CZ2021598A3 - Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou a způsob funkcionalizace substrátů - Google Patents

Abstract

Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, zejména substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou pro léčebné a/nebo kosmetické a/nebo veterinární použití, jehož funkční vrstva je tvořena na substrátu imobilizovanými nanočásticemi a/nebo mikročásticemi, a/nebo směsí imobilizovaných nanočástic a mikročástic, s nejméně dvěma různými charakteristikami uvolňování nejméně jedné enkapsulovanou účinné látky, a s řízenou kinetikou jejího uvolnění podle potřeb personalizované péče. Způsob funkcionalizace substrátů, podle kterého je nejprve připraven modifikační roztok, s obsahem nanočástic a/nebo mikročástic obsahujících enkapsulovanou účinnou látku, následně jsou nanočástice a/nebo mikročástice obsahující enkapsulovanou účinnou látku, depozicovány pomocí z modifikačního roztoku na nosný substrát, kde jsou imobilizovány.

Description

Vynález se týká substrátu s funkcionalizovanou funkční vrstvou, zejména substrátu pro přípravu prostředků pro léčebné a/nebo kosmetické a/nebo veterinární použití, a způsobu její přípravy.

Dosavadní stav techniky

Ze současného stavu techniky je známa celá řada systémů s možností administrace účinných látek, zpravidla léčiv. Tyto systémy jsou zaměřené na dodávání účinných látek v podobě administrace systémové s účinky ex situ a zpravidla dlouhodobějšími (léčivé přípravky), nebo lokální administrace s účinkem in situ zpravidla v relativně kratším časovém úseku, zejména pro topikální aplikaci resp. doplňkový účinek krytů ran v oblasti chirurgie a kožní medicíny (prostředky).

V případě prostředků, tedy zejména topikálních aplikací případně implantátů, je společnou nevýhodou zejména to, že neumožňují efektivní personalizaci výsledného prostředku, tedy variabilitu funkčních parametrů prostředku podle potřeb konkrétního pacienta resp. přístupu k terapii.

Z patentového dokumentu US7972616 je například znám kompozitní kryt ran na bázi nanovláken a anorganických částic.

Toto řešení je jednak už z podstaty odlišné, když dosahuje účinku nikoliv pomocí řízeného uvolnění účinných látek, typicky léčiv, ale pomocí účinku imobilizovaných anorganických částic. Nevýhodou tohoto řešení je zejména to, že prakticky neumožňuje proměnlivé provedení výsledného krytu resp. efektivní personalizaci.

V dalších patentových dokumentech US4725271, US4122158A a US658222, je popsáno řešení, kde jsou aktivní látky kombinovány s biodegradovatelným materiálem tak, že dochází k jejich zabudování do hmoty určitého biodegradovatelného polymeru ve tvaru vláken, pěn nebo textilie.

Tento přístup je patrný také z užitného vzoru CZ 31723, který řeší kryt akutní nebo chronické rány, který je tvořen nebo obsahuje jako vrstvu určenou pro kontakt s ránou funkční vrstvu tvořenou směsí nanovláken a mikrovláken z biologicky kompatibilního a biologicky degradabilního kopolymeru L-laktidu a ε-kaprolaktonu.

Vedle technologické náročnosti a praktických možností produkce popsaných typů krytů pouze s využitím sériové výroby, tedy bez možnosti personalizace, jev případě biodegradabilních polymerů specifickou nevýhodou zejména to, že do prostředí rány jsou vnášeny produkty degradace v objemu, který zpravidla zásadním způsobem převyšuje objem účinné látky a značně rozšiřuje regulatorní požadavky na důkaz biokompatibility prostředku.

V patentových dokumentech US60772100, US20020061329 a US5512301 je popsáno řešení, u kterého dochází k enkapsulaci aktivní látky do hydrofilní polymerní hmoty. Z patentového dokumentu US2006024011 je známo řešení, který se zabývá topikálním dodáváním růstových faktorů pomocí jejich imobilizace v hydrogelu.

Obdobně z patentového dokumentu CZ PV2012-166 je znám biokompatibilní materiál využitelný pro ošetřování ran a defektů kožních na bázi karboxymethylovaných celulózových textilních materiálů.

- 1 CZ 2021 - 598 A3

Tato řešení dosahují léčebných účinků in situ skrze řízené uvolnění účinné látky, ovšem na základě odlišných principů její emise, typicky uvolněním ze hmoty nosiče bez jeho degradace např. difúzí ve vodném prostředí. Nevýhodou uvedených řešení je zejména to, že jsou vázána specificky na konkrétní materiál nosiče, který zároveň tvoří kryt rány, a dále pak to, že již z technologické podstaty neumožňují efektivně změnu parametrů kinetiky uvolnění účinné látky a vůbec neuvažují kontrolu uvolnění více účinných látek s kinetikou rozdílnou.

V patentovém dokumentu US20020004063 je popsán systém, kde dochází k aplikaci aktivní látky přímo na ránu. Působení iniciátorů síťování dochází k solidifikaci vrstvy na ráně pacienta a následně postupnému uvolnění léčiva.

Další patentový dokument US20090263468 představuje systém na bázi nanočástic a nábojem organizovaných vrstev pro přichycení systémů na ránu a dopravu léčiv. Obdobný systém je popsán i v patentovém dokumentu US20100203144.

V dalším patentovém dokumentu US8715736 je popsán systém na bázi lipidů s aktivní látkou, kde je systém přímo aplikován na ránu s cílem dopravy terapeutik přímo k buňkám pomocí penetrace stimulujících peptidů na povrchu částic. Podobný systém pro bezjizvové hojení je popsán i v patentovém dokumentu WO2009061417.

Tyto systémy využívají principálně odlišného přístupu, kdy systém pro prodloužené uvolnění účinné látky není imobilizován na nosiči, který ránu kryje, ale přímo v ráně. Nevýhodou tohoto odlišného přístupu je zejména to, že prostředí rány je už z podstaty fungování biologických systémů v parametrech podstatných pro zamýšlený účinek zásadně proměnlivé a zajištění resp. prokázání deklarované kinetiky uvolnění, zejména pro regulatorní účely konečného výrobku, je zásadně obtížnější.

Z užitného vzoru CZ 20346 je známo řešení síťky jako nosiče s nanovlákny, která mohou být obohacena liposomy. Specifickou nevýhodou tohoto řešení je to, že je vázáno výhradně na nanovlákna z PCL, PLGA či PVC, přičemž liposomy nejsou adherovány aktivně.

Z přihlášky vynálezu PV 2019-796 je znám kryt rány s nanovlákennou vrstvou pro dopravu léčiva, zejména kryt rány s nanovlákennou vrstvou s obsahem účinné látky pro hojení ran kůže, kde nanovlákenná vrstva obsahuje nanovlákennou textilii opatřenou liposomy s obsahem účinné látky.

Nevýhodou těchto řešení je zejména to, že neumožňují užití více účinných látek s rozdílnou kinetikou uvolnění.

Výše uvedený stav techniky má celou řadu obecných i specifických nevýhod, přičemž jako nejvýraznější se jeví to, že neumožňují praktickou personalizaci prostředku podle potřeb konkrétní aplikace, tedy zejména že vyžadují sériovou výrobu konečného prostředku. I v případě teoretické možnosti ambulantní přípravy vykazují malou možnost nastavení parametrů řízeného uvolňování účinné látky a s tím související prakticky omezenou možností personalizace léčby.

Výše popsaná řešení dále neuvažují užití různých substrátů (nosičů) a ani různých účinných látek jejichž výběr by nebyl výrobním postupem v rámci krajních resp. technologických parametrů resp. fyzikálně-chemických parametrů užitých účinných látek ve vztahu k použitému systému pro prodloužené uvolnění, zásadně omezen. Další nevýhodou také je, že uvedené systémy popisují zpravidla uzavřený systém kombinace nosiče, systému pro dopravu léčiva (drug delivery systém) a účinné látky, případně jejich pevně stanovené kombinace, se zaměřením na dosažení předem definovaného účinku spočívajícího v dodání předem pevně stanovené dávky (dose) účinné látky v čase.

Cílem vynálezu je příprava prostředku tvořeného mj. funkční vrstvou připravenou ambulantně s proměnlivými parametry (personalizace), kdy tato vrstva obsahuje účinnou látku resp. více

- 2 CZ 2021 - 598 A3 účinných látek s možností variabilní kinetiky uvolnění, a způsob její přípravy, kde celý tento systém umožní přípravu personalizovaně funcionalizovaného substrátu, nejlépe těsně před jeho aplikací na pacienta, tedy s výhodou v ambulantních podmínkách.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, zejména substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou pro léčebné a/nebo kosmetické a/nebo veterinární použití, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že funkční vrstva je tvořena na substrátu imobilizovanými nanočásticemi a/nebo mikročásticemi, a/nebo směsí imobilizovaných nanočástic a mikročástic, s nejméně dvěma různými charakteristikami uvolňování nejméně jedné enkapsulovanou účinné látky, a s řízenou kinetikou jejího uvolnění podle potřeb personalizované péče. Charakteristikou částic se přitom rozumí kombinace enkapsulované účinné látky resp. směsi účinných látek, obsah účinné látky resp. směsi účinných látek v částici a chemická resp. fyzikálně chemická metoda tvorby částic, včetně parametrů zvoleného procesu v rámci limitních, což je zásadní mj. pro následnou kinetiku uvolňování účinné látky. Výhodou tohoto řešení je zejména to, že umožňuje funkcionalizaci v ambulantních podmínkách, a to širokého spektra substrátů s užitím účinné látky s řízeným uvolněním podle více než jedné křivky kinetiky uvolnění nebo užití více než jedné účinné látky, kdy pro každou je možno nastavit kinetiku uvolnění odlišnou. Tím je možné dosáhnout variabilní, vysoce precizní a v konečném důsledku efektivnější personalizace výsledného prostředku dle potřeb jednotlivých pacientů.

Je výhodné, když jsou nanočástice a/nebo mikročástice tvořené z lipidických molekul a/nebo liposomů, a/nebo amfifilních molekul, a/nebo polyesterů a/nebo biopolymerů. Mezi lipidické molekuly lze zařadit fosfolipidy, sfingolipy, mastné kyseliny, monoglyceridy, diglyceridy, triglyceridy, terpény a steroly. Mezi amfifilních molekuly lze zařadit kopolymery polyetylen oxidu a polypropylen oxidu, pegylované polymery, a polymery na bázi polyetylen oxozalinu. Mezi polyestery lze zařadit polykaprolakton, polymléčnou kyselinu, polyglykolovou kyselinou, polyglycerol sebakát, polyalkanonáty a jejich kopolymery. Mezi biopolymery lze zařadit chitosan, celulózu, hedvábí, alginát, lignin, kyselinu hyaluronovou, kolagen, želatinu a jejich deriváty. Ve své podstatě jsou výše uvedenými látkami tvořeny stěny nanočástic a/nebo mikročástic, když uvnitř je uspořádaná účinná látka nebo je účinná látka imobilizována (rozptýlena) ve hmotě těchto částic resp. ve hmotě a na povrchu částic.

Dále je výhodné, když jsou účinnou látkou léčiva a/nebo antioxidanty, a/nebo přírodní extrakty, a/nebo růstové faktory, a/nebo chemické látky. Účinnou látkou jsou látky, které působí zamýšleným způsobem a jsou s výhodou způsobilé pro užití v humánní medicíně, kosmetice nebo veterinární péči. Mezi antioxidanty lze zařadit například edaverone, resveritrol, superoxid dismutasy, pychnogenol, glutathion, melatonin, kurkuin, koenzym Q10, astaxanthin, olivový olej, zinek, selen, vitamin C, kyselina alfa-lipoova, vitamin E, vitamin A a/nebo extrakty z rostlin, jako například z borůvek, brusinek, zeleného čaje, Ginko biloba a Acai. Mezi přírodní extrakty lze zařadit ty s kombinovaným účinkem, jako například extrakt cannabis sativa a měsíčku lékařského. Mezi růstové faktory lze zařadit ty, které podporující hojení defektů pomocí uvolnění aktivních proteinů, zejména EGF, PDGF, TGF-alpha, TGF-beta, bFGF, IGF-I, insulin, HGF, KGF, aFGF a dalších. Růstové faktory mohou být dodány i ve formě produktů z trombocytů, kmenových buněk nebo v podobě kondicionovaného média.

Léčivy mohou být jakékoliv léčivé přípravky, ale nejvýhodněji jsou léčivy látky s antimikrobiálním účinkem, a/nebo analgetika, a/nebo antirevmatika, a/nebo enzymy. Mezi látky s antimikrobiálním účinkem lze zařadit částice kombinované s antibiotiky, například vankomycin, gentamicyn, klindamycin a tetracyklin, nebo antimikrobiální peptidy, antimikrobiální rostlinné a přírodní extrakty, jako tea tree olej, konopí, skořice a med, nebo nanočástice vhodných prvků, jako Ag, Au, Zn a jich sloučeniny, nebo antiseptika pro eliminaci nebo prevenci infekce v ráně, jako

- 3 CZ 2021 - 598 A3 chlorhexidin. Mezi analgetika lze zařadit zejména cox-inhibitory, jako valdecoxib, rofecoxib a colecoxib, nebo acetaminofen, aspirin, kofein, meprobamate, butalbital, salicylamid, pamabrom, pyrilamine, butalbital, diphenhydramin, phenyltolaxamin, naproxen, yiconotide, oxycodone, fentanyl, oxymorphone, morfin, meperidine, beprenorphine, tramadol,opium, methadone, nalbuphine, tapentadol, propoxyphene, alfentanol, pentazicone, hydrocodone, sufentanil, tramadol a/nebo bylinné výtažky, jako například konopí. Mezi antirevmatika lze zařadit látky tlumící zánět, zejména NSAID, jako například aspirin, ibuprofen, naproxen, paracetamol, ketoprofen, diclofenac, flrbiprofen, misoprostol, etdolac, tolmetin, indomethacine, moloxicam, nabumetone, oxaprozine, famotidine, nebo azathioprine, cyclophosphamide, cyclosprin, hydroxychloroquine sulfat, leflunomid, methotrexat, silfasalazin, apremilast, tofacitinib a další. Mezi enzymy lze zařadit zejména enzymy pro debridement jako je trypsin, kolagenáza, papain a podobně.

Velmi výhodné dále je, když jsou nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem účinné látky připraveny mícháním při vysokých otáčkách v rozsahu 300 až 2000 ot/min, nebo mikrofluidním mísením.

Výhodné dále je, když jsou nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem účinné látky připraveny ionotropní gelací, to je výhodné zejména u biopolymerů, jako chitosanu, alginátu, nebo síťováním, zejména s použitím hyaluronové kyseliny a kolagenu, nebo emulzifikací, s využití směsi olej-voda, olej-voda-olej, voda-olej, voda-olej-voda, zejména pro polyestery a lipidy.

S výhodou lze užít jednu účinnou látku enkapsulovanou do částic s nejméně dvěma různými charakteristikami, které vedou následně k uvolňování podle rozdílné křivky kinetiky uvolnění.

S výhodou lze také užít více než jednu účinnou látku, kdy účinné látky jsou enkapsulovány do částic se shodnými nebo různými charakteristikami kinetiky uvolnění. V případě užití více účinných látek je zejména výhodné užití takových kombinací účinných látek, typicky léčiv, u kterých je prokázán synergický efekt, tedy takový efekt, který při užití kombinace látek je co do kvantity anebo kvality vyšší, ve srovnání s efektem užití obou látek samostatně. Takovým případem je zejména užití účinných látek, typicky léčiv, s antimikrobiálním účinkem, který v konečném důsledku vede k potlačení mikrobiální infekce v ráně, a účinných látek, typicky léčiv, s antioxidačními účinky, které přispívají k odstranění produktů bakteriální inhibice, kdy při současném užití dochází k pozitivním celkovým efektům na hojení rány.

Substrátem je s výhodou jakýkoliv nosič vhodný pro určitou specifickou aplikaci, tedy specificky zejména zdravotnický prostředek způsobilý k aplikaci na ránu za účelem zejména jejího krytí, a/nebo jiný biokompatibilní materiál vhodný aplikaci do rány za účelem především administrace enkapsulovaných účinných látek. Může se tedy jednat o přípravek s účelem užití i uvnitř těla, například incize, operační defekty, hernie, tělní stěny, tedy např. kýlní síťka, a nejen ke krytí rány s doplňkovým účinkem pomocí aktivních látek, zejména na kůži.

Výhodné je, když je nosným substrátem vlákenný kryt, a/nebo pěnový kryt, a/nebo kryt z polymerní folie, a/nebo plošná prostorová struktura vyrobená lyofilizací. Výhodnou možností kombinující výhodné vlastnosti více materiálu tvořících nosný substrát je kompozitní uspořádání nejméně dvou z nich.

Z pohledu strukturního uspořádání je výhodné, když vlákenný kryt obsahuje nanovlákna a/nebo mikrovlákna, nebo je jimi výhradně tvořen, s tím, že je výhodné, když je vlákenný kryt proveden jako tkaný nebo netkaný, jelikož v případě vhodného prostorového uspořádání dochází k dosažený výhodných vlastností z hlediska permeability pro vodní páry a/nebo bariéry pro průchod mikroorganismů.

Dále je také výhodné, když je nosný substrát vyroben z materiálu, kterým je biokompatibilní polymer, a/nebo celulóza, a/nebo derivát celulózy, a/nebo biopolymery, jako chitosan, kolagen, alginát, kyselina hyaluronová a podobně, a/nebo oxid křemičitý. Výhodnou možností kombinující

- 4 CZ 2021 - 598 A3 výhodné vlastnosti více materiálu tvořících nosný substrát je opět kompozitní uspořádání nejméně dvou z nich. Biokompatibilním polymerem může být s výhodou například hedvábí. Obecně platí to, že nosný substrát je možné vyrobit z materiálu, který je možné funkcionalizovat. Opět například je výhodné funkcionalizovat křemičitá nanovlákna.

Dále je výhodné, aby funkcionalizovaný substrát obsahoval další pomocné látky, které pozitivně přispívají k procesu jeho funkcionalizace. Pomocnými látkami mohou být veškeré vhodné chemické látky a/nebo jejich směsi, včetně směsí různých skupenství těchto chemických látek s dostatečným podílem kapalné složky umožňující resp. zlepšující podmínky funkcionalizace substrátu funkční vrstvou, tedy včetně například roztoků, koloidních roztoků a gelových suspensí s účelem úpravy fyzikálně-chemických vlastností substrátu, například optimalizaci Ph, a/nebo k imobilizaci na/v substrátu za účelem pozdějšího uvolnění, zejména pro synergický účinek s enkapsulovanou aktivní látkou například pro úpravu prostředí v ráně. Typicky se v druhém uvedeném případě jedná o látky vytvářející kyselé prostředí v ráně, jako je kyselina octová, boritá, askorbová, alginová či hyaluronová, které přispívají k hojení rány zejména tím, že kontrolují infekci v ráně, zvyšují antimikrobiální aktivitu, mění proteázovou aktivitu, uvolňující kyslík a/nebo snižují toxicitu konečných bakteriálních produktů.

Dále je výhodné, pokud je substrát před funkcionalizací pomocí funkční vrstvy upraven postupy pro vylepšení fyzikálních a/nebo fyzikálně chemických vlastností, zejména povrchových, které pozitivním způsobem přispívají k procesu funkcionalizace. Mezi takové postupy lze zařadit například kalandrování, drásání, máčení a/nebo plazmování.

Uvedené nedostatky dále také do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje způsob funkcionalizace substrátů, zejména způsob funkcionalizace substrátů pro přípravu funcionalizovaného substrátu pro léčebné a/nebo kosmetické a/nebo veterinární použití, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nejprve je připraven modifikační roztok, s obsahem nanočástic a/nebo mikročástic obsahujících enkapsulovanou účinnou látku nebo jejich směs, následně jsou nanočástice a/nebo mikročástice obsahující enkapsulovanou účinnou látku nebo jejich směs, kontrolovaně depozicovány pomocí modifikačního roztoku na nosný substrát, kde jsou imobilizovány. Výhodou tohoto způsobu je to, že výroba nanočástic a/nebo mikročástic probíhá v jednom kroku před funkcionalizací substrátu, což umožňuje přizpůsobení typu a koncentrace účinné látky, nebo více účinných látek, přesně podle potřeb pacienta. Vzniká tak možnost zcela personalizovaná terapie s plnou regulací vlastností přímo ošetřujícím personálem.

Zejména je pak výhodné, když jsou jednotlivé účinné látky nebo jejich směsi (formulace), enkapsulovány do nano a/nebo mikročástic dvou rozdílných charakteristik, které vykazují odlišnou kinetiku uvolnění účinné látky. S výhodou je možné tyto nejméně dvě odlišné formulace připravit souběžně a depozicovat na substrát v rámci jednoho kroku zároveň, nebo je možné tyto nejméně dvě odlišné formulace připravit souběžně ovšem depozicovat na substrát ve dvou po sobě jdoucích krocích, což umožňuje zejména preferenci uvolnění jedné z formulací umístěním na povrch resp. blíže k povrchu, který následně přijde do kontaktu s ránou, nebo je možné tyto nejméně dvě odlišné formulace připravit v postupných krocích, tedy s využitím jednoho zařízení pro syntézu, a tedy depozicovat na substrát ve dvou po sobě jdoucích krocích, nebo je možné využít různých kombinací uvedených postupů pro dosažení preferovaných parametrů.

Vytvořené nanočástice a/nebo mikročástice obsahujících enkapsulovanou účinnou látku a/nebo jejich směs jsou aplikovány na povrch substrátu, přičemž v závislosti na povaze modifikace se mohou vyskytovat ve formě jednotlivých částic rozptýlených v koloidním roztoku nebo ve formě suspenze/emulze těchto částic, v závislosti zejména na teplotě.

Nejvýhodnější je, když jsou nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem aktivní látky a/nebo jejich směsi na nosném substrátu imobilizovány aktivně pomocí tlakového spádu. Jde o způsob aktivní adheze, kdy je nosný substrát umístěn jako bariera mezi části zařízení přivádějící modifikační roztok a odvádějící jeho přebytečnou kapalnou složku. V případě aktivní adheze pomocí přetlaku

- 5 CZ 2021 - 598 A3 je generovaný tlak modifikačního roztoku na straně zařízení přivádějící modifikační roztok. Dochází tak k pohybu modifikačního roztoku skrz nosný substrát do části odvádějící kapalnou složku modifikačního roztoku již zbavenou obsažených nano- a/nebo mikročástic. V případě modifikace pomocí podtlaku, dochází v části zařízení pro odvod modifikačního roztoku ke generaci podtlaku, přičemž na nosném substrátu vzniká negativní tlakový spád, a vytvoření sil způsobujících proudění modifikačního roztoku z části přivádějící modifikační kapalinu, skrz nosný substrát do části odvádějící modifikační roztok.

Výhodné ale také může být, když jsou nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem aktivní látky na nosném substrátu imobilizovány pasivně pomocí sedimentace. Proces prosté sedimentace je založený na působení gravitačních sil způsobujících usazení nanočástic a/nebo mikročástic na nosném krytu umístněným na dně nádoby s roztokem nanočástic a/nebo mikročástic. Takový postup je výhodný zejména v případech, kdy je preferováno malé silové působení na vytvořené částice během procesu depozice a naopak není nevýhodou delší čas pro provedení jejich depozice.

Aplikace nanočástic a/nebo mikročástic obsahujících enkapsulovanou účinnou látku může být provedena i pomocí centrifúgace nebo elektroforetickým nanesením.

Hlavní výhodou vynálezu je to, že primární fúnkcionalizační formulace využívá kombinaci přímé tvorby nanočástic a/nebo mikročástic kapalnými technikami a fůnkcionalizace substrátů jejich imobilizací na substrát, která je prováděna především adsorpcí. Díky enkapsulaci účinných látek do nanočástic a/nebo mikročástic dojde k prodloužení jejich účinnosti a regulaci kinetiky jejich uvolnění. Imobilizace nanočástic a/nebo mikročástic na substrát zajišťuje jejich umístnění v místě aplikace a zabraňuje jejich odplavení mimo žádoucí místo působení. Výhodou je také možné prodloužení účinku účinné látky, snížení její koncentrace a minimalizaci systémového účinku látek. Funkcionalizovaný substrát může být s výhodou implantován do těla pacienta, jako kryt s vnitřním účinkem. Dochází pak opět k prodloužení účinku, lokalizaci efektu do místa implantace a stimulaci hojení. Vynález umožňuje přípravu fúnkcionalizo váných přípravků, a to především pro topikální aplikace medicinální, ale i kosmetické nebo veterinární, s možností personalizace nosiče aplikací rozdílné dávky účinné látky podle potřeb konkrétní aplikace, resp. terapie.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Funkcionalizovaný substrát pro léčebné použití s antimikrobiálním účinkem obsahuje nanovlákenný a mikrovlákenný nosný substrát opatřený imobilizovanými nanočásticemi a mikročásticemi dvou charakteristik resp. tvořenými liposomy obsahujícími enkapsulovanou účinnou látku, kterou je tetracyklin (semisyntetické antibiotikum ze skupiny tetracyklinů, sumární vzorec C22H24N2O8), v různém provedení. Dva rozdílné roztoky liposomů jsou tvořené samostatně technologií etanolové injekce roztoku fosfátydilcholinu do lázně s vodním pufrem a tetracyklinem, kdy obsah tetracyklinů ve druhé směsi odpovídá dvojnásobku obsahu tetracyklinů ve směsi první. Vzniklé suspenze jsou postupně adsorbovány na nanovlákenný nosný substrát z PCL (polykaprolakton - polymer ze skupiny polyesterů, systematický název (l,7)-polyoxepan-2-on) pomocí podtlaku s tím, že suspenze s vyšší koncentrací účinné látky je nanesena později.

Nosný substrát je vyroben z materiálu, kterým je biokompatibilní polymer, specificky PCL (polykaprolakton).

Jako pomocná látka, která je nanášena na nosný substrát samostatně za účelem synergického účin ku, je užito kyseliny hyaluronové (glykosaminoglykan, sumární vzorec (Ci4H2iNOn)_n o vhodné m olekulární hmotnosti), která prokazatelně podporuje hojení rány.

-6CZ 2021 - 598 A3

Vniklý fiinkcionalizovaný substrát uvolňuje tetracyklin (antibiotikum) po dobu delší než 72 hodin s tím, že v první fázi aplikace dosahuje křivka kinetiky uvolnění hodnot o 40 až 60% vyšších, než ve druhé fázi, což je v souladu s potřebami zvolené terapie.

Na nosný substrát je jako první nanesena kyselina hyaluronová, k jejímuž uvolnění dojde tím pádem z převážné části později, než uvolnění účinných látek z později depozicovaných vrstev, v souladu s potřebami zvolené terapie.

Podle způsobu fúnkcionalizace substrátů pro přípravu fúncionalizovaného přípravku pro léčebné použití je dále připraven modifikační roztok, s obsahem nanočástic a mikročástic tvořených lipsomy obsahujícími enkapsulovanou účinnou látku, kterou je tetracyklin (antibiotikum), o stanovené koncentraci, přičemž liposomy jsou tvořené technologií etanolové injekce roztoku fosfatydilcholinu do lázně s vodním pufrem a tetracyklinem.

Následně jsou nanočástice a mikročástice obsahující enkapsulovanou účinnou látku depozicovány pomocí z modifikačního roztoku na nosný substrát, kde jsou imobilizovány aktivně pomocí tlakového spádu, kterým je podtlak s tím, že suspenze s vyšší koncentrací účinné látky je nanesena po úplném nanesení suspenze s nižší koncentrací účinné látky.

Příklad 2

Funkcionalizovaný substrát pro léčebné použití s antimikrobiálním a doplňkovým účinkem obsahuje nanovlákenný nosný substrát opatřený imobilizovánými lipidickými nanočásticemi dvou charakteristik. První formulace nanočástic obsahuje enkapsulovanou účinnou látku, kterou je gentamycin (antibiotikum, aminoglykosid, sumární vzorec C21H43N5O7). Druhá formulace obsahuje nanočástice obsahující enkapsulovanou účinnou látku, kterou je směs gentamycinu a některého tokoferolu s biologickou, specificky antioxidační, aktivitou (zejména RRR-atokoferolu). Pomocí gentamycinu coby antibiotika je dosahováno antibakteriálního účinku. Tokoferol zajišťuje účinek doplňkový jako antioxidant, tedy látka vychytávající v ráně nežádoucí volné radikály.

Lipidické částice jsou tvořené dvojitou emulzifikací účinné látky resp. směsi účinných látek s lipidy, které jsou tvořené kokosovým olejem, pomocí dvou samostatných dvojitých mikrofluidních T-chipů pracujících paraelně. Pro stabilizaci jsou využity sufraktanty Tween 80 (v potravinářství pod kódem E 433, systematický název polyoxyethylen (80) sorbitanmonooleát) a Span 80 (systematický název (Z)-sorbitan mono-9-octadecenoát, sumární vzorec C24H44O6).

Vytvořené částice jsou adsorbovány na nosný substrát tvořený nanovlákny z PCL (polykaprolakton). Vniklý fúnkcionalizovaný substrát uvolňuje účinné látky souběžně po dobu delší než 48 hodin, s tím, že pomocná látka je uvolňována s převahou ve druhé fázi aplikace, v souladu s potřebami zvolené terapie.

Podle způsobu fúnkcionalizace substrátů pro přípravu fúncionalizovaného přípravku pro léčebné použití je nejprve připraven modifikační roztok, s obsahem nanočástic tvořených imobilizovánými lipidickými nanočásticemi obsahujícími enkapsulovanou účinnou látku, kterou je v prvním případě tetracyklin (antibiotikum) ve druhém směs tetracyklinu a tokoferolu (antioxidant), přičemž lipidické částice jsou v obou případech vytvořené dvojitou emulzifikací účinných látek s lipidy, které jsou tvořené kokosovým olejem, pomocí dvojitého mikrofluidního T chipu.

Následně jsou oba roztoky resp. v závislosti na teplotě procesu polydisperze nanočástic obsahujících enkapsulované účinné látky, depozicovány pomocí modifikačního roztoku na nosný substrát, kde jsou částice imobilizovány aktivně pomocí tlakového spádu, kterým je přetlak s tím, že formulace obsahující pouze antibiotikum je depozicována později po úplném nanesení suspenze se směsí tetracyklinu a tokoferolu.

-7 CZ 2021 - 598 A3

Příklad 3

Funkcionalizovaný substrát pro léčebné kosmetické použití, který obsahuje nosný substrát, kterým je S1O2 nanovlákenný substrát, opatřený imobilizo vánými nanočásticemi obsahujícími enkapsulovanou účinnou látku, kterými jsou chitosan/alginátové částice dvou charakteristik.

Nanočástice jsou tvořené pomocí iontotropní gelace chitosanu a alginátu za přítomnosti enzymu, kterým je trypsin, nebo pomocné látky, kterou je tokoferol.

Podle způsobu fúnkcionalizace substrátů pro přípravu fúncionalizovaného přípravku pro kosmetické použití je nejprve připraven modifikační roztok, s obsahem nanočástic, kterými jsou chitosan/alginátové částice s trypsinem. Podle způsobu fúnkcionalizace substrátů pro přípravu fúncionalizovaného přípravku pro kosmetické použití je následně připraven modifikační roztok, s obsahem nanočástic, kterými jsou chitosan/alginátové částice s tokoferolem.

Následně jsou oba modifikační roztoky smíseny ve stejném poměru a nanočástice, obsahující enkapsulovanou účinnou látku, jsou depozicovány pomocí modifikačního roztoku na nosný substrát, kde jsou imobilizovány aktivně pomocí tlakového spádu, kterým je přetlak.

Nosný substrát je nejdéle 24 hodin před depozicí částic upraven pomocí plazmování za atmosférického tlaku za účelem zlepšení adhesních vlastností.

Příklad 4

Funkcionalizovaný substrát pro léčebné a kosmetické použití, který obsahuje nanovlákenný nosný substrát na bázi PA6.6 (polyamid 6.6, sumární vzorec (Ci2H22N2O2)_n) opatřený mikročásticemi enzymu, kterým je trypsin a dále NHS (N-hydroxysukcimid) a EDC (l-ethyl-3-(3dimethylaminopropyljkarbodiimid). Reakce probíhá v kompartmentu s PA6.6 nanovlákny. Jednotlivé kroky modifikace jsou střídány s promýváním pomocí PBS (fosfátový pufr). Kapalina je při modifikaci odsávána z nosného substrátu, přičemž vzniká fúnkcionalizovaná nanovlákenná vrstva.

Z podstaty procesu jsou vytvořené částice různých charakteristik resp. parametrů, což vede ke složené křivce prodlouženého uvolnění cílených parametrů, v souladu s potřebami zvolené terapie.

Příklad 5

Funkcionalizovaný substrát pro léčebné použití s antimikrobiálním účinkem obsahuje nanovlákenný nosný substrát a imobilizováné lipidické struktury obsahující enkapsulovanou směs účinných látek, kterou je směs gentamicinu (antibiotikum, aminoglykosid, sumární vzorec C21H43N5O7) a edaravone (antioxidant, 5-methyl-2-phenyl-4H-pyrazol-3-one, sumární vzorec C10H10N2O). Lipidické struktury jsou tvořené metodou w/o/w (voda/olej/voda) emulzifikací směsi účinných látek s lipidem, kterým je tetradecanol a jsou vyráběny řízeným dávkováním vodného roztoku s 1 % hmotn. surfaktantu a požadovaného množství účinné látky do lipidické fáze a následné řízené míchaní emulze na 700 ot/min po dobu 5 minut při teplotě 60 až 80 °C. Pro stabilizaci jsou využity surfaktanty Tween 20 (v potravinářství pod kódem E 432, sumární vzorec C58H114O26), PVA (polyvinylacetát), PF 127 (Pluronic® F-127, polyoxypropylenpolyoxyethylen blokový kopolymer, sumární vzorec (CsHeO ChFLiOjx).

Jako pomocná látka, která je enkapsulována ve směsi s aktivní látkou, je využit edaravone jako antioxidant, tedy látka vychytávající v ráně nežádoucí volné radikály.

Pro enkapsulaci edavarvone je využito enkapsulace do lipidických struktur na základě o/w/o (olej/voda/olej). Lipidické struktury pro enkapsulaci aktivní látky jsou vyráběny řízeným dávkováním lipidu s rozpuštěným požadovaným množstvím aktivní látky do vodného roztoku s

-8CZ 2021 - 598 A3 % hmotn. surfaktantu a následným řízeným mícháním emulze na 300 ot/min až 400 ot/min. po dobu 4 až 6 minut při teplotě 50 až 70 °C. Pro stabilizaci jsou využity surfaktanty Tween 20, PVA, PF 127.

Výsledné lipidické struktury, které mají charakter polydisperze, s enkapsulovanou aktivní látkou jsou adsorbovány na kompozitní medicinální kryt, jehož svrchní vrstva respektive, vrstva pro depozici funkční vrstvy, je tvořena specificky perforovanou LDPE (low-density polyetylen) folií. Test uvolňování prokázal uvolnění po dobu delší než 72 hodin.

Následně jsou nanočástice obsahující enkapsulovanou účinnou látku, depozicovány v podobě disperze na nosný substrát, kde jsou imobilizovány aktivně pomocí tlakového spádu, který je zajištěn přetlakem.

Z podstaty procesu jsou vytvořené částice různých charakteristik resp. parametrů, což vede ke složené křivce prodlouženého uvolnění cílených parametrů, v souladu s potřebami zvolené terapie.

Příklad 6

Funkcionalizovaný substrát pro léčebné použití s antimikrobiálním účinkem obsahuje nanovlákenný nosný substrát a imobilizované lipidické struktury obsahující enkapsulovanou účinnou látku, kterou je vankomycin a β-karoten. Lipidické struktury jsou tvořené w/o/w (voda/olej/voda) emulzifikací vankomycinu s lipidy, které jsou tvořené kyselinou stearovou a jsou vyráběny řízeným dávkováním vodného roztoku s požadovaným množstvím účinné látky do lipidické fáze a následným řízeným mícháním emulze na 1400 až 2000 ot/min po dobu 8 až 12 minut při 84 až 92 °C. Pro stabilizaci může být využit surfaktant PEG (polyethylenglykol). Pro zabránění agregace je využit 0,1 M citrát.

Jako pomocná látka, která je enkapsulována ve směsi s aktivní látkou, je využit β-karoten jako antioxidant, tedy látka vychytávající v ráně nežádoucí volné radikály.

Pro enkapsulaci β-karotenu bylo využito enkapsulace do lipidických struktur na základě metodiky o/w/o (olej/voda/olej). Lipidické struktury pro enkapsulaci aktivní látky jsou vyráběny řízeným dávkováním lipidu s rozpuštěným požadovaným množstvím aktivní látky do vodného roztoku s 1 % surfaktantu a následným řízeným mícháním emulze na 850 až 950 ot/min po dobu 4 až 6 minut při teplotě 65 až 75 °C. Pro stabilizaci jsou využity surfaktanty Tween 20, PVA, PF 127.

Výsledné lipidické struktury s enkapsulovanými aktivními látkami jsou adsorbovány na nosný substrát, kterým je medicinální kryt, tvořený směsí polymerních, specificky PP (polypropylen) a PE (polyetlyen) mikrovláken zpracovaných metodou air-laid. Test uvolňování prokázal uvolnění po dobu delší než 72 hodin.

Následně jsou nanočástice obsahující enkapsulovanou účinnou látku, depozicovány v podobě disperze na nosný substrát, kde jsou imobilizovány aktivně pomocí tlakového spádu, který je zajištěn přetlakem.

Nosný substrát je před depozicí částic upraven pomocí kalandrování resp. frikčního kalandrování za účelem zlepšení adhesních vlastností a zároveň zlepšení senzorických vlastností.

Z podstaty procesu jsou vytvořené částice různých charakteristik resp. parametrů, což vede ke složené křivce prodlouženého uvolnění cílených parametrů, v souladu s potřebami zvolené terapie.

- 9 CZ 2021 - 598 A3

Průmyslová využitelnost

Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, a způsob funkcionalizace substrátů, podle vynálezu 5 lze zejména využít v oblasti materiálů pro medicínu, kosmetiku a veterinární péči.

Claims (14)

1. Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, zejména substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou pro léčebné a/nebo kosmetické a/nebo veterinární použití, vyznačující se tím, že funkční vrstva je tvořena na substrátu imobilizovanými nanočásticemi a/nebo mikročásticemi, a/nebo směsí imobilizovaných nanočástic a mikročástic, s nejméně dvěma různými charakteristikami uvolňování nejméně jedné enkapsulovanou účinné látky, a s řízenou kinetikou jejího uvolnění podle potřeb personalizované péče.

2. Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, podle nároků 1, vyznačující se tím, že nanočástice a/nebo mikročástice jsou tvořené z lipidických molekul a/nebo liposomů, a/nebo amfifilních molekul, a/nebo polyesterů a/nebo biopolymerů.

3. Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, podle některého z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že enkapsulovanou účinnou látkou jsou léčiva a/nebo antioxidanty, a/nebo přírodní extrakty, a/nebo růstové faktory, a/nebo chemické látky.

4. Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, podle nároku 3, vyznačující se tím, že léčivy jsou látky s antimikrobiálním účinkem, a/nebo analgetika, a/nebo antirevmatika, a/nebo enzymy.

5. Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že nosným substrátem je vlákenný kryt, a/nebo pěnový kryt, a/nebo kryt z polymerní folie, a/nebo plošná prostorová struktura vyrobená lyofilizací.

6. Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, podle nároku 5, vyznačující se tím, že vlákenný kryt obsahuje nanovlákna a/nebo mikrovlákna.

7. Substrát s funkcionalizovanou funkční vrstvou, podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že nosný substrát je vyroben z materiálu, kterým je biokompatibilní polymer, a/nebo celulóza, a/nebo derivát celulózy, a/nebo biopolymer a/nebo oxid křemičitý.

8. Způsob funkcionalizace substrátů, zejména způsob funkcionalizace substrátu s funkcionalizovanou funkční vrstvou pro léčebné a/nebo kosmetické a/nebo veterinární použití, podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že nejprve je připraven modifikační roztok, s obsahem nanočástic a/nebo mikročástic obsahujících enkapsulovanou účinnou látku, následně jsou nanočástice a/nebo mikročástice obsahující enkapsulovanou účinnou látku, depozicovány pomocí z modifikačního roztoku na nosný substrát, kde jsou imobilizovány.

9. Způsob funkcionalizace substrátů, podle nároku 8, vyznačující se tím, že nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem aktivní látky jsou na nosném substrátu imobilizovány aktivně pomocí tlakového spádu.

10. Způsob funkcionalizace substrátů, podle nároku 8, vyznačující se tím, že nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem aktivní látky jsou na nosném substrátu imobilizovány pasivně pomocí sedimentace.

11. Způsob funkcionalizace substrátů, podle některého z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem účinné látky jsou připraveny ionotropní gelací, nebo síťováním, nebo emulzifikací.

12. Způsob funkcionalizace substrátů, podle některého z nároků 8 až 11, vyznačující se tím, že nanočástice a/nebo mikročástice s obsahem účinné látky připravené emulzifikací jsou připraveny mícháním při vysokých otáčkách nebo mikrofluidním mísením.

- 11 CZ 2021 - 598 A3

13. Způsob funkcionalizace substrátů, podle nároku 12, vyznačující se tím, že nanočástice a/nebo mikročástice, kterými jsou lipidické struktury připravené emulzifikací mícháním, jsou připraveny řízeným dávkováním vodného roztoku a požadovaného množství účinné látky do lipidické fáze a následným řízeným míchaním emulze na 300 až 2000 ot/min po dobu 4 až 12 minut při teplotě 50

5 až 92 °C.

14. Způsob funkcionalizace substrátů, podle nároku 13, vyznačující se tím, že vodný roztok obsahuje 0,5 až 2 % hmotn. surfaktantu.