ES3014477B2 - Fotosensibilizador, composicion farmaceutica que lo comprende y su uso en terapia fotodinamica - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

FOTOSENSIBILIZADOR, COMPOSICIÓN FARMACÉUTICA QUE LO COMPRENDE

Y SU USO EN TERAPIA FOTODINÁMICA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de la medicina, y más concretamente a una serie de sistemas poliméricos derivados de poliésteres, en concreto de terpenos, donde sus propiedades les permiten comportarse como fotosensibilizadores. Además, gracias a estas propiedades, unidas a su biocompatibilidad en sistemas celulares les hace idóneos para su uso en terapia fotodinámica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, la terapia fotodinámica se está posicionando como una terapia alternativa a los tratamientos convencionales de quimioterapia, ya que permite la inactivación de elementos patógenos de forma no invasiva. Se ha descrito el uso de terapia fotodinámica para la inactivación de virus, microbios (incluyendo bacterias) y células tumorales. La terapia fotodinámica tiene ventajas respecto a los tratamientos convencionales, tales como la aplicación local del tratamiento o la no aparición de resistencias al tratamiento debido a su mecanismo multidiana.

La terapia fotodinámica se basa en 3 elementos: luz, oxígeno y un colorante que absorbe luz llamado fotosensibilizador. Por separado, estos tres elementos no son tóxicos o (en el peor de los casos) presentan una baja toxicidad. En cambio, cuando se juntan en un mismo marco espacial y temporal son capaces de producir especies reactivas de oxígeno (EROs), compuestos altamente oxidantes y por ende citotóxicos. Concretamente, el fotosensibilizador absorbe luz generando estados excitados con un largo tiempo de vida que pueden interaccionar y transferir su exceso de energía o un electrón a la molécula de oxígeno para la generación de EROs. En las que posteriormente, estas especies (EROs) producen la oxidación de distintos elementos celulares tales como proteínas, ácidos nucleicos, o lípidos, causando un estrés oxidativo que si es suficientemente grande puede causar la muerte celular. Por lo tanto, el desarrollo y selección de buenos fotosensibilizadores es clave para mejorar los tratamientos de la terapia fotodinámica actuales en términos de eficacia, selectividad y espectro de acción [1]. En base a ello, se están desarrollando nuevos fotosensibilizadores para superar las limitaciones actuales de la terapia fotodinámica tales como: 1) limitada eficacia del tratamiento, 2) escasa especificidad tumoral y 3) débil penetración de la luz sobre los tejidos a los que tiene que actuar [2].

Actualmente, los compuestos disponibles con esta función son sistemas conjugados tales como porfirinas, clorinas, ftalocianinas, 4-4-diflouro-4-bora-3a,4a-diaza-sindacenos y derivados, fenotiazinas como el azul de metileno, rosa de bengala, complejos basados en metales de transición, nanopartículas tales como nano clústeres de oro o carbón dots, entre otros.

Sin embargo, todos estos fotosensibilizadores presentan ciertas limitaciones en su funcionalidad debido a que la agregación por la poca solubilidad de estos compuestos en medios acuosos empeora sus propiedades ópticas y fotofísicas, reduciendo drásticamente la generación de EROs (causantes de la muerte celular), lo que por ende recae en una disminución de su eficacia final. Si, además tenemos en cuenta que en presencia de estructuras biológicas tales como virus, microorganismos (en estado plantónico o biopelícula) o células tumorales (en 2D como en tejidos tumorales), la agregación ocurre de forma mucho más drástica. Por lo tanto, reducir esta limitación es esencial para mejorar la terapia fotodinámica. Además, junto con esta limitación, el uso de sistemas altamente conjugados hace que en algunos casos su biocompatibilidad también se vea comprometida.

Recientemente, la búsqueda de nuevos sistemas para terapia fotodinámica se ha centrado principalmente en modificaciones químicas de los sistemas conjugados conocidos, así como encapsulación dentro de portadores (proteínas, macrociclos, micelas y liposomas, entre otros) y el uso de nanotecnología. Dichas estrategias han resultado muy útiles para modular las propiedades de los fotosensibilizadores y aumentar el resultado terapéutico de la terapia fotodinámica [3].

Por ejemplo, US20230135597A1 se refiere a compuestos derivados de ftalocianina y su uso en composiciones terapéuticas fotodinámicas dirigidas para el tratamiento y la detección del cáncer.

WO2023163553A1 se refiere a un compuesto que contiene un fotosensibilizador (derivado de porfirina) y un derivado de imidazopiridina, y una composición que contiene el compuesto para su uso en terapéutica fotodinámica en el tratamiento del cáncer como sustituto de los fármacos anticancerígenos existentes.

JP2021063036A también se refiere a compuestos de ftalocianina y su uso como agente de marcado por fluorescencia y como agente terapéutico fotodinámico en una región de longitud de onda de 800 nm o más.

US2019307725A1 se refiere a compuestos derivados de porfirina y métodos para el tratamiento de cáncer de piel, cáncer de pulmón, cáncer de páncreas, cáncer de colon, cáncer de ovario, adenocarcinoma, leucemia y linfoma por terapia fotodinámica.

Yibo An et al. (2024) describe los mecanismos y las características de la generación interna de luz y se ofrece una visión general de los avances actuales de la investigación basadas en nanoplataformas de terapia auto-fotodinámica [4].

CN116920110A describe una nanoplataforma multifuncional basada en emisión inducida por agregación y edición de genes, así como un método de preparación y aplicación de la nanoplataforma multifuncional, principalmente en fototerapia eficaz contra el cáncer. La nanoplataforma comprende: un sustrato, un complejo que comprende un núcleo de la proteína Cas9, un fotosensibilizador (concretamente alguno de los compuestos TTT-1, TTT-2, TTT-3 y TTT-4) adsorbido en un pliegue del núcleo de la proteína Cas9, y un plásmido sgARN adsorbido en una superficie del núcleo de la proteína Cas9, una película de polímero catiónico sobre una superficie del complejo y una membrana de polímero aniónico que cubre la superficie de la película de polímero catiónico.

Sin embargo, con la aparición de nuevos sistemas con luminiscencia intrínseca no convencional, se ha abierto un abanico de opciones para el uso de nuevos sistemas moleculares luminiscentes que no contienen cromóforos conjugados [5,6], siendo ejemplos polímeros como poliamidas y poliésteres, poliéteres, azucares, dendrímeros, aminoácidos e incluso proteínas [7]. Este fenómeno, conocido como emisión activada por agrupamiento (conocido en inglés comoClusteríng-Triggered Emission,CTE), se basa en la formación de clústeres de átomos tales como N, O, S, y P y/o grupos funcionales insaturados como C=O, C=C y C=N [8], siendo las distancias entre ellos inferiores del radio de Van der Waals. La formación de nubes de electrones n y p debido a proximidad de los átomos en estos clústeres les confiere propiedades típicas de cromóforos tradicionales tales como la absorción de luz y la formación de estados excitados que pueden decaer mediante emisión de luz.

Este tipo inesperado de emisión rompe con el paradigma tradicional de la luminiscencia, donde un cromóforo debía poseer estructura conjugada definida. Por lo tanto, este cambio ofrece la posibilidad de utilizar como fluoróforos estas estructuras que poseen el fenómeno de emisión activada por agrupamiento, dando lugar a sistemas químicos más respetuosos con el medio ambiente y con una biocompatibilidad potencialmente mayor [6].

Sin embargo, el conocimiento de este fenómeno presenta muchas incógnitas aún por resolver, y en sistemas poliméricos ya complejos de por sí, hace que sus características CTE dificulte aún más su comprensión. Uno de los mayores interrogantes, y es sobre el que se desarrolla la presente invención, es si los aspectos moleculares y técnicos de estos materiales CTE presentan todas las propiedades de un cromóforo convencional, tales como la generación de especies reactivas de oxígeno. Una respuesta afirmativa, permitirá expandir las aplicaciones de estos sistemas a aplicaciones exclusivas de sistemas cromofóricos, abriendo una vía completamente.

Por lo tanto, existe una necesidad en el estado del arte de proveer de nuevos fotosensibilizadores basados en sistemas no conjugados y con un mecanismo de luminiscencia CTE, para su uso en terapia fotodinámica. Estos fotosensibilizadores se presentarían como una alternativa a la vía actual, basada únicamente en la modificación y encapsulación química.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve la cuestión anterior, donde un sistema no cromofórico con características CTE puede comportarse plenamente como un sistema cromofórico tradicional. Más concretamente, estos sistemas son polímeros de terpenos o derivados de ellos con características CTE (gracias a la agregación de sus heteroátomos o grupos funcionales con enlaces insaturados en forma de clústeres) para su uso como fotosensibilizadores. Este nuevo tipo de fotosensibilizadores con características CTE es una alternativa revolucionaria a los cromóforos ya existentes basados en sistemas conjugados para la producción de EROs.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un fotosensibilizador para terapia fotodinámica, caracterizado por que comprende clústeres de polímeros basados en terpenos o derivados de ellos. Estos terpenos cuando se agregan forman clústeres emisivos debido a la presencia del heteroátomo O, y enlaces insaturados como C=O y C=C. Estos clústeres son los responsables de la absorción de luz de una determinada longitud de onda para la generación de estados excitados de larga duración que pueden derivar a la generación de EROs.

En la presente invención, el término "fotosensibilizador" se refiere a una especie o compuesto químico que inicia una reacción química citotóxica y produce una especie reactiva de oxígeno (EROs) cuando se expone a una longitud de onda de luz específica.

En una realización preferida, los terpenos se seleccionan del grupo que consiste en carvona, limoneno, carveol, acetato de carvilo, propionato de carvilo o derivados de ellos.

En un segundo aspecto, la presente invención proporciona una composición farmacéutica caracterizada porque comprende el fotosensibilizador del primer aspecto de la invención.

En una realización particular, la composición farmacéutica del segundo aspecto de la invención comprende además un excipiente farmacéuticamente aceptable.

En un tercer aspecto, la presente invención proporciona una composición como la del segundo aspecto de la presente invención para su uso en terapia fotodinámica para el tratamiento y/o la prevención de infecciones por levaduras, hongos, virus y bacterias.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Representación de la absorción (líneas continuas) y emisión (líneas discontinuas; 1<exc>= 355 nm) del fotosensibilizador de la presente invención, concretamente del polímero de carvona, disuelto en tetrahidrofurano (THF) (A), agua (B) y THF:agua (C).

Figura 2. Representación de curvas de supervivencia de Staphylococcus aureus (medido como Log<10>Unidades Formadoras de Colonias) a diferentes concentraciones de polímero (desde 0 hasta 150 mg/L) e irradiadas con flujos de luz violeta crecientes (desde oscuridad hasta 80 J/cm2)

DESCRIPCIÓN DE MODOS DE REALIZACIÓN

Habiendo descrito la presente invención, se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos. El propósito de los ejemplos indicados a continuación sirve para ilustrar la invención, sin por ello limitar el alcance de esta.

Ejemplo 1. Evaluación de las propiedades fotofísicas del fotosensibilizador de la presente invención basado en polímeros de carvona

Se sintetizó el polímero carvona de acuerdo con el procedimiento descrito en F. de la Cruz-Martínez, et al. (2023) [9].

Los reactivos y disolventes utilizados en el proceso de síntesis fueron sublimados y destilados más de tres veces para asegurar su pureza. Esta medida es fundamental porque se ha documentado que incluso pequeños rastros de impurezas pueden afectar a las propiedades fotofísicas de los sistemas CTE, enmascarando así el verdadero mecanismo de absorción y comportamiento de emisión tras la excitación con luz.

Se prepararon tres disoluciones:

- Disolución de polímero de carvona en tetrahidrofurano (THF) (A);

- Disolución de polímero de carvona en agua (B); y

- Disolución de polímero de carvona en mezcla de THF:agua (C).

La disolución del polímero de carvona en THF (disolución A) es incolora a baja concentración, y no muestra evidencias ni de absorción ni emisión de luz. Sin embargo, un aumento de la concentración del polímero en este mismo disolvente (a más de 100 mg/L), el polímero presenta una absorción de UV-Visible (mostrando una cola que se extiende hacia la región visible), además de ser emisivo en la región azul/verde del espectro (Figura 1 A).

Estas propiedades ópticas se hacen más evidentes en la disolución del polímero de carvona con agua (disolución B), ya que el polímero hidrófobo tiende a agregarse debido a su baja solubilidad en este disolvente hidrófilo (Figura 1B), magnificándose el efecto de emisión por agrupación.

En cuanto disolución del polímero de carvona con agua (disolución C) en mezcla de THF:agua, hasta concentraciones de THFE<2>O 6:4 (v/v), no se observan diferencias notables con el THF puro. Sin embargo, en cuanto el contenido de agua supera el 50% de v/v, el polímero comienza a agregarse, cambiando la estructura del grupo. En estas condiciones, se obtiene una suspensión turbia con una emisión mucho más brillante debido a la estructura más colapsada del polímero agregado en comparación con el THF puro (Figura 1C).

Adicionalmente se evaluó si estas especies generadas en el estado excitado del polímero son capaces de interactuar con el oxígeno para producir EROs, tales como el oxígeno singlete OO<2>). Se observo formación de 1O<2>en suspensión acuosa, cuando se irradiaron los clústeres atómicos producidos por la agregación del polímero. Además, una fracción del 1O<2>generado puede difundir fuera de la matriz polimérica dando lugar a la oxidación de aceptor químico selectivo de 1O<2>(dimalonato de antraceno) disuelto en la fase acuosa.

Los resultados obtenidos demuestran el potencial de los clústeres de este polímero para formar agrupamientos emisivos, donde sus estados excitados pueden transferir su energía al oxígeno molecular para generar cantidades significativas de 1O<2>.

Ejemplo 2. Uso del fotosensibilizador de la presente invención basado en polímeros de carvona para el tratamiento de una infección microbiana de Staphylococcus aureus(S. aureus).

Se evaluaron las capacidades fotoantimicrobianas del polímero de carvona, sintetizado en el ejemplo 1, frente a la bacteriaStaphylococcus aureus (S. aureus).

Se utilizó S.aureus,como ejemplo representativo de bacterias Grampositivas, como modelo patogénico demostrar la efectividad del fotosensibilizador de la presente invención para terapia fotodinámica para el tratamiento de infecciones por bacterias.

Para realizar esta evaluación se incubaron suspensiones celulares deS. aureuscon el polímero en la oscuridad a 37°C durante 30 minutos. Después del período de incubación, la suspensión se dividió en dos fracciones, una se mantuvo en oscuridad para evaluar la toxicidad y otra fue irradiada con luz violeta (405 nm a 15 mW/cm2;) para evaluar la fototoxicidad.

La muestra irradiada mostró una fuerte actividad antimicrobiana dependiente de la concentración en las dos fluencias de luz ensayadas (27 y 80 J/cm2) (Figura 2), mientras que el polímero no indujo ninguna toxicidad en ausencia de luz, incluso a la concentración más alta del ensayo. En concreto, se logró una notable reducción de la viabilidad de unidades formadoras de colonias (UFC) (99,9999%) a una concentración de 150 mg/L (80 J/cm2), mientras que se observó una reducción de al menos >3 UFC (99,9%) en las otras condiciones ensayadas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Sztandera, K., et al. “Nanocarriers in photodynamic therapy—in vitro and in vivo studies”. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology, 2020, vol. 12, no 3, p. e1509.

[2] Zhao, X., et al. “Recent progress in photosensitizers for overcoming the challenges of photodynamic therapy: from molecular design to application”. Chemical Society Reviews, 2021, vol. 50, no 6, p.4185-4219.

[3] Mfouo-Tynga, I. S., et al. "Features of third generation photosensitizers used in anticancer photodynamic therapy". Photodiagnosis and photodynamic therapy 34, 2021,102091.

[4] AN, Y., et al. “Internal Light Sources-Mediated Photodynamic Therapy Nanoplatforms: Hope for the Resolution of the Traditional Penetration Problem”. Advanced Healthcare Materials, 2024, vol. 13, no 1, p. 2301326.

[5] Xiaohong C, Yunzhong W, Yongming Z, Wangzhang Y. “Clustering-triggered emission of nonconventional luminophores”. Progress in Chemistry. 2019, Nov 15;31 (11):1560.

[6] Bresolí-Obach R, et al. “Polymers showing Cluster Triggered Emission as potential materials in biophotonic applications”. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 2024 Jan 24:100653.

[7] Zhang H, et al. “Clusterization-triggered emission: Uncommon luminescence from common materials”. Materials Today. 2020 Jan 1 ;32:275-92.

[8] Jiang N, et al. “Recent advances in oligomers/polymers with unconventional chromophores”. Materials Chemistry Frontiers. 2021;5(1):60-75.

[9] de la Cruz-Martínez F, et al. “Unexpected luminescence of non-conjugated biomass-based polymers: new approach in photothermal imaging”. Journal of Materials Chemistry B, 2023, 11,316-324.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Un fotosensibilizador para terapia fotodinámica, caracterizado porque comprende clústeres de polímeros basados en terpenos o derivados de ellos.

2. El fotosensibilizador para terapia fotodinámica de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los terpenos se seleccionan del grupo que consiste en carvona, limoneno, carveol, acetato de carvilo, propionato de carvilo o derivados de ellos.

3. Una composición farmacéutica caracterizada porque comprende el fotosensibilizador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2.

4. La composición farmacéutica de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un excipiente farmacéuticamente aceptable.

5. Composición farmacéutica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 4, para su uso en terapia fotodinámica para el tratamiento y/o la prevención de infecciones por levaduras, hongos, virus y bacterias.