ES2211028T3 - Nuevos copolimeros tensioactivos basados en malonato de metilideno. - Google Patents
Nuevos copolimeros tensioactivos basados en malonato de metilideno.Info
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Abstract
Copolímeros biocompatibles del tipo que comprende al menos una secuencia que presenta un carácter hidrófilo y al menos una secuencia que presenta un carácter hidrófobo, caracterizados porque dicha secuencia de carácter hidrófobo está formada: - bien por un homopolímero constituido por unidades repetitivas que responden a la **fórmula** siguiente: en la que: - R1 representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono o un grupo (CH2)m-COOR3 en el que m es un número entero comprendido entre 1 y 5, y R3 representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono; - R2 representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono; y - n es un número entero comprendido entre 1 y 5; - bien por un copolímero estadístico constituido por unidades repetitivas diferentes que responden a la **fórmula** como la definida anteriormente; - bien, finalmente, un copolímero estadístico mayoritariamente constituido por unidades que responden a la **fórmula** como la definida anteriormente.
Description
Nuevos copolímeros tensioactivos basados en
malonato de metilideno.
La presente invención trata generalmente de una
nueva familia de copolímeros tensioactivos biocompatibles que
presentan un amplio espectro de utilizaciones, particularmente en
el campo farmacéutico y para la síntesis de materiales en estado
disperso, así como para el tratamiento de superficie de materiales
o biomateriales.
La invención tiene más particularmente por objeto
los copolímeros tensioactivos biocompatibles que comprenden una o
varias secuencias de carácter hidrófobo, constituidas
mayoritariamente por unidades repetitivas o que no responden a la
fórmula general definida a continuación, formando en particular un
poli(malonato de metilideno).
Desde hace mucho tiempo se conocen copolímeros
tensioactivos formados por una o varias secuencias que presentan un
carácter hidrófilo y una o varias secuencias que presentan un
carácter hidrófobo.
En particular, los productos constituidos por
secuencias de polioxietileno de carácter hidrófilo y por secuencias
de polioxipropileno de carácter hidrófobo y comercializados bajo la
denominación PLURONIC®, se utilizan habitualmente para la
preparación de composiciones de uso cosmético o farmacéutico.
El principal inconveniente de estos copolímeros
procede del hecho de que no comprenden ninguna secuencia
biodegradable.
Los copolímeros tensioactivos que comprenden
secuencias biodegradables ya han sido descritos, por ejemplo, en el
documento EP 583955. Se trata de copolímeros en bloque que
contienen unidades de óxido de etileno y unidades derivadas de
aminoácidos como secuencias hidrófobas.
La biodegradabilidad de estos copolímeros
conocidos se acompaña de una ruptura de la cadena principal.
El documento
WO-A-9625954 describe generalmente
la utilización de poli(metilidenmalonato) para la preparación
de microcápsulas que contienen un gas destinadas al diagnóstico por
ultrasonidos.
Se ha descubierto, y constituye el fundamento de
la presente invención, una nueva familia de copolímeros
tensioactivos biocompatibles y biodegradables mediante un mecanismo
de bioerosión que no modifica sensiblemente el grado de
polimerización de dicho copolímero.
Más precisamente, los copolímeros según la
invención son susceptibles de degradarse por vía química o
bioquímica mediante ruptura de los sustituyentes laterales que
constituyen las secuencias de carácter hidrófobo, y esta bioerosión
se acompaña, ventajosamente, del paso de un copolímero que presenta
las características de un tensioactivo a un copolímero completamente
hidrófilo con el mismo grado de polimerización que el polímero de
partida.
Los copolímeros según la presente invención
presentan muy numerosas ventajas con respecto a los copolímeros
tensioactivos conocidos hasta hoy, que resultan de la estructura
química particular de sus secuencias de carácter hidrófobo.
Estas secuencias permiten particularmente
proporcionar copolímeros que presentan estructuras variadas, en
bloque o incorporadas, siendo estas últimas difícilmente accesibles
en el caso de los copolímeros descritos, por ejemplo, en el
documento EP 583955.
La gran reactividad, tanto en la polimerización
aniónica como radicalaria, de los monómeros utilizados para
realizar estas secuencias de carácter hidrófobo, facilita el ajuste
de los pesos moleculares de estas secuencias y, por consiguiente,
de las propiedades de los copolímeros.
Finalmente, los copolímeros según la presente
invención presentan, según la estructura química de sus secuencias
de carácter hidrófobo, cinéticas de degradación variadas y son
adecuados, por tanto, en un amplio espectro de aplicaciones.
Así, según un primer aspecto, la presente
solicitud pretende cubrir los copolímeros biocompatibles del tipo
que comprenden al menos una secuencia que presenta un carácter
hidrófilo y al menos una secuencia que presenta un carácter
hidrófobo, caracterizados porque dicha secuencia de carácter
hidrófobo está formada:
- bien por un homopolímero constituido por
unidades repetitivas que responden a la fórmula general (I)
siguiente:
---CH_{2}---
\melm{\delm{\para}{COO---(CH _{2} ) _{n} ---COOR _{2} }}{C}{\uelm{\para}{COOR _{1} }}---
en la
que:
- -
- R_{1} representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono o un grupo (CH_{2})_{m}-COOR_{3} en el que m es un número entero comprendido entre 1 y 5, y R_{3} representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono;
- -
- R_{2} representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono; y
- -
- n es un número entero comprendido entre 1 y 5;
- bien por un copolímero estadístico constituido
por unidades repetitivas diferentes que responden a la fórmula (I)
como la definida anteriormente;
- bien, finalmente, por un copolímero estadístico
mayoritariamente constituido por unidades que responden a la
fórmula (I) como la definida anteriormente.
Ventajosamente, la secuencia de carácter
hidrófobo mencionada anteriormente estará formada por un
homopolímero constituido por unidades repetitivas que respondan a la
fórmula (I) como la definida anteriormente.
Sin salir del marco de la invención, esta
secuencia de carácter hidrófobo puede estar formada igualmente por
un copolímero estadístico constituido por unidades repetitivas
diferentes que respondan a la fórmula (I) como la definida
anteriormente, o bien incluso por un copolímero estadístico
mayoritariamente constituido por unidades que respondan a la fórmula
(I) como la definida anteriormente, es decir, constituido por al
menos el 50%, expresado en proporción molar, de dichas unidades,
pudiendo estar formadas las otras unidades por monómeros acrílicos,
vinílicos, malónicos, copolimerizables con las unidades de malonato
de metilideno de fórmula (I).
Según un modo de realización actualmente
preferible de la invención, la secuencias de carácter hidrófobo
mencionada anteriormente está constituida por unidades repetitivas
que corresponden a la fórmula general (I) mencionada anteriormente,
en la que:
R_{1} representa un grupo alquilo que tiene de
1 a 6 átomos de carbono;
R_{2} representa un grupo alquilo que tiene de
1 a 6 átomos de carbono; y
n es un número igual a 1.
Según un modo de realización particularmente
preferible de la invención, la secuencia de carácter hidrófobo
mencionada anteriormente está formada por un homopolímero
constituido por unidades repetitivas que responden a la fórmula:
---CH_{2}---
\melm{\delm{\para}{COO---CH _{2} ---COOCH _{2} CH _{3} }}{C}{\uelm{\para}{COOCH _{2} CH _{3} }}---
Según una característica particular, la secuencia
de carácter hidrófilo de los copolímeros biocompatibles según la
presente invención se elige entre un poli(oxietileno), un
poli(alcohol vinílico), una poli(vinilpirrolidona), un
poli(N-2-hidroxipropilmetacrilamida),
un poli(hidroxietilmetacrilato), un poli(aminoácido)
hidrófilo tal como una polilisina, un polisacárido, y estará
preferiblemente constituido por un poli(oxietileno).
Los copolímeros según la presente invención
pueden presentar estructuras variadas, en bloque, preferiblemente
di-bloque o tri-bloque, o
incorporadas.
Estos copolímeros pueden caracterizarse de forma
general:
- -
- por un contenido en peso de secuencias de carácter hidrófobo comprendido entre 5 y 95%, preferiblemente entre 10 y 90%;
- -
- por un peso molar total de las secuencias de carácter hidrófobo comprendido entre 1.000 y 80.000 g/mol, y preferiblemente entre 1.000 y 50.000 g/mol.
Los copolímeros según la presente invención
pueden prepararse mediante las técnicas de polimerización clásicas
bien conocidas por el experto en la materia.
Entre estas técnicas se utilizará preferiblemente
la polimerización por vía aniónica, la polimerización por vía
radicalaria, o incluso la técnica de acoplamiento de secuencias
precursoras del copolímero, habiendo sido estas secuencias
funcionalizadas de antemano al final de la cadena de forma
adecuada.
La polimerización por vía aniónica es
particularmente más conveniente para la preparación de copolímeros
en bloque.
Comprende la adición secuencial de monómeros, y
permite obtener copolímeros de estructura perfectamente definida,
permitiendo las cantidades de iniciadores y de monómeros
comprometidas controlar el grado de polimerización de cada una de
las secuencias.
Un copolímero en bloque puede obtenerse así:
- -
- bien mediante polimerización aniónica de un primer monómero y reacción sobre la cadena en crecimiento de un segundo monómero;
- -
- bien mediante activación de un polímero precursor que servirá de iniciador de la polimerización de un segundo monómero.
Los agentes de iniciación susceptibles de ser
utilizados en el marco de estas polimerizaciones por vía aniónica
serán generalmente:
- -
- por un lado, los derivados organometálicos como el butil-litio, y en particular, el difenilhexil-litio;
- -
- por otro lado, los alcoholatos, y en particular los alcoholatos macromoleculares tales como un alcoholato de POE, que puede producirse mediante activación de una función hidroxi con la ayuda de cumilpotasio, de difenilmetilpotasio, de naftalenpotasio.
La polimerización por vía aniónica se realizará
generalmente en un disolvente compatible con la diversas secuencias
del copolímero.
En el caso de que la secuencia de carácter
hidrófilo esté constituida por un poli(oxietileno), y la
secuencia de carácter hidrófobo esté constituida por un
poli(malonato de metilideno), los copolímeros en bloque según
la invención se prepararán preferiblemente mediante polimerización
aniónica sucesiva del óxido de etileno, y después del malonato de
metilideno, o mediante activación de un precursor polioxietileno
monohidroxilado comercial y subsiguiente polimerización aniónica de
la secuencia poli(malonato de metilideno).
De una forma general, se utilizará
preferiblemente el tetrahidrofurano como disolvente de
polimerización, permitiendo este producto trabajar en medio
homogéneno e influyendo favorablemente la cinética de
polimerización.
Con respecto a los monómeros de partida, los
malonatos de metilideno podrían prepararse, por ejemplo, siguiendo
el procedimiento descrito en la patente EP 283364 correspondiente a
las patentes US 4931584 y US 5142098, y generalmente se les extraerá
el gas con una bomba de vacío de palas hasta peso constante, para
eliminar el inhibidor de la polimerización (SO_{2}).
Los monómeros utilizados para la preparación de
secuencias hidrófilas serán generalmente productos comerciales.
La técnica de acoplamiento es conveniente
igualmente más particularmente para la preparación de copolímeros en
bloque.
Esta reacción se realiza generalmente a partir de
homopolímeros presintetizados y funcionalizados en presencia de un
agente de acoplamiento y, eventualmente, de un agente de activación,
en un disolvente adecuado.
En el caso de la preparación de los copolímeros
preferibles según la invención, cuya secuencia hidrófila está
constituida por poli(oxietileno) y cuya secuencia hidrófoba
está constituida por un poli(malonato de metilideno), se
utilizará ventajosamente un homopolímero de poli(oxietileno)
funcionalizado por un agrupamiento \alpha-carboxi
y un homopolímero de poli(malonato de metilideno)
funcionalizado por un agrupamiento
\alpha-hidroxi.
El homopolímero de poli(oxietileno)
funcionalizado por un agrupamiento \alpha-carboxi
puede obtenerse, por ejemplo, mediante transformación con anhídrido
succínico de un poli(oxietileno) funcionalizado por un
agrupamiento \alpha-hidroxi comercial.
El homopolímero de poli(malonato de
metilideno) funcionalizado por un agrupamiento
\alpha-hidroxi puede obtenerse directamente
mediante síntesis aniónica en medio acuoso o mediante síntesis
aniónica en un disolvente utilizando una disolución acuosa de soda
como iniciador de la polimerización.
Como agente de acoplamiento particularmente
adaptado a esta polimerización se utilizará ventajosamente
diciclohexilcarbodiimida (DCCI).
La reacción de acoplamiento puede eventualmente
activarse por catálisis básica, y se desarrollará generalmente en un
disolvente compatible con los homopolímeros, tal como, en
particular, diclorometano en el caso particular de los copolímeros
preferibles de la invención.
La polimerización por vía radicalaria es
conveniente más particularmente para la preparación de copolímeros
incorporados.
Esta polimerización se realiza generalmente a
partir de un macromonómero, es decir, de un oligómero que tiene en
uno de sus extremos un agrupamiento etilénico polimerizable por vía
radicalaria y susceptible de reaccionar con un monómero para formar
un copolímero de estructura incorporada.
Esta polimerización se realizará generalmente en
presencia de un iniciador en un disolvente adecuado.
En el caso de la preparación de copolímeros
preferibles según la invención, cuya secuencia hidrófila está
constituida por un poli(oxietileno), podrían utilizarse
diversas macromoléculas funcionalizadas.
Se preferirá utilizar más particularmente un
macromonómero de poli(oxietileno) funcionalizado por un
agrupamiento metacriloílo.
Dicho producto puede ser comercial (Aldrich), y
estará constituido, por ejemplo, por una cadena de
poli(oxietileno) de peso molar comprendido entre 308 y 440
g/mol, o se preparará a partir de un
poli(etilenglicol)monometil éter comercial, por
acoplamiento con ácido metacrílico en el diclorometano para formar
una función terminal metoxi.
Incluso se puede preparar dicho macromonómero
mediante activación de un poli(oxietileno) y subsiguiente
reacción sobre cloruro de metacriloílo.
Los copolímeros de estructura incorporada según
la invención pueden prepararse igualmente mediante
transesterificación de un poli(oxietileno)monometil
éter sobre las cadenas laterales éster de un poli(malonato
de metilideno) presintetizado.
Esta transesterificación se realizará
generalmente con alcohol, en presencia de un catalizador a
temperatura elevada.
De una forma general, los copolímeros según la
presente invención tienen un amplio espectro de aplicaciones como
tensioactivos.
Estos copolímeros permiten, en particular,
reducir la tensión superficial del agua y la tensión interfacial de
un sistema agua-disolvente orgánico no miscible con
el agua.
Estos copolímeros permiten incluso preparar
sistemas micelares en medio acuoso, especialmente útiles como
vectores de principios activos.
Estos copolímeros permiten igualmente preparar o
estabilizar emulsiones simples de tipo agua en aceite o aceite en
agua.
Estos copolímeros permiten incluso encapsular
sustancias activas variadas, en particular sustancias de uso
terapéutico.
Los copolímeros según la presente invención
encuentran una aplicación incluso como coloides protectores para la
preparación o la estabilización de nanopartículas.
Serán particularmente útiles cuando estas
partículas se formen a partir de polímeros que comprendan unidades
repetitivas idénticas a las de sus secuencias de carácter
hidrófobo, lo que como es comprensible facilita el anclaje del
copolímero sobre las superficie de estas partículas, confiriéndoles
un carácter biocompatible e hidrófilo por el hecho de la presencia
en dicho copolímero de al menos una secuencia hidrófila
biocompatible.
Los copolímeros según la invención pueden
utilizarse igualmente como agentes de tratamiento de superficie de
materiales o de biomateriales, en particular para conferir un
carácter hidrófilo a las superficies tratadas mediante el anclaje
de dichos copolímeros, o para minimizar la adhesión interfacial con
tejidos animales, células o biomoléculas, cuando estos materiales o
biomateriales son susceptibles de entrar en contacto con dichas
células o biomoléculas.
Los copolímeros según la presente invención
pueden utilizarse igualmente para la fabricación de partículas
susceptibles de ser utilizadas como agentes de contraste.
Los copolímeros según la presente invención
pueden utilizarse incluso como materiales biocompatibles, por
ejemplo, en forma de láminas o de piezas moldeadas, así como para
el tratamiento de superficies de estructuras implantadas y para
minimizar o favorecer los mecanismos de adsorción
interfaciales.
\newpage
La presente invención se va a ilustrar ahora
mediante los ejemplos no limitativos siguientes. En estos ejemplos
se han utilizado las abreviaturas siguientes:
OE: | óxido de etileno |
POE: | poli(oxietileno) |
MM 2.1.2: | malonato de metilideno que responde a la fórmula: |
denominado:
1-etoxicarbonil-1-etoxicarbonilmetilen-oxicarbonileteno
MM 2.3.2: malonato de metilideno que responde a
la fórmula:
PMM 2.1.2: polímero constituido por unidades de
monómeros repetitivas que responden a la fórmula:
---CH_{2}---
\melm{\delm{\para}{CO---O---CH _{2} ---COOCH _{2} CH _{3} }}{C}{\uelm{\para}{COOCH _{2} CH _{3} }}---
PMM 2.3.2: polímero constituido por unidades de
monómeros repetitivas que responden a la fórmula:
---CH_{2}---
\melm{\delm{\para}{CO---O---(CH _{2} ) _{3} ---COOCH _{2} CH _{3} }}{C}{\uelm{\para}{COOCH _{2} CH _{3} }}---
THF: | tetrahidrofurano |
I.P.: | índice de polimolecularidad |
DCCI: | diciclohexilcarbodiimida |
DMAP: | dimetilaminopiridina |
PEG: | polietilenglicol |
Se ha obtenido un copolímero en bloque
POE-PMM 2.1.2 mediante polimerización sucesiva de
dos monómeros, comenzando por la preparación del bloque POE poniendo
en práctica el protocolo experimental siguiente.
El reactor en el que se realiza la polimerización
(250 ml) está conectado con una rampa de vacío que permite trabajar
a vacío forzado y liberarse de impurezas próticas.
El disolvente (THF, 150 ml), purificado de todo
resto de humedad, es criodestilado en el reactor a -70ºC.
El iniciador (terbutanolato de potasio (0,1
N/THF); 10 ml) se añade a continuación con ayuda de una jeringa a
través de un septo.
El óxido de etileno (5 g) se introduce entonces
mediante criodestilación.
La polimerización se efectúa a temperatura
ambiente durante 48 horas. Después, la toma de una muestra permite
controlar, mediante cromatografía de permeación en gel, el peso
molar (4.000 g/mol) y el índice de polimolecularidad (1,13) de la
primera secuencia.
El MM 2.1.2 (0,5 ml) recientemente liberado de
gas a vacío para eliminar el SO_{2} utilizado como inhibidor de
la polimerización, se añade entonces rápidamente y de una sola vez,
a temperatura ambiente.
Después de 5 horas el copolímero se desactiva
añadiendo metanol, y precipita en el éter dietílico.
Se fijan 5 motivos derivados de MM 2.1.2 al POE,
lo que corresponde a un peso molar para el PMM 2.1.2 de 1.150
g/mol.
El análisis térmico del copolímero revela una
temperatura de transición vítrea de -16ºC, así como un pico de
fusión de 45ºC (\DeltaH = 117 J/g).
El protocolo experimental es el mismo que el
descrito para el ejemplo 1.
Se han utilizado los reactivos siguientes:
Disolvente: THF, 100 ml
Óxido de etileno (OE): 3 g
Iniciador: difenilmetilpotasio (0,25 N/THF): 3
ml
MM 2.1.2: bien 2 ml o bien 3,2 ml
El POE sintetizado tiene un peso molar de 3.600
g/mol (I.P. = 1,12).
La adición de la segunda secuencia a temperatura
ambiente condujo a un polímero de peso molar final de 5.900 g/mol
(para 2 ml de monómero añadido) y 9.300 g/mol (para 3,2 ml de
monómero añadido), es decir, habiendo incorporado respectivamente 10
y 25 motivos MM 2.1.2, lo que corresponde a un peso molar total
para el PMM 2.1.2 de 2.300 y 5.750 g/mol respectivamente.
El análisis térmico del copolímero permite
evidenciar la temperatura de transición vítrea del copolímero, que
es respectivamente de -18ºC para el primer copolímero y de 6ºC para
el segundo copolímero, así como el pico de fusión, a las
temperaturas respectivas de 33ºC y 39ºC (\DeltaH de 53 y 63
J/g).
Ejemplo
2A
El protocolo experimental es el mismo que el
descrito para los ejemplos 1 y 2.
Se han utilizado los reactivos siguientes:
Disolvente: THF, 100 ml
Óxido de etileno (OE): 3 g
Iniciador: difenilmetilpotasio (0,32 M/THF): 2,7
ml
MM 2.3.2: 2 ml
El POE, sintetizado de manera clásica, tiene un
peso molar de 3.500 g/mol (I.P. = 1,10).
El segundo monómero, previamente diluido en
algunos ml de THF anhidro, se añade entonces rápidamente sobre el
alcoholato a temperatura ambiente, y condujo a un copolímero que
incorporaba 5 motivos MM 2.3.2 correspondientes a un peso molar
para el PMM 2.3.2 de 1.290 g/mol.
Ejemplo
2B
El protocolo experimental es el mismo que el
descrito para el ejemplo 2A.
Se han utilizado los reactivos siguientes:
Disolvente: THF, 100 ml
Óxido de etileno (OE): 4 g
Iniciador: difenilmetilpotasio (0,4 M/THF): 2,5
ml
MM 2.1.2: 1,5 ml
MM 2.3.2: 2 ml
El POE sintetizado de la forma ya descrita en los
ejemplos anteriores tiene un peso molar de 11.000 g/mol (I.P. =
1,11).
La mezcla de dos monómeros (MM 2.1.2 y MM 2.3.2)
recientemente liberados de gases a vacío se añade entonces
rápidamente a temperatura ambiente sobre la función alcoholato del
bloque POE.
Tras la desactivación, el copolímero precipita en
el éter dietílico.
Los análisis de RMN y GPC indican un porcentaje
en peso respectivo del 7% para el MM 2.1.2 (4 motivos) y del 13%
para el MM 2.3.2 (7 motivos).
Se ha obtenido un copolímero
POE-PMM 2.1.2 mediante reactivación de un precursor
POE preformado de longitud determinada, y después mediante reacción
del alcoholato obtenido sobre el malonato de metilideno, poniendo en
práctica el protocolo siguiente:
Se seca a vacío forzado PEG monohidroxilado (PEG
monometil éter, ALDRICH Mn = 2.000 g/mol: 1,2 g) en un reactor de
polimerización conectado a la rampa de vacío.
Se criodestilan 100 ml de THF anhidro sobre el
polímero mantenido a -70ºC.
Entonces se aumenta progresivamente la
temperatura hasta 20ºC para permitir la solubilización del
polímero.
Entonces se añade la cantidad exacta de derivado
organometálico (difenilhexil-litio (0,056 M en THF):
10,7 ml) gota a gota a través de un septo en el reactor.
La disolución se decolora casi instantáneamente,
y tras la adición, la disolución es de un amarillo pálido, y esto
delata la presencia de aniones de alcoholatos.
Después de 3 horas de reacción el MM 2.1.2 (3,7
g) recientemente liberado de gases a vacío y diluido en 10 ml de THF
anhidro se añade rápidamente al reactor a temperatura ambiente. El
medio se decolora en algunos segundos.
Después de 5 horas de polimerización el
copolímero es terminado mediante la adición de 5 ml de metanol. El
medio de reacción se concentra y después se recupera el polímero
tras una precipitación en éter, lavado con éter y secado a
vacío.
Ejemplo
3A
Se ha obtenido un copolímero tribloque PMM
2.1.2-POE-PMM 2.1.2 mediante
reactivación de un precursor POE dihidroxilado de peso molar
predeterminado, y después mediante reacción del dialcoholato
obtenido sobre el malonato de metilideno, poniendo en práctica un
protocolo análogo al del ejemplo 3.
Se han utilizado los reactivos siguientes:
Disolvente: THF, 100 ml
POE dihidroxilado (Fluka) 2.000 g/mol: 2 g
Iniciador: difenilhexil-litio
(0,145 M/THF): 13,8 ml
MM 2.1.2: 3 ml
La cantidad de organolitio añadida permite la
metalación de dos extremos hidroxilados del POE, y a partir de esto,
la iniciación y después la polimerización de la secuencia MM 2.1.2
por un lado, y por otro de la secuencia hidrófila.
5 horas después de la adición del MM 2.1.2 el
copolímero es terminado mediante la introducción de 5 ml de metanol
en el medio de reacción. Después de concentrar este último, el
copolímero se recupera por precipitación en el éter.
La composición final en MM 2.1.2 es del 81,6% en
peso en el copolímero, y es una sucesión de 19 motivos MM 2.1.2, 45
motivos OE y después de nuevo 19 motivos MM 2.1.2.
Se ha obtenido un copolímero en bloque según la
invención mediante reacción de acoplamiento entre un homopolímero
oxietilenado funcionalizado en \alpha por un agrupamiento carboxi
(Mn = 5.000 g/mol) y un homopolímero MM 2.1.2 funcionalizado en
\alpha por un agrupamiento hidroxi.
La terminación OH de la secuencia PMM 2.1.2
\alpha-hidroxi funcionalizada puede obtenerse:
- -
- bien mediante síntesis del polímero en medio acuoso (véase Lescure, F. Y col.: Pharmaceutical Research, 11, 9, 1270-1276, 1994);
- -
- bien mediante la utilización de una disolución acuosa de soda como iniciador de la polimerización del MM 2.1.2 en medio THF o acetona.
Se solubiliza un equivalente de cada uno de los
homopolímeros en diclorometano; a continuación se añade un
equivalente de DCCI y 0,3 equivalentes de DMAP en disolución en el
diclorometano.
Tras 10 horas de reacción a temperatura ambiente,
la turbidez característica de la diciclohexilurea (DCHU) se elimina
por filtración.
La mezcla se lava a continuación con ácido
(eliminación de la DCHU residual y de la DMAP) y después se
neutraliza con una disolución de carbonato sódico.
El copolímero se obtiene a continuación por
precipitación en agua, no disolvente de la secuencia mayoritaria, a
saber, el PMM 2.1.2.
Se ha obtenido un copolímero incorporado según la
invención a partir de los dos homopolímeros siguientes:
- PEG monometil éter ALDRICH (Mn = 2.000 g/mol):
0,1 g
- PMM 2.1.2 (Mn = 30.000 g/mol): 0,27 g
siguiendo el protocolo experimental descrito a
continuación.
Se disuelven los dos homopolímeros secos en el
tolueno.
La mezcla se libera de gases bajo nitrógeno y se
lleva a 60ºC.
El catalizador (sal de 1-hexanol,
2-etil, titanato (4+), Tyzor TOT (Du Pont)) diluido
en un poco de tolueno se añade entonces al medio de reacción.
La síntesis se continúa durante 12 horas a
60ºC.
El bruto de reacción se concentra a continuación
y después se precipita en agua para separar el copolímero y el PMM
2.1.2 no transesterificado del PEG no fijado.
Se ha obtenido un copolímero incorporado según la
invención a partir de los dos productos siguientes:
- PEG metacrilato (macromonómero), Mn = 2.000
g/mol: 0,71 g
- MM 2.1.2: 0,62 g
En un matraz tricolor se introducen los dos
comonómeros, así como el disolvente (THF, 30 ml).
El conjunto se calienta a 40ºC.
A continuación se introduce el iniciador
(percarbonato de ciclohexilo (1% molar con respecto al total de
monómeros implicados) en disolución de THF.
La síntesis se continúa durante 18 horas a
40ºC.
El disolvente de reacción se evapora y el
copolímero formado está mezclado todavía con una fracción de
macromonómero residual.
La obtención efectiva del copolímero puede
evidenciarse mediante la técnica de cromatografía por permeación en
gel y por la formación de micelas en medio acuoso.
Ejemplo
6A
Se ha obtenido un copolímero de estructura
incorporada PMM 2.1.2-POE por transesterificación de
un poli(oxietileno)monometil éter sobre las cadenas
laterales ésteres de un poli(malonato de metilideno)
presintetizado.
Se han utilizado los reactivos siguientes:
Disolvente: THF, 150 ml
PMM 2.1.2 (Mn = 30.000 g/mol): 2 g
Iniciador: difenilhexil-litio
(0,02 M/THF): 3,3 ml
POE monometil éter, Mn = 2.000 g/mol: 0,15 g
Se ha puesto en práctica el protocolo
siguiente.
El THF se criodestila en el reactor de
polimerización a -70ºC.
El difenilhexil-litio se
introduce a continuación y se deja aumentar la temperatura hasta
aproximadamente 15ºC.
Entonces se añade el POE monometil éter. La
decoloración del iniciador, rojo oscuro al principio, es
inmediata.
El PMM 2.1.2, sintetizado por vía aniónica en el
THF a -70ºC y utilizando igualmente el
difenilhexil-litio como iniciador, se introduce
entonces en el reactor en el que se encuentra el alcoholato.
Después de 3 horas de reacción se para la
polimerización añadiendo 1 ml de metanol, y el polímero se recupera
tras una evaporación a vacío del disolvente de reacción.
Obtención de micelas en agua tras dializar una
disolución de copolímeros en una mezcla inicial THF/MeOH/H_{2}O
de composición 2/1/1 en volumen.
Este ejemplo tiene por objeto evidenciar las
propiedades tensioactivas de los copolímeros
POE-PMM 2.1.2 en el agua, por formación de micelas
que por ellas mismas pueden constituir vectores de principios
activos.
La diálisis se realiza a través de una membrana
(SPECTRA POR ref. 132638, porosidad 1.000 Daltons) que no permite
más que un cambio de disolvente pero que evitan que el copolímero la
atraviese. La diálisis conduce a un enriquecimiento progresivo en
agua en el interior del volumen delimitado por la membrana.
El tamaño de las micelas obtenidas se da en la
tabla siguiente:
Copolímeros (*) nb unidad | Concentración de la | Diámetro medio en unidad de peso |
OE/nb unidad MM 212 | disolución dializada (g/l) | (Dw) y desviación estándar (SD) |
(expresados en nm) | ||
OE 84-MM 13 | 3,5 | Dw = 36,5 \pm 0,4 SD=7 |
OE 84-MM 23 | 4,5 | Dw = 40,6 \pm 0,1 SD=5 |
OE 114-MM 13 | 4,0 | Dw = 33,8 \pm 1,4 SD=12 |
OE 114-MM 8 | 6,8 | Dw = 80,2 \pm 3,2 SD=24 |
(*): los copolímeros se obtienen según el procedimiento descrito en los ejemplos 1 y 2. OEx.MMy = | ||
copolímero que posee x motivos OE e y motivos MM 2.1.2. |
Se realizan emulsiones añadiendo 1 ml de agua en
una disolución de 10 ml de acetato de etilo que contiene una
cantidad predeterminada de copolímero.
La mezcla se emulsiona durante 5 minutos con
ayuda de un Ultra Turrax JANKE & KUNKEL T25 a la velocidad de MA
13.000 rpm.
La estabilidad de las emulsiones se evalúa
visualmente y con la ayuda de un dispositivo óptico de tipo
TURBISCAN MA 1.000.
Se realiza un ejemplo comparativo utilizando un
polímero de tipo PLURONIC®.
Las características de las emulsiones se recogen
en la tabla a continuación:
Copolímeros* estudiados | % POE en peso | HLB según GRIFFIN^{**} | Duración de la sedimentación |
de la emulsión (horas) | |||
PLURONIC F68 (ref) | 80 | 16 | 24 |
OE 91 - MM 3 | 85,3 | 17 | 40 |
OE 114 - MM 10 | 68,5 | 14 | 50 |
OE 114 - MM 13 | 62,6 | 12,5 | 170 |
OE 84 - MM 13 | 55,3 | 11 | 400 |
OE 84 - MM 23 | 41,1 | 8 | >450 |
(**): relación empírica de Griffin (1954): HLB = 20 (peso molecular de las funciones hidrófilas)/(peso | |||
molecular total). | |||
(*): OEx.MMy = copolímero que posee x motivos OE e y motivos MM 2.1.2. |
Con objeto de verificar el carácter tensioactivo
de los copolímeros sintetizados se realizan medidas de tensión
superficial sobre disoluciones acuosas de copolímeros de
concentración 10 g/l, obtenidas mediante disolución directa del
copolímero en agua. Las disoluciones se dejan reposar 12 horas antes
de ser estudiadas.
Las medidas se han realizado a 20ºC con la ayuda
de un aparato TENSIMAT® n3 (Prolabo) utilizando una lámina de
platino.
Disolución | Tensión superficial (mN/m) |
Agua pura | 72 |
Pluronic F68 | 46 |
OE 114-MM 13* | 44 |
OE 84-MM 13* | 40 |
OE 84-MM 23* | 41 |
(*): nb unidad OE/nb unidad MM212. Los copolímeros se obtienen según | |
el procedimiento descrito en los ejemplos 1 y 2. |
Se han realizado cálculos de energías
superficiales de láminas de copolímeros depositadas sobre una
lámina de vidrio mediante humectabilidad (método de la gota
pendiente) con un aparato NFT Communication (MONTS, Francia),
midiendo el ángulo de contacto O de líquidos (agua pura, Prolabo,
etilenglicol, formamida, glicerol, diyodometano y
bromo-1-naftaleno,
Sigma-Aldrich) de tensión superficial conocida.
Los resultados obtenidos se comparan con los de
una lámina de material hidrófobo, el PMM 2.1.2.
Material* | \gamma dispersiva(\gamma^{D}) | \gamma polar(\gamma^{D}) |
PMM 2.1.2 | 39 | 4,5 |
OE 84-MM 13 | 39 | 11 |
OE 114-MM 10 | 41 | 13 |
OE 91-MM 3 | 42 | 13 |
(*): OEx-MMy: copolímero que posee x motivos OE e y motivos MM 2.1.2. |
Se puede constatar que la componente de energía
superficial característica de la hidrofilia, \gamma^{D},
aumenta con el porcentaje en OE en los diferentes copolímeros.
Con el objeto de verificar el carácter inhibidor
de la adsorción de biomoléculas o de células de los copolímeros
según la invención, se realizaron cálculos de energía superficial
mediante humectabilidad (método de la gota pendiente) con un aparato
NFT Communications (Monts, Francia) sobre láminas secas de
copolímeros aislados y después de haber sido puestos en contacto con
disoluciones acuosas de biomoléculas (ovoalbúmina de huevo de pollo,
Aldrich).
Cada vez se realiza una comparación con un
material hidrófobo, el PMM 2.1.2:
\newpage
Copolímeros aislados | Copolímeros en presencia de ovoalbúmina | |||
Material* | \gamma dispersiva (\gamma^{D}) | \gamma polar (\gamma^{D}) | \gamma dispersiva | \gamma polar |
PMM 2.1.2 | 39 | 4,5 | 40 | 15 |
OE 84-MM 13 | 39 | 11 | 40 | 12 |
OE 114-MM 10 | 41 | 13 | 42 | 10 |
OE 91-MM 3 | 42 | 13 | 41 | 11 |
(*): OEx-MMy: copolímero que posee x motivos OE e y motivos MM 2.1.2. |
Se constata que el aumento del porcentaje de
óxido de etileno disminuye las variaciones de los valores de las
componentes de la energía superficial medida en presencia y en
ausencia de ovoalbúmina. La tasa de adsorción de las biomoléculas
sobre la lámina de copolímero es, por tanto, más baja.
Las propiedades tensioactivas de los copolímeros
según la invención se aprovechan aquí para permitir la
estabilización de partículas de PMM 2.1.2 hidrófobas de dimensión
nanométrica en medio acuoso. Las nanopartículas se obtienen mediante
dispersión de 200 mg de polímero PMM 2.1.2 disueltos en 2 ml de
acetona en un medio acuoso (10 ml, agua destilada) que contienen el
copolímero POE-PMM 2.1.2 (36% en peso de MM 2.1.2)
con agitación vigorosa.
Los diámetros medios de las partículas se
determinan con la ayuda de un aparato Coultronics de tipo Coulter
N4, a 20ºC.
Los resultados obtenidos son los siguientes:
% en PMM 2.1.2-POE* | Diámetro medio de las partículas (nm) |
0,5 | 161 \pm 40 |
1 | 220 \pm 60 |
2 | 240 \pm 70 |
(*): expresado en g por 100 ml de fase acuosa |
Estos resultados muestran que los copolímeros
según la invención presentan propiedades tensioactivas que les
permiten estabilizar una suspensión de nanopartículas en agua en
ausencia de cualquier otro tensioactivo o coloide protector.
Ejemplo
13A
Se ha puesto en práctica el siguiente protocolo
experimental:
Medio de polimerización: | agua osmotizada pH 6,3 = 5 ml |
Fase acetónica: | - MM 2.1.2 = 50 mg |
- PMM 2.1.2-POE = 100 mg | |
- Acetona = 1 ml | |
Ciclosporina A: | 5 mg de ciclosporina no radiomarcada (fría)/600 \mul de etanol |
y ciclosporina A tritiada (4,4 \muCi) |
Se dispersa la fase acetónica en el agua con
agitación magnética (1.000 rpm). 30 min después del comienzo de la
polimerización se añade la mezcla de ciclosporina A
fría/ciclosporina A caliente (radiomarcada). La duración de la
polimerización es de 18 horas.
El diámetro medio de las partículas medido
mediante un aparato Nanosizer (Coultronics, Francia) es de 206 nm
\pm 41 nm (media de 3 medidas).
La determinación de la tasa de fijación de la
ciclosporina A se realiza de la forma siguiente:
- -
- procedimiento: contaje en líquido de centelleo (contador Beckman LS 6000 TA)
- -
- líquido de centelleo: Ultima Gold* (Packard).
- -
- ultracentrifugación de 1 ml de la suspensión a 140.000 g durante 45 min.
- -
- medida de la radioactividad en 200 \mul de sobrenadante y 200 \mul de suspensión total.
La tasa de fijación de la cilosporina A así
medida correspondiente al porcentaje de principio activo encontrado
en las nanopartículas con respecto a la cantidad inicialmente
introducida es de 50% \pm 3%.
Ejemplo
13B
Se ha puesto en práctica el siguiente protocolo
experimental:
Medio de polimerización: | agua osmotizada pH 6,3 = 5 ml, doxorrubicina = 4 mg |
Fase acetónica: | - MM 2.1.2 = 50 mg |
- PMM 2.1.2-POE = 100 mg | |
- Acetona = 1 ml |
Se disuelve la doxorrubicina en el agua. A
continuación se dispersa la fase acetónica en la fase acuosa con
agitación magnética (1.000 rpm). La duración de la polimerización
es de 18 horas.
El diámetro medio de las partículas medido
mediante un aparato Nanosizer (Coultronics, Francia) es de 179 nm
\pm 28 nm (media de 3 medidas).
La determinación de la tasa de encapsulación de
la doxorrubicina se realiza de la forma siguiente:
- -
- procedimiento: HPLC; columna C18; fase móvil: metanol/acetato de etilo/ácido acético: 70:28,7:1,3.
- -
- ultracentrifugación de 1 ml de la suspensión a 140.000 g durante 45 min.
- -
- determinación de la concentración de doxorrubicina en la suspensión total y en el sobrenadante.
La tasa de encapsulación de la doxorrubicina así
medida correspondiente al porcentaje de principio activo encontrado
en las nanopartículas con respecto a la cantidad inicialmente
introducida es de 43%.
Ejemplo
13C
Se ha puesto en práctica el siguiente protocolo
experimental:
Medio de polimerización: | agua osmotizada pH 6,3 = 5 ml |
Péptido V3/ovoalbúmina = 1,15 mg y 0,6 mg | |
respectivamente | |
Fase acetónica: | - MM 2.1.2 = 50 mg |
- PMM 2.1.2-POE = 100 mg | |
- Acetona = 1 ml |
El conjugado péptido V3/ovoalbúmina se recibe en
forma de suspensión acuosa en PBS a una concentración de 2,3 mg de
péptido y 1,2 mg de ovoalbúmina por ml de suspensión. La
concentración de conjugado en la suspensión de nanopartículas es,
por tanto, de 0,23 mg de péptido V3 y 0,12 mg de ovoalbúmina por
ml.
Se adiciona la fase acetónica en la fase acuosa
con agitación magnética (1.000 rpm). La duración de la
polimerización es de 18 horas.
El diámetro medio de las partículas medido
mediante un aparato Nanosizer (Coultronics, Francia) es de 161 nm
\pm 19 nm (media de 3 medidas).
La determinación de la tasa de encapsulación del
conjugado péptido V3/ovoalbúmina se realiza de la forma
siguiente:
- -
- procedimiento: HPLC en gradiente sobre columna C18 tras la degradación de las nanopartículas y el análisis de aminoácidos; fase móvil A: CH_{3}COONa 0,05 M pH 5,1; fase móvil B: acetonitrilo/agua (60:40); detector UV: \lambda = 254 nm
- -
- ultracentrifugación de 1 ml de la suspensión a 140.000 g durante 45 min.
- -
- HPLC sobre el residuo de degradación de la suspensión total y del sobrenadante.
La tasa de encapsulación del conjugado péptido
v3/ovoalbúmina así medida correspondiente al porcentaje de principio
activo encontrado en las nanopartículas con respecto a la cantidad
inicialmente introducida es de 48% \pm 3%.
Las nanopartículas de PMM 2.1.2 pueden obtenerse
así en agua osmotizada pH 6,3, estabilizada mediante un mínimo de 2%
de copolímero PMM 2.1.2-POE. En estas condiciones
operativas, los principios activos ensayados, que son la
ciclosporina A, la doxorrubicina y el conjugado péptido
v3/ovoalbúmina, han podido ser encapsulados.
Claims (10)
1. Copolímeros biocompatibles del tipo que
comprende al menos una secuencia que presenta un carácter hidrófilo
y al menos una secuencia que presenta un carácter hidrófobo,
caracterizados porque dicha secuencia de carácter hidrófobo
está formada:
- bien por un homopolímero constituido por
unidades repetitivas que responden a la fórmula general (I)
siguiente:
---CH_{2}---
\melm{\delm{\para}{COO---(CH _{2} ) _{n} ---COOR _{2} }}{C}{\uelm{\para}{COOR _{1} }}---
en la
que:
- -
- R_{1} representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono o un grupo (CH_{2})_{m}-COOR_{3} en el que m es un número entero comprendido entre 1 y 5, y R_{3} representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono;
- -
- R_{2} representa un grupo alquilo que tiene de 1 a 6 átomos de carbono; y
- -
- n es un número entero comprendido entre 1 y 5;
- -
- bien por un copolímero estadístico constituido por unidades repetitivas diferentes que responden a la fórmula (I) como la definida anteriormente;
- -
- bien, finalmente, un copolímero estadístico mayoritariamente constituido por unidades que responden a la fórmula (I) como la definida anteriormente.
2. Copolímeros según la reivindicación 1,
caracterizados porque la secuencia de carácter hidrófobo
mencionada anteriormente está constituida por unidades repetitivas
que responden a la fórmula general (I) mencionada anteriormente en
la que:
R_{1} representa un grupo alquilo que tiene de
1 a 6 átomos de carbono;
R_{2} representa un grupo alquilo que tiene de
1 a 6 átomos de carbono; y
n es un número igual a 1.
3. Copolímeros según la reivindicación 1,
caracterizados porque la secuencia de carácter hidrófobo
mencionada anteriormente está constituida por unidades repetitivas
que responden a la fórmula:
---CH_{2}---
\melm{\delm{\para}{COO---CH _{2} ---COOCH _{2} CH _{3} }}{C}{\uelm{\para}{COOCH _{2} CH _{3} }}---
4. Copolímeros según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizados porque la secuencia de carácter
hidrófilo mencionada anteriormente se elige entre un
poli(oxietileno), un poli(alcohol vinílico), una
poli(vinilpirrolidona), un
poli(N-2-hidroxipropilmetacrilamida),
un poli(hidroxietilmetacrilato), un poli(aminoácido)
hidrófilo tal como una polilisina, un polisacárido.
5. Copolímeros según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizados porque presentan una estructura en
bloque, preferentemente dibloque o tribloque, o una estructura
incorporada.
6. Copolímeros según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizados porque presentan un contenido en peso
de secuencia de carácter hidrófobo comprendido entre 5 y 95%,
preferiblemente entre 10 y 90%.
7. Copolímeros según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizados porque el peso molar total de las
secuencias de carácter hidrófobo está comprendido entre 1.000 y
80.000 g/mol, y preferiblemente entre 1.000 y 50.000 g/mol.
8. Utilización de los copolímeros según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para la preparación de
sistemas micelares, de emulsiones, para la preparación o
estabilización de nanopartículas, o para la encapsulación de
sustancias activas.
\newpage
9. Utilización de los copolímeros según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 como agentes de
tratamiento de superficie de materiales o de biomateriales, en
particular para conferir, mediante anclaje de dichos copolímeros,
un carácter hidrófilo a las superficies tratadas.
10. Utilización de los copolímeros según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 como agentes de
tratamiento de superficie de materiales o de biomateriales
susceptibles de entrar en contacto con tejidos animales con células
o biomoléculas, en particular para minimizar la adhesión interfacial
con dichos tejidos animales, células o biomoléculas.
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