o AID a OD. Específicamente, para un valor dado de x, la proporción de DAzD o AID a OD es x/10.
La estabilidad térmica de los grupos azida se evaluó calentando prepolímeros POC-N 3-1 (la proporción molar de CA:OD:DAzD fue 1:1:0,1) a 80, 100 o 120 °C durante diferentes periodos de tiempo. Los espectros FTIR de las películas POC-N3-1 obtenidas se muestran en la figura 3(a). Puede verse que el pico de absorción infrarrojo característico del grupo azida a 2100 cm-1 permanece sin cambios después de calentar a 80 o 100 °C durante 1, 2 o incluso 3 días, pero disminuyó después de calentar a 120 °C durante 3 días, lo que indica que el grupo azida puede mantener su estabilidad y reactividad a 80 y 100 °C. En otro estudio, una mezcla de igual peso de prepolímeros POC-N 3-1 y POC-Al-1 se calentó a 80 o 100 °C durante diferentes duraciones. A partir de los espectros FTIR de las películas POC de tipo clic, como se muestra en la figura 3(b), la intensidad del pico de absorción de azida a 2100 cm-1 permaneció sin cambios después de calentar a 80 °C durante un máximo de 4 días, pero disminuyó rápidamente después de calentar a 100 °C durante 1,2 o 3 días, lo que sugiere que 100 °C es una temperatura adecuada para la reacción de clic térmica.
La densidad de reticulación de los polímeros y las redes de polímeros descritas en esta solicitud también podría controlarse variando los tiempos de reticulación y las proporciones de prepolímero de tipo clic (pre-POC-N3-x/pre-POC-Al-y (x, y = 1, 2 o 3)). En algunos casos, algunos grupos azida se conservaron después de completar la reticulación de tipo clic (figura 4) para una mayor bioconjugación porque cada molécula DAzD contiene dos grupos azida, mientras que cada molécula AID contiene solo un grupo alquino (figura 2(a)).
Las propiedades térmicas de la película de POC (100 °C, 3d) y una serie de películas de clic de POC (100 °C, 3 d, figura 3(b)) fabricadas calentando las mezclas de igual peso de prepolímeros POC-N 3 -x y POC-Al-x (x = 1, 2 o 3) también se caracterizaron mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis termogravimétrico (TGA). Las curvas DSC en la figura 3(c) indicaron temperaturas aparentes de transición vítrea (Tg) para todos los polímeros. El aumento de la cantidad de restos de tipo clic en la película de polímero reticulado resultó en un rápido aumento de Tg , posiblemente debido a la formación de anillos de triazol rígidos por las reacciones de clic térmicas. Las curvas de TGA (figura 3(d)) mostraron que todos los polímeros eran relativamente estables, con temperaturas de descomposición térmica (Tg) superiores a 218°C. POC mostró una Tg de 241,6°C. El homopolímero POC-Al-3 tuvo la Tg más alta, el homopolímero POC-N 3 -3 tuvo la Tg más baja, y los valores Tg de los polímeros POC de tipo clic estaban en el medio.
La humectabilidad de la serie de polímeros POC de tipo clic se evaluó mediante pruebas de ángulo de contacto de agua en aire usando POC y PLLA como controles. Los resultados se muestran en la figura 5. POC-clic1 y POC-clic2 mostraron una humectabilidad similar a la del POC, especialmente después de 30 minutos de contacto con el agua. Aunque el ángulo de contacto de POC-clic3 era incluso mayor que el PLLA inicialmente, se volvió mucho más bajo que el de PLLA después de 30 minutos, evidencia de la naturaleza hidrófila de los esqueletos de POC.
Las propiedades mecánicas de los polímeros POC y POC-clic se muestran en las figuras 6(a)-6(h). Las tensiones de tracción de ambas películas de polímero POC-N3-x, Al-x (1/1) y POC-N3-x, Al-x (1/2) (x=1, 2 o 3) eran 10-40 MPa más altas que las de POC (5 MPa), y 10-20 MPa más altas que las películas de homopolímero POC-N3-x y POC-Al-x correspondientes (figura 6(a)). La figura 7 proporciona un resumen de la densidad de reticulación (N) y algunas propiedades mecánicas de varios polímeros. Todas las películas reticuladas se obtuvieron calentando a 100 °C durante 3 días. Las propiedades mecánicas para otras composiciones se ilustran en la figura 8. Específicamente, la figura 8 proporciona propiedades para polímeros reticulados POC-clic TSB hechos de mezclas de POC-N3-x y POC-Al-y (x, y=1, 2 o 3 y x t y) con diferentes proporciones de peso. Los alargamientos de las películas rondan el 200-300 % excepto el de POC-N 3 - 3 , Al-3 (1/1) y pOc -N3-3, Al-3 (1/2), que son todos inferiores al 100 %, con una correlación inversa global respecto a la densidad de reticulación (figura 6(c) y figura 7). POC-N 3 - 1 , Al-1 (1/1) y POC-N 3 - 2 , Al-2 (1/1) todos mostraron propiedades elastoméricas similares a POC (figura 6(d)). Aunque la curva tensión-deformación de POC-N 3 - 3 , Al-3 (1/1) tuvo un punto de fluencia (figura 6(d)) que es característico de los polímeros plásticos, después de sumergir el material en PBS durante aproximadamente 24 h, el mismo polímero mostró características elastoméricas (figura 6(e)), lo que indica que POC-N3-3, Al-3 (1/1) aún puede servir como injerto elastomérico in vivo (condiciones húmedas). La resistencia mecánica en húmedo de POC-clic fue incluso mejor que la de CUPE. Cuando el tiempo de reticulación se aumentó de 0,5 días a 3 días, las tensiones de tracción y el módulo de Young de los polímeros POC-clic mostraron un aumento continuo, especialmente para POC-N 3 - 1 , Al-1 (1/1) y POC-N 3 - 2 , Al-2 (1/1), mientras que POC solo mostró una mejora muy limitada durante este período de tiempo (figuras 6(f) y 6(g)). El alargamiento de las películas de polímero no mostró cambios significativos cuando se varió el tiempo de reticulación (figura 6(h)), excepto en el caso de POC-N3- 3 , Al-3 (1/1). La investigación anterior sugirió que la introducción de la reacción de clic podría mejorar significativamente la resistencia mecánica del polímero de clic de POC reticulado con TSB. La versatilidad de este procedimiento se evidencia aún más por la mayor resistencia mecánica del CUPE reticulado después de la introducción de una reacción de clic térmica para formar películas de polímero CUPE de clic (figura 9).
Los comportamientos de degradación in vitro e in vivo de diferentes polímeros se muestran en las figuras 10(a) y 10(b). Los polímeros POC-clic se degradaron más lentamente que el POC en solución de NaOH 0,05 M con una degradación del 100 % de POC y POC-clic1, pero solo alrededor del 80 % de degradación de POC-clic3 después de 12 horas de incubación. Las tasas de degradación disminuyeron a medida que aumentaba la densidad de reticulación (figura 10(a)). Se encontró una tendencia similar con el aumento del tiempo de reticulación de 1 día a 3 días (figura 10(b)). Las curvas de degradación de POC-clic3, POC y CUPE en PBS (pH 7,4) se muestran en la figura 10(c). Durante las primeras 12 semanas, POC-clic3 demostró una pérdida de masa de no más del 5 %, mientras que POC perdió alrededor del 25 % de su masa inicial. Después de la semana 12, POC-clic3 entró en un período de degradación relativamente rápido y la pérdida de masa de los polímeros alcanzó la de POC en la semana 32. POC-clic3 y POC se degradaron por completo a las 34 semanas, mientras que no se degradó más del 40 % de CUPE. Sin pretender limitarse a la teoría, se cree que el fenómeno de degradación "primero lento, luego rápido" de POC-clic3 puede explicarse en términos de su estructura química (figura 11). Tanto los enlaces de éster como los anillos de triazol existían en las películas POC-clic3 reticuladas con TSB, y los enlaces de éster se degradaron mucho más rápido que los anillos de triazol. Inicialmente, POC-clic3 se degradó mucho más lentamente que POC debido a la existencia de anillos de trizol en la red POC-clic 3. Una vez que se hidrolizaron todos los enlaces de éster que rodeaban a DAzD (en el círculo de la figura 11), los puntos de reticulación de DAzD se destruyeron por completo. Junto con la destrucción de los puntos reticulación de DAzD, la tasa de degradación de POC-clic3 se volvió incluso más rápida que la de POC, lo que permitió que la pérdida de masa de POC-clic3 alcanzara finalmente a la de POC. Estas propiedades de degradación de los polímeros POC-clic son favorables para muchas aplicaciones biomédicas, como la ingeniería de tejidos, debido a la buena conservación de la resistencia mecánica en el período inicial después de la implantación antes de que se regeneren los tejidos.
Después de 20 semanas de implantación subcutánea en la espalda de ratas Sprague Dawley (SD), la pérdida de masa de POC-clic1, POC-clic3, POC y PLLA fue del 6,28 %, 3,28 %, 9,54 % y 5,71 % respectivamente (figura 10(d)).
La citocompatibilidad de los polímeros POC-clic se evaluó mediante un ensayo de metil tetrazolio (MTT) frente a células de fibroblastos 3T3. POC y PLLA se usaron como controles. Los resultados de MTT se muestran en la figura 12. Aunque las células no proliferaron en polímeros POC-clic y POC así como en PLLA, mostraron un patrón de crecimiento similar. También se encontró que la proliferación de células 3T3 en polímeros POC-clic era mejor que en POC. El resultado de MTT sugirió que la introducción de restos de clic en elastómeros de poliéster no reduce la citocompatibilidad de los polímeros así obtenidos.
La respuesta a cuerpos extraños se evaluó mediante la implantación subcutánea de películas POC-clic1 y POC-clic3 en ratas SD con POC y PLLA como controles. Todas las muestras implantadas durante una semana produjeron una ligera respuesta inflamatoria aguda, un procedimiento general esperado y consistente con la introducción de un material extraño en el cuerpo, que puede confirmarse por la aparición de leucocitos y macrófagos (tinción H & E) así como células positivas para CD11b (tinción de CD11b) en los tejidos que rodean las películas de polímero. Los resultados del conteo de células se muestran en las figuras 13(a) y 13(b). Todavía podían observarse pocos macrófagos y células CD11b positivas en los tejidos circundantes después de 4 semanas de implantación, pero el número de células era mucho menor que después de una semana de implantación. Después de 12 semanas de implantación, la mayoría de las células que rodeaban las muestras eran células de fibroblastos y la densidad celular también disminuyó. Rara vez se observaron células CD11 b positivas después de 12 semanas, lo que indica que no se produjo ninguna reacción inflamatoria crónica. La respuesta inflamatoria leve sugirió que los polímeros POC-clic y sus productos de degradación eran tan citocompatibles como POC y PLLA, lo que indica además que la introducción de restos de clic no compromete la biocompatibilidad de los polímeros así obtenidos.
Como se describió anteriormente, los grupos azida residuales en los polímeros POC-clic proporcionaron una conjugación conveniente de moléculas bioactivas a la superficie de las películas o andamiajes de POC-clic a través de una segunda reacción de clic sin cobre, SPAAC (figura 2 (b)). Como ejemplo, el péptido mimético de colágeno p15 se conjugó en la superficie de la película POC-clic3 mediante SPAAC, y también se investigó la viabilidad/proliferación de las células endoteliales de la vena umbilical humana (HUVEC) en las películas POC-clic3-p15. La conjugación exitosa de p15 en la superficie de la película POC-clic3 se confirmó negativamente por la disminución del pico de absorción de azida (2100 cm-1) tras la conjugación de p15 en los espectros FTIR de las películas, y positivamente por la aparición del pico característico del grupo guanidina en las curvas UV-vis de las películas tras la reacción de Sakaguchi (para la cuantificación, cada molécula de p15 contiene un grupo guanidina). El efecto de la conjugación de p15 sobre las propiedades de proliferación de HUVEC se investigó mediante el ensayo MTT, el ensayo Live/Dead y SEM, usando películas POC-clic3 no tratadas como control. Los resultados se muestran en la figura 14 y la figura 15. A partir del resultado MTT (figura 14), se pudo ver que con la misma densidad de siembra (5000 células/pozo), el número inicial de células HUVEC (día 1) en POC-clic3 conjugado con p15 (POC-clic3-p15) fue superior a la de las películas POC-clic3 no tratadas. Después de la adhesión celular inicial, la tasa de proliferación de HUVEC en las películas POC-clic3-p15 fue obviamente más rápida que en las películas POC-clic3 no tratadas. La densidad de células HUVEC en las películas POC-clic3-p15 en el día 7 casi se duplicó en comparación con los datos de las películas POC-clic3. Las imágenes Live/Dead (figura 15) muestran la misma tendencia de crecimiento. Tanto las imágenes del ensayo Live/Dead como las imágenes SEM (figura 15) mostraron la morfología de adoquines característica de las células vivas. Se encontraron pocas células muertas en las imágenes Live/Dead. El número de células HUVEC muertas en las películas POC-clic3-p15 fue menor que en las películas POC-clic3 (figura 14). Los resultados de proliferación de células HUVEC mostraron que la conjugación de p15 en superficies POC-clic3 podría promover la adhesión y proliferación de células HUVEC.
Para evaluar más a fondo los polímeros POC-clic para la ingeniería de tejidos, especialmente para aplicaciones de injertos vasculares de ingeniería de tejidos (TEVG), se eligió POC-clic3 como representante para moldearlo en un andamiaje trifásico tubular (TTS). Las propiedades mecánicas del andamiaje se probaron y compararon con los TTS formados a partir de POC y CUPE. Además, también se llevó a cabo la conjugación de p15 en la superficie interna de POC-clic3 TTS.
El TTS estaba compuesto por una superficie rugosa del lumen interior, una capa intermedia de material de andamiaje poroso con un tamaño de poro de 1-20 pm y una capa exterior de andamiaje poroso con un tamaño de poro de 150­ 250 pm. Este diseño correspondía a la microestructura de los vasos nativos. Una superficie rugosa es más favorable para el crecimiento de células endoteliales, y un tamaño de poro de 1-20 pm es preferible para la compartimentación de células endoteliales y células de músculo liso que simulan la lámina elástica en vasos nativos. Un tamaño de poro de 150-250 pm es adecuado para el crecimiento de fibroblastos y la formación de matriz extracelular (ECM).
La figura 16 ilustra una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) del POC-clic3 TTS. Las figuras 17(a)-17(d) ilustran algunas propiedades mecánicas del TTS. La resistencia a la tracción y el módulo de Young de POC-clic3 TTS (alrededor de 5 y 17 MPa respectivamente) en tensión uniaxial fueron mucho más altos que para un POC TTS (~1 y 1,2 MPa respectivamente), e incluso un poco más altos que para un CUPE TTS (~3,8 y 4 MPa respectivamente), lo que indica que el andamiaje poroso POC-clic3 es lo suficientemente fuerte como para usarse como injerto vascular. La presión de estallido de POC-clic3 TTS fue de alrededor de 5000 mm Hg, que es más alta que la de POC paralelo (menos de 1000 mm Hg) y CUPE (alrededor de 3500 mm Hg) TTS, y también más alta que la de venas safenas y arterias mamarias (1599 ± 877 y 4225 ± 1368 mm Hg respectivamente), que actualmente se utilizan como el "test de referencia" de las prótesis vasculares. Al ajustar el grosor y las porosidades de los componentes TTS de POC-clic3, se podría igualar la presión de estallido de un vaso objetivo.
Para la implantación, además de la presión de estallido adecuada, también es deseable que se suture un conducto tal como un TTS. El valor de la fuerza de retención de la sutura de POC-clic3 TTS fue de alrededor de 3,75 N, que es más alto que los controles de POC TTS (~0,75 N) y CUPE TTS (~3,0 N), y también significativamente más alto que el valor informado de 1,20 ± 0,23 N necesario para suturar el injerto vascular arterial.
A través de SPAAC, p15 se conjugó en la superficie de la capa interior de POC-clic3 TTS, confirmado negativamente por el cambio de espectros FTIR y positivamente por el cambio de espectros UV-vis de las capas interiores después de la reacción de Sakaguchi. Sin pretender limitarse a la teoría, se cree que la existencia de poros puede disminuir la densidad de los grupos funcionales (aquí, grupos azida) en la superficie del andamiaje POC-clic, pero no debería tener un efecto significativo en la reactividad de los grupos funcionales, lo que permite que las moléculas bioactivas se conjuguen fácilmente a la superficie.
Aunque se describe en detalle en este ejemplo principalmente para elastómeros a base de POC, se debe entender que también pueden usarse otros polímeros elastoméricos a base de citrato (como PAMC, CUPE y BPLP), así como otros polímeros elastoméricos (como PCL y PGS). Los bioelastómeros proporcionados en esta solicitud se pueden usar en aplicaciones biomédicas, como ingeniería de tejidos, administración de fármacos, dispositivos de fijación ortopédica (como tornillos, placas y pasadores para huesos) y otros implantes médicos. Además, los bioelastómeros proporcionados en esta solicitud, como los elastómeros biodegradables POC-clic, se pueden usar para formar compuestos directamente con HA para formar una masilla ósea biodegradable para la regeneración ósea. A continuación se proporcionan detalles experimentales adicionales.
Materiales
2,2-bis(azidometil)propano-1,3-diol (monómero de diazido-diol, DAzD) se sintetizó como se describe en Zhang et al., Macromolecules 2011, 44, 1755-1759, y Xu et al., Macromolecules 2011, 44, 2660-2667. Propargil 2,2-bis(hidroxilmetil)propionato (monómero de alquino-diol, AID) se sintetizó de acuerdo con Lu et al., J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2007, 45, 3204-3217, y Shi et al., Biomaterials 2008, 29, 1118-1126. La síntesis de otros monómeros de diol con funcionalidad azida/alquino descritos en esta solicitud se proporciona a continuación. Los procedimientos de síntesis y purificación de 2-(azidometil)-2-metilpropano-1,3-diol y 2-(azidometil)-2-etilpropano-1,3-diol son los mismos que los de DAzD. El péptido p15 (NH 2 -Gly-Thr-Pro-Gly-Pro-Gln-Gly-Ile-Ala-Gly-Gln-Arg-Gly-Val-Val-CONH 2 ) se adquirió de United Peptide Corp. (Rockville, mD). El éster I de N-hidroxisuccinimida Click-easy® BCN (usado para SPAAC) se adquirió de Berry & Associates, Inc. Todos los demás reactivos eran de Sigma-Aldrich y se usaron sin purificación adicional.
Medidas generales
Los espectros 1H-RMN de los prepolímeros se registraron en un espectrómetro JNM ECS 300 (JEOL, Tokio, Japón) en DMSO<k Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier de reflexión total atenuada (ATR-FTIR) se midieron con un espectrómetro Nicolet 6700 FTIR usando películas de prepolímero en solución de 1,4-dioxano o películas de polímero reticulado directamente. La morfología de los andamiajes tubulares se observó por SEM (Hitachi 3500 N, EPIC). Los espectros UV-vis se registraron utilizando un espectrómetro UV-2450 (Shimadzu, Japón) con una resolución de longitud de onda mínima de 0,2 nm.
Síntesis de polímeros y realización de películas
El POC se sintetizó de acuerdo con Yang et al., Adv. Mater. 2004, 16, 511-516; Yang et al., Biomateríals 2006, 27, 1889-1898; Dey et al., Biomateríals 2008, 29, 4637-4649; Dey et al., J. Biomed. Mater. Res. A 2010, 95A, 361-370; y Yang et al., Tissue Eng. 2005, 11, 1876-1886. Brevemente, se fundió una mezcla de ácido cítrico (CA) y 1,8-octanodiol (OD) (la proporción molar de CA:OD era 1:1,1) a 160 °C durante aproximadamente 20 min. Luego, la temperatura se redujo a 140 °C y la reacción continuó durante aproximadamente ~1 hora más hasta que la barra de agitación se contrajo a una velocidad de agitación de 60 rpm. El producto bruto se purificó precipitando la solución de oligómero/1,4-dioxano en agua seguido de liofilización. 1H RMN (300 MHz; DMSO-ds; 5, ppm) de pre-POC: 1,15 (s, -OCH2CH2(CH2)4- de OD), 1,50 (s,-OCH 2 CH 2 -), 2,50-2,90 (m, -OCO-CH 2 -C(OH)(COO-)-de CA), 3,60 (br, -CH 2 -OH de OD), 3.90-4.05 (br, -COOCH 2 - de OD). FTIR de pre-POC (película delgada, cm-1): 1733 (COOR).
El prepolímero de POC se polimerizó posteriormente calentándolo en un horno a 100 °C durante 3 días para crear una película de POC. En este procedimiento, se reticularon parte de los grupos -COOH y -OH del pre-POC que no reaccionaron. Además, también se prepararon muestras POC con tiempos de reticulación de 1 o 2 días manteniendo la temperatura sin cambios. FTIR de película POC (cm-1): 1735 (COOR).
POC-clic
Prepolímeros POC funcionales con azida (POC-N 3 ) o alquino (POC-Al) se sintetizaron mediante la copolimerización de CA, OD y dioles funcionales azida o alquino (DAzD o AID en la figura 2(a)). Después de fundir la mezcla de CA y OD a 160 °C, la temperatura de reacción se redujo a 120 °C, seguido de la adición de monómero funcional (DAzD o AID). Luego se continuó la reacción a 120 °C con purga de nitrógeno usando un tapón de ventilación hasta que la barra de agitación se contrajo a 60 rpm. Las reacciones a menudo tardaron más de 2 horas. Los procedimientos de purificación son los mismos que los del prepolímero POC. Para las series POC-N 3 , las proporciones molares de CA:OD:DAzD para los prepolímeros POC-N 3 - 1 , POC-N 3 -2 y POC-N 3 -3 fueron 1:1:0,1, 1:0,9:0,2 y 1:0,8:0,3, respectivamente. 1H RMN (300 MHz; DMSO-ds; 5, ppm) de pre-POC-N3: 1,15 (s, - OCH2CH2(CH2)4- de OD), 1,50 (s, -OCH 2 CH 2 -), 2,60-2,90 (m, -OCO-CH 2 -C(OH) (COO-)-de CA), 3,20-3,50 (br, -CH 2 -N 3 de DAzD, -CH 2 -OH de OD y DAzD), 3.80-4.05 (br, -COOCH 2 - de OD y DAzD). FTIR de pre-POC-N3 (película delgada, cm-1): 2109 (-N 3 , fuerte), 1735 (COOR). De manera similar, para la serie POC-A1, las proporciones de monómeros de CA:OD:AlD para los prepolímeros POC-Al-1, POC-Al-2 y POC-Al-3 también fueron 1:1:0,1, 1:0,9 :0.2 y 1:0.8:0.3, respectivamente. 1H-RMN (300 MHz; DMSO-ds; 5, ppm) de pre-POC-Al: 1,05 (s, CH 3 - de AID), 1,20 (s, - OCH2CH2(CH2)4- de OD), 1,55 (s, -OCH 2 CH 2 - de OD), 2.60-2.90 (m, -OCO-CH 2 -C(OH)(COO-)- de CA), 3,20-3,65 (br, -CH 2 -OH de OD y AID, -C=CH de AID), 3.85-4.15 (br, -COOCH 2 - de OD y AID), 4.60-4.70 (br, -CH 2 -CECH de AID). FTIR de pre-POC-Al (película delgada, cm-1): 2130 (-C=CH, débil), 1735 (COOR).
Se formaron películas POC reticuladas binarias síncronas (SB) (POC-clic) calentando la mezcla de pre-POC-N3 y pre-POC-Al a 100 °C durante 3 días. En el procedimiento, la esterificación posterior entre los grupos -COOH y -OH sin reaccionar de ambos prepolímeros, así como la cicloadición térmica de alquino-azida (AAC, o reacción de clic térmica) entre los grupos alquino del pre-POC-Al y los grupos azida del pre--POC-N3 tuvo lugar en el mismo procedimiento de pospolimerización, lo que llevó al nombre POC reticulado binario sincrónico (SB) o POC-clic por conveniencia.
Se obtuvieron muestras de POC-clic con diferentes densidades de reticulación ajustando las proporciones de peso entre POC-N 3 y prepolímeros POC-Al (de 1/1 a 1/2, 1/4 y 1/6). El contenido de grupos funcionales en prepolímeros POC-N3 (de POC-N3-1 , POC-N3-2 , a pOc-N3-3) y pOc-AI (de POC-Al-1, POC-Al-2, a POC-Al-3), así como los tiempos de calentamiento (de 1, 2 a 3 días), se muestran en la figura 7. FTIR de película POC-clic (cm-1): 2109 (-N 3 , todavía presente), 1736 (COOR).
CUPE y CUPE-clic
El prepolímero de poliéster dopado con uretano reticulado (pre-CUPE) se sintetizó usando diisocianato de 1,6-hexametilo (HDI) como extensor de cadena como se describe en Liu et al., Prog. Polym. Sci. 2012, 37, 715­ 765; Serrano et al., Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 192-208; Wu et al., Nat. Med. 2012, 18, 1148-1153. La proporción en peso entre pre-POC y HDI fue de 1:0,22. Del mismo modo, pre-CUPE-N3 y pre-CUPE-Al también se sintetizaron usando prepolímeros POC-N 3-1 y POC-Al-1, respectivamente, para reemplazar el prepolímero POC. La oroporción en peso entre el prepolímero y el HDI fue la misma que para el pre-CUPE. La película de CUPE se preparó calentando el pre-CUPE a 100 °C durante 3 días. De manera similar, CUPE-N 3 , CUPE-Al y CUPE-N 3 , Al (mezcla de igual peso de pre-CUPE-N3 y pre-CUPE-Al) también se formaron películas bajo las mismas condiciones.
CBPLP-Ser y CBPLP-Ser-clic
BPLP-Ser se sintetizó usando CA, OD y L-Ser con una proporción de 1,0:1,1:0,2, como se describe en Avci-Adali et al., Biomaterials 2008, 29, 3936-3945. De manera similar, BPLP-Ser-N3 y BPLP-Ser-Al también se sintetizaron usando CA, OD, DAzD o AID (N3 o monómero alquino funcional) y L-Ser con la proporción molar de 1,0:1,0:0,1:0,2. Se formó una película de BPLP-Ser reticulado (cBPLP-Ser) calentando BPLP-Ser a 100 °C durante 3 días. Además, se prepararon películas de cBPLP-Ser-N3 , cBPLP-Ser-Al, así como cBPLP-Ser-N3 , Al (mezcla de igual peso de BPLP-Ser-N3 y BPLP-Ser-Al) reticulando los polímeros correspondientes en las mismas condiciones que cBPLP-Ser.
Caracterización de polímeros
Las propiedades térmicas de los polímeros reticulados se caracterizaron mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC, -50 °C a ~ 150 °C) y análisis termogravimétrico (TGA, 20 °C a ~800 °C) a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min bajo atmósfera de nitrógeno. La temperatura de transición vítrea (Tg) se determinó mediante el primer ciclo de calentamiento para evitar el efecto de una mayor reticulación en el procedimiento de medición. La temperatura de descomposición (Td) se definió como la temperatura con el 5 % de pérdida de peso de las muestras.
Los ángulos de contacto agua en aire de películas POC; POC-N3- 1 , Al-1 (1/1); POC-N3- 2 , Al-2 (1/1); POC-N3- 3 , Al-3 (1/1) y PLLA se midieron a temperatura ambiente utilizando el procedimiento de gota sésil mediante un goniómetro Rame-Hart y un sistema de imágenes (Rame-Hart Inc., Mouttain Lake, NJ) dentro de los 10 s después de la caída. Véase Yang et al., Biomaterials 2002, 23, 2607-2614. Se promediaron cuatro mediciones independientes en diferentes sitios. El cambio del ángulo de contacto de agua en aire con el tiempo también se controló de 0 a 30 minutos después de que el agua cayera sobre la superficie de las películas. Las densidades de los elastómeros se midieron mediante una balanza Mettler Toledo con un kit de determinación de densidad (Greifense, Suiza) basado en el principio de Arquímedes. Se utilizó agua destilada como líquido auxiliar.
Las pruebas mecánicas se realizaron con una máquina MTS Insight 2 equipada con una celda de carga de 500 N. Las muestras se cortaron en forma de rectángulo estrecho y se alargaron hasta el fallo. El módulo de Young se calculó midiendo el gradiente al 10 % de alargamiento de la curva de tensión-deformación. Se ensayaron y promediaron ocho especímenes por muestra.
La densidad de reticulación y el peso molecular entre los sitios de reticulación se evaluaron de acuerdo con la teoría de la elasticidad del caucho usando la Ecuación (2):
Figure imgf000022_0001
donde n representa el número de segmentos de cadena de red activos por unidad de volumen (mol/m3); Mc representa el peso molecular entre sitios de reticulación (g/mol); E0 representa el módulo de Young (Pa); R es la constante universal de los gases (8,3144 J/mol K); T es la temperatura absoluta (K); y p es la densidad del elastómero (g/m3) medido a través del procedimiento mencionado anteriormente.
Las propiedades mecánicas en húmedo de las películas se midieron después de sumergir las películas en PBS (pH 7,4) durante aproximadamente 24 h hasta que el peso húmedo de las películas dejó de aumentar.
Degradación in vitro e in vivo
Para la degradación in vitro , especímenes en forma de disco (7 mm de diámetro, con un espesor de alrededor de 0,15-0,30 mm) se colocaron en un tubo que contenía 10 ml de solución salina tamponada con fosfato (PBS, pH 7,4) o solución de NaOH (0,05 M) y se incubaron a 37 °C para tiempos preestablecidos. Los especímenes se lavaron a fondo con agua desionizada (DI) (más de 3 veces) para eliminar cualquier sal residual antes de la liofilización, especialmente para la degradación de PBS. La pérdida de masa se calculó mediante la Ecuación (1) anterior. Aquí, W0 y Wt son el peso inicial y el peso después de la degradación, respectivamente. Se realizaron y promediaron cuatro (degradación de NaOH) o seis (degradación de PBS) especímenes para cada muestra. Los resultados se presentaron como medio ± desviación estándar.
Para la degradación in vivo , especímenes en forma de disco de POC; POC-N3- 1 , Al-1 (1/1); POC-N3- 3 , Al-3 (1/1) y muestras de PLLA (8 mm de diámetro, con un grosor de alrededor de 0,75-0,95 mm) se implantaron por vía subcutánea en el lomo de ratas Sprague Dawley (SD) hembra sanas de 3 meses de edad (Harlan Sprague Dawley Inc., Indianápolis, IN) después de esterilizarse mediante tratamiento con etanol al 70 %, PBS esterilizado (pH 7,4) y luz UV en secuencia, seguido de secado en la campana de cultivo celular durante la noche. Se usaron cuatro especímenes para cada muestra, y se usaron 4 ratas en total.
Después de 20 semanas, se extrajeron las muestras de las ratas, se lavaron minuciosamente con solución de PBS y agua DI y luego se secaron por congelación. La pérdida de masa también se calculó utilizando la ecuación de pérdida de masa anterior.
Citotoxicidad celular in vitro
La citotoxicidad relativa de POC-N3-I, Al-1 (1/1); POC-N3- 2 , Al-2 (1/1); POC-N3- 3 , Al-3 (1/1) se evaluó con un ensayo de MTT (bromuro de metiltiazolildifenil-tetrazolio) contra fibroblastos 3T3. POC y PLLA se usaron como control positivo y negativo respectivamente. Las muestras se cortaron en discos (7 mm) para adaptarse al diámetro interior de las placas de 96 pocillos. Luego, las muestras se esterilizaron tratándolas con etanol al 70 %, PBS esterilizado (pH 7,4) y luz UV en secuencia. Posteriormente, se agregaron 200 pl de células 3T3 en medio Eagle modificado de Dulbecco (DMEM, con el 10 % de suero bovino fetal (FBS)) a una densidad de 5 x 104 células/mL a cada pocillo en una placa de 96 pocillos con muestras en forma de disco en la parte inferior. Los especímenes sin células de siembra se usaron como control. El análisis del ensayo MTT se realizó después de incubar durante 1, 3 y 7 días en una incubadora (37 °C, 5 % de CO2) como se describe en trabajos anteriores. Véase Tran et al., Soft Matter 2010, 6, 2449-2461.
Respuesta a cuerpo extraño
Para evaluar la seguridad de las películas de polímero POC-clic de doble reticulación in vivo, POC-N3- 1 , Al-1 (1/1) y POC-N3- 3 , Al-3 (1/1) fueron elegidos como representantes de los polímeros POC-clic para realizar estudios de respuesta a cuerpos extraños mediante tinción H & E y tinción H & C (CD11b). Se usaron películas de POC y PLLA como control positivo y negativo respectivamente. Películas en forma de disco (8 mm de diámetro, con un grosor de alrededor de 0,75-0,95 mm) se implantaron por vía subcutánea al azar en la parte superior o inferior de la espalda de ratas Sprague Dawley (SD) hembra sanas de 3 meses de edad (Harlan Sprague Dawley Inc., Indianápolis, IN) después de esterilizarse y secarse en la campana de cultivo celular como se describe anteriormente. Nueve ratas SD se dividieron en 3 grupos con 3 ratas cada uno para 3 puntos de tiempo diferentes (1, 4 y 12 semanas) del estudio. Al final de cada punto de tiempo, se sacrificaron 3 ratas con exceso de CO2, y las películas de polímero con los tejidos circundantes se recolectaron y fijaron sumergiéndolas en formalina al 10 % durante 2 días. Las muestras se procesaron en un procesador de tejidos automatizado. Luego se incrustaron en cera de parafina y se seccionaron en secciones de 4 pm. Seis portaobjetos de diferentes áreas de los explantes se tiñeron con tinción de hematoxilina y eosina. Véase Gyawali et al., Biomaterials 2010, 31,9092-9105. Para evaluar las células inflamatorias, se tiñeron otros 6 portaobjetos con el marcador de células inflamatorias CD11b (rata anti-ratón MAC-1, Santa Cruz Biotechnology) y anticuerpos secundarios de cabra anti-rata conjugados con peroxidasa (Jackson ImmunoResearch Laboratories, PA). Véase Zhou et al., Biomaterials 2011, 32, 9383-9390. Luego, los portaobjetos de tinción de CD11b se trataron con un sistema de sustrato de 3, 3-diaminobencidina y se contrastaron con hematoxilina. Las inmunorreacciones positivas aparecieron como tinción de color marrón oscuro sobre un fondo azul. Las secciones transversales se examinaron utilizando un microscopio Leica DMLP (Leica Microsystems Inc., Bannockbum, IL) equipado con una cámara Nikon E500 CCD (Nikon Corp., Japón). Para el análisis cuantitativo, se contaron todas las células en una región 200 x 200 pm2 del tejido del lado de la piel cerca de las películas del implante de imágenes 400X de tinción H & E. Para una muestra, se analizaron al menos 8 regiones cuadradas diferentes de diferentes especímenes (implantadas en diferentes ratas) y se promediaron los números. Las células CD11 b+ (con tinción marrón oscuro sobre un fondo azul) de las imágenes 400X de tinción H & C también se contaron utilizando el mismo procedimiento.
Conjugación p15 en película de POC-N3-3, Al-3 (1/1) (POC-clic3) y adhesión y proliferación de células endoteliales (Ec)
P15 fue modificado en primera lugar por restos de tipo clic libres de cobre para obtener p15 de tipo clic. Brevemente, p15 se hizo reaccionar con éster I de N-hidroxisuccinimida de Click-easy® BCN en solución de DMSO a temperatura ambiente durante 24 h para obtener p15 de tipo clic. Luego, un monto designado de solución de DMSO de p15 de tipo clic se diluyó con agua desionizada (v/v de agua/DMSO = 1/1) y se usó directamente para la cicloadición de alquinoazida promovida por tensión (SPAAC) con películas POC-clic3 (37 °C, 3d). Las películas POC-clic3 conjugadas con P15 se obtuvieron después de lavarlas con agua DI y luego liofilizarlas. La película POC-clic3 conjugada con p15 se caracterizó mediante espectros FTIR y UV-vis (usando la reacción de Sakaguchi modificada de Weber del grupo guanidina en p15). Véase Zhang et al., Biomaterials 2010, 31, 7873-7882. El monto de p15 conjugado en la película también se determinó mediante espectros UV-vis (cada molécula de p15 contiene un grupo guanidina) en 10,6 nmol/cm2 , que es suficiente para la unión de células endoteliales según la literatura. Véase J. Biomater. Sci Polymer Ed. 2005, 16, 875-891.
Las muestras de POC-clic3 conjugado con P15 junto con POC-clic3 puro (100 °C, 3d, utilizado como control) se troquelaron en discos con un diámetro de 7 mm que coincide con el diámetro interior de las placas de 96 pocillos. Todas las muestras se esterilizaron mediante tratamiento con etanol al 70 %, PBS esterilizado (pH 7,4) y luz UV en secuencia y se incubaron en medio Eagle modificado de Dulbecco (DMEM) a 37 °C durante 3-7 días antes de la siembra celular. Se cultivaron células endoteliales primarias de vena umbilical humana (HUVEC) en Endothelial Cell Growth Medium Bulletkit de Lonza (EGM-2 BulletKit) de acuerdo con las instrucciones del fabricante. El EGM-2 BulletKit contiene un medio basal EBM-2 de 500 ml y un conjunto de suplementos, EGM-2 SingleQuot Kit Suppl. y factores de crecimiento. Todos los suplementos se agregaron a los 500 ml de EBM-2 Basal Medium antes de su uso. Las células se incubaron a 37 °C con el 98 % de humedad y el 5 % de CO2. Los medios se cambiaron cada dos días. Las células HUVEC primarias congeladas de Lonza (primer paso, P1) se cultivaron primero en matraces de poliestireno (PS) de cultivo de tejidos (75 cm2 , Corning Acton, MA EE. UU.) a una densidad de carga de 2500-5000 células/cm2. Después de que las células alcanzaran un nivel de confluencia de alrededor del 75-90 % (normalmente después de unos 6-7 días), se recolectaron utilizando el 0,05 % de tripsina/EDTA (Lonza) y se congelaron en nitrógeno líquido para su almacenamiento. El procedimiento se repitió para cultivar células P2 a células P3. Se sembraron células P3 HUVEC en las películas en una placa de 96 pocillos (5000 células/pocillo) y se incubaron durante 1, 3 y 7 días, luego se añadió el reactivo MTT (5 mg/ml, 20 ul/pocillo) a los pocillos estudiados y se la mezcla se incubó a 37 °C durante otras 4 horas. La absorbancia de las muestras después del ensayo MTT se midió mediante un lector de microplacas a 570 nm. Al mismo tiempo, para cada punto de tiempo (día 1, 3 y 7), las HUVEC tanto en las muestras POC-clic3 conjugadas con p15 como en las muestras POC-clic3 se tiñeron con el kit Live/Dead Viability/Cytotoxicity (Invitrogen, Molecular Probes, Eugene, OR) para la observación de la morfología celular y propagación mediante un microscopio de luz invertida (Nikon Eclipse Ti-U) equipado con una cámara ANDOR DL-604M-#VP y Prior Lumen 200. Además, se obtuvieron imágenes de la morfología y propagación de HUVEC en p15 conjugado de muestras de POC-clic3 y POC-clic3 en el día 7 mediante microscopios electrónicos de barrido (SEM, FEI, Quanta 200) después de que las células se fijaran con una solución de glutaraldehído-PBS al 2,5 % (p/v), seguido de deshidratación secuencial mediante tratamiento con una serie graduada de etanol (50 %, 75 %, 95 % y 100 %) y liofilización.
Preparación de andamiaje trifásico tubular (TTS) y conjugación de p15
Andamiajes de injerto vascular trifásicos de diámetro pequeño de POC-clic3 (POC-N3- 3 mixto y POC-Al-3 con una relación p/p = 1/1), POC y CUPE compuestos por una superficie interior rugosa del lumen, una capa porosa media con un tamaño de poro de 1-20 pm y una capa porosa exterior con poro tamaño de 150-250 pm, para replicar la arquitectura estratificada de los vasos sanguíneos nativos. Véase Yang et al., Tissue Eng. 2005, 11, 1876-1886; Dey et al., J. Biomed. Mater. Res. A, 2010, 95A, 361-370; y Zhang et al., Biomaterials 2013, 34, 4048-4056. Brevemente, las varillas de acero con un diámetro exterior de 3 mm se recubrieron por inmersión con una solución de prepolímero (30 % p/p para POC y POC-clic3, 3 % p/p para CUPE) en 1,4-dioxano y se recubrieron con NaCl (99 % de pureza) con un tamaño promedio de 1-20 pm. A continuación, se mezcló NaCl con un tamaño de 1-20 pm con una solución de prepolímero en una proporción en peso de polímero a sal de 1:5, y se mezcló hasta que se formó una pasta viscosa. Luego, la pasta se transfirió a las varillas de acero para crear una capa de 200 pm de espesor. La construcción completa se dejó secar al aire y luego se reticuló a 100 °C durante 1 día. A continuación, otra pasta viscosa de sal de prepolímero, hecha de una mezcla de NaCl (150-250 pm) y una solución de prepolímero en una proporción de peso de polímero a sal de 1:10, se transfirió sobre la capa anterior para crear una capa de 800 pm de espesor. Los conjuntos de varilla de acero/material se colocaron en una campana de flujo laminar durante la noche para eliminar todo el disolvente y luego se transfirieron a un horno mantenido a 100 °C durante otros 3 días para la reticulación. Después de la reticulación, se llevó a cabo la lixiviación de la sal sumergiendo los conjuntos de varilla/material en agua DI con cambios de agua completos cada 6 horas. La eliminación completa de sal se determinó mediante pruebas con nitrato de plata. Los andamiajes se desmoldaron por hinchamiento en una solución de etanol al 50 % (v/v) en agua seguido de liofilización. La morfología del andamiaje se examinó mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) (Hitachi S-3000N, Hitachi Science System, Ibaaki, Japón).
Las propiedades mecánicas, incluidas las cargas máximas, las retenciones de las suturas y las presiones de estallido de los PTBS POC-clic3, POC y CUPE, se midieron según los procedimientos de la literatura. Véase Dey et al., J. Biomed. Mater. Res. A, 2010, 95A, 361-370. SPAAC obtuvo POC-clic3 TTS conjugado con P15 entre p15 de tipo clic y la capa interior de POC-clic3 PTBS agregando solución de p15 de tipo clic en DMSO en el orificio interior del andamiaje bifásico con un extremo recortado. Después de reaccionar a 37 °C durante 3 días, el andamiaje se lavó con agua DI y luego se liofilizó. El andamiaje POC-clic3 conjugado con p15 así obtenido se caracterizó mediante FTIR y un espectrómetro UV-vis (para verificar la conjugación de p15 mediante la reacción de Sakaguchi modificada de Weber del grupo guanidina en p15).
Ejemplo 2
Andamiajes bifásicos
Los andamiajes bifásicos según algunas realizaciones descritas en esta solicitud se prepararon como sigue.
A. Materiales y procedimientos
Materiales
Hidroxiapatita [Mw: 502,32, ensayo > 90 % (como Ca3(PO4)2); tamaño de partícula: > 75 pm (0,5 %), 45-75 pm (1,4 %), < 45 pm (98,1 %)] se adquirió de Fluka (St. Louis, MO, Ee. uU.). El 1,8-octanodiol (98 %), el ácido cítrico (99,5 %) y todos los productos químicos restantes se adquirieron de Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, EE. UU.) y se usaron tal como se recibieron, a menos que se indique lo contrario.
Síntesis de poli(citrato de octanodiol)-clic (POC clic)
2,2-bis(azidometil)propano-1,3-diol (monómero de diazido-diol, DAzD) y 2,2-bis(hidroxil-metil)propionato de propargilo (monómero de alquino-diol, AID) se sintetizaron como se describió anteriormente. Prepolímeros POC clic con funcionalidad azida (POC clic-N3) se sintetizaron por la copolimerización de ácido cítrico, 1,8-octanodiol y AID en una proporción molar de 1,0:0,7:0,3, respectivamente. Brevemente, se añadió una mezcla de ácido cítrico y 1,8-octanodiol a un matraz de fondo redondo de tres bocas de 100 ml equipado con un adaptador de entrada y salida. La mezcla se fundió bajo un flujo de gas nitrógeno agitando a 160 °C en un baño de aceite de silicona. Posteriormente, la temperatura del sistema se redujo a 120 °C, seguido de la adición del monómero AID, y se dejó reaccionar durante 2 h para crear el prepolímero POC clic-N3. Para eliminar cualquiera de los monómeros y oligómeros sin reaccionar, el prepolímero se disolvió en 1,4-dioxano y se purificó mediante precipitación gota a gota en agua desionizada producida en un sistema de purificación de agua Direct-Q 5 (Millipore, Billerica, MA). El precipitado que contenía el prepolímero sin disolver se recogió y liofilizó en un secador por congelación Freezone 6 (Labconco, Kansas City, MO) para obtener el pre-POC clic-N3 purificado. Los prepolímeros POC clic con funcionalidad alquino (POC clic-Al) se sintetizaron como se describe anteriormente utilizando ácido cítrico, 1,8-octanodiol y DAzD en una proporción molar de 1,0:0,7:0,3, respectivamente.
Fabricación de andamiajes bifásicos
Se fabricaron andamiajes bifásicos que constaban de porosidades de fase interna similares y varias porosidades de fase externa (figura 18). Para crear la fase externa, montos equimolares de pre-POC clic-N3 y pre-POC clic-Al se disolvieron en 1,4-dioxano y se mezclaron con hidroxiapatita (65 % en peso). Se añadió sal de cloruro de sodio con un tamaño promedio en el intervalo de 200-400 pm a la mezcla en varias concentraciones (5-50 % en peso) para controlar la porosidad de la fase externa. Para controlar aún más la porosidad, también es posible usar cristales de cloruro de sodio que tengan un tamaño promedio entre alrededor de 800 nm y alrededor de 1000 pm. Además, la concentración también podría ser de 0-50 % en peso o, en algunos casos, superior al 50 % en peso. La mezcla se agitó en un plato de teflón hasta que se formó una pasta viscosa homogénea. A continuación, se formaron andamiajes de forma cilíndrica insertando la pasta viscosa en tubos de teflón (5 x 10 mm; diámetro interior x longitud) comprados a McMaster-Carr (Aurora, OH, EE. UU.). Después de la evaporación del disolvente, los andamiajes se polimerizaron posteriormente en un horno mantenido a 100 °C durante 1 día.
Para crear la fase interna, se torneó un orificio de 3 mm en el centro de los andamiajes y se creó una pasta similar al procedimiento mencionado anteriormente con un 70 % en peso de concentración de sal. También podrían usarse otras concentraciones de sal, como una concentración entre aproximadamente el 50 % en peso y aproximadamente el 80 % en peso. La pasta resultante se insertó en el lumen de la fase externa y se dejó secar durante la noche en una campana de flujo laminar. Después de la evaporación del disolvente, los andamiajes se polimerizaron posteriormente en un horno mantenido a 100 °C durante 2 días, seguido de calentamiento a 120 °C bajo 2 Pa de vacío durante 1 día. La sal se lixivió de los andamiajes por inmersión en agua desionizada durante 72 horas con cambios de agua cada 12 horas. Finalmente, los andamiajes se secaron mediante liofilización para obtener los andamiajes bifásicos finales (5 x 10 mm; diámetro x longitud). Los andamiajes bifásicos se denominan bifásico-X, donde X indica el porcentaje de peso de sal utilizado para crear la fase externa durante la fabricación.
Fabricación de andamiajes monofásicos
Para fabricar andamiajes de porosidad uniforme (70 %), se insertó una pasta similar a la fabricación de la fase interna en tubos de teflón (5 x 10 mm; diámetro interno x longitud). Después de la evaporación del disolvente, los andamiajes se polimerizaron posteriormente en un horno mantenido a 100 °C durante 3 días, seguido de 120 °C a 2 Pa de vacío durante 1 día y se procesaron como se mencionó anteriormente.
Morfología de andamiajes bifásicos y caracterización de porosidad
Para ver la morfología de la sección transversal del andamiaje, las muestras se recubrieron con oro y se observaron con un microscopio electrónico de barrido ambiental (SEM) FEI Quanta 200 (FEI, Hillsboro, OR, EE. UU.). Para caracterizar las geometrías de los andamiajes, se seleccionaron 3 ubicaciones aleatorias y se registraron un total de 30 mediciones utilizando el software de análisis NIH Image J (Instituto Nacional de Salud, MD, EE. UU.).
Caracterización mecánica del andamiaje
Las pruebas de compresión no confinada se realizaron utilizando un sistema de prueba electromecánico avanzado de la serie 5900 (Instron, Norwood, MA, EE. UU.). Brevemente, se comprimieron andamiajes de forma cilíndrica de 5 x 10 mm (diámetro x altura) a una velocidad de 2 mm min-1 al fallo. Los valores se convirtieron a tensión-deformación y el módulo inicial (MPa) se calculó a partir del gradiente inicial de la curva resultante (0-10 % de deformación por compresión). También se registraron la tensión máxima (MPa) y la deformación por compresión a la rotura (%).
Evaluación del andamiaje bifásico in vivo
Se utilizaron conejos blancos de Nueva Zelanda (2,0-2,2 kg de peso) del Centro de Animales de Laboratorio de la Universidad de Medicina del Sur (Guangzhou, China) para evaluar la capacidad de los andamiajes para reparar un defecto óseo segmentario de 10 mm in vivo. Todos los experimentos con animales se llevaron a cabo de acuerdo con un protocolo aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Medicina del Sur. Primero se anestesiaron los conejos con una inyección en la vena de la oreja de pentobarbital sódico al 3 % (1,5 ml/kg). Se realizó una incisión de 20 mm sobre el tercio medio del radio izquierdo y se diseccionaron los tejidos suprayacentes para exponer la diáfisis radial. A continuación, se creó un defecto segmentario de 10 mm con una sierra eléctrica de baja velocidad y se trató de inmediato con los siguientes grupos experimentales: 1. andamiajes monofásicos (70 % de porosidad uniforme) (el grupo "monofásico") y 2. andamiajes bifásicos-50 (70 % de porosidad de fase interna; 50 % de porosidad de fase externa) (el grupo "bifásico-50"). Para los controles, los animales también se trataron con injertos óseos autólogos (control positivo; el grupo "hueso autólogo") o se dejaron vacíos como un defecto sin tratar (control negativo; el grupo "defecto vacío"). Dado que no se incorporaron factores osteoinductivos u osteogénicos específicos en los sustitutos de injerto probados (excepto los inherentes al control positivo), no se utilizó un modelo de defecto de tamaño crítico de 20 mm más exigente, y se empleó la curación de un defecto de 10 mm para permitir mejor caracterización del potencial osteoconductivo y osteoinductivo de los sustitutos del injerto. Los conejos se sacrificaron a las 5, 10 y 15 semanas después de la cirugía y se sometieron a las siguientes evaluaciones.
Examen radiográfico
Todas las muestras se analizaron mediante tomografía computarizada utilizando un sistema de imágenes Micro-CT (escáner ZKKS-MCT-Sharp-III, Caskaisheng, China). Las imágenes se reconstruyeron utilizando el software ZKKS-MicroCT 3.0 para generar imágenes en escala de grises que van de 0 a 255, lo que equivale al intervalo de densidad de 0,81 -3,34 g cm-3. La formación de hueso nuevo se definió por la diferencia de densidad entre andamiajes (2,5 g cm-3) y osteoides de nueva formación o remodelación de hueso nativo (1,2-1,7 g cm-3). Específicamente, se utilizó la densidad óptica para medir el porcentaje de hueso recién formado en el área total de implantación. Dado que el hueso recién formado no se pudo separar del implante de autoinjerto, los datos de densidad óptica ósea notificados incluyen tanto el hueso regenerado como el autoinjerto remodelado. También se midió la formación ósea total dentro de los espacios del defecto, que incluía la sindesmosis interósea calcificada pero excluía el cúbito. Las áreas de hueso a implante se calcularon como la longitud del borde de la superficie del hueso recién formado en contacto directo con el implante dividida por el perímetro total del implante en función de las imágenes de micro-CT.
Análisis histológico
Para el análisis histológico, los tejidos descalcificados incluidos en parafina se cortaron en secciones de 4 gm de espesor, que luego se desparafinaron, hidrataron y tiñeron con hematoxilina y eosina (H&E) y tricrómico de Goldner. Después del examen microscópico, se obtuvieron mediciones histomorfométricas asistidas por ordenador del hueso recién formado utilizando un sistema de análisis de imágenes automatizado (FreeMaxver 3.0, Zhongrui, Taiwán) equipado con una cámara CCD (Kodak DCS, Atlanta, GA, EE. UU.) en un microscopio óptico.
Pruebas biomecánicas
Los conejos de cada grupo se sacrificaron 15 semanas después de la implantación. El tejido blando del antebrazo, incluido el periostio, se diseccionó cuidadosamente desde los radios para revelar el área del defecto óseo sin tocar el hueso. A continuación, se evaluó la cicatrización del radio explantado. Los dos extremos cortantes de los especímenes (cuatro radios) se fijaron con abrazaderas con un tramo medio de 20 mm. La resistencia máxima a la flexión del segmento radial se midió con una máquina de prueba de materiales universal ElectroForce 3510 (Bose, Eden Prairie, MN, EE. UU.). La prueba se controló por movimiento con una velocidad de 2 mm min-1. Los valores se convirtieron a tensión-deformación y el módulo inicial se calculó a partir del gradiente inicial de la curva resultante (0-10 % de deformación por compresión).
Análisis estadístico
Los datos se expresan como media ± desviación estándar. La significación estadística entre dos conjuntos de datos se calculó usando una prueba t de Student de dos colas. Se usó el análisis de varianza (ANOVA) con análisis post hoc de prueba de comparaciones múltiples de Newman-Keuls para determinar diferencias significativas entre tres o más grupos. El análisis de datos se realizó con el software SPSS (SPSS, Chicago, IL, EE. UU.). Se consideró que los datos eran significativos cuando se obtuvo un valor de P de 0,05 o menos.
B. Resultados
Morfología del andamiaje bifásico
Las imágenes SEM del andamiaje bifásico POC-clic-HA fabricado con varias porosidades de fase externa se muestran en la figura 19, que muestran la presencia de dos arquitecturas de andamiaje distintas. Las fases externas en la figura 19 corresponden al bifásico-5 (figura 19(a)), bifásico-10 (figura 19(b), bifásico-24 (figura 19(c)) y bifásico-50 (figura 19(d)). Los diámetros de las fases bifásica interna y externa se midieron en 2,96 ± 0,05 mm y 5,02 ± 0,07 mm, respectivamente. El tamaño medio de poro para todos los andamiajes se midió en 338,12 ± 42,06 gm.
Propiedades mecánicas del andamiaje bifásico
Los andamiajes fabricados se evaluaron en cuanto a su tensión máxima de compresión, módulo inicial y deformación máxima a la rotura. Como se muestra en las figuras 20(a) y 20(b), se observó una tendencia decreciente en la tensión máxima y el módulo inicial a medida que aumentaba la porosidad de la fase externa. Los valores de tensión máxima de compresión disminuyeron significativamente de 37,45 ± 3,83 a 2,26 ± 0,27 MPa para andamiajes bifásicos-5 y 50, respectivamente (p < 0,05). Se observó una relación inversa similar para el módulo inicial, que muestra una disminución de 1250,01 ± 230,60 hasta 55,15 ± 15,83 MPa a medida que la porosidad de la fase externa aumentó del 5 al 50 % (figura 20(b)). Por el contrario, la figura 20(c) muestra que la deformación por compresión a la rotura aumentó en correlación con la porosidad de la fase externa, pero no fue significativamente diferente (p > 0,05).
Evaluación bruta
Para evaluar la eficacia de los andamiajes bifásicos POC-clic-HA en la reparación de defectos de huesos grandes, se implantaron andamiajes bifásicos-50 en un defecto de diáfisis radial izquierdo segmentario de 10 mm de conejos. No se encontraron complicaciones operatorias o posoperatorias para todos los grupos experimentales. No hubo evidencia de infección de la herida en el sitio del implante, y todos los conejos se recuperaron bien sin ningún signo de eritema, hinchazón o formación de vías sinusales. Después de 15 semanas de implantación, la evaluación macroscópica reveló que el posicionamiento del implante se mantuvo en el sitio del defecto durante todo el período de tiempo experimental tanto para andamiajes monofásicos como bifásicos. El crecimiento interno de hueso nuevo fue prominente en los grupos experimentales y de control positivo. Los andamiajes POC-clic-HA mostraron una reabsorción casi completa. Sin embargo, un defecto evidente estaba presente en el grupo de control negativo.
Examen radiográfico
Se utilizaron imágenes de micro-CT para evaluar el grado de crecimiento de hueso nuevo en cada punto de tiempo. La figura 21(a) muestra imágenes de TC para el defecto vacío (control negativo sin tratar), la figura 21 (b) muestra injertos óseos autólogos (control positivo), la figura 21(c) muestra el andamiaje monofásico POC-clic-HA y la figura 21 (d) muestra el andamiaje bifásico-50 POC-clic-HA. Como se muestra en la figura 21, cuando los defectos radiales se dejaron solos y no se trataron con ningún material de relleno, la cavidad medular permaneció sin reparar sin ninguna regeneración ósea observable después de 15 semanas (figura 21(a)). Por el contrario, los animales tratados con injerto óseo autólogo mostraron hueso denso recién formado a las 5 semanas con un aumento en la regeneración ósea a las 10 semanas después de la cirugía. A las 15 semanas, se repararon los defectos óseos y se puenteó la cavidad medular. Sin embargo, el diámetro del radio regenerado fue menor en comparación con los grupos experimentales (figura 21 (b)). Los animales tratados con andamiajes monofásicos mostraron una reacción perióstica con nueva regeneración ósea observada después de 5 semanas de implantación. El callo perióstico se volvió más grueso a lo largo del estudio y rodeó la periferia del andamiaje con valores de contacto hueso-implante (BIC) del 70 %. A las 15 semanas, la mayoría de los defectos estaban reparados y la cavidad medular estaba parcialmente puenteada (figura 21 (b)). En el caso de los andamiajes bifásicos-50, se observó una alta densidad de hueso trasplantado a las 5 semanas del implante con signos de reabsorción evidente de la fase interna. Los andamiajes bifásicos se rodearon con hueso recién formado y se anclaron con éxito al tejido óseo huésped. Después de 10 semanas, los defectos óseos se repararon en gran medida y se puenteó la cavidad del hueso medular originalmente desconectada. Los defectos se repararon por completo después de 15 semanas con una reabsorción casi completa de los andamiajes (figura 21(c)). El análisis cuantitativo de BIC mostró valores significativamente más altos en los grupos experimentales en comparación con los injertos óseos autólogos en el punto de tiempo de 5 semanas (Tabla 1).
Tabla 1. Cuantificación del análisis óseo (media ± DE)
Figure imgf000027_0001
Análisis histológico
En la evaluación histológica no se observó inflamación ni presencia de macrófagos o células gigantes en la interfase implante-hueso. El tejido fibroso estaba presente dentro de los andamiajes monofásicos y en la interfaz implantehueso, mientras que había poco tejido fibroso dentro de los andamiajes bifásicos-50, lo que demostró que las arquitecturas de andamiajes bifásicos podían reducir la infiltración fibrosa. El crecimiento de hueso nuevo fue prominente en los grupos experimentales y, en particular, los animales tratados con andamiajes monofásicos y bifásicos mostraron una remodelación perióstica después de 5 semanas de implantación. La determinación cuantitativa de la histología demostró resultados comparables entre los grupos de tratamiento experimental (grupos tratados con estructura monofásica y bifásica-50) y animales tratados con injerto óseo autólogo a las 15 semanas (figura 22). En la figura 22, las áreas informadas representan los porcentajes de las áreas de contacto entre el hueso y el implante. Las densidades ópticas informadas representan los porcentajes de hueso nuevo en las áreas del implante.
Pruebas biomecánicas
Hubo un aumento significativo en las propiedades de compresión del radio tratado con andamiajes monofásicos y bifásicos-50 después de 5 semanas en comparación con los grupos de control (sin tratamiento y hueso autólogo). Además, la capacidad de carga de los radios tratados con andamiajes bifásicos fue mayor que la de los tratados con andamiajes monofásicos, pero no fue estadísticamente significativa a las 15 semanas. Las pruebas biomecánicas mostraron puntos de ruptura de 582,8 ± 45,1 N, 608,0 ± 53,6 N, 445,2 ±38,2 N y 514,0 ± 60,9 N para los andamiajes monofásicos, andamiajes bifásicos-50, control negativo (sin tratamiento) y control positivo (autoinjerto), respectivamente, después de 5 semanas de implantación. Al final del período de estudio de 15 semanas, se registraron puntos de ruptura de 1008,8 ± 54,2 N, 1066,4 ± 69,2 N, 637,0 ± 29,6 N y 1034,6 ± 84,4 N, respectivamente. Las pruebas de flexión del complejo radio-cúbito de conejo a las 5 semanas revelaron un módulo elástico y una recuperación de la resistencia a la flexión significativamente mejores en los andamiajes bifásicos en comparación con los andamiajes monofásicos y los grupos de autoinjerto (Tabla 2, figura 23).
Tabla 2. Resultados de las pruebas biomecánicas (media ± SD)
Figure imgf000028_0001
C. Discusión
Los andamiajes bifásicos a base de citrato biomiméticos se describen en esta solicitud para replicar las propiedades arquitectónicas y de composición nativas del tejido óseo nativo, que pueden proporcionar soporte estructural inmediato y regeneración tisular a largo plazo para defectos óseos segmentarios grandes. Además, como se describe en esta solicitud, se ha descubierto lo siguiente. 1) El uso de un material a base de citrato puede proporcionar un medio muy eficaz para replicar el nicho de células orgánicas que se encuentra en el hueso natural para mejorar la biocompatibilidad y potenciar la formación ósea. 2) El citrato ubicado en la mayor parte del material proporciona química de carboxilo suspendido para quelar con partículas de HA y permitir la incorporación de hasta el 65 % en peso para igualar el contenido de minerales inorgánicos nativos. 3) Los biomateriales POC-clic pueden combinarse con HA y reticularse a través de restos de tipo clic para preservar la valiosa química de citrato carboxilo para la unión de HA, lo que da como resultado compuestos fuertes. 4) Un diseño de andamiaje bifásico puede simular mejor la distribución bimodal del hueso esponjoso altamente poroso y la estructura densa y compacta del hueso cortical y proporcionar soporte estructural inmediato después de la implantación. 4) Para impartir porosidad a los injertos, se puede utilizar una técnica de lixiviación de partículas de colada con disolvente fácil y rentable. Una de las principales ventajas de este enfoque es que las dimensiones generales, la geometría y las porosidades de fase se pueden controlar utilizando varias dimensiones de broca de torno y molde de teflón para ajustar la arquitectura del andamiaje resultante y las propiedades mecánicas resultantes para cumplir con los requisitos de varias ubicaciones anatómicas.
El análisis SEM de los andamiajes bifásicos POC-clic-HA muestra la clara presencia de una fase externa densa que rodea una fase interna porosa para replicar el hueso cortical y esponjoso nativo, respectivamente (figura 19). Las porosidades resultantes se eligieron para que coincidieran con las porosidades respectivas del hueso nativo, que se ha encontrado que son del 10 % para el hueso cortical y del 50-90 % para el hueso trabecular. El tamaño de los poros se eligió para estar en el intervalo de 200-400 gm. El tejido óseo nativo es un tejido muy dinámico y rígido. Las propiedades mecánicas de los andamiajes bifásicos POC-clic-HA fabricados en este estudio dependían en gran medida de la porosidad resultante de la fase externa. Sin pretender limitarse a la teoría, la figura 20 muestra un aumento correspondiente en la resistencia a la compresión a medida que se redujo la porosidad de la fase externa, lo que indica que la resistencia mecánica de los andamiajes se debió principalmente a la fase externa.
Además de las pruebas mecánicas, los andamiajes bifásicos POC-clic-HA fabricados se compararon con andamiajes monofásicos e injertos óseos autólogos in vivo utilizando un defecto de radio de conejo de 10 mm para determinar su capacidad para regenerar grandes defectos óseos segmentarios. Se fabricaron andamiajes POC-clic-HA de porosidad uniforme (70 %) con porosidades similares a la fase interna de los andamiajes bifásicos, y se seleccionaron andamiajes POC-clic-HA bifásicos-50 para implantación debido al equilibrio entre la porosidad de la fase externa y fuerza. Los resultados histológicos muestran la presencia de crecimiento óseo nuevo en andamiajes POC-clic-HA monofásicos y bifásicos. Sin pretender limitarse a la teoría, combinados con el análisis de micro-CT, los resultados muestran que los andamiajes a base de citrato aumentaron significativamente el BMC después de 5 semanas de implantación en comparación con los injertos óseos autólogos, lo que posiblemente enfatiza la importancia de un componente poroso en la arquitectura del andamiaje, que puede proporcionar el espacio apropiado para la migración de las células formadoras de hueso y promueve la conexión del puente óseo para, en última instancia, acortar los tiempos de recuperación (Tabla 1). Al final del estudio, las arquitecturas de andamiajes monofásicos y bifásicos pudieron reparar completamente el defecto y mostraron una reabsorción casi completa.
Además, el análisis biomecánico integral de los dos grupos experimentales descritos en esta solicitud reveló que la restauración de la resistencia a la flexión, BMC y tenacidad del grupo bifásico fue significativamente mayor que la del grupo monofásico. Sin pretender estar limitado a la teoría, se cree que la fase externa de baja porosidad del diseño de andamiaje bifásico no solo sirve para imitar la cortical nativa para resistir las fuerzas biomecánicas que atraviesan el defecto, sino que también previene el crecimiento interno de tejido fibroso al funcionar como una barrera similar a las membranas de colágeno. Es digno de notar que los resultados in vivo presentados anteriormente sobre la regeneración de huesos largos se basaron en andamiajes POC-clic-HA sin suplementos ni factores de crecimiento.
En conclusión, se fabricaron andamiajes bifásicos biomiméticos a base de citrato para replicar la arquitectura nativa del hueso cortical y esponjoso utilizando una técnica de lixiviación de partículas de cloruro de sodio simple y rentable. Usando este diseño, se pueden producir varios andamiajes bifásicos con geometrías arquitectónicas ajustables y resistencia. Los andamiajes resultantes se evaluaron en función de su geometría, propiedades mecánicas y actuación in vivo. Dichos andamiajes a base de citrato biomiméticos desde el punto de vista arquitectónico y composicional pueden servir como implantes listos para usar para proporcionar soporte estructural inmediato para defectos óseos grandes.
Se han descrito varias realizaciones de la presente invención en cumplimiento de los diversos objetivos de la invención. Debe reconocerse que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios de la presente invención. Numerosas modificaciones y adaptaciones de los mismos serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de la invención.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Una composición que comprende:
un polímero que es un producto de reacción de (i) ácido cítrico con (ii) un poliol y (iii) un monómero que comprende un resto alquino y/o un resto azida, y
un material inorgánico en partículas disperso dentro de una red formada por el polímero.
2. La composición de la reivindicación 1, donde el poliol es un diol alifático.
3. La composición de las reivindicaciones 1 o 2, donde el poliol es 1,8-octanodiol.
4. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde uno o más monómeros que comprenden uno o más restos alquino y/o uno o más restos azida comprenden un péptido, polipéptido, ácido nucleico o polisacárido.
5. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el material inorgánico en partículas comprende hidroxiapatita.
6. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el material inorgánico en partículas está presente en la red de polímero en una cantidad de hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso, basado en el peso total de la red de polímero.
ES14766624T 2013-09-05 2014-09-04 Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos Active ES2922848T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361874287P 2013-09-05 2013-09-05
US201461935968P 2014-02-05 2014-02-05
PCT/US2014/054049 WO2015035020A1 (en) 2013-09-05 2014-09-04 Bioelastomers and applications thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2922848T3 true ES2922848T3 (es) 2022-09-20

Family

ID=51542492

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES14766624T Active ES2922848T3 (es) 2013-09-05 2014-09-04 Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos
ES22150946T Active ES2991346T3 (es) 2013-09-05 2014-09-04 Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES22150946T Active ES2991346T3 (es) 2013-09-05 2014-09-04 Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10106647B2 (es)
EP (2) EP4001342B1 (es)
JP (1) JP6343674B2 (es)
CN (1) CN105555832B (es)
AU (1) AU2014315199B2 (es)
CA (1) CA2922924C (es)
ES (2) ES2922848T3 (es)
WO (1) WO2015035020A1 (es)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2652890B1 (fr) 1989-10-11 1995-01-20 Siderurgie Fse Inst Rech Dispositif de connexion electrique destine a etre place en paroi d'un recipient metallurgique au contact d'un metal en fusion.
US9533072B2 (en) * 2012-10-08 2017-01-03 Cormatrix Cardiovascular, Inc. Reinforced vascular prostheses
JP6564369B2 (ja) 2013-12-09 2019-08-21 デュレクト コーポレイション 薬学的活性剤複合体、ポリマー複合体、ならびにこれらを伴う組成物及び方法
US20170080125A1 (en) * 2014-03-17 2017-03-23 The Penn State Research Foundation Methods of Promoting Bone Growth and Healing
WO2016172681A1 (en) 2015-04-24 2016-10-27 The Penn State Research Foundation Clickable waterborne polymers and click-crosslinked waterborne polymers
CA3005306C (en) * 2015-11-30 2021-08-10 Aleo Bme, Inc. Biodegradable block polyurethane copolymers comprising folic acid and their use in medical devices
US10172974B2 (en) 2016-01-19 2019-01-08 The Penn State Research Foundation Antimicrobial polymers
CN107349465A (zh) * 2016-05-09 2017-11-17 香港大学深圳医院 一种可植入的点击化学改性聚柠檬酸1，8辛二酯薄膜及其制备方法
WO2018085807A1 (en) 2016-11-07 2018-05-11 Acuitive Technologies, Inc. In-situ curing biodegradable anchor with reinforcement
JP2020520389A (ja) * 2017-05-16 2020-07-09 エムボディ インコーポレイテッド バイオポリマー組成物、足場及びデバイス
CN108192095B (zh) * 2018-02-01 2020-07-31 苏州大学 主链含酰胺键的聚合物的制备方法
JP6933394B2 (ja) * 2018-09-06 2021-09-08 マリン エッセンス バイオサイエンシズ コーポレーション オブ ユーエスエーＭａｒｉｎｅ Ｅｓｓｅｎｃｅ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＵＳＡ 組織再生誘導のためのバイオマテリアルデバイスおよび局所用組成物
CN109646159B (zh) * 2018-12-26 2021-02-05 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 解剖型3d打印波纹管弹性体气管支架的制备方法及产品
US20230087713A1 (en) * 2019-12-24 2023-03-23 The Penn State Research Foundation Bioadhesive compositions and methods of making the same
JP2023552599A (ja) * 2020-12-11 2023-12-18 エフ． ホフマン－ラ ロシュ アーゲー 新規ポリマー及びその使用
EP4633690A1 (en) * 2022-12-14 2025-10-22 Acuitive Technologies, Inc. Interpositional patch systems and methods
JP2026502201A (ja) * 2022-12-27 2026-01-21 アキュイティブ テクノロジーズ，インコーポレイティッド 骨軟骨欠損の修復用のシトレート系構造物

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001511429A (ja) * 1997-07-22 2001-08-14 ブラック ライト パワー インコーポレイテッド 無機水素化合物、分離方法及び燃料用途
KR20070037513A (ko) * 2004-07-22 2007-04-04 더 스크립스 리서치 인스티튜트 클릭 화학을 통한 중합체성 물질
US20090018646A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 Zhao Jonathon Z Coating Employing an Anti-Thrombotic Conjugate
US8927682B2 (en) * 2007-08-24 2015-01-06 Board Of Trustees Of Michigan State University Functionalization of polyglycolides by “click” chemistry
DK2209496T3 (da) * 2007-11-05 2019-08-05 Univ Vanderbilt Multifunktionelle nedbrydelige nanopartikler med kontrol over størrelse og funktioner
WO2009136853A1 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Polymer Factory Sweden Ab Dendrimers with interior and exterior functionalities comprising of azide or alkyne groups for post- functionalization by huisgen click cycloaddition
WO2012116250A1 (en) * 2011-02-25 2012-08-30 University Of Massachusetts Medical School Monomers and polymers for functional polycarbonates and poly (ester-carbonates) and peg-co-polycarbonate hydrogels

Also Published As

Publication number Publication date
EP3041880B1 (en) 2022-06-15
EP4001342A1 (en) 2022-05-25
EP4001342B1 (en) 2024-08-21
AU2014315199B2 (en) 2018-04-19
EP3041880A1 (en) 2016-07-13
AU2014315199A1 (en) 2016-03-17
JP6343674B2 (ja) 2018-06-13
US20160199541A1 (en) 2016-07-14
CN105555832B (zh) 2017-12-12
US10106647B2 (en) 2018-10-23
JP2016534210A (ja) 2016-11-04
CN105555832A (zh) 2016-05-04
CA2922924A1 (en) 2015-03-12
ES2991346T3 (es) 2024-12-03
WO2015035020A1 (en) 2015-03-12
CA2922924C (en) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2922848T3 (es) Bioelastómeros y aplicaciones de los mismos
Seo et al. Tuning physical properties and BMP-2 release rates of injectable hydrogel systems for an optimal bone regeneration effect
Gyawali et al. Citrate-based biodegradable injectable hydrogel composites for orthopedic applications
JP5130201B2 (ja) モジュール式生体吸収性又は生物医学用生物活性超分子材料
US20170080125A1 (en) Methods of Promoting Bone Growth and Healing
Magno et al. Synthesis, degradation and biocompatibility of tyrosine-derived polycarbonate scaffolds
ES2854273T3 (es) Composiciones que comprenden citrato y sus aplicaciones
Zhou et al. An antibacterial chitosan-based hydrogel as a potential degradable bio-scaffold for alveolar ridge preservation
He et al. Development of osteopromotive poly (octamethylene citrate glycerophosphate) for enhanced bone regeneration
CN105555833A (zh) 荧光聚合物及其应用
Qiu et al. Preparation of an injectable and photocurable carboxymethyl cellulose/hydroxyapatite composite and its application in cranial regeneration
Bu et al. POSS-modified PEG adhesives for wound closure
CN115397881A (zh) 掺杂木糖醇的柠檬酸盐组合物和其用途
JP4834892B2 (ja) 隔膜
Qin et al. Injectable photo-crosslinked phosphocreatine-functionalized chitosan hydrogel enhanced by ZnSrP nanoparticles for synchronized angiogenesis and osteogenesis in bone defect repair
CA3066094C (en) Ion-crosslinked polymeric or oligomeric compositions
Wei Studies on Poly (γ-glutamic acid)-based
Nair A Novel Injectable Porous Hydrogel Composite Scaffold For Bone Tissue Engineering