ES2819549T3 - Solución de reemplazo de sangre reológica y sus usos - Google Patents

Abstract

Una solución de reemplazo de sangre reológica para usar como sustituto de sangre, que comprende - un polímero de celulosa soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más, - óxido de polietileno, - un solvente, caracterizada por que el polímero de celulosa soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más es etilhidroxietil celulosa.

Description

DESCRIPCIÓN

Solución de reemplazo de sangre reológica y sus usos

Campo de la Invención:

La presente invención se refiere a una solución polimérica para usar como sustituto de la sangre reológica. La solución de reemplazo de sangre reológica de la invención se puede usar en una variedad de aplicaciones, por ejemplo, como sustituto de sangre, agente de calibración o agente de referencia en dispositivos clínicos o analíticos. La solución de reemplazo de sangre se basa en una solución polimérica, que también se puede usar como composición farmacéutica, por ejemplo, para la prevención o tratamiento de hemorragias o shock.

Descripción de los antecedentes de la técnica:

La sangre humana transporta sustancias vitales a los tejidos celulares y órganos del cuerpo. La viscosidad de la sangre depende de la composición de la sangre, la temperatura, la tasa de corte, el diámetro del vaso, el nivel de agregación celular, la forma, la deformación y la viscosidad del plasma. La sangre completa es un fluido complejo no homogéneo, que presenta propiedades muy complejas (R.G. Owens, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 140, 57, 2006; M. Moyers-Gonzalez, R.G. Owens, y J. Fang, J. Fluid Mech. 617, 327, 2008). El sistema circulatorio es un sistema complejo de conductos ramificados, que se ajustan de acuerdo con una cantidad de mecanismos de control. Por esta complejidad, hay una cantidad de variables que afectan las funciones, propiedades y respuestas del sistema circulatorio.

Las primeras mediciones reológicas dinámicas demostraron un comportamiento no newtoniano de la sangre humana (G.B. Thurston, Proceedings of the Sixth Conference of the European Society for Microcirculation, Aalborg (Karger, Basel, pp. 12-15, 1971; G. B. Thurston, Biophys. J. 12, 1205, 1972; A. Lessner et al., Theoretical and Clinical Hemorheology, Springer-Verlag, Berlin, pp. 194-205, 1971), mientras que el plasma se puede considerar un fluido newtoniano (R.G. Owens, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 140, 57, 2006; M. Moyers-Gonzalez, R.G. Owens, y J. Fang, J. Fluid Mech. 617, 327, 2008; M. Moyers- Gonzalez, R.G. Owens, y J. Fang, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 155, 161, 2008; M. Moyers-Gonzalez, R.G. Owens, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 155, 146, 2008). Las propiedades no newtonianas incluyen visoelasticidad, tixotropía y comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento. En tasas de corte bajas, los glóbulos rojos forman estructuras de agregados, causando un aumento en la viscosidad de la sangre (G. B. Thorston and N.M. Henderson, Handbook of Hemorheology and Hemodynamcis, IOS, Amsterdam, pp. 72-90, 2007). En los vasos pequeños típicos del sistema de microcirculación, por ejemplo, arteriolas y capilares, donde los tiempos característicos del flujo y el fluido se vuelven comparables, la sangre presenta un comportamiento viscoelástico (R.G. Owens, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 140, 57, 2006).

Una caracterización integral de la reología de la sangre y la dinámica de su flujo es muy importante para predecir las enfermedades cardiovasculares, para planificar cirugías vasculares, para entender el transporte de fármacos a través del sistema circulatorio y para el desarrollo de equipos cardiovasculares como, por ejemplo, bombas de sangre, válvulas cardíacas y stents (F. Yilmaz y M. Y. Gundogdu. Korea-Aust. Rheol. J. 20, 197, 2008). Sin embargo, la manipulación de la sangre completa no es una tarea sencilla y no siempre puede ser práctica principalmente debido a motivos de seguridad.

Las soluciones análogas de sangre se usan ampliamente para experimentos in vitro ya que presentan varias características ventajosas como la no toxicidad, costo bajo y transparencia (G.B. Thorston, Advances in Hemodynamics and Hemorheology, JAI Press., Inc., Connecticut, Vol. I, pp. 1 -30, 1996). Una cantidad de estos fluidos presentan características reológicas similares a la sangre humana y se basan típicamente en soluciones poliméricas. Una de las soluciones conocidas contienen esferas de poliestireno en una mezcla de agua, dextrano 70 y cloruro de calcio para estimular el proceso de agregación (E. Fukada, G. V.F. Seaman, D. Liepsch, M. Lee, y L. Friis-Baastad, Biorheology 26, 401, 1989). Además, se han desarrollado soluciones acuosas de una poliacrilamida (PAA) y goma xantana (XG), en las que la adición de glicerina se usó para ajustar la reología de la sangre en diferentes niveles de hematocritos (K.K. Brookshier y J.M. Tarbell, Biorheology 30, 107, 1993). Sin embargo, se descubrió que en tasas de corte altas, los análogos de sangre conocidos tienen a exhibe mayor viscosidad y elasticidad que la sangre completa (G. Vlastos, D. Lerche, B. Koch, O. Samba, y M. Pohl, Rheol. Acta 36, 160, 1997).

Ya que la reología de la sangre es extremadamente compleja, es difícil desarrollar fluidos análogos que proporcionan una descripción completa de todas las propiedades reológicas de la sangre. Típicamente, estos fluidos se eligen basándose en la densidad y la viscosidad de cizallamiento. Las soluciones análogas a la sangre conocidas descritas anteriormente sufren del problema que la viscosidad es esencialmente independiente de la tasa de corte de la solución. La sangre real exhibe un efecto que disminuye la tasa de corte cuando aumenta la viscosidad.

Se pueden investigar las soluciones análogas a la sangre en microcanales con dimensiones comparables a vasos sanguíneos humanos pequeños y técnicas de visualización de flujo (P.C. Sousa et al., Extensional flow of blood analog solutions in microfluidic devices, Biomicrofluidics 5,014108, 2011). El us de microcanales es ventajoso porque son representaciones simplificadas de estenosis de intensidad típicas de vasos microcirculatorios enfermos.

Por lo tanto, las condiciones médicas posibles son la hemorragia o shock que se pueden tratar usando soluciones sustituías de sangre. La reología de los fluidos de análogos a la sangre se puede analizar mediante reómetros giratorios o reómetros extensionales de corte capilar para determinar el tiempo de relajación del fluido en el flujo extensional.

Los estudios conocidos hasta ahora demuestran que, a velocidades de flujo bajas, las soluciones de polímero análogas a la sangre exhiben patrones de flujo tipo newtonianos, es decir, un aumento de los resultados de velocidad de flujo en una apariencia de vórtices simétricos corriente arriba de la contracción que aumenta en tamaño con la velocidad de flujo debido a la mejora de los efectos elásticos. Cuando la tasa de flujo aumenta más, los efectos de la inercia también se vuelven importantes y se observan vórtices simétricos corriente abajo de la expansión abrupta similar al flujo de fluido newtoniano.

También hay soluciones alternativas como composiciones que comprenden soluciones de aminoácido y albúmina sérica humana para usar en el tratamiento de hipovolemia o shock (US 7,696,176 B1). Una solución de reemplazo de sangre intravenoso similar para restaurar rápidamente la viscosidad, la reología, la osmolaridad y la estabilidad hemodinámica de la sangre normal se ha descrito en US 2007/0207962 A1. La solución comprende fibrinógeno, albúmina, fibronectina y un electrolito.

US 4 001 401 A describe una solución de reemplazo de sangre y un método para su producción, que comprende hemoglobina polimerizada y solución salina para usar, por ejemplo, en el tratamiento de shock hemorrágico. Las soluciones de reemplazo de sangre alternativas que comprenden un polímero soluble en agua y un solvente se describen en JP 2015010065 A y EP 2322207 A2.

Compendio de la invención:

En vista de lo anterior, el problema subyacente de la presente invención es proporcionar una solución de polímeros mejorados que se asemeje más al comportamiento de la viscosidad de la sangre humana a diferentes tasas de corte.

Este problema se soluciona con una solución de reemplazo de sangre reológica como se define en la reivindicación 1, un método para su fabricación, sus usos y las composiciones farmacéuticas basadas en estos. Las realizaciones preferidas son la materia de las reivindicaciones dependientes.

La solución de reemplazo de sangre reológica de la invención se basa en una solución de polímero que comprende un polímero soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más, donde el polímero de celulosa soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más es etilhidroxietil celulosa.

Por lo tanto, el polímero soluble en agua es una celulosa que tiene un peso molecular alto y cadenas flexibles.

Según la presente invención, el polímero soluble en agua se mezcla con un óxido de polietileno en un solvente adecuado. En una modalidad, la solución contiene también silicona soluble en agua y/o polivinil pirrolidona y/o alcohol polivinílico y/o acetato de polivinilo y/o ácido poliacrílico y/o éster de ácido poliacrílico y/o éster de ácido polimetacrílico y/o polietileno y formas modificadas o derivadas de las mismas.

La solución de reemplazo de sangre reológica de la invención contiene óxido de polietileno, que es necesario para ajustar la viscosidad de la solución. A estos efectos, el óxido de polietileno con un peso molecular bajo (por ejemplo, 200 - 10.000 g/mol)

El solvente que se usa en la solución de reemplazo de sangre reológica de la invención es preferiblemente agua desmineralizada. La solución de polímero de la invención se asemeja a las características reológicas similares a la sangre humana y excede las limitaciones de las soluciones poliméricas proporcionadas por la técnica como soluciones acuosas de poliacrilamida (PAA) y goma xantana (XG). En estas soluciones, la adición de glicerina se usa para ajustar la reología de la sangre a diferentes niveles de hematocritos. Sin embargo, como se muestra en los ejemplos a continuación, las soluciones que contienen glicina no tienen una relación de la tasa de corte con la viscosidad que se asemeje a la de la sangre humana o animal.

La solución polimérica de la invención tiene una relación de la tasa de corte con la viscosidad con la sangre humana. Parece que el reemplazo de glicina con óxido de polietileno es un aporte importante para lograr estos resultados. La solución de polímero de la invención supera particularmente las limitaciones de las soluciones del polímero conocido donde la tasa de corte es independiente de la viscosidad real del fluido. Como consecuencia, en tasas de corte bajas, las soluciones de polímero de la técnica previa muestran patrones de flujo tipo newtonianos, mientras que la solución de reemplazo de sangre reológica de la invención muestra patrones de flujo similares a la sangre humana.

Para determinadas aplicaciones, la solución de polímero de la invención contiene además cloruro de sodio como ingrediente. Preferiblemente, el cloruro de sodio se agrega a una concentración de entre > 0 % y 0,9 % en peso. La solución de polímero contiene 0,01 % a 0,5 % en peso del polímero soluble en agua y 0,01 % a 5 % en peso del óxido de polietileno. La concentración del óxido de polietileno depende del peso molecular del compuesto, que se puede agregar como óxido de polietileno con peso molecular bajo (es decir, 200 - 10.000 g/mol) o con peso molecular alto (1 - 8 Mio g/mol). La reología de la solución se puede probar usando reómetros convencionales como reómetros con aire, reómetros giratorios o reómetros extensionales. Las mediciones reométricas permiten la determinación del tiempo de relajación del fluido en el flujo extensional.

La solución de reemplazo de sangre de la invención revela propiedades reológicas mejoradas para las soluciones de polímero convencionales y permite una aplicación en una cantidad de campos técnicos, donde el uso de los análogos de sangre o soluciones de remplazo de sangre es obligatorio. Por ejemplo, la solución de reemplazo de sangre reológica de la invención se puede usar como agente de calibración en dispositivos de diálisis. La sangre de diálisis humana usualmente se bombea a través de conductos, tuberías o membranas que tienen diferentes diámetros. Con frecuencia, se usan las soluciones que contienen glicerina en tales aparatos de diálisis. Además, la solución de reemplazo de sangre reológica de la invención se puede usar como agente de referencia en dispositivos de análisis médicos, por ejemplo, para la detección óptica de células sanguíneas que se bombean a través de capilares con diámetros pequeños. La solución de polímeros de la invención permite un flujo laminar y una alineación de los cuerpos de las células sanguíneas. Este comportamiento resulta en una mayor precisión de los valores de análisis obtenidos con tales dispositivos médicos.

Además, la solución de reemplazo de sangre reológica se puede usar como expansor del plasma sanguíneo para el tratamiento de una cantidad de enfermedades como sepsis con shock, hemorragia, shock hemorrágico, shock hipovolémico, lesión por quemaduras, síndrome de fuga capilar, hipoalbuminemia, síndrome nefrítico o falla de múltiples órganos. Si los pacientes padecen de pérdida de sangre, usualmente se aplica una solución de cloruro de sodio que además contiene azúcar hidroxiexilo o dextrina. Los polímeros de azúcar usados en estas soluciones se usan principalmente para ajustar la viscosidad en un valor constante predeterminado. Las propiedades reológicas de estas soluciones, sin embargo, son diferentes a la sangre humana o animal.

La solución de polímeros de la invención también puede contener electrolitos como sodio, potasio, magnesio y oligoelementos encontrados en la sangre normal. La solución de polímeros de la invención también es adecuada como composición farmacéutica que tiene un efecto terapéutico o preventivo en un cuerpo humano o animal. Por ejemplo, una solución sustituta de sangre intravenosa también puede comprender fibrinógeno, albúmina, fibronectina y/o electrolitos.

La solución de reemplazo de sangre reológica de la invención se puede usar para la preparación del medicamento para la prevención y/o tratamiento de síndrome de estrés quirúrgico, trastornos circulatorios, tumoraciones y para proporcionar un sustituto de sangre en un organismo humano o animal. Los métodos y tratamientos descritos en la presente memoria aplican esencialmente a métodos y composiciones que estabilizan la turbulencia de la sangre de un organismo para tratar enfermedades relacionadas con el estrés.

La invención también implica una composición farmacéutica que comprende una solución de reemplazo de sangre reológica como se describe en la presente memoria. La composición farmacéutica de la invención es adecuada para usar en el tratamiento y/o prevención de un trastorno médico humano o animal como sepsis con shock, hemorragia, shock hemorrágico, shock hipovolémico, lesión por quemaduras, síndrome de fuga capilar, hipoalbuminemia, síndrome nefrítico o falla de múltiples órganos.

La presente invención también implica un método para la preparación de una solución de reemplazo de sangre reológica que se asemeja a las propiedades fluidas de la sangre humana o animal. El método comprende los pasos para mezclar un polímero soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más con óxido de polietileno y un solvente. Preferiblemente, el óxido de polietileno tiene un peso molecular de 200 - 10.000 g/mol. Según la invención, el polímero soluble en agua es etilhidroxietil celulosa, preferiblemente con un tamaño de partícula de 98 % < 500 mm y una viscosidad de Brookfield a 20 °C / 1 % solución de al menos 350 mPa.s. El óxido de polietileno preferiblemente tiene un peso molecular entre 200 y 10.000 g/mol y el solvente es preferiblemente agua o un solvente farmacéuticamente aceptable. Además, la composición farmacéutica puede contener fibrinógeno, albúmina, fibronectina y electrolitos como sodio, potasio, magnesio y sus sales, y oligoelementos.

Cuando se usa un sustituto de sangre, la solución de reemplazo de sangre reológica restaura eficazmente la viscosidad de la sangre normal, reología, osmolaridad, turbulencia y estabilidad hemodinámica.

Una ventaja principal de la solución de polímero de la invención deriva del hecho de que la solución de polímero de la invención exhibe propiedades de flujo que son similares a las propiedades de flujo de la sangre humana o animal. En particular, la viscosidad dependiente de la tasa de corte de la solución es similar al comportamiento de la viscosidad de la sangre completa, sin perjuicio de las propiedades de flujo locales (tal como diámetros diferentes en arterias o vasos capilares). El expansor de plasma de sangre conocido de la técnica previa no se asemeja a este comportamiento eficazmente.

La presente invención se explica en más detalle en los siguientes ejemplos.

Preparación de la solución de reemplazo de sangre reológica

Etilhidroxietil celulosa: Bermocoll EHM 500, AkzoNobel, 0,01 - 0,5 % en peso óxico de polietileno: PEO 1000 g/mol, Fluka, 0,01 - 2 % en peso cloruro de sodio: >99,5 %, Sigma Aldrich, hasta 0,9 % en peso

Agua: agua desmineralizada (equipos Millipore).

Los componentes se mezclan en la composición y concentraciones deseadas. La solución de polímero se preparó disolviendo los ingredientes durante la noche a temperatura ambiente con un mezclado suave. La solución estuvo lista para su uso.

Métodos

El análisis se realizó por medio de un reómetro con aire equipado con una geometría cilíndrica:

Equipo: reómetro con aire UDS 200 (Anton Paar GmbH, Graz)

Control de temperatura: TEK-180 en combinación con un termostato VT2 Viscotherm Geometría: Geometría de cilindro de espacio doble Z1 (Anton Paar GmbH, Graz) 20 ml de la solución homogénea se vertió en el espacio de medición del reómetro y el cilindro superior se bajó al espacio. La solución se dejó con un termostato a una temperatura de 37 °C por 15 minutos. Se aplicó el siguiente procedimiento de medición:

- Corte previo a una tasa de corte de 101/s por 30 segundos;

- La tasa de corte se aumentó de forma logarítmica de 10 a 1.000 1/s, 10 puntos de datos por década, duración de punto de datos: 30 a 3 segundos (logarítmico).

Resultados

En la Fig. 1, la solución de polímeros de la invención se comparó con la sangre humana y la solución de glicerina/agua como referencia. Las soluciones que contienen glicerina se usan en la presente en una cantidad de aplicaciones clínicas como sustituido de sangre. El experimento de la Fig. 1 muestra que la solución de la presente invención se asemeja igualmente al comportamiento y las propiedades de la sangre humana en respecto de la viscosidad y la tasa de corte. Con tasas de corte en aumento, la viscosidad disminuye de manera similar como se ve para la sangre humana. Por el contrario, la viscosidad de la solución que contiene glicerina de referencia permanece igual con tasas de corte en aumento. Con la solución de referencia, la viscosidad es independiente de la tasa de corte, y la viscosidad de la solución de glicerina solo iguala la viscosidad de la sangre humana a una tasa de corte particular.

La propiedad reológica de la solución de polímero de la invención refleja las propiedades biológicas de la sangre humana, que puede explicarse po el hecho de que los cuerpos de células de sangre se ajustan en flujos usando la solución de polímero de la invención similar a los ajustes que se pueden ver en la sangre humana. Si la tasa de corte disminuye (por ejemplo, debido a los diámetros cambiantes de los vasos sanguíneos u otros parámetros de influencia), la viscosidad aumenta naturalmente tanto para la sangre humana y el sustituto de sangre reológica de la invención pero sigue siendo igual para la solución con glicerina.

Este experimento demuestra claramente que la solución de polímero de la invención es adecuada como sustituto de sangre ya que refleja las propiedades reológicas de la sangre humana o animal. Como la tasa de corte cambia con los diámetros diferentes del canal de flujo (por ejemplo en los capilares de sangre, arteriolas o vasos sanguíneos), la solución de polímero de la invención permite una comparación de las tasas de corte a diferentes viscosidades y por lo tanto diferentes condiciones ambientales.

En resumen, la solución de sustituto de sangre reológica de la invención simula las propiedades del flujo de sangre en un rango de tasa de corte mayor que las soluciones conocidas en la técnica previa. Además, la solución de polímero de la invención se puede usar en una variedad de aplicaciones clínicas y no clínicas y es adecuado para el tratamiento o prevención de trastornos relacionados con el estrés. Finalmente, la solución de remplazo de sangre reológica se puede fabricar de acuerdo con las buenas prácticas de fabricación (GMP) y cumple con las condiciones de seguridad y capacidad de almacenamiento.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Una solución de reemplazo de sangre reológica para usar como sustituto de sangre, que comprende

- un polímero de celulosa soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más,

- óxido de polietileno,

- un solvente,

caracterizada por que el polímero de celulosa soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más es etilhidroxietil celulosa.

2. La solución de reemplazo de sangre según la reivindicación 1, donde la solución contiene también silicona soluble en agua y/o polivinil pirrolidona y/o alcohol polivinílico y/o acetato de polivinilo y/o ácido poliacrílico y/o éster de ácido poliacrílico y/o éster de ácido polimetacrílico y/o polietileno soluble en agua.

3. La solución de reemplazo de sangre según la reivindicación 1 o 2, donde el solvente es agua desmineralizada.

4. La solución de reemplazo de sangre según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la solución contiene además cloruro de sodio.

5. La solución de reemplazo de sangre según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la solución contiene 0,01 % a 0,5 % en peso del polímero de celulosa soluble en agua y 0,01 % a 5 % en peso de óxido de polietileno.

6. La solución de reemplazo de sangre según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la solución contiene óxido de polietileno con una masa molecular entre 100 g/mol y 9 x 106 g/mol.

7. Una solución de reemplazo de sangre reológica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para usar como extensor de plasma de sangre en el tratamiento de pacientes que sufren de sepsis con shock, hemorragia, shock hemorrágico, shock hipovolémico, lesión por quemaduras, síndrome de fuga capilar, hipoalbuminemia, síndrome nefrítico o falla de múltiples órganos.

8. Una solución de reemplazo de sangre reológica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para usar como agente de calibración en dispositivos de diálisis.

9. Una solución de reemplazo de sangre reológica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para usar como agente de referencia en dispositivos de análisis médico.

10. Un método para la preparación de una solución de reemplazo de sangre reológico, que se asemeja a las propiedades de fluido de la sangre humana o animal, que comprende los pasos de mezclar un polímero de celulosa soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más, con óxido de polietileno y un solvente, donde el polímero de celulosa soluble en agua con un peso molecular de 100 kDa o más es etilhidroxietil celulosa.

11. El método según la reivindicación 10, donde el polímero de celulosa soluble en agua es etilhidroxietil celulosa con un tamaño de partícula de 98 % < 500 mm y una viscosidad Brookfield a 20 °C/ 1% de solución de al menos 350 mPa.s, donde el óxido de polietileno tiene un peso molecular entre 200 y 10.000 g/mol, y donde el solvente es agua.

12. Una composición farmacéutica, que comprende una solución de reemplazo de sangre reológica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para usar como sustituto de sangre.

13. La composición farmacéutica de la reivindicación 12 para usar en el tratamiento y/o prevención de sepsis con shock, hemorragia, shock hemorrágico, shock hipovolémico, lesión por quemaduras, síndrome de fuga capilar, hipoalbuminemia, síndrome nefrítico o falla de múltiples órganos.

14. Una solución de reemplazo de sangre reológica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para para usar como medicamento.