ES2816632A1 - HYDROGELS CHARGED WITH NANOPARTICLES OF SILICE MESOPOROSE (NMS) FUNCTIONALIZED WITH POLYETHYLENE GLYCOL (PEG) FOR THE CONTROLLED RELEASE OF DRUGS - Google Patents
HYDROGELS CHARGED WITH NANOPARTICLES OF SILICE MESOPOROSE (NMS) FUNCTIONALIZED WITH POLYETHYLENE GLYCOL (PEG) FOR THE CONTROLLED RELEASE OF DRUGS Download PDFInfo
- Publication number
- ES2816632A1 ES2816632A1 ES202130055A ES202130055A ES2816632A1 ES 2816632 A1 ES2816632 A1 ES 2816632A1 ES 202130055 A ES202130055 A ES 202130055A ES 202130055 A ES202130055 A ES 202130055A ES 2816632 A1 ES2816632 A1 ES 2816632A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- nms
- nanoparticles
- peg
- release
- drugs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000003814 drug Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 229940079593 drug Drugs 0.000 title claims abstract description 35
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 title claims abstract description 26
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 48
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 claims abstract description 36
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 12
- AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N Doxorubicin Chemical compound O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(=O)CO)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1 AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N 0.000 claims description 55
- 229960004679 doxorubicin Drugs 0.000 claims description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- DLGOEMSEDOSKAD-UHFFFAOYSA-N Carmustine Chemical compound ClCCNC(=O)N(N=O)CCCl DLGOEMSEDOSKAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229960005243 carmustine Drugs 0.000 claims description 5
- BPEGJWRSRHCHSN-UHFFFAOYSA-N Temozolomide Chemical compound O=C1N(C)N=NC2=C(C(N)=O)N=CN21 BPEGJWRSRHCHSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229960004964 temozolomide Drugs 0.000 claims description 4
- STQGQHZAVUOBTE-UHFFFAOYSA-N 7-Cyan-hept-2t-en-4,6-diinsaeure Natural products C1=2C(O)=C3C(=O)C=4C(OC)=CC=CC=4C(=O)C3=C(O)C=2CC(O)(C(C)=O)CC1OC1CC(N)C(O)C(C)O1 STQGQHZAVUOBTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KLWPJMFMVPTNCC-UHFFFAOYSA-N Camptothecin Natural products CCC1(O)C(=O)OCC2=C1C=C3C4Nc5ccccc5C=C4CN3C2=O KLWPJMFMVPTNCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 190000008236 Carboplatin Chemical compound 0.000 claims description 3
- GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N Fluorouracil Chemical compound FC1=CNC(=O)NC1=O GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZDZOTLJHXYCWBA-VCVYQWHSSA-N N-debenzoyl-N-(tert-butoxycarbonyl)-10-deacetyltaxol Chemical compound O([C@H]1[C@H]2[C@@](C([C@H](O)C3=C(C)[C@@H](OC(=O)[C@H](O)[C@@H](NC(=O)OC(C)(C)C)C=4C=CC=CC=4)C[C@]1(O)C3(C)C)=O)(C)[C@@H](O)C[C@H]1OC[C@]12OC(=O)C)C(=O)C1=CC=CC=C1 ZDZOTLJHXYCWBA-VCVYQWHSSA-N 0.000 claims description 3
- VSJKWCGYPAHWDS-FQEVSTJZSA-N camptothecin Chemical compound C1=CC=C2C=C(CN3C4=CC5=C(C3=O)COC(=O)[C@]5(O)CC)C4=NC2=C1 VSJKWCGYPAHWDS-FQEVSTJZSA-N 0.000 claims description 3
- 229940127093 camptothecin Drugs 0.000 claims description 3
- 229960004562 carboplatin Drugs 0.000 claims description 3
- DQLATGHUWYMOKM-UHFFFAOYSA-L cisplatin Chemical compound N[Pt](N)(Cl)Cl DQLATGHUWYMOKM-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229960004316 cisplatin Drugs 0.000 claims description 3
- STQGQHZAVUOBTE-VGBVRHCVSA-N daunorubicin Chemical compound O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(C)=O)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1 STQGQHZAVUOBTE-VGBVRHCVSA-N 0.000 claims description 3
- 229960000975 daunorubicin Drugs 0.000 claims description 3
- VSJKWCGYPAHWDS-UHFFFAOYSA-N dl-camptothecin Natural products C1=CC=C2C=C(CN3C4=CC5=C(C3=O)COC(=O)C5(O)CC)C4=NC2=C1 VSJKWCGYPAHWDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960003668 docetaxel Drugs 0.000 claims description 3
- 229960002949 fluorouracil Drugs 0.000 claims description 3
- 238000013267 controlled drug release Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 59
- 201000005625 Neuroleptic malignant syndrome Diseases 0.000 description 45
- RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N glutathione Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(O)=O RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N 0.000 description 26
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 22
- OARRHUQTFTUEOS-UHFFFAOYSA-N safranin Chemical compound [Cl-].C=12C=C(N)C(C)=CC2=NC2=CC(C)=C(N)C=C2[N+]=1C1=CC=CC=C1 OARRHUQTFTUEOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229960003180 glutathione Drugs 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 6
- 108010024636 Glutathione Proteins 0.000 description 5
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 5
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 108010001336 Horseradish Peroxidase Proteins 0.000 description 4
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 4
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- JUJBNYBVVQSIOU-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[2-(4-iodophenyl)-3-(4-nitrophenyl)tetrazol-2-ium-5-yl]benzene-1,3-disulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC([N+](=O)[O-])=CC=C1N1[N+](C=2C=CC(I)=CC=2)=NC(C=2C(=CC(=CC=2)S([O-])(=O)=O)S([O-])(=O)=O)=N1 JUJBNYBVVQSIOU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEFNNWSXXWATRW-UHFFFAOYSA-N Ibuprofen Chemical compound CC(C)CC1=CC=C(C(C)C(O)=O)C=C1 HEFNNWSXXWATRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 3
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 3
- 208000005017 glioblastoma Diseases 0.000 description 3
- 229960001680 ibuprofen Drugs 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 3
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930182566 Gentamicin Natural products 0.000 description 2
- CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N Gentamicin Chemical compound O1[C@H](C(C)NC)CC[C@@H](N)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](NC)[C@@](C)(O)CO2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N 0.000 description 2
- PZBFGYYEXUXCOF-UHFFFAOYSA-N TCEP Chemical compound OC(=O)CCP(CCC(O)=O)CCC(O)=O PZBFGYYEXUXCOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HPZOOQSXPMEJBV-ODCFVKFUSA-N Tirilazad mesylate Chemical compound CS(O)(=O)=O.O=C([C@@H]1[C@@]2(C)CC=C3[C@@]4(C)C=CC(=O)C=C4CC[C@H]3[C@@H]2C[C@H]1C)CN(CC1)CCN1C(N=1)=CC(N2CCCC2)=NC=1N1CCCC1 HPZOOQSXPMEJBV-ODCFVKFUSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HAXFWIACAGNFHA-UHFFFAOYSA-N aldrithiol Chemical compound C=1C=CC=NC=1SSC1=CC=CC=N1 HAXFWIACAGNFHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 230000008499 blood brain barrier function Effects 0.000 description 2
- 210000001218 blood-brain barrier Anatomy 0.000 description 2
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 2
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 229940044683 chemotherapy drug Drugs 0.000 description 2
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010952 in-situ formation Methods 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-O tyraminium Chemical class [NH3+]CCC1=CC=C(O)C=C1 DZGWFCGJZKJUFP-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 4',6-Diamino-2-phenylindol Chemical compound C1=CC(C(=N)N)=CC=C1C1=CC2=CC=C(C(N)=N)C=C2N1 FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000003174 Brain Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 description 1
- UHDGCWIWMRVCDJ-CCXZUQQUSA-N Cytarabine Chemical compound O=C1N=C(N)C=CN1[C@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 UHDGCWIWMRVCDJ-CCXZUQQUSA-N 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 201000010915 Glioblastoma multiforme Diseases 0.000 description 1
- 206010018338 Glioma Diseases 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010027476 Metastases Diseases 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- 208000007660 Residual Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000000692 Student's t-test Methods 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000002671 adjuvant Substances 0.000 description 1
- 238000011226 adjuvant chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940041181 antineoplastic drug Drugs 0.000 description 1
- ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N benzo-alpha-pyrone Natural products C1=CC=C2OC(=O)C=CC2=C1 ZYGHJZDHTFUPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 210000005100 blood-tumour barrier Anatomy 0.000 description 1
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000030833 cell death Effects 0.000 description 1
- 238000003570 cell viability assay Methods 0.000 description 1
- 230000030570 cellular localization Effects 0.000 description 1
- 208000015114 central nervous system disease Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 208000030499 combat disease Diseases 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000942 confocal micrograph Methods 0.000 description 1
- 235000001671 coumarin Nutrition 0.000 description 1
- 150000004775 coumarins Chemical class 0.000 description 1
- 239000011557 critical solution Substances 0.000 description 1
- 238000011461 current therapy Methods 0.000 description 1
- 229940097362 cyclodextrins Drugs 0.000 description 1
- 229940127089 cytotoxic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229940039227 diagnostic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000000032 diagnostic agent Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 229940115080 doxil Drugs 0.000 description 1
- 238000001647 drug administration Methods 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000012737 fresh medium Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002496 gastric effect Effects 0.000 description 1
- 239000007863 gel particle Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229940084910 gliadel Drugs 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 208000029824 high grade glioma Diseases 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229920001427 mPEG Polymers 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 201000011614 malignant glioma Diseases 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000009401 metastasis Effects 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 201000006417 multiple sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012758 nuclear staining Methods 0.000 description 1
- 238000005691 oxidative coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920002866 paraformaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920003213 poly(N-isopropyl acrylamide) Polymers 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 description 1
- 231100000683 possible toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000002468 redox effect Effects 0.000 description 1
- 238000012106 screening analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 239000008223 sterile water Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000057 systemic toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
- A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
- A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
- A61K9/5107—Excipients; Inactive ingredients
- A61K9/513—Organic macromolecular compounds; Dendrimers
- A61K9/5161—Polysaccharides, e.g. alginate, chitosan, cellulose derivatives; Cyclodextrin
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
- A61K47/06—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite
- A61K47/26—Carbohydrates, e.g. sugar alcohols, amino sugars, nucleic acids, mono-, di- or oligo-saccharides; Derivatives thereof, e.g. polysorbates, sorbitan fatty acid esters or glycyrrhizin
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P35/00—Antineoplastic agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
Hidrogeles cargados con nanopartículas de sílice mesoporosa (NMS) funcionalizadas con polietilenglicol (PEG) para la liberación controlada de fármacos. La presente invención se refiere a un material cargado con uno o más fármacos que comprende nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) funcionalizadas con polietilenglicol (PEG) y un hidrogel formado in situ, particularmente de ácido hialurónico (HA) o quitosano (CS). Asimismo, la invención se refiere al uso de dicho material para la liberación controlada de fármacos.Hydrogels loaded with polyethylene glycol (PEG) functionalized mesoporous silica (NMS) nanoparticles for controlled drug release. The present invention relates to a material loaded with one or more drugs comprising mesoporous silica nanoparticles (NMS) functionalized with polyethylene glycol (PEG) and a hydrogel formed in situ, particularly of hyaluronic acid (HA) or chitosan (CS). Likewise, the invention relates to the use of said material for the controlled release of drugs.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Hidroqeles cargados con nanopartículas de sílice mesoporosa (NMS) funcionalizadas con polietilenglicol (PEG) para la liberación controlada de fármacosHydrochels loaded with polyethylene glycol (PEG) functionalized mesoporous silica (NMS) nanoparticles for controlled drug release
La presente invención se refiere a un material cargado con uno o más fármacos que comprende nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) funcionalizadas con polietilenglicol (PEG) y un hidrogel formado in situ, particularmente de ácido hialurónico (HA) o quitosano (CS). Asimismo, la invención se refiere al uso de dicho material para la liberación controlada de fármacos.The present invention relates to a material loaded with one or more drugs comprising mesoporous silica nanoparticles (NMS) functionalized with polyethylene glycol (PEG) and a hydrogel formed in situ, particularly of hyaluronic acid (HA) or chitosan (CS). Likewise, the invention relates to the use of said material for the controlled release of drugs.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
En general, los sistemas de liberación de fármacos permiten una distribución más favorable del fármaco cargado. Dado que dichos sistemas tienen tamaños en el rango submicrométrico y además pueden estar modificados en su superficie por polímeros hidrofílicos, como el polietilenglicol (PEG), pueden evitar el aclaramiento renal y su eliminación por parte del sistema inmunitario. De este modo, se alarga el tiempo de permanencia de dichos sistemas en el torrente sanguíneo. Las nanopartículas comerciales, por ejemplo Doxil o Depocyte, son capaces de reducir la toxicidad sistémica y dirigirse pasivamente a los tumores. Si bien esto es una mejora con respecto al suministro de los fármacos en forma libre sin encapsular, estos sistemas representan, en el mejor de los casos, un método no específico para administrar medicamentos quimioterapéuticos en un tumor sin tener en cuenta la dosificación posterior.In general, drug delivery systems allow a more favorable delivery of the loaded drug. Since these systems have sizes in the submicron range and can also be modified on their surface by hydrophilic polymers, such as polyethylene glycol (PEG), they can prevent renal clearance and its elimination by the immune system. In this way, the residence time of said systems in the bloodstream is lengthened. Commercial nanoparticles, for example Doxil or Depocyte, are capable of reducing systemic toxicity and passively targeting tumors. While this is an improvement over delivering the drugs in unencapsulated free form, these systems represent, at best, a nonspecific method of delivering chemotherapeutic drugs to a tumor regardless of subsequent dosing.
Un desafío importante en la administración local de medicamentos está asociado con el hecho de que la retención del fármaco dentro del portador debe ser lo suficientemente fuerte como para evitar fugas prematuras, pero, por otro lado, el fármaco o agente de diagnóstico debe liberarse del portador una vez el sistema ha alcanzado su diana. Los materiales mesoporosos de sílice son candidatos adecuados para emplearse como sistemas de liberación debido a una serie de propiedades. Entre ellas, su porosidad permite un alto grado de encapsulación de fármacos, y su superficie puede funcionalizarse con moléculas conmutables (puertas moleculares) capaces de controlar la liberación de fármacos desde el interior de los poros exclusivamente en presencia de un estímulo concreto. La cuestión clave en dichos materiales es la posible toxicidad que pueden inducir si se administran por vía sistémica. A major challenge in local drug administration is associated with the fact that the retention of the drug within the carrier must be strong enough to prevent premature leakage, but on the other hand, the drug or diagnostic agent must be released from the carrier. once the system has reached its target. Silica mesoporous materials are suitable candidates for use as delivery systems due to a number of properties. Among them, its porosity allows a high degree of drug encapsulation, and its surface can be functionalized with commutable molecules (molecular gates) capable of controlling the release of drugs from inside the pores exclusively in the presence of a specific stimulus. The key issue in such materials is the potential toxicity they can induce if administered systemically.
Hasta la fecha se han descrito algunos estudios sobre la incorporación de sílice mesoporosa (con y sin funcionalización) en una matriz polimérica. Por ejemplo, la incorporación de NMS en un polímero de quitosano (CS) para formar un hidrogel compuesto fue descrito por Zhu y colaboradores (ver M. Zhu, Y. Zhu, L. Zhang, J. Shi, Sci. Technol. Adv. Mater. 2013, 14, 045005). Se estudió el efecto de la presencia de NMS en la matriz del gel y el comportamiento de liberación del fármaco. Atendiendo a los perfiles de liberación, la presencia de NMS en el gel favoreció la liberación sostenida de un antibiótico, concretamente gentamicina, que no sucedía cuando la gentamicina se cargó directamente en el gel. Sin embargo, se han descrito sólo unos pocos ejemplos basados en hidrogeles con respuesta a estímulos externos para la liberación controlada de moléculas. Zuñiga y sus colaboradores (ver E. Zuñiga, L. Belmar, L. Toledo, C. Torres. B. L. Rivas, S. A. Sánchez, B. F. Urbano, Eur. Polym. J. 2017, 95, 8358) han descrito la incorporación de NMS cargadas de rodamina B (RhB) en un hidrogel de poli(N-isopropilacrilamida) (PNlPAAm) que responde a la temperatura. Llegaron a la conclusión de que a temperaturas más altas que la temperatura de solución crítica, las cadenas de polímero colapsaron y bloquearon los poros de los materiales de NMS, mientras que a bajas temperaturas las NMS evitaron la liberación descontrolada que se produce cuando la RhB se cargó directamente en la matriz del polímero. Otro ejemplo fue desarrollado por Zhao y colaboradores (ver P. Zhao, H. Liu, H. Deng, L. Xiao, C. Qin, Y. Du, X. Shi, Colloids Surf, B.2014, 123,657), quienes describieron un sistema basado en NMS cargado con ibuprofeno (IB) incrustado en un hidrogel CS para ser utilizado en implantes de titanio. La mezcla de NMS y CS se depositó en una placa de titanio y se encontró que el perfil de liberación de IB respondía al cambio de pH y a la aplicación de un campo eléctrico. Estudios similares fueron realizados por Hu y colaboradores, que incorporaron NMS cargado con BSA en un gel de alginato/hialurónico/quitosano, y probaron el gel final en medios gastrointestinales simulados (ver Y. Hu, X. Dong, L. Kei, S. Zhang, D. Zhao, H. Chen, X. Xiao, J. Mater. Sci. 2017, 52, 3095).To date, some studies have been described on the incorporation of mesoporous silica (with and without functionalization) in a polymeric matrix. For example, the incorporation of NMS into a chitosan polymer (CS) to form a composite hydrogel was described by Zhu et al. (See M. Zhu, Y. Zhu, L. Zhang, J. Shi, Sci. Technol. Adv. Mater. 2013, 14, 045005). The effect of the presence of NMS in the gel matrix and the drug release behavior were studied. Considering the release profiles, the presence of NMS in the gel favored the sustained release of an antibiotic, specifically gentamicin, which did not occur when gentamicin was loaded directly onto the gel. However, only a few examples based on hydrogels have been described in response to external stimuli for controlled release of molecules. Zuñiga and his collaborators (see E. Zuñiga, L. Belmar, L. Toledo, C. Torres. BL Rivas, SA Sánchez, BF Urbano, Eur. Polym. J. 2017, 95, 8358) have described the incorporation of charged NMS of rhodamine B (RhB) in a poly (N-isopropylacrylamide) (PNlPAAm) hydrogel that responds to temperature. They concluded that at temperatures higher than the critical solution temperature, the polymer chains collapsed and blocked the pores of the NMS materials, while at low temperatures the NMS prevented the uncontrolled release that occurs when RhB is released. charged directly into the polymer matrix. Another example was developed by Zhao and colleagues (see P. Zhao, H. Liu, H. Deng, L. Xiao, C. Qin, Y. Du, X. Shi, Colloids Surf, B. 2014, 123, 657), who described an NMS-based system loaded with ibuprofen (IB) embedded in a CS hydrogel to be used in titanium implants. The mixture of NMS and CS was deposited on a titanium plate and the release profile of IB was found to respond to the change in pH and the application of an electric field. Similar studies were conducted by Hu et al, who incorporated BSA-loaded NMS into an alginate / hyaluronic / chitosan gel, and tested the final gel in simulated gastrointestinal media (see Y. Hu, X. Dong, L. Kei, S. Zhang, D. Zhao, H. Chen, X. Xiao, J. Mater. Sci. 2017, 52, 3095).
Por tanto, sería deseable disponer de un material que permita la incorporación de fármacos en la matriz de un hidrogel formado in situ para permitir su liberación local.Therefore, it would be desirable to have a material that allows the incorporation of drugs into the matrix of a hydrogel formed in situ to allow their local release.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
Esta invención tiene como objetivo demostrar que las valiosas propiedades de las nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) con función de puerta molecular permanecen inalteradas después de su integración en la matriz de un hidrogel.This invention aims to demonstrate that the valuable properties of Mesoporous silica (NMS) nanoparticles with molecular gate function remain unaltered after their integration into the matrix of a hydrogel.
Así, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un material cargado con uno o más fármacos que comprende:Thus, in a first aspect, the present invention refers to a material loaded with one or more drugs comprising:
- un hidrogel de formación in situ; y- a hydrogel of formation in situ; Y
- nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) funcionalizadas con polietilenglicol (PEG).- mesoporous silica nanoparticles (NMS) functionalized with polyethylene glycol (PEG).
En otra realización, la invención se refiere al material definido anteriormente, donde el fármaco se selecciona de Daunorubicina, Camptotecina, 5 fluorouracilo, Cisplatino, Carboplatino, Temozolomida, Carmustina, Docetaxel y Doxorrubicina (DOX), y preferiblemente donde el fármaco es Doxorrubicina (DOX).In another embodiment, the invention relates to the material defined above, where the drug is selected from Daunorubicin, Camptothecin, 5-Fluorouracil, Cisplatin, Carboplatin, Temozolomide, Carmustine, Docetaxel and Doxorubicin (DOX), and preferably where the drug is Doxorubicin (DOX ).
En otra realización la invención se refiere al material definido anteriormente, donde el hidrogel está basado en ácido hialurónico (HA) o en quitosano (CS).In another embodiment the invention relates to the material defined above, where the hydrogel is based on hyaluronic acid (HA) or on chitosan (CS).
En otra realización la invención se refiere al material definido anteriormente, donde donde las nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) son de tipo MCM-41 caracterizadas por tener un tamaño de partícula de entre 100 nm y 200 nm y un diámetro de poro de entre 2 n m y 50 nm.In another embodiment, the invention refers to the material defined above, where the mesoporous silica nanoparticles (NMS) are of the MCM-41 type characterized by having a particle size of between 100 nm and 200 nm and a pore diameter of between 2 nm and 50 nm.
En otra realización la invención se refiere al material definido anteriormente, donde las nanopartículas mesoporsas de sílice (NMS) son de tipo MCM-41 con un tamaño de partícula de 100nmy un diámetro de poro de 2,5 nm.In another embodiment, the invention refers to the material defined above, where the mesoporse silica nanoparticles (NMS) are of the MCM-41 type with a particle size of 100nm and a pore diameter of 2.5 nm.
El efecto del polietilenglicol (PEG) de las NMS funcionalizadas es el de modular la liberación del fármaco en la célula diana. La liberación del fármaco se produce en respuesta a una alta concentración de glutatión (GSH).The effect of polyethylene glycol (PEG) in functionalized NMS is to modulate drug release in the target cell. Drug release occurs in response to a high concentration of glutathione (GSH).
Se usa un enlace disulfuro para unir el PEG a la superficie de las partículas y en presencia de dicha molécula se rompe ese enlace y se permite la liberación del fármaco. El glutatión se encuentra presente dentro de las células humanas, en valores de 5-10 mM, de ahí el interés de usarlo como estímulo. El sistema también puede responder a otras moléculas con propiedades redox como por ejemplo tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride (TCEP).A disulfide bond is used to attach the PEG to the surface of the particles and in the presence of such a molecule that bond is broken and the drug is allowed to release. Glutathione is present within human cells, at values of 5-10 mM, hence the interest in using it as a stimulus. The system can also respond to other molecules with redox properties such as tris (2-carboxyethyl) phosphine. hydrochloride (TCEP).
En el caso de tratarse de otro sistema de puerta molecular, la liberación del fármaco se produciría en respuesta a un estímulo distinto. Existen puertas moleculares que responden a cambios de p H y a la presencia de enzimas entre otros.In the case of another molecular gate system, the release of the drug would occur in response to a different stimulus. There are molecular gates that respond to changes in p H and the presence of enzymes, among others.
Así, teniendo en cuenta la mejora en la biocompatibilidad de nanopartículas y las múltiples ventajas que la incorporación de NMS funcionalizadas puede proporcionar en términos de control de la liberación de fármacos desde sistemas locales, la presente invención describe el primer sistema que combina materiales de NMS con función de puerta molecular e hidrogeles formados in situ.Thus, taking into account the improvement in the biocompatibility of nanoparticles and the multiple advantages that the incorporation of functionalized NMS can provide in terms of controlling the release of drugs from local systems, the present invention describes the first system that combines NMS materials with molecular gate function and hydrogels formed in situ.
Después de demostrar la viabilidad de preparar compuestos de hidrogel que incorporan las nanopartículas con función de puerta molecular, mediante la presente invención se confirma que las características de liberación controlada de dichos materiales se mantienen intactas en el sistema final.After demonstrating the feasibility of preparing hydrogel compounds that incorporate the nanoparticles with molecular gate function, the present invention confirms that the controlled release characteristics of said materials remain intact in the final system.
Específicamente, la estrategia de la invención se basa en la combinación por un lado de NMS funcionalizadas con cadenas de PEG que actúan como puertas moleculares para la liberación controlada y por otro con hidrogeles de formación in situ basados en quitosano o ácido hialurónico. Estos sistemas podrían usarse potencialmente para combatir enfermedades tales como el cáncer en dos aplicaciones principales: su implantación en el entorno del tumor con el objetivo de reducir la lesión en lugares de difícil acceso, o después de la resección quirúrgica del tumor para prevenir metástasis o recurrencia.Specifically, the strategy of the invention is based on the combination, on the one hand, of functionalized NMS with PEG chains that act as molecular gates for controlled release and, on the other, with hydrogels of in situ formation based on chitosan or hyaluronic acid. These systems could potentially be used to combat diseases such as cancer in two main applications: their implantation in the tumor environment with the aim of reducing the injury in hard-to-reach places, or after surgical resection of the tumor to prevent metastasis or recurrence. .
Por tanto, el material de la presente invención sería útil para la administración de fármacos para el tratamiento del glioblastoma multiforme, que es la forma más agresiva de cáncer cerebral. El material de la invención comprende una combinación única de un gel inyectable cargado de fármacos y nanopartículas que incluyen puertas moleculares para liberación controlada que proporciona una liberación dual de quimioterapia para el tratamiento local del cáncer residual después de la resección. Por tanto, este material permite la quimioterapia selectiva para GBM, superando la penetración limitada de la barrera hematoencefálica mediante fármacos anticancerígenos administrados por vía sistémica, que es la causa principal del éxito limitado de las terapias actuales. Therefore, the material of the present invention would be useful for the administration of drugs for the treatment of glioblastoma multiforme, which is the most aggressive form of brain cancer. The material of the invention comprises a unique combination of a drug-loaded injectable gel and nanoparticles including molecular gates for controlled release that provides a dual release of chemotherapy for the local treatment of residual cancer after resection. Thus, this material enables selective chemotherapy for GBM, overcoming the limited penetration of the blood-brain barrier by systemically administered anticancer drugs, which is the main cause of the limited success of current therapies.
El estándar actual de atención para GBM (protocolo Stupp) es la resección quirúrgica máxima y segura seguida, 4-6 semanas más tarde, de la fase adyuvante que consiste en radioterapia y quimioterapia concomitante administrada por vía sistémica. La resección quirúrgica brinda la oportunidad de administrar localmente agentes quimioterapéuticos, evitando así la barrera hematoencefálica. El uso de quimioterapia local en forma de obleas de carmustina (Gliadel) ha demostrado ser prometedor en combinación con la resección, especialmente con temozolomida sistémica concomitante. Sin embargo, el efecto citotóxico de la carmustina se ve obstaculizado por el contacto superficial deficiente con el tumor y las grandes distancias de difusión a través del tejido cerebral. Dado que la invención se basa en un hidrogel formado in situ, el material de la invención estaría en contacto directo con la barrera tumoral sanguínea, a partir de la cual se produciría la recurrencia del tumor, y proporcionará una liberación sostenida de ambos quimioterapéuticos, lo que probablemente conducirá a una mayor eficacia y baja toxicidad.The current standard of care for GBM (Stupp protocol) is maximum and safe surgical resection followed, 4-6 weeks later, by the adjuvant phase consisting of radiation therapy and concomitant chemotherapy administered systemically. Surgical resection provides the opportunity to administer chemotherapeutic agents locally, thereby bypassing the blood-brain barrier. The use of local chemotherapy in the form of carmustine wafers (Gliadel) has shown promise in combination with resection, especially with concomitant systemic temozolomide. However, the cytotoxic effect of carmustine is hampered by poor surface contact with the tumor and long diffusion distances through brain tissue. Since the invention is based on a hydrogel formed in situ, the material of the invention would be in direct contact with the blood tumor barrier, from which tumor recurrence would occur, and would provide a sustained release of both chemotherapeutics, thereby which will likely lead to higher efficacy and lower toxicity.
El uso del material de la invención permite la aplicación de quimioterapia adyuvante inmediatamente después de la resección del tumor. Además, para evitar la necesidad de una extracción quirúrgica complicada de la matriz, el hidrogel se degradará de manera adecuada en productos finales no tóxicos que pueden eliminarse fácilmente del cuerpo. Las opciones de tratamiento para una amplia gama de enfermedades del sistema nervioso central podrían beneficiarse del desarrollo del material de la invención a largo plazo, como un sistema de liberación continua contra, por ejemplo, la fluctuación de la concentración del fármaco en pacientes con Parkinson o con esclerosis múltiple, o la localización inespecífica del fármaco en el Alzheimer.The use of the material of the invention allows the application of adjuvant chemotherapy immediately after tumor resection. In addition, to avoid the need for complicated surgical removal of the matrix, the hydrogel will adequately degrade into non-toxic end products that can be easily removed from the body. Treatment options for a wide range of central nervous system diseases could benefit from long-term development of the inventive material, such as a continuous release system against, for example, fluctuation of drug concentration in Parkinson's patients or with multiple sclerosis, or the nonspecific localization of the drug in Alzheimer's.
Por tanto, otro aspecto de la invención se refiere al uso del material definido anteriormente para la liberación controlada de fármacos, y preferiblemente para la liberación controlada de Daunorubicina, Camptotecina, 5 fluorouracilo, Cisplatino, Carboplatino, Temozolomida, Carmustina, Docetaxel y Doxorrubicina (DOX).Therefore, another aspect of the invention refers to the use of the material defined above for the controlled release of drugs, and preferably for the controlled release of Daunorubicin, Camptothecin, 5-fluorouracil, Cisplatin, Carboplatin, Temozolomide, Carmustine, Docetaxel and Doxorubicin (DOX ).
En otra realización, la invención se refiere al uso del material definido anteriormente para la liberación controlada de doxorrubicina (DOX).In another embodiment, the invention relates to the use of the material defined above for the controlled release of doxorubicin (DOX).
A lo largo de la invención el término “hidrogel de formación in situ” se refiere a un material polimérico con capacidad de absorber agua que se pueda formar in situ al alcanzar la temperatura corporal o por la presencia de agentes de entrecruzamiento. Por ejemplo, polímeros basados en polimetacrilatos, poliacrilamidas, metilcelulosas, y preferiblemente donde el hidrogel es quitosano (CS) y gel de ácido hialurónico (HA). Los hidrogeles a los que se refiere la invención se obtienen por polimerización o entrecruzamiento de uno o varios monómeros. Las características de los monómeros (presencia de grupos funcionales) y el grado de entrecruzamiento determinan sus propiedades y su aplicabilidad. Los hidrogeles de formación in situ son polímeros que tienen la capacidad de gelificar ante cambios de temperatura o por la presencia de agentes de entrecruzamiento. El hidrogel CS cambia sus propiedades en función de la temperatura, de manera que sufre una transformación rápida de estado líquido a estado gel a la temperatura corporal. De esta manera, es posible la aplicación de este hidrogel de forma líquida con una técnica invasiva antes de gelificar en el sitio diana. El hidrogel de HA se forma al mezclar sus monómeros con agentes de entrecruzamiento, lo que permite la obtención in situ del hidrogel en el sitio diana.Throughout the invention the term "in situ forming hydrogel" refers to a material polymeric with the ability to absorb water that can be formed in situ when reaching body temperature or by the presence of crosslinking agents. For example, polymers based on polymethacrylates, polyacrylamides, methylcelluloses, and preferably where the hydrogel is chitosan (CS) and hyaluronic acid gel (HA). The hydrogels to which the invention relates are obtained by polymerization or crosslinking of one or more monomers. The characteristics of the monomers (presence of functional groups) and the degree of crosslinking determine their properties and their applicability. In situ formation hydrogels are polymers that have the ability to gel under changes in temperature or by the presence of crosslinking agents. CS hydrogel changes its properties as a function of temperature, so that it undergoes a rapid transformation from liquid to gel at body temperature. In this way, it is possible to apply this hydrogel in liquid form with an invasive technique before gelling at the target site. The HA hydrogel is formed by mixing its monomers with crosslinking agents, which allows the hydrogel to be obtained in situ at the target site.
El término “nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) funcionalizadas con polietilenglicol (PEG)” se refiere a un material silíceo, particularmente de la familia de las MCM-41 de tamaño de partícula nanométrico (100-200 nm) que presenta unos poros de tamaño meso (2-50 nm), y que presenta una funcionalización orgánica en su superficie externa que actúa como puerta molecular frente a un estímulo externo impidiendo la salida de la carga del interior de los poros. Ejemplos de puertas moleculares incluyen entre otros, péptidos, azucares, ciclodextrinas, cumarinas, azobencenos, pseudorotaxanos, poliaminas, complejos metálicos, nanopartículas de oro o cadmio y preferiblemente cadenas de PEG.The term "mesoporous silica nanoparticles (NMS) functionalized with polyethylene glycol (PEG)" refers to a siliceous material, particularly of the MCM-41 family of nanometric particle size (100-200 nm) that presents pores of size meso (2-50 nm), and that presents an organic functionalization on its external surface that acts as a molecular gate against an external stimulus, preventing the exit of the charge from the interior of the pores. Examples of molecular gateways include, but are not limited to, peptides, sugars, cyclodextrins, coumarins, azobenzenes, pseudorotaxanes, polyamines, metal complexes, gold or cadmium nanoparticles and preferably PEG chains.
Las “nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) de tipo MCM-41” a las que se refiere la invención son un material mesoporoso con una estructura jerárquica de una familia de sólidos de silicato y alumosilicato y que están caracterizadas por presentar un tamaño de partícula de entre 100nmy 200 nm y un diámetro de poro de entre 2 n m y 50 nm.The "MCM-41 type mesoporous silica nanoparticles (NMS)" to which the invention refers are a mesoporous material with a hierarchical structure of a family of silicate and alumosilicate solids and which are characterized by having a particle size of between 100nm and 200nm and a pore diameter of between 2nm and 50nm.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.Throughout the description and claims the word "comprise" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and characteristics of the invention will emerge partly from the description and partly from the practice of the invention. The The following examples and figures are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Fig. 1. Describe el perfil de liberación de NMS desde geles de HA (línea negra) y quitosano-p-GP (línea roja) en PBS. Fig. 1. Describe the release profile of NMS from HA (black line) and chitosan-p-GP (red line) gels in PBS.
Fig. 2. Describe el perfil de liberación de Safranina O desde el gel de HA con 6 mg/mL de S2 en ausencia (línea negra) o presencia de GSH (rojo). Fig. 2. Describes the Safranin O release profile from the HA gel with 6 mg / mL of S2 in the absence (black line) or presence of GSH (red).
Fig. 3. Describe la viabilidad celular medida por el ensayo WST-1 a las 24 h (negro), 48 h (gris) y 72 h (barra blanca). Se realizaron tres experimentos independientes que contienen triplicados. Se observaron diferencias estadísticamente significativas entre las células tratadas con HA-S3 o HA-NMS calcinada en comparación con las células tratadas con el gel de HA control (prueba t de Student, P <0,05). Fig. 3. Describes the cell viability measured by the WST-1 assay at 24 h (black), 48 h (gray) and 72 h (white bar). Three independent experiments containing triplicates were performed. Statistically significant differences were observed between cells treated with HA-S3 or calcined HA-NMS compared to cells treated with the control HA gel (Student's t-test, P <0.05).
Fig.4. Muestra las imágenes de microscopía confocal correspondientes a células U271 tratadas durante 24 h con gel de HA (2a), gel HA-NMS calcinadas (2b), ge1HA-S2 (2c) y gel HA-S3 (2d) de concentración 6 mg de nanopartículas/mL de gel. Fig. 4. It shows the confocal microscopy images corresponding to U271 cells treated for 24 h with HA gel (2a), calcined HA-NMS gel (2b), ge1HA-S2 (2c) and HA-S3 gel (2d) with a concentration of 6 mg. nanoparticles / mL of gel.
EJEMPLOSEXAMPLES
A continuación, se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores, que pone de manifiesto la efectividad del producto de la invención.The invention will be illustrated below by means of tests carried out by the inventors, which show the effectiveness of the product of the invention.
Para demostrar la posibilidad de introducir nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS) funcionalizadas con puertas moleculares para la liberación controlada de fármacos en una matriz de gel, se han realizado los siguientes experimentos:To demonstrate the possibility of introducing functionalized mesoporous silica nanoparticles (NMS) with molecular gates for controlled drug release in a gel matrix, the following experiments have been performed:
Síntesis de nanopartículas mesoporosas de sílice (NMS)Synthesis of Mesoporous Silica Nanoparticles (NMS)
Las nanopartículas mesoporosas de sílice se sintetizan como se describe en la bibliografía. Primero, se disuelve el bromuro de n-cetiltrimetilamonio (CTAB) (1,00 g, 2,74 mmol) en 480 mL de agua desionizada. Después de eso, se añade 3,5 mL de NaOH 2M sobre la solución de CTAB anterior y se aumenta la temperatura hasta los 80 °C. Una vez alcanzada la temperatura, se añaden gota a gota 5 mi de tetraetilortosilicato (TEOS, 2,57 x 10'2 mol) en la disolución anterior. La mezcla se agita durante 2 h produciéndose la aparición de un precipitado blanco. Finalmente, el producto sólido obtenido se centrifuga, se lava con agua desionizada y etanol y se deja secar a 60 °C. Para preparar el producto final (NMSs), el material se calcina a 550°C usando una atmosfera oxidante durante 5h para eliminar la fase que actúa de plantilla.Mesoporous silica nanoparticles are synthesized as described in the literature. First, the n-cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) (1.00 g, 2.74 mmol) is dissolved in 480 mL of deionized water. After that, 3.5 mL of 2M NaOH is added to the previous CTAB solution and the temperature is increased to 80 ° C. Once the temperature is reached, 5 ml of tetraethylorthosilicate (TEOS, 2.57 x 10.2 mol) are added dropwise to the previous solution. The mixture is stirred for 2 h producing a white precipitate. Finally, the solid product obtained is centrifuged, washed with deionized water and ethanol and allowed to dry at 60 ° C. To prepare the final product (NMSs), the material is calcined at 550 ° C using an oxidizing atmosphere for 5h to remove the template phase.
Síntesis del material S2Synthesis of material S2
Se suspenden 500 mg de NMSs y el colorante safranina O (140,34 mg, 0,40 mmol) en acetonitrilo (15 mL) en un matraz de fondo redondo. La mezcla se somete a un baño de ultrasonidos durante 10 min y se deja en agitación durante 24 horas a temperatura ambiente. Este sólido SO se filtra y se seca a vacío. Posteriormente, el sólido SO (150 mg) se suspende en acetonitrilo (8,5 mL) en presencia de un exceso de safranina O, y se añade sobre la suspensión el (3-mercaptopropil)trimetoxisilano (464,4 pL, 2,5 mmol). La suspensión se agita durante 5,5 h a temperatura ambiente y pasado ese tiempo se añade el 2,2'-dipyridyl disulfide (550,8 mg, 2,5 mmol) sobre la mezcla de reacción. Después de agitar durante 12 h a temperatura ambiente, el material obtenido se filtra y se seca a vacío obteniendo el material S1. Finalmente, se suspende el material preparado (S1, 100 mg) y el poli(etilenglicol)metil éter tiol (0,5 mmol) en acetonitrilo en presencia de un exceso de Safranina O. La mezcla se agita durante 12h, y el material final obtenido S2 se aísla por centrifugación, se lava con abundante agua y se seca a vacío.500 mg of NMSs and safranin O dye (140.34 mg, 0.40 mmol) are suspended in acetonitrile (15 mL) in a round bottom flask. The mixture is subjected to an ultrasound bath for 10 min and left stirring for 24 hours at room temperature. This solid SO is filtered and dried under vacuum. Subsequently, the solid SO (150 mg) is suspended in acetonitrile (8.5 mL) in the presence of an excess of safranin O, and (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (464.4 pL, 2.5 mmol). The suspension is stirred for 5.5 h at room temperature and after that time the 2,2'-dipyridyl disulfide (550.8 mg, 2.5 mmol) is added to the reaction mixture. After stirring for 12 h at room temperature, the material obtained is filtered and dried under vacuum to obtain material S1. Finally, the prepared material (S1, 100 mg) and the poly (ethylene glycol) methyl ether thiol (0.5 mmol) are suspended in acetonitrile in the presence of an excess of Safranin O. The mixture is stirred for 12 h, and the final material S2 obtained is isolated by centrifugation, washed with plenty of water and dried under vacuum.
Síntesis de S3.Synthesis of S3.
El material S3 se prepara siguiendo un procedimiento similar al descrito para el material S2, pero las NMSs son cargadas con el fármaco doxorrubicina (DOX) en lugar de Safranina O. En este caso, se suspenden 200 mg de NMSs calcinada y la DOX (100 mg, 0,17 mmol) en agua destilada (7 mL). Al igual que en el caso de S2, el material S3 se aísla por centrifugación, se lava con abundante agua y se seca a vacío.The S3 material is prepared following a similar procedure to that described for the S2 material, but the NMSs are loaded with the drug doxorubicin (DOX) instead of Safranin O. In this case, 200 mg of calcined NMSs are suspended and the DOX (100 mg, 0.17 mmol) in distilled water (7 mL). As in the case of S2, the S3 material is isolated by centrifugation, washed with plenty of water and dried under vacuum.
Síntesis de geles formados in situ.Synthesis of gels formed in situ.
Para la preparación de los geles de ácido hialurónico (gel HA, se prepara inicialmente una solución precursora con un derivado de tiramina de ácido hialurónico en PBS al 2% p/v en agitación toda la noche a temperatura ambiente. Por otra parte, se prepara una disolución madre de H2O2 añadiendo 33 pL H2O2 of 30% en 10 mL en PBS y una disolución de peroxidasas de rábano picante (HRP) disolviendo 0,856 mg de HRP en 10 mL de PBS. Dos viales se usan para preparar un volumen final de 4 mL. En el vial A se añaden 2 mi de la disolución de HA y 120 pL of H2O2. En el vial B se añaden 2 mi de HA y 120 pL de una disolución de HRP (60 pL/mL gel). Después de agitar durante 2 min, se suspenden las nanopartículas en el vial B mezclando suavemente con una pipeta. Finalmente, se usa una jeringa de dos vías para mezclar rápidamente las soluciones del vial A y B en un molde. Los geles se formaron mediante el acoplamiento oxidativo enzimático de los restos de tiramina en el HA (K. Xu, K. Narayanan, F. Lee, K. Hyun Bae, S. Gao, M. Kurisawa, Acta Biomater 2015,24,159). Unos minutos más tarde, los geles de AH de 0,5 mL que contienen las partículas se retiran del molde.For the preparation of the hyaluronic acid gels (HA gel, a precursor solution is initially prepared with a tyramine derivative of hyaluronic acid in PBS at 2% w / v stirring overnight at room temperature. On the other hand, it is prepared a stock solution of H 2 O 2 adding 33 pL H 2 O 2 of 30% in 10 mL in PBS and a solution of horseradish peroxidases (HRP) dissolving 0.856 mg of HRP in 10 mL of PBS. Two vials are used to prepare a final volume of 4 mL. In vial A, 2 ml of the HA solution and 120 pL of H 2 O 2 are added . In vial B 2 ml of HA and 120 pL of a HRP solution (60 pL / mL gel) are added. After shaking for 2 min, the nanoparticles are suspended in vial B by gently mixing with a pipet. Finally, a two-way syringe is used to rapidly mix the solutions in vial A and B in a mold. The gels were formed by the enzymatic oxidative coupling of tyramine residues in HA (K. Xu, K. Narayanan, F. Lee, K. Hyun Bae, S. Gao, M. Kurisawa, Acta Biomater 2015, 24,159). A few minutes later, the 0.5 mL HA gels containing the particles are removed from the mold.
Los geles de quitosano se preparan como se describió previamente (A. López-Noriega, C.L. Hastings, B. Ozbakir, K.E. O'Donnell, F.J. O'Brien, G. Storm, W.E. Hennink, G.P. Duffy, E. Ruiz-Hernández, Adv. Healthcare Mater 2014, 3, 854). Brevemente, el quitosano extra puro (80 mg) se disuelve en agua destilada fría a pH 8-9. A continuación, se añadieron gota a gota sobre la disolución anterior, 280 mg de p-glicerofosfato (P -GP) disueltos en agua destilada al mismo pH. Luego se añadieron las nanopartículas y la suspensión se mezcló suavemente. Los geles de volumen final 0,5 mL se formaron al calentarlos a 37 °C.Chitosan gels are prepared as previously described (A. López-Noriega, CL Hastings, B. Ozbakir, KE O'Donnell, FJ O'Brien, G. Storm, WE Hennink, GP Duffy, E. Ruiz-Hernández, Adv. Healthcare Mater 2014, 3, 854). Briefly, the extra pure chitosan (80 mg) is dissolved in cold distilled water at pH 8-9. Then, 280 mg of p-glycerophosphate (P -GP) dissolved in distilled water at the same pH were added dropwise to the previous solution. The nanoparticles were then added and the suspension was mixed gently. Gels of final volume 0.5 mL were formed by heating to 37 ° C.
Estudios de liberación.Release studies.
Los experimentos de liberación se llevan a cabo utilizando los materiales S2 y S3 en presencia y ausencia de glutatión (GSH) como agente reductor. En un experimento típico, 0,5 mg de cada material suspendido en 1,5 mL de agua destilada a pH 7,5 con y sin glutatión a una concentración final 10 mM. Se agita la suspensión y cada cierto tiempo se separa una alícuota y se centrifuga. La liberación se controla a través de la banda de emisión de la Safranina O o Doxorrubicina centrada en 585 nm (AeXc = 520 nm) or 557 nm (AeXc = 495 nm), respectivamente.Release experiments are carried out using materials S2 and S3 in the presence and absence of glutathione (GSH) as a reducing agent. In a typical experiment, 0.5 mg of each material suspended in 1.5 mL of distilled water at pH 7.5 with and without glutathione at a final concentration of 10 mM. The suspension is shaken and from time to time an aliquot is removed and centrifuged. The release is controlled through the Safranin O or Doxorubicin emission band centered at 585 nm (AeXc = 520 nm) or 557 nm (AeXc = 495 nm), respectively.
Para los estudios de liberación en el caso de los geles, se colocaron en un pocilio en una placa de 12 pocilios 500 pL de gel de HA con 6 mg/mL de S2 or S3 (3 mg de nanoparticulas/gel). A continuación, se añaden 2 mL de PBS con GSH a una concentración final 10 mM. Como control, se realiza el mismo experimento en ausencia de GSH. La placa se deja en un incubador a 37 °C bajo agitación moderada. Se toman alícuotas de 250 pL y se reemplaza el mismo volumen con disolución fresca según corresponda. Después de centrifugar la alícuota, se mide la fluorescencia de los sobrenadantes de Safranina O o DOX en una cubeta de 200 pL. For the release studies in the case of gels, 500 pL of HA gel with 6 mg / mL of S2 or S3 (3 mg of nanoparticles / gel) were placed in a well in a 12-well plate. Next, 2 mL of PBS with GSH are added to a final concentration of 10 mM. As a control, the same experiment is performed in the absence of GSH. The plate is left in a 37 ° C incubator with moderate shaking. Aliquots of 250 pL are taken and the same volume is replaced with fresh solution as appropriate. After centrifuging the aliquot, the fluorescence of the Safranin O or DOX supernatants is measured in a 200 pL cuvette.
Estudios de liberación de nanoparticulasNanoparticle release studies
Se hizo un seguimiento de la concentración de nanoparticulas liberadas de los geles utilizando un equipo Nanosight NS300. “Nanoparticle tracking análisis” (NTA) se utiliza para visualizar y analizar el tamaño de las dispersiones de nanoparticulas atendiendo a su velocidad de movimiento browniano. La velocidad de movimiento de las partículas está relacionada con la viscosidad del líquido, la temperatura y el tamaño de la partícula, y no está influenciada por la densidad de partículas o el índice de refracción. Las partículas contenidas en la muestra se visualizan en virtud de la luz que dispersan cuando son iluminadas por un láser de 488 nm. La luz dispersada se captura con una cámara digital y el movimiento de cada partícula es rastreado de fotograma a fotograma por el software NTA 3.2. Además, el sistema permite medir las concentraciones de partículas en el rango de diámetro de 10 nm-2000 nm en líquidos. Se realizaron capturas de video de 60 s por triplicadoThe concentration of nanoparticles released from the gels was monitored using a Nanosight NS300 kit. Nanoparticle tracking analysis (NTA) is used to visualize and analyze the size of nanoparticle dispersions according to their Brownian motion speed. The speed of movement of the particles is related to the viscosity of the liquid, the temperature and the size of the particle, and is not influenced by the density of particles or the index of refraction. The particles contained in the sample are visualized by virtue of the light they scatter when illuminated by a 488 nm laser. The scattered light is captured with a digital camera and the movement of each particle is tracked from frame to frame by the NTA 3.2 software. In addition, the system allows to measure particle concentrations in the diameter range of 10 nm-2000 nm in liquids. 60 s video captures were taken in triplicate
Cada alícuota tomada en los estudios de liberación de gel se diluye usando H2O destilada y se mide en el rango de concentración recomendado (106-109 partículas/ml). Esta operación se repitió tres veces.Each aliquot taken in gel release studies is diluted using distilled H 2 O and measured in the recommended concentration range (106-109 particles / ml). This operation was repeated three times.
Ensayos de viabilidad celularWST-1Cell viability assays WST-1
Las células se cultivan en placas de microtitulación estériles de 24 pocilios a una densidad de siembra de 1,5 x 104 células/pocillo y se dejan depositar durante 24 h. Se colocan los geles de HA de 0,5 mi en insertos de cultivo celular con membrana de tereftalato de polietileno (PET) de tamaño de poro de 8,0 pm, lo que permite el paso de las nanoparticulas (según lo verificado por NTA). Después de 24, 48 o 72 h, se eliminan los insertos y las células se lavan dos veces con PBS. Luego, se añade el reactivo WST-1 (30 pl de una solución de 50 mg/ml) a cada pocilio. Las células se incuban adicionalmente durante 1 h y se mide la absorbancia a 450 nm usando un lector de microplacas. Como control positivo de muerte celular, se añade doxorrubicina en agua estéril a ciertos pocilios.Cells are grown in sterile 24-well microtiter plates at a seeding density of 1.5 x 10 4 cells / well and allowed to settle for 24 h. 0.5 ml HA gels are placed in 8.0 pm pore size polyethylene terephthalate (PET) membrane cell culture inserts, allowing passage of nanoparticles (as verified by NTA) . After 24, 48 or 72 h, the inserts are removed and the cells are washed twice with PBS. Then, the WST-1 reagent (30 µl of a 50 mg / ml solution) is added to each well. Cells are further incubated for 1 hr and absorbance at 450 nm is measured using a microplate reader. As a positive control for cell death, doxorubicin in sterile water is added to certain wells.
Microscopía confocal en vivo de células tratadas con geles cargados con partículas.In vivo confocal microscopy of cells treated with gels loaded with particles.
Las células se siembran en cubreobjetos de vidrio de 24 mm en placas de microtitulación de 24 pocilios a una densidad de siembra de 1,5 x 104 células/pocillo. Después de incubar durante la noche, las células se tratan con 0,5 mi de gel HA que contiene 3 mg de las nanoparticulas correspondientes (es decir, S2 o S3) usando insertos de cultivo celular como se mencionó anteriormente. Después de 24 h, se retira el inserto y el medio, y las células se lavan con PBS. Luego, las células se fijaron usando paraformaldehído al 4% y se visualizaron bajo un microscopio confocal. La señal fluorescente del colorante de tinción nuclear 4 ', 6-diamidino-2-fenilindol y DOX o safranina O dentro de las células se examina mediante un microscopio confocal de barrido láser invertido DM18. Todas las imágenes confocales se obtienen utilizando la misma configuración. Se realizan experimentos idénticos por triplicado para verificar la reproducibilidad.Cells are seeded on 24 mm glass coverslips in 24-well microtiter plates at a seeding density of 1.5 x 10 4 cells / well. After incubating overnight, cells are treated with 0.5 ml HA gel containing 3 mg of the corresponding nanoparticles (i.e. S2 or S3) using culture inserts. cell phone as mentioned above. After 24 h, the insert and medium are removed, and the cells are washed with PBS. The cells were then fixed using 4% paraformaldehyde and visualized under a confocal microscope. The fluorescent signal of the nuclear staining dye 4 ', 6-diamidino-2-phenylindole and DOX or safranin O within cells is examined by a DM18 inverted laser scanning confocal microscope. All confocal images are obtained using the same settings. Identical experiments are performed in triplicate to verify reproducibility.
Cuantificación de las NMS liberadas desde la matriz de un hidroqelQuantification of the NMS released from the matrix of a hydrogel
En primer lugar, con el fin de estudiar la capacidad de los geles formados in situ para encapsular y liberar NMS, se introdujeron NMS en geles con distinta composición y se compararon los resultados obtenidos atendiendo al perfil de liberación en función del tiempo. Específicamente, se prepararon geles basados en ácido hialurónico (HA) y en quitosano/p-glicerofosfato (GP) en los cuales se encapsularon cantidades iguales de NMS, concretamente 6 mg NMS por mi gel. Ambos geles se incubaron en PBS a 37 ° C mientras se agitaban a 100 rpm. Se sacaron alícuotas a ciertos tiempos y el volumen extraído se reemplazó con nuevo PBS recién precalentado. Todas las alícuotas del estudio de liberación fueron analizadas con el equipo Nanosight NS300 mediante la técnica de análisis de rastreo de nanopartículas (NTA). De este modo se cuantificó la cantidad de NMS liberada de los geles en función del tiempo. Como se muestra en la Figura 1, se observa una liberación de NMS sostenida en el tiempo para los geles basados en HA (b) en comparación con los geles de quitosano/p-GP (a) que sufren una liberación muy rápida. Debido a dicho perfil de liberación controlada de NMS, los geles de HA fueron seleccionado para nuestra invención.First, in order to study the capacity of the gels formed in situ to encapsulate and release NMS, NMS was introduced into gels with different composition and the results obtained were compared according to the release profile as a function of time. Specifically, gels based on hyaluronic acid (HA) and on chitosan / p-glycerophosphate (GP) were prepared in which equal amounts of NMS, specifically 6 mg NMS, were encapsulated per my gel. Both gels were incubated in PBS at 37 ° C while shaking at 100 rpm. Aliquots were drawn at certain times and the withdrawn volume was replaced with fresh, freshly prewarmed PBS. All aliquots from the release study were analyzed with the Nanosight NS300 using the nanoparticle screening analysis (NTA) technique. In this way, the amount of NMS released from the gels was quantified as a function of time. As shown in Figure 1, sustained NMS release over time is observed for HA-based gels (b) compared to chitosan / p-GP gels (a) which undergo very rapid release. Due to said NMS controlled release profile, HA gels were selected for our invention.
Estudios de liberación de NMS con función de puerta molecular desde la matriz de un hidroqelNMS release studies with molecular gate function from the matrix of a hydrogel
Como moléculas conmutables que bloquean los poros en la superficie de las NMS, se seleccionaron cadenas de polietilenglicol (PEG) de peso molecular 800 g/mol. Las cadenas de PEG fueron ancladas sobre la superficie alrededor de los poros de las NMS a través de la formación de un enlace disulfuro para obtener el material PEG-NMS. Para comprobar la estabilidad del material tras su encapsulación en el gel, se prepararon 500 pl de gel de HA que contiene nanopartículas PEG-NMS cargados con colorante safranina O (HA-S2.6 mg nanopartículas/mL gel). Se usó el colorante Safranina O como modelo de fármaco. La Figura 2 muestra los perfiles de liberación de safranina O hasta pasadas 48 h, en presencia (a) y ausencia (b) de glutatión (GSH) usado como estímulo para la rotura del enlace disulfuro y el correspondiente desbloqueo de los poros. Como se ha observado, los perfiles de liberación son similares a los datos publicados previamente solo para PEG-MSN cargados con Safranina O (S2) (C. Giménez et al. Langmuir 2015, 31, 3753), lo que demuestra que los materiales preparados mantienen su respuesta al estímulo para el que han sido diseñados después de ser encapsulados en el gel.As switchable molecules blocking pores on the surface of NMS, polyethylene glycol (PEG) chains of molecular weight 800 g / mol were selected. The PEG chains were anchored on the surface around the pores of the NMS through the formation of a disulfide bond to obtain the PEG-NMS material. To check the stability of the material after its encapsulation in the gel, 500 µl of HA gel containing PEG-NMS nanoparticles loaded with safranin O dye (HA-S2.6 mg nanoparticles / mL gel) were prepared. Safranin O dye was used as drug model. Figure 2 shows the safranin O release profiles up to 48 h after, in the presence (a) and absence (b) of glutathione (GSH) used as a stimulus for disulfide bond breaking and the corresponding pore unblocking. As observed, the release profiles are similar to previously published data only for PEG-MSN loaded with Safranin O (S2) (C. Giménez et al. Langmuir 2015, 31, 3753), which shows that the materials prepared they maintain their response to the stimulus for which they were designed after being encapsulated in the gel.
Bioactividad del material HA-S3Bioactivity of HA-S3 material
Para evaluar la bioactividad de las formulaciones de gel de HA con los materiales con función de puerta molecular, se preparó el material HA-S3 que consiste en el material PEG-NMS cargado con un fármaco quimioterapéutico, específicamente doxorrubicina (DOX). Geles de HA sin nanopartículas, geles con 6 mg NMS calcinadas/mL de gel y 6 mg de HA-S3/mL de gel se probaron en diferentes insertos para cultivos celulares y se midió la viabilidad celular después de 24, 48 y 72 h usando el reactivo WST-1 (Figura 3). Para dichos experimentos, células de glioma maligno U271 se cultivaron en placas adherentes de 24 pocilios a una densidad de 1,5x104 células/pocillo en medio de cultivo suplementado MEM, en condiciones normales de cultivo. Después de 24 h, se reemplazaron 900 pl de medio celular por medio fresco en cada pocilio, y se colocó suavemente un inserto de cultivo Falcon con una membrana de PET de 8,0 pm de tamaño de poro en cada pocilio. Luego, se añadieron 350 pL de medio precalentado al inserto antes de colocar en los mismos los distintos geles de HA preparados con y sin nanopartículas. Los geles fueron previamente esterilizados bajo una lámpara UV durante 20 minutos. Como control positivo, se utilizó el fármaco DOX libre en el medio celular en la misma concentración que la cantidad máxima de DOX liberada de HA-S3 medidos por espectrofluorimetría en presencia del estímulo GSH.To evaluate the bioactivity of the HA gel formulations with the molecular gate function materials, the HA-S3 material was prepared consisting of the PEG-NMS material loaded with a chemotherapeutic drug, specifically doxorubicin (DOX). HA gels without nanoparticles, gels with 6 mg calcined NMS / mL gel and 6 mg HA-S3 / mL gel were tested in different inserts for cell cultures and cell viability was measured after 24, 48 and 72 h using the WST-1 reagent (Figure 3). For such experiments, U271 malignant glioma cells were cultured in 24-well adherent plates at a density of 1.5x10 4 cells / well in MEM supplemented culture medium, under normal culture conditions. After 24 h, 900 µl of cell medium was replaced with fresh medium in each well, and a Falcon culture insert with a 8.0 µm pore size PET membrane was gently placed in each well. Then, 350 pL of prewarmed medium was added to the insert before placing the different HA gels prepared with and without nanoparticles therein. The gels were previously sterilized under a UV lamp for 20 minutes. As a positive control, the free DOX drug in the cell medium was used in the same concentration as the maximum amount of DOX released from HA-S3 measured by spectrofluorimetry in the presence of the GSH stimulus.
La Figura 4 muestra el efecto citotóxico del gel HA-S3 a lo largo del tiempo, lo que demuestra la liberación sostenida de DOX del gel cargado con nanopartículas con función de puerta molecular. A modo de comparación, se muestra la viabilidad de las células tratadas con DOX libre en las mismas concentraciones que las liberadas por HA-S3 en PBS en presencia de GSH a concentración 10 mM (3,79, 3,93 y 5,71 pg de DOX por gel después de 24, 48 y 72 h, respectivamente). Se realizó un ensayo de microscopía confocal utilizando insertos de cultivo celular con sólo gel de HA, geles HANMS que incorpora solo nanopartículas calcinadas, geles HA-S2 y geles HA-S3 para verificar la internalización de las nanopartículas liberadas desde los geles y la posterior liberación del fármaco o colorante modelo dentro de las células U217 (Figura 4) cuando el medio reductor, como estímulo, está presente. Como se esperaba, la única señal fluorescente en los controles, HA y HA-MSN, proviene de la tinción de los núcleos, mientras que se observa una señal perinuclear en las imágenes correspondientes a HA-S2 (c) y HA-S3 (d). Las imágenes de microscopía demuestran la localización intracelular de nanopartículas y la posterior liberación de safranina O y DOX. Figure 4 shows the cytotoxic effect of the HA-S3 gel over time, demonstrating the sustained release of DOX from the gel loaded with molecular gate nanoparticles. For comparison, the viability of cells treated with free DOX is shown at the same concentrations as those released by HA-S3 in PBS in the presence of GSH at a concentration of 10 mM (3.79, 3.93 and 5.71 pg DOX per gel after 24, 48 and 72 h, respectively). A confocal microscopy assay was performed using cell culture inserts with HA gel only, gels HANMS incorporating only calcined nanoparticles, HA-S2 gels and HA-S3 gels to verify the internalization of the nanoparticles released from the gels and the subsequent release of the drug or model dye within the U217 cells (Figure 4) when the reducing medium, as a stimulus, it is present. As expected, the only fluorescent signal in the controls, HA and HA-MSN, comes from the staining of the nuclei, while a perinuclear signal is observed in the images corresponding to HA-S2 (c) and HA-S3 (d ). Microscopy images demonstrate the intracellular localization of nanoparticles and the subsequent release of safranin O and DOX.
Claims (8)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202130055A ES2816632B2 (en) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | HYDROGELS LOADED WITH NANOPARTICLES OF MESOPOROUS SILICA (NMS) FUNCTIONALIZED WITH POLYETHYLENE GLYCOL (PEG) FOR THE CONTROLLED RELEASE OF DRUGS |
| PCT/ES2022/070032 WO2022157411A1 (en) | 2021-01-25 | 2022-01-25 | Hydrogels loaded with mesoporous silica nanoparticoles (msns) functionalised with polyethylene glycol (peg) for controlled drug release |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202130055A ES2816632B2 (en) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | HYDROGELS LOADED WITH NANOPARTICLES OF MESOPOROUS SILICA (NMS) FUNCTIONALIZED WITH POLYETHYLENE GLYCOL (PEG) FOR THE CONTROLLED RELEASE OF DRUGS |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2816632A1 true ES2816632A1 (en) | 2021-04-05 |
| ES2816632B2 ES2816632B2 (en) | 2022-05-06 |
Family
ID=75241195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202130055A Active ES2816632B2 (en) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | HYDROGELS LOADED WITH NANOPARTICLES OF MESOPOROUS SILICA (NMS) FUNCTIONALIZED WITH POLYETHYLENE GLYCOL (PEG) FOR THE CONTROLLED RELEASE OF DRUGS |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2816632B2 (en) |
| WO (1) | WO2022157411A1 (en) |
-
2021
- 2021-01-25 ES ES202130055A patent/ES2816632B2/en active Active
-
2022
- 2022-01-25 WO PCT/ES2022/070032 patent/WO2022157411A1/en not_active Ceased
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| LEI LEI ET AL. Injectable colloidal hydrogel with mesoporous silica nanoparticles for sustained co-release of microRNA-222 and aspirin to achieve innervated bone regeneration in rat mandibular defects. Journal of Materials Chemistry B 28 April 2019 Royal Society of Chemistry UK. , 28/04/2019, Vol. 7, Páginas 2722 - 2735 ISSN 2050-750X (print), (DOI: doi:10.1039/c9tb00025a) especialmente resumen; páginas 2723, 2727, 2732 * |
| ZHAO PENGKUN ET AL. A study of chitosan hydrogel with embedded mesoporous silica nanoparticles loaded by ibuprofen as a dual stimuli-responsive drug release system for surface coating of titanium implants.. Colloids and surfaces. B, Biointerfaces Netherlands 01 Nov 2014. , 01/11/2014, Vol. 123, Páginas 657 - 663 ISSN 1873-4367 (Electronic), (DOI: doi:10.1016/j.colsurfb.2014.10.013 pubmed:25456989) especialmente resumen; páginas 657-658 * |
| ZHOU XIAOHAN ET AL. Injectable Thermosensitive Hydrogel Containing Erlotinib-Loaded Hollow Mesoporous Silica Nanoparticles as a Localized Drug Delivery System for NSCLC Therapy.. Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) Germany Dec 2020. , 30/11/2020, Vol. 7, Páginas 2001442 ISSN 2198-3844 (Print), (DOI: doi:10.1002/advs.202001442 pubmed:33304746) especialmente resumen; páginas 3, 10 * |
| ZHU MIN ET AL. Preparation of chitosan/mesoporous silica nanoparticle composite hydrogels for sustained co-delivery of biomacromolecules and small chemical drugs.. Science and technology of advanced materials United States Aug 2013. , 31/07/2013, Vol. 14, Páginas 45005 ISSN 1468-6996 (Print), (DOI: pubmed:27877598) <p>especialmente resumen; páginas 2-3, 7.</p> * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2816632B2 (en) | 2022-05-06 |
| WO2022157411A1 (en) | 2022-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rosenholm et al. | Towards multifunctional, targeted drug delivery systems using mesoporous silica nanoparticles–opportunities & challenges | |
| A Santos et al. | Multifunctional porous silicon for therapeutic drug delivery and imaging | |
| Shen et al. | Microfluidics‐assisted engineering of pH/enzyme dual‐activatable ZIF@ polymer nanosystem for Co‐delivery of proteins and chemotherapeutics with enhanced deep‐tumor penetration | |
| Zhao et al. | Interaction of mesoporous silica nanoparticles with human red blood cell membranes: size and surface effects | |
| M Rosenholm et al. | Multifunctional mesoporous silica nanoparticles for combined therapeutic, diagnostic and targeted action in cancer treatment | |
| Jiao et al. | Fluorescent carbon dot modified mesoporous silica nanocarriers for redox-responsive controlled drug delivery and bioimaging | |
| Douroumis et al. | Mesoporous silica nanoparticles in nanotechnology | |
| Bouchoucha et al. | Size-controlled functionalized mesoporous silica nanoparticles for tunable drug release and enhanced anti-tumoral activity | |
| Quan et al. | Lactosaminated mesoporous silica nanoparticles for asialoglycoprotein receptor targeted anticancer drug delivery | |
| Wani et al. | Surface functionalization of mesoporous silica nanoparticles controls loading and release behavior of mitoxantrone | |
| Yao et al. | Loading-free supramolecular organic framework drug delivery systems (sof-DDSs) for doxorubicin: normal plasm and multidrug resistant cancer cell-adaptive delivery and release | |
| Simovic et al. | Silica materials in drug delivery applications | |
| Shen et al. | Facile synthesis of organosilica-capped mesoporous silica nanocarriers with selective redox-triggered drug release properties for safe tumor chemotherapy | |
| Li et al. | Carrier-free, functionalized drug nanoparticles for targeted drug delivery | |
| Ehsanimehr et al. | PEI grafted Fe3O4@ SiO2@ SBA-15 labeled FA as a pH-sensitive mesoporous magnetic and biocompatible nanocarrier for targeted delivery of doxorubicin to MCF-7 cell line | |
| Khatoon et al. | Zwitterionic mesoporous nanoparticles with a bioresponsive gatekeeper for cancer therapy | |
| Liang et al. | pH/glutathione dual-responsive copper sulfide-coated organic mesoporous silica for synergistic chemo-photothermal therapy | |
| Tang et al. | Transformable nanotherapeutics enabled by ICG: towards enhanced tumor penetration under NIR light irradiation | |
| Motealleh et al. | Stimuli-responsive local drug molecule delivery to adhered cells in a 3D nanocomposite scaffold | |
| KR20180117920A (en) | Porous silica nanocomposite drug delivery system and method for reparing the same | |
| US20230052618A1 (en) | Nanobowl-supported drug-loaded liposome, preparation method therefor and application thereof | |
| CN114259477A (en) | Nano delivery system capable of promoting penetration, relieving tumor hypoxia and targeting tumor cells, and preparation method and application thereof | |
| Timin et al. | Intracellular redox induced drug release in cancerous and mesenchymal stem cells | |
| Bafkary et al. | Amphiphilic hyperbranched polyester coated rod mesoporous silica nanoparticles for pH-responsive doxorubicin delivery | |
| Hu et al. | Oxidized Dextran/Chitosan Hydrogel Engineered with Tetrasulfide‐Bridged Silica Nanoparticles for Postsurgical Treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2816632 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20210405 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2816632 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20220506 |