ES2229277T3 - Composiciones de segmentos de fibra de colageno reconstituidos y metodos para su preparacion. - Google Patents
Composiciones de segmentos de fibra de colageno reconstituidos y metodos para su preparacion.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION PROPORCIONA COMPOSICIONES DE COLAGENO EN FORMA DE SEGMENTOS DE FIBRAS DE COLAGENO RECONSTITUIDAS, METODOS PARA LA FABRICACION DE SEGMENTOS DE FIBRAS DE COLAGENO Y EL USO DE DICHOS SEGMENTOS DE FIBRAS DE COLAGENO COMO UNA COMPOSICION DE COLAGENO INYECTABLE PARA EL AUMENTO DEL TEJIDO BLANDO, REPARACION DE TEJIDOS Y TRANSPORTE DE FARMACOS. LA PRESENTE INVENCION TAMBIEN PROPORCIONA COMPOSICIONES DE COLAGENO CON CARACTERISTICAS MEJORADAS DE BIOREMODELACION. LA PRESENTE INVENCION TAMBIEN PROPORCIONA METODOS PARA PRODUCIR COMPOSICIONES DE COLAGENO DE ELEVADA CONCENTRACION.
Description
Composiciones de segmentos de fibra de colágeno
reconstituidos y métodos para su preparación.
La invención se refiere a composiciones de
colágeno inyectables que comprenden segmentos de fibra de colágeno y
a métodos para la producción de tales segmentos de fibra de
colágeno, por ejemplo, composiciones de colágeno inyectables para
aumentar el tejido y para el suministro de fármacos.
El colágeno es la principal proteína estructural
del cuerpo y constituye aproximadamente un tercio de la proteína
corporal total. Constituye la mayor parte de la materia orgánica de
la piel, tendones, huesos y dientes y se encuentra como inclusiones
fibrosas en la mayoría de las otras estructuras corporales. Algunas
de las propiedades del colágeno son su alta resistencia a la
tracción; su capacidad de intercambio iónico, debida en parte a la
unión de electrólitos, metabolitos y fármacos; su baja
antigenicidad debida al enmascaramiento de determinantes antigénicos
potenciales por la estructura helicoidal y su baja extensibilidad,
semipermeabilidad y solubilidad. Además, el colágeno es una
substancia natural para la adhesión celular. Estas propiedades y
otras muchas hacen que esta proteína sea adecuada para la
fabricación de productos médicos, tal como en la fabricación de
prótesis implantables, como substratos para el crecimiento celular,
y en la preparación de equivalentes de tejidos celulares y
acelulares.
Las composiciones de colágeno se preparan
típicamente a partir de piel o tendones por dispersión, digestión o
disolución. La dispersión implica la cizalla mecánica del tejido
para producir una suspensión de fibras de colágeno. La digestión
implica la degradación enzimática de las porciones telopeptídicas
no helicoidales de la molécula de colágeno, dando como resultado
una solución de colágeno atelopeptídico. La disolución implica la
escisión de entrecruzamientos lábiles a ácido de las fibras de
colágeno recién formadas dando como resultado una solución de
monómeros y polímeros de colágeno, implicando los procedimientos
extracción ácida o enzimática. La extracción enzimática es
preferible en muchos casos debido a que su metodología produce un
mayor rendimiento y una mayor pureza del colágeno. Sin embargo, la
extracción enzimática sufre el inconveniente de que produce
colágeno parcialmente degradado, es decir, las enzimas de extracción
escinden la molécula de colágeno en las regiones no helicoidales
terminales que contienen los enlaces cruzados intermoleculares.
Se han usado formulaciones inyectables en la
técnica como composiciones para impartir volumen a tejidos,
particularmente en urología y cirugía plástica. La Patente de
Estados Unidos Nº 3.949.073 de Daniels et al describe un
colágeno inyectable en forma acuosa compuesto por colágeno extraído
enzimáticamente. El enzima usado en el proceso de extracción es
pepsina, que produce colágeno atelopeptídico. La concentración del
producto final es de hasta aproximadamente 20 mg/ml, aunque también
pueden añadirse a la composición fibrillas de colágeno insolubles.
Tras la implantación en un paciente, sin embargo, la persistencia
del volumen del implante disminuye debido en parte a la absorción
del vehículo acuoso por el cuerpo y debido en parte a la baja
concentración del colágeno. Normalmente son necesarias inyecciones
de seguimiento en el sitio.
Se desean la persistencia del volumen y la
persistencia de la forma del implante de colágeno inyectado.
Después de la inyección de las composiciones de colágeno conocidas
en la técnica, el volumen disminuye a lo largo del tiempo debido a
la absorción del componente líquido de la composición por el
cuerpo. El uso de una mayor concentración de colágeno ayuda a
mantener la persistencia del volumen, pero al mismo tiempo disminuye
la extrudabilidad e intrudabilidad de la composición.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.642.117 de
Nguyen et al describe un material de colágeno inyectable
compuesto por fibras de colágeno atelopeptídico sometidas a cizalla
mecánica reconstituidas. Las fibras de colágeno se someten a cizalla
mecánica usando una malla de tamiz rígido para reducir el tamaño de
las fibras más grandes a aproximadamente 50-150
micrómetros. La composición descrita tiene una concentración final
de aproximadamente 35-65 mg/ml, pero se determinó
que la extrudabilidad e intrudabilidad eran malas. La Patente de
Estados Unidos Nº 4.582.640 de Smestad describe una composición
similar que presenta entrecruzamientos con glutaraldehído. Sin
embargo, en el ensayo clínico se descubrió que la intrudabilidad de
la composición también era difícil, especialmente para inyecciones
intradérmicas. La Patente de Estados Unidos Nº 4.803.075 de Wallace
et al describe composiciones inyectables similares con la
adición de un lubricante fluido biocompatible para superar los
problemas de extrudabilidad e intrudabilidad.
Además de la persistencia del volumen, también se
desea la persistencia de la forma de las composiciones de colágeno
inyectables conocidas en la técnica. Cuando se inyecta, el colágeno
tiende a migrar a través del tejido; por lo tanto, si se requiere un
aumento o abultamiento de tejido local y específico, se
necesitarían inyecciones posteriores para compensar dicha
migración.
La presente invención describe una composición de
colágeno inyectable en forma de segmentos de fibra de colágeno
reconstituidos, a métodos para fabricar los documentos de fibra de
colágeno y a su uso como composiciones de colágeno inyectables que
superan los inconvenientes de las composiciones de colágeno
inyectables conocidas en la técnica.
La invención proporciona composiciones de
colágeno inyectables que comprenden segmentos de fibra de colágeno y
métodos para fabricar dichos segmentos de fibra de colágeno como se
define en las reivindicaciones.
La presente invención proporciona composiciones
de colágeno inyectables que tienen propiedades mejoradas con
respecto a las composiciones de colágeno inyectables conocidas en
la técnica. Las composiciones de colágeno inyectables preferidas
preparadas de acuerdo con la presente invención tienen una alta
concentración de colágeno. Las composiciones inyectables son útiles
para aumentar el tejido, reparar el tejido y administrar fármacos.
También tienen mejores características de biorremodelado que otras
composiciones conocidas.
La figura 1 es una representación esquemática de
un aparato para uso en los métodos para producir segmentos de fibra
de colágeno reconstituidos.
El colágeno para uso en la presente invención
puede obtenerse a partir de cualquier fuente adecuada, típicamente
piel y tendones. Los especialistas en la técnica conocen muchos
procedimientos para obtener y purificar colágeno, que implican
típicamente una extracción ácida o enzimática, y pueden usarse para
preparar colágeno para uso en la presente invención. El colágeno
obtenido usando métodos de extracción ácida es más preferible que
el obtenido usando métodos de extracción enzimática, ya que en la
molécula de colágeno se mantienen las regiones telopeptídicas no
helicoidales cuando se usan métodos de extracción ácida. Una
composición de colágeno preferida para uso en la presente invención
es colágeno de tendón bovino extraído con ácido, descrito en la
Patente de Estados Unidos Nº 5.106.949.
Las soluciones de colágeno que comprenden
colágeno para fabricar segmentos de hebra de colágeno por los
métodos descritos en este documento están generalmente en una
concentración preferiblemente de al menos aproximadamente 1 mg/ml a
aproximadamente 10 mg/ml, más preferiblemente de aproximadamente 4
mg/ml a aproximadamente 6 mg/ml, aún más preferiblemente a
4,5-5,5 mg/ml y a un pH de aproximadamente 2 a 4. Un
disolvente preferido para el colágeno es ácido acético diluido a
aproximadamente un 0,05-0,1%, más preferiblemente a
aproximadamente un 0,05%. Otros disolventes ácidos diluidos que
pueden usarse son ácido clorhídrico, ácido cítrico y ácido fórmico.
La solución de colágeno puede tener opcionalmente substancias tales
como productos farmacéuticos; factores de crecimiento; hormonas;
otros componentes de la matriz extracelular; otros tipos de
colágeno; o material genético tal como vectores u otras
construcciones genéticas, oligonucleótidos antisentido, o
similares, incluidos en la solución. Cuando se forman segmentos de
fibra de colágeno con estas substancias en la solución de colágeno,
estas substancias se incorporarán en los segmentos.
En un método de la presente invención, los
segmentos de fibra de colágeno se fabrican por un método que
comprende: extruir de manera discontinua una solución que comprende
colágeno en un agente de neutralización y/o deshidratación,
denominado a veces "agente de coagulación", el agente capaz de
neutralizar y/o deshidratar la solución de colágeno para formar
segmentos de fibra de colágeno; y recoger los segmentos de fibra de
colágeno formados.
El agente de deshidratación debe ser una solución
que retire el agua de la solución de colágeno de manera que el
colágeno se concentre. Cuando el colágeno se concentra, se vuelve
más sólido. Un baño de deshidratación preferido comprende un agente
de deshidratación que tiene una presión osmótica mayor que la de la
solución de colágeno, preferiblemente mayor que aproximadamente 500
mOsm y un pH de aproximadamente 5 a 10, siendo preferido un pH de
aproximadamente 7 a 9. Otros agentes de deshidratación preferidos
incluyen polímeros biocompatibles solubles en agua tales como
DEXTRAN® y polietilenglicol (PEG). Se prefieren soluciones de sal
tales como solución salina tamponada con fosfato (PBS) donde el
fosfato está a una concentración de aproximadamente 0,001 a
aproximadamente 0,02 M y una concentración de sal de aproximadamente
0,07 a aproximadamente 0,3 M. Otros agentes de deshidratación
preferidos son alcohol isopropílico y acetona. En la realización
preferida, se usa polietilenglicol al 20% p/v, PM 8000
(PEG-8000), en tampón fosfato.
La solución de colágeno se distribuye en pequeñas
cantidades desde un depósito que la contiene. La forma de
distribución puede ser manual usando una jeringa o controlada
automáticamente usando una bomba asociada a una jeringa o cartucho
que contiene la solución de colágeno.
En otros métodos preferidos de la presente
invención, el método para fabricar los segmentos de fibra colágeno
comprende adicionalmente aclarar los segmentos de fibra formados en
un tampón para retirar el agente de deshidratación/neutralización
residual.
También puede ser deseable entrecruzar los
segmentos de fibra de colágeno. El entrecruzamiento proporciona
resistencia a las fibras de colágeno y regula el biorremodelado del
colágeno por las células cuando se implanta en un paciente. Aunque
el entrecruzamiento puede realizarse sin aclarar los segmentos de
fibra de colágeno, en las realizaciones preferidas, los segmentos
de fibra colágeno se aclaran antes del entrecruzamiento.
Por lo tanto, como se usa en este documento, la
expresión segmentos de fibra de colágeno pretende hacer referencia
al colágeno procesado, preparado a partir de soluciones de
colágeno, de tal manera que se reconstituye como un segmento de
fibra.
Sólo con el propósito de ilustrar realizaciones
preferidas de la invención y no con el propósito de limitarla, los
métodos de la presente invención se ilustrarán preparando segmentos
de fibra de colágeno por medio del aparato mostrado en la figura
1.
La figura 1 incluye una fuente de aire comprimido
(1) conectada a un cartucho de depósito (2), un tubo de alta presión
(3), una válvula de dispersión (4) y una aguja (7) insertada a
través de un tubo (8). La fuente de aire comprimido 1 está conectada
también a un controlador neumático (5) y la válvula de distribución
4 a través de un tubo (6). El baño de neutralización y
deshidratación (9), está conectado a una bomba peristáltica (12), y
a un matraz con una salida localizada en su base (11), que contiene
una bolsa de malla (10), a través de un tubo (8).
En una realización preferida, un cartucho (2) que
contiene colágeno a 5 mg/ml en ácido acético al 0,05% se pone a
presión constante por aire comprimido suministrado por una fuente
de aire comprimido (1) regulada. El colágeno se libera desde la
válvula de distribución (4) a través de un tubo de alta presión (3).
La válvula (4) se une a un controlador neumático (5) a través de un
tubo (6), que proporciona pulsos repetidos de aire a la válvula
(4). La válvula (4) está equipada con una aguja (7) de punta roma,
situada en la pared del tubo (8) de manera que la punta se sitúe
alrededor del centro del lumen. El tubo (8) forma un baño de
neutralización y/o deshidratación (9) recirculado que se recirculó
usando una bomba peristáltica (12), a una velocidad de
aproximadamente 520 ml/minuto. El baño (9) recirculado sirve para
neutralizar y deshidratar la solución de colágeno para formar
segmentos de fibra de colágeno. En el circuito, corriente abajo de
la aguja de distribución (7), hay un matraz (11) que contiene una
bolsa porosa (10) cerrada en línea del baño recirculado dentro del
matraz (11) al final del tubo. El circuito continúa desde la salida
en la base del matraz a la bomba peristáltica (12), para crear el
flujo del baño, y regresa a la aguja de
\hbox{distribución
(7).}
El colágeno, a presión en el cartucho de depósito
(2), se libera de la válvula de distribución (4), a través de la
aguja (7), al baño de recirculación (9), en cantidades crecientes
cuando se descarga aire en pulsos desde el controlador (5) a la
válvula de distribución (4). La velocidad del baño de flujo (9) se
regula de manera que el colágeno liberado entre en un segmento más
o menos cilíndrico. Cuando se detiene la liberación de colágeno,
los segmentos se someten a cizalla desde la punta de la aguja (7), y
se llevan mediante el baño de recirculación (9), al matraz (11),
que contiene la bolsa porosa (10). Los segmentos se capturan en la
bolsa porosa (10), mientras que el baño (9) basa a través de la
bolsa hasta la salida en el fondo del matraz (11), hasta la salida y
al interior del circuito.
Los materiales preferidos para el aparato
descrito son compatibles con la formación de la fibra de colágeno,
las propiedades deseadas de la fibra de colágeno y los materiales
usados en la formación de la fibra de colágeno. En algunos casos, el
aparato debe poder soportar la esterilización. Pueden realizarse
modificaciones en el aparato y el método y aún producir segmentos
de fibra de colágeno.
En otra realización, el control de la
distribución se administra impartiendo directamente presión al
émbolo de la jeringa en incrementos. En otra realización más, el
émbolo de la jeringa está ausente y el control se administra
impartiendo directamente pulsos de aire a la solución de colágeno
contenida en el cartucho de la jeringa. Sin embargo, se prefiere la
válvula de control, ya que permite la consistencia y regulación en
la distribución de la solución. Los especialistas en la técnica
pueden emplear otros medios para controlar la liberación de
pequeñas cantidades de solución de colágeno.
Al tubo procedente del cartucho, si no se usa
válvula, o a la válvula, se une un conducto corto para introducir la
solución de colágeno distribuida en un baño de deshidratación. El
conducto debe tener al menos un orificio y preferiblemente es una
aguja de punta roma o de forma similar. El calibre de la aguja o del
orificio es preferiblemente de 12 a 30, más preferiblemente de 14 a
21. La forma del orificio puede ser redonda, oblonga o de cualquier
otra forma. Un orificio de forma oblonga producirá segmentos de
fibra de colágeno de tipo cinta. El orificio se sumerge
preferiblemente en el baño de deshidratación, pero también puede
estar en la zona por encima del baño de manera que la solución
caiga por goteo en el baño. Cuando el orificio está sumergido, la
forma de los segmentos de fibra de colágeno formados se controla
más fácilmente. Pueden emplearse otros medios conocidos en la
técnica para suministrar la solución de colágeno al baño de
deshidratación. Los especialistas en la técnica pueden realizar
modificaciones del aparato y del método para obtener eficazmente el
mismo resultado.
El baño de deshidratación (9) debe estar en
movimiento con respecto al orificio de distribución (7). La
velocidad del baño de deshidratación con respecto a la velocidad de
liberación de la solución de colágeno desde el orificio determina la
forma de los segmentos de fibra de colágeno formados. Los baños más
lentos formarán segmentos esféricos o con forma de coma. A
velocidades similares, se formará una forma generalmente
cilíndrica. Los baños más rápidos formarán fibras alargadas con
extremos ahusados. La velocidad del baño puede ajustarse de acuerdo
con la forma de fibra deseada.
Preferiblemente, el baño de deshidratación de la
presente invención es un circuito cerrado para mantener la
esterilidad del producto. Se usan tubos de NEOPRENO de tamaño 17,
pero puede usarse cualquier tubo. Podría usarse un baño abierto
intercambiando los tubos por depresiones u otros conductos para
conducir líquidos.
El filtro de recogida debe tener aberturas
suficientemente pequeñas como para no permitir el paso de los
segmentos de fibra de colágeno pero suficientemente grandes para
permitir el flujo del baño. Se usa una bolsa de malla de nylon que
contiene aberturas de 250 \mum unida al tubo y encerrada dentro
de un matraz, pero puede substituirse por cualquier recipiente de
recogida con un filtro y una salida.
El baño se recircula por medio del uso de una
bomba peristáltica situada corriente arriba de la aguja de
distribución. Esta bomba puede substituirse por cualquier medio de
bombeo, preferiblemente por uno que mantenga la esterilidad del
sistema.
Los segmentos de fibra de colágeno que se han
recogido en la bolsa, después de extraerse del matraz, se aclaran,
preferiblemente con agua purificada o con solución salina tamponada
con fosfato. El aclarado retirará cualquier agente de neutralización
y/o deshidratación residual que pueda permanecer en el
material.
La naturaleza de los segmentos de fibra de
colágeno dependerá de las siguientes variables: la concentración de
colágeno; el orificio a través del que se extruye el colágeno; la
velocidad a la que se extruye el colágeno; el volumen de solución de
colágeno extruida en cada pulso; y la velocidad de circulación del
baño. La concentración máxima de colágeno en un hebra húmeda es de
aproximadamente 325 mg/ml. El intervalo de concentraciones de
colágeno del producto final depende de la relación en volumen entre
los segmentos de fibra de colágeno y el líquido que los rodea.
Alterando las variables anteriores, se han producido segmentos de
fibra de colágeno que varían de 0,05 a 2,5 mm de diámetro y con al
menos 2 mm de longitud. Además, podrían producirse segmentos
truncados por homogeneización mecánica de las hebras. El
especialista en la técnica podría alterar los parámetros para
producir segmentos de fibra de colágeno de otras dimensiones.
Después, los segmentos de fibra de colágeno se
entrecruzan opcionalmente con un agente de entrecruzamiento. Los
agentes de entrecruzamiento de colágeno incluyen glutaraldehído,
formaldehído, carbodiimidas, diisocianato de hexametileno,
bisimidatos, glioxal, poliglicerol poliglicidil éter, cloruro de
adipilo, deshidratación térmica, irradiación UV y mediación por
azúcares. El colágeno también formará entrecruzamientos de manera
natural con el envejecimiento a temperatura ambiente. Sin embargo,
los agentes de entrecruzamiento no necesitan limitarse a estos
ejemplos, ya que pueden usarse otros agentes y métodos de
entrecruzamiento conocidos por los especialistas en la técnica. Los
agentes de entrecruzamiento deben seleccionarse de manera que se
produzca un material biocompatible que pueda remodelarse por las
células hospedadoras. Un agente de entrecruzamiento preferido es
clorhidrato de
1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida
(EDC). La solución de entrecruzamiento que contiene EDC y agua
también puede contener acetona.
Los segmentos de fibra de colágeno también pueden
esterilizarse en una solución diluida de ácido peracético con un pH
neutro. En el documento de Estados Unidos con Nº de Serie
08/177.618, ahora Patente de Estados Unidos Nº 5.460.962, se
describen métodos para esterilizar colágeno.
Los segmentos de fibra de colágeno también pueden
recubrirse con agentes tales como productos farmacéuticos; factores
de crecimiento; hormonas; otros componentes de la matriz
extracelular; o material genético. El recubrimiento del agente puede
conseguirse por inmersión o unión química. Las células pueden
cultivarse en los segmentos ya que el colágeno es un substrato
natural al que se unen las células.
Los segmentos de fibra de colágeno que se van a
usar como una composición inyectable se transfieren a un jeringa. Se
han fabricado preparaciones inyectables con una concentración de
colágeno de hasta 200 mg/ml en solución isotónica. Un especialista
en la técnica puede substituir la solución isotónica salina por
otros vehículos biocompatibles.
Los segmentos de fibra de colágeno pueden usarse
para procedimientos quirúrgicos para implantación en un paciente.
Las indicaciones para un implante de colágeno son el aumento de un
tejido, la reparación de un tejido o el suministro de fármacos. Los
implantes de colágeno se usan para añadir volumen a esfínteres,
tales como un esfínter urinario, o para cirugía cosmética. La
reparación de tejidos se consigue suministrando la composición a
una zona de tejido que está enferma, herida o que se ha retirado.
Los fármacos se suministran para potenciar la reparación de los
tejidos o como agentes terapéuticos cuando se añaden a la
composición. La incorporación de las células a los segmentos de
fibra de colágeno proporciona un medio para suministrar células para
repoblar una zona de tejido dañada o enferma o para proporcionar
productos sintetizados por las células a los tejidos
circundantes.
El suministro del implante puede realizarse
manualmente depositando una cantidad de composición de segmentos de
fibra de colágeno entre los tejidos o para crear un puente sobre un
hueco o defecto en un solo tejido. Un medio de suministro preferido
es mediante inyección usando una jeringa. La concentración de
colágeno en la composición depende de la indicación. La adición de
otros componentes y otros tratamientos terminales a la composición
de segmentos de fibra de colágeno puede alterar la concentración de
la composición final.
En otro método preferido para fabricar segmentos
de fibra de colágeno, se realiza la mezcla controlada de una
solución de colágeno con un agente de coagulación. La mezcla
controlada se obtiene usando una plataforma de agitación rotatoria,
una barra de agitación sobre un agitador magnético, o un mezclador
de cocina. Los especialistas en la técnica apreciarán y
determinarán otros medios para mezclar de manera controlable un
volumen de líquido. En el método preferido, se usa un dispositivo
que se parece a un mezclador de cocina típico, con algunas
modificaciones en el controlador de velocidad y en las paletas. Las
modificaciones en el controlador de la velocidad permiten que la
mezcla se realice a velocidades que no ofrecen los aparatos
convencionales. Las paletas del mezclador se cubren con tubos para
redondear los bordes de la cuchilla de corte del mezclador para
evitar cortar los segmentos de fibra de colágeno formados durante la
mezcla controlada. Como alternativa, las cuchillas de corte pueden
reemplazarse por paletas de mezcla u otros medios conocidos por el
especialista en la técnica para producir las fuerzas deseadas.
A la cámara del mezclador se le añade un volumen
de agente de deshidratación y/o neutralización. Después, el
mezclador se activa para mezclar el agente a una velocidad deseada.
Después se vierte una solución de colágeno de preferiblemente al
menos 1 mg/ml en ácido acético diluido en el agente de mezcla.
Después se deja que se mezclen el colágeno y el agente durante un
periodo de tiempo suficiente para que la solución de colágeno se
coagule por deshidratación y/o neutralización para formar segmentos
de fibra de colágeno. Una vez formados los segmentos, el mezclador
se apaga y la mezcla se deja en reposo durante un periodo de tiempo
suficiente como para permitir que los segmentos de fibra de
colágeno se solidifiquen. Para separar los segmentos de fibra del
agente, la mezcla se centrifuga o se filtra. Cuando se usa
centrifugación, la mezcla se decanta en tubos de centrífuga de
manera que los segmentos de fibra forman un sedimento y el agente,
el sobrenadante, se retira vertiéndolo. Los segmentos de fibra
preferiblemente se aclaran empleando también un método de
centrifugación, resuspendiendo los segmentos de fibra en agua o
solución salina tamponada y centrifugando de nuevo para sedimentar
los segmentos de fibra. La etapa de aclarado puede repetirse cuando
sea necesario. Las etapas de entrecruzamiento posteriores con un
agente de entrecruzamiento también pueden realizarse usando el
método de centrifugación. Los sedimentos se resuspenden en agente
de entrecruzamiento, preferiblemente EDC en agua y acetona, para
poner en contacto el agente de entrecruzamiento con los segmentos
de fibra de colágeno. Después de que haya tenido lugar la reacción
de entrecruzamiento, preferiblemente se repite la etapa de aclarado
para retirar el exceso de agente de entrecruzamiento y los
subproductos de reacción. Los especialistas en la técnica podrán
determinar otros medios para retirar el agente de deshidratación,
aclarar y entrecruzar los segmentos de fibra de colágeno. Una vez
que se han preparado los segmentos de fibra de colágeno, pueden
diluirse después de cualquier etapa de centrifugación a una
concentración extruible e intruible.
Los segmentos de fibra de colágeno preparados por
el método de mezcla controlada de una solución de colágeno con
agente de coagulación son de aproximadamente 0,001 mm a
aproximadamente 20 mm de longitud, teniendo más preferiblemente una
longitud comprendida entre 0,1 y 2,0 mm. En los segmentos de fibra
de colágeno formados usando el método de mezcla controlada, los
segmentos de longitudes mayores de 1 mm tienden a tener una
estructura ramificada o bifurcada.
Otra realización adicional para fabricar
segmentos de fibra de colágeno es una en la que las hebras de
colágeno se trocean y homogeneizan. También se fabrican
composiciones de colágeno inyectables a partir de hebras de colágeno
homogeneizadas. En la Patente de Estados Unidos Nº 5.378.469 se
describen métodos para preparar hebras de colágeno. Una solución de
5 mg/ml de colágeno de tendón bovino extraído con ácido se extruye
en un agente de neutralización y/o deshidratación que tiene una
presión osmótica mayor que la de la solución de colágeno y un pH de
aproximadamente 5 a 9, y el agente de neutralización y/o
deshidratación se mantiene en condiciones que permiten la formación
de hebras de colágeno. La hebra puede entrecruzarse opcionalmente.
La hebra después se transfiere a un tubo de cultivo con agua
purificada añadida para humedecer las hebras. Para trocear las
hebras en pequeños segmentos de fibra de colágeno se usa un
homogeneizador de tejidos. La mezcla se pone en un embudo con un
filtro para retirar el exceso de agua. Los segmentos de fibra de
colágeno formados de esta manera pueden usarse como composición
inyectable transfiriéndolos a una jeringa. Pueden emplearse otros
métodos para trocear y triturar las hebras en segmentos de fibra de
colágeno, por ejemplo corte o trituración.
Los siguientes ejemplos se proporcionan para
esclarecer más la práctica de la presente invención y no debe
interpretarse de manera alguna que limitan el alcance de la
presente invención. Los especialistas en la técnica reconocerán que
pueden realizarse diversas modificaciones a los métodos descritos
en este documento sin apartarse del espíritu y alcance de la
presente invención.
Se puso un cartucho que contenía colágeno a 5
mg/ml en ácido acético al 0,05% a presión constante con aire
comprimido a 20 psi (138 kPa) suministrado por una fuente de aire
comprimido regulada. Se conectó un tubo que permitía que el colágeno
fluyera a una válvula de distribución EFD 752 (EFD, E. Providence,
RI). A la válvula se unió también un tubo que venía de un
controlador neumático EFD 900 con un interruptor, que disponía
también de aire con una presión constante de 80 psi (552 kPa), que
proporcionó pulsos repetidos de aire a la válvula. La válvula
estaba equipada con una aguja de punta roma de calibre 21 que
perforó la pared del tubo de NEOPRENO de tamaño 17 con la punta de
la aguja aproximadamente centrada en el lumen del tubo. El tubo
formaba un circuito de polietilenglicol al 20% PM 8000
(PEG-8000) en tampón fosfato a pH 7,6 (p/v) que se
recirculaba por medio del uso de una bomba peristáltica a una
velocidad de aproximadamente 200 ml/minuto. El baño de PEG servía
para neutralizar y deshidratar la solución de colágeno para formar
segmentos de fibra de colágeno. En el circuito, corriente abajo de
la aguja de distribución, un matraz de vacío tiene conectado en su
boca un tapón y a su través pasa un tubo con una bolsa de nylon
porosa de 250 micrómetros cerrada en el interior del matraz en el
extremo del tubo. El circuito continuaba desde la salida en la base
del matraz a una bomba peristáltica para crear el flujo del baño y
volvía a la aguja de distribu-
ción.
ción.
Se liberaba solución de colágeno, a presión,
desde la válvula de distribución, a través de la aguja, al baño de
recirculación en cantidades crecientes cuando las cantidades de
aire se descargaban en pulsos desde el distribuidor. La velocidad
del baño que fluía se reguló de manera que el colágeno liberado
formara un segmento aproximadamente cilíndrico. Cuando se detuvo la
liberación de colágeno, los segmentos se sometieron a cizalla desde
la punta de la válvula y se llevaron mediante el baño de
recirculación al matraz que contenía la bolsa porosa. Los segmentos
se capturaron por la bolsa porosa mientras que el baño de PEG se
hizo pasar a través de la bolsa al fondo del matraz hacia la salida
y al interior del circuito. Cuando se recogieron varios segmentos de
fibra de colágeno en la bolsa, la bolsa se retiró del matraz.
Se usó un montaje de aparato alternativo para
producir segmentos de fibra de colágeno por el método de extrusión
por pulsos.
Se proporcionaron un controlador neumático EFD
900 y un sistema de distribución con aire a presión constante a 50
psi (345 kPa) suministrado por una fuente de aire comprimido
regulada. El sistema de controlador y distribución proporcionó
pulsos repetidos de aire mediante un tubo a un cartucho de jeringa
de 30 cc que contenía colágeno extraído con ácido a 5 mg/ml en
ácido acético al 0,05%. Había un tubo procedente del cartucho,
equipado en el extremo con una aguja de punta roma de calibre 30 que
perforaba la pared del tubo de NEOPRENO de tamaño 17 con la punta
de aguja aproximadamente centrada en su interior. El tubo formaba un
circuito de polietilenglicol PM 8000 (PEG-8000) al
20% en tampón fosfato a pH 7,6 (p/v) que se recirculó usando una
bomba peristáltica a una velocidad de aproximadamente 520 ml/minuto.
El baño de PEG sirvió para neutralizar y deshidratar la solución de
colágeno para formar los segmentos de fibra de colágeno. En el
circuito, corriente abajo de la aguja de distribución, un matraz de
vacío tiene conectado en su boca un tapón y a su través pasa un tubo
con una bolsa de malla de nylon de 250 micrómetros cerrada dentro
del matraz en el extremo del tubo. El circuito continuaba desde la
salida en la base del matraz hasta una bomba peristáltica, para
crear el flujo del baño y volver a la aguja de distribución.
El cartucho que contenía la solución de colágeno
recibió pulsos de aire comprimido para forzar al colágeno, en
cantidades crecientes, desde el cartucho y hacia el exterior a
través de la aguja hacia el baño de deshidratación recirculante. La
velocidad del baño que fluía se reguló de manera que el colágeno
liberado formara un segmento aproximadamente cilíndrico. Cuando se
detuvo la liberación de colágeno, los segmentos se sometieron a
cizalla desde la punta de la aguja y se llevaron por el baño de
recirculación al matraz que contenía la bolsa porosa. Los segmentos
se capturaron en la bolsa porosa mientras que el baño de PEG pasaba
a través de la bolsa al fondo del matraz hacia la salida y al
interior del circuito. Cuando se recogieron varios segmentos de
fibra de colágeno en la bolsa, la bolsa se retiró del matraz.
Usando el montaje de aparato del ejemplo 2, se
formaron segmentos de fibra de colágeno por el método de extrusión
por pulsos en otras composiciones con calidades que permitían la
formación de la fibra de colágeno.
En momentos separados, el baño de deshidratación
de PEG-8000 se reemplazó por isopropanol o acetona.
Los segmentos de fibra de colágeno se formaron por el método del
ejemplo 2 y se recogieron en la bolsa porosa mientras que el baño de
isopropanol o acetona pasaban a través de la bolsa al fondo del
matraz hacia la salida y al interior del circuito. Cuando se
recogieron varios segmentos de fibra de colágeno en la bolsa, la
bolsa se retiró del matraz.
Para la evaluación preclínica, se prepararon
varias composiciones que comprendían colágeno para estudiar el
biorremodelado del colágeno. La solución de colágeno usada para
fabricar los segmentos de fibra de colágeno se varió o los segmentos
de fibra de colágeno formados se trataron adicionalmente después de
la formación.
La composición 1 era una composición de segmentos
de fibra de colágeno, preparada por el método del ejemplo 2, usando
5 mg/ml de colágeno de tendón bovino extraído con ácido. Los
segmentos de fibra de colágeno se aclararon en agua purificada.
La composición 2 era una composición de segmentos
de fibra de colágeno entrecruzada. Los segmentos de fibra de
colágeno se prepararon usando el aparato y el método del ejemplo 2
usando 5 mg/ml de colágeno de tendón bovino extraído con ácido.
Después de aclarar la bolsa de recogida que contenía los segmentos
de fibra con agua purificada, los segmentos de fibra se
entrecruzaron sumergiendo la bolsa en EDC 5 mM en agua durante 4
horas.
La composición 3 era una composición en la que
los segmentos de fibra de colágeno se construyeron a partir de
colágeno parcialmente desnaturalizado por calor. Antes de cargar el
cartucho, se desnaturalizaron 5 mg/ml de colágeno de tendón bovino
extraído con ácido calentando a 50ºC durante 30 minutos. El colágeno
desnaturalizado se mezcló con 5 mg/ml de colágeno de tendón bovino
extraído con ácido no desnaturalizado a una relación 1:1 para formar
una mezcla de colágeno parcialmente desnaturalizada. Los segmentos
de fibra de colágeno parcialmente desnaturalizado se prepararon
usando el aparato y el método del ejemplo 2. Los segmentos de fibra
de colágeno se aclararon en agua purificada.
La composición 4 era una composición de segmentos
de fibra de colágeno preparada a partir de colágeno extraído
enzimáticamente. Se usó colágeno extraído con pepsina a 6,7 mg/ml
(Pentapharm, Basilea, Suiza) como solución de colágeno a partir de
la cual se formaron segmentos de fibra de colágeno de acuerdo con
el método del ejemplo 2.
La composición 5 era una composición de segmentos
de fibra de colágeno preparada a partir de colágeno humano producido
a partir de células cultivadas. El método para obtener colágeno a
partir de células cultivadas se describe en el documento de Estados
Unidos con el Nº de Serie 08/240.516. Se usó colágeno humano a 5
mg/ml como solución de colágeno a partir de la cual se formaron
segmentos de fibra de colágeno de acuerdo con el método del
ejemplo
2.
2.
Las composiciones 1, 2 y 3 se esterilizaron
poniendo las bolsas que contenían los segmentos de fibra de
colágeno en ácido peracético neutralizado al 0,1% en solución
salina tamponada con fosfato durante 16 horas y finalmente se
aclararon en solución salina tamponada con fosfato estéril. Se
determinaron las concentraciones de colágeno de las composiciones.
La concentración final de la composición 1 fue de 69,4 mg/ml. La
concentración final de la composición 2 fue de 88,8 mg/ml. La
concentración final de la composición 3 fue de 88,1 mg/ml.
La composición 6 constaba de hebras de colágeno
preparadas usando 5 mg/ml de colágeno de tendón bovino extraído con
ácido. En la Patente de Estados Unidos Nº 5.378.469 se describen
métodos para preparar hebras de colágeno. Una cantidad de hebra
entrecruzada envejecida que pesaba 1,0 g se cortó en pequeños trozos
con tijeras. Las hebras se transfirieron a un tubo de cultivo y se
añadieron 10 ml de agua purificada para humedecer las hebras. Se
usó un homogeneizador de tejidos a una alta velocidad durante dos
minutos para trocear las hebras hasta una consistencia de pasta con
una concentración de aproximadamente 150 mg/ml. La mezcla se puso
en un embudo con un filtro para retirar el exceso de agua durante
aproximadamente diez minutos y después se almacenó a 4ºC.
La composición 7 constaba de hebras de colágeno
preparadas usando 5 mg/ml de colágeno de tendón bovino extraído con
ácido, también por los métodos descritos en la Patente de Estados
Unidos Nº 5.378.469. Una cantidad de hebra seca que pesaba 1,0 g se
cortó en pequeños trozos con una cuchilla de afeitar. Las hebras se
transfirieron a un tubo de cultivo y se añadieron 10 ml de agua
purificada para humedecer las hebras. La mezcla se puso en un
embudo con un filtro para retirar el exceso de agua durante
aproximadamente 10 minutos y después se almacenó a 4ºC.
Se investigó el uso de segmentos de fibra de
colágeno para el suministro de fármacos. En los segmentos de fibra
de colágeno se incorporó [I^{125}] TGF\beta radiomarcado
(Collaborative Research) por dos métodos: por recubrimiento
superficial de los segmentos de fibra de colágeno formados con
[I^{125}] TGF\beta; o por formación de los segmentos de fibra
de colágeno con [I^{125}] TGF\beta incorporado.
Los segmentos de fibra de colágeno se prepararon
por el método del ejemplo 2. Se usó un total de 10 ml de solución de
colágeno a 5 mg/ml en ácido acético al 0,05%. La bolsa que contenía
los segmentos de fibra de colágeno se retiró del matraz. Para
recubrir superficialmente los segmentos de fibra de colágeno, los
segmentos de fibra de colágeno se retiraron de la bolsa y después
se sumergieron en 0,8 \muCi de [I^{125}] TGF\beta durante una
noche a 4ºC.
También se formaron segmentos de fibra de
colágeno con TGF\beta incorporado. A 10 ml de solución de colágeno
a 5 mg/ml en ácido acético al 0,05% se les añadieron 0,8 \muCi de
[I^{125}] TGF\beta y se mezclaron. También se formaron
segmentos de fibra de colágeno por el método del ejemplo 2.
Se realizaron estudios de elución de [I^{125}]
TGF\beta en alícuotas de aproximadamente 100 mg, por triplicado,
de los dos tratamientos. Cada alícuota de segmentos de hebra de
colágeno se sumergió en 5 ml de albúmina de suero bovino (BSA) al
0,4% en solución salina tamponada con fosfato (PBS) y se mezcló en
una plataforma de agitación a 37ºC. Se midió la radiactividad de
BSA/PBS en puntos de tiempo que variaban de 2 a 500 horas.
Los resultados del estudio de elución demuestran
que los segmentos de fibra de colágeno recubiertos con [I^{125}]
TGF\beta eluyen el factor de crecimiento radiomarcado más rápido
que los segmentos de fibra de colágeno formados con [I^{125}]
TGF\beta incorporado.
Se usó un modelo animal para comprobar la
seguridad y eficacia de las composiciones inyectables. Como modelo
animal se eligieron conejos blancos New Zealand debido a la gran
área superficial de sus orejas para la inyección subcutánea de las
composiciones. Se usaron once conejos en el estudio.
Las composiciones 1, 2 y 3, preparadas como en el
ejemplo 4, se introdujeron asépticamente en varias jeringas de 3 cc
con 0,5 ml de composición por jeringa. Como comparación, también se
usó CONTIGEN (Bard, Billerica, MA), una suspensión afibrilar de
colágeno dérmico bovino entrecruzado con glutaraldehído extraído con
pepsina a 35 mg/ml.
Todos los conejos se tatuaron con una disposición
de puntos negros para registrar los sitios de inyección, y para
proporcionar puntos de control para medir el crecimiento de la
oreja y la persistencia de la composición inyectada. Antes del
tatuaje, todos los animales se anestesiaron con 20 cc de
acepromazina (Schein). Se dejaron 26 días para que los tatuajes se
curaran antes de las inyecciones de colágeno para asegurar que había
desaparecido toda la inflamación debida a los tatuajes.
Todas las inyecciones de colágeno se realizaron
usando una técnica aséptica. Todos los animales se anestesiaron
usando 0,3 ml de xilazina (Miles) a 100 mg/ml y 3,0 ml de ketamina
(Fort Dodge) a 100 mg/ml antes de las inyecciones. Para los
implantes, los animales recibieron 0,5 ml de las composiciones por
vía subcutánea a través de una aguja de calibre 18 de 1 pulgada
(2,54 cm).
Las mediciones de los puntos de los tatuajes se
realizaron en los días 0, 2, 4, 7, 10, 14, 21 y cada siete días
posteriormente durante todo el estudio. Todos los puntos de los
tatuajes se midieron con un micrómetro y los resultados se
registraron en milímetros. Los conejos se sacrificaron a las 6
semanas y 12 semanas usando 0,3 ml de xilazina (Miles) a 100 mg/ml
y 3,0 ml de ketamina (Fort Dodge) a 100 mg/ml, más 5 cc de KCl 1,5 M
(Sigma). Después del sacrificio, todas las orejas se diseccionaron
para liberar el exceso de piel alrededor del implante y se fijaron
en formalina durante 24 horas antes del procesamiento para el
análisis histológico.
Las composiciones 1, 2 y 3 permanecieron
localizadas en el sitio de inyección mientras que CONTIGEN se
extendía a lo largo del tejido tras la inyección.
Se preparó una suspensión de segmentos de fibra
de colágeno por mezcla controlada de una solución de colágeno con
un agente de coagulación. La mezcla controlada se obtuvo usando un
mezclador de cocina (Oster) modificado con un controlador de tensión
(Variac). El controlador de tensión permitió obtener velocidades
variables que no eran posibles con las velocidades convencionales
ofrecidas por el aparato. Las cuchillas del mezclador se
modificaron cubriendo la longitud de las cuchillas con tubos de
Neopreno.
Se añadió un volumen de 400 ml de solución de
polietilenglicol PM 8000 (PEG-8000)
(PEG-8000 al 20% en tampón fosfato, pH 7,6 - 7,8) a
la cámara del mezclador y el mezclador se encendió para crear un
vórtice turbulento de agente de deshidratación. Después se añadió a
la cámara del mezclador un volumen de 200 ml de colágeno a una
concentración de 1 mg/ml, en ácido acético al 0,05%, completándose
la adición en aproximadamente 10 segundos. Se dejó que la
combinación se mezclará durante aproximadamente
60-70 segundos, después se detuvo y la mezcla se
dejó en reposo durante aproximadamente 4 a 5 minutos. La mezcla
después se transfirió a tubos de centrífuga y se centrifugó a
aproximadamente 1000 x g durante aproximadamente 4 a 5 minutos. Los
sobrenadantes se decantaron y se desecharon. Cada tubo después se
llenó con agua purificada, se agitó brevemente y se centrifugó de
nuevo durante aproximadamente 4 a 5 minutos más. Los sedimentos
después se agruparon y se repitió la etapa de aclarado con agua
purificada. Después, los sobrenadantes se desecharon y se añadió un
volumen de PBS para suspender los segmentos sedimentados en la
concentración deseada.
Se usó un modelo animal para comprobar la
seguridad y eficacia de composiciones inyectables preparadas por el
método del ejemplo 8. Como modelo animal se eligieron conejos
blancos New Zealand debido a la gran área superficial de sus orejas
para la inyección subcutánea de las composiciones. Se usaron diez
conejos en el estudio.
Se introdujeron composiciones no entrecruzadas de
33,3, 55,1 y 58,6 mg/ml y una composición entrecruzada de EDC 5 mM
de 58,6 mg/ml asépticamente en varias jeringas de 3 cc con 0,5 ml
de composición por jeringa.
Todas las inyecciones de colágeno se realizaron
usando técnicas asépticas. Todos los animales se anestesiaron
basándose en el peso corporal, usando 10 mg/kg de xilazina (Miles)
a 100 mg/ml, 40 mg/kg de ketamina (Fort Dodge) a 100 mg/ml y 0,4
mg/kg de maleato de acepromazina (Henry Schein) antes de la
inyección de colágeno. Para los implantes, los animales recibieron
0,5 ml de composiciones por vía subcutánea a través de una aguja de
calibre 20 de 1 pulgada (2,54 cm).
Se tomaron medidas en los días 0, 1, 7 y 21, y
cada 21 días posteriormente durante todo el estudio. Los espesores
de las inyecciones se midieron con un medidor del espesor y las
anchuras de las inyecciones se midieron usando un calibre. Los
conejos se sacrificaron a las 6 semanas y se sacrificaron a las 12
semanas usando 0,3 ml de xilazina (Miles) a 100 mg/ml y 3,0 ml de
ketamina (Fort Dodge) a 100 mg/ml, más 2 ml/kg de peso corporal de
KCl 1,5 M (Sigma). Después del sacrificio, se diseccionaron todas
las orejas para eliminar el exceso de piel alrededor del implante y
se fijaron en formalina durante 72 horas antes del procesamiento
para el análisis histológico. Todas las composiciones ensayadas
permanecieron localizadas en el sito de inyección.
Claims (14)
1. Una composición de colágeno inyectable que
comprende segmentos de fibra de colágeno no entrecruzados
reconstituidos fabricados a partir de colágeno extraído con ácido
con telopéptidos en un vehículo biocompatible, donde la
concentración de colágeno en la composición puede variar hasta 200
mg/ml.
2. Una composición de colágeno inyectable que
comprende segmentos de fibra de colágeno entrecruzados
reconstituidos fabricados a partir de colágeno extraído con ácido
con telopéptidos en un vehículo biocompatible, donde la
concentración de colágeno en la composición puede variar hasta 200
mg/ml; caracterizada porque los segmentos de fibra de
colágeno se entrecruzan usando glutaraldehído, formaldehído, una
carbodiimida, diisocianato de hexametileno, un bisimidato, glioxal,
poliglicerol poliglicidil éter, cloruro de adipilo, un método de
deshidratación térmica, radiación UV o entrecruzamiento mediado por
azúcares.
3. La composición de colágeno inyectable de la
reivindicación 2, donde el agente de entrecruzamiento es una
carbodiimida, preferiblemente clorhidrato de
1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida
(EDC).
4. La composición de colágeno inyectable de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde los
segmentos de fibra de colágeno están recubiertos con agentes
seleccionados entre el grupo compuesto por productos farmacéuticos,
factores de crecimiento, hormonas, componentes de la matriz
extracelular, materia genética y células.
5. La composición de colágeno inyectable de
acuerdo con cualquier reivindicación anterior, donde la composición
de colágeno contiene agentes seleccionados entre el grupo compuesto
por productos farmacéuticos, factores de crecimiento, hormonas,
componentes de la matriz extracelular, materia genética y
células.
6. La composición de colágeno inyectable de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el
vehículo biocompatible es un medio isotónico.
7. La composición de colágeno inyectable de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los
segmentos de fibra de colágeno reconstituidos están parcialmente
desnaturalizados.
8. Un proceso para la preparación de segmentos de
fibra de colágeno reconstituidos como se define en la reivindicación
1 o en la reivindicación 2, comprendiendo el proceso el troceado de
las hebras de colágeno reconstituidas.
9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 8,
donde el troceado se consigue homogeneizando hebras de colágeno
reconstituidas.
10. Un proceso para la preparación de segmentos
de fibra de colágeno reconstituidos, comprendiendo el proceso la
extrusión de una solución que comprende colágeno en un baño de
recirculación que contiene un agente que deshidrata y/o neutraliza
dicho colágeno; caracterizado porque la extrusión es
discontinua.
11. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
10, donde el agente de deshidratación y/o neutralización es una
solución de polietilenglicol, acetona, isopropanol o solución
salina tamponada con fosfato.
12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación
10 ó 11, que incluye además la etapa de regular el flujo del baño de
recirculación de manera que el colágeno liberado se transforme en
un segmento aproximadamente cilíndrico.
13. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 12, que comprende adicionalmente la etapa
de entrecruzar las fibras.
14. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 13, que comprende además la etapa de
recubrir las fibras con un agente seleccionado entre el grupo
compuesto por productos farmacéuticos, factores de crecimiento,
hormonas, componentes de la matriz extracelular, materia genética y
células.
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