ES2617284T3

ES2617284T3 - Dispositivo médico con nanopatrón con interacción celular incrementada y procedimiento para su conformación

Info

Publication number: ES2617284T3
Application number: ES11774521.6T
Authority: ES
Inventors: Russell Frederick Ross
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: US9545507B2; KR20130058703A; WO2011135532A3; AU2011288209A1; JP2013524986A; AU2011246882A1; EP2563452B1; EP2563452A2; WO2012020332A2; US20170143949A1; US20130144217A1; KR101790815B1; KR101794377B1; US10245421B2; CA2796196C; MX2012012317A; RU2570280C2; US9526883B2; WO2011135533A2; CN102958555A

Abstract

Dispositivo médico (10) que comprende un conjunto de microagujas (12; 22; 120; 330; 230) que se extienden hacia el exterior desde un soporte (15; 20; 312; 212), en el que por lo menos una de las microagujas (12; 22; 120; 330; 230) contiene una serie de nanoestructuras (104) conformadas sobre una superficie (25) de la misma, caracterizado porque las nanoestructuras (104) están dispuestas en un patrón predeterminado, en el que las nanoestructuras (104) tienen forma de columnas.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo medico con nanopatron con interaccion celular incrementada y procedimiento para su conformacion Antecedentes

La administracion selectiva de medicamentos, en la que un agente (por ejemplo, un medicamento o un compuesto terapeutico) se proporciona en estado activo a un tipo especifico de celula o de tejido en concentraciones eficaces es un objetivo perseguido hace mucho tiempo. Es necesario superar muchas dificultades para conseguir este objetivo. Por ejemplo, es necesario en primer lugar administrar satisfactoriamente un agente al objetivo deseado. Los procedimientos de administracion principales utilizados actualmente incluyen administracion oral e inyecciones. Sin embargo, las inyecciones son dolorosas y ambos procedimientos tienden a proporcionar rafagas de agentes en lugar de una administracion preferente de regimen estacionario. Adicionalmente, el cuerpo humano ha desarrollado muchos sistemas para impedir la entrada de sustancias extranas, tal como degradacion enzimatica en el tracto gastrointestinal, componentes estructurales que impiden la absorcion a traves del epitelio, depuracion hepatica, y la respuesta inmunologica y a los cuerpos extranos.

Se han desarrollado materiales de administracion transdermica en un intento de proporcionar una via indolora para la administracion de agentes activos durante un periodo prolongado. Para tener exito, un sistema transdermico debe administrar un agente a traves de la epidermis, que ha evolucionado con la funcion principal de mantener en el exterior las sustancias extranas. La capa mas externa de la epidermis, la capa cornea, tiene estabilidad estructural proporcionada superponiendo corneocitos y fibras de queratina reticuladas que se mantienen juntas mediante corneodesmosomas e y estan integradas en una matriz de lipidos, todo lo cual proporciona una excelente funcion de barrera. Debajo de la capa cornea esta la capa granulosa, en cuyo interior se forman uniones estrechas entre queratinocitos. Las uniones estrechas son estructuras de barrera que incluyen una red de proteinas de la transmembrana incorporadas en membranas plasmaticas adyacentes (por ejemplo, claudinas, ocludina y moleculas de adhesion de la union) asi como multiples proteinas de la placa (por ejemplo, ZO-1, ZO-2, ZO-3, cingulina, simplequina). Las uniones estrechas se encuentran en el epitelio interno (por ejemplo, el epitelio intestinal, la barrera hematoencefalica) asi como en la capa granulosa de la piel. Debajo de la capa cornea y de la capa granulosa esta situada la capa espinosa. La capa espinosa incluye celulas de Langerhans, que son celulas dendriticas que se pueden convertir en celulas presentadoras de antigenos totalmente funcionales y pueden iniciar una respuesta inmunologica y/o una respuesta a los cuerpos extranos a un agente invasor.

A pesar de las dificultades de rebasar los limites naturales, se han realizado progresos en la obtencion de administracion de agentes activos, por ejemplo, administracion transdermica. Desafortunadamente, los procedimientos de administracion transdermica estan limitados actualmente a la administracion de agentes de bajo peso molecular que tienen una lipofilia moderada y carecen de carga. Incluso rebasando satisfactoriamente el limite natural, siguen existiendo problemas en relacion con el mantenimiento del nivel de actividad de los agentes administrados y la evitacion de la respuesta a los cuerpos extranos y la respuesta inmunologica.

La utilizacion de procedimientos complementarios para facilitar la administracion transdermica de agentes activos ha mejorado esta via de administracion. Por ejemplo, se ha descubierto que los dispositivos de microagujas son utiles en el transporte de material a la piel o a traves de la misma. En general, un dispositivo de microagujas incluye un conjunto de agujas que pueden penetrar la capa cornea de la piel y llegar a una capa subyacente. Se han descrito ejemplos de dispositivos de microagujas en la Patente U.S.A. numero 6.334.856, de Allen, y otros, y en la Patente U.S.A. numero 7.226.439, de Prausnitz, y otros Sin embargo, tal como se ha explicado anteriormente, la administracion transdermica presenta dificultades adicionales mas alla de la barrera de la capa cornea. En particular, una vez ha sido administrado un agente a un area objetivo, sigue siendo necesario que tenga lugar una utilizacion adecuada sin la destruccion del agente o la instigacion de una respuesta inmunologica. Por ejemplo, fomentar la endocitosis de un agente activo dirigido al interior de la celula presenta dificultades.

Los investigadores han mejorado la comprension del mundo molecular en el que se producen las actividades de administracion, en un intento de superar dichos problemas. Por ejemplo, se ha descubierto que el quitosano es eficaz abriendo uniones estrechas en el epitelio intestinal (ver, por ejemplo, Sapra, y otros, AAPS Pharm. Sci. Tech., 10(1), marzo de 2009; Kaushal, y otros, Sci. Pharm., 2009; 77; 877-897), y se ha descrito (ver, por ejemplo, las Patentes U.S.A. numeros 7.563.451, de Lin, y otros, y 7.544.770, de Havnie) la administracion de agentes activos por medio de endocitosis de nanoparticulas marcadas. Ademas, se ha descubierto que la nanotopografia de una superficie adyacente a una celula afecta a las caracteristicas de adherencia entre las dos, afectando asimismo al comportamiento celular incluyendo la morfologia, la motilidad, la arquitectura del citoesqueleto, la proliferacion y la diferenciacion (ver, por ejemplo, Hart, y otros, European Cells and Materials, volumen 10, suplemento 2, 2005; Lim, y otros J R Soc. Interface, 22 de marzo de 2005, 2(2), 97-108; Yim, y otros Biomaterials, septiembre de 2005, 26(26), 5405-5413). Como una extension de esta investigacion inicial, se ha examinado la nanotopografia de los sustratos de soporte para su utilizacion en ingenieria tisular (ver, por ejemplo, las publicaciones de solicitud de Patente U.S.A. numeros 2008/0026464, de Borenstein, y otros, y 2008/0311 172, de Schapira, y otros).

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Aunque lo anterior describe mejoras en la tecnica, sigue existiendo margen de mejora. Por ejemplo, serian beneficiosos dispositivos y procedimientos que proporcionen una administracion eficiente de agentes activos disminuyendo al mismo tiempo la respuesta inmunologica potencial y la respuesta potencial a los cuerpos extranos, tanto al dispositivo de administracion como a los agentes administrados.

Caracteri'sticas

Se da a conocer un dispositivo medico con las caracteristicas del preambulo de la reivindicacion 1 en la memoria WO-A-2008/024141. Se da a conocer otro dispositivo medico en Park y otros: "Towards the silicon nanowire-based sensor for intracellular biochemical detection" (hacia el sensor basado en nanohilos de silicio para deteccion bioquimica intracelular).

De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, se da a conocer un dispositivo medico que comprende un conjunto de microagujas que se extiende hacia el exterior de un soporte. Por lo menos una de las microagujas contiene una serie de nanoestructuras formada sobre una superficie de la misma, estando dispuestas las nanoestructuras en un patron predeterminado.

De acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, se da a conocer un procedimiento para administrar un compuesto medicinal a una posicion subdermica. El procedimiento comprende penetrar la capa cornea con una microaguja que esta en comunicacion de fluido con el compuesto medicinal, conteniendo la microaguja una serie de nanoestructuras formadas en una superficie de la misma y dispuestas en un patron; y transportar el compuesto medicinal a traves de la microaguja y a traves de la capa cornea.

En otra realizacion mas de la presente invencion, se da a conocer un dispositivo medico que comprende una serie de estructuras nanometricas que han sido fabricadas en la superficie y definen una nanotopografia fabricada. Se da a conocer asimismo un procedimiento de conformacion de un dispositivo medico que comprende fabricar un patron de nanoestructuras en una superficie de una microaguja.

Breve descripcion de los dibujos

Se define mas particularmente en el resto de la descripcion una exposicion completa y factible de la materia, que incluye el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la materia, que hace referencia los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 muestra una realizacion de un dispositivo de microagujas.

La figura 2 muestra otra realizacion de un dispositivo de microagujas.

La figura 3 muestra una realizacion de una microaguja que incluye una superficie que define una nanotopografia que puede interaccionar con una matriz extracelular (ECM).

La figura 4 muestra una realizacion de un patron complejo que se puede conformar en una superficie de microaguja.

La figura 5 muestra un patron que incluye multiples iteraciones del patron complejo de la figura 4.

La figura 6 muestra un fractal de triangulo de Sierpinski.

Las figuras 7A a 7D muestran nanotopografias complejas fractales y de tipo fractal.

La figura 8 muestra otro patron complejo que se puede conformar en una superficie de microaguja.

La figura 9 muestra densidades de empaquetado a modo de ejemplo que pueden ser utilizadas para estructuras nanometricas que se describen en la presente memoria, incluyendo un diseno de empaquetado cuadrado (figura 9A), un diseno de empaquetado hexagonal (figura 9B) y un diseno de empaquetado circular (figura 9C).

La figura 10 muestra un procedimiento para determinar la TEER de una capa celular.

Las figuras 11A a 11C muestran esquematicamente un procedimiento de nanoimpresion que puede ser utilizado en una realizacion en la conformacion de un dispositivo.

La figura 12 muestra esquematicamente una realizacion de un dispositivo.

La figura 13 es una vista, en perspectiva, de una realizacion de un parche transdermico antes de la administracion de un compuesto medicinal.

La figura 14 es una vista frontal del parche de la figura 13.

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La figura 15 es una vista, en perspectiva, del parche de la figura 13 en el que el elemento de liberacion esta retirado parcialmente del parche.

La figura 16 es una vista frontal del parche de la figura 13.

La figura 17 es una vista, en perspectiva, del parche transdermico de la figura 13 despues de la extraccion del elemento de liberacion y durante la utilizacion.

La figura 18 es una vista frontal del parche de la figura 17.

La figura 19 es otra vista, en perspectiva, de una realizacion de un parche transdermico antes de la administracion de un compuesto medicinal.

La figura 20 es una vista frontal del parche de la figura 19.

La figura 21 es una vista, en perspectiva, del parche de la figura 19 en el que el elemento de liberacion esta parcialmente despegado del parche.

La figura 22 es una vista frontal del parche de la figura 21.

La figura 23 es una vista, en perspectiva, del parche de la figura 19 en el que el elemento de liberacion esta completamente despegado del parche.

La figura 24 es una vista, en perspectiva, del parche transdermico de la figura 19 despues de la extraccion del elemento de liberacion y durante la utilizacion.

Las figuras 25A a 25E muestran varios patrones de nanotopografia descritos en la presente memoria.

La figura 26 es una SEM de una pelicula que incluye una superficie con nanopatron.

Las figuras 27A y 27B son dos SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 28 es una SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 29 es una SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 30 es una SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 31 es una SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 32 es una SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 33 es una SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 34 es una SEM de una pelicula que incluye otra superficie con nanopatron.

La figura 35 muestra graficamente los efectos sobre la permeabilidad a albumina de suero bovino (BSA, bovine serum albumin) en una monocapa de celulas en peliculas de poliestireno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria.

Las figuras 36A y 36B muestran graficamente los efectos sobre la permeabilidad a inmunoglobulina-G (IgG) en una monocapa de celulas en peliculas de poliestireno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria.

Las figuras 37A y 37B son imagenes de tincion 3D de viabilidad con fluoresceina que muestran transporte paracelular y transcelular de IgG a traves de una monocapa de celulas en una superficie con patron de poliestireno, tal como se describe en la presente memoria.

La figura 38 muestra graficamente los efectos sobre la permeabilidad a BSA en una monocapa de celulas en peliculas de polipropileno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria.

La figura 39 muestra graficamente los efectos sobre la permeabilidad a IgG en una monocapa de celulas en peliculas de polipropileno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria.

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Las figuras 40A y 40B son imagenes de tincion 3D de viabilidad con fluoresceina que muestran el transporte paracelular de IgG a traves de una monocapa de celulas en una superficie con patron de polipropileno segun se describe en la presente memoria.

Las figuras 41A a 41F son imagenes de microscopia electronica de barrido (SEM) de celulas cultivadas en superficies con nanopatron como las descritas en la presente memoria.

La figura 42 muestra los efectos sobre la permeabilidad a etanercept en una monocapa de celulas sobre patrones de peliculas de polipropileno o poliestireno, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria.

La figura 43 muestra el aumento en la permeabilidad a etanercept de una capa celular dos horas despues del contacto con patrones de pelicula de polipropileno o poliestireno, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria.

La figura 44 es un conjunto de microagujas que incluye una capa superficial que define un patron de nanoestructuras sobre la misma.

La figura 45 es una sola microaguja del conjunto de la figura 44.

La figura 46 muestra graficamente el perfil PK de un compuesto terapeutico proteico administrado con un dispositivo como el descrito en la presente memoria.

Las figuras 47A y 47B son imagenes en seccion transversal de la piel despues de la administracion transdermica de un compuesto terapeutico proteico a traves de la piel. La figura 47A es una seccion transversal de la piel que estaba en contacto con un dispositivo transdermico con una nanotopografia definida en el mismo, y la figura 47B es una seccion transversal de la piel que estaba en contacto con un dispositivo transdermico que no incluia ningun patron de nanotopografia formado en el mismo.

La figura 48 muestra graficamente la concentracion en suero sanguineo de un compuesto terapeutico proteico administrado con un dispositivo que se describe en la presente memoria.

Descripcion detallada de realizaciones representatives

A continuacion, se hara referencia en detalle a diversas realizaciones de la materia dada a conocer, de la que se exponen a continuacion uno o varios ejemplos. Cada ejemplo se da a conocer a modo de explicacion, no de limitacion. De hecho, resultara evidente para los expertos en la materia que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invencion, sin apartarse del alcance de la materia. Por ejemplo, caracteristicas mostradas o descritas como parte de una realizacion pueden ser utilizadas en otra realizacion para proporcionar otra realizacion mas. Por lo tanto, se entiende que la presente invencion abarca dichas modificaciones y variaciones que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

En la presente memoria se da a conocer un dispositivo medico que incluye un patron de estructuras fabricadas en una superficie, por lo menos una parte de las cuales estan fabricadas a escala nanometrica. Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino 'fabricada' se refiere generalmente a una estructura que ha sido especificamente disenada, concebida y/o construida para existir como una superficie del dispositivo medico y no se debe equiparar con una caracteristica superficial que sea meramente un producto incidental del proceso de conformacion del dispositivo. Por lo tanto, existe un patron predeterminado de nanoestructuras sobre la superficie de las microagujas.

El dispositivo medico se puede construir a partir de diversos materiales, que incluyen metales, ceramicas, semiconductores, organicos, polimeros, etc., asi como compuestos de los mismos. A modo de ejemplo, se puede utilizar acero inoxidable de calidad farmaceutica, titanio, niquel, hierro, oro, estano, cromo, cobre, aleaciones de estos u otros metales, silicio, dioxido de silicio, y polimeros. Habitualmente, el dispositivo esta formado de un material biocompatible que puede llevar en una superficie un patron de estructuras como las descritas en la presente memoria. El termino "biocompatible" se refiere, en general, a un material que sustancialmente no afecta negativamente a las celulas o tejidos en el area en la que el dispositivo tiene que ser administrado. Se preve asimismo que el material no provoque ningun efecto sustancialmente indeseable medicamente en cualesquiera otras areas del paciente vivo. Los materiales biocompatibles pueden ser sinteticos o naturales. Algunos ejemplos de materiales biocompatibles adecuados, que son asimismo biodegradables, incluyen polimeros de hidroxiacidos, tales como acido lactico y acido glicolico, polilactida, acido poliglicolico, poli(lactida-co-glicolido), copolimeros con polietilenglicol, polianhidridos, poliortoesteres, poliuretanos, poli(acido butirico), poli(acido valerico) y poli(lactida-co- caprolactona). Otros materiales pueden incluir, sin limitacion, policarbonato, acido polimetacrilico, etilvinilacetato, politetrafluoretileno y poliesteres. El dispositivo puede asimismo ser de naturaleza no porosa o porosa, puede ser homogeneo o heterogeneo a traves del dispositivo en relacion con los materiales, la geometria, la solidez y similares, y puede tener una forma rigida fija o semi-fija.

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Independientemente de los materiales utilizados, el dispositivo medico puede ser utilizado para interaccion con el tejido, tal como en la administracion de un agente bioactivo a una celula. Por ejemplo, el dispositivo medico puede ser utilizado para administrar un agente al tejido o a uno o varios tipos de celulas del tejido, para el soporte estructural de un tejido, para la extraccion de una parte o de un componente del tejido, y similares. El dispositivo medico puede ser utilizado en una realizacion, para el transporte de una sustancia a traves de una o varias capas de la piel. Durante la utilizacion, el dispositivo puede interactuar con componentes biologicos del entorno y regular o modular (es decir, cambiar) la transduccion de senales intracelulares y/o intercelulares asociada con interacciones celula/celula, endocitosis, respuesta inflamatoria y similares. Por ejemplo, mediante la interaccion entre la nanotopografia en una superficie del dispositivo medico y las estructuras o los materiales biologicos del entorno, el dispositivo puede regular y/o modular el potencial de la membrana, las proteinas de la membrana y/o las uniones intercelulares (por ejemplo, uniones estrechas, uniones de hendidura y/o desmosomas). El dispositivo puede ser utilizado para la administracion transdermica de agentes o la retirada de materiales sin iniciar una respuesta a los cuerpos extranos o una respuesta inmunologica.

En una realizacion, el dispositivo es una microaguja o un conjunto de microagujas, aunque se debe entender que los dispositivos no se limitan a microagujas. Las microagujas pueden ser utiles en el transporte de material a traves de barreras biologicas tales como la piel, la barrera hematoencefalica, los tejidos mucosales, los vasos sanguineos y linfaticos, y similares. La figura 1 muestra un tipico dispositivo de microagujas -10-. Tal como se puede ver, el dispositivo incluye un conjunto de agujas individuales -12-; cada una fabricada en un tamano y una forma para penetrar una barrera biologica sin la rotura de las microagujas individuales. Las microagujas pueden ser macizas, tal como en la figura 1, porosas, o pueden incluir una parte hueca. Una microaguja puede incluir una parte hueca, por ejemplo, un orificio anular que se puede extender a lo largo de la totalidad o de una parte de la aguja, extendiendose en paralelo a la direccion de la aguja o ramificandose o saliendo por un lado de la aguja, segun proceda. Por ejemplo, la figura 2 muestra un conjunto de microagujas -14- cada una de las cuales incluye un canal -16- en un lado de las agujas que puede ser utilizado, por ejemplo, para la administracion de un agente a una posicion subdermica. Por ejemplo, un canal -16- puede estar en alineamiento, por lo menos parcial, con una abertura en la base -15- para formar asi una union entre la abertura y el canal -16- que permite el paso de una sustancia a traves del canal -16-.

Las dimensiones del canal -16-, cuando esta presente, se pueden seleccionar especificamente para inducir un flujo capilar de un compuesto medicinal. Generalmente se produce un flujo capilar cuando las fuerzas de adhesion de un fluido a las paredes de un canal son mayores que las fuerzas de cohesion entre las moleculas del liquido. Especificamente, la presion capilar es inversamente proporcional a la dimension de la seccion transversal del canal -16- y directamente proporcional a la tension superficial del liquido, multiplicada por el coseno del angulo de contacto del fluido en contacto con el material que forma el canal. Por lo tanto, para facilitar el flujo capilar en el parche, se puede controlar selectivamente la dimension de la seccion transversal (por ejemplo, la anchura, el diametro, etc.) del canal -16-, teniendo generalmente como resultado las dimensiones menores una presion capilar mayor. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la dimension de la seccion transversal del canal esta comprendida habitualmente desde aproximadamente 1 micra hasta aproximadamente 100 micras, en algunas realizaciones desde aproximadamente 5 micras hasta aproximadamente 50 micras y en algunas realizaciones, desde aproximadamente 10 micras hasta aproximadamente 30 micras. La dimension puede ser constante o puede variar en funcion de la longitud del canal -16-. La longitud del canal puede variar asimismo para acomodar diferentes volumenes, caudales y tiempos de permanencia para el compuesto medicinal. Por ejemplo, la longitud del canal puede ser desde aproximadamente 10 micras hasta aproximadamente 800 micras, en algunas realizaciones desde aproximadamente 50 micras hasta aproximadamente 500 micras y en algunas realizaciones, desde aproximadamente 100 micras hasta aproximadamente 300 micras. El area en seccion transversal del canal puede variar asimismo. Por ejemplo, el area en seccion transversal del canal puede ser desde aproximadamente 50 micras cuadradas hasta aproximadamente 1.000 micras cuadradas, en algunas realizaciones desde aproximadamente 100 micras cuadradas hasta aproximadamente 500 micras cuadradas y en algunas realizaciones, desde aproximadamente 150 micras cuadradas hasta aproximadamente 350 micras cuadradas. Ademas, la relacion de aspecto (dimension longitud/seccion transversal) del canal puede estar comprendida desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 50, en algunas realizaciones desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 40 y en algunas realizaciones desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 20. En casos en los que la dimension de la seccion transversal (por ejemplo, la anchura, el diametro, etc.) y/o la longitud varian en funcion de la longitud, la relacion de aspecto se puede determinar a partir de las dimensiones promedio.

Se debe entender que el numero de microagujas mostradas en las figuras tiene solamente propositos ilustrativos. El numero real de microagujas utilizadas en un conjunto de microagujas puede, por ejemplo, estar comprendido desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 10.000, en algunas realizaciones desde aproximadamente 2.000 hasta aproximadamente 8.000 y en algunas realizaciones, desde aproximadamente 4.000 hasta aproximadamente 6.000.

Una microaguja individual puede tener un eje recto o conico. En una realizacion, el diametro de una microaguja puede ser mayor en la base de la microaguja y reducirse hasta un punto en el extremo distal de la base. Una microaguja puede estar fabricada asimismo de manera que tenga un eje que incluye tanto una parte recta (no conica) como una parte conica.

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Una microaguja puede estar fabricada con un eje que tenga una seccion transversal circular o no circular. Por ejemplo, la seccion transversal de una microaguja puede ser poligonal (por ejemplo, en forma de estrella, cuadrada, triangular), alargada o de cualquier otra forma. El eje puede tener uno o varios orificios y/o canales.

El tamano de las agujas individuales se puede optimizar en funcion de la profundidad objetivo deseada, de los requisitos de resistencia de la aguja para evitar la rotura en un tipo de tejido particular, etc. Por ejemplo, la dimension de la seccion transversal de una microaguja transdermica puede tener entre aproximadamente 10 nanometros (nm) y 1 milimetro (mm), o entre aproximadamente 1 micra (pm) y aproximadamente 200 micras, o entre aproximadamente 10 micras y aproximadamente 100 micras. El diametro exterior puede estar entre aproximadamente 10 micras y aproximadamente 100 micras, y el diametro interior de una aguja hueca puede estar entre aproximadamente 3 micras y aproximadamente 80 micras. Normalmente la punta tiene un radio que es aproximadamente menor o igual que 1 micra.

La longitud de una microaguja dependera generalmente de la aplicacion deseada. Por ejemplo, una microaguja puede estar entre aproximadamente 1 micra y aproximadamente 1 milimetro de longitud, por ejemplo aproximadamente 500 micras o menos, o entre aproximadamente 10 micras y aproximadamente 500 micras, o entre aproximadamente 30 micras y aproximadamente 200 micras.

Un conjunto de microagujas no tiene por que incluir microagujas que sean todas identicas entre si. Un conjunto puede incluir una mezcla de microagujas con diferentes longitudes, diametros exteriores, diametros interiores, formas en seccion transversal, superficies nanoestructuradas y/o separaciones entre las microagujas. Por ejemplo, las microagujas pueden estar separadas de manera uniforme, tal como en una rejilla rectangular o cuadrada, o en circulos concentricos. La separacion puede depender de muchos factores, que incluyen la altura y la anchura de las microagujas, asi como la cantidad y el tipo de cualquier sustancia que este previsto desplazar a traves de las microagujas. Aunque son utiles diversas disposiciones de microagujas, una disposicion particularmente util de microagujas es una separacion de "punta a punta" entre microagujas de aproximadamente 50 micras o mas, en algunas realizaciones desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 800 micras y en algunas realizaciones, desde aproximadamente 200 hasta aproximadamente 600 micras.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, las microagujas pueden estar soportadas en un sustrato -20- (es decir, acopladas a un sustrato o ser unitarias con el mismo) de tal modo que esten en orientacion perpendicular o en angulo con el sustrato. En una realizacion, las microagujas pueden estar orientadas perpendiculares al sustrato y se puede disponer una mayor densidad de microagujas por unidad de area del sustrato. Sin embargo, un conjunto de microagujas puede incluir una mezcla de orientaciones de microagujas, alturas, materiales u otros parametros. El sustrato -20- se puede construir a partir de una lamina rigida o flexible de metal, ceramica, plastico u otro material. El sustrato -20- puede variar de grosor para satisfacer las necesidades del dispositivo, tal como aproximadamente 1000 micras o menos, en algunas realizaciones desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 500 micras y en algunas realizaciones, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 200 micras.

Segun la presente invencion, una superficie de microaguja puede definir en la misma una nanotopografia en un patron aleatorio u organizado. La figura 3 muestra esquematicamente los extremos de dos microagujas representativas -22-. Las microagujas -22- definen un orificio central -24- que puede ser utilizado para la administracion de un agente por medio de las microagujas -22-. La superficie -25- de las microagujas -22- define la nanotopografia -26-. En esta realizacion particular, la nanotopografia -26- define un patron aleatorio sobre la superficie -25- de la microaguja -22-.

Una microaguja puede incluir una serie de estructuras identicas conformadas sobre una superficie, o puede incluir diferentes estructuras conformadas de varios tamanos. Un patron predeterminado de estructuras puede incluir una mezcla de estructuras con diversas longitudes, diametros y separaciones entre las estructuras. Por ejemplo, las estructuras pueden estar separadas de manera uniforme, tal como en una rejilla rectangular o cuadrada, o en circulos concentricos. En una realizacion, las estructuras pueden variar en relacion con el tamano y pueden formar una nanotopografia compleja. Por ejemplo, una nanotopografia compleja puede definir una geometria fractal o de tipo fractal.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino "fractal" se refiere, en general, a una estructura geometrica o fisica que tiene una forma fragmentada en todas las escalas de medida entre una escala maxima y una minima, de tal modo que ciertas propiedades matematicas o fisicas de la estructura se comportan como si las dimensiones de la estructura fueran mayores que las dimensiones espaciales. Las propiedades matematicas o fisicas de interes pueden incluir, por ejemplo, el perimetro de una curva o el caudal en un medio poroso. La forma geometrica de un fractal se puede dividir en partes, cada una de las cuales define autosimilitud. Adicionalmente, un fractal tiene una definicion recursiva y tiene una estructura fina a escalas arbitrariamente pequenas.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino "de tipo fractal" se refiere, en general, a una estructura geometrica o fisica que tiene una o varias de las caracteristicas de un fractal, pero no todas. Por ejemplo, una estructura de tipo fractal puede incluir una forma geometrica que incluya partes auto-semejantes, pero pueden no incluir una estructura fina a una escala arbitrariamente pequena. En otro ejemplo, una forma geometrica o estructura

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fisica de tipo fractal puede no disminuir (o aumentar) igualmente a escala entre iteraciones de escala, como si hace un fractal, aunque aumentara o disminuira entre iteraciones recursivas de una forma geometrica del patron. Un patron de tipo fractal puede ser mas simple que un fractal. Por ejemplo, se puede describir de manera habitual y relativamente facil en lenguaje tradicional de geometria euclidea, mientras que un fractal no.

Una superficie de microaguja que define una nanotopografia compleja puede incluir estructuras de la misma forma general, que de acuerdo con la presente invencion estan en forma de columnas. Las columnas pueden estar conformadas a diferentes escalas de medida (por ejemplo, columnas de nanoescala asi como columnas de microescala). Adicionalmente, las estructuras pueden estar conformadas en un conjunto organizado o en una distribucion aleatoria. En general, por lo menos una parte de las estructuras pueden ser nanoestructuras conformadas a escala nanometrica, definiendo por ejemplo una dimension de la seccion transversal de menos de aproximadamente 500 nanometros, por ejemplo menos de aproximadamente 400 nanometros, menos de aproximadamente 250 nanometros, o menos de aproximadamente 100 nanometros. La dimension de la seccion transversal de las nanoestructuras puede ser, en general, mayor de aproximadamente 5 nanometros, por ejemplo mayor de aproximadamente 10 nanometros, o mayor de aproximadamente 20 nanometros. Por ejemplo, las nanoestructuras pueden definir una dimension de la seccion transversal entre aproximadamente 5 nanometros y aproximadamente 500 nanometros, entre aproximadamente 20 nanometros y aproximadamente 400 nanometros, o entre aproximadamente 100 nanometros y aproximadamente 300 nanometros. En casos en los que la dimension de la seccion transversal de una nanoestructura varia en funcion de la altura de la nanoestructura, la dimension de la seccion transversal se puede determinar como un promedio desde la base hasta la punta de las nanoestructura, o como la dimension de la seccion transversal maxima de la estructura, por ejemplo la dimension de la seccion transversal en la base de una nanoestructura en forma de cono.

La figura 4 muestra una realizacion de una nanotopografia compleja que se puede conformar en una superficie. Este patron particular incluye una gran columna central -100- y columnas circundantes -102-, -104- de menores dimensiones dispuestas en un patron regular. Tal como se puede ver, este patron incluye una iteracion de columnas, cada una de las cuales esta conformada con la misma forma general, pero varia en relacion con la dimension horizontal. Este patron complejo particular es un ejemplo de un patron de tipo fractal que no incluye una alteracion identica a escala entre sucesivas iteraciones recursivas. Por ejemplo, aunque las columnas -102- son unas primeras nanoestructuras que definen una dimension horizontal que tiene aproximadamente un tercio de la de la columna mayor -100-, que es una microestructura, las columnas -104- son segundas nanoestructuras que definen una dimension horizontal que es aproximadamente la mitad de la de las columnas -102-.

Un patron que incluye estructuras de tamanos diferentes puede incluir estructuras mayores que tienen una dimension de la seccion transversal formada a una escala mayor, por ejemplo, microestructuras con una dimension de la seccion transversal mayor de aproximadamente 500 nanometros, en combinacion con nanoestructuras menores. En una realizacion, las microestructuras de nanotopografia compleja pueden tener una dimension de la seccion transversal entre aproximadamente 500 nanometros y aproximadamente 10 micras, entre aproximadamente 600 nanometros y aproximadamente 1,5 micras, o entre aproximadamente 650 nanometros y aproximadamente 1,2 micras. Por ejemplo, la nanotopografia compleja de la figura 4 incluye columnas micrometricos -100- que tienen una dimension de la seccion transversal de aproximadamente 1,2 micras.

Cuando un patron incluye una o varias microestructuras mayores, por ejemplo, que tienen una dimension de la seccion transversal mayor de aproximadamente 500 nanometros, determinados bien como la dimension de la seccion transversal promedio de la estructura o como la dimension de la seccion transversal maxima de la estructura, la nanotopografia compleja incluira asimismo nanoestructuras, por ejemplo, primeras nanoestructuras, segundas nanoestructuras de un tamano y/o una forma diferentes, etc. Por ejemplo, las columnas -102- de la nanotopografia compleja de la figura 4 tienen una dimension de la seccion transversal de aproximadamente 400 nanometros, y las columnas -104- tienen una dimension de la seccion transversal de aproximadamente 200 nanometros.

Una nanotopografia puede estar formada por cualquier numero de elementos diferentes. Por ejemplo, un patron de elementos puede incluir dos elementos diferentes, tres elementos diferentes, de lo que se muestra un ejemplo en la figura 4, cuatro elementos diferentes, o mas. Las proporciones relativas de la recurrencia de cada elemento diferente pueden asimismo variar. En una realizacion, los elementos mas pequenos de un patron estaran presentes en cantidades mayores que los elementos mayores. Por ejemplo en el patron de la figura 4, hay ocho columnas -104- para cada columna -102-, y hay ocho columnas -102- para la columna central grande -100-. Cuando los elementos aumentan de tamano, generalmente puede haber menos recurrencias del elemento en la nanotopografia. A modo de ejemplo, un primer elemento que tiene una dimension de la seccion transversal de aproximadamente 0,5, por ejemplo entre aproximadamente 0,3 y aproximadamente 0,7 veces la de un segundo elemento mayor, puede estar presente en la topografia aproximadamente cinco veces mas que el segundo elemento, o mas. Un primer elemento que tiene una dimension de la seccion transversal de aproximadamente 0,25, o entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente 0,3 la de un segundo elemento mayor, puede estar presente en la topografia aproximadamente 10 veces mas que el segundo elemento, o mas.

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La separacion de los elementos individuales puede asimismo variar. Por ejemplo, la separacion centro a centro de estructuras individuales puede estar entre aproximadamente 50 nanometros y aproximadamente 1 micra, por ejemplo entre aproximadamente 100 nanometros y aproximadamente 500 nanometros. Por ejemplo, la separacion centro a centro entre estructuras puede tener escala nanometrica. Por ejemplo, considerando la separacion de estructuras nanometricas, la separacion centro a centro de las estructuras puede ser menor de aproximadamente 500 nanometros. Sin embargo, esto no es un requisito de una topografia y las estructuras individuales pueden apartarse mucho. La separacion centro a centro de las estructuras puede variar en funcion del tamano de las estructuras. Por ejemplo, la relacion del promedio de las dimensiones de la seccion transversal de dos estructuras adyacentes con respecto a la separacion centro a centro entre dichas dos estructuras puede estar entre aproximadamente 1:1 (por ejemplo, en contacto) y aproximadamente 1:4, entre aproximadamente 1:1,5 y aproximadamente 1:3,5, o entre aproximadamente 1:2 y aproximadamente 1:3. Por ejemplo, la separacion centro a centro puede ser aproximadamente el doble del promedio de las dimensiones de la seccion transversal de dos estructuras adyacentes. En una realizacion, dos estructuras adyacentes cada una de las cuales tiene una dimension de la seccion transversal de aproximadamente 200 nanometros pueden tener una separacion centro a centro de aproximadamente 400 nanometros. Por lo tanto, en este caso la relacion del promedio de los diametros con respecto a la separacion centro a centro es de 1:2.

La separacion entre estructuras puede ser la misma, es decir, equidistantes, o puede variar para las estructuras en un patron. Por ejemplo, las estructuras mas pequenas de un patron pueden estar separadas por una primera distancia, y la separacion entre estas estructuras mas pequenas y una estructura mayor del patron, o entre dos estructuras mayores del patron, puede ser igual o diferente a esta primera distancia.

Por ejemplo, en el patron de la figura 4, las estructuras mas pequenas -104- tienen una separacion centro a centro de aproximadamente 200 nanometros. La distancia entre las columnas mayores -102- y cada columna circundante -104- es menor, aproximadamente de 100 nanometros. La distancia entre la columna mayor -100- y cada columna circundante -104- es asimismo menor que la separacion centro a centro entre columnas mas pequenas -104-, aproximadamente 100 nanometros. Por supuesto, esto no es un requisito, y todas las estructuras pueden ser equidistantes entre si o presentar cualquier variacion en las distancias. En una realizacion, diferentes estructuras pueden estar en contacto entre si, por ejemplo unas sobre otras, tal como se explica en mayor detalle a continuacion, o unas junto a otras y en contacto entre si.

Las estructuras de una topografia pueden estar todas conformadas a la misma altura, generalmente entre aproximadamente 10 nanometros y aproximadamente 1 micra, pero esto no es un requisito, y las estructuras individuales de un patron pueden variar en tamano en una, dos o tres dimensiones. En una realizacion, parte o la totalidad de las estructuras de una topografia pueden tener una altura de menos de aproximadamente 20 micras, menos de aproximadamente 10 micras, o menos de aproximadamente 1 micra, por ejemplo menos de aproximadamente 750 nanometros, menos de aproximadamente 680 nanometros, o menos de aproximadamente 500 nanometros. Por ejemplo, las estructuras pueden tener una altura entre aproximadamente 50 nanometros y aproximadamente 20 micras o entre aproximadamente 100 nanometros y aproximadamente 700 nanometros. Por ejemplo, las nanoestructuras o microestructuras pueden tener una altura entre aproximadamente 20 nm y aproximadamente 500 nm, entre aproximadamente 30 nm y aproximadamente 300 nm, o entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 200 nm, aunque se debe entender que las estructuras pueden ser nanometricas en una dimension de la seccion transversal y pueden tener una altura a escala micrometrica, por ejemplo mayor de aproximadamente 500 nm. Las estructuras micrometricas pueden tener una altura igual o diferente a las estructuras nanometricas del mismo patron. Por ejemplo, las estructuras micrometricas pueden tener una altura de entre aproximadamente 500 nanometros y aproximadamente 20 micras, o entre aproximadamente 1 micra y aproximadamente 10 micras, en otra realizacion. Las estructuras micrometricas pueden tener asimismo una dimension de la seccion transversal a escala micrometrica mayor de aproximadamente 500 nm, y pueden tener una altura a escala nanometrica de menos de aproximadamente 500 nm.

La relacion de aspecto de las estructuras (la relacion de la altura de una estructura con respecto a la dimension de la seccion transversal de la estructura) puede estar entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente 30, entre aproximadamente 0,2 y aproximadamente 5, entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 3,5, o entre aproximadamente 1 y aproximadamente 2,5. Por ejemplo, la relacion de aspecto de las nanoestructuras puede quedar dentro de estos intervalos.

La superficie del dispositivo puede incluir un solo caso de un patron, tal como se muestra en la figura 4, o puede incluir multiples iteraciones del mismo, o de diferentes patrones. Por ejemplo, la figura 5 muestra un patron de superficie que incluye el patron de la figura 4 en multiples iteraciones sobre una superficie.

La formacion de nanotopografia en una superficie puede aumentar el area superficial sin un aumento de volumen correspondiente. Se cree que el aumento en la relacion de area superficial frente a volumen mejora la interaccion de una superficie con los materiales biologicos circundantes. Por ejemplo, se cree que un aumento en la relacion de area superficial frente a volumen fomenta la interaccion mecanica entre la nanotopografia y las proteinas circundantes, por ejemplo, las proteinas de la matriz extracelular (ECM) (extracellular matrix) y/o las proteinas de la membrana plasmatica.

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En general, la relacion de area superficial frente a volumen del dispositivo puede ser mayor de aproximadamente 10.000 cm-1, mayor de aproximadamente 150.000 cm-1, o mayor de aproximadamente 750.000 cm-1. La determinacion de la relacion de area superficial frente a volumen se puede llevar a cabo segun cualquier metodologia estandar conocida en la tecnica. Por ejemplo, el area superficial de una superficie se puede obtener mediante el procedimiento de adsorcion fisica de gas (procedimiento B.E.T.) con nitrogeno como gas de adsorcion, tal como es conocido generalmente en la tecnica y se describe por Brunauer, Emmet, and Teller (J. Amer. Chem. Soc., volumen 60, febrero de 1938, paginas 309-319). El area superficial BET puede ser menor de aproximadamente 5 m2/g, en una realizacion, por ejemplo entre aproximadamente 0,1 m2/g y aproximadamente 4,5 m2/g, o entre aproximadamente 0,5 m2/g y aproximadamente 3,5 m2/g. Los valores para el area superficial y el volumen se pueden estimar asimismo a partir de la geometria de los moldes utilizados para conformar una superficie, de acuerdo con calculos geometricos estandares. Por ejemplo, el volumen se puede estimar en funcion del volumen calculado para cada elemento del patron y del numero total de elementos de patron en un area determinada, por ejemplo, sobre la superficie de una sola microaguja.

Para un dispositivo que define una nanotopografia de patron complejo en una superficie, la nanotopografia se puede caracterizar por la determinacion de la dimension fractal del patron. La dimension fractal es una cantidad estadistica que proporciona una indicacion que indica con que completitud un fractal parece llenar el espacio a medida que las iteraciones recursivas continuan a escala cada vez menor. La dimension fractal de una estructura bidimensional se puede presentar como:

logA^)

log((?)

donde N(e) es el numero de estructuras auto-semejantes necesarias para cubrir todo el objeto cuando el objeto se reduce de mediante 1/e en cada direccion espacial.

Por ejemplo, considerando el fractal bidimensional conocido como triangulo de Sierpinski mostrado en la figura 6, en el que se conectan los puntos medios de los tres lados de un triangulo equilatero y se retira el angulo interior resultante, la dimension fractal se calcula como sigue:

D=\ogN(e)

log(e)

imagen1

log 2

D « 1,585

Por lo tanto, el fractal del triangulo de Sierpinski presenta un aumento en la longitud de las lineas sobre el triangulo equilatero bidimensional inicial. Adicionalmente, este aumento en la longitud de las lineas no esta acompanado por su correspondiente aumento en el area.

La dimension fractal del patron mostrado en la figura 4 es de aproximadamente 1,84. En una realizacion, la nanotopografia de una superficie del dispositivo puede presentar una dimension fractal de mas de aproximadamente 1, por ejemplo entre aproximadamente 1,2 y aproximadamente 5, entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 3, o entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 2,5.

Las figuras 7A y 7B muestran imagenes de aumentos crecientes de otro ejemplo de una nanotopografia compleja. La nanotopografia de las figuras 7A y 7B incluye un conjunto de columnas -70- de tipo fibroso situadas sobre un sustrato. En el extremo distal de cada columna individual, la columna se divide en multiples fibras menores -60-. En el extremo distal de cada una de estas fibras menores -60-, cada fibra se vuelve a dividir en multiples filamentos (no visibles en las figuras 7A y 7B). Las estructuras formadas sobre una superficie que tiene una relacion de aspecto mayor de aproximadamente 1 pueden ser flexibles, como lo son las estructuras mostradas en las figuras 7A y 7B, o pueden ser rigidas.

Las figuras 7C y 7D muestran otro ejemplo de una nanotopografia compleja. En esta realizacion, estan formadas sobre un sustrato una serie de columnas -72- cada una de las cuales incluye un hueco anular a su traves -71-. En el extremo distal de cada columna hueca estan formadas una serie de columnas menores -62-. Tal como se puede apreciar, las columnas de las figuras 7C y 7D mantienen su rigidez y orientacion vertical. Adicionalmente, y en contraste con patrones anteriores, las columnas menores -62- de esta realizacion tienen una forma diferente a las columnas mayores -72-. Especificamente, las columnas menores -62- no son huecas, sino que son macizas. Por lo

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tanto, la nanotopografia que incluye estructuras conformadas a escala diferente no tiene que tener todas las estructuras conformadas con la misma forma, y las estructuras pueden variar tanto en forma como en tamano respecto de las estructuras de una escala diferente.

La figura 8 muestra otro patron que incluye estructuras nanometricas que se pueden conformar sobre la superficie del dispositivo. Tal como se puede apreciar, en esta realizacion, se pueden conformar estructuras de patron individuales con el mismo tamano general, pero con orientaciones y formas diferentes entre si.

Ademas de estos procedimientos mencionados anteriormente, o como alternativa a los mismos, una superficie puede estar caracterizada por otros procedimientos que incluyen, de forma no limitativa, la rugosidad superficial, el modulo elastico y la energia superficial.

Son generalmente conocidos en la tecnica procedimientos para determinar la rugosidad superficial. Por ejemplo, se puede utilizar un proceso de microscopio de fuerza atomica en modo contacto o sin contacto segun la practica estandar, para determinar la rugosidad superficial de un material. La rugosidad superficial que se puede utilizar para caracterizar una microaguja puede incluir la rugosidad promedio (Ra), la rugosidad cuadratica media, la asimetria y/o la curtosis. En general, la rugosidad superficial promedio (es decir, la altura media aritmetica de la superficie es el parametro de rugosidad definido en la serie ISO 25178) de una superficie que define una nanotopografia fabricada en la misma puede ser menor de aproximadamente 200 nanometros, menor de aproximadamente 190 nanometros, menor de aproximadamente 100 nanometros, o menor de aproximadamente 50 nanometros. Por ejemplo, la rugosidad superficial promedio puede estar entre aproximadamente 10 nanometros y aproximadamente 200 nanometros, o entre aproximadamente 50 nanometros y aproximadamente 190 nanometros.

El dispositivo puede estar caracterizado por el modulo elastico de la superficie con nanopatron, por ejemplo por el cambio en el modulo elastico al anadir una nanotopografia a una superficie. En general, la adicion de una serie de estructuras que forman nanotopografia sobre una superficie puede reducir el modulo elastico de un material, dado que la adicion de estructuras nanometricas a una superficie conducira a una reduccion en la continuidad de la superficie y a un cambio relacionado en el area superficial. En comparacion con una superficie similar conformada segun el mismo proceso y de los mismos materiales, pero para un patron de nanotopografia en la superficie, el dispositivo que incluye nanotopografia en el mismo puede presentar una disminucion en el modulo elastico de entre aproximadamente el 35% y aproximadamente el 99%, por ejemplo entre aproximadamente el 50% y aproximadamente el 99%, o entre aproximadamente el 75% y aproximadamente el 80%. A modo de ejemplo, el modulo de compresion eficaz de una superficie con nanopatron puede ser menor de aproximadamente 50 MPa, o menor de aproximadamente 20 MPa. En una realizacion, el modulo de compresion eficaz puede estar entre aproximadamente 0,2 MPa y aproximadamente 50 MPa, entre aproximadamente 5 MPa y aproximadamente 35 MPa, o entre aproximadamente 10 MPa y aproximadamente 20 MPa. El modulo de cizalla eficaz puede ser menor de aproximadamente 320 MPa, o menor de aproximadamente 220 MPa. Por ejemplo, el modulo de cizalla eficaz puede estar entre aproximadamente 4 MPa y aproximadamente 320 MPa, o entre aproximadamente 50 MPa y aproximadamente 250 MPa, en una realizacion.

El dispositivo que incluye nanotopografia en el mismo puede presentar asimismo un aumento en la energia superficial en comparacion con una microaguja similar que no tenga una superficie que defina en la misma un patron de nanotopografia. Por ejemplo, una microaguja que incluye una nanotopografia conformada en la misma puede presentar un aumento en la energia superficial en comparacion con una microaguja similar de los mismos materiales y conformada segun los mismos procedimientos, pero debido a la inclusion de un patron de nanotopografia sobre una superficie. Por ejemplo, el angulo de contacto con el agua, de una superficie que incluye una nanotopografia en la misma, puede ser mayor de aproximadamente 80°, mayor de aproximadamente 90°, mayor de aproximadamente 100° o mayor de aproximadamente 110°. Por ejemplo, el angulo de contacto con el agua de la superficie puede estar entre aproximadamente 80° y aproximadamente 150°, entre aproximadamente 90° y aproximadamente 130°, o entre aproximadamente 100° y aproximadamente 120°, en una realizacion.

Cuando se conforman nanoestructuras sobre la superficie del dispositivo, se puede maximizar la densidad de empaquetado de las estructuras. Por ejemplo, se puede utilizar empaquetado cuadrado (figura 9A), empaquetado hexagonal (figura 9B), o alguna variacion de los mismos para disponer con un patron los elementos sobre un sustrato. Cuando se disena un patron en el que estan adyacentes entre si elementos de areas en seccion transversal -A-, -B- y -C- de diversas dimensiones sobre un sustrato, se puede utilizar empaquetado regular, tal como se indica en la figura 9C. Por supuesto, las variaciones en la densidad de empaquetado y la determinacion de las alteraciones asociadas en las caracteristicas de la superficie estan perfectamente dentro de las capacidades de un experto en la materia.

Durante su utilizacion, un dispositivo de microagujas puede interaccionar con uno o varios componentes del tejido conjuntivo dermico. El tejido conjuntivo es el marco sobre el que estan soportados los otros tipos de tejido, es decir, los tejidos epitelial, muscular y nervioso. El tejido conjuntivo incluye generalmente celulas individuales contenidas en el interior de la ECM. A su vez, la ECM incluye la sustancia fundamental (por ejemplo, los minerales de los huesos, el plasma de la sangre, etc.) y el componente fibroso que incluye colageno, fibronectina, lamininas, etc. El tejido conjuntivo puede adoptar arquitecturas muy divergentes, que van desde la sangre, en la que el componente fibroso

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esta ausente y la sustancia fundamental es fluido, al tejido conjuntivo denso que se encuentra en la piel, que incluye una proporcion relativamente alta de fibras extracelulares (por ejemplo, colageno) y puede contener poco de los otros componentes del tejido conjuntivo. Hay muchos tipos especializados de tejido conjuntivo en la piel, siendo un ejemplo el tejido elastico, en el que las fibras elasticas son el componente principal del tejido y la cantidad de factores que se encuentran normalmente en otros tipos de tejido conjuntivo, tal como colageno y proteoglicanos, puede ser minima.

La nanotopografia de una superficie de microaguja puede proporcionar una interaccion mejorada entre la microaguja y los componentes biologicos del tejido conjuntivo dermico del area de administracion. Por ejemplo, las microagujas de un dispositivo transdermico pueden interactuar directamente con las proteinas ECM y/o con celulas individuales tales como los queratinocitos, las celulas de Langerhans de la capa espinosa o las celulas basales indiferenciadas de la capa basal. Se pueden utilizar agujas mas largas de dispositivos transdermicos para acceder a componentes de la dermis, por ejemplo las celulas sanguineas del lecho capilar. Debido a la interaccion mejorada entre el dispositivo y los componentes biologicos locales, es menos probable que el tejido circundante presente una respuesta a los cuerpos extranos, lo que puede disminuir la inflamacion local y mejorar la administracion de agentes activos. En una realizacion, el dispositivo puede desempenar un papel mas activo en la administracion de agentes. Por ejemplo, la interaccion entre una nanotopografia y los componentes biologicos circundantes puede fomentar la administracion de materiales de peso molecular elevado, por ejemplo mediante la apertura de uniones estrechas en la capa granulosa.

Sin desear limitarse a ninguna teoria concreta, se considera que la nanotopografia facilita la interaccion mejorada con componentes biologicos por medio de dos mecanismos. Segun un mecanismo, una nanotopografia puede facilitar la capacidad de una microaguja para imitar la ECM en un punto de administracion. Por ejemplo, la nanotopografia de una microaguja puede imitar uno o varios componentes de la membrana basal en un punto de administracion. En uso, una celula puede contactar con la nanotopografia de una microaguja y reaccionar de manera similar a un contacto tipico con la estructura natural (por ejemplo, la proteina de la membrana basal) a la que imita la nanotopografia. Por consiguiente, el dispositivo puede interaccionar directamente con una celula para regular o modular (es decir, cambiar) el comportamiento celular, por ejemplo, la transduccion de senales celulares, mejorando de ese modo la administracion de un agente a traves de barreras naturales, y mejorando asimismo la endocitosis de agentes administrados por el dispositivo.

De acuerdo con un segundo mecanismo, una nanotopografia puede interaccionar con componentes biologicos no celulares del tejido conjuntivo local, tal como proteinas de la ECM. Por ejemplo, las proteinas de la ECM pueden ser adsorbidas y desorbidas de la superficie de una microaguja. La adsorcion/desorcion de las proteinas de la ECM puede modificar la quimica del entorno local, lo que puede conducir a alteraciones en el comportamiento celular. Segun este segundo mecanismo, el dispositivo puede afectar indirectamente al comportamiento de una celula. Por ejemplo, la adsorcion de una o varias proteinas de la ECM en la superficie del dispositivo puede regular o modular indirectamente la transduccion de senales intracelulares y/o intercelulares.

Debido a la interaccion mejorada con componentes biologicos circundantes, los dispositivos pueden facilitar la asimilacion mejorada de un agente administrado. Por ejemplo, el perfil farmacocinetico (PK) (es decir, el perfil de absorcion a traves de las membranas epiteliales) de un compuesto terapeutico proteico se puede incrementar mediante la utilizacion de un dispositivo que incluye un patron de nanotopografia. A modo de ejemplo, un compuesto terapeutico proteico que tiene un peso molecular de mas de 100 kDa, por ejemplo entre aproximadamente 100 kDa y aproximadamente 200 kDa, o de aproximadamente 150 kDa, se puede administrar de manera transdermica a traves de un parche con una nanotopografia definida en el mismo. En una realizacion, se puede utilizar un parche para administrar una unica dosis del compuesto terapeutico proteico, por ejemplo entre aproximadamente 200 y aproximadamente 500 pL, o aproximadamente 250 pL. Despues del acoplamiento del parche transdermico a la piel, el receptor puede presentar un perfil de PK que refleja un rapido incremento en la concentracion en suero sanguineo de hasta entre aproximadamente 500 y aproximadamente 1000 nanogramos terapeuticos por milimetro por centimetro cuadrado de area del parche, por ejemplo entre aproximadamente 750 y aproximadamente 850 nanogramos terapeuticos por milimetro por centimetro cuadrado de area del parche, dentro de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 horas de la administracion. Este rapido aumento inicial del nivel en suero sanguineo, que refleja la rapida asimilacion del compuesto terapeutico a traves de la barrera dermica, puede estar seguido por una disminucion menos rapida de la concentracion en suero sanguineo durante entre aproximadamente 20 y aproximadamente 30 horas, por ejemplo durante aproximadamente 24 horas, descendiendo hasta una concentracion despreciable del terapeutico en el suero sanguineo. Ademas, la rapida asimilacion del terapeutico administrado puede estar acompanada por poca o ninguna inflamacion. Especificamente, ademas de favorecer la administracion mejorada de un agente a traves de una barrera transdermica, los dispositivos pueden asimismo limitar la respuesta a los cuerpos extranos y otras reacciones indeseables, tal como la inflamacion. La utilizacion de dispositivos conocidos anteriormente, tales como parches transdermicos sin nanotopografia definida en la superficie en contacto con la piel, conducia a menudo a areas locales de inflamacion e irritacion.

Las estructuras de la nanotopografia pueden imitar y/o interaccionar con una o varias proteinas de la ECM, tales como colageno, laminina, fibronectina, etc. Esto puede modificar directa o indirectamente una proteina de la membrana celular con respecto a una o varias caracteristicas tales como la conformacion, la energia libre, la

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densidad local. Las proteinas de la membrana celular a modo de ejemplo incluyen, de forma no limitativa, integrinas, vinculina u otras proteinas de adhesion focal, clatrina, receptores de membrana tales como receptores acoplados a la proteina G, etc. Esta alteracion puede inducir cambios en la superficie celular y/o el interior de la celula por medio de efectos derivados a traves del citoesqueleto y en el interior del citoplasma.

Las celulas en el area local que rodea el dispositivo pueden mantener un microentorno antiinflamatorio dado que el dispositivo puede imitar mejor el entorno local, ya sea directa o indirectamente, debido a la adsorcion de proteinas en la superficie. Por lo tanto, se pueden administrar materiales mediante la utilizacion del dispositivo sin el desarrollo de una respuesta a los cuerpos extranos o una respuesta inmunologica.

Los tipos especificos de celulas que pueden estar afectadas directa o indirectamente por la presencia de una microaguja pueden incluir las celulas del tejido conjuntivo dermico circundante. Por ejemplo, una superficie de microaguja que define nanotopografia puede estar situada en un area que incluye celulas de Langerhans, macrofagos y/o celulas T sin desencadenar una respuesta a los cuerpos extranos o una respuesta inmunologica. Las celulas de Langerhans pueden asimilar y procesar un antigeno para convertirse en una celula presentadora de antigenos totalmente funcional. Los macrofagos y las celulas T pueden desempenar una funcion central en la iniciacion y mantenimiento de la respuesta inmunologica. Una vez activadas por medio de un estimulo patologico o inmunogeno, por ejemplo por medio de una celula de Langerhans, las celulas T pueden liberar IL-2, IL-4, INF-y y otras citoquinas inflamatorias. Los macrofagos responden en el proceso liberando un anfitrion de mediadores inflamatorios, incluyendo TNF-a, IL-1 , IL-8, IL-11 , IL-12, oxido nitrico, IL-6, GM-CSF, G-CSF, M-CSF, IFN-a, IFN-p y otros. Las citoquinas liberadas activan otras celulas inmunologicas, y algunas pueden actuar asimismo como agentes citotoxicos independientes. La excesiva liberacion de macrofagos y mediadores inflamatorios derivados de las celulas T puede conducir a danos de las celulas normales y de los tejidos circundantes.

Sin desear limitarse a ninguna teoria particular, se considera que mediante la interaccion con un sustrato con nanopatron, las celulas individuales pueden regular positiva o negativamente la produccion de ciertas citoquinas, incluyendo ciertas quimiocinas. Mediante dicha alteracion en el perfil de expresion, se puede minimizar la respuesta celular a un dispositivo de administracion de medicamentos. Por ejemplo, la respuesta inflamatoria y/o la respuesta a los cuerpos extranos se pueden minimizar mediante la regulacion positiva de una o varias citoquinas antiinflamatorias y/o la regulacion negativa de una o varias citoquinas pro-inflamatorias. Muchas citoquinas se han caracterizado en funcion de efectuar una inflamacion. Las citoquinas pro-inflamatorias que pueden mostrar perfiles de expresion modificados cuando las celulas de expresion se ven afectadas por la presencia de un dispositivo que incluye una nanotopografia fabricada en el mismo pueden incluir, de forma no limitativa, IL-1 a, IL-1 p, IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IL16, MIG, MlP-1a, MIP-1 p, KC, MCP-1, TNF-a, GM-CSI, VEGF y similares. Las citoquinas antiinflamatorias que pueden mostrar un perfil de expresion modificado pueden incluir, de forma no limitativa, IL-1 ra, IL-4, IL-10, IL-13 y similares. Las citoquinas asociadas con respuesta a los cuerpos extranos que pueden mostrar un perfil de expresion modificado pueden incluir, de forma no limitativa, IL-4, IL-10, IL-13 y similares.

El oxido nitrico esta reconocido como un mediador y regulador de respuestas inflamatorias. Al influir en el entorno local, una microaguja puede limitar la liberacion de oxido nitrico desde las celulas circundantes. Esto puede ser beneficioso dado que el oxido nitrico puede tener propiedades toxicas en relacion con un agente activo que esta siendo administrado y puede tener asimismo efectos nocivos sobre el propio tejido del paciente (Korhonen y otros, Curr Drug Targets lnflamm Allergy 4(4): 471 -9, 2005). El oxido nitrico puede interaccionar asimismo con oxigeno molecular y anion superoxido para producir especies reactivas de oxigeno (ROS) (reactive oxygen species) que pueden modificar varias funciones celulares. Estos efectos indirectos del oxido juegan un papel significativo en la inflamacion; en los que se puede producir oxido nitrico en grandes cantidades mediante oxido nitrico sintasa inducible (iNOS) y se puede sintetizar ROS mediante celulas inflamatorias activadas.

El oxido nitrico puede ser producido por queratinocitos, fibroblastos, celulas endoteliales y posiblemente otras, cualquiera de las cuales puede estar afectada directa o indirectamente por la nanotopografia de una microaguja. La inhibicion de la sintesis de oxido nitrico que puede proporcionar la nanotopografia de una superficie de microaguja puede afectar a la contraccion de las heridas, modificar la organizacion del colageno y alterar el grosor de la neoepidermis. La migracion de mastocitos y la angiogenesis en heridas se pueden ver afectadas asimismo por la inhibicion del oxido nitrico. Debido a los diferentes itinerarios de regulacion, y sin limitarse a ninguna teoria particular, el dispositivo puede aumentar la produccion de oxido nitrico y/o retardar la degradacion del oxido nitrico, mientras que en otra realizacion, el dispositivo puede disminuir la produccion de oxido nitrico y/o acelerar la degradacion del oxido nitrico.

La interaccion del dispositivo con componentes de una red de celulas o capa de la epidermis puede modular (es decir, cambiar) la estructura de las uniones intercelulares en la misma. Una union intracelular puede ser, por lo menos, una union seleccionada del grupo que consiste en uniones estrechas, uniones de hendidura y desmosomas. A modo de ejemplo, la interaccion entre componentes biologicos y estructuras de una nanotopografia puede modular las proteinas de una red celular para inducir la apertura de uniones estrechas de la capa granulosa, proporcionando de ese modo la administracion mejorada de un agente activo a traves de la epidermis y, en una realizacion particular, un agente activo de alto peso molecular.

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La nanotopografia del dispositivo puede imitar y/o adsorber uno o varios componentes de la ECM. En general, la ECM incluye tanto la matriz intersticial como la membrana basal. La matriz intersticial se compone de mezclas complejas de proteinas y proteoglicanos y, en el caso de hueso, de depositos minerales. La membrana basal incluye tanto lamina basal como lamina reticular, y anclajes y soportes del epitelio y el endotelio. La composicion especifica de la ECM puede variar en funcion del tipo de tejido especifico, pero en general incluira una variedad de colagenos, lamininas, fibronectina y elastinas. De este modo, la nanotopografia del dispositivo se puede disenar para que interaccione con componentes de una ubicacion especifica, o alternativamente se puede disenar de manera mas general, por ejemplo, para interaccionar con componentes de la estructura dermica comun en la mayor parte de la piel.

Las estructuras de nanotopografia pueden interaccionar con el colageno, que es una proteina de la membrana basal comun encontrada en la ECM dermica. Los colagenos son glicoproteinas extracelulares insolubles que se encuentran en todos los animales y son las proteinas mas abundantes en el cuerpo humano. Son los componentes estructurales esenciales de la mayor parte de los tejidos conjuntivos, incluyendo cartilago, hueso, tendones, ligamentos, fascia y piel. Hasta la fecha, se han encontrado 19 tipos de colagenos en humanos. Los tipos principales incluyen el Tipo I, que es el componente principal de los tendones, ligamentos y huesos; el Tipo II, que representa mas del 50% de la proteina en el cartilago, y se utiliza asimismo para construir el notocordio de los embriones vertebrados; el Tipo III, que refuerza las paredes de estructuras huecas como arterias, el intestino y el utero, y el Tipo IV, que conforma la lamina basal del epitelio. Una malla de colagenos de Tipo IV proporciona el filtro para los capilares sanguineos y el glomerulo de los rinones. Los otros 15 tipos de colageno, aunque son mucho menos abundantes, no son menos importantes para la funcion de la ECM.

La unidad basica de los colagenos es un polipeptido que sigue a menudo el patron Gly-Pro-Y o Gly-X-Hyp, donde X y Y pueden ser cualquiera de algunos otros residuos de aminoacidos. El polipeptido resultante esta trenzado en una helice alargada levogira. Cuando estan sintetizados, el terminal N- y el terminal C- del polipeptido tienen dominios globulares, que mantienen la molecula soluble.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino "polipeptido" se refiere en general a una cadena molecular de aminoacidos y no se refiere a una longitud especifica del producto. Por lo tanto, peptidos, oligopeptidos y proteinas estan incluidos en la definicion de polipeptido. El termino preve incluir asimismo polipeptidos que han sido sometidos a modificaciones post-expresion tales como, por ejemplo, glicosilaciones, acetilaciones, fosforilaciones y similares. Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino "proteina" se refiere en general a una cadena molecular de aminoacidos que puede interaccionar estructuralmente, enzimaticamente o de otro modo con otras proteinas, polipeptidos o cualquier otra molecula organica o inorganica.

En toda esta descripcion se utilizan las abreviaturas comunes de simbolos de aminoacidos que se describen en la siguiente tabla 1.

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Tabla 1

Aminoacido: Sfmbolo de una letra Abreviatura

Alanina: A Ala

Arginina: R Arg

Asparagina: N Asn

Acido aspartico: D Asp

Cistefna: C Cys

Glutamina: Q Gin

Acido glutamico: E Glu

Glicina: G Gly

Histidina: H His

Isoleucina: 1 11$

Leucina: L Lau

Lisina: K Lys

Metionina: M Met

Fenilalanina: F Pha

Prolina: P Pro

Serina: 5 Ser

Treonina: T Thr

Triptofano: W Tip

Tirosina: Y Tyr

Valina: V Val

El tropocolageno es una subunidad de agregados mayores de colageno tales como fibrillas. Tiene aproximadamente 300 nanometros de longitud y 1,5 nanometros de diametro, estando compuesto de tres hebras de polipeptidos, que tienen cada una una confirmacion de helice levogira.

La nanotopografia de la superficie del dispositivo puede interaccionar con, y/o imitar el tropocolageno asi como el colageno. En una realizacion, una nanotopografia puede ser mas compleja y puede imitar, y/o interaccionar tanto con el tropocolageno a nanoescala, como con el colageno a microescala. Por ejemplo, un componente mayor de una nanotopografia puede imitar las tres helices levogiras del tropocolageno que estan trenzadas juntas en una espiral enrollada de manera dextrogira, una triple helice o "super helice", una estructura cuaternaria cooperativa estabilizada por numerosos enlaces de hidrogeno. Con el colageno de tipo I y posiblemente con todos los colagenos fibrilares, si no con todos los colagenos, cada triple helice se asocia en una super-super-espiral dextrogira que se denomina microfibrilla de colageno. Cada microfibrilla esta interdigitada con sus microfibrillas vecinas. En algunos colagenos (por ejemplo, Tipo II), los tres polipeptidos que constituye la microfibrilla son identicos. En otros colagenos (por ejemplo, Tipo I), dos polipeptidos de una clase (producto genico) ensamblan con un segundo polipeptido similar pero diferente.

La laminina es otra proteina de la membrana basal comun en la piel que se puede encontrar en el area local del dispositivo. La laminina es una de una familia de complejos proteinicos heterotrimeros formados de diversas combinaciones de diferentes cadenas de subunidades a, p y y. En general, las lamininas se pueden encontrar principalmente en las membranas basales de la ECM e interaccionan con otras macromoleculas de la matriz para contribuir a la diferenciacion, el movimiento y el mantenimiento celular. Las diferentes cadenas de lamininas, a-1 a a- 5, p-1 a p-3 y y-1 a y-3, pueden formar teoricamente muchas isoformas trimericas diferentes, pero se ha confirmado la existencia de solamente 15 de las posibles isoformas.

Las lamininas tienen forma de cruz incluyendo tres brazos cortos y un brazo largo. Los tres brazos cortos son particularmente buenos uniendose con otras moleculas de laminina, conduciendo a la formacion de laminas en la membrana basal. El brazo largo es generalmente el lugar de union con la celula, uniendose a las membranas celulares y otras moleculas de ECM, lo que ayuda a anclar las celulas organizadas de los tejidos a la membrana.

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Las lamininas incluyen ademas subdominios con geometrias especificas. Por ejemplo, la parte terminal de la cadena laminina-332 a3, del dominio G, esta subdividida ademas en 5 subdominios, G1, G2, G3, G4 y G5. Los subdominios G de la cadena laminina-332 a3 han demostrado ser necesarios para la adherencia de la laminina-332 a las celulas que tienen ciertas integrinas receptoras en su superficie celular. Por consiguiente, las estructuras nanometricas de una nanotopografia pueden imitar uno o varios subdominios de laminina. En un patron mas complejo, estas estructuras nanometricas se pueden combinar con estructuras mayores que pueden imitar una proteina entera de laminina. Una nanotopografia puede asimismo, o alternativamente, adsorber/desorber laminina y de ese modo afectar al entorno local.

Una nanotopografia puede interaccionar con fibronectina, que esta involucrada en la reparacion de tejidos, embriogenesis, coagulacion de la sangre y migracion y adhesion celular. En la ECM la fibronectina existe como un dimero de glicoproteinas insoluble. La estructura de la fibronectina es de tipo barra, compuesta de tres tipos diferentes de modulos homologos repetitivos, los Tipos I, II y III. Estos modulos, aunque todos forman parte de la misma cadena de aminoacidos, se consideran habitualmente como "cuentas en una cadena", cada una unida a sus vecinas mediante vinculos cortos.

Doce modulos del Tipo I constituyen la zona amino-terminal y carboxi-terminal de la proteina, y estan implicados principalmente en la fijacion de fibrina y colageno. Solamente dos modulos de tipo II se encuentran en la fibronectina. Estos son instrumentales en la fijacion del colageno. El modulo mas abundante en fibronectina es de Tipo III, que contiene la secuencia de reconocimiento de receptores de fibronectina RGD junto con puntos de fijacion para otras integrinas y para heparina. En funcion del tipo de tejido y/o de las condiciones celulares, la molecula de fibronectina se compone de 15 a 17 modulos de tipo III. Ademas, hay un modulo que no pertenece a ninguna de estas categorias, denominado IIICS. Este modulo, junto con EDB y EDA (modulos ambos de tipo III), se regula mediante la division alterna de FN pre-mRNA. Las moleculas de fibronectina pueden formar dos puentes disulfuros en sus terminales carboxilo, produciendo un dimero enlazado de manera covalente. Una celula en contacto con la nanotopografia de un dispositivo de microagujas puede interaccionar con el dispositivo de manera similar a la interaccion normal de una celula con fibronectina.

Otra proteina comun de la ECM con la que puede interaccionar un dispositivo es la elastina y/o un fragmento polipeptido de elastina. La elastina es la proteina constituyente del tejido conjuntivo responsable de la elasticidad y la recuperacion del tejido. Ademas, la elastina es muy abundante en el tejido conjuntivo. Las cadenas de tropoelastina se reticulan juntas de manera natural para formar fibras elasticas. A diferencia del colageno, las moleculas de elastina se pueden desenrollar en una conformacion mas extendida cuando la fibra se estira y se volveran a enrollar espontaneamente en cuanto se relaje la fuerza de estiramiento. La elastina se compone principalmente de Gly, Val, Ala y Pro. Esta define una conformacion en espiral irregular o aleatoria.

Ademas de las proteinas fibrosas dermicas comunes, la nanotopografia del dispositivo puede imitar y/o adsorber otros componentes de la ECM, tales como los proteoglicanos. Los proteoglicanos son glicoproteinas pero consisten en mucho mas carbohidrato que proteina; es decir, son grandes agrupaciones de cadenas de carbohidrato unidas a menudo a un esqueleto proteico. Varios azucares estan incorporados en los proteoglicanos. El mas abundante es N- acetilglucosamina (NAG). Las cadenas largas de residuos de azucares se unen a residuos de serina en el esqueleto proteico; es decir, estan "O-enlazadas". Se anaden asimismo grupos sulfato a los azucares antes de la secrecion. Ejemplos de proteoglicanos comunes de la ECM incluyen, de forma no limitativa, sulfato de condroitina, heparan sulfato, queratan sulfato y acido hialuronico (que no tiene componente proteico).

Una nanotopografia en una superficie puede afectar directa y/o indirectamente a una celula en el area local del dispositivo. Esto puede incluir una celula de una capa de barrera que esta situada entre la superficie de la piel y un punto de administracion de un agente que tiene que ser administrado mediante un dispositivo de microagujas, asi como una celula a la que se tiene que administrar un agente. Consecuencias especificas en una celula debidas a la presencia del dispositivo pueden incluir la alteracion de una conformacion, actividad de fijacion de ligandos o una actividad catalitica de una proteina asociada con la membrana.

La presencia del dispositivo pueden modular la conductividad de la membrana celular incluyendo, en un aspecto, la conductancia de toda la celula. Ademas, modular la conductancia de toda la celula puede incluir modular, por lo menos, una de la contribucion lineal y no lineal dependiente de la tension, de la conductancia de toda la celula. El dispositivo puede modular por lo menos uno del potencial de la membrana celular y la conductividad de la membrana celular. Por ejemplo, el dispositivo puede afectar directa o indirectamente a un sistema o itinerario de mensajeria celular dependiente del calcio.

La nanotopografia del dispositivo puede afectar a un componente de una membrana plasmatica, lo que puede afectar a los itinerarios de senalizacion que son efectores posteriores de factores de transcripcion. Por ejemplo, mediante la mimetizacion o interaccion con un componente de la ECM, el dispositivo puede afectar a la transcripcion y/o la traduccion geneticas dentro de una celula local. La presencia del dispositivo puede afectar a la localizacion y/o la conformacion de proteinas de la membrana. A su vez, esto puede afectar a la energia libre del entorno local, conduciendo al fomento de la endocitosis de un agente activo administrado por el dispositivo. La presencia del

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dispositivo puede afectar a la formacion de uniones entre celulas, por ejemplo, uniones estrechas, que conduce a la administracion mejorada de agentes a traves de una barrera biologica.

Se considera que el dispositivo puede afectar directa o indirectamente a una celula por medio de una proteina asociada con la membrana. Las proteinas asociadas con la membrana pueden incluir, sin limitacion, por lo menos uno de receptores de la superficie, receptores de la transmembrana, proteinas de canales ionicos, proteinas de acoplamiento intracelular, proteinas de adhesion celular, integrinas, etc. Segun ciertos aspectos, un receptor de transmembrana puede ser un receptor acoplado con proteina G (GPCR). Por ejemplo, el dispositivo puede imitar un componente de la ECM que interacciona con un GPCR que, a su vez, interacciona con una subunidad a de proteina G. Una subunidad a de proteina G puede ser cualquiera de Gas, Gai, Gaq y Gai2. Al interaccionar con un componente de la ECM, el dispositivo puede afectar a caderinas, adhesiones focales, desmosomas, integrinas, clatrinas, caveolina, receptor de TSLP, receptor adrenergico p-2, receptor de bradiquinina, proteinas de canal ionico y similares. En una realizacion, la presencia de una microaguja puede modular las moleculas de adhesion de la union incluyendo, sin limitacion, JAM 2 y 3, GJA1, 3, 4 y 5 (aderinas de la union), ocludina (OCLN), claudinas (por ejemplo, cLdN 3, 5, 7, 8, 9, 10) y proteina 1 de la union estrecha (TJP1).

El dispositivo puede influir sobre la actividad celular no solo en la superficie de la celula, sino asimismo internamente. Por ejemplo, el dispositivo puede influir sobre una adhesion focal. Las adhesiones focales son grandes conjuntos de materiales que pueden incluir 100 o mas proteinas diferentes en cualquier momento. Son dinamicas en la mayor parte de los tipos de celulas y proporcionan una via para la transmision de informacion, tanto mecanica como quimica, desde la eCm al interior de la celula. La modificacion de las adhesiones focales tiene lugar despues de cambios en la composicion molecular, en la estructura fisica asi como en las fuerzas fisicas presentes en la ECM.

Las adhesiones focales permiten la conexion entre el citoesqueleto y la ECM, y generalmente se considera que son un centro de senalizacion para la transmision tanto de fuerzas mecanicas como de senales quimicas. La mayor parte de las adhesiones focales estan debajo de la membrana celular, con conexion a la ECM generalmente por medio de integrinas, aunque la comunicacion puede ser asimismo por medio de otros materiales transmembrana que incluyen acido hialuronico y proteinas de fijacion de heparina-sulfato.

Las integrinas son una gran familia de glicoproteinas de la transmembrana heterodimericas obligadas que acoplan celulas a proteinas de la ECM (por ejemplo, laminina) de la membrana basal o a ligandos en otras celulas. La nanotopografia del dispositivo puede afectar a la integrina en la membrana plasmatica para afectar al comportamiento celular, por ejemplo por medio de una adhesion focal. Las integrinas contienen subunidades grandes (a) y pequenas (p) de tamanos de 120 a 170 kDa y de 90 a 100 kDa, respectivamente. En los mamiferos, se han caracterizado la subunidades 18 a y p. Algunas integrinas median en las interacciones y el reconocimiento celula a celula. Las integrinas contienen puntos de fijacion para cationes divalentes Mg2+ y Ca2+, que son necesarios para su funcion adhesiva. Las integrinas de los mamiferos forman varias subfamilias que comparten subunidades p comunes que se asocian con subunidades a diferentes. Ambas subunidades a y p contienen dos colas independientes, que penetran ambas en la membrana plasmatica y poseen dominios citoplasmaticos pequenos. La excepcion es la subunidad p-4 que tiene un dominio citoplasmatico de 1088 aminoacidos, uno de los mayores dominios citoplasmaticos conocidos de cualquier proteina de la membrana. Las partes de penetracion pueden interaccionar con proteinas dentro de una adhesion focal para comunicar informacion relacionada con la ECM al citoesqueleto y al interior de la celula. Fuera de la membrana plasmatica, las cadenas a y p discurren proximas durante una longitud de aproximadamente 23 nanometros, formando los terminales N de los 5 nanometros finales de cada cadena una zona de fijacion de ligandos para la ECM.

Las principales proteinas conocidas en el interior de las adhesiones focales que se pueden ver afectadas por la presencia de una nanotopografia en el area de la superficie de la celula incluyen vinculina, paxilina, talina, a-actinina y zixina. Las proteinas de adhesion focal transmiten informacion al citoesqueleto, por ejemplo por medio de interaccion con actina, y a traves del citoplasma. Sin embargo, las adhesiones focales estan en un estado constante de flujo, y las proteinas estan continuamente asociandose, y disociandose de la informacion relacionada, compleja, procedente de la ECM a otras partes de la celula. El montaje y desmontaje dinamico de las adhesiones focales desde la formacion de complejos focales en el borde delantero del lamelipodio hasta la disolucion de la adhesion focal en el borde posterior de la celula es una funcion central en la migracion celular. La activacion de la quinasa Src debida a fuerzas mecanicas extracelulares ejercidas sobre el interior de la celula por medio de adhesion focal es una indicacion de la funcion que desempenan las adhesiones focales en la deteccion de fuerzas mecanicas de la ECM. Por consiguiente, el dispositivo puede modular la actividad interna de la celula, incluyendo funciones derivadas involucradas en la migracion celular por medio de proteinas de la membrana plasmatica asociadas con adhesiones focales.

Otras estructuras de la superficie celular que pueden ser afectadas por la nanotopografia del dispositivo incluyen proteinas de la membrana involucradas en la endocitosis. Por ejemplo, tras la interaccion con la membrana celular, el dispositivo puede presentar una mayor energia de adherencia debido a la nanotopografia de la superficie en contacto. La energia de adhesion puede imitar la de una tipica union receptor-ligando.

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Sin desear limitarse a ninguna teoria concreta, se considera que tras la adhesion entre la superficie del dispositivo y el receptor mediador de la endocitosis, otros receptores mediadores de la endocitosis en la membrana celular se pueden difundir al punto de adhesion desde una distribucion uniforme anterior a la adhesion en la membrana celular. Estas proteinas de la membrana se pueden adherir a continuacion a la superficie del dispositivo y reducir de ese modo la energia libre de interaccion entre la superficie celular y el dispositivo. La menor energia libre puede fomentar la endocitosis de agentes en la superficie celular, por ejemplo agentes activos administrados a traves del dispositivo. Especificamente, cuando se produce adhesion entre la superficie del dispositivo y un receptor, la energia liberada, es decir, la mayor energia libre, puede impulsar la envoltura de la membrana alrededor de particulas en, o cerca del punto de adhesion. Alternativamente, la adsorcion de componentes no celulares de la ECM a la superficie del dispositivo puede modificar la quimica local, conduciendo a un aumento en la actividad de endocitosis por parte de las celulas comprendidas en el area. Los itinerarios de endocitosis que pueden ser mediados por la presencia del dispositivo se pueden subdividir en cuatro categorias que incluyen en endocitosis mediada por clatrina, caveolas, macropinocitosis y fagocitosis.

La endocitosis mediada por clatrina esta mediada por pequenas vesiculas de aproximadamente 100 nanometros de diametro, que tienen un recubrimiento cristalino morfologicamente caracteristico de un complejo de proteinas que se asocian principalmente con la proteina citosolica clatrina. Estas vesiculas recubiertas con clatrina (CCVs) se encuentran virtualmente en todas las celulas y forman pozos recubiertos con clatrina en la membrana plasmatica. Los pozos recubiertos con clatrina pueden incluir una mayor concentracion de grandes moleculas extracelulares que tienen diferentes receptores responsables de la endocitosis de ligandos mediada por receptores, por ejemplo lipoproteina de baja densidad, transferrina, factores de crecimiento, anticuerpos y muchos otros.

La nanotopografia del dispositivo puede afectar a las proteinas de la membrana asociadas con las caveolas. Las caveolas son formaciones de endocitosis de la membrana que son solo ligeramente menos comunes que los pozos recubiertos de clatrina, y existen sobre la superficie de muchos tipos de celula, pero no de todos. Estas consisten en la proteina de fijacion del colesterol caveolina (Vip21) con una bicapa enriquecida en colesterol y glicolipidos. Las caveolas son menores que las CCVs, aproximadamente de 50 nanometros de diametro, y forman pozos de tipo matraz en la membrana. Pueden constituir hasta un tercio del area de la membrana plasmatica de las celulas de algunos tejidos, siendo especialmente abundantes en fibroblastos, adipocitos y celulas endoteliales que se pueden encontrar en la piel. Se considera que la asimilacion de moleculas extracelulares esta mediada especificamente por receptores en las caveolas que se pueden ver afectadas por la nanotopografia de una microaguja.

La macropinocitosis, que se produce normalmente a partir de zonas muy rugosas de la membrana plasmatica, describe la traccion entrante de la membrana celular para formar una bolsa, que a continuacion se desprende dentro de la celula para formar una gran vesicula (0,5-5 pm de diametro) llena con un gran volumen de fluido y moleculas extracelulares en su interior (equivalente a 103 a 106 CCVs). El llenado de la bolsa se produce de manera no especifica. La vesicula se desplaza a continuacion en el citosol y se funde con otras vesiculas, tales como endosomas y lisosomas.

La fagocitosis describe la fijacion e internalizacion de material de particulas mayor de aproximadamente 0,75 pm de diametro, tal como pequenas particulas de polvo, detritus celular, microorganismos e incluso celulas apoptopicas, lo que se produce solamente en celulas especializadas. Estos procesos implican la asimilacion de areas de membrana mayores que la endocitosis mediada por clatrina y el itinerario de las caveolas.

La nanotopografia del dispositivo puede afectar asimismo a las caderinas de una superficie celular. Las caderinas son una familia de receptores involucrados generalmente en la mediacion de la adhesion homofilica celula-celula dependiente del calcio. Las caderinas son de la mayor importancia durante la embriogenesis, pero desempenan asimismo una funcion en la formacion de uniones estables entre celulas y el mantenimiento de la estructura normal del tejido de los adultos. Las caderinas son una superfamilia de las proteinas de la transmembrana agrupadas por la presencia de una o varias repeticiones de caderina en sus dominios extracelulares. Conjuntos de estos dominios de aproximadamente 110 residuos forman las superficies intermoleculares responsables de la formacion de interacciones celula-celula mediadas por caderina. La informacion estructural a partir del analisis de varios dominios de caderina indica que los iones de calcio se fijan en puntos entre repeticiones de caderina (CRs) adyacentes, formando una varilla rigida. Las caderinas incluyen habitualmente cinco dominios extracelulares repetidos en tandem, un solo segmento de extension a la membrana y una zona citoplasmatica.

En una realizacion, el dispositivo puede afectar a la E-caderina que se encuentra en el tejido epitelial. La E-caderina incluye 5 repeticiones de caderina (EC1 ~ EC5) en el dominio extracelular, un dominio transmembrana y un dominio intracelular que fija p120-catenina y p-catenina. El dominio intracelular contiene una zona muy fosforilada que se considera vital para la fijacion de p-catenina y, por lo tanto para la funcion de E-caderina. La p-catenina puede asimismo unirse a a-catenina, y la a-catenina participa en la regulacion de filamentos citoesqueletales que contienen actina. En las celulas epiteliales, las uniones celula a celula que contienen E-caderina estan a menudo junto a filamentos del citoesqueleto que contienen actina.

Otras actividades que se pueden ver afectadas debido a la presencia del dispositivo en un area local incluyen el transporte paracelular y transcelular. Por ejemplo, por medio de la adsorcion de proteinas de la ECM en la superficie

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del dispositivo, la quimica local de un area puede cambiar, conduciendo a un transporte paracelular mejorado de un agente administrado al area local, lo que puede incluir no solo el area contigua al dispositivo, sino asimismo areas mas profundas en la dermis. Por ejemplo, la presencia del dispositivo puede fomentar el transporte paracelular de un agente administrado a los lechos capilares de la dermis y a traves de la pared capilar, para ser administrado al torrente sanguineo para su administracion sistematica.

Durante su utilizacion, el dispositivo puede interaccionar con uno o varios componentes del tejido epitelial en contacto para aumentar la porosidad del tejido mediante mecanismos de transporte paracelular y/o transcelular. El tejido epitelial es uno de los tipos principales de tejidos del cuerpo. El tejido epitelial, que se puede considerar mas poroso segun la presente invencion puede incluir epitelio tanto simple como estratificado, incluyendo tanto epitelio queratinizado como epitelio de transicion. Ademas, el tejido epitelial abarcado en la presente memoria puede incluir cualesquiera tipos de celulas de una capa epitelial incluyendo, de forma no limitativa, queratinocitos, celulas escamosas, celulas columnares, celulas cuboides y celulas pseudoestratificadas.

La presencia del dispositivo puede afectar a la formacion y el mantenimiento de uniones celula/celula incluyendo uniones estrechas y desmosomas para fomentar el transporte paracelular. Tal como se ha mencionado anteriormente, se han encontrado uniones estrechas en la capa granulosa y la apertura de las uniones estrechas puede proporcionar una via paracelular para la administracion mejorada de agentes activos, particularmente agentes activos de gran peso molecular y/o agentes que presentan una lipofilia baja cuya administracion transdermica se ha bloqueado anteriormente. Los tipos principales de proteinas de uniones estrechas son claudinas, ocludinas y moleculas de adhesion de la union.

La interaccion entre un componente local y las estructuras de la nanotopografia puede abrir desmosomas en una capa de barrera para fomentar el transporte paracelular. Los desmosomas estan formados principalmente de desmogleina y desmocolina, ambas miembros de las caderinas, y estan implicados en las adhesiones celula a celula. Un desmosoma incluye un dominio central extracelular (la desmoglea), donde la desmogleina y las proteinas de desmocolina de las celulas adyacentes se unen entre si. Las celulas adyacentes estan separadas por una capa de ECM de aproximadamente 30 nanometros de anchura. Debajo de la membrana, estan formadas estructuras pesadas en forma de placa conocidas como la placa densa exterior y la placa densa interior. Las placas son abarcadas por la proteina desmoplaquina. La placa densa exterior es donde los dominios citoplasmicos de las caderinas se acoplan a la desmoplaquina por medio de placoglobina y placofilina. La placa densa interior es donde la desmoplaquina se acopla a los filamentos intermedios de la celula.

La interaccion entre celulas individuales y estructuras de la nanotopografia puede inducir el paso de un agente a traves de una celula de barrera y fomentar el transporte transcelular. Por ejemplo, la interaccion con queratinocitos de la capa cornea puede fomentar la division de un agente en los queratinocitos, seguida por la difusion a traves de las celulas y de nuevo a traves de la bicapa lipidica. Aunque un agente puede atravesar una barrera segun las vias tanto paracelular como transcelular, la via transcelular puede ser predominante para moleculas muy hidrofilas aunque, por supuesto, el trayecto de transporte predominante puede variar en funcion de la naturaleza del agente, siendo el caracter hidrofilo solamente una caracteristica distintiva.

De acuerdo con una realizacion, la mayor permeabilidad de una capa celular se puede determinar mediante la determinacion de la resistencia electrica transepitelial (TEER, denominada asimismo en la presente memoria resistencia transepitelial o TER) a traves de la capa. Tal como es sabido en general, una disminucion en la TEER a traves de una capa celular es un buen indicio de un aumento en la permeabilidad de una capa celular debido, por ejemplo, a la ausencia de formacion o a la apertura de uniones estrechas de una capa celular. Resulta evidente que en el endotelio y en ciertos epitelios, la capacidad de las uniones estrechas para limitar el flujo paracelular no es inmutable. Por el contrario, esta funcion de compuerta de las uniones estrechas es capaz de regulacion dinamica (Madara, 1988; Rubin, 1992). En particular, la activacion de los itinerarios de transduccion de senales mediante ligandos receptores o bien mediante moduladores especificos permeantes de la membrana puede tener efectos sorprendentes sobre la permeabilidad del itinerario paracelular. Por ejemplo, la activacion de la proteina quinasa C provoca un aumento sustancial en la permeabilidad de las uniones estrechas en las celulas MdCk (Ojakian, 1981), una linea de las celulas epiteliales. La elevacion del AMP ciclico disminuye la permeabilidad en las celulas endoteliales del cerebro en cultivo, un sistema modelo para el estudio de la barrera hematoencefalica (Rubin y otros, 1991). El AMP ciclico disminuye asimismo la permeabilidad de la union estrecha en celulas endoteliales perifericas (Stelzner y otros, 1989; Langeier y otros, 1991).

Las propiedades de permeabilidad de la union estrecha dependen asimismo de la integridad de la zonula adherens. La rotura de la zonula adherens mediante la extraccion de Ca2+ extracelular conduce a una apertura de las uniones estrechas en celulas MDCK (ver Martinez-Palomo y otros, 1980; Gumbiner and Simons, 1986) y en celulas endoteliales (Rutten y otros, 1987). Las proteinas quinasas parecen estar involucradas en esta modulacion indirecta de la integridad de la union fuerte en las celulas MDCK (Citi, 1992). Los componentes sensibles al Ca2+ del complejo de zonula adherens son las caderinas (verificado por Geiger and Avalon, 1992). Estas proteinas de la transmembrana median la adhesividad intercelular de manera homofilica dependiente del Ca2+ por medio de sus dominios extracelulares. El dominio citoplasmatico de las caderinas se asocia con otras tres proteinas denominadas a-, p- y Y-catenina (Ozawa y otros, 1989), que unen las caderinas al citoesqueleto de actina y son necesarias para la

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adhesividad de la caderina (Hirano y otros, 1987; Nagaruchi and Takeichi, 1988; Ozawa y otros, 1990; Kintner, 1992; see Stappert and Kemler, 1993).

Segun la presente invencion, el contacto entre una capa epitelial y una superficie del dispositivo que incluye un patron predeterminado de estructuras fabricadas sobre la superficie, por lo menos una parte de las cuales estan fabricadas a escala nanometrica, puede aumentar la permeabilidad y disminuir la TEER de la capa epitelial. Por ejemplo, la TEER de una capa epitelial puede caer a menos de aproximadamente el 95%, menos de aproximadamente el 85%, o menos de aproximadamente el 70% de su valor inicial despues del contacto entre la capa y una superficie con nanopatron durante un periodo de tiempo. A modo de ejemplo, despues de aproximadamente 30 minutos de contacto entre una capa epitelial y una superficie que incluye un patron de nanoestructuras en la misma, la TEER a traves de la capa puede ser de entre aproximadamente el 90% y aproximadamente el 95% de su valor inicial. Despues de 60 minutos, la TEER a traves de la capa puede estar entre aproximadamente el 80% y aproximadamente el 90% de su valor inicial, y despues de 120 minutos, la TEER a traves de la capa puede estar entre aproximadamente el 60% y aproximadamente el 75% de su valor inicial.

La figura 10 muestra un procedimiento para determinar la TEER a traves de una capa epitelial. En esta realizacion, una capa de celulas, por ejemplo una monocapa celular epitelial, puede ser cultivada o situada de otro modo en la base de una camara apical. La base de la camara apical puede ser una membrana de filtro microporosa, tal como se muestra, para permitir el flujo entre las dos camaras e impedir que las celulas individuales pasen a la camara basal. A modo de ejemplo, la membrana de filtro microporosa puede incluir poros de aproximadamente 0,4 micras a una densidad de aproximadamente 4 x 106 poros/centimetro. Por supuesto, los parametros especificos de los diversos componentes del sistema no son criticos, y se pueden modificar tal como se sabe en la tecnica. La camara apical puede estar definida por un inserto de transwell que puede encajar en un pozo mayor, tal como se muestra, definiendo de ese modo la camara basal del sistema. Durante la utilizacion, un primer electrodo -1- y un segundo electrodo -2- pueden estar situados a cada lado de la monocapa de celulas epiteliales y un ohmimetro -4- puede estar conectado entre los dos electrodos. El ohmimetro -4- puede proporcionar la TEER a traves de la monocapa de celulas. Son conocidos sistemas para determinar la TEER a traves de una capa de celulas, por ejemplo, puede ser utilizado el sistema de resistencia electrica Millicell™ (disponible en la firma Millipore, de Bedford, MA).

El contacto entre una capa celular epitelial y una superficie que incluye nanoestructuras fabricadas en la misma puede conducir a una caida en la TEER, que indica un aumento en la permeabilidad de la capa. Por consiguiente, despues del contacto entre una capa epitelial y una superficie nanoestructurada, la capacidad de transportar compuestos a traves de la capa puede aumentar sensiblemente. Esto puede mejorar la administracion transdermica de compuestos que anteriormente no podian ser administrados eficientemente de este modo. Por ejemplo, la administracion transdermica de compuestos de alto peso molecular, compuestos lipofilicos y/o compuestos con carga se puede mejorar mediante la utilizacion de los procedimientos y dispositivos dados a conocer.

Por supuesto, las estructuras nanometricas del dispositivo pueden afectar directa o indirectamente a otros componentes de un microentorno circundante, y en la presente memoria se da a conocer solamente una muestra representativa de dichas estructuras.

El dispositivo que incluye una nanotopografia fabricada sobre una superficie del dispositivo se puede conformar segun un proceso de una sola etapa. Alternativamente, se puede utilizar un proceso de multiples etapas, en el que se fabrica un patron de nanoestructuras sobre una superficie preformada. Por ejemplo, se puede formar primero un conjunto de microagujas y a continuacion se puede fabricar un patron aleatorio o no aleatorio de nanoestructuras sobre la superficie de las microagujas formadas. Tanto en el proceso de una etapa como en el de dos etapas, las estructuras se pueden fabricar sobre una superficie o sobre la superficie de un molde, de acuerdo con cualquier procedimiento adecuado de fabricacion de nanotopografia incluyendo, de forma no limitativa, nanoimpresion, moldeo por inyeccion, litografia, moldeo por estampado y similares.

En general, se puede conformar un conjunto de microagujas segun cualquier tecnica estandar de microfabricacion incluyendo, de forma no limitativa, litografia; tecnicas de ataque quimico, tales como eliminacion por quimica humeda, en seco y fotorresistente; oxidacion termica de silicio; electrodeposicion y deposicion sin corriente electrica; procesos de difusion, tales como difusion de boro, fosforo, arsenico y antimonio; implantacion ionica; deposicion de peliculas, tal como evaporacion (filamentos, haz de electrones, flash, y sombreado y cubrimiento de escalon), pulverizacion catodica, deposicion quimica de vapor (CVD, chemical vapor deposition), epitaxia (fase vapor, fase liquida y haz molecular), electrodeposicion, serigrafiado, laminado, estereolitografia, maquinado laser y ablacion laser (incluyendo ablacion por proyeccion).

Se puede utilizar un proceso de ataque electroquimico en el que se utiliza el ataque electroquimico de silicio macizo a silicio poroso para crear redes de silicio extremadamente finas (del orden de 0,01 pm) que pueden ser utilizadas como estructuras de perforacion. Este procedimiento puede utilizar anodizacion electrolitica de silicio en acido fluorhidrico acuoso, potencialmente en combinacion con luz, para grabar canales en el silicio. Variando la concentracion de la carga de la oblea de silicio que se debe someter a ataque quimico, el potencial electrolitico durante el ataque quimico, la intensidad de la luz incidente y la concentracion de electrolitos, se puede conseguir un

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control sobre la estructura final de los poros. El material no grabado (es decir, el silicio restante) conforma las microagujas.

Se puede utilizar asimismo ataque quimico de plasma, en el que se lleva a cabo el ataque quimico profundo de plasma del silicio para crear microagujas con diametros del orden de 0,1 micra o mayor. Las agujas se pueden fabricar indirectamente controlando la tension (tal como en el ataque electroquimico).

Se pueden utilizar tecnicas de litografia, incluyendo fotolitografia, litografia de haz de electrones, litografia de rayos X y similares para la definicion del patron principal y la formacion de una matriz maestra. A continuacion se puede llevar a cabo la replica para formar el dispositivo que incluye un conjunto de microagujas. Los procedimientos de replica comunes incluyen, de forma no limitativa, micromoldeo asistido por disolvente y colada, moldeo por estampado, moldeo por inyeccion y similares. Se pueden utilizar asimismo en la conformacion de una nanotopografia sobre una superficie tecnologias de autoensamblaje que incluyen tecnicas de segregacion de copolimeros, copolimeros en bloques separados por fase y tecnicas de litografia coloidal.

Tal como es sabido, se pueden utilizar asimismo combinaciones de los procedimientos. Por ejemplo, los sustratos con patron de coloides se pueden exponer al ataque quimico con iones reactivos (RIE, conocido asimismo como ataque quimico en seco) para refinar las caracteristicas de una nanoestructura fabricada, tal como el diametro de las columnas nanometricas, el perfil, la altura, el paso y similares. Se puede utilizar asimismo ataque quimico humedo para producir perfiles alternativos de nanoestructuras conformadas inicialmente segun un proceso diferente, por ejemplo, tecnicas de segregacion de polimeros.

Se puede controlar el diametro, la forma y el paso de la estructura mediante la seleccion de materiales y procedimientos adecuados. Por ejemplo, el ataque quimico de metales evaporados inicialmente sobre sustratos con patron coloidal seguido por el despegado coloidal tiene como resultado generalmente columnas en forma de prisma. Se puede utilizar a continuacion un proceso de ataque quimico para completar las estructuras a conveniencia. Se pueden fabricar asimismo nanoestructuras polimericas no esfericas ordenadas, mediante tecnicas de sinterizacion a temperatura controlada, que forman diversas caracteristicas nanometricas trigonales ordenadas, en intersticios coloidales, despues de la disolucion selectiva de nanoparticulas polimericas. En la tecnica son conocidos en general estos y otros procesos de formacion adecuados (ver, por ejemplo, Wood, J R Soc Interface, 22 de febrero de 2007; 4(12): 1 -17).

Otros procedimientos que pueden ser utilizados en la formacion de una microaguja que incluye una nanotopografia fabricada sobre una superficie incluyen procedimientos de litografia de nanoimpresion que utilizan tecnicas de mecanizado laser de precision ultra-alta, de los que se han descrito ejemplos por Hunt, y otros (Patente U.S.A. numero 6.995.336) y Guo, y otros (Patente U.S.A. numero 7.374.864). La litografia de nanoimpresion es una tecnica de litografia a escala nanometrica en la que se utiliza un molde hibrido que actua como un molde de litografia de nanoimpresion y como una mascara de fotolitografia. Se muestra un esquema de una tecnica de litografia de nanoimpresion en las figuras 11A a 11C. Durante la fabricacion, un molde hibrido -30- se impresiona en un sustrato -32- mediante presion aplicada para conformar caracteristicas (por ejemplo, microagujas que definen nanotopografia) sobre una capa resistente (figura 11A). En general, la superficie del sustrato -32- se puede calentar antes de su acoplamiento con el molde -30- a una temperatura por encima de su temperatura de transicion vitrea (Tg). Mientras el molde hibrido -30- se acopla con el sustrato -32-, se puede forzar un flujo de polimero viscoso hacia las cavidades del molde para formar las caracteristicas -34- (figura 11B). El molde y el sustrato se pueden exponer a continuacion a luz ultravioleta. El molde hibrido es en general transmisivo a la radiacion UV salvo para ciertas areas obstruidas. Por lo tanto, la radiacion UV pasa a traves de las partes transmisivas y hasta la capa resistente. Se mantiene la presion durante el enfriamiento del molde y del sustrato. El molde hibrido -30- se retira a continuacion del sustrato enfriado -32-, a una temperatura por debajo de la Tg del sustrato y del polimero (figura 11C).

Para facilitar la liberacion desde el molde -30- del sustrato nanoimpreso -32- que incluye las caracteristicas fabricadas -34-, tal como se representa en la figura 11C, es ventajoso tratar el molde -30- con un recubrimiento de baja energia para reducir la adhesion con el sustrato -32-, dado que una menor energia superficial del molde -30- y la diferencia mayor resultante de la energia superficial entre el molde -30-, el sustrato -32- y el polimero pueden facilitar la liberacion entre los materiales. A modo de ejemplo, se puede utilizar un recubrimiento del molde de silicio, tal como trideca-(1,1,2,2-tetrahidro)-octitricloro silano (F13-TCS).

Un proceso de nanoimpresion es un proceso dinamico que incluye el llenado de un molde seguido por la separacion de un polimero formado, respecto del molde. Para llenar las caracteristicas del molde, es necesario aumentar la temperatura del polimero hasta un nivel lo suficientemente alto como para iniciar el flujo a la presion aplicada. Cuanto mayor es la temperatura, menor es la viscosidad del polimero, y con mayor rapidez y facilidad se llenara el molde. Una presion mayor mejorara asimismo la velocidad de llenado, y el llenado global para una mejor replicacion del molde. Para extraer del molde el sustrato nanoimpreso es necesario reducir la temperatura del sustrato hasta un punto en el que el limite elastico exceda las fuerzas de adherencia ejercidas por el molde. Variando la temperatura es posible asimismo obtener las caracteristicas del polimero durante la separacion para obtener estructuras diferentes, por ejemplo estructuras como las mostradas en la figura 8.

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Se pueden formar asimismo estructuras en funcion de procesos de adicion quimica. Por ejemplo, se puede utilizar deposicion de peliculas, pulverizacion catodica, deposicion quimica de vapor (CVD), epitaxia (fase de vapor, fase liquida y haz molecular), electrodeposicion y similares para construir estructuras sobre una superficie.

Los procesos de monocapas de autoensamblaje que son conocidos en la tecnica pueden ser utilizados para conformar un patron de estructuras sobre una superficie. Por ejemplo, la capacidad de los copolimeros en bloque para auto-organizarse puede ser utilizada para formar un patron de monocapas sobre una superficie. El patron se puede utilizar a continuacion como una plantilla para el crecimiento de las estructuras deseadas, por ejemplo, coloides, de acuerdo con el patron de la monocapa.

A modo de ejemplo, una red bidimensional de polimeros reticulados se puede producir a partir de monomeros con dos o mas puntos reactivos. Dichas monocapas reticuladas se han fabricado utilizando tecnicas de monocapa de autoensamblaje (SAM, “self-assembling monolayer”) (por ejemplo, un sistema de oro/alquilo tiol) o de monocapa de Langmuir-Blodgett (LB) (Ahmed y otros, Thin Solid Films 187: 141-153 (1990)) como es sabido la tecnica. La monocapa puede estar reticulada, lo que puede conducir a la formacion de una monocapa mas robusta estructuralmente.

Los monomeros utilizados para conformar una monocapa con patron pueden incorporar todas las fracciones estructurales necesarias para efectuar la tecnica de polimerizacion y/o a la tecnica de formacion de monocapa deseada, asi como para influir en propiedades tales como la solubilidad global, procedimientos de disociacion y procedimientos litograficos. Un monomero puede contener por lo menos uno, y mas frecuentemente por lo menos dos, grupos funcionales reactivos.

Una molecula utilizada para conformar una monocapa organica puede incluir cualquiera de diversos grupos funcionales organicos intercalados con cadenas de grupos metileno. Por ejemplo, una molecula puede ser una estructura de carbono de cadena larga que contiene cadenas de metileno para facilitar el empaquetado. El empaquetado entre grupos metileno puede permitir que se produzcan enlaces debiles de Van Der Waals, que incrementan la estabilidad de la monocapa producida y contrarrestan las desventajas entropicas asociadas con la formacion de una fase ordenada. Ademas, pueden estar presentes diferentes fracciones germinales, tales como fracciones de enlace de hidrogeno, en un terminal de las moleculas, para permitir el crecimiento de estructuras sobre la monocapa formada, en cuyo caso las fracciones quimicas polimerizables se pueden situar en la mitad de la cadena o en los terminales opuestos. Se puede utilizar cualquier quimica de reconocimiento molecular adecuada en la formacion del conjunto. Por ejemplo, se pueden ensamblar estructuras sobre una monocapa en base a interaccion electrostatica, interaccion de Van der Waals, quelacion de metales, enlace de coordinacion (es decir, interacciones acido/base de Lewis), enlace ionico, enlace covalente o enlace de hidrogeno.

Cuando se utiliza un sistema basado en SAM, se puede utilizar una molecula adicional para formar la plantilla. Esta molecula adicional puede tener una funcionalidad apropiada en uno de sus terminales para formar una SAM. Por ejemplo, en una superficie de oro, se puede incluir un terminal tiol. Existe una amplia variedad de moleculas organicas que pueden ser utilizadas para efectuar la replicacion. Son particularmente deseables como componentes de polimerizacion las fracciones polimerizables topoquimicamente, tales como dienos y diacetilenos. Estos pueden estar intercalados con longitudes variables de vinculos de metileno.

Para una monocapa LB, solamente es necesaria una molecula de monomero debido a que la fraccion de reconocimiento molecular puede servir asimismo como el grupo funcional polar con propositos de formacion de LB. Se puede llevar a cabo litografia sobre una monocapa LB transferida a un sustrato, o directamente en la cubeta. Por ejemplo, una monocapa LB de monomeros de diacetileno se puede conformar con patron mediante exposicion UV a traves de una mascara o mediante formacion de patrones con haces de electrones.

La conformacion de la monocapa se puede facilitar utilizando moleculas que sufren una polimerizacion topoquimica en la fase monocapa. Al exponer la pelicula ensamblada a un catalizador de polimerizacion, la pelicula puede crecer in situ, y cambiar de un conjunto molecular dinamico a un conjunto polimerizado mas robusto.

Para la formacion del patron de la monocapa se puede utilizar cualquiera de las tecnicas conocidas en la tecnica para la formacion de patrones monocapa. Las tecnicas utiles en la formacion de patrones en una monocapa incluyen, de forma no limitativa, fotolitografia, tecnicas de haz de electrones, tecnicas de haz de iones focalizado y litografia suave. Se pueden utilizar diversos sistemas de proteccion, tal como fotorresistencia, para un sistema basado en SAM. Asimismo, se pueden conformar patrones de copolimeros en bloque sobre oro y someterse selectivamente al ataque quimico para conformar patrones. Para un sistema de dos componentes, la formacion de patrones se puede conseguir asimismo con tecnicas facilmente disponibles.

Se pueden utilizar tecnicas de litografia suave para conformar en patron en la monocapa, en las que se puede utilizar luz ultravioleta y una mascara para la formacion del patron. Por ejemplo, se puede utilizar una monocapa de base sin patron, como plataforma para el montaje de una monocapa de monomero reactiva a los haces de UV/particulas. La monocapa de monomero se puede a continuacion conformar con patron mediante fotolitografia UV, litografia de haz de electrones o litografia de haz de iones, incluso aunque la SAM de base no tenga patron.

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El crecimiento de estructuras de una monocapa con patron se puede conseguir mediante diversos mecanismos de crecimiento, tal como mediante quimica de reduccion adecuada de una sal metalica y la utilizacion de una semilla o de nucleacion mediada por plantilla. Utilizando los elementos de reconocimiento en la monocapa, el crecimiento inorganico se puede catalizar en esta interfaz mediante diversos procedimientos. Por ejemplo, se pueden formar compuestos inorganicos en forma de coloides que llevan la forma de la monocapa organica con patron. Por ejemplo, se pueden conformar en plantilla estructuras de carbonato calcico o de silice mediante diversas funcionalidades carbonilo, tal como acidos carboxilicos y amidas. Controlando las condiciones de crecimiento del cristal, es posible controlar el grosor y la morfologia cristalina del crecimiento mineral. Se puede formar en plantilla asimismo dioxido de titanio.

Se pueden utilizar tecnicas de deposicion en plantilla sin corriente electrica para sintetizar metales utilizando grupos funcionales organicos existentes. En particular, quelando atomos metalicos a las fracciones carbonilo del patron organico, se puede catalizar sobre el patron la deposicion metalica sin corriente electrica, formando coloides metalicos con patron. Por ejemplo, se puede utilizar Cu, Au, Ni, Ag, Pd, Pt y muchos otros metales que se pueden deponer mediante condiciones de deposicion sin corriente electrica, para formar estructuras metalicas con la forma de la monocapa organica. Controlando las condiciones de la deposicion sin corriente electrica, es posible controlar el grosor de las estructuras metalicas depositadas.

Se pueden utilizar otros procedimientos de crecimiento de tipo 'de abajo arriba' conocidos en la tecnica, por ejemplo se puede utilizar un procedimiento como el descrito en la Patente U.S.A. numero 7.189.435, de Tuominen, y otros Segun este procedimiento, un sustrato conductor o semiconductor (por ejemplo, un metal, tal como oro) se puede recubrir con una pelicula de copolimero en bloque (por ejemplo, un copolimero en bloque de metilmetacrilato y estireno), donde un componente del copolimero forma cilindros nanoscopicos en una matriz de otro componente del copolimero. A continuacion se puede situar una capa conductora sobre el copolimero para formar una estructura compuesta. Tras orientar verticalmente la estructura compuesta, parte del primer componente se puede eliminar, por ejemplo mediante exposicion a radiacion UV, a un haz de electrones, a ozono, por degradacion o similares, para formar poros nanoscopicos en dicha zona del segundo componente.

En otra realizacion, descrita en la Patente U.S.A. numero 6.926.953, de Nealey y otros, se pueden formar estructuras de copolimero exponiendo un sustrato con una capa de formacion de imagenes sobre el mismo, por ejemplo una monocapa autoensamblada de alquilsiloxano o de octadeciltriclorosalino, a dos o mas haces de longitudes de onda seleccionadas para formar patrones de interferencia en la capa de formacion de imagenes con el fin de modificar la humectabilidad de la capa de formacion de imagenes de acuerdo con los patrones de interferencia. A continuacion se puede depositar una capa de un copolimero en bloque seleccionado, por ejemplo un copolimero de poliestireno y polimetacrilato de metilo, sobre la capa de formacion de imagenes expuesta, y recocer para separar los componentes del copolimero de acuerdo con el patron de humectabilidad y replicar el patron de la capa de formacion de imagenes en la capa de copolimero. Se pueden formar por lo tanto tiras o zonas aisladas de los componentes separados, con dimisiones periodicas en el intervalo de 100 nanometros o menos.

La superficie del dispositivo puede incluir una distribucion aleatoria de nanoestructuras fabricadas. Opcionalmente, la superficie puede incluir materiales adicionales, junto con las nanoestructuras fabricadas. Por ejemplo, una superficie de microaguja puede tener fabricada sobre la misma una capa fibrosa electrohilada, y sobre dicha capa electrohilada se puede fabricar un patron de estructuras aleatorio o no aleatorio.

El electrohilado incluye la utilizacion de un suministrador de alta tension para aplicar un campo electrico a una solucion o fusion polimera mantenida en un tubo capilar, induciendo una carga en las moleculas individuales del polimero. Tras la aplicacion del campo electrico, se inducira una orientacion de carga y/o dipolar en la interfaz aire- superficie. La induccion provoca una fuerza que se opone a la tension superficial. A una intensidad critica del campo, las fuerzas electrostaticas superaran las fuerzas de tension superficial, y se expulsara un chorro del material polimero desde el tubo capilar hacia una superficie conductora conectada a tierra. Este chorro es estirado y acelerado por el campo electrico externo a medida que sale del tubo capilar. Cuando el chorro se desplaza por el aire, parte del disolvente se puede evaporar, dejando atras fibras de polimero cargadas que se pueden recoger sobre la superficie. Cuando las fibras se recogen, las fibras individuales y todavia humedas se pueden adherir entre si, formando una banda no tejida sobre la superficie. A continuacion se puede fabricar un patron de nanoestructuras sobre la superficie electrohilada, por ejemplo mediante una tecnica de estampado utilizando un molde que define las nanoestructuras deseadas. Aplicando el molde a la superficie de microaguja a una temperatura y una presion adecuadas se puede transferir el patron a la superficie de la microaguja. Una superficie de fibras nanometricas electrohiladas aleatorias puede mejorar las caracteristicas deseables de una superficie de microaguja, por ejemplo, una o varias de la relacion de area superficial frente a volumen, la rugosidad superficial, la energia superficial y similares, y puede proporcionar beneficios asociados.

La superficie de una microaguja se puede funcionalizar mas para una mejor interaccion con tejidos o celulas individuales durante la utilizacion. Por ejemplo, una o varias biomoleculas tales como polinucleotidos, polipeptidos, proteinas enteras, polisacaridos y similares se pueden unir con una superficie estructurada antes de la utilizacion.

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En algunas realizaciones, una superficie que incluye estructuras formadas en la misma puede ya contener la reactividad adecuada para que la funcionalidad adicional deseada se pueda acoplar espontaneamente a la superficie sin que sea necesario un pretratamiento de la superficie. Sin embargo, en otras realizaciones, se puede llevar a cabo un pretratamiento de la superficie estructurada antes del acoplamiento al compuesto deseado. Por ejemplo, la reactividad de una superficie estructurada se puede aumentar mediante la adicion o creacion de amina, acido carboxilico, hidroxilo, aldehido, tiol o grupos ester sobre la superficie. En una realizacion representativa, una superficie de microaguja que incluye un patron de nanoestructuras conformado sobre la misma puede ser aminada mediante el contacto con un compuesto que contenga amina, tal como 3-aminopropiltrietoxi silano, para aumentar la funcionalidad amina de la superficie y unir una o varias biomoleculas a la superficie mediante la funcionalidad amina anadida.

Los materiales que se pueden unir convenientemente a la superficie de un dispositivo con patron pueden incluir proteinas de la ECM, tales como lamininas, tropoelastina o elastina, Tropocolageno o colageno, fibronectina y similares. Se pueden unir fragmentos cortos de polipeptidos a la superficie de un dispositivo con patron, tal como una secuencia RGD, que es parte de la secuencia de reconocimiento de fijacion de integrina a muchas proteinas de la ECM. Por lo tanto, la funcionalizacion de una superficie de microaguja con RGD puede fomentar la interaccion del dispositivo con proteinas de la ECM y limitar adicionalmente la respuesta a los cuerpos extranos frente al dispositivo durante la utilizacion.

Los dispositivos se pueden asociar con un agente para administracion a traves del dispositivo. Por ejemplo, se puede utilizar un parche de microagujas transdermicas para la administracion de materiales bajo la capa cornea, a la capa espinosa o a la capa basal, o incluso a mayor profundidad en la dermis. En general, un agente puede ser transportado a traves de la capa cornea junto con la microaguja, por ejemplo, en el interior de la microaguja o en la superficie de la microaguja.

El dispositivo puede incluir un deposito, por ejemplo, un vaso, una matriz porosa, etc., que puede almacenar un agente y proporcionar el agente para la administracion. El dispositivo puede incluir un deposito en el interior del propio dispositivo. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir un hueco, o multiples poros que pueden transportar uno o varios agentes para su administracion. El agente se puede liberar del dispositivo mediante la degradacion de una parte o de todo el dispositivo, o mediante la difusion del agente desde el dispositivo.

Las figuras 12A y 12B son vistas, en perspectiva, del dispositivo que incluye un deposito. El dispositivo -110- incluye un deposito -112- definido por una capa de soporte impermeable -114- y un conjunto de microagujas -116-. La capa de soporte y el conjunto de microagujas -116- estan unidos entre si en torno a la periferia exterior del dispositivo, tal como se indica en -118-. La capa de soporte impermeable -114- se puede unir mediante un adhesivo, un termosellado o similar. El dispositivo -110- incluye asimismo una serie de microagujas -120-. Un forro de soporte -122- se puede extraer antes de la utilizacion del dispositivo para dejar al descubierto las microagujas -120-.

Una formulacion que incluye uno o varios agentes puede estar retenida en el interior del deposito -112-. Los materiales adecuados para su utilizacion como capa de soporte impermeable -114- pueden incluir materiales tales como poliesteres, polietileno, polipropileno y otros polimeros sinteticos. El material es generalmente termosellable o sellable de otro modo a la capa de soporte para proporcionar una barrera al flujo transversal de los contenidos del deposito.

El deposito -112-, definido por el espacio o hendidura entre la capa de soporte impermeable -14- y el conjunto de microagujas -16-, proporciona una estructura de almacenamiento en la que retener la suspension de agentes que se tienen que administrar. El deposito se puede fabricar de diversos materiales que son compatibles con un agente que se debe contener en el mismo. A modo de ejemplo, pueden formar el deposito polimeros naturales y sinteticos, metales, ceramicas, materiales semiconductores y compuestos de los mismos.

En una realizacion, el deposito puede estar acoplado al sustrato sobre el que estan situadas las microagujas. Segun otra realizacion, el deposito puede ser independiente y ser conectable de manera extraible al conjunto de microagujas, o estar en comunicacion de fluido con el conjunto de microagujas, por ejemplo mediante tubos, sistemas de bloqueo Luer, etc., adecuados.

El dispositivo puede incluir uno o una serie de depositos para almacenar agentes que se tienen que administrar. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir un unico deposito que almacena una formulacion que contiene un solo agente o multiples agentes, o el dispositivo puede incluir multiples depositos, cada uno de los cuales almacena uno o varios agentes para administrar a la totalidad o a una parte del conjunto de microagujas. Cada uno de los multiples depositos puede almacenar un material diferente que se puede combinar para su administracion. Por ejemplo, un primer deposito puede contener un agente, por ejemplo, un medicamento, y un segundo deposito puede contener un vehiculo, por ejemplo, salino. Los diferentes agentes se pueden mezclar antes de su administracion. El mezclado se puede desencadenar por cualquier medio incluyendo, por ejemplo, disrupcion mecanica (es decir, perforacion, degradacion o rotura), cambio de la porosidad, o degradacion electroquimica de las paredes o membranas que separan las camaras. Multiples depositos pueden contener diferentes agentes activos para administrar, que pueden ser administrados juntos o secuencialmente.

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En una realizacion, el deposito puede estar en comunicacion de fluido con una o varias microagujas del dispositivo transdermico, y las microagujas pueden definir una estructura (por ejemplo, un orificio central o lateral) para permitir el transporte de agentes administrados bajo la capa de barrera.

En realizaciones alternativas, un dispositivo puede incluir un conjunto de microagujas y un conjunto de depositos, con prevencion de flujo entre los dos antes de su utilizacion. Por ejemplo, un dispositivo puede incluir un elemento de liberacion situado junto a un deposito y a un conjunto de microagujas. El elemento de liberacion se puede separar del dispositivo antes de la utilizacion, de tal modo que durante la utilizacion el deposito y el conjunto de microagujas estan en comunicacion de fluido entre si. La separacion se puede conseguir mediante el desprendimiento parcial o completo del elemento de liberacion. Por ejemplo, haciendo referencia a las figuras 13 a 18, se muestra una realizacion de un elemento de liberacion que esta configurado para ser separado de un parche transdermico con el fin de iniciar el flujo de un compuesto medicinal. Mas particularmente, las figuras 13 y 14 muestran un parche transdermico -300- que contiene un conjunto de administracion de medicamentos -370- y un conjunto de microagujas -380-. El conjunto de administracion de medicamentos -370- incluye un deposito -306- situado junto a una membrana de control de la velocidad -308-.

La membrana de control de la velocidad puede ayudar a reducir el caudal del compuesto medicinal tras su liberacion. Especificamente, los compuestos medicinales de fluido que pasan desde el deposito del medicamento al conjunto de microagujas mediante canales de microfluido pueden experimentar una caida de presion que tiene como resultado una reduccion del caudal. Si esta diferencia es demasiado grande, se puede crear una cierta contrapresion que puede impedir el flujo del compuesto y potencialmente superar la presion capilar del fluido a traves de los canales de microfluido. Por lo tanto, la utilizacion de la membrana de control de la velocidad puede aliviar esta diferencia de presion y permitir que el compuesto medicinal se introduzca en la microaguja a un caudal mas controlado. Los materiales particulares, grosores, etc. de la membrana de control de la velocidad pueden variar en base a multiples factores, tales como la viscosidad del compuesto medicinal, el tiempo de administracion deseado, etc.

La membrana de control de la velocidad se puede fabricar de materiales permeables, semipermeables o microporosos que son conocidos en la tecnica, para controlar la velocidad de los compuestos medicinales, y que tienen una permeabilidad para incrementar la permeacion inferior a la de un deposito de medicamento. Por ejemplo, el material utilizado para conformar la membrana de control de la velocidad puede tener un tamano de poro promedio desde aproximadamente 50 nanometros hasta aproximadamente 5 micras, en algunas realizaciones desde aproximadamente 100 nanometros hasta aproximadamente 2 micras y en algunas realizaciones, desde aproximadamente 300 nanometros hasta aproximadamente 1 micra (por ejemplo, aproximadamente 600 nanometros). Los materiales de membrana adecuados incluyen, por ejemplo, bandas fibrosas (por ejemplo, tejidas o no tejidas), peliculas abiertas, espumas, esponjas, etc., que estan fabricados de polimeros tales como polietileno, polipropileno, acetato de polivinilo, etileno acetato de n- butilo y copolimeros de etilvinilacetato. Dichos materiales de membrana se describen asimismo en mayor detalle en las Patentes U.S.A. numeros 3.797.494, 4.031.894, 4.201.211, 4.379.454, 4.436.741, 4.588.580, 4.615.699, 4.661.105, 4.681.584, 4.698.062, 4.725.272, 4.832.953, 4.908.027, 5.004.610, 5.310.559, 5.342.623, 5.344.656, 5.364.630 y 6.375.978. Un material de membrana particularmente adecuado esta disponible en la firma Lohmann Therapie-Systeme.

Haciendo referencia a las figuras 13 y 14, aunque opcional, el conjunto -370- contiene asimismo una capa adhesiva -304- que esta situada junto al deposito -306-. El conjunto de microagujas -380- incluye asimismo un soporte -312- desde el que se extiende en una serie de microagujas -330- que tienen canales -331-, tal como se ha descrito anteriormente. Si se desea, las capas del conjunto de administracion de medicamentos -370- y/o del conjunto de microagujas -380- pueden estar acopladas entre si utilizando cualquier tecnica de union conocida, tal como mediante union adhesiva, union termica, union ultrasonica, etc.

Independientemente de la configuracion particular utilizada, el parche -300- contiene asimismo un elemento de liberacion -310- que esta situado entre el conjunto de administracion de medicamentos -370- y el conjunto de microagujas -380-. Aunque el elemento de liberacion -310- puede estar opcionalmente unido al soporte adyacente -312- y/o a la membrana de control de la velocidad -308-, habitualmente se desea que este unido solo ligeramente, si es que lo esta, de tal modo que el elemento de liberacion -310- se pueda retirar facilmente del parche -300-. Si se desea, el elemento de liberacion -310- puede contener asimismo una parte de patilla -371- (figuras 13 y 14) que se extiende por lo menos parcialmente mas alla del perimetro del parche -300- para facilitar la capacidad de un usuario para agarrar el elemento y tirar del mismo en la direccion deseada. En su configuracion "inactiva" que se muestra en las figuras 13 y 14, el conjunto de administracion de medicamentos -370- del parche -300- retiene de manera segura un compuesto medicinal -307- de tal modo que este no fluye en ninguna medida significativa a las microagujas -330-. El parche puede ser "activado" simplemente aplicando una fuerza al elemento de liberacion de tal modo que este se separe del parche.

Haciendo referencia a las figuras 15 y 16, se muestra una realizacion para activar el parche -300-, en la que se tira del elemento de liberacion -310- en una direccion longitudinal. Se puede extraer el elemento de liberacion entero -310- tal como se muestra en las figuras 17 y 18, o simplemente se puede separar parcialmente tal como se muestra

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en las figuras 15 y 16. Sin embargo, en cualquier caso, el cierre estanco conformado previamente entre el elemento de liberacion -310- y la abertura (no mostrada) del soporte -312- se rompe. De este modo, un compuesto medicinal -107- puede comenzar a fluir desde el conjunto de administracion de medicamentos -170- y hacia el interior de los canales -131- de las microagujas -130- por medio del soporte -112-. En las figuras 17 y 18 se muestra una ilustracion a modo de ejemplo de como el compuesto medicinal -307- fluye del deposito -306- y entra a los canales -331-. Notablemente, el flujo del compuesto medicinal -307- se inicia pasivamente y no requiere ningun mecanismo de desplazamiento activo (por ejemplo, bombas).

En las realizaciones mostradas en las figuras 13 a 18, la separacion del elemento de liberacion inicia inmediatamente el flujo del compuesto medicinal a las microagujas debido a que el conjunto de administracion de medicamentos esta ya dispuesto en comunicacion de fluido con el conjunto de microagujas. Sin embargo, en ciertas realizaciones, puede ser deseable proporcionar al usuario un mayor grado de control sobre el tiempo de liberacion del compuesto medicinal. Esto se puede conseguir utilizando una configuracion de parche en la que el conjunto de microagujas no este inicialmente en comunicacion de fluido con el conjunto de administracion de medicamentos. Cuando se desea utilizar el parche, el usuario puede manipular fisicamente los dos conjuntos separados poniendolos en comunicacion de fluido. El elemento de liberacion se puede separar antes o bien despues de que se produzca dicha manipulacion fisica.

Haciendo referencia a las figuras 19 a 24, por ejemplo, se muestra una realizacion particular de un parche -200-. Las figuras 19 y 20 muestran el parche -200- antes de su utilizacion, y muestran una primera seccion -250- formada por un conjunto de microagujas -280- y una segunda seccion -260- formada por un conjunto de administracion de medicamentos -270-. El conjunto de administracion de medicamentos -270- incluye un deposito -206- situado junto a una membrana de control de la velocidad -208-, tal como se ha descrito anteriormente. Aunque opcional, el conjunto -270- contiene asimismo una capa adhesiva -204- que esta situada junto al deposito -206-. El conjunto de microagujas -280- incluye asimismo un soporte -212- desde el que se extiende en una serie de microagujas -230- que tienen canales -231-, tal como se ha descrito anteriormente.

En esta realizacion, el soporte -212- y la membrana de control de la velocidad -208- estan inicialmente situados horizontalmente uno junto al otro, y se extiende un elemento de liberacion -210- sobre el soporte -212- y el elemento -208- de control de la velocidad. En esta realizacion particular, se desea en general que el elemento de liberacion -210- este acoplado de manera liberable al soporte -212- y a la membrana de control de la velocidad -208- con un adhesivo (por ejemplo, un adhesivo sensible a la presion). En su configuracion "inactiva" que se muestra en las figuras 19 y 20, el conjunto de administracion de medicamentos -270- del parche -200- retiene de manera segura un compuesto medicinal -207- de tal modo que este no fluye en ninguna medida significativa a las microagujas -230-. Cuando se desea "activar" el parche, el elemento de liberacion -210- puede ser despegado y extraido, tal como se muestra en las figuras 21 y 22, para romper el cierre estanco formado anteriormente entre el elemento de liberacion -210- y la abertura (no mostrada) del soporte -212-. A continuacion, la segunda seccion -260- se puede plegar en torno a una linea de plegado "F" que se muestra mediante la direccion de la flecha de la figura 23, de tal modo que el elemento -208- de control de la velocidad se situa verticalmente junto al soporte -212- y en comunicacion de fluido con el mismo. Alternativamente, se puede plegar la primera seccion -250-. De todos modos, el pliegue de las secciones -250- y/o -260- inicia el flujo de un compuesto medicinal -207- desde el conjunto de administracion de medicamentos -270- y al interior de los canales -231- de las microagujas -230- por medio del soporte -212- (ver la figura 24).

El dispositivo puede administrar un agente a una velocidad que sea terapeuticamente util. De acuerdo con este objetivo, un dispositivo transdermico puede incluir un cuerpo envolvente con microelectronica y otras estructuras micromecanizadas para controlar la velocidad de administracion, segun un horario preprogramado o bien mediante una interfaz activa con el paciente, un profesional sanitario o un biosensor. El dispositivo puede incluir un material en una superficie que tiene una velocidad de degradacion predeterminada, de manera que controla la liberacion de un agente contenido en el interior del dispositivo. La velocidad de administracion se puede controlar manipulando diversos factores, incluyendo las caracteristicas de la formulacion que se debe administrar (por ejemplo, viscosidad, carga electrica y/o composicion quimica); las dimensiones de cada dispositivo (por ejemplo, el diametro exterior y el volumen de cualesquiera aberturas); el numero de microagujas en un parche transdermico; el numero de dispositivos individuales en una matriz portadora; la aplicacion de una fuerza de accionamiento (por ejemplo, un gradiente de concentracion, un gradiente de tension, un gradiente de presion); la utilizacion de una valvula; y similares.

El transporte de agentes a traves del dispositivo puede ser controlado o monitorizado utilizando, por ejemplo, diversas combinaciones de valvulas, bombas, sensores, accionadores y microprocesadores. Estos componentes se pueden fabricar utilizando tecnicas estandar de manufactura o microfabricacion. Los accionadores que pueden ser utiles con el dispositivo pueden incluir microbombas, microvalvulas y posicionadores. Por ejemplo, un microprocesador puede estar programado para controlar una bomba o una valvula, controlando por lo tanto la velocidad de administracion.

El flujo de un agente a traves del dispositivo se puede producir en base a difusion o accion capilar, o puede ser inducido utilizando bombas mecanicas convencionales o fuerzas de accionamiento no mecanicas, tal como

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electroosmosis o electroforesis, o conveccion. Por ejemplo, en la electroosmosis, los electrodos se situan sobre una superficie biologica (por ejemplo, la superficie de la piel), una microaguja y/o un sustrato adyacente a una microaguja, para crear un flujo convectivo que transporta especies ionicas de cargas opuestas y/o moleculas neutras hacia, o al interior del punto de administracion.

El flujo de un agente se puede manipular mediante la seleccion del material que conforma la superficie de la microaguja. Por ejemplo, se pueden utilizar una o varias ranuras grandes junto a la superficie de microagujas del dispositivo para dirigir el paso del medicamento, particularmente en estado liquido. Alternativamente, se pueden manipular las propiedades fisicas superficiales del dispositivo para favorecer o bien inhibir el transporte de material a lo largo de la superficie, tal como controlando el caracter hidrofilo o hidrofobo.

El flujo de un agente se puede regular utilizando valvulas o compuertas, tal como es conocido en la tecnica. Las valvulas se pueden abrir y cerrar repetidamente, o pueden ser valvulas de un solo uso. Por ejemplo, se puede instalar en el dispositivo una barrera rompible o una compuerta unidireccional, entre un deposito y la superficie con patron. En el momento de utilizacion, se puede romper la barrera o abrir la puerta para permitir el flujo a traves de la superficie de microaguja. Otras valvulas o compuertas utilizadas en el dispositivo pueden ser activadas de manera termica, electroquimica, mecanica o magnetica para iniciar, modular o detener selectivamente el flujo de moleculas a traves del dispositivo. En una realizacion, el flujo se controla utilizando una membrana de limitacion de velocidad como "valvula".

En general, se puede incorporar con los dispositivos cualquier sistema de control de administracion del agente, incluyendo depositos, sistemas de control de flujo, sistemas de deteccion y similares conocidos en la tecnica. A modo de ejemplo, las Patentes U.S.A. numeros 7.250.037, 7.315.758, 7.429.258, 7.582.069 y 7.611.481 describen sistemas de depositos y de control que se pueden incorporar en los dispositivos.

Los agentes que pueden ser administrados por el dispositivo pueden estar destinados al area local cerca del dispositivo o pueden estar destinados a una distribucion mas extensa. Por ejemplo, en una realizacion, el dispositivo puede administrar agentes para el tratamiento del dolor o para el tratamiento de la inflamacion, a un area local alrededor de una articulacion, por ejemplo en el tratamiento de la osteoartritis o de la artritis reumatoide.

La nanotopografia del dispositivo puede mejorar la administracion de agentes minimizando al mismo tiempo la respuesta a los cuerpos extranos y la respuesta inmunologica. Esto puede resultar particularmente beneficioso cuando se considera la administracion de oligonucleotidos y otros agentes terapeuticos a la membrana nuclear. En el pasado, la administracion de materiales (por ejemplo, plasmidos, siRNA, RNAi y similares) a la membrana nuclear ha resultado problematica debido a que, incluso cuando se consigue la endocitosis, la administracion endosomatica adecuada a la membrana nuclear ha resultado dificil, fundamentalmente debido a la respuesta a los cuerpos extranos y a la respuesta inmunologica. Una vez en el citoplasma, el material administrado se recicla a menudo por medio de los endosomas tardios o se degrada en el lisosoma. Segun los procedimientos dados a conocer, la interaccion de una microaguja con la ECM puede impedir la respuesta a los cuerpos extranos en el interior de una celula, que sigue a la endocitosis y fomenta la administracion de los materiales al nucleo.

La administracion de compuestos terapeuticos proteicos ha resultado asimismo problematica. Por ejemplo, la administracion de agentes de alto peso molecular, tal como compuestos terapeuticos proteicos, ha resultado dificil para las vias de administracion transdermica debido a las barreras naturales de la piel. La presencia de la nanotopografia sobre una microaguja puede afectar beneficiosamente a la termodinamica de la ECM y mejorar la eficiencia de administracion y asimilacion de compuestos terapeuticos proteicos. Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino 'compuestos terapeuticos proteicos' se refiere en general a cualquier compuesto proteico biologicamente activo que incluye, de forma no limitativa, compuestos naturales, sinteticos y recombinantes, proteinas de fusion, quimeras y similares, asi como compuestos que incluyen los 20 aminoacidos estandar y/o aminoacidos sinteticos. Por ejemplo, la presencia del dispositivo en, o cerca de la capa granulosa puede abrir uniones estrechas y permitir el transporte paracelular de agentes de alto peso molecular. En una realizacion, el dispositivo puede ser utilizado en la administracion transdermica de agentes de alto peso molecular (por ejemplo, agentes que definen un peso molecular mayor de aproximadamente 400 Da, mayor de aproximadamente 10 kDa, mayor de aproximadamente 20 kDa, o mayor de aproximadamente 100 kDa, por ejemplo, aproximadamente 150 kDa). Adicionalmente, la variacion de la relacion de area superficial frente a volumen del dispositivo se puede utilizar para modificar la adsorcion de proteinas en la superficie del dispositivo, lo que, a su vez, puede modificar la administracion y la asimilacion celular de materiales. Por lo tanto, la administracion de un material particular se puede optimizar mediante la optimizacion de la relacion area superficial/volumen del dispositivo.

Incluso considerando la administracion de agentes de pequeno peso molecular, el dispositivo puede proporcionar una mayor eficiencia y una asimilacion mejorada debido a la interaccion del dispositivo con los componentes del tejido conjuntivo dermico y a la subsiguiente disminucion en la respuesta a los cuerpos extranos y mejora en el potencial quimico localizado del area.

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Por supuesto, los dispositivos no se limitan a la administracion selectiva de agentes. La administracion sistematica de agentes esta comprendida asimismo en la presente memoria, asi como la retirada de un agente de un paciente por medio del dispositivo.

No hay ninguna limitacion particular a los agentes que pueden ser administrados mediante la utilizacion del dispositivo. Los agentes pueden incluir agentes proteicos, tales como insulina, inmunoglobulinas (por ejemplo, IgG, IgM, IgA, IgE), TNF-a, medicaciones antiviricas y similares; agentes de polinucleotidos incluyendo plasmidos, siRNA, RNAi, medicamentos contra el cancer nucleosidos, vacunas y similares; y agentes de moleculas pequenas tales como alcaloides, glucosidos, fenoles y similares. Los agentes pueden incluir agentes anti-infeccion, hormonas, medicamentos que regulan la accion cardiaca o el flujo sanguineo, el control del dolor y similares. Otras sustancias que pueden ser administradas de acuerdo con la presente invencion son los agentes utiles en la prevencion, el diagnostico, el alivio, el tratamiento o la cura de enfermedades. Una lista no limitativa de agentes incluye agentes anti-angiogenesis, antidepresivos, agentes antidiabeticos, antihistaminas, agentes antiinflamatorios, butorfanol, calcitonina y analogos, inhibidores de COX-II, agentes dermatologicos, agonistas y antagonistas de la dopamina, encefalinas y otros peptidos opiaceos, factores de crecimiento epidermico, eritropoyetina y analogos, hormona de estimulacion del foliculo, glucagon, hormona del crecimiento y analogos (incluyendo hormona de liberacion de la hormona del crecimiento), antagonistas de la hormona del crecimiento, heparina, hirudina y analogos de la hirudina tales como hirulog, supresores de IgE y otros inhibidores proteicos, inmunosupresores, insulina, insulinotropina y analogos, interferones, interleucinas, hormona luteinizante, hormona de liberacion de la hormona luteinizante y analogos, anticuerpos monoclonales o policlonales, preparaciones de cinetosis, relajantes musculares, analgesicos narcoticos, nicotina, agentes antiinflamatorios no esteroides, oligosacaridos, hormona paratiroides y analogos, antagonistas de la hormona paratiroides, antagonistas de la prostaglandina, prostaglandinas, escopolamina, sedantes, agonistas y antagonistas de la serotonina, hipofuncion sexual, activadores del plasminogeno tisular, tranquilizantes, vacunas con o sin portadores/adyuvantes, vasodilatadores, diagnosticos principales tales como tuberculina y otros agentes de hipersensibilidad como los descritos en la Patente U.S.A. numero 6.569.143, titulada "Method of Intradermaly Injecting Substances" (procedimiento de inyeccion intradermica de sustancias). Las formulaciones de vacunas pueden incluir un antigeno o composicion antigenica que puede provocar una respuesta inmunologica contra un patogeno humano o a partir de otros patogenos viricos.

En una realizacion preferente, el dispositivo puede ser utilizado en el tratamiento de una enfermedad cronica, tal como la artritis reumatoide, para administrar un flujo constante de un agente, a un paciente que lo necesita. Los medicamentos de RA que pueden ser administrados por medio de los dispositivos dados a conocer pueden incluir compuestos de supresion de sintomas, tal como analgesicos y medicamentos antiinflamatorios que incluyen medicamentos antiinflamatorios tanto esteroideos como no esteroideos (NSAID), asi como medicamentos antirreumaticos modificadores de la enfermedad (DMARDs).

El dispositivo puede incluir y administrar compuestos de supresion de sintomas, tales como analgesicos y medicamentos antiinflamatorios, asi como compuestos DMaRd, incluyendo DMARDs biologicos. Sin desear limitarse a ninguna teoria particular, se entiende que las estructuras a escala nanometrica fabricadas en la superficie del dispositivo mejoran la administracion de los compuestos a traves de la barrera termica. Mediante la utilizacion del dispositivo, se pueden administrar medicamentos RA en una concentracion constante durante un periodo prolongado. El dispositivo puede impedir la explosion inicial de concentracion, comun cuando se utilizan procedimientos conocidos anteriormente para la administracion de medicamentos RA, incluyendo administracion oral e inyectable.

Los medicamentos RA que se pueden incorporar en el dispositivo pueden incluir, de forma no limitativa, uno o varios analgesicos, antiinflamatorios, DMARDs, medicamentos basados en hierbas y combinaciones de los mismos. Por supuesto, los compuestos especificos pueden entrar en una o varias de las categorias generales descritas en la presente memoria. Por ejemplo, muchos compuestos sirven como analgesico y antiinflamatorio; los medicamentos basados en hierbas pueden funcionar analogamente como DMARD y como antiinflamatorio. Ademas, se pueden incorporar al dispositivo multiples compuestos que pueden entrar en una unica categoria. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir multiples analgesicos, tales como acetaminofen con codeina, acetaminofen con hidrocodona (vicodin), y similares.

Ejemplos de analgesicos y/o NSAIDs que se pueden incorporar en los dispositivos incluyen analgesicos disponibles en ventanilla (OTC, over the counter) a dosis relativamente bajas que incluyen acetamida (acetaminofen o paracetamol), acido acetilsalicilico (aspirina), ibuprofeno, ketoprofeno, naproxeno y naproxeno sodico, y similares. Los analgesicos y/o antiinflamatorios con prescripcion que se pueden incorporar al dispositivo pueden incluir, de forma no limitativa, analgesicos OTC a concentraciones que requieren prescripcion, celecoxib, sulindac, oxaprozina, salsalato, piroxicam, indometacina, etodolaco, meloxicam, nabumetona, keteroloc y ketorolaco trometamina, tolmetina, diclofenaco, diprocualona y diflunisal. Los analgesicos narcoticos pueden incluir codeina, hidrocodona, oxicodona, fentanilo y propoxifeno.

El dispositivo puede incluir uno o varios compuestos antiinflamatorios esteroideos, principalmente glucocorticoides incluyendo, de forma no limitativa, cortisona, dexametasona, prednisolona, prednisona, hidrocortisona, triamcinolona, y metilprednisolona, betametasona y aldosterona

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Los DMARDs que se pueden incluir en el dispositivo pueden abarcar tanto medicamentos de molecula pequena como agentes biologicos. Los DMARDs se pueden sintetizar quimicamente o se pueden producir mediante procesos de ingenieria genetica (por ejemplo, tecnicas recombinantes).

Los DMARDs sintetizados quimicamente comprendidos en la presente memoria incluyen, de forma no limitativa,

azatioprina, ciclosporina (ciclosporin, ciclosporina A), D-penicilamina, sales de oro (por ejemplo, auranofin, Na-

aurotiomalato sodico (Myocrism)), cloroquina, hidroxicloroquina, leflunomida, metotrexato, minociclina, sulfasalazina

y ciclofosfamida. Los DMARDs biologicos incluyen, de forma no limitativa, bloqueantes de TNF-a, tales como J ® ® J ' ® ' 1 ® ' etanercept (Enbrel ), infliximab (Remicade ), adalimumab (Humira ), certolizumab pegol (Cimzia ) y golimumab

(Simponi™); bloqueantes de IL, tal como anakinra (Kineret®); anticuerpos monoclonales contra celulas B incluyendo

rituximab (Rituxan®); bloqueantes de coestimulacion celular T, tal como abatacept (Orencia®), bloqueantes de IL-6,

tal como tocilizumab (RoActemra®, Actemra®); un inhibidor de calcineurina, tal como tacrolimus (Prograf®).

El dispositivo puede incorporar uno o varios medicamentos basados en hierbas u otros derivados naturales. Por ejemplo, se pueden incorporar en el dispositivo compuestos ayurvedicos tales como acido boswelico (extracto de Boswellia serrata) y curcumina (curcuminoides de Curcuma longa), asi como otros compuestos obtenidos naturales, tales como sulfato de glucosamina (producido por la hidrolisis de exoesqueletos de crustaceos o la fermentacion de grano).

El dispositivo puede incorporar multiples medicamentos RA. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir una combinacion de DMARDs ademas de un analgesico y/o un medicamento antiinflamatorio. Combinaciones comunes de DMARDs incluyen, por ejemplo, metotrexato en combinacion con hidroxicloroquina, metotrexato en combinacion con sulfasalazina, sulfasalazina en combinacion con hidroxicloroquina, y estos tres DMARDs juntos, es decir, hidroxicloroquina, metotrexato y sulfasalazina.

Los dispositivos pueden incorporar beneficiosamente compuestos de peso moleculares grande y/o pequeno. Por ejemplo, en el pasado, la administracion transdermica de compuestos terapeuticos proteicos ha resultado problematica debido a las barreras naturales de la piel. Sin desear limitarse a ninguna teoria particular, la presencia de la nanotopografia de una microaguja del dispositivo puede interaccionar beneficiosamente con las celulas y la ECM de la barrera dermica y mejorar la eficiencia de la administracion y asimilacion de los compuestos terapeuticos proteicos. Por ejemplo, la presencia del dispositivo en, o cerca de la capa granulosa puede abrir uniones estrechas y permitir el transporte paracelular de agentes de alto peso molecular. Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino agentes de alto peso molecular se refiere, en general, a agentes que definen un peso molecular mayor de aproximadamente 400 Da, mayor de aproximadamente 10 kDa, mayor de aproximadamente 20 kDa, o mayor de aproximadamente 100 kDa.

Incluso considerando la administracion de medicamentos de pequeno menor peso molecular, el dispositivo puede proporcionar una mayor eficiencia y una asimilacion mejorada debido a la interaccion del dispositivo con los componentes del tejido conjuntivo dermico y complementariamente una disminucion en la respuesta a los cuerpos extranos y una mejora en el potencial quimico localizado del area. Ademas, el dispositivo puede administrar los medicamentos a una concentracion constante durante un periodo prolongado, lo que puede ser beneficioso.

La presente invencion se puede entender mejor haciendo referencia a los ejemplos proporcionados a continuacion.

Ejemplo 1

Se prepararon varios moldes diferentes utilizando tecnicas de fotolitografia similares a las utilizadas en el diseno y fabricacion de circuitos electricos. Las etapas de proceso individuales, generalmente son conocidas en la tecnica y se han descrito inicialmente, se prepararon sustratos de silicio limpiando con acetona, metanol y alcohol isopropilico, y a continuacion se recubrieron con una capa de dioxido de silicio de 258 nanometros (nm) de acuerdo con un proceso de deposicion quimica de vapor.

A continuacion se formo un patron sobre cada sustrato mediante procesos de formacion de patrones por litografia de haz de electrones, como es conocido en la tecnica, utilizando un sistema JEOL JBX-9300FS EBL. Las condiciones del proceso fueron las siguientes:

Corriente del haz = 11 nA

Tension de aceleracion = 100 kV

Paso del disparo = 14 nm

Dosis = 260 pC/cm2

Resistencia = ZEP520A, ~330 nm de grosor

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Desarrollador = n-amil acetato

Desarrollo = inmersion de 2 minutos, seguida por enjuague de 30 s en alcohol isopropilico.

A continuacion se llevo a cabo un ataque quimico con dioxido de silicio con un sistema STS Advanced Oxide Etch (AOE). El tiempo de ataque quimico fue de 50 segundos utilizando 55 centimetros cubicos por minuto estandar (sccm) (standard cubic centimeters per minute) de He, 22 sccm de CF4, 20 sccm de C4F8 a 4 mTorr, una bobina de 400 W, 200 W RIE y una polarizacion de CC de 404 - 411 V.

A continuacion, se llevo a cabo ataque quimico de silicio con un sistema de ataque quimico con oxido de silicio (SOE) (silicon oxide etch) STS. El tiempo de ataque quimico fue de 2 minutos utilizando 20 sccm de Cl2 y 5 sccm de Ar a 5 mTorr, bobina de 600 W, 50 W RIE y una polarizacion de CC de 96 - 102 V. La profundidad del ataque quimico de silicio fue de 500 nanometros.

Se utilizo una solucion de ataque quimico de oxido tamponada (BOE) (buffered oxide etchant) para la retirada del oxido remanente, que incluyo una inmersion en BOE de tres minutos seguida por enjuague en agua desionizada.

Se utilizo una nanoimpresora Obducat NIL-Eitre®6 para conformar nanopatrones sobre diversos sustratos polimeros. Se utilizo agua externa como refrigerante. El modulo UV utilizo una sola lampara pulsada a una longitud de onda de entre 200 y 1000 nanometros at 1,8 W/cm2. Se utilizo un filtro UV de 250 - 400 nanometros. El area de exposicion fue de 6 pulgadas con una temperatura maxima de 200°C y 80 Bar. La nanoimpresora incluia una unidad de separacion semiautomatica y desmoldeado controlado automaticamente.

Para facilitar la liberacion de las peliculas nanoimpresas de los moldes, los moldes se trataron con trideca-(1,1,2,2- tetrahidro)-octitriclorosilano (F13-TCS). Para tratar un molde, el molde de silicio se limpio en primer lugar con un lavado de acetona, metanol y alcohol isopropilico, y se seco con nitrogeno gaseoso. Se situo una placa de Petri sobre una placa caliente en atmosfera de nitrogeno y se anadio de 1 a 5 ml de F13-TCS a la placa de Petri. Se coloco un molde de silicio en la placa de Petri y se cubrio durante 10 a 15 minutos para permitir que el vapor de F13- TCS humedeciera el molde de silicio antes de la retirada del molde.

Se utilizaron cinco polimeros diferentes, que se proporcionan a continuacion en la tabla 2, para formar varios disenos de nanotopografia.

Tabla 2

Polimero: Temperatura de transicion vitrea Tg (K) Modulo de elasticidad (MPa) Tension superficial (mN/m) @20°C

Polietileno: 140-170 100-300 30

Polipropileno: 280 1.389 21

PMMA: 322 3.100 41

Poliestireno: 373 3.300 40

Policarbonato: 423 2.340 43

Se formaron varios patrones de nanotopografia, de los que se muestran representaciones esquematicas en las figuras 25A a 25D. El patron de nanotopografia mostrado en la figura 25E fue una superficie de un sustrato plano adquirido en la firma NTT Advanced Technology de Tokio, Japon. Los patrones se designaron DN1 (figura 25A), DN2 (figura 25B), DN3 (figura 25C), DN4 (figura 25D) y NtTaT2 (figura 25E). Las imagenes SEM de los moldes se muestran en las figuras 25A, 25B y 25C y las imagenes de las peliculas se muestran en las figuras 25D y 25E. La figura 8 muestra una pelicula con nanopatron formada mediante la utilizacion del molde de la figura 25A (DN1). En esta pelicula particular, las caracteristicas del polimero se obtuvieron por variacion de temperatura, tal como se ha descrito anteriormente. Se encontro que la rugosidad superficial del patron de la figura 25E fue de 34 nanometros.

El patron mostrado en las figuras 7C y 7D se conformo asimismo segun este proceso de nanoimpresion. Este patron incluyo en las columnas -72- y en las columnas -62-, tal como se muestra. Las columnas mayores -72- se formaron con un diametro de 3,5 micras (pm) y alturas de 30 pm con una separacion centro a centro de 6,8 pm. Las columnas -62- tenian 500 nanometros de altura y 200 nanometros de diametro y una separacion centro a centro de 250 nanometros.

Las condiciones del proceso de nanoimpresion utilizadas con las peliculas de polipropileno se proporcionan a continuacion en la tabla 3.

Tiempo (s): Temperatura (C) Presion (bar)

10: 50
10

10: 75 20

10: 100 30

420: 160 40

180: 100 40

180: 50 40

180: 25 40

Ejemplo 2

5

Se fabricaron peliculas tal como se ha descrito anteriormente en el ejemplo 1, incluyendo diferentes patrones, y se fabricaron de poliestireno (PS) o bien de polipropileno (PP). El sustrato subyacente vario en grosor. Los patrones utilizados fueron DN2, DN3, o DN4 utilizando procesos de conformacion como los descritos en el ejemplo 1. Se modificaron los moldes de los patrones en relacion con la profundidad de los orificios y la separacion de las 10 caracteristicas, para conformar una variedad de caracteristicas de diferentes tamanos con los patrones indicados. La muestra numero 8 (designada BB1) se conformo utilizando como molde un filtro de policarbonato Millipore de 0,6 pm. Se coloco una pelicula de polipropileno de 25 pm sobre la parte superior del filtro y a continuacion se calento llevandola a fusion, de tal modo que el polipropileno pudo fluir a los poros del filtro. A continuacion se enfrio el molde, y el molde de policarbonato se disolvio mediante la utilizacion de un disolvente de cloruro de metileno.

15

Se muestran SEMs de las peliculas formadas en las figuras 26 a 34, y las caracteristicas de las peliculas formadas se resumen en la siguiente tabla 4.

Dimension fractal: P N CM N s r* 8 V 3 Hs N. O CM *» CM PO T*

*3 « »>— 5 £ /-N C 4) C on aw: 8 $ A r*“ ir** CM P 1 "t CM o 8 8

'*3 * nj w s o: 1 s E c E ! c ; o P i q E c £ 1 i « * i £ c 1 £ c 8 £ c s

Caracteristica del patr6n1: < CD lO: t £ £ < o £ 1 C5 < CD

Material: 2 & a & CO £L jp a CL £L a. Ol 0-

Patron: 2T O s a s Q 2 D 1 1 s s r* 3 $1 Q ■

m m: R CM 8 0> ;o a s 3

a % o, X: CM 50 CD N* 03 05

1 Caracteristicas de los patrones mostrados en las figuras.

5

2 Los valores de la dimension de la seccion transversal se obtuvieron a partir del molde y se equipararon como una aproximacion de la dimension maxima de las estructuras, aunque se debe entender que la dimension real de cualquier estructura individual determinada puede variar ligeramente tal como se puede ver en las figuras.

10 3 Las alturas de las caracteristicas se proporcionan como el promedio de varias alturas de caracteristica

determinadas individualmente.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Para cada muestra se utilizo AFM para caracterizar la pelicula. Las caracterizaciones incluyeron la formacion de la micrografia electronica de barrido (SEM) (scanning electron micrograph), la determinacion de la rugosidad superficial, la determinacion de la maxima altura de caracteristica medida y la determinacion de la dimension fractal.

La sonda de microscopia de fuerza atomica (AFM) (atomic force microscopy) utilizada fue una serie de 16 sondas de silicio y voladizo disponible en la firma pMasch. El voladizo tenia una frecuencia resonante de 170 kHz, una constante elastica de 40 N/m, una longitud de 230 ± 5 pm, una anchura de 40 ± 3 pm y un grosor de 7,0 ± 0,5 pm. La punta de la sonda fue una sonda de silicio dopado con fosforo de tipo n, con un radio tipico de la punta de la sonda de 10 nanometros, un angulo total de cono de la punta de 40°, una altura total de la punta de 20-25 pm y una resistividad de masa de 0,01 -0,05 ohm-cm.

El valor de la rugosidad superficial proporcionado en la tabla 4 es la altura media aritmetica del parametro de rugosidad del area superficial segun se define en la serie ISO 25178.

La dimension fractal se calculo para diferentes angulos analizando el espectro de amplitudes de Fourier; para diferentes angulos, se extrajo el perfil de Fourier de la amplitud y se calculo el logaritmo de las coordenadas de frecuencia y de amplitud. La dimension fractal, D, para cada direccion se calculo entonces como

D = (6+s)/2,

donde s es la pendiente (negativa) de las curvas log - log. La dimension fractal indicada es el promedio para todas las direcciones.

La dimension fractal se puede evaluar asimismo a partir de espectros de Fourier en 2D mediante la aplicacion de la funcion Log Log. Si la superficie es fractal, el grafico Log Log deberia ser muy lineal, con una pendiente negativa (ver, por ejemplo, "Fractal Surfaces" (superficies fractales), John C Russ, Springer-Verlag New York, LLC, julio de 2008)

Ejemplo 3

Se cultivaron celulas epiteliales de piel humana HaCaT en DMEM, 10% de FBS, 1% de penicilina/estreptomicina a 37°C, 5% de CO2 durante 24 horas a una concentracion de 25.000 celulas/cm2 en placas de 6 pocillos. Las placas tuvieron en la parte inferior del pozo peliculas con nanopatron de polipropileno conformadas tal como se ha descrito anteriormente en el ejemplo 1 y designadas DN1, DN2 (muestra 4 de la tabla 4), DN3 o bien una superficie no tratada. Las peliculas con nanopatron se adhirieron en posicion con cianoacrilato.

Las celulas se separaron de las superficies con 1 mL de tripsina por cada pozo durante 10 minutos, se templaron con 1 mL de medio de cultivo (el mismo que antes), a continuacion se transfirieron a un tubo de microfuga y se granularon a 1200 rpm durante 7 minutos.

Se aislo RNA de las celulas granuladas utilizando el equipo RNeasy miniprep de la firma Qiagen utilizando el protocolo del fabricante. En resumen, las celulas fueron lisadas, mezcladas con etanol y centrifugadas en una columna. A continuacion, los lisados se lavaron 3 veces, se trataron con ADNasa y se eluyeron en volumenes de 40 pi.

Se creo cDNA a partir del RNA aislado utilizando el equipo RT first strand de la firma SA Biosciences. En resumen, el RNA se trato de nuevo con ADNasa a 42°C durante 5 minutos. A continuacion se anadieron iniciadores aleatorios y enzima transcriptasa inversa y se incubaron a 42°C durante 15 minutos, a continuacion se incubaron a 95°C durante 5 minutos para detener la reaccion.

Se llevo a cabo qPCR sobre las muestras de cDNA utilizando un conjunto RT profiler custom PCR de la firma SA Biosciences con iniciadores para IL1 -p, IL6, IL8, IL10, IL1R1, TNFa, TGFp-1 , pDgFA, GAPDH, HDGC, RTC y PPC. En resumen, se mezclo cDNA con SYBR Green y agua, y a continuacion se anadio a una placa PCR prefijada con el par correcto de iniciadores sentido y antisentido para el gen de interes. La placa se proceso a continuacion en una maquina ABI StepOnePlus PCR calentada a 95°C durante 10 minutos, a continuacion durante 45 ciclos de: 15 segundos a 95°C y 1 minuto a 60°C.

Se llevo a cabo un analisis Ct delta delta utilizando GAPDH como control interno. Se utilizaron niveles HDGC, RTC y PPC como controles internos adicionales para la actividad y la contaminacion de DNA genomico.

Se utilizaron a continuacion ensayos ANOVA unidireccional y de 2 puntos de Tukey para determinar la relevancia estadistica de las diferencias entre superficies.

La siguiente tabla 5 presenta las expresiones proteicas obtenidas como factor de cambio en la expresion en estructuras nanoimpresas producidas en peliculas de polipropileno respecto a la expresion en una pelicula no estructurada.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Molde: IL1-P IL6 IL8 IL10 IL1R1 TNFa TGFP1 PDGFA

DN1: 2,24 3,33 0,36 1,17 0,6 0,57 0,37 1,37

DN2: 3,18 3,2 0,46 0,43 0,36 0,57 0,42 1,23

DN3: 3,36 2,7 0,47 5,83 1,6 0,37 0,35 0,64

Ejemplo 4

Se utilizaron procedimientos como los descritos en el ejemplo 3 para examinar el nivel de expresion para varias citoquinas diferentes procedentes de celulas de piel humana HaCaT, donde se permitio a las celulas desarrollarse en diversas peliculas de polipropileno (PP) o poliestireno (PS), conformadas y dotadas de patron tal como se ha descrito anteriormente. El nivel de expresion para cada citoquina se comparo con el del mismo tipo de celula cultivada en poliestireno de cultivo de tejido estandar (TCPS) (standard tissue culture polystyrene) e inducida con lipopolisacarido (LPS). Los resultados se muestran en la siguiente tabla 6.

Se encontro que las celulas en una pelicula de polipropileno con nanopatron, con un patron DN2, tal como se ha descrito anteriormente (muestra 4 de la tabla 4), regularon positivamente la expresion de IL-1p, IL-1 ra, IL-10 y MIP- 1p, y regularon negativamente la expresion de IL-4, IL-13, MIG, KC, IL-2, MIP-1, TNF-a, IL-12, IL-16 e IL-1 a, en comparacion con TCPS.

Se examino en algunas otras peliculas el efecto sobre la expresion celular de diferentes citoquinas. Las peliculas se designaron como sigue:

1 - patron de DN2 en una pelicula de poliestireno de 75

2 - patron de DN3 en una pelicula de poliestireno de 75

3 - patron de DN4 en una pelicula de poliestireno de 75

4 - pelicula de poliestireno de 75 pm no impresa

5 - patron de DN2 en una pelicula de polipropileno de 25,4 pm (Muestra 4 de la tabla 4)

6 - patron de DN4 en una pelicula de polipropileno de 25,4 pm (Muestra 7 de la tabla 4)

7 - patron de DN2 en una pelicula de polipropileno de 5 pm (Muestra 2 de la tabla 4)

8 - pelicula de polipropileno BB1 (Muestra 8 de la tabla 4)

9 - pelicula de polipropileno no impresa de 25,4 pm

10 - pelicula de polipropileno no impresa de 5 pm

Los resultados se muestran en la siguiente tabla 6. Los resultados se proporcionan como sigue:

-- el nivel de expresion estaba por debajo del umbral del ensayo — el nivel de expresion fue inferior al nivel con TCPS = el nivel de expresion fue similar al nivel con TCPS

+ el nivel de expresion fue aproximadamente igual al nivel con TCPS, pero inferior a cuando se aplico induccion con LPS.

++ el nivel de expresion fue similar al que se tuvo con induccion con LPS.

+++ el nivel de expresion fue superior al que se tuvo con induccion con LPS.

pm (Muestra 3 de la tabla 4) pm (Muestra 1 de la tabla 4) pm (Muestra 6 de la tabla 4)

5

10

15

20

25

30

35

40

Pelicula: 1 2 3 4 5 6 " 7 $ T" $ ' 10

LL-1n: - _ - - ■- - - -

EL-1 p: ■M- - - +1- - - - -

IL-12: = SI S = = s = s ” s s

TNF-: =+ - - - = - - B* - -

a

HCF- 1: =+ — = = - - — -+ — =

IL-2: = =— =+ = a. a a 13 — =

KC: — ~ S = s = = s — —

HIP-: — — - +++ ~ - + — +++ +++

la

HIP-: +-I- + = a a + ■ — —

1b

MIG: = - = + — — — — =

CM-: | » — — — —

CSI

II--4: — — — — « — — — — »

IL-13: — — - ++ — — - —

IL-10: — — = = — = = - 1 - -

Ejemplo 5

Se cultivaron celulas epiteliales de piel humana HaCaT en DMEM, 10% de FBS, 1% de penicilina/estreptomicina a 37°C, 5% de CO2 durante 24 horas a una concentracion de 25.000 celulas/cm2 en placas de 6 pocillos. Las placas tuvieron una pelicula de polipropileno conformada tal como se ha descrito anteriormente en el ejemplo 1 con la designacion DN1, DN2 (muestra 4 de la tabla 4), DN3 o bien una superficie no tratada en el fondo del pocillo. Las peliculas fueron adheridas en posicion con cianoacrilato.

Se recogio el medio de cada pocillo y se analizo la produccion de citoquina con un dispositivo Milliplex Map Kit de la firma Millipore. Se utilizaron cuentas para detectar IL-1 p, IL-1 ra, IL-6, IL-8, IL-10, PDGF-AA, PGGF-AB/bB y TNF-a. Las lecturas se realizaron en una maquina BioRad BioPlex. En resumen, el medio se coloco en pocillos de microplaca con filtros. Las cuentas primarias fueron anadidas e incubadas a temperatura ambiente durante 1 hora con agitacion. A continuacion las placas fueron lavadas e incubadas con anticuerpos de deteccion durante 30 minutos a temperatura ambiente con agitacion. A continuacion se anadio estreptavidina-ficoeritrina y se incubo a temperatura ambiente durante 30 minutos adicionales. A continuacion las placas se lavaron, las cuentas se volvieron a suspender en el tampon de ensayo y se analizo la intensidad fluorescente del medio en el BioPlex.

Ejemplo 6

Se determinaron los efectos de permeabilidad de peliculas con patron como las descritas en la presente memoria, en una monocapa de celulas Caco-2 (celulas de adenocarcinoma colorrectal epitelial humano).

Se utilizaron peliculas conformadas tal como se ha descrito anteriormente en el ejemplo 1 y el ejemplo 2, incluyendo peliculas de polipropileno (PP) o poliestireno (PS) formadas con patrones designados como DN2, DN3 y DN4. Se utilizo asimismo una cuarta pelicula, designada como BB1 (descrita en el ejemplo 2 anterior). El protocolo se ejecuto con multiples ejemplos de cada tipo de pelicula.

El protocolo general seguido para cada pelicula fue el siguiente:

Materiales

Membrana HDPET (BD Falcon) poro de tamano 0,4 um de insertos de cultivo celular Placa de 24 pocillos (BD Falcon)

Medio Caco-2

Membranas nanoestructuradas como las descritas anteriormente

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

IgG-FITC (Sigma Aldrich)

BSA-FITC (Sigma Aldrich)

Medio esencial minimo sin rojo de fenol (Invitrogen) Voltimetro de TEER PBS caliente

Placa de 96 pocillos negra Papel de aluminio Protocolo

1. Sembrar celulas de Caco-2 en insertos de pocillo recubiertos con colageno 2 semanas antes del inicio del ensayo de permeabilidad. Las placas recubiertas con colageno se fabrican haciendo un volumen 1:1 de etanol al 100% con colageno. Secar las superficies en una campana esteril durante la noche hasta secado.

2. Fabricar una solucion de 0,1 mg/mL de una molecula de interes (BSA, IgG, etc.) conjugada con FITC en un medio Alpha MEM sin rojo fenol. Envolver en papel de aluminio para proteger de la luz.

3. Verificar la confluencia de celulas Caco-2 midiendo la resistencia. La resistencia deberia estar por encima de ~600 Ohms para confluencia.

4. Aspirar el medio antiguo de los insertos de cultivo celular en los lados apical y basolateral. Enjuagar con PBS para eliminar cualquier tinte residual con rojo de fenol.

5. Anadir 0,5 mL de solucion conjugada con FITC en el lado apical de cada inserto.

6. En otra placa de 24 pocillos con insertos de cultivo celular, anadir 0,5 mL de PBS caliente

7. Transferir los insertos a la placa con PBS. Secar la parte inferior del inserto en una toalla Kim para eliminar el rojo de fenol residual.

8. Momento t=0: muestrear 75 pL desde el lado basolateral del inserto y transferir a una placa de 96 pocillos de fondo negro. Sustituir el volumen con 75 pL de PBS caliente. Registrar la resistencia de cada pocillo utilizando los electrodos de "palillo"

9. Anadir cuidadosamente la membrana al pocillo marcado adecuadamente. Los controles son las membranas no impresas y las celulas individuales. Comprobar con un microscopio que las membranas hacen contacto directo con las celulas. Se tiene que poder ver un circulo nitido, que indica contacto con las celulas.

10. Momento t=0: repetir la etapa 7 y a continuacion situar en la incubadora durante 1 hora.

11 . Momento t=1: repetir la etapa 7 y a continuacion situar en la incubadora durante 1 hora.

12. Momento t=2: repetir la etapa 7.

13. Medir la senal de fluorescencia utilizando un lector de placas de espectrofluorimetro FITC (excitacion = 490 nanometros, emision = 520 nanometros)

Resultados

Las peliculas utilizadas y los resultados obtenidos se resumen en la siguiente tabla 7.

5

10

15

20

25

30

35

40

Patron n° (ver tabla 4): 2 3 4 5 6 7 8

Patron: DN2 DN2 DN2 DN3 DN4 DN4 BB1

Material: PP PS PP PS PS PP PP

Modulo de compresion eficaz (MPa): 5,3 16,3 0,29 10,4 32,3 4,8 7,8

Modulo de cizalla eficaz (MPa): 5,32 58,9 218 319 77,8 4,4 26,7

Area superficial BET (m2/g): “ 0,11 " 0,44 4,15

Aumento de permeabilidad a BSA en 120 min. (MW 66 kDa): 2 1,9 3,3 2 1,4 1

Aumento de permeabilidad a IgG en 120 min. (MW 150 kDa): 1 1 3,5

Los modulos se determinaron de acuerdo con procedimientos estandar conocidos en la tecnica, tal como se describe por Schubert, y otros (Sliding induced adhesion of stiff polymer microfiber arrays: 2. Microscale behaviour (Adhesion inducida por deslizamiento de conjuntos rigidos de microfibras de polimeros: 2. Comportamiento a microescala), Journal Royal Society, Interface, 22 de enero, 2008 10.1098/rsif.2007.1309).

Los angulos de contacto se midieron situando una gota de agua sobre la superficie, segun la practica estandar. (Ver, por ejemplo, Woodward, First Ten Angstroms, Portsmouth, VA).

La figura 35 muestra graficamente los efectos sobre la permeabilidad a albumina de suero bovino (BSA) (bovine serum albumin) en una monocapa de celulas en peliculas de poliestireno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria. Los patrones de pelicula incluyeron un patron DN2 (muestra numero 3), un patron DN3 (muestra numero 5) y un patron DN4 (muestra numero 6), tal como se indica. Se muestran asimismo los resultados para una pelicula PS sin patron (marcada como PSUI en la figura 35) y una capa de celulas sin pelicula adyacente (marcada como 'celulas' en la figura 35). Los resultados se muestran como un factor de aumento en la permeabilidad en funcion del tiempo medido en horas.

Las figuras 36A y 36B muestran graficamente los efectos sobre la permeabilidad a inmunoglobulina-G (IgG) en una monocapa de celulas en peliculas de poliestireno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria. Los patrones de pelicula incluyeron un patron DN2 (muestra numero 3), un patron DN3 (muestra numero 5) y un patron DN4 (muestra numero 6), tal como se indica. Se muestran asimismo resultados para una pelicula sin patron (marcada como PSUI en las figuras 36A y 36B) y una capa de celulas sin pelicula adyacente (marcada como 'celulas' en las figuras 36A y 36B). Las dos figuras muestran los datos sobre dos escalas de tiempo diferentes.

La senal BSA se leyo en un fluorimetro y la senal IgG se leyo en un espectrofotometro.

Las figuras 37A y 37B son imagenes de tincion 3D de viabilidad con fluoresceina que muestran el transporte paracelular y transcelular de IgG a traves de una monocapa de celulas en una superficie con patron DN4 de poliestireno (muestra numero 6).

La figura 38 muestra graficamente los efectos sobre la permeabilidad a BSA en una monocapa de celulas en peliculas de polipropileno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria. Los patrones incluyeron bB1 (muestra numero 8), DN2 (muestra numero 4) y DN4 (muestra numero 7), tal como se indica. Se muestran asimismo los resultados para una pelicula sin patron (marcada como PPUI en la figura 38) y una capa de celulas sin pelicula adyacente (marcada como 'celulas' en la figura 38).

La figura 39 muestra graficamente los efectos sobre la permeabilidad a IgG en una monocapa de celulas en peliculas de polipropileno con patron, con nanopatrones como los descritos en la presente memoria. Los patrones incluyeron bB1 (muestra numero 8), DN2 (muestra numero 4) y DN4 (muestra numero 7), tal como se indica. Se muestran asimismo los resultados para una pelicula sin patron (marcada como PSUI en la figura 39) y una capa de celulas sin pelicula adyacente (marcada como 'celulas' en la figura 39).

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Las figuras 40A y 40B son imagenes de tincion 3D de viabilidad con fluoresceina, que muestran el transporte paracelular de IgG a traves de una monocapa de celulas en una superficie con patron DN2 de polipropileno (muestra numero 4).

Las figuras 41A-41F son imagenes de microscopia electronica de barrido (SEM) de celulas Caco-2 cultivadas en superficies con nanopatron. Especificamente, las figuras 41A y 41B muestran celulas Caco-2 en una pelicula lisa de control de poliestireno. Las figuras 41C y 41D muestran celulas Caco-2 en una pelicula de poliestireno con patron, con un patron DN2 (muestra numero 3) como el descrito anteriormente, y las figuras 41E y 41F muestran celulas Caco-2 en una pelicula de poliestireno con patron, con un patron DN3 (muestra numero 5) como el descrito anteriormente.

Ejemplo 7

Se utilizo un procedimiento como el descrito en el ejemplo 6 para examinar la permeabilidad de una monocapa de celulas Caco-2 al compuesto terapeutico proteico de fusion etanercept (comercializado con el nombre comercial Enbrel®). La figura 42 muestra graficamente los resultados para capas de celulas cultivadas en varios sustratos con patrones diferentes incluyendo tanto polipropileno (DN2 PP - muestra 4 de la tabla 4) como poliestireno (DN2 PS - muestra 3 de la tabla 4 y DN3 PS - muestra 1 de la tabla 4) asi como una membrana de poliestireno no impresa (PSUI) y una capa de celulas sin membrana (celulas). Los resultados se muestran como un factor de cambio respecto de la permeabilidad inicial con el tiempo. La figura 43 muestra el factor de incremento en la permeabilidad desde el t=0 inicial hasta dos horas (t=2) despues de la adicion de la membrana al pocillo, para los sustratos y la capa celular de la figura 42.

Ejemplo 8

Se formo un conjunto de microagujas incluyendo una superficie con nanopatron. Inicialmente, se formo un conjunto de microagujas como el mostrado en la figura 2, sobre una oblea de silicio mediante un proceso de fotolitografia. Cada aguja incluyo dos canales laterales enfrentados, alineados con un orificio a traves de la matriz en la base de la aguja (no visible en la figura 2).

Las microagujas se conformaron segun un proceso habitual de micromecanizado sobre una oblea basada en silicio. Las obleas se estratificaron con capas resistentes y/o de oxido, seguido por ataque quimico selectivo (ataque quimico de oxido, ataque quimico de DRIE, ataque quimico iso), decapado resistente, decapado de oxido y tecnicas de litografia (por ejemplo, litografia iso, litografia de orificios, litografia de rendijas) segun procedimientos estandar, para conformar el conjunto de microagujas.

Despues de la formacion del conjunto de microagujas, se deposito sobre el conjunto de microagujas una pelicula de polipropileno de 5 pm que incluia un patron DN2 formado en la misma tal como se ha descrito anteriormente en el ejemplo 1, cuyas caracteristicas se describen en la muestra 2 en la tabla 4. La estructura de oblea/pelicula se mantuvo en una caja caliente de vacio (3 en. vacio H20) a temperatura elevada (130°C) durante un periodo de una hora para tirar suavemente de la pelicula sobre la superficie de las microagujas manteniendo al mismo tiempo la superficie con nanopatron de la pelicula.

La figura 44 muestra la pelicula sobre la parte superior del conjunto de microagujas, y la figura 45 es una vista mas cercana de una sola aguja del conjunto, que incluye la pelicula con nanopatron recubriendo la parte superior de la aguja.

Ejemplo 9

Se formaron parches transdermicos que incluian conjuntos de microagujas, segun se describe en el ejemplo 8. Los parches se formaron con un patron DN2 o bien un patron DN3 sobre el conjunto de microagujas. Las peliculas que definen los patrones fueron aplicadas a las microagujas tal como se describe en la siguiente tabla 8. La pelicula 1 es equivalente a la muestra numero 2 de la tabla 4, y la pelicula 2 es equivalente a la muestra numero 9 de la tabla 4.

Tabla 8

Propiedad: Pelicula 1 Pelicula 2

Patron: DN2 DN3

Material: polipropileno polipropileno

iGrosor de la pelicula: 5 Mir 5 jilTI

Altura de las estructuras: 100 nm 165 nm, 80 nm, 34 nm

Relacion de aspecto de las estructuras: 0,5 0,15, 0,2, 0,17

Rugosidad superficial promedio Ra.: 16 nm SO nm

Dimension fractal: 2,16 2,13

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Se formaron asimismo parches de control que no tenian ningun patron formado en la pelicula y se aplicaron a continuacion al conjunto de microagujas. Se prepararon formulaciones transdermicas y subcutaneas de etanercept (Enbrel®), segun las instrucciones del proveedor del medicamento. La formulacion de dosis subcutanea (para el control positivo) se preparo para facilitar una dosis subcutanea de medicamento de 4mg/kg. La concentracion de Enbrel® para la administracion transdermica se ajusto de tal modo que se alcanzo una dosificacion prevista de 200mg/kg en un periodo de 24 horas.

En el estudio se utilizaron un total de 10 ratones BALB/C (a los que se asigno las designaciones #1 - #10), 8 se dosificaron por via transdermica con Enbrel® (grupo 1) y 2 se dosificaron por via subcutanea con Enbrel® (grupo 2), tal como se describe en la siguiente tabla 9. Los parches transdermicos fueron aplicados a areas afeitadas de la piel y se formaron orificios cerca de las puntas de las microagujas con la aplicacion del parche a la piel.

Tabla 9

Grupo N.°: Articulo del ensayo Medica- rnento Via de la dosis Nivel de la dosis Vblumen de la dosis Momentos de recogida de sangre Numero del animal

1: Parche transdermico Enbrel® Transdermica 5 m g/ suj eto 0,2ml Pre-parche 0,5b 2h 6h 24b 72h #1,85 #2,85 #3, 87 #4,80 #2,80 ! #3, 87

2: administracion subcutanea Enbrel® subcutanea 4mg*9 0,1ml 24h #9,810

Los parches transdermicos utilizados incluyeron tanto los que definen una nanotopografia sobre la superficie (patrones de DN2 y DN3, descritos anteriormente), como parches sin ningun patron de nanotopografia.

Se recogieron muestras de sangre en los momentos indicados en la tabla 8. Se recogieron aproximadamente de 100 a 200pl de sangre por medio de hemorragia mandibular y a continuacion se centrifugaron aproximadamente a 1300 rpm durante 10 minutos en un centrifugado refrigerado (ajustado a 4°C). El suero resultante fue aspirado y transferido en los 30 minutos posteriores a la recogida/centrifugado de la sangre a tubos adecuadamente etiquetados. Los tubos se congelaron y almacenaron en la oscuridad a <-70°C hasta que se analizaron los niveles de Enbrel® utilizando el equipo Human sTNF-receptor ELISA (R&D Systems cat# DRT200). El intervalo de tiempo entre dos muestras de sangre en el mismo sujeto fue de 24 horas, para impedir generar estres innecesario en el sujeto.

La figura 46 muestra graficamente el perfil PK promedio de los parches transdermicos con nanotopografia definida en los mismos. Se utilizo un promedio de los resultados para todos los parches que incluian nanotopografias, para representar el efecto global de incorporar una nanotopografia junto con un parche transdermico de microaguja. Como se puede ver, el nivel en suero sanguineo aumento rapidamente a mas de 800 ng/mL/cm2 del area del parche en las primeras dos horas del acoplamiento. A continuacion, el nivel en suero sanguineo disminuyo gradualmente hasta ser despreciable, en las 24 horas posteriores al acoplamiento. Los datos utilizados para desarrollar la figura 46 se proporcionan a continuacion en la tabla 10.

Tabla 10

Tiempo (h): Concentracion en suero sanguineo (ng/ml)

0
0

0,5: 192,1

2: 249,25

6: 24,4

24: 7,2

65: 4,0875

Las figuras 47A y 47B muestran vistas de microscopia electronica en seccion transversal de la piel que se mantuvo en contacto con los parches. Las imagenes se tomaron despues de que los parches fueran retirados (72 horas despues del acoplamiento). La muestra de la figura 47A estuvo en contacto con un parche que incluia una nanotopografia sobre la superficie. Especificamente, se formo sobre la superficie de parche un patron DN2, tal como el descrito anteriormente. La muestra de la figura 47B se mantuvo en contacto con un parche transdermico que no definio un patron de nanotopografia sobre la superficie. Como se puede observar, la muestra en la figura 47B muestra signos de inflamacion y una alta densidad de presencia de macrofagos.

Se formaron parches transdermicos que incluian conjuntos de microagujas, segun se describe en el ejemplo 8. Los 5 parches se formaron con un patron DN2 o bien con un patron DN3 en el conjunto de microagujas, segun se describe en la tabla 8 del ejemplo 9. Se fabricaron asimismo parches de control que no tenian ningun patron formado en la pelicula y se aplicaron a continuacion al conjunto de microagujas. Se prepararon formulaciones transdermicas y subcutaneas de etanercept (Enbrel®), segun las instrucciones del proveedor del medicamento.

10 Los sujetos de prueba (conejos) fueron dosificados por via transdermica con Enbrel® o fueron dosificados por via subcutanea (SubQ) con Enbrel®. Los resultados se muestran graficamente en la figura 48, que proporciona la concentracion en suero sanguineo en pg/ml en funcion del tiempo. Los datos utilizados para desarrollar la figura 48 se proporcionan a continuacion en la siguiente tabla 11.

15 Tabla 11

Tiempo: Microaguja sin estructura Subcutanea DN2 Subcutanea DNS

0: 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,5: 0,00 157,49 0,00 1611,21 0,00

2: 0,00 3029,07 0,00 3504,92 497,17

6: 0,00 3545,14 338,23 3699,24 796,64

12: 0,00 3577,13 731,22 3571,80 1080,60

24: 116,78 3778,71 785,49 3464,70 1924,24

48: 134,23 3416,73 638,18 3885,31 1006,95

72: 88,68 3356,64 572,77 3803,42 1172,67

Aunque la materia se ha descrito en detalle con respecto a realizaciones especificas de la misma, se apreciara que los expertos en la materia, tras obtener una comprension de lo anterior, pueden concebir facilmente alteraciones, 20 variaciones y equivalentes a estas realizaciones. Por consiguiente, el alcance de la presente invencion se debera considerar como el de las reivindicaciones adjuntas y cualesquiera equivalentes a las mismas.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo medico (10) que comprende un conjunto de microagujas (12; 22; 120; 330; 230) que se extienden hacia el exterior desde un soporte (15; 20; 312; 212), en el que por lo menos una de las microagujas (12; 22; 120; 330; 230) contiene una serie de nanoestructuras (104) conformadas sobre una superficie (25) de la misma, caracterizado porque las nanoestructuras (104) estan dispuestas en un patron predeterminado, en el que las nanoestructuras (104) tienen forma de columnas.
2. Dispositivo medico, segun la reivindicacion 1, en el que por lo menos una parte de las nanoestructuras (104) tienen una dimension de la seccion transversal de menos de aproximadamente 500 nanometros, y mayor de aproximadamente 5 nanometros, o tienen una dimension de la seccion transversal de menos de aproximadamente 300 nanometros, y mayor de aproximadamente 100 nanometros, o tienen aproximadamente la misma dimension de la seccion transversal.
3. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el patron incluye ademas microestructuras (100), en que las nanoestructuras (104) tienen una dimension de la seccion transversal menor que la de las microestructuras (100), por ejemplo las microestructuras (100) tienen una dimension de la seccion transversal de mas de aproximadamente 500 nanometros.
4. Dispositivo medico, segun la reivindicacion 3, que comprende ademas segundas nanoestructuras (102) que tienen una dimension de la seccion transversal menor que la dimension de la seccion transversal de las microestructuras (100) y mayor que la dimension de la seccion transversal de las primeras nanoestructuras (104).
5. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos una parte de las nanoestructuras (102, 104) tienen una separacion centro a centro entre aproximadamente 50 nanometros y aproximadamente 1 micrometro; y/o en el que la relacion de la dimension de la seccion transversal de dos nanoestructuras adyacentes (102, 104) con respecto a la separacion centro a centro entre dichas dos estructuras esta entre aproximadamente 1:1 y aproximadamente 1:4.
6. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las nanoestructuras estan separadas de manera uniforme; y/o en el que por lo menos una parte de las nanoestructuras (102, 104) tienen una separacion equidistante.
7. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos una parte de las nanoestructuras (102, 104) tienen una altura desde aproximadamente 10 nanometros hasta aproximadamente 20 micrometros, o desde aproximadamente 100 nanometros hasta aproximadamente 700 nanometros, y/o en el que por lo menos una parte de las nanoestructuras (102, 104) tienen una relacion de aspecto desde aproximadamente 0,15 hasta aproximadamente 30, o desde aproximadamente 0,2 hasta aproximadamente 5.
8. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el patron tiene una dimension fractal de mas de aproximadamente 1, por ejemplo desde aproximadamente 1,5 hasta aproximadamente 2,5.
9. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie de microaguja (25) que contiene la serie de nanoestructuras (102, 104) tiene una o varias de las siguientes caracteristicas: una rugosidad superficial promedio entre aproximadamente 10 nanometros y aproximadamente 200 nanometros, un modulo de compresion eficaz entre aproximadamente 4 MPa y aproximadamente 320 MPa, un modulo de cizalla eficaz entre aproximadamente 0,2 MPa y aproximadamente 50 MPa y un angulo de contacto con el agua entre aproximadamente 80° y aproximadamente 150°.
10. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas un deposito (112; 306; 206) para contener un compuesto medicinal (307; 207), por ejemplo un compuesto medicinal (307; 207) que tiene un peso molecular de mas de aproximadamente 100 kDa.
11. Dispositivo medico, segun la reivindicacion 10, en el que el compuesto medicinal (307; 207) es un compuesto terapeutico proteico, por ejemplo un bloqueante TNF-a.
12. Dispositivo medico, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos una de las microagujas (22) contiene un canal (16; 24; 331; 231) para administrar el compuesto medicinal (307; 207).
13. Procedimiento para conformar el dispositivo medico segun cualquier reivindicacion anterior, que comprende fabricar el patron de nanoestructuras (102, 104) sobre la superficie (25) de la microaguja (12; 22; 120; 330; 230), segun una tecnica seleccionada del grupo que consiste en fotolitografia, litografia de haz de electrones, litografia de rayos X, tecnicas de autoensamblaje, ataque quimico con iones reactivos, ataque quimico humedo, deposicion de peliculas, pulverizacion catodica, deposicion quimica de vapor, epitaxia, electrodeposicion, litografia de nanoimpresion y combinaciones de las mismas