ES2759112T3 - Hidrogeles a base de cucurbiturilo - Google Patents

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Xian Jun Loh
Frank Biedermann
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Abstract

Un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular obtenible a partir de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende un hospedador y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad huésped adecuada, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más y el hospedador es cucurbiturilo y el uno o más polímeros tienen una funcionalidad huésped adecuada para cucurbiturilo.

Description

DESCRIPCIÓN
Hidrogeles a base de cucurbiturilo
Campo de la invención
La presente invención se refiere a hidrogeles basados en una red supramolecular reticulada con cucurbiturilo y a métodos para la preparación de tales hidrogeles, y a su uso en métodos de administración de componentes contenidos dentro del hidrogel.
Antecedentes
Los hidrogeles son redes de polímeros reticulados tridimensionales que atrapan y almacenan grandes cantidades de agua. Dada su similitud con los tejidos biológicos blandos y sus propiedades mecánicas variables, es decir, de blando y débil a duro y tenaz, son cada vez más importantes en diversas aplicaciones biomédicas e industriales. Los hidrogeles se pueden preparar usando un enfoque covalente o no covalente. La mayoría de los hidrogeles de polímeros reticulados covalentemente son frágiles, tienen poca transparencia y carecen de la capacidad de autocuración una vez que se rompe la red (Peppas et al. Annu. Rev. Biomed. Ing. 2 2000, 9-29). Estos inconvenientes se han abordado mediante el uso de interacciones no covalentes dinámicas y reversibles como los enlaces cruzados estructurales en hidrogeles (formación directa) o la formación de nanofibras, cuyo entrelazamiento posteriormente conduce a la formación de hidrogel (formación indirecta) (Estroff et al. Rev. 2004, 104, 1201-1217; Wojtecki et al. Nat. Mat. 2010, 10, 14-27). Existe una miríada de moléculas pequeñas que se autoensamblan en fibras largas, que conducen a la formación de hidrogel. Un excelente ejemplo de ello es la serie de péptidos anfifílicos desarrollados por Stupp y col., (Hartgerink et al. Science 2001,294, 1684-1688). De esta manera se pueden preparar hidrogeles relativamente fuertes (G' = 1 kPa) con cargas bajas de material con respecto al agua (0,5 % en peso de péptido 0,5 % en peso de CaCh) (Greenfield et al. Langmuir 2010, 26, 3641-3647). Hay, sin embargo, muchos menos ejemplos de formación directa de hidrogel, especialmente aquellos con alto contenido de agua (> 97 %).
A partir de la amplia precedencia de los polímeros supramoleculares, está claro que solo existen muy pocos sistemas no covalentes que funcionen en medio acuoso (Sijbesma et al. Science 1997, 278, 1601-1604; Greef et al. Chem. Rev. 2009, 109, 5687-5754). Estos incluyen interacciones hospedador-huésped de ciclodextrinas y cucurbi[n]urilos, hidrófobicas, iónicas y algunas interacciones metal-ligando. Se han realizado varios intentos previamente para desarrollar hidrogeles a partir de ciclodextrinas, sin embargo, han estado intrínsecamente limitados por la baja afinidad de unión de los CD a sus huéspedes, lo que ha dado como resultado malas propiedades mecánicas (Kretschmann et al. Angew. Chem. Int. Edit. 2006, 45: 4361-4365; Wu et al. Langmuir 2008, 24, 10306­ 10312; Koopmans et al. Macromolecules 2008, 41,7418-7422). Además, las interacciones iónicas son extremadamente sensibles a la fuerza iónica de los medios acuosos y a menudo a los cambios en el pH, mientras que el uso de metales de transición en pares de metal-ligando debe evitarse en muchas aplicaciones debido a la toxicidad y las preocupaciones ambientales (Van Tomme et al. Biomaterials 2005, 26, 2129-2135; Hunt, J. et al. Adv. Mater. 2011,23: 2327-2331; Wang et al. Nature 2010, 463, 339-343). SE han estudiado extensamente hidrogeles activados térmicamente formados por asociación hidrofóbica de copolímeros de bloque, que normalmente contienen dos o más bloques que muestran una temperatura de solución crítica más baja (LCST), por ejemplo, N-isopropilacrilamida o Pluronics (Loh et al. Macromol. Symp. 2010, 296: 161-169; Loh et al. Biomacromolecules 2007, 8, 585-593). Aunque se ha demostrad que estos materiales tienen potencial para aplicaciones biomédicas, tal como la ingeniería de tejidos, debido a su formación espontánea a temperatura fisiológica y su biocompatibilidad, su aplicabilidad en otras industrias no se ha demostrado.
Los biomateriales representan un campo en rápido desarrollo de materiales de diseño que normalmente exhiben propiedades similares a la materia biológica o son biocompatibles y útiles para aplicaciones biológicas importantes, tal como la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos. Los hidrogeles son un tipo de biomaterial que han demostrado ser candidatos particularmente importantes para la administración de fármacos y aplicaciones de ingeniería de tejidos dada su similitud con el tejido biológico blando y sus propiedades mecánicas muy variables (Lutolf et al. Nat. Mat. 2009, 8: 451-453; Staats et al. Nat. Mat. 2010, 9, 537--538; Nochi et al. Nat. Mat. 2010, 9, 572­ 578). Existen muchos sistemas que se han estudiado a fondo por su liberación sostenida de medicamentos para la administración de medicamentos, coberturad de heridas y quimiosensibiliación para la terapia del cáncer (Loh et al. J. Control. Release 2010, 143, 175-182; Loh et al. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11822-11830; Loh et al. Biomaterials 2008, 29, 2164-2172; Loh et al. Biomaterials 2008, 29, 3185-194; Loh et al. Biomaterials 2007, 28, 4113-4123; Li et al. Biomacromolecules 2005, 6, 2740-2747).
A menudo se necesita una alta concentración de los componentes poliméricos en estas formulaciones, que a veces requieren más del 15 % en peso y muchas veces tales formulaciones exhiben poca resistencia y una fuerte administración "explosiva" de fármacos. Estos inconvenientes han hecho que el sistema sea inadecuado para muchas aplicaciones biomédicas (Esposito et al. Int. J. Pharm. 1996, 142, 923); Katakam et al. Int. J. Pharm. 1997, 152, 53-58). Recientemente, se han descrito polímeros termogelificantes biocompatibles basados en poli(uretano PEG/PPG/PHB) que requieren concentraciones de polímero relativamente bajas (5 % en peso) para formar hidrogeles a partir de soluciones acuosas tras el calentamiento (Loh et al. Biomacromolecules 2007, 8, 585-593). Además, la capacidad de degradación hidrolítica de estos copolímeros tribloque permitió una mayor capacidad de ajuste de su liberación de proteínas, qie se demostró que se extendía hasta aproximadamente 75 días in vitro (Loh et al. Biomaterials 2007, 28, 4113-4123).
Algunos de los presentes inventores han descrito previamente un hidrogel basado en una red de polímeros unidos por CB[8] (Appel et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14251-14260). Tal hidrogel pretende facilitar el progreso en los campos de materiales de autocuración inteligentes, hidrogeles autoensamblados y viscosidad de solución controlada. Los polímeros para su uso en el hidrogel tienen pesos moleculares en el intervalo de 10,1 a 37,1 kDa y valores de polidispersidad en el intervalo de 1,11 a 2,42. Al menos uno de los polímeros tiene un peso molecular en el intervalo de 10,1 a 21,8 kDa, y al menos uno de los polímeros tiene un valor de polidispersidad en el intervalo de 1,53 a 2,42. La funcionalidad de los polímeros está en el intervalo de 4,3 a 10,1 %. El hidrogel se basa en la unión no covalente de un polímero a base de poliestireno a un polímero a base de poliacrilamida a través de un manguito de cucurbiturilo.
Mientras que algunos de los presentes inventores se han referido a la red descrita en el trabajo anterior como un hidrogel, este es simplemente un término conveniente para referirse al material que se obtuvo, se reconoce que el material puede denominarse material viscoelástico. Las propiedades reológicas de este material no son ideales. Por ejemplo, cuando las propiedades reológicas de los materiales se analizaron mediante reología oscilatoria dinámica a un 10 % de deformación, se observa que el módulo de pérdida (G") domina el módulo de almacenamiento (G') a frecuencias más altas. Por consiguiente, el módulo de pérdida es dominante a frecuencias de 20 rad/s o más. A frecuencias más bajas, el módulo de almacenamiento es dominante. G' y G" son, por lo tanto, no lineales y no son paralelos en la reología oscilatoria.
El trabajo anterior también describe el comportamiento newtoniano del material ante un alto cizallamiento (medido en mediciones de cizallamiento constante) con una posterior pérdida catastrófica de viscosidad. Por ejemplo, los materiales tienen una viscosidad en el intervalo de 8 a 50 Pa s a velocidades de cizallamiento en el intervalo de 0.1 a 30 1/s. La viscosidad permanece sustancialmente constante a través de este intervalo de velocidades de cizallamiento. A velocidades de cizallamiento superiores a 301/s, la viscosidad disminuye espectacularmente.
Sumario de la invención
La presente invención generalmente proporciona un hidrogel adecuado para contener un componente administrable. Los presentes inventores han descubierto que los hidrogeles basados en una red de complejos de cucurbiturilo son adecuados para contener y administrar componentes. En particular, los presentes inventores han descubierto que los hidrogeles obtenibles de la formación de complejos de cucurbiturilo con un polímero de alto peso molecular funcionalizado adecuadamente con la funcionalidad del huésped de cucurbiturilo pueden usarse para contener y administrar componentes tales como proteínas. Ventajosamente, la red, obtenible a partir del cucurbiturilo y el/los componente/s de polímero, es solo un pequeño porcentaje en peso del hidrogel general. Por consiguiente, los hidrogeles de la presente invención tienen un contenido de agua muy alto.
Las propiedades reológicas de los hidrogeles son útiles y deseables. Estas propiedades pueden ajustarse ventajosamente mediante cambios apropiados en los componentes de hidrogel y sus relaciones. Se puede preparar un hidrogel estable a partir de relativamente poco material. Como se describe en el presente documento, los hidrogeles tienen un módulo de almacenamiento (G') dominante sobre el módulo de pérdida (G") para cualquier valor de frecuencia en el intervalo de 0,1 a 100 rad/s para un hidrogel analizado por medición de barrido de frecuencia a 37 °C. Los presentes hidrogeles pueden considerarse como verdaderos hidrogeles en vista del hecho de que G' y G"son sustancialmente lineales y sustancialmente paralelos en la reología oscilatoria, con G' dominante en todo momento. Esto contrasta con los materiales indicados previamente en los que G' no es dominante en toda la reología oscilatoria.
El comportamiento de cizallamiento de los hidrogeles de la invención es otra característica distintiva. Los hidrogeles descritos en el presente documento muestran un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento continuo cuando se analizan por métodos de cizallamiento constante. A bajas velocidades de cizallamiento, por ejemplo en el intervalo de 0,1 a 0,31/s, el valor de la viscosidad para el material de hidrogel de la invención puede ser de 100 Pa s o más, por ejemplo 400 Pa s o más, por ejemplo 700 Pa s o más. En cambio, a las mismas velocidades de cizallaiento, los materiales de la técnica anterior tienen valores de viscosidad significativamente más bajos (por ejemplo, en el intervalo de 8 a 50 Pa s).
Los presentes inventores creen que el uso de polímeros de mayor peso molecular, tales como polímeros hidrofílicos de mayor peso molecular, proporciona hidrogeles que tienen estas propiedades reológicas ventajosas. Los presentes inventores también reconocen que los hidrogeles basados en una red supramolecular reticulada con cucurbiturilo son adecuados para retener y liberar componentes, según sea necesario.
En un aspecto de la invención, se proporciona un hidrogel que contiene un componente, en el que el hidrogel tiene una red reticulada supramolecular obtenible u obtenida de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad huésped de cucurbiturilo adecuada en la que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más. En una realización, la composición acuosa comprende un polímero que tiene un peso molecular de 200 kDa o más. En una realización, el componente tiene un peso molecular de 200 kDa o más.
En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un hidrogel, en el que el hidrogel tiene una red reticulada supramolecular obtenible u obtenida a partir de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo. Uno o más polímeros en la composición acuosa tienen un peso molecular de 50 kDa o más. Los polímeros en la composición pueden ser polímeros hidrófilos.
En otro aspecto de la invención, se proporciona un método para la preparación de un hidrogel que contiene un componente de acuerdo con el primer aspecto, el método de acuerdo con (a) o (b), en el que
(a) el método comprende las etapas de (i) obtener o formar un hidrogel e (ii) introducir un componente en el hidrogel para formar un hidrogel que contenga un componente, en el quee el hidrogel que contiene un componente se forma poniendo en contacto en una solución acuosa una mezcla de cucurbiturilo y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más, para formar de este modo una red reticulada supramolecular; y (b) el método comprende la etapa de poner en contacto en una solución acuosa una mezcla de cucurbiturilo, un componente y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo en la que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más, para formar un hidrogel que contiene un componente y el hidrogel es una red reticulada supramolecular.
En otro aspecto de la invención, se proporciona un método para la preparación de un hidrogel de acuerdo con el segundo aspecto, comprendiendo el método la etapa de poner en contacto en una solución acuosa una mezcla de cucurbiturilo y uno o más polímeros que tienen la funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo, para formar de este modo una red reticulada supramolecular, en la que la composición acuosa comprende un polímero que tiene un peso molecular de 50 kDa o más.
Ventajosamente, los hidrogeles de la presente invención se obtienen segundos después de poner en contacto el cucurbiturilo y el uno o más polímeros que tienen la funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo, opcionalmente junto con un componente. Los métodos de la invención pueden realizarse en condiciones suaves y ambientales.
En un aspecto adicional de la invención, se proporciona un método para administrar un componente en una ubicación, comprendiendo el método las etapas de:
(i) proporcionar un hidrogel que contiene un componente, de acuerdo con el primer aspecto de la invención; (ii) hacer que el hidrogel esté disponible en una ubicación objetivo;
(iii) liberar el componente del hidrogel.
En aspectos adicionales de la invención, se proporciona el uso de los hidrogeles del primer o segundo aspecto, por ejemplo en medicina.
En cualquiera de los aspectos descritos anteriormente, el cucurbiturilo puede reemplazarse con un hospedador alternativo, por ejemplo, un hospedador es capaz de formar un complejo hospedador-huésped ternario.
En una realización, el hospedador se selecciona de cucurbiturilo, ciclodextrina, calix[n]areno y compuestos de éter corona,
En una realización, el hospedador se selecciona de ciclodextrina, calix[n]areno y compuestos de éter corona.
En una realización, el hospedador es capaz de formar un complejo hospedador-huésped ternario.
En un aspecto adicional de la invención, se proporciona un hidrogel que se obtiene o se puede obtener de un hidrogel del primer aspecto de la invención formando un enlace covalente o reticulación entre polímeros en el hidrogel, por ejemplo entre moléculas del huésped de los polímeros.
En una realización de la invención, se proporciona un hidrogel como se describe en el presente documento, tal como un hidrogel del primer aspecto de la invención, en el que los polímeros están unidos de forma no covalente o reticulados a través de un complejo y además están unidos de forma covalente o reticulados.
También se describe en el presente documento un método para unir o reticular covalentemente un polímero, comprendiendo el método las etapas de:
(i) proporcionar un polímero o polímeros unidos de forma no covalente, en el que el enlace no covalente se forma a partir de un complejo ternario de un hospedador que contiene las moléculas huésped primera y segunda proporcionadas en el polímero o polímeros;
(ii) permitir que el polímero o los polímeros reaccionen, de ese modo para formar un enlace covalente que une el polímero o polímeros.
También se describe en el presente documento un método para preparar un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular, en el que el hidrogel se forma a partir de la reticulación covalente de un polímero y/o la unión covalente de un polímero a otro polímero, comprendiendo el método las etapas de:
(i) proporcionar un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular que se puede obtener de la formación de complejos ternarios de una composición acuosa que comprende un hospedador, tal como cucurbiturilo, y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada para el huésped, tal como la funcionalidad de huésped de cucurbiturilo;
(ii) permitir que el polímero o los polímeros reaccionen, de ese modo para formar un enlace covalente que une el polímero o los polímeros.
Sumario de las figuras
La Figura 1 es una representación esquemática del hidrogel supramolecular preparado mediante la adición de CB[8] a una mezcla de un primer y segundo polímero funcional huésped multivalente en agua.
La figura 2 muestra los datos registrados relacionados con el análisis reológico de los hidrogeles de la invención. Los gráficos en la fila superior muestran el efecto de la carga de HEC-Np y la carga relativa de HEC-Np y PVA-MV @ CB[8] (es decir, relación 1:1 de PVA-MV a CB[8]) en el módulo de almacenamiento, módulo de pérdida, viscosidad compleja y tan delta; los gráficos en la fila inferior muestran la estabilidad térmica de los hidrogeles determinada por una prueba dinámica de barrido de temperatura oscilatoria (abajo a la izquierda); y mediciones de barrido del tiempo de paso que muestran la recuperación de la estructura del hidrogel después de una deformación de alta magnitud (abajo a la derecha). Las denotaciones de símbolos son las siguientes: HEC-Np (1,5 % en peso)/PVA-MV (0,3 % en peso) (■), HEC-Np (1,0 % en peso)/PVA-MV (0,2 % en peso) (•), HEC-Np (0,5 % en peso)/PVA-MV (0,1 % en peso) (A), HEC-Np (0,5 % en peso)/PVA-MV (0,05 % en peso) (▼), HEC-Np (0,25 % en peso)/PVA-MV (0,05 % en peso) (♦). Los símbolos rellenos se refieren al parámetro en el eje izquierdo y las versiones no rellenas de los símbolos se refieren al parámetro en el eje derecho.
La Figura 3 (a) y (b) son imágenes de microscopia electrónica de barrido de muestras criodesecadas y liofilizadas de (a) un hidrogel derivado de una composición acuosa que comprende HEC-Np (0,5 % en peso)/PVA-MV (0,1 % en peso)/CB[8] (1 eq.), Y (b) un hidrogel derivado de una composición acuosa que comprende HEC-Np (0,5 % en peso)/PVA-MV (0,05 % en peso)/CB[8] (1 eq.). La Figura 3 (c) muestra la dispersión de neutrones de ángulo pequeño de los mismos dos hidrogeles en D2 O.
La Figura 4 es una fotografía de una prueba de vial invertido que demuestra la formación del hidrogel a partir de la mezcla acuosa de PVA-MV (0,1 % en peso), HEC-Np (0,5 % en peso) y CB[8] (0,1 % en peso) exclusivamente. (a) HEC-Np; (b) HEC-Np y PVA-MV; (c) HEC-Np y PVA-MV y CB[7]; y (d) HEC-Np, PVA-MV y CB[8].
La Figura 5 muestra los datos de ITC para (a) para la unión de HEC-Np a PVA-MV con y sin CB[8] presente; (b) para la unión de 2-naftol (NpOH) a PVA-MV con y sin CB[8] presente; y (c) para la unión de HEC-Np a M2V con y sin CB[8] presente.
La Figura 6 muestra la relación entre la velocidad de cizallamiento, viscosidad y estrés para hidrogeles supramoleculares preparados, donde HEC-Np (1,5 % en peso)/PVA-MV (0,3 % en peso) (■), HEC-Np (1,0 % en peso)/PVA-MV (0,2 % en peso) (•), HEC-Np (0,5 % en peso)/PVA-MV (0,1 % en peso) (A), HEC-Np (0,5 % en peso)/PVA-MV (0,05 %) (▼) y HEC-Np (0,25 % en peso)/PVA-MV (0,05 % en peso) (♦). La cantidad relativa de CB[8] en cada caso fue 1 equiv. relativo a PVA-MV. Los símbolos rellenos representan valores de viscosidad y las versiones no rellenas de los símbolos representan valores de deformación.
La Figura 7 es una fotografía de una prueba de vial invertido que muestra la respuesta al estímulo de un hidrogel formado a partir de HEC-Np 0,5 %/PVA-MV 0,1%/CB[8] 1 eq. Este hidrogel se muestra en (a) y el hidrogel tiene una respuesta variable a la perturbación en presencia de (b) hexano; (c) tolueno; (d) un segundo huésped competitivo 2,6-dihidroxinaftaleno; y (e) un agente reductor de ditionito de sodio. En el caso de (c), el hidrogel intacto se puede ver con su color original y se indica con la flecha mientras la capa de hexano ha fluido hacia el fondo del vial.
La Figura 8 es un esquema de la preparación de una realización de hidrogel de la invención a partir de polímeros que contienen naptilo y MV en presencia de una proteína terapéutica modelo.
La Figura 9 es una caracterización reológica oscilatoria dinámica realizada a 37 °C de los hidrogeles basados en HEC utilizados en este estudio, donde (a) es el módulo de almacenamiento y pérdida y (b) es la viscosidad compleja y tan 8, a partir de los que se toman estos valores de mediciones de barrido de amplitud de deformación. Además, (c) es el módulo de almacenamiento y pérdida y (d) es la viscosidad compleja y tan 8, a partir de los que se toman estos valores de las mediciones de barrido de frecuencia. Los símbolos negros representados se refieren a un hidrogel derivado de una composición acuosa que comprende HEC-Np 1,5 % en peso, PVA-MV 0,3 % en peso y CB[8] 1 eq. (negro); mientras que los símbolos azules representan HEC-Np 0,5 % en peso, PVA-MV 0,1 % en peso y CB[8] 1 eq. Los cuadrados se refieren al eje izquierdo y los triángulos al eje derecho.
La Figura 10 es una imagen de microscopia electrónica de barrido de muestras criodesecadas y liofilizadas de un hidrogel derivado de una composición acuosa que comprende HEC-Np 1,5 % en peso, PVA-MV 0,3 % en peso y CB[8] 1 eq.
La Figura 11 es un gráfico que muestra el porcentaje de viabilidad de una población de células 3TC expuestas a diferentes concentraciones de una mezcla que comprende los polímeros HEC-Np y PVA-MV. La concentración se da como el % en peso total de los polímeros en una mezcla acuosa.
La figura 12 es un gráfico que muestra la liberación acumulativa de BSA y lisozima de dos hidrogeles diferentes a lo largo del tiempo. Los polipéptidos están presentes en el 0,5 % en peso del hidrogel y el contenido de polímero total del hidrogel es del 0,5 % en peso o del 1,5 % en peso.
La Figura 13 es un gráfico que muestra el cambio en la bioactividad de una BSA y Lisozima liberada de un hidrogel a lo largo del tiempo. Los polipéptidos están presentes en el 0,5 % en peso del hidrogel y el contenido de polímero total del hidrogel es del 0,5 % en peso o del 1,5 % en peso.
La Figura 14 es un esquema de la formación de hidrogel sobre la mezcla de CB[8] con un polímero que tiene huéspedes de triptófano o fenilalanina. Los aminoácidos (representados por los cilindros sombreados) se unen de forma 2:1 con el hospedador CB[8]. El grupo R del aminoácido está encapsulado dentro de la cavidad hidrófoba por interacciones no covalentes. Se producen interacciones adicionales entre el extremo N protonado de la unidad de aminoácidos y los grupos carbonilo portales CB[8].
Las Figuras 15 (a.) Y 15 (b) son gráficos que muestran la reología oscilatoria dependiente de la frecuencia de los hidrogeles StPhe-StAm (Figura 15 (a)) y StTrp-StAm (Figura 15 (b)) con equivalentes variables de CB[8]. Los símbolos abiertos son módulos de pérdida, G" y los símbolos cerrados son módulos de almacenamiento, G'. La cantidad de CB[8] varía de 0,00 equiv. (líneas inferiores) a 0,70 equiv. (líneas superiores).
Las Figuras 16 (a) y 16 (b) son gráficos que muestran las medidas reológicas de cizallamiento constante de hidrogeles formados con StPhe-StAm (10 % p/v) (Figura 16 (a)) y StTrp-StAm (10 % p/v) (Figura 16 (b)) con cantidades crecientes de CB[8]. La cantidad de CB[8] varía de 0,00 equiv. (líneas inferiores) a 0,70 equip (líneas superiores).
La Figura 17 es un gráfico que muestra el efecto de la concentración de CB[8] sobre la viscosidad de cizallamiento cero a una velocidad de cizallamiento creciente para los hidrogeles formados con StPhe-StAm y StTrp-StAm. Los tres puntos de datos para StTrp-StAm se encuentran a una viscosidad de cizallamiento de aproximadamente 0 cero para 0,35, 0,5 y 0,7 equivalentes de CB[8]. Los seis puntos de datos restantes se refieren al comportamiento de StPhe-StAm.
La Figura 18 (a) y 18 (b) son gráficos de las mediciones de cizallamiento oscilatorio dependientes de la deformación para el hidrogel derivado de StPhe-StAm (Figura 18 (a)) y StTrp-StAm (Figura 18 (b)). Los valores de G', G" y cv aumentan de abajo a arriba.
La Figura 19 muestra (a) las estructuras químicas de los compuestos utilizados en el estudio de dimerización: CB[8], especie de antraceno catiónico de molécula pequeña 1a y sus análogos macromoleculares 1b (polímero de poli (etilenglicol) funcionalizado de grupo final, PEG) y 1c (hidroxietilcelulosa funcionalizada de cadena lateral, HEC); (b) un esquema de reacción de CB[8] "que enlace" juntos dos restos de antraceno en una pila no cara a cara para formar un complejo homoternario 1:2 en agua; y (c) un esquema de reacción de la fotoirradiación del complejo ternario 1:2 con una fuente de luz de 350 nm conduce a una fotodimerización casi cuantitativa [4 4] en minutos.
La Figura 20 (a) es un espectro UV/vis de 1a (10 pM) en presencia de 0,5 equiv. CB[8] en la fotoirradiación sobre H2 O con una fuente de luz de 350 nm, espectros tomados con 15 segundos de separación. El recuadro muestra los datos cinéticos en comparación con los experimentos de control en ausencia del hospedador CB[8] y en presencia de CB[7]. La línea continua muestra el mejor ajuste monoexponencial de los datos cinéticos. Figure 20(b) es un espectro de RMN 1H de CB[8]1a2 (500 pM en D2 O) antes (abajo) y después (arriba) de la fotoirradiación durante 15 minutos. Las inserciones muestran la región del pico aromático.
La Figura 21 (a) es una serie de fotografías de 1c a 1,0 % en peso en H2 O. De izquierda a derecha: 1c antes de la fotoirradiación; después de la fotoirradiación a 350 nm durante 15 minutos; 1c en presencia de CB[8] (0,5 equiv. por resto de antraceno); después de la fotoirradiación a 350 nm durante 15 minutos. La Figura 21 (b) es una representación esquemática de la formación de red no covalente (gelificación) tras la adición de CB[8] a 1c seguido de fotoreticulación a través de dimerización de antraceno.
Figura 22 (a) y (b) Análisis reológico a 20 °C de un hidrogel formado tras la adición de CB[8] a una solución al 1,0 % en peso de 1c en agua. Los cambios tras la exposición a la luz UV (15 min) se indican con una flecha. Los cuadrados se refieren al eje izquierdo y los círculos al eje derecho. (a) Módulos de almacenamiento y pérdida obtenidos de un barrido de frecuencia realizado al 5 % de deformación. (b) Mediciones reológicas de cizallamiento estable, (c) y (d) Espectros de fluorescencia de solución acuosa diluida de 1c (60 pg/ml) tras (c) adición de CB[8] y (d) fotoirradiación posterior con una fuente de luz de 350 nm.
La Figura 23 es una serie de gráficos relacionados con las propiedades reológicas de 1c en agua. Los cambios tras la exposición a la luz UV (15 min) se indican con una flecha. Los cuadrados se refieren al eje izquierdo y los círculos al eje derecho. (a) Módulo de almacenamiento y viscosidad compleja obtenida de un barrido de amplitud de deformación realizado a 10 rad s-1, (b) Módulos de almacenamiento y pérdida obtenidos de un barrido de frecuencia realizado con un 5 % de deformación; y (c) Mediciones reológicas de cizallamiento constante.
La Figura 24 muestra el análisis reológico oscilatorio a 20 °C para el hidrogel formado tras la adición de CB[8] a una solución al 1,0 % en peso de 1c en agua. Módulo de almacenamiento y viscosidad compleja obtenida de un barrido de amplitud de deformación realizado a 10 rad s-1. Los cambios tras la exposición a la luz UV (15 min) se indican con una flecha. Los cuadrados se refieren al eje izquierdo y los círculos al eje derecho.
La Figura 25 muestra los espectros UV/vis para 1c (60 pg/ml en agua) tras la fotoirradiación (350 nm) en (a) la presencia de 0,5 equiv. CB[8] y (b) en ausencia del hospedador CB[8]. El gráfico de la derecha muestra la absorbancia normalizada a 254 nm en función del tiempo de irradiación. La línea roja continua muestra el mejor ajuste monoexponencial de los datos cinéticos.
Descripción detallada de la invención
Los presentes inventores han establecido que los hidrogeles estructuralmente útiles pueden prepararse fácilmente a partir de cantidades relativamente menores de cucurbiturilo y uno o más polímeros funcionalizados adecuadamente con la funcionalidad del huésped de cucurbiturilo. Uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más. Por lo tanto, los hidrogeles pueden tener un contenido de agua muy alto. Los inventores también han establecido que los hidrogeles estructuralmente útiles pueden prepararse fácilmente a partir de cucurbiturilo y uno o más polímeros de alto peso molecular funcionalizados adecuadamente con la funcionalidad del huésped de cucurbiturilo. La naturaleza supramolecular de estos hidrogeles proporciona un margen para ajustar las propiedades mecánicas y el hidrogel responde útilmente a varios estímulos externos, incluida la temperatura, el potencial eléctrico y los huéspedes competidores. Los hidrogeles se procesan fácilmente y la simplicidad de su preparación y la alta capacidad de ajuste de sus propiedades distinguen para muchas aplicaciones importantes a base de agua. Además, en muchas realizaciones, los componentes de la red de hidrogel (el polímero y el cucurbiturilo) están disponibles a partir de recursos económicos y renovables.
Muchos de los hidrogeles descritos en el presente documento tienen una concentración de polímero total excepcionalmente baja. El alto contenido de agua del hidrogel lo hace altamente atractivo para aplicaciones biomédicas, por ejemplo debido a la biocompatibilidad mejorada. Los inventores han establecido que ciertos polímeros para usar en el hidrogel, polímeros que están funcionalizados adecuadamente con la funcionalidad de huésped de cucurbiturilo, tienen baja toxicidad, por ejemplo, medida contra una línea celular de fibroblastos. Los presentes inventores también han demostrado que la integridad de los hidrogeles no se altera sustancialmente al calentar a 75 °C.
Además, las cadenas rígidas de polímeros con los aminoácidos fenilalanina o triptófano pendientes tienen la capacidad de formar hidrogeles en presencia de CB[8]. Se ha determinado que la unidad de fenilalanina proporciona materiales de hidrogel mucho más fuertes que su homólogo de triptófano. El trabajo descrito en el presente documento demuestra el potencial de sistemas biomédicos mejorados para la administración de fármacos, ya que ahora se puede lograr la formación de gel usando restos huéspedes biológicamente relevantes, tal como biológicamente compatibles, para la reticulación basada en CB[8]. Esto evita las limitaciones de los polímeros potencialmente tóxicos y los metabolitos huéspedes. Cuando dichos huéspedes estén unidos a polímeros biocompatibles, tal como naturales, está claro que el sistema puede ser adecuado para su uso en cultivo de células 3D, administración de fármacos y medicina regenerativa. En estos sistemas, las propiedades materiales del hidrogel pueden verse alteradas por los cambios apropiados en la concentración del hospedador (o equivalencia) y/o la naturaleza de los huéspedes pendientes al polímero.
Algunos de los presentes inventores han descrito previamente un hidrogel basado en una red de polímeros unidos por CB[8] (véase Appel et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14251-14260). Normalmente, los hidrogeles descritos en el presente documento se basan en polímeros que tienen baja funcionalidad, alto peso molecular y bajos valores de polidispersidad. En contraste, al menos uno de los polímeros descritos en el trabajo previo de los inventores tiene una alta funcionalidad, bajo peso molecular y/o un alto valor de polidispersidad. Como se ha tratado en la sección de antecedentes anterior, los materiales descritos en trabajos anteriores no muestran valores dominantes de G' en todo el intervalo oscilatorio. Adicionalmente, los materiales no tienen altos valores de viscosidad a bajas velocidades de corte. Los ejemplos comparativos proporcionados en el presente documento también muestran que los hidrogeles preparados a partir de un polímero de bajo peso molecular (Mn = aproximadamente 10 kDa) y alta polidispersidad (PDI aproximadamente 2,2) tienen un módulo de pérdida (G") que domina el módulo de almacenamiento (G') a frecuencias más altas.
Hidrogel
El hidrogel de la invención es una red polimérica reticulada tridimensional que retiene agua, opcionalmente junto con un componente. En el presente caso, la red se puede obtener o se obtiene de la formación de complejos de hospedadores cucurbiturilo con funcionalidad de molécula huésped adecuada proporcionada en uno o más polímeros. Por consiguiente, el hidrogel comprende esta red y agua atrapada.
En un aspecto de la invención, se proporciona un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular obtenible u obtenida de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo. La composición acuosa comprende un polímero que tiene un peso molecular de 50 kDa o más. El hidrogel de este aspecto de la invención puede encontrar uso en el primer aspecto de la invención, para sostener un componente.
En una realización, se puede obtener una red a partir de la formación de complejos de (a) una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y (1) o (2); o (b) una composición que comprende una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente y (1), (2 o 3).
En una realización, la red se puede obtener de la formación de complejos de (a) una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y (1) o (2); o (b) una composición acuosa que comprende una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente y (1), (2 o 3). En una realización, la red se puede obtener de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y (1) o (2).
En una realización, la red se puede obtener de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y (2).
En una realización, la red se puede obtener de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y (1).
En una realización, una composición como la descrita anteriormente comprende además un componente, componente que se mantiene en el hidrogel resultante.
(1) comprende un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo y un segundo polímero unido covalentemente a una pluralidad de segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en el que una primera molécula huésped y una segunda molécula huésped junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario. La primera y la segunda moléculas huésped pueden ser iguales o diferentes.
(2) comprende un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo y una pluralidad de segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en el que una primera y una segunda molécula huésped junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario. La primera y la segunda moléculas huésped pueden ser iguales o diferentes. Opcionalmente, la composición comprende además un segundo polímero unido covalentemente a una o más terceras moléculas huésped de cucurbiturilo, una o más moléculas cuartas moléculas huésped de cucurbiturilo o ambas, en la que una tercera y una cuarta molécula junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedadorhuésped ternario, y/o la primera y cuarta moléculas junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario, y/o las moléculas segunda y tercera junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario.
(3) comprende un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo, en el que la primera molécula huésped junto con el cucurbiturilo son adecuados para formar un complejo hospedador-huésped binario. Opcionalmente, la composición comprende además un segundo polímero unido covalentemente a una o más segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en el que la segunda molécula huésped junto con el cucurbiturilo son adecuados para formar un complejo hospedador-huésped binario.
En una realización, el contenido de agua del hidrogel es al menos 90 % en peso, al menos 95 % en peso, al menos 97 % en peso, al menos 98 % en peso, al menos 99 % en peso, al menos 99,5 % en peso. Cuando el contenido de agua es en tales cantidades, los presentes inventores han descubierto que los hidrogeles pueden diluirse, por ejemplo con un volumen de agua equivalente al volumen del hidrogel, con solo una ligera reducción en las propiedades mecánicas.
En una realización, la cantidad total de polímero presente en el hidrogel es como máximo del 20 % en peso, como máximo del 10 % en peso, como máximo del 7,0 % en peso, como máximo del 5,0 % en peso, como máximo del 2,5 % en peso, como máximo del 2,0 % en peso, como máximo del 1,5 % en peso, como máximo del 1,0 % en peso, como máximo del 0,5 % en peso o como máximo del 0,4 % en peso.
En una realización, la cantidad total de polímero presente en el hidrogel es de al menos 0,05 % en peso, al menos 0,1 % en peso, al menos 0,2 % en peso, al menos 0,3 % en peso.
En una realización, la cantidad total de polímero presente en el hidrogel está en un intervalo en el que las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, la cantidad total de polímero presente está en el intervalo de 0,3 a 2,0 % en peso.
En una realización alternativa, un polímero presente en el hidrogel está presente en las cantidades o intervalos indicados anteriormente.
Cuando solo un polímero está presente en el hidrogel, la cantidad total de polímero presente en el hidrogel se refiere a la cantidad de ese polímero. Cuando dos o más polímeros están presentes en el hidrogel, la cantidad total es la suma de las cantidades de cada uno de los dos o más polímeros presentes.
En algunas realizaciones, el hidrogel comprende un primer polímero y un segundo polímero, tal como una composición que comprende cucurbiturilo y (1) como se ha tratado anteriormente.
El sistema de dos polímeros proporciona el alcance para realizar cambios relativamente fáciles en la estructura del hidrogel variando la relación de los polímeros entre sí y/o con el cucurbiturilo.
En una realización, la cantidad en peso del primer polímero en el hidrogel es sustancialmente la misma que la cantidad en peso del segundo polímero en el hidrogel.
En una realización, la cantidad en peso del segundo polímero en el hidrogel es al menos 2 veces, al menos 3 veces, al menos 4 veces, al menos 5 veces, al menos 10 veces o al menos 20 veces la cantidad en peso del primer polímero en el hidrogel.
En una realización, la cantidad molar del segundo polímero en el hidrogel es sustancialmente la misma que la cantidad molar del primer polímero en el hidrogel.
En una realización, la cantidad molar del segundo polímero en el hidrogel es al menos 2 veces, al menos 3 veces, al menos 4 veces, al menos 5 veces, al menos 10 veces, al menos 20 veces o al menos 25 veces la cantidad molar del primer polímero en el hidrogel.
En realizaciones alternativas, el primer polímero puede estar presente en exceso de peso y/o exceso molar del segundo polímero en las cantidades especificadas anteriormente.
Durante la preparación del hidrogel, la concentración y los volúmenes de polímero en las mezclas de preparación acuosas pueden seleccionarse para proporcionar las cantidades deseadas del primer y segundo polímero en el producto de hidrogel. Por lo tanto, las cantidades en peso mencionadas anteriormente pueden referirse a las cantidades en peso en las composiciones acuosas que comprenden el primer y segundo polímeros, de donde se obtiene o se puede obtener la red.
Las referencias anteriores a la cantidad de polímero presente en el hidrogel se refieren a la cantidad de polímero que incluye su funcionalidad huésped.
En una realización, la cantidad total de cucurbiturilo presente en el hidrogel es igual a la cantidad, en peso, de un polímero presente en el hidrogel. Por ejemplo, cuando está presente un polímero al 0,1 % en peso, el cucurbiturilo también puede estar presente a 0,1 % en peso. Por conveniencia, esto puede conocerse como 1 equivalente.
En una realización, el cucurbiturilo está presente al menos a 0,9, al menos a 0,8, al menos a 0,5, al menos a 0,2 o al menos a 0,1 equivalentes a un polímero presente en el hidrogel. En una realización, el cucurbiturilo está presente como máximo 10, como máximo 5, como máximo 4, como máximo 3 o como máximo 2 equivalentes a un polímero presente en el hidrogel.
En una realización, la cantidad de cucurbiturilo presente en el hidrogel está en un intervalo donde las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, la cantidad de cucurbiturilo presente está en el intervalo de 0,5 a 2 equivalentes, por ejemplo de 0,7 a 1,5 equivalentes.
En una realización, el cucurbiturilo está presente en aproximadamente 1 equivalente.
Cuando, dos polímeros están presentes, por ejemplo un primer y segundo polímero, la cantidad de cucurbiturilo puede ser con referencia al primer o al segundo polímero.
En una realización, la cantidad de reticulación dentro del hidrogel es como máximo del 10 %, como máximo del 8 % o como máximo del 5 %.
En una realización, la cantidad de reticulación dentro del hidrogel es al menos 0,1 %, al menos 0,5 %, al menos 1 % o al menos 2%.
En una realización, la cantidad de reticulación está en un intervalo en el que las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, la cantidad de reticulación está en el intervalo de 1 a 8 %. La reticulación se refiere al % de unidades de monómero que participan en la formación de reticulación y se determina mediante la adición equivalente molar del cucurbiturilo con referencia a la funcionalidad de un polímero. Por consiguiente, la adición de 0,5 equivalentes de cucurbiturilo en relación con un polímero que tiene u 10 % de funcionalidad presente, da una red que tiene un valor de reticulación del 5 %. Por consiguiente, el 5% de todos los monómeros disponibles en el polímero participan en una reticulación. Por lo tanto, el valor de reticulación supone que todos los huéspedes de polímeros disponibles participan en un complejo con cucurbiturilo.
Cuando, dos polímeros están presentes, por ejemplo un primer y segundo polímero, el valor de reticulación puede expresarse con referencia al primer o al segundo polímero.
En una realización, el hidrogel tiene una viscosidad compleja en una medición de barrido de amplitud de deformación de al menos 5, al menos 7 o al menos 10 Pa s.
En una realización, el hidrogel tiene una viscosidad compleja en una medición de barrido de amplitud de deformación de como máximo 1.000, como máximo 500 o como máximo 100 Pa s.
En una realización, el valor de viscosidad complejo se registra a una deformación en el intervalo de 9 a 90 Pa s o en el intervalo de 9 a 500 Pa s.
El valor de viscosidad complejo puede ser el valor registrado a 37 °C a partir de una medición de barrido de amplitud de deformación y es el valor tomado a un valor de deformación en el intervalo de 0,1 a 10 %.
En una realización, el valor de viscosidad compleja en una medición de barrido de amplitud de deformación es sustancialmente el mismo en el intervalo de deformación de 0,1 a 100 %, de 0,1 a 10 % o de 1 a 10 %.
En una realización, el hidrogel tiene una viscosidad compleja en una medición de barrido de frecuencia de al menos 10, al menos 100, al menos 200 o al menos 300 Pa s.
El valor de viscosidad complejo puede ser el valor registrado a 37 °C a partir de una medición de barrido de frecuencia y es el valor tomado a un valor de frecuencia en el intervalo de 0,1 a 10 rad/s, preferentemente el valor registrado a 0,1 rad/s.
En una realización, los valores de viscosidad complejos para el hidrogel disminuyen sustancialmente linealmente con el aumento de la frecuencia en la medición de barrido de frecuencia.
En una realización, el hidrogel tiene una viscosidad de al menos 60, al menos 70, al menos 80, al menos 90 o al menos 100 Pa s.
En una realización, el hidrogel tiene una viscosidad de como máximo 2.000, como máximo 3.000 o como máximo 5.000 Pa s.
En una realización, el hidrogel tiene una viscosidad en el intervalo de 90 a 2.000 Pa s.
El valor de viscosidad puede ser el valor registrado a bajas velocidades de cizallamiento, por ejemplo a una velocidad de cizallamiento en el intervalo de 0,1 a 0,51/s, por ejemplo de 0,1 a 0,31/s. El valor de viscosidad puede ser el valor registrado a 25 °C en una medición de cizallamiento constante.
En una realización, el hidrogel exhibe un comportamiento pseudoplástico en el intervalo de 0,3 a 10 1/so en el intervalo de 1 a 10 1/s. Por consiguiente, la viscosidad del hidrogel se reduce en este intervalo de valores de cizallamiento, por el contrario, los hidrogeles de la técnica anterior no exhiben tal comportamiento. En cambio, la viscosidad del hidrogel de la técnica anterior permanece sustancialmente constante en estos intervalos y exhibe un colapso rápido de la viscosidad a velocidades de cizallamiento más altas, por ejemplo a velocidades de cizallamiento superiores a 301/s.
El valor del módulo de almacenamiento (G') del hidrogel puede ser el valor registrado a 37 °C a partir de una medición de barrido de amplitud de deformación y es el valor tomado a un valor de deformación en el intervalo de 0,1 a 100 %, por ejemplo en el intervalo de 0,1 a 10 %.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de almacenamiento (a partir de una medición de barrido de amplitud de deformación) de al menos 5 Pa, al menos 10 Pa, al menos 20 Pa, al menos 50 Pa o al menos 100 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de almacenamiento (a partir de una medición de barrido de amplitud de deformación) de como máximo 2.000 Pa, como máximo 1.500 Pa o como máximo 1.000 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de almacenamiento (de una medición de barrido de amplitud de deformación) en un intervalo donde las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el módulo de almacenamiento está en el intervalo de 10 a 1.000 Pa, por ejemplo de 50 a 1.000 Pa. Como alternativa, el valor del módulo de almacenamiento del hidrogel puede ser el valor registrado a 37 °C a partir de una medición de barrido de frecuencia y es el valor tomado a un valor de frecuencia en el intervalo de 0,1 a 100 rad/s, por ejemplo en el intervalo de 0,1 a 10 rad/s.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de almacenamiento (a partir de una medición de barrido de frecuencia) de al menos 4 Pa, al menos 9 Pa, al menos 10 Pa o al menos 20 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de almacenamiento (a partir de una medición de barrido de frecuencia) de como máximo 500. Como máximo 800 Pa, o como máximo 1.000 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de almacenamiento (de una medición de barrido de frecuencia) en un intervalo donde las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el módulo de almacenamiento está en el intervalo de 4 a 1.000 Pa, por ejemplo de 10 a 1.000 Pa.
El valor del módulo de pérdida (G") del hidrogel puede ser el valor registrado a 37 °C de una medición de barrido de amplitud de deformación y es el valor tomado a un valor de deformación en el intervalo de 0,1 a 100 %, por ejemplo en el intervalo de 0,1 a 10 %.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de pérdida (de una medición de barrido de amplitud de deformación) de al menos 5 Pa, al menos 10 Pa o al menos 20 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de pérdida (de una medición de barrido de amplitud de deformación) de como máximo 200 Pa, como máximo 500 Pa o como máximo 1.000 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de pérdida (de una medición de barrido de amplitud de deformación) en un intervalo donde las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el módulo de pérdida está en el intervalo de 10 a 1.000 Pa, por ejemplo de 20 a 1.000 Pa.
Como alternativa, el valor del módulo de pérdida del hidrogel puede ser el valor registrado a 37 °C a partir de una medición de barrido de frecuencia y es el valor tomado a un valor de frecuencia en el intervalo de 0,1 a 100 rad/s, por ejemplo en el intervalo de 0,1 a 10 rad/s.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de pérdida (de una medición de barrido de frecuencia) de al menos 1 Pa, al menos 5 Pa, al menos 10 Pa o al menos 20 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de pérdida (de una medición de barrido de frecuencia) de como máximo 200 Pa, como máximo 500 Pa o como máximo 1.000 Pa.
En una realización, el hidrogel tiene un módulo de pérdida (de una medición de barrido de frecuencia) en un intervalo donde las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el módulo de pérdida está en el intervalo de 1 a 1.000 Pa, por ejemplo de 10 a 500 Pa.
En una realización, el módulo de almacenamiento y/o el valor del módulo de pérdida es sustancialmente el mismo en todo el intervalo de deformación de 0,1 a 100 %, de 0,1 a 10 % o de 1 a 10 %. Los presentes inventores han descubierto que los hidrogeles de la invención tienen una región viscoelástica lineal extremadamente amplia. Solo cuando el contenido de polímero total en el hidrogel es alto (por ejemplo, a 1,5 % en peso o más), el hidrogel comienza a mostrar una desviación de la viscoelasticidad lineal, por ejemplo a un valor de deformación del 10 % o más.
En una realización, el módulo de pérdida no es mayor que el módulo de almacenamiento para cualquier valor de frecuencia en el intervalo de 0,1 a 100 rad/s para un hidrogel analizado por medición de barrido de frecuencia a 37 °C. Por tanto, el módulo de almacenamiento para los hidrogeles es dominante.
En una realización, los cambios en los valores de almacenamiento y pérdida con cambio en la frecuencia (en un experimento de barrido de frecuencia) son sustancialmente los mismos. Por consiguiente, se puede decir que los módulos de almacenamiento y pérdida son paralelos. La naturaleza paralela de los valores del módulo es evidente en un experimento de barrido de frecuencia, donde la deformación (como %) y el módulo (como Pa) se expresan en una escala logarítmica. Tal como se muestra en la Figura 2 del presente caso.
Cuando se registra una medición de barrido de amplitud de deformación, la frecuencia se puede establecer en 10 rad/s.
Cuando se registra una medición de barrido de frecuencia, la amplitud de deformación puede establecerse en 5 % de deformación. Como alternativa, la amplitud de deformación puede establecerse en 10 % de deformación. El experto elegirá un valor de deformación que sea apropiado para el material en investigación. El experto comprenderá que los valores de deformación se seleccionan de manera que los barridos de frecuencia se realicen en las regiones viscoelásticas lineales para el material.
El valor de tan 8 del hidrogel se registra a 37 °C a partir de una medición de barrido de frecuencia y es el valor tomado a un valor de frecuencia en el intervalo de 1 a 100 rad/s. En una realización, el hidrogel tiene un valor de tan 8 (de una medición de barrido de frecuencia) de al menos 0,1, al menos 0,2 o al menos 0,3.
En una realización, el hidrogel tiene un valor de tan 8 (de una medición de barrido de frecuencia) de como máximo 0,4, como máximo 0,5 o como máximo 1,0.
En una realización, el hidrogel tiene un valor de tan \ delta (de una medición de barrido de frecuencia) en un intervalo en el que las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el valor de tan 8 está en el intervalo de 0,1 a 0,5, por ejemplo de 0,2 a 0,5.
Como alternativa, el valor de tan 8 puede ser el valor registrado a 37 °C de una medición de barrido de amplitud de deformación y es el valor tomado a un valor de deformación en el intervalo de 0,1 a 10 %.
En una realización, el hidrogel tiene un valor de tan 8 (de una medición de barrido de amplitud de deformación) de al menos 0,1, al menos 0,2 o al menos 0,4.
En una realización, el hidrogel tiene un valor de tan 8 (de una medición de barrido de amplitud de deformación) de como máximo 0,5, como máximo 0,1 o como máximo 2,0.
En una realización, el hidrogel tiene un valor de tan 8 (de una medición de barrido de amplitud de deformación) en un intervalo en el que las cantidades mínima y máxima se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el valor de tan 8 está en el intervalo de 0,1 a 0,5, por ejemplo de 0,2 a 0,4.
En una realización, el valor de tan 8 es sustancialmente el mismo en el intervalo de deformación de 0,1 a 100 %, de 0,1 a 10 % o de 1 a 10 %.
Los inventores han descubierto que los hidrogeles de la invención son altamente elásticos y han registrado valores de tan 8 de aproximadamente 0,3, medido a partir de una medición de barrido de frecuencia.
Los hidrogeles de la invención pueden calentarse sin pérdida significativa de integridad mecánica.
En una realización, un hidrogel calentado a una temperatura de 30 °C, 40 °C, 50 °C o 60 °C tiene una viscosidad compleja de 1 Pa s o más.
En una realización, un hidrogel calentado a una temperatura de 30 °C, 40 °C, 50 °C o 60 °C tiene una viscosidad compleja de 2 Pa s o más.
En una realización, un hidrogel calentado a una temperatura de 30 °C, 40 °C, 50 °C o 60 °C tiene un valor de tan 8 de 0,30 o menos.
En una realización, un hidrogel calentado a una temperatura de 30 °C, 40 °C, 50 °C o 60 °C tiene un valor de tan 8 de 0,35 o menos.
En una realización, un hidrogel calentado a una temperatura de 30 °C, 40 °C, 50 °C o 60 °C tiene un valor de tan 5 de 0,40 o menos.
Los valores complejos de viscosidad y de tan establecidos anteriormente pueden registrarse en una prueba dinámica de barrido de temperatura oscilatoria.
A medida que aumenta la temperatura del hidrogel, las propiedades del material a granel generalmente disminuyen, como el complejo de asociación, por ejemplo para una red basada en complejos ternarios de cucurbiturilo, la constante de asociación disminuye.
Los hidrogeles de la presente invención tienen excelentes características de reforma cuando se deforman. Un hidrogel que está expuesto a una velocidad de cizallamiento de alta magnitud, por ejemplo, ciuando Y es 500 s-1, se reensambla rápida y completamente. Por consiguiente, las propiedades de viscosidad originales del hidrogel original se pueden volver a obtener al volver a montar el hidrogel después de la perturbación.
En una realización, una propiedad reológica del hidrogel permanece sustancialmente igual después de al menos un ciclo de deformación y reensamblaje, como dos ciclos de deformación y reensamblaje. La propiedad reológica puede ser una o más propiedades seleccionadas del grupo que consiste en una viscosidad compleja, módulos de almacenamiento, módulo de pérdida y tan 5.
La respuesta del hidrogel al ciclo de deformación demuestra la resistencia de una red basada en cucurbiturilo para formar reversiblemente estructuras de hidrogel fuertes.
Las propiedades físicas de un hidrogel, como se ha descrito anteriormente puede referirse a un hidrogel que no contiene un componente. En otras realizaciones, las propiedades pueden referirse al hidrogel que contiene un componente, aunque esto es menos preferido.
En una realización, el hidrogel tiene una longitud de correlación en el intervalo de 150 a 250 A, tal como de 170 a 230 A, tal como de 180 a 220 A. Estos valores pueden obtenerse mediante una combinación de los modelos Debye-Bueche y Ornstein-Zerniche, tal como se describe en el presente documento.
En una realización, la longitud de correlación de la estructura de hidrogel congelada, E, está en el intervalo de 500 a 1.000 A, tal como de 600 a 900 A. Estos valores pueden obtenerse de los resultados de un análisis SANS, tal como se describe a continuación.
Los valores de longitud de correlación normalmente difieren de los indicados en otras partes para otras estructuras de gel polimérico. Sin embargo, se cree que esta diferencia se debe a las cantidades de polímero totales inusualmente bajas que se usan normalmente en los hidrogeles de la presente invención. Los valores de longitud de correlación son consistentes con el tamaño de malla calculado, que se basa en las distancias entre la funcionalidad de la molécula huésped a lo largo de un polímero.
En una realización, el hidrogel es transparente a la luz y tiene una longitud de onda en el intervalo visible, por ejemplo, una longitud de onda en el intervalo de 380 a 740 nm.
Generalmente, la forma, las dimensiones y el volumen del hidrogel no están particularmente limitados.
En una realización, el hidrogel tiene una sección transversal mayor de 100 cm como máximo, como máximo 50 cm, como máximo 35 cm, como máximo 10 cm.
En una realización, el hidrogel tiene una sección transversal más pequeña de al menos 100 nm, al menos 1,0 pm al menos 10 pm, al menos 100 pm, al menos 1 mm o al menos 10 mm.
En una realización, el hidrogel tiene una sección transversal en el que los valores mínimo y máximo se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, el hidrogel tiene una sección transversal en el intervalo de 1 mm a 10 cm.
Las dimensiones y la forma del hidrogel pueden estar dictadas por las dimensiones del recipiente en el que se forma el hidrogel. Por ejemplo, se puede obtener un hidrogel que tiene una sección transversal más grande de aproximadamente 1 cm a partir de una composición que puede formar complejos contenida en un vial, tal como un vial de 15 x 45 mm. Los ejemplos de hidrogeles formados en tales viales se ilustran en el presente documento. En una realización, se puede obtener un hidrogel de la invención mediante los métodos para la preparación de hidrogeles como se describe en el presente documento.
El hidrogel no es una cápsula supramolecular. Dichas cápsulas tienen una cubierta que es una red reticulada supramolecular. Una cápsula tiene una cavidad interna sustancial que está libre de la red reticulada supramolecular. Los hidrogeles de la invención no toman la forma de una cápsula. Los hidrogeles de la invención tienen una extensa red de polímeros inter e intraligados. Esta red no proporciona cavidades internas sustanciales que estén libres de la red reticulada supramolecular. Los hidrogeles de la invención pueden distinguirse además de las cápsulas supramoleculares en virtud de sus propiedades reológicas beneficiosas, tales como las propiedades descritas anteriormente.
Complejo
El hidrogel es una red que se mantiene unida por una esposas supramoleculares. El complejo que forma esta esposas supramoleculares se basa en un cucurbiturilo que aloja un huésped (complejo binario) o dos huéspedes (complejo ternario). El cucurbiturilo forma un enlace no covalente con cada huésped. Los presentes inventores han establecido que los complejos de cucurbiturilo se forman fácilmente y proporcionan enlaces no covalentes robustos entre los bloques componentes del polímero. La formación del complejo es tolerante a muchas funcionalidades dentro de los polímeros. Uno de los presentes inventores ha demostrado que las redes de polímeros, incluyendo un hidrogel básico, puede prepararse usando una esposa de cucurbiturilo. Sin embargo, hasta ahora, no se ha descrito la formación de hidrogeles basados en cucurbiturilo que tengan características físicas útiles. Aparentemente, tampoco se ha descrito la formación de hidrogeles basados en cucurbiturilo que sean capaces de contener un componente.
Como se ha señalado anteriormente, el complejo de cucurbiturilo con uno o dos huéspedes es el enlace no covalente que une y/o entrelaza los polímeros a una red de material supramolecular.
En una realización, el hidrogel es una red que tiene una pluralidad de complejos, en los que cada complejo comprende cucurbiturilo que aloja una primera molécula huésped y una segunda molécula huésped. Las moléculas huésped primera y segunda están unidas covalentemente a un primer polímero o a un primer polímero y un segundo polímero.
Cuando el complejo comprende dos huéspedes dentro de la cavidad de cucurbiturilo, la constante de asociación, Ka , para dicho complejo es de al menos 103 M-2, al menos 104 M-2, al menos 105 M-2, al menos 106 M-2, al menos 107 M-2 , al menos 108 M-2, al menos 109 M-2, al menos 1010 M-2, al menos 1011 M-2 o al menos 1012 M-2.
Cuando un cucurbiturilo alberga dos moléculas huésped, las moléculas huésped pueden ser iguales o diferentes. Un cucurbiturilo que es capaz de albergar dos moléculas huésped también puede ser capaz de formar un complejo binario estable con un solo huésped. Se cree que la formación de un complejo hospedador-huésped ternario se realiza a través de un complejo binario intermedio. Dentro de un hidrogel de la invención, puede estar presente un complejo binario formado entre una molécula huésped y un cucurbiturilo. El complejo binario puede considerarse como un complejo ternario parcialmente formado que aún no ha formado un enlace no covalente con otra molécula huésped.
En una realización, el hidrogel es una red que tiene una pluralidad de complejos, en el que cada complejo comprende cucurbiturilo que aloja una molécula huésped y cada cucurbiturilo está unido covalentemente a al menos otro cucurbiturilo. Las moléculas huésped están unidas covalentemente a un primer polímero o a un primer polímero y un segundo polímero.
Cuando el complejo comprende un huésped dentro de la cavidad de cucurbiturilo, la constante de asociación, Ka , para dicho complejo es de al menos 103 M-1, de al menos 1014 M-1, de al menos 105 M-1, de al menos 106 M-1, de al menos 107 M-1, de al menos 108 M-1, de al menos 109 M-1, de al menos 1010 M-1, de al menos 1011 M-1 o de al menos 1012 M-1.
En una realización, el huésped es un compuesto capaz de formar un complejo que tiene una contante de asociación en el intervalo de 104 a 107 M-1.
En una realización, la formación del complejo es reversible. La separación de un huésped del hospedador cucurbiturilo, por lo tanto para cortar un enlace o reticulación con un polímero, puede denominarse descomplejación. El descomplejación del complejo para separar al huésped o huéspedes puede producirse en respuesta a un estímulo externo, incluyendo, por ejemplo, un compuesto huésped competidor, luz, un agente oxidante o reductor, el potencial electroquímico y cambios de temperatura entre otros. Tal descomplejación puede inducirse para proporcionar poros adicionales o más grandes en el hidrogel a través de los cuales puede pasar un componente que se mantiene en el hidrogel. La descomplejación también se puede utilizar para interrumpir toda la red y provocar la descomposición del hidrogel.
Como se describe en el presente documento, un huésped competitivo para su uso en la descomplejación de una red basada en CB[8] es 2,6-dihidroxinaftaleno o tolueno. El huésped competidor puede usarse en exceso a la cantidad (cantidad molar) de moléculas huésped presentes en los polímeros de la red. En una realización, el huésped competitivo tiene una constante de asociación más alta que un huésped del complejo.
En otras realizaciones, la descomplehación de la red y, por lo tanto, del hidrogel, se logra mediante la oxidación o reducción de un huésped en un complejo. El cambio en el estado de oxidación de un huésped puede lograrse usando un agente químico oxidante o reductor, o la aplicación de un potencial electroquímico. Como se describe en el presente documento, un complejo que comprende un viológeno, tal como un metil viológeno, puede descomplejarse por tratamiento con un agente reductor, tal como un ditionito.
En una realización, la reacción de descomplejación es reversible. Por consiguiente, un hidrogel puede convertirse a viscosidad baja, forma descomplejada, luego volvió a una alta viscosidad, forma de hidrogel, según sea apropiado, que puede ser igual o diferente al hidrogel original.
Estructura de red
Como se ha señalado anteriormente, los hidrogeles de la presente invención se basan en una red que se forma a partir de la formación de complejos de cucurbiturilo, como hospedador, junto con un huésped (complejo binario) o dos huéspedes (complejo ternario). El huésped o huéspedes están unidos covalentemente a polímeros, que proporcionan la estructura de red bruta. La naturaleza de la red depende de la forma del complejo utilizado (binario o terciario), que a su vez se basa en el cucurbiturilo y los huéspedes empleados. El número y la naturaleza del polímero también es relevante.
Se proporcionan dos tipos de red. El primer tipo se basa en la formación de una pluralidad de complejos ternarios, comprendiendo cada complejo un hospedador cucurbiturilo con una primera molécula huésped y una segunda molécula huésped. El segundo tipo se basa en la formación de una pluralidad de complejos binarios, comprendiendo cada complejo un hospedador cucurbiturilo con una primera molécula huésped. En este segundo tipo, cada cucurbiturilo está unido covalentemente al menos a otro cucurbiturilo. Estos tipos de red pueden combinarse dentro de un hidrogel de la invención.
Cuando un polímero está provisto de una pluralidad de moléculas huésped, no es necesario que todas las moléculas huésped participen en un complejo con cucurbiturilo. Cuando la red se basa en la unión entre estructuras ternarias, una molécula huésped de un bloque componente (polímero) puede estar en un complejo binario con un cucurbiturilo. El complejo binario puede considerarse como un complejo ternario parcialmente formado que aún no se ha combinado con una molécula huésped adicional para generar la forma ternaria.
A lo largo de la descripción se hacen referencias a un polímero, un primer polímero y un segundo polímero. Se entiende que una referencia a tal es una referencia a una colección de los polímeros individuales, etc., que son los bloques componentes (polímeros). Cuando se hace referencia a una molécula de polímero individual, el término sencillo se usa en referencia a los bloques componentes, por ejemplo un primer polímero sencillo.
Las redes que se describen a continuación son las redes básicas que se pueden obtener de las composiciones descritas. Se entiende que la presente invención se extiende a redes más complejas que se pueden obtener a partir de composiciones que comprenden polímeros adicionales.
Red de complejos ternarios basados en cucurbiturilo
Esta red se puede obtener de la formación de complejos de una primera molécula huésped y una segunda molécula huésped junto con un hospedador cucurbiturilo. Las moléculas huésped pueden proporcionarse en uno o dos (o más) polímeros como se describe a continuación. Como se describe en el presente documento, se puede formar una red usando solo un polímero. Ese polímero puede tener moléculas huésped que son diferentes (el primer y el segundo huésped no son iguales) o el mismo (el primer y el segundo huésped son iguales).
En una realización, se puede obtener una red a partir de la formación de complejos de una composición que comprende un cucurbiturilo, un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo y un segundo polímero unido covalentemente a una pluralidad de segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en el que una primera molécula huésped y una segunda molécula huésped junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario.
El complejo ternario sirve para unir de forma no covalente el primer y el segundo polímero. Un primer polímero único puede formar una pluralidad de enlaces no covalentes a una pluralidad de segundos polímeros. De forma similar, un segundo polímero sencillo puede formar una pluralidad de enlaces no covalentes a una pluralidad de primeros polímeros. De esta manera, se establece una red de material.
Se observa que en algunas realizaciones, la primera y segunda moléculas huésped pueden ser idénticas. Por lo tanto, el primer y segundo polímeros pueden diferir en sus composiciones. En algunas realizaciones, el primer y segundo polímeros pueden ser idénticos. En este caso, la primera y la segunda molécula huésped son diferentes.
A continuación se muestra una estructura esquemática de una red básica formada entre cucurbiturilo, un primer polímero sencillo y dos segundos polímeros sencillos. En los esquemas incluidos en este texto, las moléculas huésped se representan como rectángulos que están unidos covalentemente (línea vertical) a un bloque componente (línea horizontal). La línea vertical puede representar un enlace covalente directo o un conector al polímero.
En el siguiente esquema, algunas de las primeras moléculas huésped (rectángulos no sombreados) del primer polímero están en complejo con los hospedadores cucurbiturilo (barriles) y las segundas moléculas huésped (rectángulos sombreados) de los segundos polímeros.
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Es evidente que no todas las moléculas huésped presentes necesitan participar en un complejo en la red final. Cada uno de los polímeros primero y segundo puede formar complejos con otros polímeros segundo y primero respectivamente. Las moléculas huésped están sombreadas para facilitar su comprensión. Sin embargo, como se explica en el presente documento, las moléculas huésped del primer y segundo bloques componentes pueden ser las mismas.
En una realización alternativa, se puede obtener una red a partir de la formación de complejos de una composición que comprende un cucurbiturilo y un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo y una pluralidad de segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en el que una primera y una segunda molécula huésped junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedadorhuésped ternario. Como se ha señalado anteriormente, la primera y segunda moléculas huésped pueden ser iguales o diferentes.
El complejo ternario sirve para unir y/o interrelacionar de forma no covalente el primer polímero. Un primer polímero único puede formar una pluralidad de enlaces no covalentes a una pluralidad de otros primeros polímeros. Además, o como alternativa, un primer polímero sencillo puede formar una pluralidad de enlaces no covalentes consigo mismo, para reticular de este modo el primer bloque componente sencillo. Como antes, la primera y segunda moléculas huésped pueden ser idénticas.
A continuación se muestra una estructura esquemática de una red básica formada entre cucurbiturilo y dos primeros polímeros individuales, cada uno con una pluralidad de moléculas huésped primera y segunda. Algunas de las primeras moléculas huésped (rectángulos sin sombrear) del primer polímero están en complejo con los hospedadores cucurbiturilo (barriles) y las segundas moléculas huésped (rectángulos sombreados) de otro primer polímero. Puede verse en la red ilustrada que un primer bloque componente puede formar complejos intramoleculares, reticulando de este modo un primer polímero sencillo.
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Es evidente que no todas las moléculas huésped presentes necesitan participar en un complejo en la red final. Cada uno de los primeros bloques componentes puede formar complejos con otro primer polímero, o con otras partes del mismo polímero. Como se explica en el presente documento, la primera y la segunda moléculas huésped pueden ser iguales.
Opcionalmente, la composición comprende además un segundo polímero unido covalentemente a una o más terceras moléculas huésped de cucurbiturilo, una o más moléculas cuartas moléculas huésped de cucurbiturilo o ambas, en la que una tercera y una cuarta molécula junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario, o las moléculas huésped primera y cuarta junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario, o las moléculas huésped segunda y tercera juntas con cucurbiturilo son adecuados para formar un complejo hospedador-huésped ternario.
Cuando el segundo polímero está provisto de una pluralidad de moléculas huésped tercera y cuarta, el complejo ternario sirve para unir y/o interrelacionar no covalentemente el segundo polímero. Un solo segundo polímero puede formar una pluralidad de enlaces no covalentes a una pluralidad de otro segundo polímero. Además, o como alternativa, un segundo polímero sencillo puede formar uno o más enlaces no covalentes consigo mismo, de ese modo para reticular el segundo polímero sencillo.
Las moléculas huésped tercera y cuarta pueden ser adecuadas para formar complejos con las moléculas huésped primera y segunda del primer polímero. En una realización, la primera y la tercera molécula huésped son iguales. En una realización, las moléculas huésped segunda y cuarta son iguales. En esta ocasión, el complejo ternario sirve para unir no covalentemente el primer y el segundo polímeros, por ejemplo a través de un complejo de las moléculas huésped primera y cuarta y/o a través de un complejo de las moléculas huésped segunda y tercera.
Por consiguiente, un primer polímero único puede formar una pluralidad de enlaces no covalentes a una pluralidad de segundos polímeros. De forma similar, un segundo polímero sencillo puede formar una pluralidad de enlaces no covalentes con una pluralidad de primeros polímeros. De esta manera, se establece una red de material. Los polímeros también pueden formar enlaces intermoleculares no covalentes como se ha descrito previamente.
Cuando un segundo polímero está unido covalentemente a una o más terceras moléculas huésped o una o más cuartas moléculas huésped, las moléculas primera y cuarta junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario, y las moléculas segunda y tercera junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario. Por consiguiente, el complejo ternario sirve para unir no covalentemente el segundo polímero al primer polímero.
A continuación se muestra una estructura esquemática de una red básica formada entre cucurbiturilo, tres primeros bloques componentes sencillos, cada uno con una pluralidad de moléculas huésped primera y segunda, y dos segundos bloques componentes, cada uno con una pluralidad de moléculas huésped tercera y cuarta. Algunas de las primeras moléculas huésped (rectángulos no sombreados) del primer bloque componente están en complejo con los hospedadores cucurbiturilo (barriles) y las segundas moléculas huésped (rectángulos sombreados) de otro primer bloque componente. Algunas de las terceras moléculas huésped (rectángulos parcialmente sombreados) del segundo bloque componente están en complejo con los hospedadores cucurbiturilo (barriles) y las cuarta moléculas huésped (rectángulos discontinuos) de otro segundo bloque componente. La primera molécula huésped del primer bloque componente está en complejo con un hospedador cucurbiturilo y una cuarta molécula huésped (rectángulos discontinuos) de un segundo bloque componente. Una segunda molécula huésped del primer bloque componente está en complejo con un hospedador cucurbiturilo y una tercera molécula huésped de un segundo bloque componente.
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Las moléculas huésped primera y tercera pueden ser iguales. Las moléculas huésped segunda y cuarta pueden ser iguales.
Red de complejos binarios basada en una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente
Esta red se puede obtener de la formación de complejos de una primera molécula invitada con un hospedador cucurbiturilo, en el que el hospedador está unido covalentemente a uno o más cucurbiturilos. Las moléculas huésped pueden proporcionarse en uno o dos (o más) polímeros como se describe en el presente documento.
Los cucurbiturilos unidos covalentemente sirven para unir moléculas de polímero a través de la pluralidad de complejos que se forman dentro de cada uno de los cucurbiturilos unidos covalentemente.
A continuación se muestra una estructura esquemática de una red básica formada entre una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente y dos primeros polímeros sencillos, cada uno con una pluralidad de primeras moléculas huésped. Algunas de las primeras moléculas huésped (rectángulos sin sombrear) de cada uno de los primeros polímeros están en un complejo binario con hospedadores cucurbiturilo (barril). Los cucurbiturilos están unidos covalentemente, para formar de este modo un enlace entre cada uno de los primeros bloques componentes. Los cucurbiturilos pueden estar unidos covalentemente a través de un polímero.
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Es evidente que no todas las moléculas huésped presentes necesitan participar en un complejo en la red final. Cada uno de los primeros bloques componentes sencillos puede formar complejos con otros primeros polímeros respectivamente, o puede formar un entrecruzamiento intramolecular con otra porción del mismo polímero. Como se explica en el presente documento, las moléculas huésped del primer y segundo polímero pueden ser iguales. En el esquema anterior, uno de los primeros polímeros puede reemplazarse con un segundo polímero que está unido covalentemente a una segunda molécula huésped. La segunda molécula huésped es una que es capaz de formar un complejo binario con el cucurbiturilo. La segunda molécula huésped puede ser la misma que la primera molécula huésped.
En el esquema se muestran dos cucurbiturilos unidos entre sí. La presente invención abarca el uso de sistemas en los que más de dos cucurbiturilos están unidos entre sí. Por ejemplo, múltiples cucurbiturilos pueden pender de un polímero, tal como un polímero descrito en el presente documento.
Red de complejos ternarios basadosen una pluralidad de cucurbiturilos covalentemente unidos
Será evidente a partir de la descripción de las redes anteriores, que cada uno de los hospedadores cucurbiturilo en la pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente puede ser adecuado para formar complejos ternarios. Por consiguiente, la pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente puede usarse en lugar del cucurbiturilo descrito para su uso en la red de complejos ternarios basados en cucurbiturilo.
A continuación se muestra un esquema estructural de una red básica formada entre una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente, dos primeros polímeros sencillos, cada uno con una pluralidad de primeras moléculas huésped, y dos segundos polímeros sencillos, cada uno con una pluralidad de segundas moléculas huésped. Algunas de las primeras moléculas huésped (rectángulos sin sombrear) del primer polímero están en un complejo terciario con un hospedador cucurbiturilo (barril) y las segundas moléculas huésped (rectángulos sombreados) del segundo polímero. Los cucurbiturilos están unidos, para formar de ese modo un enlace entre cada uno de los polímeros primero y segundo.
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Como antes, la primera y la segunda moléculas huésped pueden ser iguales. Cada uno de los polímeros primero y segundo puede formar complejos con otros polímeros segundo y primero respectivamente. Otras permutaciones son posibles, por ejemplo, en las que la pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente tiene más de dos cucurbiturilos.
Otras redes
Anteriormente se describen las redes básicas de la invención que se obtienen o pueden obtener de las composiciones descritas. Para un experto en la materia será claro que las composiciones descritas pueden incluir bloques componentes adicionales, por ejemplo tercer y cuarto polímeros, cada uno vinculado a una o más moléculas huésped de cucurbiturilo. La presente invención también cubre redes que comprenden una mezcla de cualquiera de las redes descritas anteriormente. Tales se pueden obtener de composiciones que comprenden una selección apropiada de cucurbiturilo, cucurbiturilos unidos covalentemente, primer polímero y segundo polímero, según corresponda.
La invención también se refiere a una red que comprende diferentes cucurbiturilos. Se pueden elegir diferentes cucurbiturilos para obtener una red basada en complejos ternarios y binarios. Se pueden elegir diferentes cucurbiturilos para generar redes que resulten de la formación de complejos selectiva de cada cucurbiturilo para diferentes moléculas huésped, que puede estar presente en el mismo o diferentes polímeros.
Cucurbiturilo
La presente invención proporciona el uso de cucurbiturilo como esposas supramoleculares para unir y/o reticular polímeros. El cucurbiturilo puede usarse para formar complejos ternarios con la primera y segunda moléculas huésped presentes en uno o más polímeros. La formación de tales complejos une moléculas de polímero individuales para formar una red de material. Junto con agua, esta red forma el hidrogel.
Trabajos recientes han demostrado que los compuestos de cucurbiturilo tienen una alta biocompatibilidad in vitro e in vivo y tienen una toxicidad extremadamente baja (véase Uzunova et al. Org. Biomol. Chem. 2010, 8, 2037-2042). Por consiguiente, cuando se usan junto con componentes poliméricos no tóxicos, los presentes hidrogeles también son adecuados para su uso en sistemas biológicos.
En una realización, el cucurbiturilo es capaz de formar un complejo ternario. Por ejemplo, CB[8], es capaz de formar un complejo ternario. Como también lo son los compuestos CB[9], CB[10], CB[11] y CB[12].
En una realización, el cucurbiturilo es capaz de formar un complejo binario. Por ejemplo, CB[7], es capaz de formar un complejo ternario. Como también lo es CB[8] con la molécula huésped adecuada.
En una realización, el cucurbiturilo es un compuesto CB[8], CB[9], CB[10], CB[11] o CB[12].
En una realización, el cucurbiturilo es un compuesto CB[8].
Las referencias a un compuesto de cucurbiturilo son referencias a variantes y derivados del mismo.
En una realización, el compuesto de cucurbiturilo tiene una solubilidad de al menos 0,01 mg/ml, al menos 0,02 mg/ml, al menos 0,05 mg/ml o al menos 0,10 mg/ml.
En una realización, la solubilidad se refiere a la solubilidad acuosa.
Cucurbit[8]urilo (CB[8]; CAS 259886-51-6) es una molécula contenedor en forma de barril que tiene ocho unidades de glicolurilo repetidas y un tamaño de cavidad interna de 479A3 (véase a estructura a continuación). CB[8] se sintetiza fácilmente utilizando técnicas estándar y está disponible comercialmente (por ejemplo, Sigma-Aldrich, MO, EE.UU.).
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En otros aspectos de la invención, Se proporcionan variantes de CB[8] y encuentran uso en los métodos descritos en el presente documento.
Una variante de CB[8] puede incluir una estructura que tiene una o más unidades repetidas que son estructuralmente análogas al glicolurilo. La unidad de repetición puede incluir una unidad de etilurea. Cuando todas las unidades son unidades de etilurea, la variante es un hemicucurbiturilo. La variante puede ser un hemocucurbit[12]urilo (que se muestra a continuación, véase también Lagona et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4844).
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En otros aspectos de la invención, se proporcionan derivados de cucurbiturilo y encuentran uso en los métodos descritos en el presente documento. Un derivado de un cucurbiturilo es una estructura que tiene una, dos, tres, cuatro o más unidades de glicolurilo sustituido. Un compuesto de cucurbiturilo sustituido puede estar representado por la siguiente estructura:
Figure imgf000020_0003
en la que:
n es un entero de al menos 5;
y para cada unidad de glicolurilo
cada X es O, S o NR3, y
-R1 y -R2 se selecciona de forma independiente cada uno de entre -H y los siguientes grupos opcionalmente sustituidos: -R3, -OH, -OR3, -COOH, -COOR3 , -NH2, -NHR3 y -N(R3)2, donde -R3 se selecciona independientemente de entre alquilo C1-20, carboarilo C6-20 y heteroarilo C5-20 o donde -R1 y/o -R2 es -N(R3)2, ambos -R3 juntos forman un anillo heterocíclico C5-7; o juntos -R1 y -R2 son alquileno C4-6 que forma un anillo carbocíclico C6-8junto con el marco de uracilo.
En una realización, una de las unidades de glicolurilo es una unidad de glicolurilo sustituido. Por consiguiente, -R1 y -R2 son cada uno de forma independiente -H para n-1 de las unidades de glicourilo.
En una realización, n es 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12.
En una realización, n es 5, 6, 7, 8, 10 o 12.
En una realización, n es 8, 10 o 12.
En una realización, n es 8.
En una realización, n es 7.
En una realización, cada X es O.
En una realización, cada X es S.
En una realización, R1 y R2 son cada uno independientemente H.
En una realización, para cada unidad, uno de R1 y R2 es H y el otro se selecciona independientemente de -H y los siguientes grupos opcionalmente sustituidos: -R3, -OH, - o R 3 , -COOH, -COOR3 , -NH2, -NHR3 y -N(R3)2. En una realización, para una unidad, uno de R1 y R2 es H y el otro se selecciona independientemente de -H y los siguientes grupos opcionalmente sustituidos: -R3, - O h , -OR3, -COOH, -COOR3 , -NH2, -NHR3 y -N(R3)2. En esta realización, las unidades de glicolurilo restantes son tales que R1 y R2 son cada una de forma independiente H.
Preferentemente, -R3 es alquilo C1-20, más preferentemente, alquilo C1-6. El grupo alquilo C1-20 puede ser lineal y/o saturado. Cada grupo -R3 puede estar de forma independiente no sustituido o sustituido. Los sustituyentes preferidos se seleccionan de: -R4, -OH, -OR4, -SH, -SR4, -COOH, -COOR4 , -NH2, -NHR4 y -N(R4)2, en la que -R4 se selecciona de alquilo C1-20, carboarilo C6-20 y heteroarilo C5-20. Los sustituyentes se pueden seleccionar independientemente de -COOH y -COOR4.
En algunas realizaciones, -R4 no es igual que -R3. En algunas realizaciones, -R4 está, preferentemente, no sustituido.
Cuando -R1 y/o -R2 es -OR3, -NHR3 o -N(R3)2, -R3 es, preferentemente, alquilo C1-6. En algunas realizaciones, -R3 está sustituido con un sustituyente -OR4, -NHR4 o -N(R4)2. Cada -R4 es alquilo C1-6 y está en sí mismo preferentemente sustituido.
En algunas realizaciones de la invención, se proporciona el uso de una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente. Tales cucurbiturilos unidos covalentemente son adecuados para formar redes basadas en la formación de complejos del cucurbiturilo con moléculas huésped de un bloque componente (polímero). Los complejos formados pueden ser complejos ternarios o binarios.
Un cucurbiturilo puede estar unido covalentemente a otro cucurbiturilo a través de un grupo conector que es un sustituyente en la posición R1 o R2 en una de las unidades de glicolurilo en el cucurbiturilo como se representa en la estructura mostrada anteriormente. No existen limitaciones particulares en el enlace covalente entre los cucurbiturilos. El conector puede estar en forma de un grupo alquileno simple, un grupo polioxialquileno o un polímero, tal como un polímero descrito en el presente documento (en ausencia de la funcionalidad del huésped). Cuando el conector es una molécula polimérica, los cucurbiturilos pueden estar pendientes de ese polímero. Cuando los cucurbiturilos están unidos covalentemente por un polímero, ese polímero puede tener las características de los polímeros descritos en el presente documento. Por ejemplo, el polímero puede tener un alto peso molecular y el polímero puede ser hidrófilo. Dichas preferencias se exponen a continuación en relación con los polímeros que tienen funcionalidad de huésped.
Polímeros
La red del hidrogel de la invención se forma a partir de la formación de complejos de uno o más polímeros con esposas de cucurbiturilo. Cada polímero está provisto de una funcionalidad de huésped adecuada para interactuar con el huésped de cucurbiturilo.
Algunos de los presentes inventores han descrito previamente hidrogeles que son redes formadas a partir de la formación de complejos de CB[8] con un polímero basado en poliestireno funcionalizado adecuadamente y un polímero basado en poliacrilamida funcionalizado adecuadamente (Appel et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14251­ 14260). El peso molecular de cada polímero es relativamente bajo y la polidispersidad de uno de los polímeros, normalmente el polímero a base de poliestireno, es relativamente alto. Adicionalmente, la funcionalidad de los polímeros es alta.
Los presentes hidrogeles se distinguen de este trabajo anterior al menos por la razón de que uno de los polímeros tiene un alto peso molecular y/o una baja funcionalidad. En algunas realizaciones, la polidispersidad de todos los polímeros en la red es baja. En otras realizaciones, los polímeros presentes en el hidrogel comprenden monómeros que tienen funcionalidad hidroxilo.
Cucurbiturilo se usa como esposas supramoleculares para unir uno o más polímeros. La formación de un complejo de cucurbiturilo con componentes huéspedes adecuados que están unidos a los polímeros forma una red de material. El complejo reticula de forma no covalente un polímero o une de forma no covalente un polímero a otro polímero.
De lo anterior se entiende que el polímero es una entidad que sirve para proporcionar estructura a la red formada. El polímero también sirve como el enlace entre una pluralidad de moléculas huésped y, por lo tanto, también se puede denominar como un conector. En algunas realizaciones, se proporciona un polímero con el fin de introducir una característica física o química deseable en la red formada. Un polímero puede incluir una funcionalidad para ayudar a la detección y caracterización de la red, o para ayudar a la detección y caracterización de un componente que se mantiene en el hidrogel. Dichos polímeros no necesitan necesariamente participar en una reticulación.
Se puede seleccionar un polímero por su peso molecular, polidispersidad, solubilidad y/o sus características mecánicas y físicas.
Un polímero, tal como un primer polímero, está unido covalentemente a una pluralidad de moléculas huésped de cucurbiturilo. Por lo tanto, un bloque componente (polímero) se unirá de forma no covalente a una pluralidad de cucurbiturilos, qué cucurbiturilos se unirán de forma no covalente a otros polímeros, para generar una red de material.
Un polímero, tal como un primer polímero o un segundo polímero, puede estar unido covalentemente a una pluralidad de moléculas huésped de cucurbiturilo. En una realización, un polímero está unido covalentemente a al menos 3, al menos 4, al menos 5, al menos 10, al menos 20, al menos 50, al menos 100, al menos 500, al menos 1.000, al menos 2.000, al menos 5.000 o al menos 10.000 moléculas huésped de cucurbiturilo.
En determinadas realizaciones, se pueden usar polímeros unidos covalentemente a una o más moléculas huésped de cucurbiturilo. Sin embargo, tales polímeros se usan solo en combinación con otros polímeros que están unidos covalentemente a al menos dos moléculas huésped de cucurbiturilo.
El número de moléculas huésped presentes en una molécula polimérica particular puede expresarse como el porcentaje de monómeros presentes en el polímero que están unidos a las moléculas huésped como un total de todos los monómeros presentes en la molécula polimérica. Esto puede denominarse porcentaje de funcionalidad. En una realización, la funcionalidad de una molécula polimérica es al menos 0,1 %, al menos 0,2 %, al menos 0,5 % o al menos 1,0 %.
En una realización, la funcionalidad de una molécula polimérica es como máximo del 20 %, como máximo 15 %, como máximo 10 %, como máximo 7 %, como máximo 5 % o como máximo 2 %.
En una realización, la funcionalidad está en un intervalo donde las cantidades mínimas y máximas se seleccionan de las realizaciones anteriores. Por ejemplo, la funcionalidad está en el intervalo de 1 a 10 %.
El porcentaje de funcionalidad puede determinarse a partir de mediciones de RMN de protones de una muestra de polímero.
En una realización, la red comprende un primer polímero y un segundo polímero. Se pueden proporcionar uno o más polímeros adicionales, teniendo cada uno moléculas huésped, dentro del hidrogel. Estos polímeros adicionales se pueden proporcionar para ajustar aún más las propiedades mecánicas y físicas del hidrogel.
En una realización, el primer polímero está unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped y el segundo polímero está unido covalentemente a una pluralidad de segundas moléculas huésped. La red de hidrogel se forma uniendo el primer polímero al segundo polímero a través de interacciones no covalentes de cucurbiturilo con las moléculas huésped primera y segunda. Esta es una red basada en la formación de complejos ternaria. Opcionalmente, el primer y segundo polímeros pueden estar unidos a moléculas huésped adicionales. En una realización alternativa, el hidrogel comprende un primer polímero. Este primer polímero está unido covalentemente a una pluralidad de moléculas huésped primera y segunda. La red de hidrogel puede formarse uniendo y entrecruzando el primer polímero mediante interacciones no covalentes. Esta es una red basada en la formación de complejos ternaria.
En otra realización, el hidrogel comprende un primer polímero. Este primer polímero está unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped. La red de hidrogel puede formarse uniendo y entrecruzando el primer polímero mediante interacciones no covalentes. Esta es una red basada en la formación de complejos binaria. Opcionalmente, también se puede proporcionar un segundo polímero que está unido covalentemente a una o más segundas moléculas huésped.
Ventajosamente, se puede proporcionar un polímero con cierta funcionalidad para ayudar a la formación del hidrogel, o para mejorar sus propiedades físicas o químicas. Esta funcionalidad se puede proporcionar como polifuncionalidad.
En una realización, el polímero está provisto de funcionalidad para alterar, o, preferentemente mejorar, la interacción de la red con el agua. La funcionalidad puede tomar la forma de un grupo solubilizante, particularmente un grupo solubilizante acuoso, tal como un grupo que comprende la funcionalidad de polietilenglicol. Otros ejemplos incluyen grupos que comprenden funcionalidad amino, hidroxi, tiol y carboxi. En una realización, uno o cada polímero, tal como uno o ambos del primer polímero y el segundo polímero, puede tener funcionalidad hidroxi.
En una realización, el polímero está provisto de funcionalidad para ayudar a la detección o análisis del polímero, y para ayudar a la detección o análisis de la red formada. Ventajosamente, dicha funcionalidad también puede ayudar a la detección de material encapsulado dentro del hidrogel. La funcionalidad puede tomar la forma de un marcador detectable, tal como un marcador fluorescente.
Un polímero está unido a una molécula huésped de cucurbiturilo o moléculas huésped por enlaces covalentes. El enlace covalente puede ser un enlace carbono-carbono, un enlace carbono-nitrógeno o un enlace carbono-oxígeno entre otros. El enlace puede ser parte de un grupo de enlace tal como un éster o una amida, y/o parte de un grupo que comprende una funcionalidad alquileno o alcoxileno.
Cada molécula huésped puede unirse al polímero usando técnicas de enlace químico de rutina. Por ejemplo, las moléculas huésped pueden unirse al polímero mediante: alquilación de un polímero que lleva un grupo saliente apropiado; reacciones de esterificación; reacciones de amidación; reacciones formadoras de éter; metátesis cruzada de olefinas; o reacciones iniciadas por una molécula huésped pequeña en las que una cadena de polímero se desarrolla a partir de una molécula huésped iniciadora. Los polímeros funcionalizados adecuadamente también pueden prepararse a partir de monómeros funcionalizados adecuadamente, que pueden usarse en una composición polimerizable opcionalmente junto con otros monómeros
El presente documento se describen ejemplos de conectores para formar una conexión entre un polímero y una molécula huésped.
En los hidrogeles de la invención, un polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más. En una realización, la red comprende un polímero que tiene un peso molecular (Pm) de 100 kDa o más, 200 kDa o más, 500 kDa o más, 1,0 MDa o más, 1,5 MDa o más, 2,0 MDa o más o 3,0 MDa o más.
En una realización, la molécula de polímero tiene un peso molecular en el intervalo de 50 kDa a 4,0 MDa, tal como 500 kDa a 4,0 MDa, tal como 1,0 MDa a 4,0 MDa.
El peso molecular puede referirse al peso molecular promedio en número o al peso molecular promedio en peso. Los pesos moleculares promedio en número y promedio en peso de un polímero pueden determinarse mediante técnicas convencionales.
Cuando la red comprende primer y segundo polímero, opcionalmente con otros polímeros, uno de los polímeros tiene un peso molecular seleccionado de los valores o intervalos dados anteriormente. Como alternativa, tanto el primero como el segundo polímero, opcionalmente, así como los polímeros adicionales presentes, tienen un peso molecular seleccionado de los valores o intervalos dados anteriormente.
En una realización, un polímero es un polímero polidisperso sintético. Un polímero polidisperso comprende moléculas poliméricas que tienen un intervalo de masas moleculares. El índice de polidispersidad (PDI) (peso molecular promedio en peso dividido por el peso molecular promedio en número) de un polímero polidisperso es mayor que 1, y puede estar en el intervalo de 5 a 20. La polidispersidad de una molécula polimérica puede determinarse mediante técnicas convencionales tales como permeación en gel o cromatografía de exclusión por tamaño.
Particularmente adecuados para su uso en la presente invención son los polímeros que tienen una polidispersidad relativamente baja. Dichos polímeros pueden tener una polidispersidad en el intervalo seleccionado de 1 a 5, 1 a 3, 1 a 2 o 1 a 1,5. Dichos polímeros pueden denominarse de baja o monodispersión en vista de su dispersión relativamente baja. En una realización, un polímero tiene un índice de polidispersidad en el intervalo de 1 a 1,5, tal como de 1 a 1,4, tal como de 1 a 1,3.
La red puede comprender un polímero que tiene un valor de PDI seleccionado de los intervalos dados anteriormente. Cuando hay dos o más polímeros presentes en la red, cada polímero puede tener un valor PDI seleccionado de los intervalos dados anteriormente.
El uso de moléculas poliméricas bajas o monodispersas es particularmente atractivo, como la reactividad de las moléculas individuales es relativamente uniforme, y los productos que resultan de su uso también pueden ser física y químicamente relativamente uniformes, y pueden ser relativamente bajos o monodispersos. Los métodos para la preparación de polímeros bajos o monodispersos son bien conocidos en la técnica e incluyen reacciones de polimerización basadas en la polimerización iniciada por radicales, incluida la polimerización RAFT (transferencia de cadena de fragmentación por adición reversible) (véase, por ejemplo, Chiefari et al. Macromolecules 1998, 31,5559). En una realización, un polímero es hidrofílico.
En una realización, un polímero es soluble en agua.
En una realización, un polímero tiene una solubilidad de al menos 0,5 mg/ml, al menos 1 mg/ml, al menos 5 mg/ml o al menos 10 mg/ml, al menos 20 mg/ml, al menos 50 mg/ml o al menos 100 mg/ml.
En la técnica se conocen muchos polímeros y pueden usarse para producir material de red como se describe en el presente documento. La elección del polímero dependerá de la aplicación particular de la red. Moléculas poliméricas adecuadas incluyen polímeros naturales, tales como proteínas, oligopéptidos, ácidos nucleicos, glucosaminoglucanos o polisacáridos (incluyendo celulosa y formas relacionadas como guar, quitosano quitosano, agarosa y alginato y sus derivados funcionalizados), o polímeros sintéticos, tal como polietilenglicol (PEG), cis-1,4-poliisopreno (PI), poli(met)acrilato, poliestireno, poliacrilamida y alcohol polivinílico. El polímero puede ser un homopolímero. Como alternativa, el polímero puede ser un copolímero en el que las diferentes unidades monoméricas están dispuestas al azar, como alternativa, en bloques o en otra disposición.
La molécula polimérica puede comprender dos o más polímeros naturales y/o sintéticos. Estos polímeros pueden estar dispuestos en una arquitectura lineal, arquitectura cíclica, arquitectura de peine o injerto, arquitectura (hiper)ramificada o arquitectura de estrella.
En una realización, el polímero es un biopolímero.
Las moléculas poliméricas adecuadas incluyen las moléculas poliméricas que tienen características hidrofílicas. Por consiguiente, una parte del polímero, parte que puede referirse a, entre otros, una unidad monomérica, la propia estructura principal, una cadena lateral o un polímero injertado, es hidrofílica. En una realización, la molécula polimérica es capaz de formar enlaces de hidrógeno en un disolvente polar, tal como agua. La molécula polimérica es soluble en agua para formar una fase continua.
Algunos de los polímeros de ejemplo dados anteriormente pueden proporcionarse con una funcionalidad adecuada para proporcionar características hidrofílicas a ese polímero. Algunos de los presentes inventores han descrito previamente el uso de poliestireno funcionalizado y un copolímero de poliestireno en la preparación de un material de hidrogel (véase Appel et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14251-14260). El copolímero de poliestireno es un copolímero con acrilamida, que incluye la funcionalidad hidroxilo.
En una realización, un polímero está provisto de una pluralidad de unidades monoméricas que tienen una funcionalidad seleccionada de hidroxilo, amino, amido, carboxi y sulfonato, incluyendo las formas de sal de los mismos. El grupo amino puede ser un grupo amino terciario o cuaternario. El grupo amida puede ser una amida terciaria.
En una realización, un polímero es un polímero que tiene una pluralidad de unidades monoméricas que contienen hidroxilo. Una unidad de monómero que contiene hidroxilo puede tener uno o más grupos hidroxilo, tales como uno, dos o tres grupos hidroxilo.
En una realización, un polímero es un polímero que tiene una pluralidad de unidades monoméricas que contienen éter de alquilo.
Una unidad de monómero puede tener grupos hidroxilo y de grupos de éter de alquilo presentes. Además, o como alternativa, un polímero puede comprender unidades monoméricas que tienen grupos hidroxilo, unidades monoméricas que tienen grupos de éter de alquilo y/o unidades que tienen grupos hidroxilo y grupos de éter de alquilo.
El éter de alquilo puede ser un éter de alquilo C1-6.
En una realización, sustancialmente todas las unidades de monómero en el polímero tienen un grupo hidroxilo o un grupo éter de alquilo.
En una realización, la fracción molar de las unidades de monómero que contienen hidroxilo o éter de alquilo en un polímero es al menos 0,50, es al menos 0,60, es al menos 0,70, es al menos 0,80, es al menos 0,90 o es al menos 0,95. La fracción molar se refiere al número de unidades de monómero que tienen funcionalidad hidroxilo o éter como una fracción del número total de unidades de monómero en el polímero. La fracción molar se puede obtener utilizando técnicas analíticas estándar, por ejemplo, espectroscopia de RMN.
En una realización, un polímero en la red es un poliol polimérico.
En una realización, un polímero tiene una funcionalidad hidroxilo presente en cada unidad de monómero.
En una realización, cuando hay dos o más polímeros en la red, cada polímero es un poliol polimérico. Por el contrario, las redes descritas en trabajos anteriores por los presentes inventores incluyen solo un polímero que contiene hidroxilo y con mayor frecuencia ningún polímero que contiene hidroxilo.
En una realización, un polímero comprende una pluralidad de unidades monoméricas derivadas de alcohol vinílico. En una realización, un polímero es o comprende un alcohol polivinílico) (PVA). En esta realización, las moléculas huésped pueden estar unidas covalentemente a la cadena principal del polímero a través de la funcionalidad hidroxi. El PVA está fácilmente disponible de fuentes comerciales, a varios pesos moleculares promedio diferentes. El PVA puede funcionalizarse según sea apropiado para incluir la funcionalidad adecuada del huésped.
En una realización, un polímero en la red comprende una pluralidad de unidades de monómero de sacárido.
En una realización, un polímero es o comprende un polisacárido. El polisacárido puede ser celulosa o una forma relacionada, tal como celulosa alquilada, goma guar, quitosano, agarosa y alginato y sus derivados funcionalizados. En esta realización, las moléculas huésped pueden estar unidas covalentemente a la cadena principal del polímero a través de la funcionalidad hidroxilo del polímero, normalmente la funcionalidad del anillo hidroxi.
En una realización, el polisacárido es una celulosa o un derivado funcionalizado.
En una realización, el polisacárido es hidroxietilcelulosa.
En una realización, además o como alternativa a los polisacáridos descritos anteriormente, el polisacárido es carboximetilcelulosa o ácido hialurónico.
En una realización, la red comprende primer y segundo polímeros, en la que el primer polímero es un alcohol polivinílico) y el segundo polímero es un polisacárido.
En una realización, la red comprende solo un primer polímero solo y el primer polímero es un polisacárido, por ejemplo una celulosa, tal como hidroxietilcelulosa, carboximetilcelulosa o ácido hialurónico.
Los polímeros en la red están funcionalizados con moléculas huésped que son adecuadas para interactuar con cucurbiturilo. En algunas realizaciones, un primer polímero está provisto de una pluralidad de primeros huéspedes en donde el primer huésped es adecuado para formar un complejo ternario junto con cucurbiturilo y un segundo huésped de una segunda molécula de polímero. En otra realización, un polímero está provisto con una pluralidad de primer y segundo huéspedes, en el que el primer huésped es adecuado para formar un complejo ternario junto con cucurbiturilo y un segundo huésped del mismo primer polímero (enlace cruzado) o un segundo huésped de otra primera molécula de polímero. En esta realización, el primer y segundo huésped pueden ser iguales o diferentes. Una molécula huésped está conectada covalentemente al polímero. La molécula huésped se puede conectar directamente a la funcionalidad presente en el polímero o la molécula huésped se puede conectar indirectamente a través de un conector a la funcionalidad.
Por ejemplo, la funcionalidad hidroxilo, amino y carboxilo presente en un polímero puede servir como sitios de unión para la molécula huésped o el conector
Los polímeros para su uso en la presente invención pueden obtenerse de fuentes comerciales y estos polímeros pueden funcionalizarse adecuadamente con moléculas huésped usando técnicas estándar de química orgánica. En algunas realizaciones, el polímero es un biopolímero, que pueden provenir de recursos renovables.
En el presente documento se describe un ejemplo de la funcionalización de un polisacárido y un alcohol polivinílico. Como ejemplos del polisacárido, se muestra el uso de carboximetilcelulosa y ácido hialurónico.
En otras realizaciones, un polímero que tiene una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo puede prepararse directamente a partir de una composición polimerizable que comprende monómeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped y monómeros no funcionalizados. La cantidad de huésped en el producto final puede variar mediante cambios apropiados en la concentración de monómero y otras condiciones de reacción, como será evidente para un experto en la materia. Las condiciones de polimerización y los reactivos de polimerización se pueden seleccionar para proporcionar un peso molecular deseado, polidispersidad, solubilidad y/o parámetros mecánicos y físicos.
Un polímero descrito en el presente documento puede funcionalizarse adicionalmente para proporcionar propiedades útiles al polímero y al hidrogel resultante. Por ejemplo, el polímero puede comprender un marcador detectable para ayudar a la detección y análisis del polímero en un hidrogel.
En una realización, los polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo no son tóxicos. La toxicidad puede determinarse mediante la exposición de una célula a una mezcla acuosa, incluyendo una solución, de un polímero funcionalizado como se describe en el presente documento, y monitorizando la viabilidad celular durante un período de tiempo, por ejemplo 1,2, 5, 10 o 30 días.
En una realización, un polímero funcionalizado, o una mezcla de polímeros funcionalizados, puede considerarse no tóxico si el 60 % o más, 70 % o más, 80 % o más o 90 % o más de la población celular es viable durante el período de tiempo para el análisis.
El estudio de toxicidad puede repetirse a diferentes concentraciones del polímero funcionalizado en la mezcla acuosa. Por ejemplo, la concentración total del polímero en la mezcla acuosa puede ser 0,01 % en peso, 0,02 % en peso, 0,04 % en peso, 0,1 % en peso, 0,3 % en peso, 0,5 % en peso, 1,0 % en peso, 2,0 % en peso o 5 % en peso. La toxicidad puede ser la viabilidad celular como se registra en una de las concentraciones mencionadas anteriormente, durante un período de tiempo especificado, tal como los mencionados anteriormente.
En una prueba de toxicidad, todos los polímeros utilizados en el hidrogel se pueden analizar juntos en una mezcla de prueba combinada. Por consiguiente, la concentración del polímero mencionado anteriormente puede ser la concentración total combinada de los polímeros en esa mezcla de prueba.
Huésped cucurbiturilo
Como se ha señalado anteriormente, el huésped es un compuesto que es capaz de formar un complejo hospedadorhuésped con un cucurbiturilo. El término formación de complejos, por lo tanto, se refiere al establecimiento del complejo huésped-hospedador.
En algunas realizaciones de la invención, el complejo huésped huésped es un complejo ternario que comprende el hospedador cucurbiturilo y una primera molécula huésped y una segunda molécula. Normalmente, tales complejos se basan en CB[8] y variantes y derivados de los mismos.
En principio, cualquier compuesto que tenga una afinidad de unión adecuada puede usarse en los métodos de la presente invención. El compuesto utilizado puede seleccionarse en función del tamaño de los restos que se cree que interactúan con la cavidad del cucurbiturilo. El tamaño de estos restos puede ser lo suficientemente grande como para permitir la formación de complejos solo con formas de cucurbiturilo más grandes.
Las moléculas huésped de cucurbiturilo son bien conocidas en la técnica. Los ejemplos de compuestos huéspedes para su uso incluyen los descritos en el documento WO 2009/071899, Jiao et al. (Jiao et al. Org. Lett. 2011, 13, 3044), Jiao et al. (Jiao et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15734), Rauwald et al. (Rauwald et al. J. Phys. Chem.
2010, 114, 8606) y el documento WO 2011/077099.
Los presentes inventores han investigado la formación de complejos de moléculas huésped cuando estas moléculas están unidas a un polímero y cuando estas moléculas no están unidas. El uso del calorímetro isotérmico ha demostrado que la unión de una molécula huésped a un polímero no da como resultado una reducción en la constante de unión del huésped. Por consiguiente, no hay efecto observable sobre la unión del impedimento estérico polimérico.
En una realización de la invención, el cucurbiturilo es CB[8] y los huéspedes son moléculas adecuadas para formar un complejo ternario con este hospedador. En una realización, un huésped es rico en electrones y una molécula invitada es deficiente en electrones.
Una molécula huésped de cucurbiturilo puede derivarse de, o contener, una estructura de la tabla a continuación:
Figure imgf000027_0001
(continuación)
Figure imgf000028_0001
(continuación)
Figure imgf000029_0001
(continuación)
Figure imgf000030_0001
donde la estructura puede ser una sal, incluyendo formas protonadas, cuando sea apropiado. En una realización, las moléculas huésped son moléculas huésped para CB[8].
En una realización, la molécula huésped es, o se deriva de, o contiene, la estructura A1-A43, A46 o B1-B4, en la tabla anterior.
En una realización, la molécula huésped es, o se deriva de, o contiene, la estructura A1, A2 o A13 en la tabla anterior.
En una realización, la molécula huésped es, o se deriva de, o contiene, la estructura B1.
Además de, o como una alternativa a, los huéspedes en la tabla anterior, se pueden seleccionar las siguientes moléculas huésped:
Figure imgf000031_0001
En una realización, la molécula huésped es, o se deriva de, o contiene, la estructura A47 o A 48 Adicionalmente, la molécula huésped es o se deriva de, o contiene, adamantano, ferroceno o ciclooctano (incluido el biciclo [2.2.2] octano). Estas se describen en Moghaddam et al. (véase J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3570).
Otras moléculas huésped adecuadas para su uso incluyen pireno, dibenzofurano y flúor, y sus derivados. El derivado puede ser un compuesto en el que un átomo de anillo aromático se reemplaza con un heteroátomo, tal como nitrógeno. Además, o como alternativa, el derivado puede ser un compuesto que está sustituido con un átomo del anillo con un grupo tal como halógeno, alquilo, hidroxi, amino, alcoxi o similar.
En algunas realizaciones, la primera y segunda moléculas huésped forman un par que puede interactuar dentro de la cavidad del cucurbiturilo para formar un complejo hospedador-huésped ternario estable. Se puede emplear cualquier par de huéspedes que se ajuste dentro de la cavidad del cucurbiturilo. En algunas realizaciones, el par de moléculas huésped puede formar un par de transferencia de carga que comprende un compuesto rico en electrones y un compuesto deficiente en electrones. Una de las moléculas huésped primera y segunda actúa como un receptor de electrones y la otra como un donante de electrones en el par CT. Por ejemplo, la primera molécula huésped puede ser una molécula deficiente en electrones que actúa como aceptor de electrones y la segunda molécula invitada puede ser una molécula rica en electrones que actúa como donante de electrones o viceversa. En una realización, el cucurbiturilo es CB[8].
Los aceptores de electrones adecuados incluyen derivados de 4,4'-bipiridinio, por ejemplo N,N-dimetildipiridiliumiletileno y otros aceptores relacionados, tales como los basadosen diazapirenos y diazafenantrenos. Los compuestos viológenos que incluyen alquil viológenos son particularmente adecuados para su uso en la presente invención. Los ejemplos de compuestos de alquil viológeno incluyen sales de N, N'-dimetil-4,4'-bipiridinio (también conocido como Paraquat).
Los donantes de electrones adecuados incluyen moléculas aromáticas ricas en electrones, por ejemplo 1,2-dihidroxibenceno, 1,3-dihidroxibenceno, 1,4-dihidroxibenceno, tetratiafulvaleno, naftalenos tales como 2,6-dihidroxinaftaleno y 2-naftol, indol y sesamol (3,4-metilendioxifenol). Los compuestos aromáticos policíclicos en general pueden encontrar uso como donadores de electrones adecuados en la presente invención. Los ejemplos de tales compuestos incluyen antraceno y naftaceno.
En una realización, el huésped es antraceno. En una realización, el huésped es ácido cinámico.
Los aminoácidos, tales como triptófano, tirosina y fenilalanina pueden ser adecuados para su uso como donantes de electrones. Se pueden usar secuencias peptídicas que comprenden estos aminoácidos en su extremo. Por ejemplo, se puede usar un donante que comprende una secuencia de aminoácidos N-WGG-C, N-GGW-C o N-GWG-C. En una realización, el huésped es triptófano o fenilalanina. En una realización, el huésped es fenilalanina.
En algunas realizaciones, las moléculas huésped son un par de compuestos, por ejemplo, primera y segunda moléculas huésped, en las que uno de los pares es un compuesto A como se establece en la tabla anterior (por ejemplo, A1, A2, A3, etc.), y el otro par es un compuesto B como se establece en la tabla anterior (por ejemplo, B1, B2, B3 etc.). En una realización, el compuesto A se selecciona de A1-A43 y A46. En una realización, el compuesto B es B1.
Otras moléculas huésped adecuadas incluyen péptidos tales como WGG (Bush, M. E. y col. Soc. 2005, 127, 14511­ 14517).
Una molécula huésped rica en electrones puede emparejarse con cualquier molécula huésped CB[8] deficiente en electrones. Los ejemplos de pares adecuados de moléculas huésped, por ejemplo, primera y segunda molécula huésped, para su uso como se describe en el presente documento, pueden incluir:
viológeno y naftol;
viológeno y dihidroxibenceno;
viológeno y tetratiafulvaleno;
viológeno e indol;
metilviológeno y naftol;
metilviológeno y dihidroxibenceno;
metilviológeno y tetratiafulvaleno;
metilviológeno e indol;
NN'-dimetildipiridiliumiletileno y naftol;
NN'-dimetildipiridiliumiletileno y dihidroxibenceno;
N, N'-dimetildipiridiliumiletileno y tetratiafulvaleno;
N,N-dimetildipiridiliumetileno E indol;
2.7- dimetildiazapirenio y naftol;
2.7- dimetildiazapirenio y dihidroxibenceno;
2.7- dimetildiazapirenio y tetratiafulvaleno; y
2.7- dimetildiazapirenio e indol.
En particular, los pares adecuados de moléculas huésped para usar como se describe en el presente documento pueden incluir 2-naftol y metil viológeno, 2,6-dihidroxinaftaleno y metil viológeno y tetratiafulvaleno y metil viológeno. En una realización, el par huésped es 2-naftol y metil viológeno.
En una realización, el par huésped es una referencia a un par de moléculas huésped adecuadas para formar un complejo ternario con CB[8].
En una realización, la molécula huésped es, preferentemente, un líquido iónico. Normalmente, tales huéspedes son adecuados para formar un complejo con CB[7]. Sin embargo, también pueden formar complejos con CB[8] en un complejo binario o en un complejo ternario junto con otra pequeña molécula huésped o disolvente (véase Jiao et al. Lett. 2011, 13, 3044).
El líquido iónico normalmente comprende un heterociclo de nitrógeno orgánico catiónico, que puede ser un heterociclo de nitrógeno aromático (un heteroarilo) o un heterociclo de nitrógeno no aromático. El líquido iónico también comprende normalmente un contrapeso al heterociclo de nitrógeno orgánico catiónico. El grupo heteroarilo de nitrógeno es, preferentemente, un grupo heteroarilo C5-10, más preferentemente, un grupo heteroarilo C5-6de nitrógeno, en el que el subíndice se refiere al número total de átomos en el anillo o anillos, incluyendo átomos de carbono y nitrógeno. El heterociclo de nitrógeno no aromático es, preferentemente, un heterociclo de nitrógeno C5-6, en el que el subíndice se refiere al número total de átomos en el anillo o anillos, incluyendo átomos de carbono y nitrógeno. Un átomo de nitrógeno en el anillo del heterociclo de nitrógeno se cuaterniza.
El contraanión puede ser un haluro, preferentemente un bromuro. Otros contraaniones adecuados para su uso son aquellos que dan como resultado un complejo que es soluble en agua.
El huésped es, preferentemente, un compuesto, incluyendo una sal, que comprende uno de los siguientes grupos seleccionados de la lista que consiste en: resto imidazolio; resto piridinio; resto quinolinio; resto pirimidinio; resto pirrolio; y resto pirrolidina cuaternaria.
Preferentemente, el huésped comprende un resto imidazolio. Un huésped especialmente preferido es 1 -alquil-3-alquilimidazolio, en el que los grupos alquilo están opcionalmente sustituidos.
Los compuestos de 1 -alquil-3-alquilmidazolio, en los que los grupos alquilo no están sustituidos, son especialmente adecuados para formar un complejo con CB[7].
Los compuestos de 1 -alquil-3-alquilimidazolio, en los que los grupos alquilo no están sustituidos, son especialmente adecuados para formar un complejo con CB[6]
Los compuestos de 1 -alquil-3-alquilimidazolio, en los que un grupo alquilo está sustituido con arilo (preferentemente naftilo), son especialmente adecuados para formar un complejo con c B [ 8 ] .
Los sustituyentes 1 -alquilo y 3-alquilo pueden ser iguales o diferentes. Preferentemente, son diferentes.
En una realización, el sustituyente 3-alquilo es metilo y, preferentemente, no está sustituido. En una realización, el sustituyente 1 -alquilo es etilo o butilo, y cada uno está, preferentemente, sin sustituir.
En una realización, el sustituyente opcional es arilo, preferentemente, arilo C5-10. Arilo incluye carboarilo y heteroarilo. Los grupos arilo incluyen fenilo, naptilo y quinolinilo.
En una realización, los grupos alquilo descritos en el presente documento son grupos alquilo lineales.
Cada grupo alquilo es, independientemente, un grupo alquilo C1-6, preferentemente un grupo alquilo C1-4.
El sustituyente arilo puede ser otro resto 1-alquil-3-sustituido-imidazolio (donde el grupo alquilo está unido a la posición 3 del anillo).
En otra realización, el compuesto comprende, preferentemente, un resto piridinio.
Las moléculas líquidas iónicas descritas anteriormente son particularmente útiles para formar complejos binarios hospedador-huésped. La presente invención también abarca complejos que comprenden dos moléculas líquidas iónicas como huéspedes dentro de un hospedador cucurbiturilo.
Un cucurbiturilo puede ser capaz de formar complejos binarios y ternarios. Por ejemplo, se ha observado previamente que los compuestos CB[6] forman complejos ternarios con moléculas huésped de cadena corta de 1-alquil-3-metilimidazolio, mientras que las moléculas huésped de 1 -alquil-3-metilimidazolio de cadena más larga forman complejos binarios con el hospedador cucurbiturilo.
Los huéspedes preferidos para usar en la presente invención son de la forma H+X-, donde H+ es uno de los siguientes cationes,
Figure imgf000033_0001
y X- es un contraanión adecuado, tal como se ha definido anteriormente. Un contraanión preferido es un anión haluro, preferentemente Br-.
En una realización preferida, el catión A o el catión B pueden usarse para formar un complejo con CB[7] o CB[6].
En una realización preferida, el catión D o el catión E pueden usarse para formar un complejo con CB[8].
Los cationes A y B pueden denominarse 1 -etil-3-metilimidazolio y 1 -butil-3-metilimidazolio, respectivamente.
Los cationes D y E pueden denominarse 1-naftalenilmetil-3-metilimidazolio, donde D es 1-naftalen-2-ilmetil-3-metilimidazolio y E es 1-naftalen-1-ilmetil-3-metilimidazolio.
Como alternativa o de modo adicional, los compuestos huésped pueden ser una sal de imidazolio de fórmula (I):
X '
Figure imgf000034_0001
en la que X' es un contraanión;
R1 se selecciona independientenente entre H y alquilo C1 -6 saturado;
R2 es independientemente alquilo C1 -10 que puede contener opcionalmente uno o más enlaces dobles o triples, y
puede estar opcionalmente interrumpido por un heteroátomo seleccionado de -O-, -S-, -NH- y -B-, y pueden estar opcionalmente sustituidos.
En una realización, X- se selecciona independientemente del grupo que consiste en Cl-, Br, I-, BF^, PF6-, OH, SH-,
HSO4-, HCO3-, NTf2 , C2 N5 O4 , AlCk, FeaCl12 , NO3-, NMeS^, MeSO^, SbF^, PrCBuHn’, AuCk, HF2 , NO2-NiCU’. En una realización, X- se selecciona de Cl-, B ry I-.
En una realización, R1 se selecciona entre H y alquilo C1 -6 lineal saturado.
En una realización, R2 es alquilo C1 -10 lineal, que opcionalmente puede contener uno o más dobles enlaces, y puede
estar opcionalmente interrumpido por un heteroátomo seleccionado de -O-, -S-, -NH- y -B-, y pueden estar opcionalmente sustituidos.
En una realización, R2 es alquilo C1 -10 lineal, que opcionalmente puede contener uno o más dobles enlaces, y puede
estar opcionalmente sustituido.
En una realización, cuando hay un enlace doble o triple presente, se puede conjugar con el resto imidazolio. Como alternativa, el enlace doble o triple no puede conjugarse con el resto imidazolio.
En una realización, los sustituyentes opcionales se seleccionan independientemente del grupo que consiste en halo, arilo C5 -20 opcionalmente sustituido, -OR3, -OCOR3, =O, -SR3, =S, -BR3, -NR3R4, -NR3COR3, -N(R3)CONR3R4, -COOR3, -C(O)R3, -C(=O)SR3, CONR3R4, -C(S)R3, -C(=S)SR3 y -C(=S)NR3R4,
cuando cada uno de R3 y R4 se selecciona independientemente entre H y alquilo C1-6 opcionalmente sustituido, arilo C5 -20 y alquileno C1 -6 -arilo C5 -20.
o R3 y R4 puede juntos formar un anillo heterocíclico de 5, 6 o 7 miembros que está opcionalmente sustituido con
un grupo -R3.
En una realización, los sustituyentes opcionales se seleccionan independientemente del grupo que consiste en halo, arilo C5 -20 opcionalmente sustituido, -OR3, -OCOR3, -NR3R4, -NR3COR3, -N(R3)CONR3R4, -COOR3, -C(O)R3 y -CONR3R4, cuando R3 y R4 son como se ha definido anteriormente.
Cada grupo arilo C5 -20 puede seleccionarse independientemente de un grupo carboarilo C6 -20 o un grupo heteroarilo
C5-20.
Los ejemplos de grupos carboarilo C6 -20 incluyen fenilo y naftilo.
Los ejemplos de grupos heteroarilo C5 -20 incluyen pirrol (azol) (C5 ), piridina (azina) (C6), furan (oxol) (C5 ), tiofeno (tiol)
(C5 ), oxazol (C5 ), tiazol (C5 ), imidazol (1,3-diazol) (C5 ), pirazol (1,2-diazol) (C5 ), piridazina (1,2-diazina) (C6) y pirimidina (1,3-diazina) (C6) (por ejemplo, citosina, timina, uracilo).
Cada arilo C5 -20 se selecciona, preferiblemente, de fenilo opcionalmente sustituido, naptilo e imidazolio.
Cada grupo arilo C5 -20 está opcionalmente sustituido. Los sustituyentes opcionales se seleccionan independientemente de halo, alquilo C1 -6 , -OR3, -OCOR3, -NR3R4, -NR3COR3, -N(R3)CONR3R4, -COOR3, -C(O)R3 y -CONR3R4, cuando R3y R4son como se ha definido anteriormente.
En una realización, cada grupo arilo C5 -20 está opcionalmente sustituido con alquilo C1 -6.
Cuando el grupo arilo C5 -20es un imidazolio, tal como está preferentemente sustituido en el nitrógeno con un grupo R1 (formando así un nitrógeno cuaternario).
El compuesto de fórmula (I) comprende un resto imidazolio que tiene un sustituyente R2 en la posición 1 y un sustituyente R1 en la posición 3. En otro aspecto adicional de la invención, el compuesto de fórmula (I) puede estar opcionalmente sustituido adicionalmente en la posición 2, 4 o 5 con un grupo RA, en el que RA tiene el mismo significado que R1.
Las realizaciones anteriores son combinables en cualquier combinación, según sea adecuado.
Componente
El hidrogel de la invención puede usarse para contener un componente. En un aspecto de la invención, se proporciona un hidrogel que comprende un componente. El hidrogel es adecuado para almacenar un componente, y este componente puede liberarse más tarde según sea necesario en una ubicación elegida.
En un aspecto, se proporciona un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular obtenible a partir de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo, en el que el hidrogel contiene un componente. Un polímero de la composición acuosa tiene un peso molecular de 50 kDa o más.
Se entiende que una referencia a un componente contenido por el hidrogel no es una referencia a una molécula disolvente. Por ejemplo, el componente no es agua o un disolvente orgánico. Por lo tanto, el componente se proporciona además del disolvente que puede estar presente dentro del hidrogel.
También se entiende que una referencia a un componente no es una referencia a un cucurbiturilo o un polímero utilizado en la preparación del hidrogel, o un producto intermedio formado a partir de la formación de complejos de cucurbiturilo con un polímero funcionalizado adecuadamente. De lo contrario, el componente no está particularmente limitado.
En una realización, el componente encapsulado tiene un peso molecular de al menos 100, al menos 200, al menos 300, al menos 1.000, al menos 5.000 (1k), al menos 10.000 (10k), al menos 15.000 (15k), al menos 20.000 (20k), al menos 50.000 (50k), al menos 100.000 (100k) o al menos 200.000 (200k).
Los presentes inventores han descubierto que los hidrogeles de la invención pueden contener y administrar útilmente un componente, tal como un componente bioactivo, a un lugar. La actividad del componente puede mantenerse durante su incorporación en un hidrogel, durante todo su almacenamiento en el hidrogel y después de su posterior administración en la ubicación deseada.
En una realización, el componente es un compuesto terapéutico.
En una realización, el componente es o comprende una molécula biológica, tal como un polinucleótido (por ejemplo, ADN y ARN), un polipéptido o un polisacárido.
En una realización, el componente es una molécula polimérica, incluyendo polímeros biológicos tales como las moléculas biológicas mencionadas anteriormente.
En una realización, el componente es una célula.
En una realización, el componente tiene un marcador detectable. El marcador detectable puede usarse para cuantificar y/o localizar el componente. El marcador puede usarse para determinar la cantidad de componente contenido con el hidrogel.
En una realización, el marcador detectable es un marcador luminiscente. En una realización, el marcador detectable es un marcador fluorescente o un marcador fosforescente.
En una realización, el marcador detectable es un marcador visible.
En una realización, el marcador fluorescente es un marcador e rodamina o fluoresceína.
En una realización, el componente es un polipéptido, tal como una proteína. La proteína puede ser una albúmina sérica o una lisozima. Los ejemplos de los primeros incluyen albúmina de suero bovino.
En una realización, el componente es una partícula. La partícula puede ser una partícula metálica.
En una realización, el componente se selecciona del grupo que consiste en moléculas tóxicas (como agentes nerviosos y metales pesados), hormonas, herbicidas, pesticidas, anticuerpos, patógenos (como virus), adyuvantes, geles, nanopartículas (incluidas partículas metálicas o no metálicas), polímeros (incluidos polímeros sintéticos y naturales), catalizadores (orgánicos, inorgánicos y organometálicos), adhesivos y selladores.
La presencia de un componente dentro del hidrogel puede determinarse usando técnicas analíticas adecuadas que sean capaces de distinguir el material de red y el componente. Tales técnicas son bien conocidas por los expertos en la materia.
Métodos para la preparación de hidrogeles
Los polímeros para usar en la invención están funcionalizados con una o más moléculas huésped para formar una interacción no covalente con un cucurbiturilo. Los hidrogeles de la presente invención son simples y rápidos de preparar. Los componentes del hidrogel, uno o más polímeros funcionalizados adecuadamente y un cucurbiturilo, se pueden mezclar, a concentraciones apropiadas, en agua. Normalmente, la red supramolecular y, por lo tanto, el hidrogel se forma en segundos.
En un aspecto de la invención, se proporciona un método para preparar un hidrogel, comprendiendo el método la etapa de combinar en una mezcla acuosa un cucurbiturilo, un primer polímero que tiene una pluralidad de primeras moléculas huésped, y un segundo polímero que tiene una pluralidad de segundas moléculas huésped, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más, para generar así un hidrogel.
En una realización, el hidrogel se prepara a partir de la formación de complejos de (a) una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y (1) o (2); o (b) una composición que comprende una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente y (1), (2 o 3). Cada uno de (1), (2) y (3) se analizan anteriormente en la sección Hidrogel.
La composición se prepara combinando en una mezcla acuosa el cucurbiturilo y (1) o (2), o combinando en una mezcla acuosa la pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente y (1), (2 o 3).
Las cantidades relativas de cucurbiturilo o la pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente a (1), (2) o (3) pueden seleccionarse apropiadamente para producir un hidrogel que tiene cantidades relativas deseadas de estos componentes. Las cantidades relativas de componentes utilizados en la mezcla antes de la formación de complejos darán como resultado un hidrogel que tenga las mismas cantidades relativas de componentes, ya que todos los componentes de la mezcla se incorporan al hidrogel. Las cantidades de agua, cucurbiturilo y polímero presente se han descrito anteriormente en la sección Hidrogel.
En los métodos de la invención, al menos un cucurbiturilo y un polímero funcionalizado adecuadamente se ponen en contacto solo cuando se requiere la preparación del hidrogel. Los hidrogeles de la presente invención se forman rápidamente, normalmente en segundos bajo condiciones ambientales, cuando los componentes complejables se juntan en una mezcla acuosa complejable. Por consiguiente, los componentes individuales de la mezcla complejable pueden almacenarse por separado, opcionalmente como una mezcla acuosa, hasta que se requiera. Cuando fue necesario, los componentes se pueden juntar para formar el hidrogel.
En una realización, se puede formar un hidrogel usando las etapas descritas anteriormente y el hidrogel resultante diluido con agua, para obtener un hidrogel que tenga un mayor contenido de agua (menor contenido de polímero). Tal etaa de dilución se puede realizar para, por ejemplo, ajustar las propiedades mecánicas del hidrogel. Después de la adición del agua, la mezcla puede agitarse.
La formación del hidrogel puede ser evidente para el ojo visible, y las pruebas simples, tales como las pruebas de viales (mediante las cuales un vial que contiene material simplemente se voltea) son indicadores útiles de la formación de hidrogel. Para analizar completamente el hidrogel, se pueden realizar etapas de análisis más rigurosos durante la formación de hidrogel y/o después de la formación de hidrogel. Los métodos adecuados para analizar los hidrogeles de la invención se describen a continuación.
También se describen en el presente documento hidrogeles que contienen un componente. El componente puede introducirse en un hidrogel ya sea durante la formación del hidrogel, o el componente puede añadirse a un hidrogel preformado, que luego se altera para permitir la incorporación del componente en el mismo. En particular, las propiedades reológicas del hidrogel pueden analizarse y son útiles para la caracterización.
Cuando el componente se incorpora al hidrogel durante la formación del hidrogel, el componente simplemente necesita mezclarse con los componentes del hidrogel antes de la formación del hidrogel. La red supramolecular se forma alrededor del componente para proporcionar un hidrogel que contiene un componente.
Así, en otro aspecto de la invención, se proporciona un método para preparar un hidrogel que contiene un componente, comprendiendo el método la etapa de poner en contacto en una solución acuosa una mezcla de cucurbiturilo, un componente, y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más, de ese modo al componente para generar un hidrogel que contiene un componente.
En una realización, el método comprende la etapa de combinar en una solución acuosa un cucurbiturilo, un primer polímero que tiene una pluralidad de primeras moléculas huésped, un segundo polímero que tiene una pluralidad de segundas moléculas huésped, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más, y un componente para generar un hidrogel que contiene un componente.
Como alternativa, un método para preparar un hidrogel que contiene un componente comprende las etapas de proporcionar un hidrogel de la invención y agitar ese hidrogel en presencia de un componente, para incorporar el componente en el hidrogel. La etapa de agitación puede ser una agitación mecánica o interrupción del hidrogel. Los complejos de la presente invención son reversibles y un complejo que se rompe es capaz de reformarse.
Análisis de hidrogeles
El material de hidrogel puede analizarse usando técnicas familiares para los expertos en la materia.
Durante un proceso de formación de hidrogel, la formación de un complejo puede controlarse mediante el análisis de un cambio de color en la mezcla de reacción. La formación de un complejo, tal como un complejo ternario, puede estar asociado con la formación de bandas de transferencia de carga que están asociadas con un complejo formado. Por ejemplo, los huéspedes viológenos y naftilo pueden formar juntos un complejo ternario con CB[8] en agua. La formación de este complejo es evidente por el color naranja resultante de la mezcla, que se deriva de la formación de transferencia de carga entre los huéspedes viológeno y naptilo.
se describen en el presente documento, por ejemplo, es microscopia electrónica de barrido (SEM). Esto es útil para analizar y medir la forma y el tamaño de los poros dentro del hidrogel. Normalmente, una muestra de hidrogel para análisis por SEM se seca y liofiliza antes de dicho análisis. Para hidrogeles que tienen un contenido de agua muy alto (por ejemplo, que tienen un contenido de agua de 0,95 % en peso o más), Las técnicas SEM pueden no ser apropiadas, ya que se observa que el hidrogel se desintegra durante la preparación de la muestra. Para tales hidrogeles, otras técnicas analíticas pueden ser más apropiadas, tales como las técnicas descritas a continuación. La dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS) también se puede utilizar para analizar la microestructura del hidrogel. Se pueden establecer longitudes de correlación a partir de mediciones SANS, como se describe con detalle en el presente documento.
Se pueden emplear técnicas reológicas estándar para establecer el módulo de almacenamiento, el módulo de pérdida, la viscosidad compleja, la elasticidad y la tan 8 del hidrogel. Por ejemplo, las mediciones de barrido de amplitud de deformación y barrido de frecuencia pueden tomarse como parte de la caracterización reológica oscilatoria dinámica de los hidrogeles. Dichas técnicas son como se describen en detalle en el presente documento, y las propiedades reológicas del hidrogel se definen con detalle en la sección de hidrogel anterior.
La formación de un material de hidrogel también puede ser claramente visible desde la mezcla de reacción. La formación de un gel a partir de una mezcla acuosa puede ser evidente a partir de una prueba de vial invertido y similares.
Uso de hidrogel
Los hidrogeles descritos en el presente documento pueden encontrar uso como materiales en aplicaciones médicas, en virtud de su baja toxicidad y alto contenido de agua. Los hidrogeles de la invención, cuando se cargan adecuadamente con un componente, puede usarse para administrar ese componente a una ubicación objetivo. Los presentes inventores han establecido que los componentes contenidos en el hidrogel de la invención pueden liberarse del hidrogel en una ubicación elegida. Por consiguiente, se proporciona un método para entregar un componente a una ubicación, comprendiendo el método las etapas de:
(i) proporcionar un hidrogel que contiene un componente, como se describe en el presente documento;
(ii) hacer que el hidrogel esté disponible en una ubicación objetivo;
(iii) liberar el componente del hidrogel.
En una realización, la ubicación objetivo es una ubicación in vivo. Por consiguiente, el hidrogel puede colocarse en un lugar objetivo dentro o sobre un sujeto. El sujeto puede ser un mamífero, tal como un ser humano o un roedor, tal como una rata o un ratón.
En esta realización, el componente puede ser terapéutico para su uso en el tratamiento o la profilaxis de una enfermedad. Por lo tanto, el hidrogel que comprende el compuesto terapéutico es adecuado para usar en métodos de tratamiento de un cuerpo humano o animal.
En otras realizaciones, el hidrogel es adecuado para administrar un componente a una ubicación ex vivo o in vitro. En una realización, el hidrogel es capaz de liberar al menos el 50 %, al menos, 60 %, al menos 70 %, al menos 80 %, al menos 90 % o al menos 95 % de un componente retenido durante un período de tiempo establecido. Esta cantidad 5 puede ser una cantidad en moles o peso, dependiendo de las técnicas utilizadas para medir la liberación. En una realización, el hidrogel es capaz de liberar sustancialmente todo el componente retenido durante un período de tiempo establecido.
En una realización, el período de tiempo puede ser de al menos 1 día, al menos 2 días, al menos 5 días, al menos 20 días, al menos 40 días o al menos 90 días.
El período de tiempo puede ser un máximo de 100 días, como máximo 150 días o como máximo 200 días.
En una realización, el período de tiempo se selecciona de un intervalo donde los valores máximos y mínimos se seleccionan de los valores anteriores. Por ejemplo, el período de tiempo puede tener un valor en el intervalo de 20 a 150 días.
El período de tiempo para la liberación puede comenzar desde el momento en que se prepara el hidrogel que contiene el componente. Como alternativa, el período de tiempo puede comenzar desde el momento en que el hidrogel está disponible en una ubicación objetivo. En una realización adicional, el período de tiempo puede comenzar desde el momento en que se interrumpe la red de hidrogel, por ejemplo por exposición a un huésped de la competencia, un agente reductor u otro estímulo externo.
Como se ha señalado anteriormente, los hidrogeles descritos en el presente documento son capaces de contener un componente dentro. Este componente puede liberarse del hidrogel cuando sea necesario. Los presentes inventores han descubierto que los cambios en una composición de hidrogel pueden usarse para cambiar el tiempo de liberación de componentes de un hidrogel. En esta ocasión, el tiempo puede referirse a la velocidad a la que se libera el componente, y adicionalmente el tiempo puede referirse a cambios en esa velocidad a lo largo del tiempo. Los presentes inventores han descubierto que los hidrogeles de la invención permiten la liberación del componente durante un período de horas, días, semanas o meses. Los inventores han descubierto que el material puede liberarse a una velocidad sustancialmente constante durante ese período de tiempo. Esto puede denominarse una liberación sostenida del componente del hidrogel.
Normalmente, se puede obtener una liberación sostenida del componente cuando la cantidad total de polímero presente en el hidrogel es de 1,0 % en peso o más, 1,1 % en peso o más, 1,2 % en peso o más, o 1,5 % en peso o más.
Normalmente, se puede obtener una liberación sostenida del componente cuando el componente tiene un peso molecular de al menos 20.000, o al menos 50.000.
Los inventores han establecido que el componente también puede liberarse con cambios en la velocidad de liberación con el tiempo. En una realización, una proporción del componente se puede liberar durante un primer período de tiempo a una primera tasa de liberación, seguido por la liberación del componente durante un segundo período de tiempo a una segunda velocidad de liberación. En una realización, la primera tasa de liberación es mayor que la segunda tasa de liberación. Cuando la primera tasa de liberación es mayor, la liberación puede denominarse liberación en descarga. El primer y segundo período pueden ser períodos de horas, días, semanas o meses.
Normalmente, se puede obtener una liberación en ráfaga del componente cuando la cantidad total de polímero presente en el hidrogel es inferior al 1,0 % en peso, 0,9 % en peso o menos, 0,7 % en peso o menos, o 0,5 % en peso o menos.
Normalmente, se puede obtener una liberación sostenida del componente cuando el componente tiene un peso molecular de como máximo 15.000 o como máximo 10.000.
En una realización, Se libera un componente sin la aplicación de ningún estímulo externo al hidrogel. Por consiguiente, se puede colocar un hidrogel en la ubicación deseada y simplemente se permite que el componente se filtre fuera del hidrogel.
En otras realizaciones, la liberación del componente puede estar asociada con la descomplejación al menos parcial de la red. Esta descomplejación puede iniciarse mediante la aplicación de un estímulo externo al hidrogel. Los ejemplos de técnicas de descomplejación se describen anteriormente en la sección Complejo e incluyen el uso de moléculas huésped de la competencia para interrumpir la red y la oxidación o reducción de una molécula huésped, por ejemplo, usando un agente oxidante o reductor según sea apropiado.
Enlaces covalentes y reticulaciones
Tal como se ha descrito anteriormente, la red del hidrogel incluye polímeros que están unidos o reticulados por enlaces no covalentes. Por ejemplo, un hospedador tal como CB[8] puede usarse como un "esposador" para contener las moléculas huésped primera y segunda de los mismos polímeros o de diferentes en un complejo ternario.
Como se describe en el presente documento, los polímeros pueden unirse o reticularse mediante unión covalente. La presencia de enlaces covalentes dentro de una red puede proporcionar un hidrogel que tenga mayor resistencia sobre aquellas redes que se forman solo a partir de interacciones no covalentes. En una realización, los enlaces covalentes se forman entre las moléculas huésped de los polímeros.
Los presentes inventores han descubierto que la formación de enlaces covalentes entre bloques componentes se puede lograr a través de un intermediario hospedador-huésped. Por consiguiente, en una primera etapa, se puede formar un polímero supramolecular en el que un complejo ternario que tiene un hospedador contiene de manera no covalente las moléculas huésped primera y segunda del mismo polímero o de polímeros diferentes. Se permite que la primera y la segunda molécula huésped reaccionen, de ese modo para formar un enlace covalente que une los polímeros. Un polímero supramolecular es un polímero en el que dos polímeros se mantienen unidos por un complejo no covalente.
El complejo ternario tiene una cavidad que es un canal pasante en la molécula. Por consiguiente, las moléculas huésped pueden entrar en la cavidad desde una de una pluralidad de aberturas de canal. Por ejemplo, los compuestos de cucurbiturilo, tales como CB[8] tienen dos aberturas a una cavidad central y cada abertura es accesible.
Los hospedadores que tienen dicho canal directo pueden acomodar a dos huéspedes en un complejo ternario en una disposición cabeza a cola o cabeza a cabeza. En la disposición cabeza a cabeza, los dos huéspedes que han entrado ocupan la misma abertura. En la disposición cabeza-cola, los dos huéspedes han entrado en diferentes aberturas en el hospedador.
Los huéspedes se mantienen en una disposición de cabeza-cola dentro de la cavidad del hospedador. De ello se deduce que la formación de un enlace covalente entre los huéspedes atrapa al hospedador en los polímeros unidos. El hospedador puede continuar uniéndose de manera no covalente al huésped formado a partir de la reacción del primer y segundo huésped.
Los polímeros, tales como los primeros y segundos huéspedes del polímero, reaccionan en respuesta a un estímulo externo, tal como la luz, el calor o el cambio de pH. En una realización, la reacción se inicia por irradiación de luz, por ejemplo irradiación de luz UV.
El primer y segundo huéspedes pueden participar en una reacción pericíclica, para formar de este modo un enlace covalente.
La primera y segunda moléculas huésped pueden participar en una reacción de cicloadición, para formar de este modo un enlace covalente. Por ejemplo, la reacción de cicloadición puede ser una reacción de cicloadición [4 4] o [2 2].
En el presente documento se describe un método para unir o reticular covalentemente un polímero, comprendiendo el método las etapas de:
(i) proporcionar un polímero o polímeros unidos de forma no covalente, en el que el enlace no covalente se forma a partir de un complejo ternario de un hospedador que contiene las moléculas huésped primera y segunda proporcionadas en el polímero o polímeros;
(ii) permitir que el polímero o los polímeros reaccionen, de ese modo para formar un enlace covalente que une el polímero o polímeros.
También se describe en el presente documento un método para preparar un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular, en el que el hidrogel se forma a partir de la reticulación covalente de un polímero y/o la unión covalente de un polímero a otro polímero, comprendiendo el método las etapas de:
(i) proporcionar un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular que se puede obtener de la formación de complejos ternarios de una composición acuosa que comprende un hospedador, tal como cucurbiturilo, y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada para el huésped, tal como la funcionalidad de huésped de cucurbiturilo;
(ii) permitir que el polímero o los polímeros reaccionen, de ese modo para formar un enlace covalente que une el polímero o los polímeros.
La etapa (i) puede proporcionar un hidrogel que tenga una red reticulada supramolecular obtenible de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad adecuada de huésped de cucurbiturilo, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más.
En la etapa (ii) no es necesario para todos los polímeros, tales como el primer y/o segundo polímero, que reaccionen. El producto puede retener algunos complejos ternarios donde el hospedador contiene la primera y la segunda molécula huésped.
La primera y segunda molécula huésped pueden mantenerse en una disposición de cabeza a cola en la cavidad del hospedador.
Las moléculas huésped primera y segunda pueden ser capaces o participar en una reacción de cicloadición.
La primera y segunda moléculas huésped pueden ser iguales.
El hidrogel proporcionado en (i) se puede obtener de la formación de complejos ternaria de una composición acuosa que comprende un hospedador, tal como cucurbiturilo y un polímero, que tiene primera y segunda moléculas huésped, que pueden ser iguales o diferentes.
Cada una de las moléculas huésped primera y segunda puede incluir un compuesto de antraceno. Como se muestra en el presente documento, dos moléculas huésped que contienen antraceno mantenidas por un hospedador en un complejo ternario pueden sufrir una reacción de cicloadición, para formar de este modo un enlace covalente entre las moléculas huésped. El producto formado a partir de la reacción de las moléculas huésped primera y segunda puede denominarse producto de adición.
Cada una de las moléculas huésped primera y segunda puede incluir un compuesto de ácido cinámico.
El producto adicional puede convertirse en un huésped que se mantiene de forma no covalente en un complejo binario junto con el hospedador. Por consiguiente, el producto adicional puede ser retenido dentro de la cavidad del hospedador.
Se apreciará que el producto de adición y el hospedador pueden separarse (disociarse). Esto no da como resultado la pérdida de integridad estructural de la red. La formación del enlace covalente entre la primera y la segunda molécula huésped proporciona un enlace entre los polímeros. Por lo tanto, el hospedador ya no es necesario para unir los polímeros.
La disociación y el movimiento del hospedadorl producto de adición pueden en la práctica ser limitados. La formación del producto de adición contiene efectivamente el hospedador en los polímeros reticulados, y su movimiento puede verse limitado o impedido por las características estructurales y funcionales del producto de adición, u otras características del polímero.
La formación de un enlace covalente entre las moléculas huésped primera y segunda produce un huésped único, y un complejo resultante puede denominarse complejo binario.
No es necesario que las moléculas huésped primera y segunda unidas covalentemente tengan una alta constante de asociación. Una vez que se establece el enlace covalente, no es necesario que el hospedador se una de forma no covalente al producto de adición: El enlace covalente proporciona un enlace estructural entre los polímeros que no se disociará, y ya no se requiere que el hospedador mantenga la integridad del enlace entre los polímeros.
La reacción puede ser una reacción iniciada por la luz o por calor.
La luz puede referirse a la luz UV o visible. El calor se refiere a una temperatura de reacción que está por encima de la temperatura de reacción para la preparación de la red reticulada supramolecular. El calor puede referirse a una temperatura de reacción por encima de la temperatura ambiente. El calor puede referirse a una temperatura de reacción de 50 °C o superior, 60 °C o más o 70 °C o más.
La red se forma a partir de la reticulación covalente de un polímero y/o la unión covalente de un polímero a otro polímero formando así la red.
Otras preferencias
Todas y cada una de las combinaciones compatibles de las realizaciones descritas anteriormente se describen explícitamente en el presente documento, como si todas y cada una de las combinaciones fueran citadas individual y explícitamente.
Varios aspectos y realizaciones adicionales de la presente invención serán evidentes para los expertos en la técnica en vista de la presente divulgación.
"y/o" cuando se usa en el presente documento debe tomarse como descripción específica de cada una de las dos características o componentes especificados con o sin la otra. Por ejemplo, "A y/o B" debe tomarse como una descripción específica de cada uno de (i) A, (ii) B e (iii) A y B, como si cada uno de ellos se expusiera individualmente en el presente documento.
A menos que el contexto indique otra cosa, las descripciones y definiciones de las características expuestas anteriormente no se limitan a ningún aspecto o realización particular de la invención, y se aplican igualmente a todos los aspectos y realizaciones que se describen.
Ciertos aspectos y realizaciones de la invención se ilustrarán ahora a modo de ejemplo y con referencia a las figuras descritas anteriormente.
Experimentos y Resultados
Los espectros de RMN 1H (400 MHz) se registraron usando un Bruker Avance QNP 400. Los desplazamientos químicos se registran en ppm (8) en D2 O con la referencia interna establecida en 84,79 ppm. La espectroscopia ATR FT-IR se realizó utilizando un espectrómetro FT-IR Perkin-Elmer Spectrum 100 equipado con un accesorio de muestreo universal ATR. Los estudios UV-VIS se realizaron en un espectrofotómetro Varian Cary 4000 UV-Vis. La cromatografía de permeación en gel (GPC) se realizó en agua (H2O) en una columna de glucosa Shodex con un detector de conjunto de diodos de prominencia Shimadzu SPD-M20A, Detector de índice de refracción Optilab y detector dinámico de dispersión de luz (ambos Wyatt). Las muestras se filtraron sobre filtros PVDF de 0,2 mm antes de la inyección usando un caudal de 0,6 ml/min.
Los experimentos de valoración de ITC se llevaron a cabo en un VP-ITC de Microcal Inc. a 25 °C en tampón de fosfato de sodio 10 mM (pH = 7). En un experimento típico, el hospedador estaba en la celda de muestra a una concentración de 0,1 mM, y el huésped estaba en la jeringa a una concentración 10 veces mayor. En el caso de polímeros funcionales, la concentración utilizada se determina a partir de la concentración de unidades monoméricas funcionales en solución y no de la concentración de polímero. Una titulación consistió en 29 inyecciones consecutivas de 2-10 ml con al menos intervalos de 300 s entre inyecciones. El primer punto de datos se eliminó del conjunto de datos antes del ajuste de la curva. Los calores de dilución se verificaron por valoración más allá de la saturación o por valoración del huésped en una solución tampón y se sustrajeron de las entalpías normalizadas, pero relativamente pequeño en todos los casos. Los datos se analizaron con el software Origin 7.0, utilizando el modelo de un conjunto de sitios.
La caracterización reológica se realizó utilizando un reómetro de deformación controlado ARES-LC equipado con un baño de agua ajustado a 25 ° C. Las mediciones de barrido de deformación (amplitud de deformación oscilatoria dinámica) se realizaron a una frecuencia de 10 rad/s. Las mediciones de barrido de frecuencia se realizaron a una amplitud de deformación del 5 %. El barrido de temperatura se realizó en una rampa de temperatura de 25 a 75 °C a una velocidad de 10 °C/min y se realizó a 5 % de deformación y 10 rad/s. Todas las mediciones se realizaron utilizando una geometría de placa paralela de 25 mm establecida a una altura de separación de 0,75 mm y se analizaron utilizando el software TA Instruments TA Orchestrator.
Se realizaron mediciones de dispersión de neutrones de ángulo pequeño en D11 en el Institut Laue Langevin (ILL) (Grenoble, Francia). Se utilizó una longitud de onda (A) de 10 A y dos configuraciones para cubrir un intervalo q de 4,4 x 10'3 A'1 a 3,1 x 10'1 A-1, en la que q es el módulo del vector de dispersión. Las muestras se midieron en celdas de cuarzo de 1 mm usando D2O como disolvente y los datos se registraron en un estante controlado termostáticamente a 25 °C. La dispersión de cada muestra se corrigió para el fondo electrónico, detector de tiempo muerto, dispersión desde la celda vacía y transmisión de muestra. La intensidad se convirtió en la sección transversal de dispersión diferencial en unidades absolutas (cm-1) utilizando la dispersión de una muestra de agua. La reducción de datos se realizó utilizando el software Lamp, the Large Array Manipulation Program (http://www.ill.fr/data_treat/lamp/lamp.html; D. Richard, M. Ferrand y G.J. Kearley, J. Neutron Research 4, 33-39, 1996).
Se obtuvieron imágenes de microscopia electrónica de barrido (SEM) usando un SEM de presión variable Leo 1530 usando un detector InLens. Las muestras SEM se prepararon por congelación directa de los hidrogeles supramoleculares en nitrógeno líquido seguido de liofilización. Los materiales criodesecados resultantes se tomaron imágenes después de la pulverización catódica. No fue posible tomar imágenes SEM de las muestras criodesecadas con una carga menor (<0.5% en peso) ya que las estructuras de hidrogel no sobrevivieron al proceso de liofilización y colapsaron debido a su alto contenido de agua.
Se adquirió hidroxietilcelulosa (HEC) de Aldrich y se secó durante la noche en un horno de vacío a 105 ° C. El poli (alcohol vinílico) (PVA, 98 % hidrolizado) se adquirió de Aldrich, se disolvió en agua al 5 % en peso, se precipitó de una solución 1:1 de acetona y metanol y se secó durante la noche a 60 C. MVNCO y cucurbit[8]urilo se prepararon de acuerdo con procedimientos de la literatura (Biedermann et al. Macromolecules 2011,44, 4828-4835; Kim et al. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 540-541). Todos los demás materiales se compraron a Aldrich y se usaron tal como se recibieron.
Protocolo sintético general
Un andamio a base de celulosa, hidroxietilcelulosa (HEC), se funcionalizó fácilmente usando 2-naftil isocianato (Np) disponible en el mercado en una reacción de una etapa realizada a temperatura ambiente en N-metilpirrolidona usando dilaurato de dibutilestaño (TDL) como catalizador (como se ha descrito anteriormente). Una unidad de viológeno que contiene un grupo isocianato reactivo, preparado de acuerdo con una preparación fácil de la literatura (Biedermann et al. Macromolecules 2011, 44, 4828-4835), se conjugí con alcohol polivinílico (PVA) disponible comercialmente usando condiciones similares. Estos protocolos sintéticos son fáciles, rápidos y se escalan fácilmente.
Síntesis de HEC-Np
HEC (1,00 g) se disolvió en N-metilpirrolidona (NMP, 150 ml) a 110 °C. La solución se enfrió a temperatura ambiente y se añadieron Np-NCO (29,7 mg, 0,18 mmol) y dilaurato de dibutilestaño (3 gotas) y la mezcla se dejó agitar a temperatura ambiente durante la noche. El polímero funcional se purificó luego por precipitación a partir de acetona, se filtró y se secó durante la noche al vacío a 60 °C (1,01 g, 98 %). Espectroscopia de RMN 1H (MeOD, 500 MHz) d (ppm) = 7,99-7,29 (7H, br, Np-H), 4,60-2,75 (455H, br, estructura principal de celulosa). Elemental: Encontrado C, 47,14; H, 6,93; N, 0,68. C8 5 5 H1 442 O6 0 6 N1 requerido C, 47,63; H, 6,74; N, 0,65. FT-IR (ATR) n = 3410 (br), 2950 (br), 2910 (br), 1395, 1075 (s) cm'1. GPC (H2 O): Mn (PDI) = 3,4 MDa (1,25).
Figure imgf000042_0001
Síntesis de PVA-MV
Se disolvió PVA (1 g, Pm de 195 kDa) en N-metilpirrolidona (NMP, 60 ml) y se añadió MVNCO (0,63 g, 1,13 mmol) junto con dilaurato de dibutilestaño (3 gotas) y se agitó durante la noche a temperatura ambiente. El polímero funcional se purificó luego por precipitación a partir de acetato de etilo, se filtró y se secó durante la noche al vacío a 60 °C (1,55 g, 95 %). Espectroscopia de RMN 1H (D2O, 500 MHz) d (ppm) = 9,18-8,88 (4H, br, MV arilo-H), 8,60­ 8,33 (4H, br, MV arilo- H), 4,51-4,45 (2H, br, MV-CH2 ), 4,38 (3H, s, MV-CH3 ), 4,20-4,05 (3H, br, MV-CH2-CH2-OCN-y -NCO-CH de la estructura principal), 3,21-3,08 (4H, br, -CH2-NCO-), 1,95-1,32 (48H, br, estructura principal de polímero y conector de hexametileno). Elemental: Encontrado C, 49,77; H, 7,66; N, 3,24. C6 IH 106O23 N4 B2 F8 requerido C, 50,98; H, 7,43; N, 3,90. FT-IR (ATR) n = 3320 (br), 2920 (br), 2900 (br), 1715, 1690, 1580, 1450, 1290, 1060 (s), 820 cm-1 GPC (H2O): Mn (PDI) = 1,5 MDa (1,26).
Figure imgf000043_0001
Preparación general de hidrogel
Los hidrogeles se prepararon disolviendo primero HEC-Np (5 mg) en agua (0,5 ml) con agitación y calentamiento suave. Se disolvieron PVA-MV (0,1 mg) y CB[8] (0,1 mg) luego en agua (0.5 ml) con algo de sonicación (menos de 5 min). A continuación, las soluciones se mezclaron y agitaron durante aproximadamente 1 s antes de la formación de hidrogel.
La calorimetría de titulación isotérmica (ITC) se usó para la investigación cuantitativa de la termodinámica de unión respectiva para HEC-Np y PVA-MV con CB[8] (véase Reczek et al. J. Am. Chem. Soc. 2009: 131,2408-2415; Appel et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14251-14260;Biedermann et al. Macromolecules 2011,44, 4828-4835; Heitmann et al. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12574-12581). La Figura 5 muestra los datos termodinámicos completos para la unión del segundo huésped en función de la concentración de unidades funcionales (es decir, no la concentración de polímero). Las mediciones de ITC se llevaron a cabo en PVA-MV con una molécula pequeña monovalente de 2-naftol y con HEC-Np en presencia de CB[8] con el fin de identificar el efecto sobre la unión derivada tanto del impedimento estérico como de la estructura explícita de las estructuras principales poliméricas. De manera análoga, las mediciones se llevaron a cabo en HEC-Np con un viológeno de molécula pequeña monovalente (M2V). No se observaron diferencias significativas en las constantes de unión entre las entidades poliméricas y sus moléculas pequeñas correspondientes, identificando que no hay un efecto observable en la unión por impedimento estérico.
T l 1 - D rm in mi r l ni n l n h HE -N PVA-MV
Figure imgf000043_0002
La mezcla simple de una solución de HEC-Np (0,5 % en peso) con una solución de PVA-MV (0,1 % en peso) que contiene una carga 1:1 de MV:CB[8] (PVA-MV@CB[8]) produjo de forma instantánea un hidrogel transparente de color ligeramente naranja. El color naranja es inherente al complejo ternario MV:Np:CB[8] y es un producto del complejo de transferencia de carga entre los restos MV y Np dentro de la cavidad CB[8]. Existe una clara dependencia de la formación de hidrogel de la presencia de los tres componentes del complejo ternario, ya que solo el sistema con Np, MV y CB[8] forma hidrogeles. La falta de uno cualquiera de los componentes, o la adición de CB[7] (cuya cavidad es lo suficientemente grande como para encapsular MV solo) en lugar de CB[8] no produce hidrogeles.
La caracterización reológica dependiente de la frecuencia de una titulación de PVA-MV @ CB[8] en una solución acuosa de HEC-Np (0,5 % en peso) se muestra en la Figura 2 (fila superior, más a la derecha). Se requiere la adición de solo 0,05 % en peso de PVA-MV @ CB[8] para la formación de hidrogel y las cargas relativas de HEC-Np a PVA-MV @ CB[8] pueden producir materiales con una amplia gama de propiedades mecánicas. La reología oscilatoria dependiente de la deformación (Figura 2, fila superior, más a la izquierda) muestra una región viscoelástica lineal extremadamente amplia, lo que indica que estos materiales tienen una amplia región de procesamiento. Solo a una carga más alta (1.5% en peso) se observa una desviación de la viscoelasticidad lineal, ya q u e u n a r u p t u r a d e la e s t r u c t u r a d e l h i d r o g e l a a m p l i t u d e s d e d e f o r m a c ió n s u p e r i o r e s a l 10 % p r o d u c e u n a g r a n d i s m i n u c ió n e n lo s m ó d u l o s d e c iz a l l a m i e n t o o s c i la t o r io y la v i s c o s id a d c o m p le ja .
L a d e p e n d e n c i a d e la f r e c u e n c ia d e lo s m ó d u l o s d e c i z a l l a m i e n t o o s c i la n t e d e a l m a c e n a m ie n t o y p é r d i d a ( G 'y G " , 5 r e s p e c t i v a m e n t e ) , i d e n t i f i c a c l a r a m e n t e e l c o m p o r t a m i e n t o s im i l a r a l h i d r o g e l y a q u e lo s d o s s o n l i n e a l e s y p a r a l e lo s y G ' e s d o m in a n t e e n t o d o e l in t e r v a l o d e f r e c u e n c ia s o b s e r v a d a s ( F ig u r a 2 , f i l a s u p e r i o r , m á s a la d e r e c h a ) . E n g e n e r a l , e s t o s h i d r o g e le s s o n b l a n d o s ( G '= 0 , 5 k P a a 1 ,5 % e n p e s o d e c a r g a d e H E C - N p ) y m u e s t r a n u n c o m p o r t a m i e n t o " p s e u d o p l á s t i c o " l i n e a l , a u n q u e la g a m a d e m a t e r i a l e s p r o d u c i d o s e s a l t a m e n t e e l á s t i c a ( t a n d e 8 = 0 , 3 ) . S e o b t ie n e n m a t e r i a l e s a l t a m e n t e e l á s t i c o s ( t a n 8 = 0 , 26 ) in c lu s o c o n u n c o n t e n i d o d e a g u a e x t r e m a d a m e n t e 10 a l t o ( 99 , 7 % ) . A d e m á s , la v i s c o s id a d y la s p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s p u e d e n a j u s t a r s e e n d o s ó r d e n e s d e m a g n i t u d ( F ig u r a 2 , f i l a s u p e r i o r , c e n t r a l y d e r e c h a r e s p e c t i v a m e n t e ) . E l c o m p o r t a m i e n t o r e o ló g ic o d e p e n d ie n t e d e la t e m p e r a t u r a s e c a r a c t e r i z ó h a s t a 75 ° C ( F ig u r a 2 , f i l a in f e r io r , i z q u ie r d a ) y m u e s t r a u n a d i s m i n u c ió n e n la s p r o p i e d a d e s d e l m a t e r i a l a m e d id a q u e s e p i e r d e a lg o d e i n t e g r i d a d m e c á n i c a ( T a n d e 8 = 0 , 26 a 0 , 4 ) . L a c o n s t a n t e d e a s o c i a c ió n d e lo s e n l a c e s c r u z a d o s c o m p le jo s t e r n a r i o s d i s m i n u y e c o n la t e m p e r a t u r a , lo q u e c o n d u c e 15 in t u i t i v a m e n t e a u n a d i s m i n u c ió n e n la s p r o p i e d a d e s d e l m a t e r i a l a g r a n e l .
S e r e a l i z a r o n m e d ic i o n e s d e v e l o c id a d e s c a l o n a d a s p a r a i n v e s t i g a r la r e c u p e r a c i ó n d e la s p r o p i e d a d e s d e l m a t e r i a l d e h i d r o g e l d e s p u é s d e la d e f o r m a c ió n . S e a p l i c ó u n a v e l o c id a d d e c i z a l l a m i e n t o d e a l t a m a g n i t u d ( Y = 500 s -1) p a r a d e s c o m p o n e r la e s t r u c t u r a d e l h i d r o g e l , s e g u id o d e u n a v e l o c id a d d e c i z a l l a m i e n t o d e b a ja m a g n i t u d ( Y = 0 , 05 s -1) 20 p a r a m o n i t o r i z a r la v e l o c id a d y e l g r a d o d e r e c u p e r a c i ó n d e la s p r o p i e d a d e s d e l m a t e r i a l a g r a n e l .
L a f i g u r a 2 f d e m u e s t r a c l a r a m e n t e la r e c u p e r a c i ó n e x c e p c io n a l m e n t e r á p id a y c o m p le t a d e la v is c o s id a d . L a v e l o c id a d y e l a l c a n c e d e la r e c u p e r a c i ó n n o c a m b ia n d u r a n t e v a r i o s c ic l o s d e r u p t u r a y r e f o r m a , lo q u e d e s t a c a la n a t u r a le z a r e v e r s ib l e d e la e s t r u c t u r a d e h id r o g e l r e t i c u la d a d e f o r m a n o c o v a le n t e .
25
P o r c o n s i g u i e n t e , e n r e s u m e n , la r e o lo g í a o s c i l a t o r i a d e p e n d ie n t e d e la d e f o r m a c ió n ( v é a s e t a m b ié n la F ig u r a 9 a ) m u e s t r a u n a r e g ió n v i s c o e lá s t i c a l i n e a l e x t r e m a d a m e n t e a m p l i a y s o lo s e o b s e r v a u n a d e s v i a c ió n d e la v is c o e la s t i c i d a d l i n e a l c o n u n a c a r g a m a y o r ( 1 , 5 % e n p e s o ) . L a d e p e n d e n c i a d e la f r e c u e n c ia d e lo s m ó d u l o s d e c i z a l l a m i e n t o o s c i la n t e d e a l m a c e n a m ie n t o y p é r d i d a ( G 'y G " , r e s p e c t i v a m e n t e ) , i d e n t i f i c a c l a r a m e n t e e l 30 c o m p o r t a m i e n t o s i m i l a r a l h i d r o g e l y a q u e lo s d o s s o n l i n e a l e s y p a r a l e lo s y G ' e s d o m in a n t e e n t o d o e l in t e r v a l o d e f r e c u e n c ia s o b s e r v a d a s ( F ig u r a 9 c ) . E n g e n e r a l , lo s h i d r o g e le s s o n b l a n d o s ( G '= 0 : 5 k P a a 1.5 % e n p e s o d e c a r g a d e H E C - N p ) y m u e s t r a n u n c o m p o r t a m i e n t o " p s e u d o p l á s t i c o " l i n e a l , s in e m b a r g o , s o n a l t a m e n t e e l á s t i c o s ( t a n d e 8 = 0 , 3 ) .
35 L a e s t r u c t u r a d e lo s h i d r o g e le s f o r m a d o s a l 0 , 5 % e n p e s o d e c a r g a d e H E C - N p s e c a r a c t e r i z ó p o r m ic r o s c o p í a e l e c t r ó n i c a d e b a r r id o ( S E M ) y d i s p e r s ió n d e n e u t r o n e s d e á n g u lo p e q u e ñ o ( S A N S ) .
L a F i g u r a 3 m u e s t r a u n a g r a n d e p e n d e n c i a d e la m ic r o e s t r u c t u r a o b s e r v a d a p a r a d o s m u e s t r a s c r i o - s e c a d a s y l i o f i l i z a d a s e n la c a r g a r e la t i v a d e H E C - N p y P V A - M V @ C B [ 8 ] . L a m a y o r c a r g a d e P V A - M V @ C B [ 8 ] m o s t r a d a e n la 40 F i g u r a 3 a c o n la m is m a c a r g a d e H E C - N p ( 0 , 5 % e n p e s o ) p r o d u c e p o r o s m u c h o m á s p e q u e ñ o s q u e e l h i d r o g e l a n á lo g o e n la F i g u r a 3 b . P r e s u m ib le m e n t e , e s t o s e d e b e a la m a y o r d e n s id a d d e e n l a c e s c r u z a d o s y c o n c u e r d a c o n la s t e n d e n c i a s o b s e r v a d a s p r e v ia m e n t e ( A p p e l e t a l . J . A m . C h e m . S o c . 2010 , 132 , 14251 - 14260 ) .
T a m b i é n s e t o m a r o n m e d ic i o n e s d e S E M p a r a u n h i d r o g e l q u e c o m p r e n d e H E C - N p 1 , 5 % e n p e s o , P V A - M V 0 , 3 % 45 e n p e s o y C B [ 8 ] 0 , 3 e q . ( v é a s e la F i g u r a 10 ) .
Análisis de datos SANS
L o s e x p e r i m e n t o s S A N S s e l l e v a r o n a c a b o u t i l i z a n d o e l i n s t r u m e n t o D 11 e n la f u e n t e d e l r e a c t o r d e a l t o f l u j o I n s t i t u t 50 L a u e - L a n g e v i n e n G r e n o b le , F r a n c ia . L o s n e u t r o n e s s o n s e n s i b le s a l i n t e r v a l o n m d e e s c a l a s d e l o n g i t u d , p o r lo t a n t o , s e p o d r í a o b t e n e r u n a im a g e n m á s r e f i n a d a d e la e s t r u c t u r a m o le c u la r d e l h i d r o g e l q u e la p r o b a d a p o r S E M . L o s d a t o s d e d i s p e r s ió n p a r a lo s h i d r o g e le s s e s u p e r p o n e n , s in m o s t r a r c a m b io s im p o r t a n t e s e n la n a n o e s t r u c t u r a c o n la c a n t id a d d e P V A - M v @ C B [ 8 ] . L o s d a t o s p u e d e n d e s c r i b i r s e a d e c u a d a m e n t e m e d ia n t e u n a c o m b in a c ió n d e lo s m o d e l o s D e b y e - B u e c h e y O r n s t e i n - Z e r n i c h e , q u e s e u t i l i z a n a m p l i a m e n t e p a r a e x p l i c a r la d i s p e r s ió n d e g e le s y 55 s o l u c io n e s p o l im é r i c a s ( B e n g u ig u i e t a l . E u r o . P h y s . J . B . 1999 , 11 , 439 - 444 ; H o r k a y e t a l . P o ly m e r 2005 , 46 , 4242 ­ 4247 ) . L a l o n g i t u d d e c o r r e la c i ó n ^ p o d r í a a j u s t a r s e c o n v a l o r e s a l r e d e d o r d e 200 A ( ± 30 A ) , q u e e s b a s t a n t e g r a n d e e n c o m p a r a c ió n c o n lo s v a l o r e s i n f o r m a d o s p a r a g e le s p o l im é r ic o s , p r o b a b le m e n t e d e b id o a la c a r g a e x c e p c io n a l m e n t e b a ja d e m a t e r i a l p o l im é r ic o e n r e la c ió n c o n lo s s is t e m a s i n f o r m a d o s a n t e r io r m e n t e , p e r o c o n s i s t e n t e c o n e l t a m a ñ o d e m a l l a c a l c u la d o b a s a d o e n d i s t a n c ia s e n t r e r e s t o s h u é s p e d e s a lo la r g o d e u n a c a d e n a 60 p o l im é r i c a e x t e n d i d a b ie n s o l v a t a d a . c a d e n a p o l im é r ic a b ie n s o l v a t a d a . L a l o n g i t u d d e c o r r e la c i ó n d e la e s t r u c t u r a c o n g e la d a , E , p o d r í a t o m a r u n a a m p l i a g a m a d e v a l o r e s , e n t r e 500 y 1.000 A . S e o b s e r v ó u n a l t o e x c e s o d e d i s p e r s ió n a b a ja q , q u e s ig u ió u n a le y d e q '4 P o r o d , t í p i c o d e u n a i n t e r f a z n í t id a , y s u g i e r e la p r e s e n c i a d e in h o m o g e n e i d a d e s d e g r a n t a m a ñ o e n la m u e s t r a . P o r lo t a n t o , la d i s p e r s ió n n o p u d o s e r c o m p le t a m e n t e d e s c r i t a p o r lo s m o d e l o s d e D e b y e - B u e c h e y O r n s t e i n - Z e r n i c h e y s e n e c e s i t a b a u n a le y d e p o t e n c i a ( q _ 4) p a r a e x p l i c a r la 65 c u r v a d e d i s p e r s ió n c o m p le t a . E s t a s i n h o m o g e n e i d a d e s p r o b a b le m e n t e s e a n e l r e s u l t a d o d e p u lp a in s o lu b le d e la c e l u lo s a y a q u e la s m u e s t r a s n o s e f i l t r a r o n a n t e s d e q u e s e t o m a r a n la s m e d id a s d e d i s p e r s ió n .
Para geles compuestos de cadenas de polímeros flexibles, la intensidad de dispersión generalmente se describe mediante la combinación de dos términos, un componente dinámico y uno estático (véase Horkay et al. Macromolecules 1991,24, 2896-2902; Pezron et al. Polymer 1991, 32, 3201-3210). El término dinámico sigue una ley de Ornstein-Zernike, en cuanto a las soluciones semi-diluidas de polímeros en un buen disolvente, lo que conduce a una forma lorentziana de la función de dispersión dada por:
Figure imgf000045_0001
donde Il (0) es el factor de estructura extrapolado a cero q y ,^ un término de correlación térmica, que se puede asimilar a un "tamaño de malla" de la red de gel. El segundo término surge de las fluctuaciones de concentración congeladas que causan una dispersión excesiva en q bajo y se describe mediante el término de Debye-Bueche:
Figure imgf000045_0002
Idb (0) es el factor de estructura extrapolado a q = 0 y E el tamaño de las inhomogeneidades. Este término representa un medio de dos densidades con una interfaz nítida. La combinación de los modelos Ornstein-Zernike (Lorentzian) y Debye-Bueche da la intensidad dispersa I(q) de la siguiente manera:
Figure imgf000045_0003
Capacidad de respuesta a estímulos de hidrogel
Los hidrogeles preparados de acuerdo con el método de preparación anterior se colocaron en un vial pequeño. En el caso de líquidos como el tolueno o el hexano, se añadió un volumen aproximadamente equivalente a la parte superior del hidrogel y el sistema de bicapa se mezcló con un vórtice durante 10 segundos. En el caso de sólidos como el 2,6-dihidroxinaftaleno y el ditionito de sodio, se añadió un exceso (normalmente 3 equivalentes) como un sólido a la parte superior del hidrogel y el sistema se mezcló con un vórtice durante 10 segundos.
El complejo ternario CB[8], más allá de proporcionar un medio para la preparación de hidrogeles autoensamblados, también imparte una respuesta de estímulo inherente a los materiales resultantes de manera sintonizable. Estos hidrogeles son altamente sensibles a estímulos externos específicos, incluyendo segundos huéspedes competidores y condiciones reductoras. La adición de un exceso de un huésped competitivo con mezcla, es decir, 2,6-dihidroxinaftaleno o un volumen equivalente de un disolvente como el tolueno, conduce a la disociación de la red de polímeros y la pérdida completa de la masa mecánica. En el caso del tolueno, el reparto del tolueno de la capa acuosa después de la sedimentación provoca la reforma del hidrogel. Por el contrario, cuando se añadió hexano en lugar de tolueno, no se observó ninguna alteración de las propiedades del hidrogel (el hexano no es un segundo huésped adecuado para el complejo ternario CB[8]). Adicionalmente, la dilución con un volumen equivalente de H2 O solo redujo ligeramente las propiedades mecánicas (véase la Figura 2).
Otra ventaja importante de este sistema es la reducción de un electrón de MV, que rompe de forma reversible el complejo ternario a expensas de la formación del complejo 2:1 MV+:CB[8] específico (véase Lee et al. Chem. Commun. 2002: 2692-2693; Coulston et al. Chem. Commun. 2011, 47, 164-166). Por tanto, la adición de ditionito de sodio (un buen agente reductor para MV) produce una solución de baja viscosidad.
Estudios de toxicidad
Se cultivaron células y medios NIH 3T3 en DMEM que contenía 10% de suero fetal bovino (FBS) y 1 % de penicilina/estreptomicina. Las células se cultivaron como una monocapa y se pasaron después de la confluencia utilizando tripsina (0,5 %, p/v en PBS). Las células se cosecharon del cultivo incubando en solución de tripsina durante 10 minutos. Las células se centrifugaron y el sobrenadante se desechó. Se añadió DMEM suplementado con suero (3 ml) para neutralizar cualquier tripsina residual. Las células se resuspendieron en DMEM suplementado con suero a una concentración de 2 x 104 células/ml. Las células se cultivaron a 37 °C y 5 % de CO2.
Las toxicidades de los polímeros constituyentes del hidrogel se evaluaron determinando su capacidad para afectar la proliferación y la viabilidad de las células 3T3 cultivadas en DMEM. Los polímeros se incubaron en multiplacas de 24 pocillos a 1 x 104 células por pocillo durante 24 h a 37 °C en 500 pl de medio. Las diferentes viabilidades celulares se evaluaron utilizando el ensayo MTT en las líneas celulares 3T3. En esta ocasión, se añadieron a cada pocillo 10 ml de solución madre de MTT filtrada estéril en PBS (5 mg/ml), alcanzando una concentración final de MTT de 0,5 mg/ml. Después de 5 horas, el tinte sin reaccionar se eliminó por aspiración. Los cristales de formazán se disolvieron en DMSO (100 ml por pocillo) y se midió la absorbancia usando un lector de microplacas a una longitud de onda de 570 nm. Viabilidad celular (%) = [A]prueba /[A]control x 100 %, donde [A]pruebaes la absorbancia de los pocillos con del gel. El perfil de liberación de todos los polímeros puede ajustarse a la siguiente ecuación de RitgerPeppas para la liberación del fármaco en el rango de Mt/M~ = 0,6 (véase Ritger et al. J. Controlled Release 1987, 5, 23; Ritger et al. J. Controlled Release 1987, 5, 37).
Figure imgf000047_0001
Estudios de bioactividad de proteínas
La actividad esterasa de BSA se determinó siguiendo la formación de p-nitrofenol a partir del sustrato sintético acetato de p-nitrofenilo a 400 nm usando un espectrofotómetro. Las mezclas de reacción contenían acetato de pnitrofenilo 50 pM y proteína 20 pM en tampón fosfato 0,1 M, pH 7,4 a 37 °C. Se usó un coeficiente de extinción molar para p-nitrofenol de £ = 17,700 M'1 cirr1 para todo el cálculo.
La actividad de la lisozima liberada del gel se determinó usando el kit de ensayo de lisozima EnzChek (RTM) (Molecular Probes, E-22013). Los protocolos experimentales se realizaron según las instrucciones proporcionadas en el kit.
La preservación de la actividad de BSA es de gran importancia para cualquier aplicación biológica que involucre geles. La Figura 13 muestra la actividad biológica de los materiales BSA y lisozima tras el suministro desde el hidrogel. La evaluación se realizó utilizando ensayos de actividad bien establecidos. Se realizaron experimentos de control mediante los cuales las proteínas se mantuvieron en soluciones tamponadas durante los marcos de tiempo análogos como la liberación. Se observa que BSA retiene más del 80 % de su actividad original cuando se libera del gel incluso después de 50 días, mientras que solo el 2 % de la actividad se retiene sin ninguna encapsulación en gel. Estos resultados implican que BSA mantiene la mayor parte de su actividad cuando se retiene dentro de la estructura del gel, que es una reacción de la retención de la estructura nativa por BSA.
Resultados experimentales adicionales: polímeros de vinilbenceno
El trabajo experimental adicional descrito en el presente documento muestra que el uso de un polímero que tiene un peso molecular más alto, como más de 50 kDa, puede usarse para generar hidrogeles.
Los compuestos huéspedes utilizados en los polímeros son los aminoácidos naturales y comercialmente disponibles fenilalanina y triptófano. El uso de tales aminoácidos reduce el perfil de toxicidad potencial del sistema, pero también simplifica el hidrogel de un sistema de tres componentes a un sistema de dos componentes (véase la Figura 14). La conocida naturaleza de respuesta a estímulos del complejo ternario y la facilidad de síntesis de los diversos componentes hacen que este sistema sea muy adecuado para varias aplicaciones biomédicas e industriales importantes.
Las técnicas analíticas y de preparación descritas anteriormente en relación con los polímeros de celulosa también se usaron para analizar y preparar los polímeros de vinilbenceno descritos a continuación.
El siguiente trabajo muestra que los aminoácidos pueden usarse como huéspedes en un hospedador, tal como cucurbiturilo.
Los monómeros de estireno solubles en agua se copolimerizaron con monómeros de aminoácidos aromáticos derivados de sintéticos de fenilalanina y triptófano. Se muestra que los polímeros resultantes forman hidrogeles reticulados físicamente dinámicos y de autocuración a través del reconocimiento y la unión de los aminoácidos a la orina de cucurbi[8]urilo. El trabajo se describe con detalle a continuación. Los polímeros utilizados en este estudio tenían pesos moleculares de 10.9 kDa y 12.1 kDa. Se descubrió que los hidrogeles producidos tienen propiedades reológicas donde se observa que el módulo de pérdida (G") domina el módulo de almacenamiento (G') a frecuencias más altas. Los hidrogeles de la presente invención emplean normalmente un polímero que tiene un peso molecular que es 50 kDa o más. Se encuentra que el uso de tales polímeros está asociado con un producto de hidrogel que tiene un módulo de almacenamiento dominante (G') sobre el módulo de pérdida (G") para cualquier valor de frecuencia en el intervalo de 0,1 a 100 rad/s.
Los polímeros utilizados en este estudio tienen un peso molecular inferior a 50 kDa. Como se describe en el presente documento, los hidrogeles resultantes de la formación de complejos de los polímeros no tienen las características reológicas deseadas. Como tal, los experimentos pueden compararse con los otros ejemplos, que se relacionan con hidrogeles que se forman a partir de polímeros con pesos moleculares de 50 kDa o más. Se apreciará que los hidrogeles descritos en estos ejemplos, sin embargo, son capaces de contener un encapsulante y, por lo tanto, tienen un uso general de acuerdo con los aspectos más amplios de la presente invención.
Ejemplo de referencia
Diseño y síntesis de polímeros funcionales
Los polímeros derivados de cloruro de (vinilbencil) trimetilamonio son rígidos y altamente solubles en agua debido a su carga catiónica, haciendo que este monómero sea ideal para la copolimerización con monómeros funcionales huéspedes. La rigidez del polímero es particularmente importante para mejorar la resistencia del hidrogel limitando la unión intramolecular de las unidades de aminoácidos en la misma cadena de polímero. Los polímeros rígidos son ideales ya que promueven la formación de complejos intermoleculares, lo que conduce a materiales más fuertes. A los efectos de la copolimerización, también se requirió un monómero de aminoácidos compatible para asegurar la distribución aleatoria de las unidades funcionales. Por tanto, se realizó la síntesis de un monómero de aminoácidos derivado del estireno, como se muestra a continuación. El acoplamiento de los aminoácidos activados Boc-L-fenilalanina N-hidroxisuccinimida éster y Boc-L-triptófano N-hidroxisuccinimida éster con (4-vinilbencil) amina en presencia de trietilamina proporcionó los monómeros de aminoácidos protegidos con Boc (StPhe, 3a y StTrp, 3b) a buenos rendimientos.
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Con los monómeros StPhe y StTrp en la mano, la copolimerización de radicales libres "tradicional" con cloruro de (vinilbencil) trimetilamonio se realizó usando ácido azobis cianopentanoico (ACPA). Después del tratamiento con ácido para la desprotección de Boc, los copolímeros catiónicos de aminoácidos estirénicos (5a, StPhe-StAm y 5b, StTrp-StAm) se obtuvieron como sales de HCl, que eran altamente solubles en agua y fácilmente purificados por diálisis. El análisis de RMN de protones de estos copolímeros determinó que el 7 % de los monómeros eran funcionales con aminoácidos en los casos de fenilalanina y triptófano (datos no mostrados). Al comparar la integración de la señal aromática (7,5-6,0 ppm) con la integración del singlete de trimetilamonio (2,7 ppm), se determinó el exceso de protones aromáticos en el polímero que se correlacionó directamente con el número de monómeros funcionales huéspedes incorporados en los polímeros finales.
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Síntesis de (1-oxo-3-fenil-1 - ((4-vinilbencil) amino) propan-2-il) carbamato de terc-butilo (StPhe)
Se añadió (4-vinilbencil) amina (0,500 g, 3,75 mmol) gota a gota a una solución de Boc-Phe-OSu (1,770 g, 4,88 mmol) en diclorometano (DCM, 10 ml) a 0°C. Luego se añadió trietilamina (0,988 ml, 7,50 mmol) gota a gota a la solución enfriada y la reacción se dejó calentar a temperatura ambiente y se agitó durante 24 horas. La reacción se interrumpió con una solución saturada de carbonato de sodio y el producto se extrajo con diclorometano (DCM) (x 3). Los extractos orgánicos combinados se secaron con sulfato de magnesio, se filtraron y se concentraron al vacío. El residuo crudo se redisolvió en una mezcla 50:50 de hexano y acetato de etilo y se lavó a través de una almohadilla de sílice. La eliminación del disolvente al vacío produjo el compuesto del título como un sólido blanco amorfo que se secó a alto vacío durante la noche (1,324 g, 93 %).
Espectroscopia de RMN 1H (CDCl3, 500 MHz) d (ppm) = 7,35-6,95 (9H, m, Ar-H), 6,73-6,63 (1H, dd, J = 17,5 Hz, 10,7 Hz, alqueno-H), 6,10-6,02 (1H, br s, N-H), 5,78-5,68 (1H, dd, J = 17,5 Hz, 0,8 Hz, alqueno-H), 5,28-5,20 (1 H, dd, J = 10,7 Hz, 0,8 Hz, alqueno-H), 5,10-4,95 (1H, br s, N-H), 4,40-4,37 (3H, m, CH2, CH), 3,16-2,99 (2H, m, CH2 ), 1,39 (9H, s, CH3). Espectroscopia RMN 13C (CDCla, 500 MHz) d (ppm) = 170,98 (CO), 155,37 (CO), 137,19 (ArC), 136,87 (ArC), 136,63 (ArC), 136,32 (CH), 129,33 (ArCH), 128,72 (ArCH), 127,86 (ArCH), 126,95 (ArCH), 126,41 (ArCH), 113,95 (CH2 ), 56,08 (CH), 43,19 (CH2 ), 38,53 (CH2 ), 28,24 (CH3 ). Elemental: Encontrado C, 72,39; H, 7,51; N, 7,22. C23 H26O3 N2 calculado C, 72,60; H, 7,42; N, 7,36. FT-IR (ATR) n = 3339 (m), 2983 (m), 1678 (s), 1658 (s), 1517 (s) cm-1. HRMS: Encontrado 381,2178 [C23 H26 O3 N2 ]+ calculado 381,2190.
Síntesis de poli (2-amino-3-fenil-N- (4-vinilbencil) propanamida-co (vinilbencil) cloruro de trimetilamonio) (StPhe-StAm)
StPhe (0,498 g, 1,31 mmol), Se disolvieron cloruro de (vinilbencil)trimetilamonio (2,500 g, 11,81 mmol) y 4,4'-azobis (ácido 4-cianopentanoico) (ACPA, 36,4 mg) en metanol (MeOH, 7 ml) y se desgasificó con nitrógeno durante 30 minutos. La reacción se calentó a 70 °C y se agitó durante 24 horas. El producto se precipitó con éter dietílico y se recogió por filtración al vacío. El residuo bruto se redisolvió en MeOH (20 ml) y se añadió gota a gota cloruro de hidrógeno 4 N en solución de dioxano (20 ml). La reacción se agitó durante 8 horas y el polímero desprotegido se precipitó con éter dietílico. El residuo crudo se purificó por diálisis contra agua durante 24 horas y el producto se liofilizó para producir un sólido blanco amorfo (1,774 g, 62 %) que tenía 7 % de StPhe y 93 % de StAm.
FT-IR (ATR) n = 3374 (br), 3014 (m), 2923 (m), 1680 (m), 1614 (m), 1479 (s) cm'1. GPC (H2O): Mn = 10,9 kDa, PDI = 2,2. Síntesis de (3- (1H-indol-3-il) -1-oxo-1 - ((4-vinibencil) amino)propan-2-il)carbamato de terc-butilo (StTrp)
Se añadió (4-vinilbencil) amina (0,500 g, 3,75 mmol) gota a gota a una solución de Boc-Phe-OSu (1,960 g, 4,88 mmol) en diclorometano (DCM, 10 ml) a 0 °C. Después se añadió trietilamina (0,988 ml, 7,50 mmol) gota a gota a la solución enfriada y se dejó que la reacción se calentara a temperatura ambiente y se agitó durante 24 horas. La reacción se interrumpió con una solución saturada de carbonato de sodio y el producto se extrajo con DCM (x 3). Los extractos orgánicos combinados se secaron con sulfato de magnesio, se filtraron y se concentraron al vacío. El residuo crudo se redisolvió en una mezcla 50:50 de hexano y acetato de etilo y se lavó a través de una almohadilla de sílice. La eliminación del disolvente al vacío produjo el compuesto del título como un sólido blanco amorfo que se secó a alto vacío durante la noche (1,541 g, 98%).
Espectroscopia RMN 1H (CDCla, 500 MHz) d (ppm) = 8,07 (1H), s, ArH), 7,70-7,62 (1H, d, J = 7,8 Hz, Ar-H), 7,39­ 7,31 (1H, d, J = 8,1 Hz, Ar-H), 7,30-7,20 (1 H, m, Ar-H), 7,20-7,15 (1H, ddd, J = 8,1, 6,9, 1,1 Hz, Ar-H), 7,15-7,10 (1H, ddd, J = 8,1, 6,9, 1,1 Hz, Ar-H), 7,00-6,85 (3H, m, Ar-H), 6,71-6,61 (1H, dd, J = 17,7, 10,9 Hz), 6,08-5,90 (1H, br s, N-H), 5,73-5,65 (1H, dd, J = 17,7, 0,8 Hz, alqueno-H), 5,27-5,20 (1H, dd, J = 10,9, 0,8 Hz, alqueno-H), 5,27-5,10 (1H, br s, N-H), 4,51-4,37 (1H, br s, CH), 4,32-4,18 (2H, m, CH2 ), 3,39-3,25 (1H, dd, J = 14,3, 5,2 Hz, HC-H), 3,25­ 3,10 (1H, dd, J = 14,3, 7,5 Hz, HCH), 1,41 (9H, s). Espectroscopia RMN 13C (CDCfj, 500 MHz) d (ppm) = 171,52 (CO), 155,45 (CO), 136,74 (ArC), 136,20 (CH2 ), 136,05 (ArC), 128,02 (ACH), 127,82 (ArC), 127,37 (ArCH), 126,32 (ArCH), 123,19 (ArCH), 123,03 (ArC), 122,35 (ArCH), 119,86 (ArCH), 113,92 (CH), 111,18 (ArCH), 110,67 (ArC), 55,31 (CH), 43,21 (CH2 ), 28,43 (CH2 ), 28,27 (CH3 ). Elemental: Encontrado C, 69,27; H, 6,98; N, 9,44. C25H29O3N3 calculado C, 71,57; H, 6,97; N, 10,02. FT-IR (ATR) n = 3310 (br), 2978 (m), 2930 (m), 1693 (s), 1655 (s), 1494 (s) cm-1. HRMS: Encontrado 420,2303 [C25 H30O3 N3 ]+ calculado 420,2287.
Síntesis de poli(2-amino-3- (3H-indol-3-il) -N- (4-vinilbencil)propanamida-co-(vinilbenciltrimetilamoniocloruro) (StTrp-StAm)
StTrp (0,550 g, 1,31 mmol), El cloruro de (vinilbencil)trimetilamonio (2,500 g, 11,81 mmol) y ACPA (36.4 mg) se disolvieron en MeOH (7 ml) y se desgasificaron con nitrógeno durante 30 minutos. La reacción se calentó a 70 °C y se agitó durante 24 horas. El producto se precipitó con éter dietílico y se recogió por filtración al vacío. El residuo bruto se redisolvió en MeOH (20 ml) y se añadió gota a gota cloruro de hidrógeno 4N en solución de dioxano (20 ml). La reacción se agitó durante 8 horas y el polímero desprotegido se precipitó con éter dietílico. El residuo crudo se purificó por diálisis contra agua durante 24 horas y el producto se liofilizó para producir un sólido blanco amorfo (1,752 g, 60 %).
FT-IR (ATR) n = 3373 (br), 3012 (br), 2921 (br), 1679 (m), 1614 (m), 1478 (s) cm-1. GPC (H2 O): Mn = 12,1 kDa, PDI = 2,4.
Preparación de hidrogel
Se prepararon soluciones de polímero (20% p/v) y se diluyeron con volúmenes equivalentes de soluciones CB[8] de varias concentraciones, lo que resultó en una concentración final de polímero de 10% p/v. Las soluciones combinadas se calentaron suavemente y se agitaron durante unos segundos antes de dejar que se enfriaran a temperatura ambiente para que el hidrogel pudiera fraguar. La fenilalanina y el triptófano se unen dentro de la cavidad CB[8] de una manera 2: 1 (véase Heitmann et al. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12574-12581). Por tanto, 0,5 equivalentes de CB[8] teóricamente proporciona un 100% de reticulación de las unidades de aminoácidos aromáticos. Las valoraciones iniciales de CB[8] en soluciones de polímeros ejemplifican bien esto. Las soluciones de polímeros que contenían el 20 % en peso del polímero funcional se diluyeron con volúmenes equivalentes de soluciones que contenían varios equivalentes de CB[8], se calentaron ligeramente y se sacudieron. Como estaba previsto, la adición de CB[8] dio como resultado grandes aumentos en la viscosidad que se visualizó fácilmente mediante pruebas de vial invertidas (imágenes no mostradas). Se observó que sin CB[8] la solución de polímero permanece transparente y la solución incolora fluye. Con 0,35 equivalentes de CB[8], la solución es mucho más viscosa pero retiene algo de flujo. La adición de > 0: 5 equivalentes de CB[8] causó que el flujo de la solución disminuya drásticamente tras la inversión del vial. La adición de 1 equivalente de CB[8] podría, en teoría, favorecer el 100% de la formación de complejos de aminoácidos 1:1 CB[8].
Como todavía se forman hidrogeles fuertes, este claramente no es el caso. Como control, También se añadieron 0,5 equivalentes de CB[7] a una solución de polímero. CB[7] es lo suficientemente grande como para unir solo una unidad Phe/Trp, por lo tanto incapaz de promover la reticulación. Con la adición de CB[7] no se observó ningún cambio en la viscosidad, por lo tanto, la unión 1:1 de Phe o Trp a una molécula CB[n] no es constructiva para la formación de gel. Como segundo control, también se sintetizó cloruro de poli [(vinilbencil) trimetilamonio] no funcional (p-StAm). Tras la adición de CB[8] a una solución del polímero StAm de control al 10 % en peso, no se observó cambio visible en la viscosidad. La formación de hidrogel, por lo tanto, surge exclusivamente de la unión 2: 1 de los aminoácidos cargados dentro de la cavidad CB[8] y el esqueleto de polímero catiónico no está involucrado en el proceso de reticulación.
Caracterización reológica de los hidrogeles supramoleculares
Los hidrogeles supramoleculares se han diseñado y preparado con éxito y se realizó una caracterización reológica para cuantificar sus propiedades mecánicas. El análisis reológico se realizó en hidrogeles supramoleculares preparados a partir de la mezcla de las soluciones 5a y 5b con varios equivalentes molares de CB[8] (en relación con las unidades funcionalizadas con aminoácidos, por ejemplo, 0, 0,05, 0,15, 0,35, 0,50, 0,70 equivalentes) correspondientes a varios porcentajes teóricos de reticulación. Avanzar más allá del límite teórico del 100% de reticulación (de 0.5 equivalentes de CB[8] a 0.7 equivalentes) son dos resultados posibles: a) Las propiedades del gel, incluyendo viscosidad, disminuyen. En el caso de la fenilalanina, el 20 % de las unidades de aminoácidos se unirían de manera 1:1 y solo el 80% de las unidades de aminoácidos de una manera 2:1, lo que conduce a reticulación. Esto se debe a que la primera constante de enlace es equivalente a la segunda. En el caso del triptófano, la segunda constante de unión es más débil que la primera y, por lo tanto, el 40% de los aminoácidos se unirían de una manera 1:1 y el 60% de una manera 2:1 (Heitmann et al. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12574­ 12581). Por tanto, a 0,7 equivalentes de CB[8] la reticulación real dependería del 80% o del 60% de los aminoácidos utilizados. b) Como la unión 2: 1 es más favorable que la unión 1: 1 (es decir, un valor Keq más alto para el complejo ternario en comparación con el complejo binario) el exceso de CB[8] suspendido en la solución no evitaría la reticulación como es el caso 'a 'pero en cambio aumenta la viscosidad actuando como un modulador de viscosidad sólido. También es posible que el exceso de CB[8] en solución promueva la formación del complejo ternario al mismo tiempo que imponga una reticulación del 100 % y reduzca la tasa aparente de disociación de los componentes.
Mediciones Oscilatorias
Las mediciones de cizallamiento oscilatorio dependiente de la deformación a 20 ° C se realizaron primero para determinar las propiedades viscoelásticas lineales del material. A lo largo del experimento, se demostró que todos los hidrogeles tenían una amplia ventana viscoelástica y no se observó desviación de la linealidad incluso con la deformación de oscilación más alta, a excepción de los geles StTrp-StAm que contienen 0,7 equivalentes (véanse las Figuras 18a y 18b). Ambos materiales, independientemente de la concentración de CB[8] conservaron sus amplias regiones viscoelásticas. Se observó que, con el aumento de la concentración de CB[8], el módulo de meseta de los materiales aumentó, los restos huéspedes. De forma interesante, los módulos para StPhe-StAm son claramente más grandes que los de los geles StTrp-StAm en un orden de magnitud.
También se realizaron mediciones reológicas oscilatorias dependientes de la frecuencia en los materiales dentro del régimen viscoelástico lineal (Figuras 15A y 15B). Al igual que con las mediciones oscilatorias dependientes de la deformación, Los módulos de los geles StPhe-StAm son de una magnitud superior a los de los materiales StTrp-StAm. También vale la pena señalar que los geles StPhe-StAm se vuelven elásticamente activos a frecuencias angulares más bajas que los geles StTrp-StAm. En ambos casos, cuantos más equivalentes de CB[8] añadidos causaron no solo un aumento tanto en el módulo de almacenamiento como de pérdida del gel, sino también una disminución en la frecuencia angular a la que el módulo de almacenamiento (G') se vuelve dominante sobre el módulo de pérdida (G"). Con más CB[8], en cualquier momento habrá más reticulaciones entre los polímeros, lo que permite que el material se comporte de manera más elástica a medida que la red supramolecular sufre una penalización de energía más alta al romperse.
Como el punto de cruce ocurre a frecuencias angulares más bajas con una mayor concentración de CB[8], podemos inferir que se ha logrado un mayor grado de reticulación y que concentraciones más altas de CB[8] (incluso más allá de 0,5 equivalentes) imponen una complejación 2:1. Esto lleva a la conclusión de que el equilibrio de la formación del complejo ternario no se encuentra completamente hacia la formación del complejo 2:1. En cambio, se prevé que en este caso el equilibrio entre las unidades de aminoácidos libres y CB[8] y su respectivo complejo binario 1:1 se encuentra a la izquierda. Aumentando la concentración de CB[8] se refuerza la formación de complejos 1:1 mediante el principio de Le Chateliers, que luego procede a la formación del complejo ternario, que es energéticamente favorable.
Mediciones de cizallamiento constante
Se realizaron mediciones reológicas de cizalladura constante en los geles StPhe-StAm y StTrp-StAm para determinar el efecto mecánico de cantidades variables de CB[8] (Figuras 16A y 16B). En ambos casos, la viscosidad de cizallamiento cero de los materiales aumentó con equivalentes de CB[8] añadidos, incluso más allá de 0.5 equivalentes. Inicialmente, los geles se comportaron como materiales newtonianos sin cambios en la viscosidad. A altas tasas de cizallamiento, algunos geles con mayor carga de CB[8] mostraron un ligero grado de cizallamiento a medida que aumentaba la velocidad de cizallamiento. Todos los materiales mostraron un comportamiento pseudoplástico por cizallamiento en condiciones de alto cizallamiento.
Considerando solo las viscosidades de corte cero, Al aumentar la adición de CB[8], los materiales StPhe-StAm y StTrp-StAm mostraron un aumento como era de esperar (Figura 7). Aunque inicialmente a bajas concentraciones de CB[8] ambos materiales tienen una viscosidad muy baja y similar, una vez más allá de 0,15 equivalentes de CB[8], la viscosidad de cizallamiento cero del gel StPhe-StAm aumenta a una velocidad mucho mayor. Esto muestra que el complejo ternario Phe2 CB[8] es mucho más fuerte que el complejo Trp2cCB[8]. La Figura 17 también ejemplifica los equivalentes de CB[8] necesarios para inducir la gelificación. Las líneas de extrapolación de mejor ajuste para cada material muestran puntos de gelificación para que los dos materiales sean claramente diferentes. El polímero StPhe-StAm requiere solo 0,305 equivalentes de CB[8] para que comience la gelificación, mientras que el gel StTrp requiere 0.5 equivalentes. Para el StTrp-StAm, la viscosidad del polímero no se altera drásticamente con la concentración de CB[8] hasta superar el punto teórico de reticulación del 100 %. Esto se debe a la diferencia en las constantes de asociación de los aminoácidos con CB[8] y cómo esto puede afectar el equilibrio dinámico presente.
Resultados experimentales adicionales: polímeros de ácido hialurónico y celulosa
Se prepararon HA y polímeros de celulosa que tienen compuestos huéspedes de fenilalanina. Se muestra que los polímeros resultantes forman hidrogeles reticulados físicamente dinámicos y de autocuración a través del reconocimiento y la unión del aminoácido al cucurbit[8]urilo.
Los pesos moleculares de los polímeros estaban por encima de 50 kDa. Los experimentos descritos a continuación muestran que se puede preparar un hidrogel a partir de un polímero biológico, tal como un polímero de polisacárido, utilizando moléculas huésped biológicas. El hidrogel formado por lo tanto tiene un componente biológico predominante.
Preparación de azida Phe
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La azida de sodio (11 g, 169 mmol) y el bromhidrato de 2-bromoetilamina (10 g, 49.0 mmol) se disolvieron en agua (150 ml) y se calentaron a 75 °C durante 24 horas. Se añadieron 50 ml de una solución de NaOH al 10 % y el producto se extrajo en éter dietílico, se secó con sulfato de magnesio y se filtró. Producto concentrado a sequedad al vacío para producir 1,69 g un aceite amarillo: 2-azidoetliilamina.
El aceite amarillo se añadió a una solución de Boc-Phe-OSu (7,115 g, 19,7 mmol), en DMF (200 ml) y se enfrió en un baño de hielo. Se añadió gota a gota trietilamina (2,72 ml) y la reacción se agitó durante 12 horas antes de inactivar con agua. El producto se extrajo en acetato de etilo y se concentró hasta sequedad. El residuo crudo se disolvió en 20 ml de HCl 2 M en éter dietílico y se agitó durante 4 horas. El precipitado resultante se filtró y se lavó con más éter dietílico dando el producto (azida-fen) como un sólido blanco en forma de una sal de HCl.
Preparación de polímero de celulosa - polímero CMC-Phe
Figure imgf000052_0001
Se disolvieron 200 mg de carboximetilcelulosa de sodio (CMC) en tampón de pH 4 (16 ml). A esta solución se le añadió propargilamina (172 pl, 2,68 mmol), N-hidroxisuccinimida (NHS, 187 mg, 1,625 mmol) y clorhidrato de N- (3-dimetil-aminopropil')-N'-etilcarbodiimida (EDC, 312 mg, 1,625 mmol). La mezcla de reacción se agitó durante 24 horas y el producto intermedio se purificó por diálisis contra salmuera (24 horas) y luego agua (48 horas).
El polímero intermedio se aisló por liofilización. El producto amorfo se redisolvió en una mezcla 1: 1 de agua y etanol (20 ml). Se añadió azida-Phe (73,25 mg, 0,245 mmol) seguido de ascorbato de sodio (16,3 mg, 0,0823 mmol) y sulfato de cobre (II) pentahidrato (21 mg, 0,0823 mmol). La mezcla de reacción se agitó durante una noche y el producto se purificó por diálisis contra una solución de hidrogenocarbonato de sodio (48 horas) y luego con agua (48 horas). El producto se aisló por liofilización.
El Pm del polímero fue aproximadamente 700 kDa.
Preparación de polímero de celulosa - polímero HA-Phe
Figure imgf000052_0002
El polímero se preparó de la misma manera que el polímero de celulosa anterior, excepto que la carboximetilcelulosa se reemplazó con ácido hialurónico ( 2 0 0 mg).
El Pm del polímero fue aproximadamente 200 kDa.
Preparación de hidrogel
Los hidrogeles basados en los polímeros CMC-Phe y HA-Phe descritos anteriormente se prepararon de manera similar a los hidrogeles de polímeros de vinilbenceno (también descritos anteriormente).
El hidrogel CMC-Phe se preparó a partir de una solución acuosa que comprende 2 % p/v del polímero de celulosa y 0,5 equivalentes de CB[8 ]. La formación del hidrogel fue evidente a partir de una prueba de vial invertido (imágenes no mostradas). En ausencia de CB[8 ], una solución acuosa que comprende 2 % p/v del polímero de celulosa no forma un hidrogel.
El hidrogel HA-Phe se preparó a partir de una solución acuosa que comprende 2% p/v del polímero HA-Phe y 0,5 equivalentes de CB[8 ]. La formación del hidrogel fue evidente a partir de una prueba de vial invertido (imágenes no mostradas). En ausencia de CB[8 ], una solución acuosa que comprende 2% p/v del polímero HA no forma un hidrogel. Cuando se utilizó CB[7] en lugar de CB[8 ] (en equivalencia similar), el polímero HA no forma un hidrogel.
Resultados experimentales adicionales - Hidrogeles de antraceno
El cucurbit[8 ]urilo (CB[8 ]), puede acomodar hasta dos moléculas huésped aromáticas simultáneamente dentro de su cavidad como se muestra en la Figura 19 (b), para formar ya sea 1:2 de complejs homoternarios de CB[8 ]-(huésped)2 con huéspedes monocatenarios o complejos heteroternarios 1 :1 : 1 con un huésped dicatiónico y uno neutro. La preorganización de dos unidades de antraceno (ver Figura 19 (a)) en la cavidad de CB[8 ] en una pila cara a cara n-n aumenta dramáticamente la tasa de fotodimerización entre los dos antracenos y puede utilizarse más para ligarse fotoquímicamente y polímeros de reticulación. Esto se discute y ejemplifica a continuación.
Las moléculas de antraceno fueron diseñadas para llevar una carga positiva directamente adyacente al núcleo aromático para permitir una fuerte formación de complejos con CB[8 ]. Por razones estéricas, la sustitución de la posición 9 del antraceno impediría la capacidad de formar complejos ternarios con CB[8 ]. Por consiguiente, se usaron derivados de antraceno que llevan un sustituyente en la posición 2. El 2-amino-antraceno disponible comercialmente se sometió a aminación reductora con paraformaldehído y cianoborohidruro de sodio, que procedió sin problemas para producir W,W-dimetil-2 -amino-antraceno con buen rendimiento y alta pureza sin la necesidad de purificación adicional. Posteriormente, se obtuvieron sales de amonio cuaternario empleando reactivos alquilantes potentes tales como yoduro de metilo (para producir 1a) y bromuro de propagilo (para producir un precursor de "clic" para 1b y 1c) con rendimientos moderados.
No obstante, las etapas de purificación (filtración) y el intercambio iónico para producir la sal de cloruro solo requirieron un esfuerzo mínimo. El marcado de macromoléculas con tales antracenoidades se logró a través de reacciones de cicloadición aceleradas por cobre a partir de azidopoli (etilenglicol) (PEG) funcional del grupo final fácilmente disponible y azidohidroxietilcelulosa funcional de cadena lateral seguido de purificación por diálisis.
Formación de complejos hospedador-huésped y fotodimerización de antraceno 1a
Inicialmente, las características de unión de la molécula pequeña 1a con CB[8 ] fueron estudiadas por RMN 1H, UV/vis y espectroscopía de fluorescencia, ESI-MS y calorimetría de titulación isotérmica (ITC). De acuerdo con los informes de la literatura de otros complejos homoternarios 1:2 DE CB[8 ]-(huésped)2 (Jiao et al. J. Am. Chem, Soc., 2010, 132, 15734); Liu et al. Chem. Eur. J., 2011, 17, 9930), los desplazamientos característicos de los picos de protones aromáticos se observaron en el espectro de RMN 1H tras la adición de CB[8 ]. Los experimentos de titulación UV/vis (no mostrados) arrojaron evidencia de una estequiometría compleja 1:2, véase la Figura 19 (b). Adicionalmente, una fuerte banda excimer surgió en los espectros de emisión de 1a cuando se agregó CB[8 ], que es indicativo de una pila n-n de cara a cara de antraceno en la cavidad delhospedador (Liu et al. Chem. Eur. J., 2 0 1 1 , 17, 9930). Las especies dominantes en los espectros ESI-MS pueden asignarse al complejo CB[8 ]-1a2, lo que confirma aún más la formación de complejo homoternario sugerido a 1:2 de CB[8 ] con 1a.
Además, en los experimentos de ITC, el punto de inflexión de la isoterma se observó en una relación 1:2 de CB[8 ] a 1a, de acuerdo con la estequiometría compleja 1:2 propuesta en solución. La constante de unión ternaria acuosa total Ka (ternario) = (1 , 0 ± 0,5) x 1 012M'2 es esencialmente idéntica a la Ka (ternario) de un huésped de antracenopiridinio recientemente informado. Una deconvolución de Ka (ternario) en las constantes de unión individuales Ka(1) y Ka(2), aunque numéricamente algo inciertas (Heitmann et al. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 12574), Ka(1) = (4 ± 1) x 104 M'1 y Ka(2) = (2 ± 1) x 107 M-1, muestra claramente una fuerte cooperatividad positiva, en contraste con informes anteriores de huéspedes estructuralmente similares (Heitmann et al. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 12574); Jiao et al. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 15734). Por último, la unión de 1a con CB[7], un miembro más pequeño de la familia de cucurbit[n]urilo que solo puede formar complejos 1 : 1 con huéspedes aromáticos (Kim et al. J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 540); Lagona et al. Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 4844) también se investigó con las técnicas mencionadas y, lo que es más importante, no se observó ninguna banda de excímero en el espectro de emisión de una solución acuosa de CB[7] y 1a.
Habiendo establecido que CB[8 ] eficientemente n-n apila las unidades de antraceno de 1a en su cavidad, Se llevó a cabo una investigación sobre la dimerización de esos restos tras la fotoirradiación. Se demostró previamente por Inoue et al. que la fotodimerización de los ácidos antraceno-carboxílicos y sus ésteres añadidos a g-ciclodextrina en presencia de CB[8 ] produjo una distribución de producto completamente diferente que en ausencia del hospedador CB[8 ] (Yang et al. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 8574). De las constantes de unión informadas, Ka(1) = 2,4 x 1 05 M‘ 1 y Ka(2) = 1,4 x 104 M-1, es poco probable que el hospedador CB[8 ] preorganice cuantitativamente ambas moléculas de antraceno neutro o con carga negativa en las condiciones experimentales utilizadas (50 pM de CB[8 ] y especies de antraceno) y es mucho más probable que el complejo 1 : 1 fuera el predominante especies en solución. Adicionalmente, no se informaron aceleraciones en las tasas de fotodimerización en presencia de CB[8 ], en contraste con informes previos donde se emplearon ciclodextrinas como hospedadores (Tamaki Chem. Lett., 1984, 53 ; N a k a m u r a e t a l . J . A m . C h e m . S o c . , 2003 , 125 , 966 ) . M á s r e c ie n t e m e n t e , e l m is m o g r u p o u s ó u n d í m e r o d e a p i la c i ó n a n t r a c e n o - n - n c o v a l e n t e m e n t e u n i d o y la f o t o d im e r i z a c i ó n e n p r e s e n c i a d e C B [ 8 ] r e s u l t ó e n v a l o r e s d e e e im p r e s io n a n t e m e n t e a l t o s d e lo s d í m e r o s a s i m é t r i c o s . S e e s p e r a b a a c o r t a r e l t i e m p o d e f o t o d im e r i z a c i ó n r e q u e r id o p a r a lo s d e r iv a d o s d e l a n t r a c e n o , p r e v ia m e n t e n o t i f i c a d o q u e d u r a r a 1 h o r a p a r a a l c a n z a r la c o n v e r s i ó n c o m p le t a a t r a v é s d e l e f e c t o d e p l a n t i l l a n o c o v a l e n t e q u e r e s u l t a d e la u n ió n c o o p e r a t i v a d e d e r i v a d o s d e a n t r a c e n o c a r g a d o s p o s i t i v a m e n t e c o n C B [ 8 ] ( Y a n g e t a l . J . A m . C h e m . S o c . , 2008 , 130 , 8574 ) . D e h e c h o , la f o t o i r r a d ia c i ó n d e u n a s o l u c ió n a c u o s a d i lu i d a d e 1 a ( 10 j M ) y 0 , 5 e q u iv . C B [ 8 ] c o n u n a f u e n t e d e lu z d e 350 n m c o n d u jo a u n a r á p id a d i s m i n u c ió n e n la a b s o r b a n c ia d e la s b a n d a s c e n t r a d a s a l r e d e d o r d e 254 n m y 366 n m c o n u n p u n t o i s o s b é s t i c o a 222 n m , q u e a l c a n z ó la c o n v e r s i ó n c o m p le t a e n 3 m in u t o s ( F ig u r a 20 ( a ) ) .
A d e m á s , la i n t e n s id a d d e e m is i ó n d e f l u o r e s c e n c ia d i s m i n u y ó c o n la f o t o i r r a d ia c i ó n . L o s d a t o s c in é t i c o s d e U V / v i s y f l u o r e s c e n c ia a r r o ja r o n u n a c o n s t a n t e d e v e l o c id a d id é n t i c a d e 2 x 10 '2 s _1 a p a r t i r d e a j u s t e s m o n o e x p o n e n c i a le s . L o s e x p e r i m e n t o s d e c o n t r o l l l e v a d o s a c a b o e n c o n d i c io n e s id é n t i c a s , y a s e a e n p r e s e n c i a d e 1.0 e q u iv . d e C B [ 7 ] , o e n a u s e n c ia d e c u a l q u i e r h o s p e d a d o r , d i e r o n c o m o r e s u l t a d o s o lo u n 10 % d e c o n v e r s i ó n e n la m is m a e s c a l a d e t i e m p o y la s c o n s t a n t e s d e v e l o c id a d e n a m b o s c a s o s f u e r o n u n o r d e n d e m a g n i t u d m e n o r q u e c u a n d o la f o t o d im e r i z a c i ó n s e r e a l i z ó e n p r e s e n c i a d e C B [ 8 ] ( v é a s e la T a b la 1 ) . L a s c a r a c t e r í s t i c a s e s p e c t r a le s U V / v i s d e l p r o d u c t o f o r m a d o c u a n d o 1 a s e f o t o r a d i a r o n e n a u s e n c ia o p r e s e n c i a d e l h o s p e d a d o r C B [ 8 ] f u e r o n c a s i i d é n t i c a s , lo q u e s u g i e r e q u e e n a m b o s c a s o s s e f o r m a r o n p r o d u c t o s e s t r u c t u r a l m e n t e s im i la r e s . L a c o n f i r m a c ió n a d i c io n a l p a r a la r e a c c ió n d e f o t o d im e r i z a c i ó n p r o p u e s t a p r o v in o d e m e d ic i o n e s E S I - M S d e la m e z c la d e 1 a y C B [ 8 ] t r a t a d a c o n lu z U V .
C o m p u e s t o C o n c . d e 1 ( j M ) kfotoa ( 10 - 3 s - 1) 1a 10 3
1a + C B [ 7 ] ( 1 : 1 ) 10 2
1a + C B [ 8 ] ( 2 : 1 ) 10 21
1a 1 2
1a + C B [ 8 ] ( 2 : 1 ) 1 17
1b 10 2b
1b + C B [ 8 ] ( 2 : 1 ) 6 9
1c 10 9 b
1c + C B [ 8 ] ( 2 : 1 ) 6 13 aS e d e t e r m i n a r o n la s t a s a s d e f o t o r r e a c c i ó n ( i r r a d ia c i ó n d e 350 n m ) a p a r t i r d e a j u s t e s m o n o e x p o n e n c i a le s d e la a b s o r b a n c ia a 254 n m f r e n t e a l t i e m p o d e i r r a d ia c ió n . E n t o d o s lo s c a s o s s e u s a r o n u n v o l u m e n d e la m u e s t r a y g e o m e t r í a , c u b e t a y f u e n t e d e lu z id é n t ic o s .
b S e p r o d u c e n r e a c c io n e s s e c u n d a r ia s .
D e s p u é s d e 15 m in u t o s d e f o t o i r r a d ia c i ó n , s o lo s e o b s e r v ó u n a e s p e c ie e n e l e s p e c t r o E S I - M S , p o s e í a e l v a l o r m / z c o r r e c t o y e l e s t a d o d e c a r g a y s e id e n t i f i c ó c o m o e l c o m p le jo [ C B [ 8 ] 2a ]2+; p i c o s a d i c i o n a le s in c lu y e n d o e l c o m p le jo b i n a r io 1 :1 [ C B [ 8 ] 1 a ] e s t u v ie r o n p r e s e n t e s a n t e s d e la f o t o i r r a d ia c i ó n e n e l E S I - M S p e r o n o s e o b s e r v a r o n d e s p u é s d e la f o t o i r r a d ia c i ó n . P o s t e r i o r m e n t e s e a ñ a d ió a c e t o n i t r i l o a la s m u e s t r a s d e E S I - M S p a r a l i b e r a r e l d í m e r o d e a n t r a c e n o d e l c o m p le jo t e r n a r i o C B [ 8 ] . D e s p u é s d e la f o t o i r r a d ia c i ó n , la e s p e c ie c o n u n v a l o r m / z d e 236 D a p o s e í a u n a c a r g a d e 2 , q u e e s c a r a c t e r í s t i c o d e l f o t o d í m e r o 2a , m ie n t r a s q u e a n t e s d e la f o t o i r r a d ia c i ó n , e l 1a m o n o m é r i c o c o n u n a c a r g a 1 s e o b s e r v ó a l m is m o v a l o r m /z .
L a i n f o r m a c ió n e s t r u c t u r a l s e o b t u v o d e lo s e x p e r i m e n t o s d e R M N 1 H ( C B [ 8 ] : 1a = 1 :2 ; 5 0 0 j M e n 1 a ) . D e s p u é s d e 15 m in u t o s d e f o t o i r r a d ia c i ó n , s e o b s e r v ó u n a d e s a p a r i c i ó n c o m p le t a d e la s s e ñ a le s d e p r o t o n e s c o r r e s p o n d i e n t e s a lo s r e a c t i v o s d e a n t r a c e n o e n la c a v i d a d C B [ 8 ] c o n la a p a r i c ió n d e n u e v o s p i c o s q u e p u e d e n a s i g n a r s e a u n c i c l o d í m e r o d e a n t r a c e n o [ 4 4 ] ( 2a ) c o m o s e p u e d e v e r e n e l E s p e c t r o d e R M N 1H e n la F ig u r a 2 0 ( b ) . S in e m b a r g o , e n a u s e n c ia d e l h o s p e d a d o r C B [ 8 ] , s o lo s e a l c a n z ó u n 50 % d e c o n v e r s i ó n d e r e a c t i v o in c lu s o d e s p u é s d e t r e s h o r a s d e e x p o s i c i ó n a la lu z u l t r a v io le t a . T a m b i é n e s im p o r t a n t e t e n e r e n c u e n t a q u e s e f o r m ó u n m a y o r n ú m e r o d e e s p e c ie s c u a n d o 1a f u e f o t o i r r a d ia d a e n a u s e n c ia d e l h o s p e d a d o r C B [ 8 ] . E l p o s t e r i o r a n á l i s i s d e R M N d e lo s p r o d u c t o s d e f o t o r r e a c c i ó n n o c o m p le ja d o s c o n f i r m ó a ú n m á s e s t e h a l la z g o . A p a r t i r d e lo s e s p e c t r o s d e R M N 1H y 13C d e lo s p r o d u c t o s , e s t á c la r o q u e s e p r o d u j o u n a f o t o r r e a c c i ó n d e t i p o [ 4 4 ] d e la s m o le t a s d e a n t r a c e n o , p o r e j e m p lo , lo s p r o t o n e s y c a r b o n o s d e 9 y 10 a n t r y l s e d e s p la z a r o n h a c ia la r e g ió n d e l p i c o a l i f á t i c o t r a s la f o t o i r r a d ia c i ó n . E n p r in c ip io , c u a t r o r e g io i s ó m e r o s d i f e r e n t e s p o d r í a n r e s u l t a r c o m o m e z c la s r a c é m ic a s t r a s la d i m e r i z a c ió n d e 1a . E l a n á l i s i s d e lo s e s p e c t r o s d e R M N 1H y * 13C r e v e ló q u e s e f o r m ó u n a m e z c la a p r o x i m a d a m e n t e e q u i m o l a r d e d o s r e g io i s ó m e r o s e n p r e s e n c i a d e C B [ 8 ] , m ie n t r a s q u e e n a u s e n c ia d e h o s p e d a d o r s e o b s e r v a r o n lo s c u a t r o r e g io is ó m e r o s .
E l in t e n t o d e a s i g n a c i ó n e s t r u c t u r a l d e t a le s p r o d u c t o s p o r N O E S Y y C O S Y N M R n o f u e c o n c l u y e n t e , s in e m b a r g o , e s r a z o n a b le s u p o n e r q u e lo s p i c o s d e r M n d e lo s g r u p o s N ( C H 3 ) 3 s e d e s p la z a n m á s c a m p o a b a jo p a r a lo s a t e n u a d o r e s c a b e z a a c a b e z a q u e p a r a lo s d í m e r o s c a b e z a a c o la d e b id o a la a c u m u l a c ió n d e c a r g a e n u n a c a r a d e la m o lé c u la . C o n e s t a p r e m is a , d e u n a c o m p a r a c ió n d e t o d o s lo s e s p e c t r o s d e R M N s e d e d u c e q u e s o l o s e produjeron los dímeros de la cabeza a la cola para la fotodimerización mediada por CB[8 ].
La disposición de la cabeza a la cola de dos moléculas 1a en la cavidad de CB[8 ] también se prefiere energéticamente debido a la repulsión de carga minimizada y las interacciones maximizadas catión-n de los grupos de amonio cuaternario con los carbonilos en ambos CB[8 ] portales, y como tal es más plausible que la plantilla de cabeza a cola de dos monómeros de antraceno resulte en la formación preferencial del fotodímero de cabeza a cola. Por consiguiente, de la combinación de todas las observaciones experimentales, se puede concluir que el anclaje no covalente de dos antracenoelementos de molécula pequeña con cargas positivas con CB[8 ] acelera la reacción de fotodimerización del antraceno y reduce el número de regioisómeros y productos secundarios.
Formación de complejos hospedador-huésped y fotodimerización de un polímero PEG marcado con antraceno En un esfuerzo por explotar la fotodimerización del antraceno [4 4] para la ligadura de entidades poliméricas, se sintetizó PEG marcado con antraceno (1b) con un peso molecular de 2,4 kDa. Las firmas espectroscópicas observadas para la valoración de CB[8 ] en una solución acuosa de polímero 1b fueron muy similares a su análogo de molécula pequeña 1a, por ejemplo, una banda excimer alrededor de 500 nm en la emisión, un punto isosbéstico a 259 nm en la uV/vis, y los cambios característicos de los protones aromáticos en el espectro RMN 1H que sugirieron que CB[8 ] puede unir dos entidades poliméricas incluso a concentraciones notablemente bajas (10 pM en 1b). La constante de unión ternaria, Ka (ternario) = (2,2 ± 1,0) x 1010 M-2 para el polímero 1b se determinó por medición del ITC que era dos órdenes de magnitud menor que el de la molécula pequeña 1a, pero sigue siendo lo suficientemente grande como para permitir la formación de complejos ternarios casi cuantitativos en el régimen de concentración pM.
La fotoirradiación del complejo CB[8 ] 1b2 con una fuente de luz de 350 nm fue acompañada nuevamente por una reducción en la intensidad de fluorescencia, una disminución en la absorbancia a 254 nm y 366 nm y la aparición de un punto isosbéstico a 226 nm, lo que sugiere que la fotorreacción de los complejos ternarios CB [8 ] ■ 1a2 y CB[8 ] ■ 1b2 produjo productos estructuralmente similares. La tasa de fotodimerización mediada por CB[8 ] de 1b es 9 x 10-3 s-1 aproximadamente dos veces más lento que para la molécula pequeña 1a a la misma concentración (véase la Tabla 1).
Se obtuvo una verificación estructural adicional mediante experimentos ESI-MS. Desafortunadamente, no se pudieron observar señales ESI-MS para 1b (y su complejo CB[8 ]) en soluciones acuosas limpias, por lo tanto, se tuvo que agregar un gran exceso de acetonitrilo (1:10) antes de la inyección. Como se mencionó antes, la descomplejación de las organizaciones CB[8 ] se produce fácilmente en mezclas de H2 O:acetonitrilo. Por consiguiente, los picos correspondientes a las cadenas monoméricas de polímero 1 b se observaron antes de la fotoirradiación (resultados no mostrados). Después de 15 minutos de tratamiento con luz de 350 nm en presencia de CB[8 ], la carga, asignado por el espacio isotópico, de las especies con el mismo valor m/z se había duplicado confirmando que el fotodímero 2b estaba realmente presente (resultados no mostrados). Las cargas asignadas isotópicamente estaban de acuerdo con las obtenidas de la distancia de pico a pico entre las cadenas de polímero que consisten en N y de unidades monoméricas (N 1). Por ejemplo, el óxido de etileno tiene una masa monomérica (óxido de metileno) = 44 Da y, por lo tanto, una diferencia m/z de 44 Da y 22 Da antes y después de la fotoirradiación en presencia de CB[8 ] produce cargas de z = 1 y z = 2, respectivamente. No es posible un análisis cuantitativo de la conversión de 1b en el polímero fotodimerizado 2b usando ESI-MS ya que la intensidad de la señal depende en gran medida de la eficiencia de ionización y, por lo tanto, de la carga y la longitud de las cadenas de polímero, ambos de los cuales se duplicaron con la fotodimerización. Por consiguiente, la conversión de fotodimerización se controló mediante experimentos de RMN 1H y se encontró que era cuantitativa dentro de los 15 minutos de la fotoirradiación cuando 0,5 equiv. del hospedador c B [ 8 ] estaba presente (500 pM en 1 b).
Adicionalmente, se observó un cambio en el tiempo de retención en los experimentos de cromatografía de permeación en gel (GPC), después de la fotoirradiación de la mezcla 1b y CB[8 ], lo que sugiere que se formó un enlace covalente entre los grupos finales de antraceno de dos cadenas de polímeros. Antes de la fotoirradiación, el complejo ternario mediado por CB[8 ] no covalente no era lo suficientemente fuerte como para resistir las fuerzas de separación en las columnas GPC (a una velocidad de flujo de 0,6 ml/min) y resultó en descomplejación en los componentes individuales, es decir, los cromatogramas GPC de 1b solo, y el complejo CB[8 ] ■ 1 b2 fueron casi idénticos.
Reacciones secundarias fotoquímicas en ausencia del hospedador CB[8]
Fue sorprendente que la tasa de consumo de reactivo en ausencia del hospedador CB[8 ] fuera similar para la molécula pequeña 1a y el polímero 1b, véase la Tabla 1, dado que una cicloadición bimolecular debe ser sensible a la velocidad de difusión de los reactivos. Sin embargo, el consumo de reactivo relativamente rápido de 1b en ausencia de CB[8 ] es el resultado de otras reacciones secundarias que no son la dimerización de antraceno. Por ejemplo, mientras que la absorbancia a 254 nm disminuyó con la fotoirradiación, hubo un aumento en la absorbancia en la región de 265-400 nm cuando la muestra se irradió en ausencia de CB[8 ], que está en contraste con los hallazgos antes mencionados para 1a, CB[8 ] 1a2 y CB[8 ] 1b2. Adicionalmente, invertir el orden de la fotoirradiación y la adición de CB[8 ] resultó en espectros de absorción marcadamente diferentes, lo que sugiere que se forman diferentes especies cromofóricas tras la irradiación en ausencia y presencia de CB[8 ].
La exposición a la luz UV de una solución acuosa de 1b condujo a la aparición de una banda de emisión de alrededor de 525 nm mientras que la irradiación de 1a, Las soluciones CB[8 ] 1a 2 y CB[8 ] 1b 2 se acompañaron de una disminución en la intensidad de emisión. Adicionalmente, this red-shifted emission band did not vanish if CB[8 ] was added after UV-light exposure. La información estructural de los experimentos de ESI-MS dio más evidencia de que la fotoirradiación de 1b en ausencia y presencia de CB[8 ] condujo a productos de fotorreacción completamente diferentes. De hecho, no se pudo encontrar evidencia de un dímero de 1b en el espectro ESI-MS de una solución 1b fotoirradiada, sin embargo, fuertes señales que podrían atribuirse a un poli (etilenglicol) monometiléter degradado con hidroxilo terminado, [HO-(CH2 CH2-O)nCH3 +Na]+ species were found. Además, el PEG degradado mostró una gran polidispersidad, mientras que el material de partida 1 b poseía una distribución de peso molecular mucho más estrecha. Por lo tanto, debe concluirse que la fotoirradiación de 1b en ausencia del hospedador está acompañada por la escisión hidrolítica de las cadenas de PEG en posiciones aleatorias. La escisión del enlace antracenopolímero también se observó en experimentos de RMN 1 H, revelando que solo una pequeña fracción de las cadenas de polímero llevaba un grupo final aromático después de la exposición a la luz ultravioleta. Como evidencia adicional, el subproducto de antraceno había precipitado como un sólido rojo de la solución acuosa después de la fotoirradiación de 1b en ausencia del hospedador CB[8 ]. Además, los picos aromáticos residuales permanecieron en el campo (7.0-9.0 ppm), incluso después de la posterior adición de CB[8 ], y por lo tanto fueron claramente diferentes de los de los dímeros de antraceno covalentes que se formaron en presencia de CB[8 ].
El PEG no funcionalizado no absorbe la luz a 350 nm y se encontró que es estable bajo fotoirradiación en un experimento de control, por lo tanto, el proceso de degradación de 1b es muy probable que sea iniciado por el grupo final de antrilo. Una transferencia de fotoelectrones (PET) desde la unidad de triazol de 1b al resto de antraceno catiónico seguido de reacciones térmicas redox o radicales es un mecanismo plausible para la escisión del resto de antraceno y la descomposición del esqueleto del polímero tras la fotoirradiación. Vale la pena mencionar que estas reacciones secundarias probablemente no fueron el resultado de una fotooxidación con dioxígeno (O2 ) ya que la exposición a la luz ultravioleta de las soluciones acuosas desgasificadas de 1b causó cambios espectrales similares a tasas comparables. Desde un punto de vista sintético, es de suma importancia que la formación de complejos CB[8 ] de los restos catiónicos de antraceno haya cambiado completamente la vía de reacción fotoquímica de una reacción de degradación en ausencia a la deseada dimerización de antraceno en presencia del hospedador CB[8 ]. Formación de gel y reticulación fotoquímica
Para modificar las propiedades de los materiales y explotar nuestros hallazgos de dimerización de antraceno, la funcionalización de la cadena lateral de hidroxietilcelulosa (HEC) con los restos de antraceno se llevó a cabo para inducir la gelificación supramolecular a través de la formación de complejos homoternaria tras la adición de CB[8 ] seguido de foto-reticulación. Se ha demostrado la formación de geles supramoleculares a través de la formación de complejo ternario no covalente 1: 1:1 con CB[8 ] (Appel et al. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 14251); Appel et al. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 11767). Sería ventajoso para ciertas aplicaciones si se pudieran introducir reticulaciones covalentes después de que el polímero se haya autoensamblado en una red para aumentar la estabilidad mecánica del polímero y frenar la erosión del gel. En el presente documento solo se necesitan dos, en lugar de tres componentes para desencadenar la gelificación: HEC y CB marcados con antraceno [8 ], véase la Figura 21 (b) para una representación esquemática. La figura 21(a) ofrece una vista pictórica de los geles antes y después de la fotoirradiación. Una solución al 1,0 % en peso de 1c en agua es ligeramente viscosa y fluorescente "azul" bajo luz UV, que es indicativo para unidades de antraceno individuales.
Sin embargo, cuando se añadió CB[8 ] (0,5 equiv. por resto de antraceno), el color de fluorescencia cambió de azul a verde, representantivo de la emisión de excímero de antraceno del complejo 2:1 con CB [8 ] (segundo vial desde la derecha). La solución también se volvió mucho más gelatinosa, pero no formó un gel independiente. Sin embargo, la fotoirradiación durante 15 minutos con una fuente de luz de 350 nm dio como resultado un polímero reticulado hasta el punto de que permaneció como un sólido independiente, lo que sugiere que se formó una red polimérica reticulada covalentemente (vial a la derecha en la Figura 21 (a)). En ausencia de hospedador CB[8 ], la reticulación fotográfica no se produjo en ningún grado apreciable, dejando la viscosidad de un 1 , 0 % en peso de solución de polímero HEC modificado sin cambios (segundo vial desde la izquierda), incluso si la muestra se fotoirradia durante una hora. Para cuantificar la resistencia mecánica de los materiales, se realizaron experimentos reológicos.
Las pruebas mecánicas de los hidrogeles demostraron la gran mejora de las propiedades de los materiales tras la adición de CB[8 ] y el posterior tratamiento con luz UV, que eran muy superiores a aquellos en ausencia del hospedador.
Las caracterizaciones reológicas dependientes de la frecuencia realizadas en la región viscoelástica lineal se muestran en la figura 22a. Tras la adición de CB[8 ] a una solución al 1,0 % en peso de 1c, los módulos de cizallamiento oscilatorio de almacenamiento (G') y pérdida (G") se incrementaron en tres a cuatro órdenes de magnitud (compárense la Fig. 22a y la Figura 23 (b)). La respuesta de frecuencia del material 1c reticulado CB[8 ] es característico para un hidrogel suavle altamente elástico, ya que las curvas de los módulos de almacenamiento y pérdida son bastante lineales y paralelas con tan d = G"/ G'< 0,15. "Endurecimiento", es decir, se produjo un aumento adicional en los valores de G' y G"en un factor de tres después del tratamiento con luz UV (350 nm, 15 min) del gel, mientras que el valor de la tan de d < 0,15 permaneció bajo, véase la Fig. 22a.
A la inversa, en ausencia del hospedador CB[8 ], apenas se observaron cambios en las características reológicas de las soluciones acuosas 1c tras la exposición a la luz ultravioleta, manteniendo un comportamiento típico de fluidos (véase la Fig. 23). Además, tanto los hidrogeles unidos de forma no covalente como los fotorreticulados mostraron una amplia región viscoelástica lineal (ver Fig. 24) con la descomposición de su estructura de gel a amplitudes de deformación superiores al 1 0 %, mientras que otros hidrogeles supramoleculares se degradan normalmente a deformaciones mucho más bajas (véase Appel et al., J. Chem. Soc. Rev. 2012, 41,6195 y Mynar et al. Nature 2008, 451, 895).
Cabe señalar que el tratamiento con luz UV mejoró aún más la resistencia a la deformación del gel. El efecto de la foto-reticulación de los restos de antraceno en presencia de CB[8 ] también se probó mediante mediciones de cizallamiento constante, que mostró un aumento en la viscosidad (h) del hidrogel en un factor de 80 tras la fotoirradiación, representado en la figura 22b, mientras que la solución 1c en ausencia de CB[8 ] mantuvo su baja viscosidad (Fig. 23 (c)). Cuando los experimentos de adición y fotoirradiación de CB[8 ] se llevaron a cabo bajo una alta dilución de 1c (60 pg/ml), se podrían utilizar técnicas espectroscópicas de solución tales como uV/vis y fluorescencia.
La titulación de CB[8 ] en una solución acuosa de 1c mostró esencialmente las mismas características que se observaron para la formación de complejos de CB[8 ] con 1a y 1b (datos no mostrados). Lo que es más importante, la fotodimerización máxima se produjo dentro de los 5 minutos de la fotoirradiación en presencia de CB[8 ], según lo determinado por UVIvis (Fig. 25(a)) y espectroscopia de fluorescencia (Fig. 22d), que se asemeja a los resultados para la fotoirradiación de los complejos CB [8 ] con 1a y 1b. No es sorprendente, que la tasa de consumo de reactivo también fue muy alta en ausencia del hospedador CB[8 ] (Tabla 1) ya que las múltiples cadenas laterales de antraceno de 1c se mantienen covalentemente en proximidad espacial cercana. Sin embargo, en ausencia de CB [8 ], nuevamente hubo evidencia de la aparición de reacciones secundarias fotoquímicas a medida que surgieron bandas de emisión y absorción desplazadas al rojo tras la fotoirradiación (véase la Fig. S25 (b)). Por consiguiente, la formación de complejos hospedador-huésped de los restos de antraceno con CB [8 ] no solo induce la formación de redes no covalentes y acelera la posterior dimerización fotoquímica, sino que también protege al cromóforo para que no provoque reacciones secundarias indeseables que pueden provocar el deterioro del material y, por lo tanto, impedir el proceso de gelificación.
Además, la formación de complejos CB[8 ] suprimió las reacciones secundarias fotoquímicas, incluida la degradación de las cadenas principales de polímeros que se observaron fácilmente tras la irradiación en ausencia del hospedador CB[8 ].
Los experimentos reológicos se realizaron como se ha descrito anteriormente.
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Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular obtenible a partir de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende un hospedador y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad huésped adecuada, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más y el hospedador es cucurbiturilo y el uno o más polímeros tienen una funcionalidad huésped adecuada para cucurbiturilo.
    2. Un hidrogel que tiene una red reticulada supramolecular obtenible a partir de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende un huésped y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad huésped adecuada, en el que el hidrogel contiene un componente, y el huésped es cucurbiturilo y el uno o más polímeros tienen una funcionalidad huésped adecuada para cucurbiturilo, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más.
    3. El hidrogel de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el hospedador es CB[8 ] y el uno o más polímeros tienen una funcionalidad huésped adecuada para CB[8 ].
    4. El hidrogel de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que:
    (i) el uno o cada polímero tiene un peso molecular de 200 kDa o más;
    (ii) el contenido de agua del hidrogel es al menos del 95 % en peso;
    (iii) un polímero es un polímero hidrófilo;
    (iv) el hidrogel tiene un módulo de almacenamiento dominante (G') sobre la pérdida modular (G") en todos los valores de deformación en el intervalo de 0,1 a 100 rad/s, medido por la medición de barrido de frecuencia a 37
    °C a una amplitud de deformación del 5 o el 10 % de deformación;
    (v) el hidrogel tiene una viscosidad de al menos 60 Pa s a una velocidad de cizallamiento en el intervalo de 0,1 a
    0,51/s, medido por la medición de cizallamiento constante a 25 °C.
    5. El hidrogel de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la red se puede obtener de la formación de complejos de (a) una composición acuosa que comprende cucurbiturilo y (1 ) o (2 ); o (b) una composición que comprende una pluralidad de cucurbiturilos unidos covalentemente y (1), (2) o (3), y
    (1 ) comprende un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo y un segundo polímero unido covalentemente a una pluralidad de segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en donde una primera molécula huésped y una segunda molécula huésped junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario;
    (2 ) comprende un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo y una pluralidad de segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en donde una primera y una segunda moléculas huésped junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedadorhuésped ternario, y opcionalmente la composición comprende además un segundo polímero unido covalentemente a una o más terceras moléculas huésped de cucurbiturilo, una o más cuartas moléculas huésped de cucurbiturilo o ambas, en donde una tercera y una cuarta moléculas junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario, y/o la primera y la cuarta moléculas junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario, y/o la segunda y la tercera moléculas junto con cucurbiturilo son adecuadas para formar un complejo hospedador-huésped ternario; y
    (3) comprende un primer polímero unido covalentemente a una pluralidad de primeras moléculas huésped de cucurbiturilo, en donde la primera molécula huésped junto con el cucurbiturilo son adecuados para formar un complejo hospedador-huésped binario, y opcionalmente la composición comprende además un segundo polímero unido covalentemente a una o más segundas moléculas huésped de cucurbiturilo, en donde la segunda molécula huésped junto con el cucurbiturilo son adecuados para formar un complejo hospedador-huésped binario.
    6 . El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la composición acuosa comprende cucurbiturilo y (2), talcomo donde la primera y la segunda moléculas huésped del primer polímero son iguales.
    7. El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 6 , en el que la primera y la segunda moléculas huésped son iguales, y se seleccionan de fenilalanina y triptófano, tal como donde la primera y la segunda moléculas huésped son fenilalanina.
    8. El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que el primer polímero es un biopolímero.
    9. El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que el primer polímero tiene funcionalidad hidroxilo.
    10. El hidrogel según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el primer polímero es o comprende un polisacárido y, opcionalmente, el polisacárido es una celulosa o un derivado funcionalizado del mismo, tal como cuando el polisacárido es carboximetilcelulosa, ácido hialurónico, hidroxietilcelulosa, celulosa, goma guar, quitosano, agarosa o alginato.
    11. El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la composición acuosa comprende cucurbiturilo y (1), tal como donde uno o ambos del primer polímero y el segundo polímeros tienen funcionalidad hidroxilo, tal como en donde tanto el primer polímero como el segundo polímero tienen funcionalidad hidroxilo.
    12. El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 11, en el que:
    (i) el primer polímero es o comprende poli (alcohol vinílico);
    (ii) el segundo polímero es o comprende un polisacárido, y el polisacárido es opcionalmente una celulosa o un derivado funcionalizado del mismo, tal como cuando el polisacárido es carboximetilcelulosa, ácido hialurónico, hidroxietilcelulosa, celulosa, goma guar, quitosano, agarosa o alginato.
    13. El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que la primera y segunda molécula huésped del primer polímero son iguales, y se seleccionan opcionalmente de fenilalanina y triptófano, tal como donde la primera y la segunda molécula huésped son cada una fenilalanina.
    14. El hidrogel de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que uno o cada polímero tiene un peso molecular promedio en número de 50 kDa o más.
    15. Un método para la preparación de un hidrogel de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo el método comprende la etapa de poner en contacto en una solución acuosa una mezcla de un hospedador y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad huésped adecuada, para formar de este modo una red reticulada supramolecular, en donde uno o cada polímero tienen un peso molecular de 50 kDa o más y la solución acuosa comprende un huésped de cucurbiturilo, tal como CB[8].
    16. Un método para la preparación de un hidrogel que contiene un componente de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el método se selecciona independientemente de los métodos A o B:
    (A) comprendiendo el método la etapa de poner en contacto en una solución acuosa una mezcla de un hospedador, un componente, y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad huésped adecuada, para generar de este modo un hidrogel que contiene un componente, en donde la composición acuosa comprende un hospedador cucurbiturilo y uno o cada polímero tienen un peso molecular de 50 kDa o más; y
    (B) comprendiendo el método las etapas de proporcionar un hidrogel, teniendo el hidrogel una red reticulada supramolecular obtenible de la formación de complejos de una composición acuosa que comprende un hospedador y uno o más polímeros que tienen una funcionalidad huésped adecuada, y agitando ese hidrogel en presencia de un componente, para incorporar de este modo el componente en el hidrogel, en donde la composición acuosa comprende un hospedador cucurbiturilo y uno o cada polímero tiene un peso molecular de 50 kDa o más.
    17. Un hidrogel que contiene un componente de acuerdo con la reivindicación 2 para usar en un método de suministro de un componente a una ubicación, comprendiendo el método las etapas de:
    (i) proporcionar un hidrogel que contiene un componente, de acuerdo con la reivindicación 2;
    (ii) hacer que el hidrogel esté disponible en una ubicación objetivo;
    (iii) liberar el componente del hidrogel.
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