GR1009114B - Pentablock polypeptidic and hybrid polymers to give in situ-forming injectable, self-healing, ph-and temperature-responsive hydrogels for localised targeted delivery of gemcitabine - Google Patents
Pentablock polypeptidic and hybrid polymers to give in situ-forming injectable, self-healing, ph-and temperature-responsive hydrogels for localised targeted delivery of gemcitabine Download PDFInfo
- Publication number
- GR1009114B GR1009114B GR20160100179A GR20160100179A GR1009114B GR 1009114 B GR1009114 B GR 1009114B GR 20160100179 A GR20160100179 A GR 20160100179A GR 20160100179 A GR20160100179 A GR 20160100179A GR 1009114 B GR1009114 B GR 1009114B
- Authority
- GR
- Greece
- Prior art keywords
- poly
- histidine
- lysine
- benzyl ester
- hydrogel
- Prior art date
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 238
- SDUQYLNIPVEERB-QPPQHZFASA-N gemcitabine Chemical compound O=C1N=C(N)C=CN1[C@H]1C(F)(F)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 SDUQYLNIPVEERB-QPPQHZFASA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 229960005277 gemcitabine Drugs 0.000 title claims abstract description 50
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 83
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 title abstract description 11
- -1 poly(L-lysine) Polymers 0.000 claims abstract description 267
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 66
- 229920000729 poly(L-lysine) polymer Polymers 0.000 claims abstract description 46
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 claims abstract description 42
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 37
- 206010061902 Pancreatic neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 14
- 208000015486 malignant pancreatic neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 14
- 201000002528 pancreatic cancer Diseases 0.000 claims abstract description 14
- 208000008443 pancreatic carcinoma Diseases 0.000 claims abstract description 14
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims abstract description 10
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 claims description 97
- 229960002989 glutamic acid Drugs 0.000 claims description 52
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 27
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 19
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 claims description 18
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 18
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 16
- HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N L-Histidine Natural products OC(=O)[C@@H](N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N 0.000 claims description 14
- KDXKERNSBIXSRK-YFKPBYRVSA-N L-lysine Chemical compound NCCCC[C@H](N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-YFKPBYRVSA-N 0.000 claims description 14
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 claims description 13
- 229960002885 histidine Drugs 0.000 claims description 13
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 claims description 9
- 235000019766 L-Lysine Nutrition 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 4
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 3
- 229930012538 Paclitaxel Natural products 0.000 claims description 2
- 229960001592 paclitaxel Drugs 0.000 claims description 2
- RCINICONZNJXQF-MZXODVADSA-N taxol Chemical compound O([C@@H]1[C@@]2(C[C@@H](C(C)=C(C2(C)C)[C@H](C([C@]2(C)[C@@H](O)C[C@H]3OC[C@]3([C@H]21)OC(C)=O)=O)OC(=O)C)OC(=O)[C@H](O)[C@@H](NC(=O)C=1C=CC=CC=1)C=1C=CC=CC=1)O)C(=O)C1=CC=CC=C1 RCINICONZNJXQF-MZXODVADSA-N 0.000 claims description 2
- 229960003767 alanine Drugs 0.000 claims 5
- DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N L-asparagine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(N)=O DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N 0.000 claims 4
- AYFVYJQAPQTCCC-GBXIJSLDSA-N L-threonine Chemical compound C[C@@H](O)[C@H](N)C(O)=O AYFVYJQAPQTCCC-GBXIJSLDSA-N 0.000 claims 4
- 229960000310 isoleucine Drugs 0.000 claims 4
- 229960004452 methionine Drugs 0.000 claims 4
- 229960005190 phenylalanine Drugs 0.000 claims 4
- 229960004799 tryptophan Drugs 0.000 claims 4
- 229960004295 valine Drugs 0.000 claims 4
- MTCFGRXMJLQNBG-REOHCLBHSA-N (2S)-2-Amino-3-hydroxypropansäure Chemical compound OC[C@H](N)C(O)=O MTCFGRXMJLQNBG-REOHCLBHSA-N 0.000 claims 2
- 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 2
- CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N L-aspartic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N 0.000 claims 2
- 239000004473 Threonine Substances 0.000 claims 2
- 229960001230 asparagine Drugs 0.000 claims 2
- 235000003704 aspartic acid Nutrition 0.000 claims 2
- OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N beta-carboxyaspartic acid Natural products OC(=O)C(N)C(C(O)=O)C(O)=O OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 108010011110 polyarginine Proteins 0.000 claims 2
- 108010057904 polyisoleucine Proteins 0.000 claims 2
- 229960002898 threonine Drugs 0.000 claims 2
- AOJJSUZBOXZQNB-VTZDEGQISA-N 4'-epidoxorubicin 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-VTZDEGQISA-N 0.000 claims 1
- 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 1
- KLWPJMFMVPTNCC-UHFFFAOYSA-N Camptothecin Natural products CCC1(O)C(=O)OCC2=C1C=C3C4Nc5ccccc5C=C4CN3C2=O KLWPJMFMVPTNCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QNAYBMKLOCPYGJ-UHFFFAOYSA-N D-alpha-Ala Natural products CC([NH3+])C([O-])=O QNAYBMKLOCPYGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- HTIJFSOGRVMCQR-UHFFFAOYSA-N Epirubicin Natural products COc1cccc2C(=O)c3c(O)c4CC(O)(CC(OC5CC(N)C(=O)C(C)O5)c4c(O)c3C(=O)c12)C(=O)CO HTIJFSOGRVMCQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- HKVAMNSJSFKALM-GKUWKFKPSA-N Everolimus Chemical compound C1C[C@@H](OCCO)[C@H](OC)C[C@@H]1C[C@@H](C)[C@H]1OC(=O)[C@@H]2CCCCN2C(=O)C(=O)[C@](O)(O2)[C@H](C)CC[C@H]2C[C@H](OC)/C(C)=C/C=C/C=C/[C@@H](C)C[C@@H](C)C(=O)[C@H](OC)[C@H](O)/C(C)=C/[C@@H](C)C(=O)C1 HKVAMNSJSFKALM-GKUWKFKPSA-N 0.000 claims 1
- GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N Fluorouracil Chemical compound FC1=CNC(=O)NC1=O GHASVSINZRGABV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QNAYBMKLOCPYGJ-UWTATZPHSA-N L-Alanine Natural products C[C@@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-UWTATZPHSA-N 0.000 claims 1
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 claims 1
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-N L-arginine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCCN=C(N)N ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-N 0.000 claims 1
- 229930064664 L-arginine Natural products 0.000 claims 1
- 235000014852 L-arginine Nutrition 0.000 claims 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 claims 1
- 229930182816 L-glutamine Natural products 0.000 claims 1
- 229940127093 camptothecin Drugs 0.000 claims 1
- 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 1
- DQLATGHUWYMOKM-UHFFFAOYSA-L cisplatin Chemical compound N[Pt](N)(Cl)Cl DQLATGHUWYMOKM-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 229960004316 cisplatin Drugs 0.000 claims 1
- 229960000975 daunorubicin Drugs 0.000 claims 1
- 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 1
- 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 1
- 229960004679 doxorubicin Drugs 0.000 claims 1
- 229960001904 epirubicin Drugs 0.000 claims 1
- 229960005167 everolimus Drugs 0.000 claims 1
- 229960002949 fluorouracil Drugs 0.000 claims 1
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 claims 1
- 229960001153 serine Drugs 0.000 claims 1
- 229960000303 topotecan Drugs 0.000 claims 1
- UCFGDBYHRUNTLO-QHCPKHFHSA-N topotecan Chemical compound C1=C(O)C(CN(C)C)=C2C=C(CN3C4=CC5=C(C3=O)COC(=O)[C@]5(O)CC)C4=NC2=C1 UCFGDBYHRUNTLO-QHCPKHFHSA-N 0.000 claims 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 abstract description 71
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 71
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 45
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 37
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 24
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 24
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 abstract description 23
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 abstract description 13
- 229920006029 tetra-polymer Polymers 0.000 abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 8
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 7
- 229930195714 L-glutamate Natural products 0.000 abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 3
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 93
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 19
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 18
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 18
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 17
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 description 15
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 229920001897 terpolymer Polymers 0.000 description 14
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 13
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 12
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 12
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 11
- 108010050934 polyleucine Proteins 0.000 description 11
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 9
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 8
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 8
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 7
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 6
- 238000001542 size-exclusion chromatography Methods 0.000 description 6
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 6
- 231100000215 acute (single dose) toxicity testing Toxicity 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 229940044683 chemotherapy drug Drugs 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 5
- 231100000041 toxicology testing Toxicity 0.000 description 5
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- HLLIDIRDRPSCHN-UHFFFAOYSA-N benzyl n-[4-(2,5-dioxo-1,3-oxazolidin-4-yl)butyl]carbamate Chemical compound C=1C=CC=CC=1COC(=O)NCCCCC1NC(=O)OC1=O HLLIDIRDRPSCHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 4
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 4
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 4
- NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N hexane-1,6-diamine Chemical compound NCCCCCCN NAQMVNRVTILPCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229960003136 leucine Drugs 0.000 description 4
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 235000008113 selfheal Nutrition 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- AQRLNPVMDITEJU-UHFFFAOYSA-N triethylsilane Chemical compound CC[SiH](CC)CC AQRLNPVMDITEJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 239000004395 L-leucine Substances 0.000 description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 3
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 3
- 210000004978 chinese hamster ovary cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000002611 ovarian Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 229920000835 poly(gamma-benzyl-L-glutamate) polymer Polymers 0.000 description 3
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 3
- 229920005604 random copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 230000004614 tumor growth Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-WFGJKAKNSA-N Dimethyl sulfoxide Chemical compound [2H]C([2H])([2H])S(=O)C([2H])([2H])[2H] IAZDPXIOMUYVGZ-WFGJKAKNSA-N 0.000 description 2
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 2
- 206010040880 Skin irritation Diseases 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 2
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 229940041181 antineoplastic drug Drugs 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 2
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 2
- 229940127089 cytotoxic agent Drugs 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010952 in-situ formation Methods 0.000 description 2
- 238000001990 intravenous administration Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000007777 multifunctional material Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000013379 physicochemical characterization Methods 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920002704 polyhistidine Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 231100000161 signs of toxicity Toxicity 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000036556 skin irritation Effects 0.000 description 2
- 231100000475 skin irritation Toxicity 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 239000007929 subcutaneous injection Substances 0.000 description 2
- 238000010254 subcutaneous injection Methods 0.000 description 2
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 2
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N tfa trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F.OC(=O)C(F)(F)F WROMPOXWARCANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011200 topical administration Methods 0.000 description 2
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000820 toxicity test Toxicity 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- BGGHCRNCRWQABU-JTQLQIEISA-N (2s)-2-amino-5-oxo-5-phenylmethoxypentanoic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)OCC1=CC=CC=C1 BGGHCRNCRWQABU-JTQLQIEISA-N 0.000 description 1
- VARKIGWTYBUWNT-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanol Chemical compound OCCN1CCN(CCO)CC1 VARKIGWTYBUWNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGPLMSPULVQFCB-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[3-[1-(2-hydroxyethyl)-2h-pyridin-4-yl]propyl]-2h-pyridin-1-yl]ethanol Chemical compound C1=CN(CCO)CC=C1CCCC1=CCN(CCO)C=C1 WGPLMSPULVQFCB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010005003 Bladder cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000004135 Bone phosphate Substances 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 206010055113 Breast cancer metastatic Diseases 0.000 description 1
- 208000017667 Chronic Disease Diseases 0.000 description 1
- 241000699802 Cricetulus griseus Species 0.000 description 1
- 241000702421 Dependoparvovirus Species 0.000 description 1
- 206010059866 Drug resistance Diseases 0.000 description 1
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 206010061598 Immunodeficiency Diseases 0.000 description 1
- 235000019454 L-leucine Nutrition 0.000 description 1
- 125000001176 L-lysyl group Chemical group [H]N([H])[C@]([H])(C(=O)[*])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C(N([H])[H])([H])[H] 0.000 description 1
- 206010058467 Lung neoplasm malignant Diseases 0.000 description 1
- 206010033128 Ovarian cancer Diseases 0.000 description 1
- 206010061535 Ovarian neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 206010060862 Prostate cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000000236 Prostatic Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 241001529739 Prunella <angiosperm> Species 0.000 description 1
- 239000012980 RPMI-1640 medium Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011579 SCID mouse model Methods 0.000 description 1
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M Trifluoroacetate Chemical compound [O-]C(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000007097 Urinary Bladder Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011047 acute toxicity test Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 1
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000000259 anti-tumor effect Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 231100000693 bioaccumulation Toxicity 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000002983 circular dichroism Methods 0.000 description 1
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 1
- 210000001072 colon Anatomy 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036757 core body temperature Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 125000005442 diisocyanate group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000001647 drug administration Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 230000010102 embolization Effects 0.000 description 1
- 230000012202 endocytosis Effects 0.000 description 1
- 210000001163 endosome Anatomy 0.000 description 1
- 210000000981 epithelium Anatomy 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000028023 exocytosis Effects 0.000 description 1
- 208000030533 eye disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012894 fetal calf serum Substances 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 238000001476 gene delivery Methods 0.000 description 1
- 238000007511 glassblowing Methods 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005090 green fluorescent protein Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000009459 hedgehog signaling Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920013746 hydrophilic polyethylene oxide Polymers 0.000 description 1
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000007912 intraperitoneal administration Methods 0.000 description 1
- 239000007928 intraperitoneal injection Substances 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 210000005228 liver tissue Anatomy 0.000 description 1
- 201000005202 lung cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000020816 lung neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000001394 metastastic effect Effects 0.000 description 1
- 206010061289 metastatic neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000000394 mitotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010172 mouse model Methods 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002547 new drug Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000065 noncytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002020 noncytotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000010399 physical interaction Effects 0.000 description 1
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 1
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 1
- 238000004393 prognosis Methods 0.000 description 1
- 210000002307 prostate Anatomy 0.000 description 1
- 125000006239 protecting group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002510 pyrogen Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000007666 subchronic toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000195 subchronic toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000007920 subcutaneous administration Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011521 systemic chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000012385 systemic delivery Methods 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 125000005931 tert-butyloxycarbonyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(OC(*)=O)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008467 tissue growth Effects 0.000 description 1
- 208000037816 tissue injury Diseases 0.000 description 1
- 229920006031 tri-component-copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000428 triblock copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 150000003673 urethanes Chemical class 0.000 description 1
- 210000003932 urinary bladder Anatomy 0.000 description 1
- 201000005112 urinary bladder cancer Diseases 0.000 description 1
- 210000005166 vasculature Anatomy 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- A61K47/30—Macromolecular organic or inorganic compounds, e.g. inorganic polyphosphates
- A61K47/34—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polyesters, polyamino acids, polysiloxanes, polyphosphazines, copolymers of polyalkylene glycol or poloxamers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
- C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
- C08G69/36—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino acids, polyamines and polycarboxylic acids
Abstract
Description
ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΠΕΝΤΑΣΥΣΤΑΔΙΚΑ ΠΟΛΥΠΕΠΤΙΔΙΚΑ ΚΑΙ ΥΒΡΙΔΙΚΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΓΙΑ ΕΝΕΣΙΜΑ ΥΔΡΟΤΖΕΛ ΠΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΝΤΑΙ ΕΠΙΤΟΠΟΥ ΚΑΙ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΑΥΤΟΔΙΟΡΘΩΘΟΥΝ ΚΑΙ ΝΑ ΑΠΟΚΡΙΝΟΝΤΑΙ ΣΤΟ pH ΚΑΙ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟΠΙΚΗ ΚΑΙ ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ ΧΟΡΗΓΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΜΣΙΤΑΜΠΙΝΗΣ LINEAR PENTA-COMPONENT POLYPEPTIDES AND HYBRID POLYMERS FOR IN SITU-FORMABLE INJECTABLE HYDROGELS THAT CAN BE SELF-ORDERED AND PH- AND TEMPERATURE-RESISTANT FOR TOPICAL AND DIRECTED DELIVERY OF GEMCITABINE
ΚΑΤΑΘΕΤΕΣ: Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΕΚΠΑ), DEPOSITORS: University of Athens (EKPA),
Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας (Π.Θ.) University of Thessaly (PTH)
Ίδρυμα Τεχνολογίας και'Ερευνας (ΙΤΕ) Institute of Technology and Research (ITE)
Καθηγητής Ερμόλαος Ιατρού, ΕΚΠΑ Professor Ermolaos Iatrou, EKPA
Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Δήμας, Π.Θ. Assistant Professor Konstantinos Dimas, P.Th.
Δρ. Χρυσήίδα Τσιμπλούλη, Π.Θ. Dr. Chrysiida Tsimplouli, P.Th.
Δρ. Παναγιώτης Μπιλάλης, ΕΚΠΑ Dr. Panagiotis Bilalis, EKPA
ΕΦΕΥΡΕΤΕΣ: Καθ. Ερμόλαος Ιατρού, ΕΚΠΑ INVENTORS: Prof. Ermolaos Iatrou, EKPA
Καθ. Δημήτρης Βλασσόπουλος, ΙΤΕ Prof. Dimitris Vlassopoulos, ITE
Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Δήμας, Π.Θ. Assistant Professor Konstantinos Dimas, P.Th.
Δρ. Χρυσηίδα Τσιμπλούμη, Π.Θ. Dr. Chrysiida Tsibloumi, P.Th.
Δρ. Παναγιώτης Μπιλάλης, ΕΚΠΑ Dr. Panagiotis Bilalis, EKPA
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION
ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΠΕΝΤΑΣΥΣΤΑΔΙΚΑ ΠΟΛΥΠΕΠΤΙΔΙΚΑ ΚΑΙ ΥΒΡΙΔΙΚΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΠΑ ΕΝΕΣΙΜΑ ΥΔΡΟΤΖΕΛ ΠΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΝΤΑΙ ΕΠΙ ΤΟΠΟΥ ΚΑΙ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΑΥΤΟΔΙΟΡΘΩΘΟΥΝ ΚΑΙ ΝΑ ΑΠΟΚΡΙΝΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ΡΗ ΚΑΙ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΑ ΤΟΠΙΚΗ ΚΑΙ ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ ΧΟΡΗΓΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΜΣΙΤΑΜΠΙΝΗΣ LINEAR PENTA-COMPONENT POLYPEPTIDE AND HYBRID POLYMER PA INJECTABLE HYDROGELS THAT FORM IN SITE AND ARE SELF-REGULATING AND TEMPERATURE-ABLE TO BE DISCHARGED PA TOPICAL AND DIRECTED DELIVERY OF GEMSITA
ΤΕΧΝΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΤΗΣ ΕΦΕΥΡΕΣΗΣ TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
[0001] Η εφεύρεση παρουσιάζει δύο νέα πολυμερικά υλικά που μπορούν να αυτοδιορθώνονται, να αυτοθεραπεύονται και να είναι αποκρίσιμα σε διαφορετικές τιμές pH και θερμοκρασίας. Η εφεύρεση συνδυάζει τα δύο νέα πολυμερή με δύο διαφορετικές συστάσεις και διαφορετικές μεθοδολογίες για την τοπική χορήγηση της γεμσιταμπίνης σε ιστούς με καρκίνο του παγκρέατος. Τα πολυμερικά υλικά είναι βιοδιασπώμενα, μη τοξικά και έχουν την ικανότητα να γίνονται υγρά υπό την επίδρασης μικρής διατμητικής τάσης. Όταν γίνουν υγρά, μπορούν να εισαχθούν στη σύριγγα και μπορούν να εμφυτευθούν κοντά στον καρκινικό ιστό, ώστε να έρχεται σε επαφή με αυτόν. Λόγω της δομής του πολυμερικού υλικού, όταν εισαχθεί με ένεση στο ζώο, αμέσως μετατρέπεται σε στερεά υδρογέλη που περιέχει φάρμακο. Λόγω της αποκρισιμότητάς της στο pH και τη θερμοκρασία, η υδρογέλη λιώνει μόνο κοντά στον καρκινικό ιστό, αποδεσμεύοντας έτσι εκλεκτικά και κατευθυνόμενα το φάρμακο στον καρκινικό και όχι στον υγιή ιστό. Τα γραμμικά πεντασυσταδικά πολυμερή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ελεγχόμενη αποδέσμευση διαφορετικών φαρμάκων και γονιδίων σε ιστούς διαφόρων ειδών καρκίνου που μπορούν να αντιμετωπιστούν και να καταπολεμηθούν μέσω μεθοδολογίας τοπικής χορήγησης και όχι συστημικής. [0001] The invention presents two new polymeric materials that can be self-healing, self-healing and responsive to different pH and temperature values. The invention combines the two new polymers with two different compositions and different methodologies for the local administration of gemcitabine to pancreatic cancer tissues. Polymeric materials are biodegradable, non-toxic and have the ability to become liquid under the influence of low shear stress. When they become liquid, they can be inserted into the syringe and can be implanted close to the cancer tissue so that it comes into contact with it. Due to the structure of the polymeric material, when injected into the animal, it immediately turns into solid hydrogels containing drug. Because of its responsiveness to pH and temperature, the hydrogel melts only near the cancerous tissue, thereby selectively and directionally releasing the drug to the cancerous rather than the healthy tissue. Linear pentablock polymers can be used for the controlled release of different drugs and genes into tissues of various types of cancer that can be treated and combated through a local rather than systemic delivery methodology.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΚΛΑΔΟΥ DESCRIPTION OF THE RELEVANT TECHNOLOGY OF THE INDUSTRY
[0002] Αν και η συνολική θνησιμότητα από καρκίνο μειώνεται σταθερά τις τελευταίες δεκαετίες λόγω της βελτίωσης στην αποτελεσματικότητα των νέων φαρμάκων καθώς και στην έγκαιρη πρόγνωση, υπάρχουν μερικά είδη καρκίνων όπως ο καρκίνος του παγκρέατος όπου η θνησιμότητα ακόμα αυξάνει. Αν και η μεταφορά φαρμάκων με τη χρήση νανοσωματιδίων σαν φορείς φαρμάκων και την χορήγησή τους ενδοφλέβια, έχει την δυνατότητα να μεταφέρει τα φάρμακα στα περισσότερα μέρη του σώματος, χρειάζεται μία πολύ αποτελεσματική τεχνολογία για την εστιασμένη αποδέσμευση των φαρμάκων και την βιοσυσσώρευση των νανοσωματιδίων αυτών εκλεκτικά σε καρκινικούς ιστούς αντί των υγιών ιστών. Επιπλέον, υπάρχουν σημαντικά βιολογικά εμπόδια που εμποδίζουν τα νανοσωματίδια από το να φθάσουν μερικούς ιστούς-στόχους όπως ο καρκίνος του παγκρέατος (ΚΠ). Ο ΚΠ έχει την μοναδική ιδιότητα, ανάμεσα στα είδη καρκίνων, της μεγάλης αναλογίας ιστών στρώματος προς επιθηλιακό ιστό. Το καρκινικό στρώμα αυξάνει την πίεση των υγρών μέσα στον καρκινικό ιστό, με συνέπεια να παρεμποδίζει την ελεύθερη κυκλοφορία των νανοσωματιδίων μέσω του αίματος μέσα στους ιστούς αυτούς λόγω της μειωμένης ροής αίματος μέσα στους καρκινικούς ιστούς, σε σχέση με τους υγιείς ιστούς, και έτσι τα φάρμακα δεν μπορούν να φτάσουν αποτελεσματικά στον στόχο. Σε αντίθεση με άλλους στερεούς ιστούς όπου οι ινοβλάστες που συνδέονται με τον καρκίνο βοηθούν την ανάπτυξη του καρκινικού ιστού και την αγγειογέννεση, το ινωτικό στρώμα στον ΚΠ παρεμποδίζει τον σχηματισμό και την λειτουργεία της αγγείωσης και της κυκλοφορίας του αίματος, με συνέπεια να μειώνουν την μεταφορά φαρμάκων μέσω της κυκλοφορίας του αίματος. Το γεγονός αυτό οδηγεί σε αναποτελεσματική συστημική χημειοθεραπεία μέσω της χρήσης φορέων νανοσωματιδίων (Tredan Ο. [0002] Although overall cancer mortality has been steadily decreasing in recent decades due to improvement in the effectiveness of new drugs as well as early prognosis, there are some types of cancer such as pancreatic cancer where mortality is still increasing. Although the delivery of drugs using nanoparticles as drug carriers and their intravenous administration has the potential to transport drugs to most parts of the body, a very efficient technology is needed for the focused release of drugs and the bioaccumulation of these nanoparticles selectively in cancerous tissues instead of healthy tissues. In addition, there are significant biological barriers that prevent nanoparticles from reaching some target tissues such as pancreatic cancer (PC). KP has the unique property, among cancer types, of a high ratio of stromal tissue to epithelial tissue. The cancerous layer increases the pressure of the fluids inside the cancerous tissue, consequently hindering the free circulation of the nanoparticles through the blood in these tissues due to the reduced blood flow in the cancerous tissues, in relation to the healthy tissues, and thus the drugs they cannot effectively reach the target. In contrast to other solid tissues where cancer-associated fibroblasts aid tumor tissue growth and angiogenesis, the fibromatous layer in CK interferes with the formation and function of vasculature and blood circulation, thereby reducing drug delivery. through blood circulation. This fact leads to ineffective systemic chemotherapy through the use of nanoparticle carriers (Tredan O.
et al. (2007) Drug resistance and the solid tumor microenvironment, J Natl Cane Inst, 99, 1441-1454, Olive KP. et al. (2009), Inhibition of Hedgehog Signaling Enhances Delivery of Chemotherapy in a Mouse Model of Pancreatic Cancer Science, 324, 1457-1461). Είναι φανερό ότι ειδικά σε αυτό το είδος καρκίνου είναι απολύτως αναγκαίο να εφαρμοστεί μία τεχνολογία τοπικής χορήγησης αντί της μεταφοράς φαρμάκων με την χρήση φορέων νανοσωματιδίων ενδοφλέβια. et al. (2007) Drug resistance and the solid tumor microenvironment, J Natl Cane Inst, 99, 1441-1454, Olive KP. et al. (2009), Inhibition of Hedgehog Signaling Enhances Delivery of Chemotherapy in a Mouse Model of Pancreatic Cancer Science, 324, 1457-1461). It is clear that especially in this type of cancer it is absolutely necessary to apply a local administration technology instead of drug transport using nanoparticle carriers intravenously.
[0003] Τα πλεονεκτήματα της τοπικής χορήγησης χημειοθεραπευτικών φαρμάκων στον καρκινικό ιστό-στόχο είναι πολλαπλά και στοχεύουν τόσο στην καλύτερη αποτελεσματικότητα του φαρμάκου όσο και στην καλύτερη ποιότητα ζωής του ασθενή. Εμφυτεύματα που μεταφέρουν φάρμακα και τοποθετούνται απευθείας στον καρκινικό ιστό, έχουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα έναντι των κλασσικών φορέων που μεταφέρονται ενδοφλέβια μέσω του κυκλοφορικού συστήματος: 1) σταθεροποίηση των εγκλωβισμένων φαρμάκων και διατήρηση της αντικαρκινικής τους δράσης, 2) ελεγχόμενη και μακρόχρονη αποδέσμευση φαρμάκων για την καλύτερη διάχυση και απορρόφηση τους στα καρκινικό κύτταρα για πολλούς κύκλους της διαίρεσης και πολλαπλασιασμού των κυττάρων, 3) εγκλωβισμός και αποδέσμευση μη υδατοδιαλυτών φαρμάκων, 4) απευθείας μεταφορά των φαρμάκων στον στόχο, που έχει σαν συνέπεια μικρότερη απώλεια φαρμάκου, 5) χαμηλότερη συχνότητα δόσης, ακόμα και μόνο για μία φορά, 6) λιγότερες παρενέργειες. Επιπλέον, μακρόχρονη έκθεση των καρκινικών κυττάρων σε χημειοθεραπευτικά για πολλές διαιρέσεις κυττάρων έδειξε ότι οδηγεί σε μεγαλύτερη κυττοτοξικότητα και θάνατο των κυττάρων αυτών απ'ότι μία μεγάλη δοσολογία σε μικρότερη συχνότητα. Μόνο το 10-15% των καρκινικών κυττάρων αναμένεται να είναι σε μιττωτική φάση σε κάθε χρονική στιγμή, και έτσι το γεγονός αυτό μειώνει την ευαισθησία των κυττάρων αυτών σε φορείς αντικαρκινικών φαρμάκων όταν αυτά δίνονται για μικρά χρονικά διαστήματα σε μεγάλες δοσολογίες και μετά επαναλαμβάνεται η διαδικασία αυτή. Η χρήση ενός εμφυτεύματος που αποδεσμεύσει φάρμακα για μεγάλο χρονικό διάστημα είναι ευεργετικό όταν α) η περίπτωση να ξαναδημιουργηθεί καρκινικός ιστός δεν μπορεί να αποκλειστεί για όλους τους ασθενείς από μία θεραπεία που περιλαμβάνει επώδυνη ενδοφλέβια χορήγηση φαρμάκων, β) η ασθένεια δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί με εγχείρηση ή άλλα τυπικά μέσα ή γ) ο τοπικός έλεγχος του καρκινικού ιστού δίνει την δυνατότητα να γίνει μία μικρής έκτασης χειρουργική επέμβαση σε ασθενείς που η κατάστασή τους δεν επιτρέπει να αντέξουν μία μεγάλης έκτασης βαριά χειρουργική επέμβαση. [0003] The advantages of the local administration of chemotherapeutic drugs in the cancerous target tissue are multiple and aim both at the better effectiveness of the drug and at the better quality of life of the patient. Implants that transport drugs and are placed directly in the cancerous tissue have the following advantages over classical carriers that are transported intravenously through the circulatory system: 1) stabilization of the encapsulated drugs and maintenance of their antitumor effect, 2) controlled and long-term release of drugs for better their diffusion and absorption into cancer cells for many cycles of cell division and proliferation, 3) entrapment and release of non-water-soluble drugs, 4) direct transport of drugs to the target, resulting in less drug loss, 5) lower dose frequency, even and only for one time, 6) less side effects. Furthermore, long-term exposure of cancer cells to chemotherapeutics for many cell divisions has been shown to lead to greater cytotoxicity and death of these cells than a high dose at a lower frequency. Only 10-15% of cancer cells are expected to be in the mitotic phase at any given time, and so this fact reduces the sensitivity of these cells to anticancer drug carriers when given for short periods of time at high doses and then repeated she. The use of an implant that releases drugs over a long period of time is beneficial when a) the possibility of regenerating cancerous tissue cannot be ruled out for all patients by a treatment involving painful intravenous drug administration, b) the disease cannot be treated with surgery or other standard means or c) the local control of the cancerous tissue makes it possible to perform a minor surgery in patients whose condition does not allow to withstand a major major surgery.
[0004] Τα καλύτερα συστήματα για να επιτευχθεί η τοπική απελευθέρωση φαρμάκων είναι οι υδρογέλες (hydrogels). Εντούτοις, προκειμένου να επιτευχθεί η αποτελεσματική και εκλεκτική παράδοση φαρμάκων μέσω υδρογελών, τα υλικά που φέρνουν τα φάρμακα πρέπει να παρουσιάζουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά προκειμένου να επιτευχθεί η αποτελεσματική και συνεχής απελευθέρωση, και πρέπει να έχουν την δυνατότητα να εμφυτευτούν με τον απλούστερο και λιγότερο επώδυνο τρόπο προκειμένου να βελτιωθεί η ποιότητα ζωής του ασθενή. Ο μεταφορέας φαρμάκων πρέπει να παρουσιάζει πολλαπλάσιες λειτουργίες ώστε να εμφυτευθεί η ο μεταφορέας φαρμάκου στο σώμα χωρίς χειρουργική επέμβαση για να παρατείνει την κινητική απελευθέρωσής τους από τις υδρογέλες, και για να επεκτείνει τη φύση των φαρμάκων που μπορούν να παραδοθούν. [0004] The best systems to achieve the local release of drugs are hydrogels. However, in order to achieve efficient and selective drug delivery through hydrogels, drug-carrying materials must exhibit specific characteristics in order to achieve efficient and sustained release, and must be able to be implanted in the simplest and least painful way in order to to improve the patient's quality of life. The drug carrier must exhibit multiple functions in order to implant the drug carrier into the body without surgery to prolong their release kinetics from the hydrogels, and to expand the nature of the drugs that can be delivered.
[0005] Σήμερα, τα περισσότερα από τα υλικά που χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν φάρμακα μέσω των υδρογελών λειτουργούν μόνο όταν εγχέονται μέσα στον ιστό του καρκίνου, προκειμένου το χαμηλότερο pH και η υψηλότερη θερμοκρασία του καρκινικού ιστού για να οδηγήσουν στον επιτόπου σχηματισμό των υδρογελών, και συνήθως οδηγεί σε μη στοχευμένη και μη εκλεκτική απελευθέρωσή τους. [0005] Currently, most of the materials used to transport drugs through hydrogels only work when injected into cancer tissue, in order for the lower pH and higher temperature of the cancer tissue to lead to the in situ formation of the hydrogels, and usually leads to their non-targeted and non-selective release.
[0006] Στην Αμερικανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με αριθμό US 2003/0147958, οι Cheol-Hee Ahn και συνεργάτες, συνέθεσαν πολυσυσταδικά συμπολυμερή που αποτελούνται από πολυπεπτίδια και πολυ(αιθυλενοξείδιο) για την μεταφορά φαρμακευτικών ενώσεων καθώς επίσης και DNA, που παρουσιάζουν ομοιότητες με τα πολυμερικά υλικά που παρουσιάζονται σε αυτό το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Η διαφορά του παρόντος διπλώματος ευρεσιτεχνίας με αυτόν που αναφέραμε είναι ότι στο παραπάνω Αμερικάνικο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας οι φορείς είναι νανοσωματίδια και όχι υδρογέλες. In US Patent No. US 2003/0147958, Cheol-Hee Ahn et al., synthesized multicomponent copolymers composed of polypeptides and poly(ethylene oxide) for the transport of pharmaceutical compounds as well as DNA, showing similarities to the polymeric materials presented in this patent. The difference between the present patent and the one we mentioned is that in the above US patent the carriers are nanoparticles and not hydrogels.
[0007] Στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας των Ηνωμένων Πολιτειών US 2008/0274190 (US 2008/0274190 Α1, 11/2008, Doo Sung LEE et al., 424/486) οι εφευρέτες παρουσιάζουν μία υδρογέλη που είναι αποκρίσιμη στο pH και στην θερμοκρασία σαν ένα σύστημα μεταφοράς φαρμάκων. Τα πολυμερικά υλικά στο δίπλωμα αυτό αποτελούνται από ολιγομερή πολυ(αιθυλενοξειδίου) και πολυουρεθάνης για το σχηματισμό υδρογέλης σε αντίθεση με τα πολυμερικά υλικά από πολυπεπτίδια που παρουσιάζονται στο παρών δίπλωμα. Επίσης, η αποκρισιμότητα των πολυμερικών υλικών δρουν αντίθετα με την δίκιά μας εφεύρεση, όπου η υδρογέλη σχηματίζεται λόγω της δευτεροταγούς δομής και μετατρέπεται σε υγρό σε χαμηλό pH και υψηλή θερμοκρασία σε αντίθεση με το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας των Doo Sung LEE KOL συνεργατών που σχηματίζεται υπό τις συνθήκες αυτές. In United States Patent US 2008/0274190 (US 2008/0274190 A1, 11/2008, Doo Sung LEE et al., 424/486) the inventors present a hydrogel that is responsive to pH and temperature as a drug delivery system. The polymeric materials in this patent are composed of oligomers of poly(ethylene oxide) and polyurethane to form a hydrogel in contrast to the polymeric materials of polypeptides presented in the present patent. Also, the responsivity of the polymeric materials act contrary to our right invention, where the hydrogel is formed due to the secondary structure and turns into a liquid at low pH and high temperature in contrast to the patent of Doo Sung LEE KOL associates which is formed under the conditions they.
[0008] Σε ένα άλλο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας των Ηνωμένων Πολιτειών US 2013/0022545 (US 2013/0022545 Α1, 01/2013, Doo Sung Lee et al., 424/91), παρουσιάζεται pH- και θερμοκρασιακά αποκρινόμενη υδρογέλη για την μεταφορά φαρμάκων στο συκώτι. Το πολυμερικά υλικό αποτελείται από ένα pH-ευαίσθητο κατά συστάδες συμπολυμερές βασιζόμενο είτε σε πολυ([3-αμινοεστέρες), είτε σε πολυ(αμιδοαμίνες), είτε σε πολυ(αμινοεστεροουρεθάνες) είτε σε πολυ(αμινοουρεθανικές ουρίες) είτε σε σουλφαμίδο- κατά συστάδες συμπολυμερή. Η υδρογέλη αποκρίνεται με αντίθετο τρόπο σε σχέση με το υλικό μας στην παρούσα εφεύρεση. Η υδρογέλη στην παραπάνω εργασία σχηματίζεται μέσα στον καρκινικό ιστό του ήπατος αφού το πολυμερικά υλικό μετατρέπεται σε υδρογέλη από υγρό στο χαμηλότερο pH και υψηλότερη θερμοκρασία του καρκινικού ιστού. [0008] In another United States patent US 2013/0022545 (US 2013/0022545 A1, 01/2013, Doo Sung Lee et al., 424/91), a pH- and temperature-responsive hydrogel for drug delivery to the liver. The polymeric material consists of a pH-sensitive block copolymer based on either poly([3-aminoesters), or poly(amidoamines), or poly(aminoester urethanes) or poly(aminourethane ureas) or sulfamido-block copolymers . The hydrogel responds in an opposite way to our material in the present invention. The hydrogel in the above work is formed inside the cancerous liver tissue after the polymeric material is converted from a liquid to a hydrogel at the lower pH and higher temperature of the cancerous tissue.
[0009] Στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας Ηνωμένων Πολιτειών US 2014/0004185 (US 2014/0004185 Α1, 01/2014, Nthato ChirWa et al., 424/455) οι εφευρέτες παρουσιάζουν ένα πολυμερικά υλικό που σχηματίζει υδρογέλη στην βασική θερμοκρασία του σώματος, ενώ διογκώνεται αργά αποκρινόμενη σε υψηλότερες τιμές pH των καρκινικών κυττάρων. Χρησιμοποιείται σαν ένα σύστημα μεταφοράς φαρμάκου για την θεραπεία πολλών ειδών καρκίνων όπως ωοθηκών, παγκρέατος, προστάτη, μεταστατικού καρκίνου στήθους, ουροδόχου κύστης και πνεύμονα. Τα πολυμερικά υλικά αποτελούνται από πολλά αμινοξέα αλλά όχι πολυ(ιστιδίνη). Η θερμοκρασιακή αποκρισιμότητα λειτουργεί αντίθετα από την παρούσα εφεύρεση, δηλαδή σχηματίζει υδρογέλη στην θερμοκρασία του καρκινικού ιστού ενώ στην εφεύρεσή μας διογκώνεται στην θερμοκρασία καρκινικού απελευθερώνοντας το χημειοθεραπευτικό φάρμακο και βασίζεται στην πολύ(ιστιδίνη). In United States Patent US 2014/0004185 (US 2014/0004185 A1, 01/2014, Nthato ChirWa et al., 424/455) the inventors present a polymeric material that forms a hydrogel at core body temperature, while swelling slowly responding to higher pH values of cancer cells. It is used as a drug delivery system for the treatment of many types of cancer such as ovarian, pancreatic, prostate, metastatic breast, bladder and lung cancer. Polymeric materials are composed of many amino acids but not poly(histidine). The temperature responsiveness works opposite to the present invention, i.e. it forms a hydrogel at the temperature of the cancerous tissue while in our invention it swells at the temperature of the tumor releasing the chemotherapeutic drug and is based on poly(histidine).
[0010] Σε μία άλλη εφεύρεση των Ηνωμένων Πολιτειών με αριθμό US 8,586,087 Β2 (US 8,586,087 Β2, 11/2013, Doo Sung Lee et al., 424/487), παρουσιάζονται ένα αμφίφιλο πεντασυσταδικό συμπολυμερές που είναι αποκρινόμενο στην θερμοκρασία και το pH καθώς επίσης ένα υδρόφιλο θερμοαποκρινόμενο τρισυσταδικό συμπολυμερές για να σχηματίσουν ένα αποκρινόμενο σύστημα μεταφοράς φαρμάκων. Τα πολυμερικά υλικά είναι εντελώς διαφορετικά από την εφεύρεσή μας. Αποτελούνται είτε από υλικά βασισμένα στην πολυ(αιθυλενογλυκόλη), ή πολυ(λακτίδια), πολυ(γλυκολίδια), πολυ(καπρολακτόνη) τυχαίο συμπολυμερές πολυ(καπρολακτόνης-co-λακτίδια), τυχαίο συμπολυμερές πολυ(καπρολακτόνηςco-γλυκολίδια), τυχαία συμπολυμερή πολύ (λακτίδια-co-γλυκολίδια) και μειγμάτων των παραπάνω, σε συνδυασμό με ολιγομερή βασισμένα σε πολυουρεθάνες που είναι αποκρινόμενο στο pH. Τα πολυμερή αυτά περιλαμβάνουν διισοκυανικά που έχουν πολυμεριστεί με μία διόλη που περιλαμβάνει μία τριτοταγή αμίνη στην κύρια αλυσίδα που είναι μία ή περισσότερες από τις αμίνες 1,3 δις{1-(2-υδροξυαιθυλ)-4-πυριδυλ}προπάνιο και 1,4-δις(2-υδροξυαίθυλ)πιπεραζίνη. Στην υδρογέλη αυτή η αποκρισιμότητα στην θερμοκρασία και το pΗ λειτουργεί με τέτοιο τρόπο που η υδρογέλη σχηματίζεται υπό συνθήκες καρκινικού ιστού, σε αντίθεση με την εφεύρεσή μας που διογκώνεται και λιώνει υπό τις συνθήκες αυτές. In another invention of the United States numbered US 8,586,087 B2 (US 8,586,087 B2, 11/2013, Doo Sung Lee et al., 424/487), an amphiphilic pentacomponent copolymer that is responsive to temperature and pH as also a hydrophilic thermoresponsive tricomponent copolymer to form a responsive drug delivery system. Polymeric materials are completely different from our invention. They consist of either poly(ethylene glycol)-based materials, or poly(lactides), poly(glycolides), poly(caprolactone) random copolymer poly(caprolactone-co-lactides), random copolymer poly(caprolactone-co-glycolides), random copolymer poly( lactides-co-glycolides) and mixtures of the above, in combination with oligomers based on pH-responsive polyurethanes. These polymers include diisocyanates that have been polymerized with a diol that includes a tertiary amine in the main chain that is one or more of the amines 1,3-bis{1-(2-hydroxyethyl)-4-pyridyl}propane and 1,4- bis(2-hydroxyethyl)piperazine. In this hydrogel the responsiveness to temperature and pH works in such a way that the hydrogel forms under cancer tissue conditions, unlike our invention which swells and melts under those conditions.
[0011] Σε ένα Ευρωπαϊκό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με αριθμό ΕΡ 1 386 935 Α1 (ΕΡ 1 386 935 Α1, 06/2004, Kim Jungahn et al., C08F 293/00), οι εφευρέτες παρουσίασαν ένα pH- θερμοκρασιακά αποκρινόμενο σύστημα για τον σχηματισμό υδρογέλης επί τόπου. Όπως σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, τα πολυμερή που χρησιμοποιήθηκαν αποκρίνονται με τέτοιο τρόπο ώστε η το υλικό του πολυμερούς με νερό και το φάρμακο μετασχηματίζεται από ένα ιξώδες υγρό σε ισχυρή υδρογέλη λόγω της διαφοράς στο pH και την θερμοκρασία του καρκινικού ιστού. Στην εφεύρεσή μας το μείγμα πολυμερούς, νερού και φαρμάκου σχηματίζει ισχυρή υδρογέλη λόγω της δομής του πολυμερούς και της δευτεροταγούς δομής του, και μετά διογκώνεται και αποικοδομείται εκλεκτικά κοντά στον καρκινικό ιστό επιτυγχάνοντας την απελευθέρωση του φαρμάκου εκλεκτικά στον καρκινικό και όχι στον υγιή. In a European patent number EP 1 386 935 A1 (EP 1 386 935 A1, 06/2004, Kim Jungahn et al., C08F 293/00), the inventors presented a pH-temperature responsive system for the formation hydrogel in situ. As in all the above cases, the polymers used respond in such a way that the polymer material with water and the drug is transformed from a viscous liquid to a strong hydrogel due to the difference in pH and temperature of the cancer tissue. In our invention the mixture of polymer, water and drug forms a strong hydrogel due to the structure of the polymer and its secondary structure, and then it swells and degrades selectively near the cancerous tissue achieving the release of the drug selectively in the cancerous and not in the healthy.
[0012] Παρόμοια ρΗ-αποκρίσιμες υδρογέλες έχουν παρουσιαστεί από τους Yi-Fang Zeng και συνεργάτες. (Yi-Fang Zeng et al. (2012) Controlled delivery of recombinant adeno-associated virus serotype 2 using pH-sensitive poly(ethylene glycol)-poly-L-histidine hydrogels, Biomaterials 33 9239-9245). Τα πολυμερή που χρησιμοποιήθηκαν ήταν δισυσταδικά συμπολυμερή του πολύ(αιθυλενοξειδίου) και της πολύ(ιστιδίνης). Οι υδρογέλες χρησιμοποιήθηκαν στην μεταφορά της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνικού γονιδίου rAAV2-GFP. Μειώνοντας το pH, η συστάδα πολυ(ιστιδίνης) που σχηματίζει την υδρογέλη διογκώνεται απελευθερώνοντας έτσι την πρωτεΐνη. [0012] Similar pH-responsive hydrogels have been presented by Yi-Fang Zeng et al. (Yi-Fang Zeng et al. (2012) Controlled delivery of recombinant adeno-associated virus serotype 2 using pH-sensitive poly(ethylene glycol)-poly-L-histidine hydrogels, Biomaterials 33 9239-9245). The polymers used were bicomponent copolymers of poly(ethylene oxide) and poly(histidine). The hydrogels were used to transfer the green fluorescent protein gene rAAV2-GFP. By lowering the pH, the poly(histidine) cluster that forms the hydrogel swells thereby releasing the protein.
[0013] Τέλος, υδρογέλες αποτελούμενες αποκλειστικά από πολυπεπτίδια συντέθηκαν από τους Zhibo Li και συνεργάτες (Zhibo Li et al. (2010). Tunable hydrogel morphology via self-assembty of amphiphilic pentablock copolypeptides, Soft Matter, 6, 2546-2551) χρησιμοποιώντας πεντασυσταδικά αμφίφιλα συμπολυπεπτίδια. Τα πεντασυσταδικά συμπολυπεπτίδια αποτελούνταν από πολύ(L-λυσίνη) και πολύ(L-λευκίνη). Τα πολυμερή δεν ήταν αποκρινόμενα ούτε στο pH ούτε στην θερμοκρασία και δεν χρησιμοποιήθηκαν για εφαρμογές μεταφοράς φαρμάκων. Finally, hydrogels composed exclusively of polypeptides were synthesized by Zhibo Li et al. (Zhibo Li et al. (2010). Tunable hydrogel morphology via self-assembly of amphiphilic pentablock copolypeptides, Soft Matter, 6, 2546-2551) using pentacomponents amphiphilic copolypeptides. The pentameric polypeptides consisted of poly(L-lysine) and poly(L-leucine). The polymers were neither pH nor temperature responsive and were not used for drug delivery applications.
[0014] Σε όλες τις περιπτώσεις που αναφέρθηκαν οι εφευρέτες παρουσίασαν ένα pH- και θερμοκρασιακά αποκρινόμενο σύστημα που σχηματίζει υδρογέλη μέσα στον καρκινικό ιστό λόγω της υψηλότερης θερμοκρασίας και του χαμηλότερου pH του ιστού αυτού (Antoni Sanchez-Ferrer et al. (2013), Thermo-responsive peptide-based triblock copolymer hydrogels, Soft Matter, 9, 4304, Narendra Singh et al. (2014), In situ gelling pH- and temperature-sensitive biodegradable block copolymer hydrogels for drug delivery, Journal of Controlled Release, 193, 214-227, Chaoliang He et al. (2008), In situ gelling stimuli-sensitive block copolymer hydrogels for drug delivery. Journal of Controlled Release 127, 189-207). Όμως η εισαγωγή μέσω ένεσης μέσα στον καρκινικό ιστό μίας τόσο μεγάλης ποσότητας ενός στερεού υλικού θα έχει σαν συνέπεια στον τραυματισμό του ιστού και την δημιουργία μεταστατικών καρκινικών ιστών. Αν και υπάρχει μεγάλος αριθμός εμπορικά διαθέσιμων υδρογελών που μεταφέρει φάρμακα για την καταπολέμηση οφθαλμικών παθήσεων ή σαν επικαλύψεις τραυμάτων για την καταπολέμηση χρόνιων παθήσεων, απ' όσο γνωρίζουμε δεν υπάρχουν «έξυπνες» υδρογέλες στο εμπόριο για την τοπική μεταφορά χημειοθεραπευτικών φαρμάκων για την καταπολέμηση του καρκίνου που να παρουσιάζει τις απαραίτητες ιδιότητες που αναφέρθηκαν. Προηγμένες συνθετικές χημικές μεθοδολογίες απαιτούνται για την παραγωγή πολυμερικών υλικών που θα παρουσιάζουν την πολυλειτουργεικότητα μιας «έξυπνης» υδρογέλης. Οι Golinska Μ. και συνεργάτες παρουσίασαν ένα τρισυσταδικό τετραπολυμερές που ήταν pΗ-αποκρίσιμο και σχημάτιζε αυτοδιορθούμενες υδρογέλες, αλλά δεν χρησιμοποιήθηκαν για τη μεταφορά φαρμάκων σε καρκινικούς ιστούς (Golinska Μ. et al. (2014) Dilute Self-Healing Hydrogels of Silk-Collagen-Like Block Copolypeptides at Neutral pH, Biomacromolecules, 15, 699-706). [0014] In all cases mentioned the inventors presented a pH- and temperature-responsive system that forms a hydrogel inside the cancer tissue due to the higher temperature and lower pH of this tissue (Antoni Sanchez-Ferrer et al. (2013), Thermo -responsive peptide-based triblock copolymer hydrogels, Soft Matter, 9, 4304, Narendra Singh et al. (2014), In situ gelling pH- and temperature-sensitive biodegradable block copolymer hydrogels for drug delivery, Journal of Controlled Release, 193, 214 -227, Chaoliang He et al. (2008), In situ gelling stimuli-sensitive block copolymer hydrogels for drug delivery. Journal of Controlled Release 127, 189-207). But injecting such a large amount of solid material into the cancerous tissue will result in tissue injury and the creation of metastatic cancerous tissues. Although there are a large number of commercially available hydrogels that carry drugs to fight eye diseases or as wound dressings to fight chronic diseases, to our knowledge there are no commercially available "smart" hydrogels for the local delivery of chemotherapeutic drugs to fight cancer that to exhibit the necessary properties mentioned. Advanced synthetic chemical methodologies are required to produce polymeric materials that will exhibit the multifunctionality of a "smart" hydrogel. Golinska M. et al. presented a tricomponent tetrapolymer that was pH-responsive and formed self-healing hydrogels, but they were not used for drug delivery to cancer tissues (Golinska M. et al. (2014) Dilute Self-Healing Hydrogels of Silk-Collagen- Like Block Copolypeptides at Neutral pH, Biomacromolecules, 15, 699-706).
ΠΕΡΙΦΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΧΗΜΑΤΩΝ OUTLINE OF THE FIGURES
[0015] ΕΙΚ. 1. Σχηματική αναπαράσταση της εφεύρεσης και του μηχανισμού της στοχευμένης [0015] FIG. 1. Schematic representation of the invention and the mechanism of the target
μεταφοράς Γεμσιταμπίνης (gemcitabine). transfer of Gemcitabine (gemcitabine).
[0016] ΕΙΚ. 2. Οι πολυμερικές δομές της εφεύρεσης που χρησιμοποιήθηκαν για τον σχηματισμό [0016] FIG. 2. The polymeric structures of the invention used in the formulation
υδρογελών. hydrogels.
[0017] ΕΙΚ. 3. Αντιδράσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνθεση πεντασυσταδικών τριπολυμερών [0017] FIG. 3. Reactions used to synthesize pentacomponent terpolymers
που σχηματίζουν τις υδρογέλες (ΠΤΥ). that form the hydrogels (PTY).
[0018] ΕΙΚ. 4. Χρωματογραφία αποκλεισμού μεγεθών για τη σύνθεση του ΠΤΥ πολυμερικού υλικού με κινητή φάση νερό/ακετονιτρίλιο/τριφθοροξεικό οξύ σε σύσταση κατ' όγκο 60/39.9/0.1 (ν.ν). Από δεξιά προς τα αριστερά οι κορυφές: πολύ(L-λυσίνη) διδραστική, πολυ(L-ιστιδϊνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(L-λυσίνη)-δ-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος), πολυ(L-λυσίνη)-δ-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(L-λυσίνη)-b-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ ( L-λυσίνη ) . Είναι φανερό ότι τα πολυμερή έχουν μικρή κατανομή μοριακών βαρών και μεγάλη ομοιογένεια ως προς το [0018] FIG. 4. Size exclusion chromatography for the synthesis of PTY polymeric material with a mobile phase of water/acetonitrile/trifluoroacetic acid in a composition by volume of 60/39.9/0.1 (v.v). From right to left the peaks: poly(L-lysine) difunctional, poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid)-b-poly(L-lysine)-δ-poly(L-histidine -co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid), poly(L-lysine)-d-poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid)-b-poly(L-lysine)-b -poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid)-b-poly(L-lysine). It is clear that the polymers have a small molecular weight distribution and a high homogeneity with respect to
μοριακό βάρος και τη σύσταση. molecular weight and composition.
[0019] ΕΙΚ. 5. Κυκλικός διχρωισμός του ΠΤΥ σε δύο τιμές pH. [0019] FIG. 5. Cyclic dichroism of PTY at two pH values.
[0020] ΕΙΚ. 6. Μετρήσεις Ρεολογίας σε διάφορες συγκεντρώσεις. Είναι φανερό ότι η ισχύς της [0020] FIG. 6. Rheology Measurements at Various Concentrations. It is obvious that its power
υδρογέλης εξαρτάται από την συγκέντρωση. of hydrogel depends on the concn.
[0021] ΕΙΚ. 7. ΕΙΚ. 7Α δείχνει την εξάρτηση του pH της ΠΤΥ υδρογέλης σε διάφορες τιμές pH, και συγκεκριμένα στις τιμές pH του υγιούς ιστού, καρκινικού ιστού και του τελικού ενδοσωμιακού pH. Είναι φανερό ότι η υδρογέλη μετατρέπεται σε υγρό πηγαίνοντας από τον υγιή ιστό στον καρκινικό. ΕΙΚ. [0021] FIG. 7. FIG. 7A shows the pH dependence of the PTY hydrogel at various pH values, namely the pH values of healthy tissue, cancer tissue, and final endosomal pH. It is clear that the hydrogel turns into a liquid going from the healthy tissue to the cancerous one. FIG.
7Β δείχνει ότι η υδρογέλη ΠΤΥ έχει σχεδόν μηδενική αποκρισιμότητα στην θερμοκρασία. 7B shows that the PTY hydrogel has almost zero temperature responsiveness.
[0022] ΕΙΚ. 8. Σχηματική αναπαράσταση του μηχανισμού που κάνει την αυτοδιόρθωση της υδρογέλης σχεδόν στιγμιαία: η δομή πεντασυσταδικού πολυμερούς και η παρουσία δύο υδρόφοβων συστάδων σε μία πολυμερική αλυσίδα δημιουργεί μνήμη στην δομή και το σχηματισμό της υδρογέλης μετά την [0022] FIG. 8. Schematic representation of the mechanism that makes the hydrogel self-repair almost instantaneous: the pentablock polymer structure and the presence of two hydrophobic groups in a polymer chain creates a memory in the structure and formation of the hydrogel after
ένεση γίνεται στιγμιαία. injected instantly.
[0023] ΕΙΚ. 9. Ο χρόνος που απαιτείται για τον σχηματισμό της κενής υδρογέλης μετά την εφαρμογή μίας ισχυρής διατμητικής τάσης που μετατρέπει την υδρογέλη σε υγρό: μόνο μερικά δευτερόλεπτα απαιτούνται για να επανέλθει η αρχική τιμή G' όταν σταματήσει η διατμητική τάση. [0023] FIG. 9. The time required for the void hydrogel to form after the application of a strong shear stress that turns the hydrogel into a liquid: only a few seconds are required to return to the initial G' value when the shear stress is stopped.
[0024] ΕΙΚ. 10. Εξάρτησης από το pH του ΠΤΥ με εγκλωβισμένη γεμσιταμπίνη μεταξύ των τιμών του υγιούς και του καρκινικού ιστού. Η ισχύς της υδρογέλης μειώνεται σημαντικά στο pH του καρκινικού [0024] FIG. 10. pH dependence of gemcitabine-encapsulated PTY between values of healthy and cancerous tissue. The strength of the hydrogel decreases significantly at the pH of the tumor
ιστού. tissue.
[0025] ΕΙΚ. 11. Επαναφορά της ισχύος της υδρογέλης G' και G" (αυτοδιόρθωση) σα συνάρτηση της συγκέντρωσης της κενής υδρογέλης στους 37 °C και σε pΗ=7.4. [0025] FIG. 11. Recovery of hydrogel strength G' and G" (self-correction) as a function of blank hydrogel concentration at 37 °C and pH=7.4.
[0026] ΕΙΚ. 12. Επαναφορά της ισχύος της υδρογέλης G' και G" (αυτοδιόρθωση) της κενής υδρογέλης στους 37 °C. [0026] FIG. 12. Restoring hydrogel strength G' and G" (self-healing) of blank hydrogel at 37 °C.
[0027] ΕΙΚ. 13. Επαναφορά της ισχύος της υδρογέλης G' και G" (αυτοδιόρθωση) σα συνάρτηση του pH για την υδρογέλη με εγκλωβισμένο φάρμακο γεμσιταμπίνη σε αναλογία φαρμάκου :πολυμερές ίσο προς 1:1 (w/w) σε pΗ=7.4 και Τ=37 °C. [0027] FIG. 13. Recovery of hydrogel strength G' and G" (self-healing) as a function of pH for the hydrogel with entrapped drug gemcitabine at a drug:polymer ratio equal to 1:1 (w/w) at pH=7.4 and T=37 ° C.
[0028] ΕΙΚ. 14. Φιαλίδια που περιέχουν την ίδια ποσότητα πολυμερούς και νερού σε διαφορετικές τιμές pH. Αριστερά: pΗ=6.0, κέντρο: pΗ=7.4, δεξιά: pΗ=6.5. Είναι προφανές ότι σε pΗ=7.4 είναι η ισχυρότερη υδρογέλη, ενώ σε pΗ=6.0 το μείγμα γίνεται σχεδόν υγρό, και σε pΗ=6.5 το υλικό είναι σε ενδιάμεση κατάσταση. [0028] FIG. 14. Vials containing the same amount of polymer and water at different pH values. Left: pH=6.0, center: pH=7.4, right: pH=6.5. It is evident that at pH=7.4 it is the strongest hydrogel, while at pH=6.0 the mixture becomes almost liquid, and at pH=6.5 the material is in an intermediate state.
[0029] ΕΙΚ. 15. SEM (Μικροσκοπία Ηλεκτρονικής σάρρωσης) μικρογραφήματα της υδρογέλης σε ρΗ=6.5 (αριστερή εικόνα), και σε pH=6.5 (δεξιά εικόνα). [0029] FIG. 15. SEM (Scanning Electron Microscopy) micrographs of the hydrogel at pH=6.5 (left image), and at pH=6.5 (right image).
[0030] ΕΙΚ. 16. Αντιδράσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνθεση του πεντασυσταδικού τετραπολυμερούς (ΑΠΤΎ) που σχηματίζει pH- και θερμοκρασιακά αποκρινόμενη υδρογέλη. [0030] FIG. 16. Reactions used to synthesize the pH- and temperature-responsive hydrogel-forming pentacomponent tetrapolymer (APTY).
[0031] ΕΙΚ. 17. Μετρήσεις ρεολογίας της κενής υδρογέλης ΑΠΤΥ στους 25 °C σα συνάρτηση του pH, σε pΗ=7.4 (σκούρο τρίγωνο) και 6.5 (αχνό τρίγωνο). Είναι φανερό ότι η υδρογέλη αποκρίνεται σε τιμές pH [0031] FIG. 17. Rheology measurements of the empty APTY hydrogel at 25 °C as a function of pH, at pH=7.4 (dark triangle) and 6.5 (light triangle). It is clear that the hydrogel responds to pH values
ανάμεσα σε εκείνες του υγιούς και καρκινικού ιστού. between those of healthy and cancerous tissue.
[0032] ΕΙΚ. 18. Ρεολογικές μετρήσεις του κενού ΑΠΤΥ στους 37 °C σα συνάρτηση του pH, σε pΗ=7.4 (σκούρο τρίγωνο) και 6.5 (αχνό τρίγωνο). Είναι φανερό ότι οι υδρογέλες αποκρίνονται στις τιμές pH [0032] FIG. 18. Rheological measurements of the APTY gap at 37 °C as a function of pH, at pH=7.4 (dark triangle) and 6.5 (light triangle). It is evident that hydrogels respond to pH values
μεταξύ εκείνες του υγιούς και καρκινικού ιστού between those of healthy and cancerous tissue
[0033] ΕΙΚ. 19. Ρεολογικές μετρήσεις του κενού ΑΠΤΥ στους 41 °C (θερμοκρασία καρκινικού ιστού) σα συνάρτηση του pH, σε pH=7.4 (σκούρο τρίγωνο) και 6.5 (αχνό τρίγωνο). Είναι φανερό ότι η υδρογέλη αποκρίνεται στις τιμές pH μεταξύ του υγειούς και καρκινικού ιστού. [0033] FIG. 19. Rheological measurements of the APTY gap at 41 °C (cancer tissue temperature) as a function of pH, at pH=7.4 (dark triangle) and 6.5 (light triangle). It is evident that the hydrogel responds to pH values between healthy and cancerous tissue.
[0034] ΕΙΚ. 20. Ρεολογικές μετρήσεις του κενού ΑΠΤΎ σε pΗ=7.4 σα συνάρτηση της θερμοκρασίας, στους 25 °C (ενδιάμεσο αχνό) 37 °C (το πιο αχνό) και 40 (το πιο σκούρο). Είναι φανερό ότι η υδρογέλη αποκρίνεται στη θερμοκρασία στις τιμές μεταξύ εκείνες του υγιούς και καρκινικού ιστού. [0034] FIG. 20. Rheological measurements of APTY blank at pH=7.4 as a function of temperature, at 25 °C (intermediate dim), 37 °C (dimest) and 40 (darkest). It is evident that the hydrogel responds to temperature at values between those of healthy and cancerous tissue.
[0035] ΕΙΚ. 21. In vivo τεστ τοξικότητας του άδειου πεντασυσταδικού τριπολυμερούς poly(L-lysine)-bpoly(L-histidine-co-L-leucine)-b-poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine-co-L-leucine)-b-poly(L-lysine). Από αριστερά προς τα δεξιά: 400 mg/Kg, 200 mg/kg, 100 mg/Kg. [0035] FIG. 21. In vivo toxicity test of the empty pentameric poly(L-lysine)-bpoly(L-histidine-co-L-leucine)-b-poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine-co-L -leucine)-b-poly(L-lysine). From left to right: 400 mg/Kg, 200 mg/kg, 100 mg/Kg.
[0036] ΕΙΚ. 22. In vivo τεστ τοξικότητας του άδειου πεντασυσταδικού τριπολυμερούς poly(L-lysine)-bpoly(L-histidine-co-y-benzyl-L-glutamate)-b-poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine-co-y-benzyl-L-glutamate)-bpoly(L-lysine). Από αριστερά προς τα δεξιά: 400 mg/Kg, 200 mg/kg, 100 mg/Kg. [0036] FIG. 22. In vivo toxicity test of the empty pentameric poly(L-lysine)-bpoly(L-histidine-co-y-benzyl-L-glutamate)-b-poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine -co-γ-benzyl-L-glutamate)-bpoly(L-lysine). From left to right: 400 mg/Kg, 200 mg/kg, 100 mg/Kg.
[0037] ΕΙΚ. 23. Μέγεθος καρκινικού ιστού σα συνάρτηση με το χρόνο για διαφορετικές ομάδες ενέσεων σε ποντίκια με ανθρώπινα ξενομοσχεύματα παγκρεταικού καρκίνου. Α. Χωρίς καμία χορήγηση, Β. Υδρογέλη, δηλαδή ένεση της ίδιας ποσότητας άδειας υδρογέλης όπως εκείνης που δέχτηκαν τα ζώα της υδρογέλης με το εγκλωβισμένο φάρμακο, C. Ενδοπεριτονεική ένεση καθαρής γεμσιταμπίνης, D. Υποδόρεια ένεση της καθαρής γεμσιταμπίνης κοντά στον καρκινικό ιστό, Ε. Ένεση της υδρογέλης με το εγκλωβισμένο φάρμακο υδροτζέμ (Hydrogem), κοντά στον καρκινικό ιστό. [0037] FIG. 23. Tumor tissue size as a function of time for different injection groups in mice with human pancreatic cancer xenografts. A. Without any administration, B. Hydrogel, i.e. injection of the same amount of empty hydrogel as the hydrogel animals received with the entrapped drug, C. Intraperitoneal injection of pure gemcitabine, D. Subcutaneous injection of pure gemcitabine close to the tumor tissue, E .Injection of the hydrogel with the encapsulated drug Hydrogem, close to the cancerous tissue.
[0038] ΕΙΚ. 24. Γεμσιταμπίνη στην υδρογέλη με μόνο μία δόση (dpi 17) δείχνει %DT/DC ανώτερη από τη συστημική γεμσιταμπίνη (δύο δόσεις dpi 17&24) και λίγο καλύτερη από την τοπική χορήγηση του [0038] FIG. 24. Gemcitabine in hydrogel with only one dose (dpi 17) shows %DT/DC superior to systemic gemcitabine (two doses dpi 17&24) and slightly better than topical administration of
ελεύθερου φαρμάκου (δύο δόσεις-dpi 17&24). of free drug (two doses-dpi 17&24).
[0039] ΕΙΚ. 25. Kaplan-Meier καμπύλες επιβίωσης των διαφορετικών σχημάτων ενέσεων σε μοντέλα [0039] FIG. 25. Kaplan-Meier survival curves of different injection regimens in models
ποντικιών ανθρώπινου παγκρεατικού καρκίνου. human pancreatic cancer mice.
[0040] ΕΙΚ. 26. Η υδρογέλη προτιμάει να προσκολλάται στον καρκινικό ιστό σε σχέση με τον υγιή ιστό. [0040] FIG. 26. The hydrogel prefers to adhere to cancerous tissue over healthy tissue.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ DESCRIPTION
[0041] Οι παρόντες εφευρέτες παρουσιάζουν σκευάσματα είτε από συνθετικά αμφίφιλα πεντασυσταδικά τριπολυμερή που σχηματίζουν υδρογέλη (ΠΤΥ), όπου το πολυμερικό υλικό είναι του τύπου πολυ(L-λυσίνη)-b-πολυ(L-ιστιδίνη-cο-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(L-λυσίνη)-b-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ( L-λυσίνη ) (Plys-b-(PHIS-co-PBLG)— b-PLys-b-(PHlS-co-PBLG)-b-PlYs) ή πεντασυσταδικά τετραπολυμερη που σχηματίζουν υδρογέλη (ΑΠΤΥ), όπου το πολυμερικό υλικό είναι του τύπου πολυ (L-λυσίνη )-b-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γβενζυλο-L-γλουταμικού)-δ-πολυ(αιθυλενοξείδιο)-δ-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(L-λυσίνη). Τα πολυμερή είναι κατάλληλα για την εκλεκτική τοπική χορήγηση γεμσιταμπίνης στον καρκίνο του παγκρέατος και όχι στους υγιείς ιστούς. Οι εφευρέτες παρουσιάζουν μεθόδους σύνθεσης αυτών των ΠΤΥ και ΑΠΤΥ και δείχνουν ότι και οι δύο μπορούν να εμφυτεύονται πολύ εύκολα με ένεση μέσα από μια λεπτή βελόνα (τύπου 21G) και μπορούν να ξανασχηματιστούν άμεσα κοντά στους καρκινικούς ιστούς, εξαιτίας του συνδυασμού της προηγμένης μακρομοριακής αρχιτεκτονικής τους και των μοναδικών ιδιοτήτων του υδρόφοβου μέρους των πολυμερών των οποίων η δευτεροταγής δομή καταστρέφεται υπό τάση διάτμησης και γρήγορα αυτοεπιδιορθώνεται όταν η τάση διάτμησης σταματήσει (Ashton et al. (2010), Susceptibility of Different Proteins to Flow-Induced Conformational Changes Monitored with Raman Spectroscopy Biophysical Journal, 98, 707-714, and Bekard et al. (2010), α-Helix unfolding in simple shear flow. Soft Matter, 2011, 7, 203-209). Μόλις οι υδρογέλες τοποθετηθούν με ένεση κοντά σε καρκινικούς ιστούς, μπορούν να απελευθερώνουν επιλεκτικά γεμσιταμπίνη σε καρκίνο παρά στους υγιείς ιστούς λόγω της αποκρισιμότητάς τους στο pH και της θερμοκρασίας. Εκμεταλλευόμαστε το χαμηλότερο pH και την υψηλότερη θερμοκρασία του καρκινικού ιστού σε σύγκριση με τους υγιείς ιστούς για την επαγωγή τήξη της υδρογέλης μόνο κοντά στο καρκινικό ιστό, κατευθύνοντας τη χορήγηση του φαρμάκου προς το καρκίνο και όχι στους υγιείς ιστούς. [0041] The present inventors present formulations of either synthetic amphiphilic penta-component hydrogel-forming terpolymers (PTY), wherein the polymeric material is of the type poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L -glutamic acid)-b-poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid)-b-poly( L-lysine ) (Plys-b-(PHIS- co-PBLG)— b-PLys-b-(PHlS-co-PBLG)-b-PlYs) or pentacomponent hydrogel-forming tetrapolymers (APTY), where the polymeric material is of the type poly (L-lysine )-b-poly (L-histidine-co-γ-benzyl-L-glutamate)-δ-poly(ethylene oxide)-δ-poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid)-b-poly(L-lysine). Polymers are suitable for selective local delivery of gemcitabine to pancreatic cancer and not to healthy tissues. The inventors present methods of synthesizing these PTY and APTY and show that both can be very easily implanted by injection through a fine needle (type 21G) and can be directly re-formed near cancerous tissues due to the combination of their advanced macromolecular architecture and the unique properties of the hydrophobic part of polymers whose secondary structure is destroyed under shear stress and quickly self-repairs when the shear stress stops (Ashton et al. (2010), Susceptibility of Different Proteins to Flow-Induced Conformational Changes Monitored with Raman Spectroscopy Biophysical Journal, 98, 707-714, and Bekard et al. (2010), α-Helix unfolding in simple shear flow. Soft Matter, 2011, 7, 203-209). Once the hydrogels are injected near cancerous tissues, they can selectively release gemcitabine into cancer rather than healthy tissues due to their responsiveness to pH and temperature. We take advantage of the lower pH and higher temperature of cancerous tissue compared to healthy tissues to induce melting of the hydrogel only near the cancerous tissue, directing drug delivery to the cancer and not to the healthy tissues.
[0042] Σχεδόν όλες οι pH και θερμοκρασιακά αποκρινόμενες υδρογέλες που παρουσιάζονται μέχρι στιγμής στη βιβλιογραφία ή τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας βασίζονται στην ικανότητά τους να μετατρέπονται από ένα ιξώδες υγρό στη θερμοκρασία δωματίου και στο pH των υγιών ιστών (τιμή 7,2 έως 7,6 κατά μέσο όρο) στη μορφή υδρογέλης που όταν εγχύεται μέσα στον ιστό του καρκίνου, εκμεταλλεύεται την υψηλότερη θερμοκρασία και / ή το χαμηλότερο pH του καρκινικού ιστού. Έτσι, η διαφορά σε pH και θερμοκρασία χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του ενέσιμου υλικού από υγρό σε υδρογέλη. Οι πρωτοποριακές μας υδρογέλες λειτουργούν εντελώς διαφορετικά από τις εφευρέσεις που παρουσιάζονται μέχρι στιγμής. Τα ΠΤΥ και ΑΠΤΥ έχουν δύο διαφορετικές λειτουργίες. Η μία είναι η δυνατότητα να γίνονται υγρά υπό μικρή διάτμητική τάση, προκειμένου να εισαχθούν μέσα στη σύριγγα με απλή αναρρόφηση, και αμέσως να γίνουν υδρογέλη όταν εγχέονται έξω από τη βελόνα. Αυτό επιτρέπει την εύκολη και ελεγχόμενη εμφύτευση της υδρογέλης κοντά στον καρκινικό ιστό, και όχι στο εσωτερικό της. Ως εκ τούτου, μόνο με την ανάδευση της βελόνας μέσα στο φιαλίδιο της υδρογέλης αυτή γίνεται ένα υγρό που επιτρέπει την πρόσληψη του μέσα στη σύριγγα (όπου με τη μορφή υδρογέλης αυτό δεν είναι δυνατόν) και όταν εγχέεται κοντά στον καρκινικό ιστό αναδομείται σε υδρογέλη μέσα σε λιγότερο από 7 δευτερόλεπτα, όχι εξαιτίας της pH και θερμοκρασιακής ανταπόκρισής τους όπως στις υδρογέλες που παρουσιάζονται μέχρι τώρα, αλλά λόγω της μακρομοριακής αρχιτεκτονικής της και της δευτεροταγούς δομής του υδρόφοβου συστατικού. Στη συνέχεια, λόγω της πολυλειτουργικότητας των υδρογελών, η σχηματισμένη υδρογέλη λιώνει μόνο κοντά και σε επαφή με τον καρκινικό ιστό, λόγω της αποκρισιμότητας στο pH και τη θερμοκρασιακής. Αυτή η λειτουργία είναι εντελώς αντίθετη με τα συστήματα που παρουσιάζονται μέχρι στιγμής, όπου το χαμηλότερο pH και η υψηλότερη θερμοκρασία της υδρογέλης προκαλούν το σχηματισμό μιας μορφής υδρονέλης αντί του σχηματισμού ενός υγρού, όπως στην εφεύρεσή μας. Εκτός από την γεμσιταμπίνη, άλλα θεραπευτικά μόρια που μπορούν να παραδοθούν επιλεκτικά από τις υδρογέλες είναι γενικοί χημικοθεραπευτικοί παράγοντες και μόρια του DNA. Οι ΠΤΥ και οι ΑΠΤΥ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τοπική χορήγηση σε άλλες μορφές καρκίνου, όπως των ωοθηκών και του παχέος εντέρου. Almost all pH and temperature responsive hydrogels presented so far in the literature or patents are based on their ability to transform from a viscous liquid at room temperature and healthy tissue pH (value 7.2 to 7.6 by average) in the form of a hydrogel that when injected into the cancer tissue, takes advantage of the higher temperature and/or lower pH of the cancer tissue. Thus, the difference in pH and temperature is used to convert the injectable material from liquid to hydrogel. Our innovative hydrogels work completely differently from the inventions presented so far. PTY and APTY have two different functions. One is the ability to make liquids under low shear stress to be introduced into the syringe by simple suction, and immediately become hydrogels when injected out of the needle. This allows easy and controlled implantation of the hydrogel close to the cancerous tissue, rather than inside it. Therefore, just by stirring the needle inside the vial of hydrogel it becomes a liquid that allows its uptake into the syringe (where in the form of hydrogel this is not possible) and when injected close to the cancerous tissue it is reconstituted into a hydrogel in less than 7 seconds, not because of their pH and temperature response as in the hydrogels presented so far, but because of its macromolecular architecture and the secondary structure of the hydrophobic component. Then, due to the multi-functionality of the hydrogels, the formed hydrogel melts only near and in contact with the cancer tissue, due to its pH and temperature responsiveness. This operation is in stark contrast to the systems presented so far, where the lower pH and higher temperature of the hydrogel cause the formation of a hydrogel form instead of the formation of a liquid, as in our invention. In addition to gemcitabine, other therapeutic molecules that can be selectively delivered by hydrogels are general chemotherapeutic agents and DNA molecules. PTY and APTY can be used for topical administration in other cancers, such as ovarian and colon.
[0043] Η προσθήκη του φαρμάκου στην σύσταση του πολυμερούς με το νερό δεν επηρεάζει τις ιδιότητες της διατμητικής τάσης του πολυμερούς. Ως εκ τούτου, η σύσταση του πολυμερούς με νερό και το φάρμακο γρήγορα αυτο-επουλώνεται μετά την εφαρμογή του ρυθμού διάτμησης, όπως παρατηρείται για την σύσταση του πολυμερούς-νερό χωρίς φάρμακο. Addition of the drug to the polymer composition with water does not affect the shear stress properties of the polymer. Therefore, the polymer composition with water and drug quickly self-heals after applying the shear rate, as observed for the polymer-water composition without drug.
[0044] Τα πλεονεκτήματα της εφεύρεσης μας σχετικά με την λειτουργικότητά της είναι τα ακόλουθα (ΕΙΚ. 1): [0044] The advantages of our invention regarding its functionality are the following (FIG. 1):
1. Απαιτεί την απλούστερη, λιγότερο επεμβατική κατά το δυνατόν εμφύτευση, δηλαδή όχι με χειρουργική επέμβαση, αλλά μέσω ενός ενέσιμου επιτόπου σχηματισμού υδρογέλης που θα τοποθετηθεί στην περιοχή του καρκινικού ιστού, όχι μέσα σε αυτόν. 1. It requires the simplest, least invasive possible implantation, ie not by surgery, but by an injectable hydrogel-forming epitope that will be placed in the area of the cancerous tissue, not in it.
2. Παρουσιάζει χαρακτηριστικά βραδείας αποδέσμευσης. Ένεση της υδρογέλης με το φάρμακο (-α) ή / και γονίδια θα γίνεται κάθε μήνα ή και αργότερα. 2. It exhibits slow release characteristics. Injection of the hydrogel with the drug(s) and/or genes will be done every month or even later.
3. Η στοχευμένη απελευθέρωση του φαρμάκου και / ή των γονίδιων προς τους ιστούς του καρκίνου μειώνει τις κυττοτοξικές παρενέργειες σε υγιή όργανα. 3. Targeted release of drug and/or genes to cancer tissues reduces cytotoxic side effects in healthy organs.
4. Έχει την ικανότητα να μεταφέρει ένα μίγμα από χημικοθεραπευτικά φάρμακα που έχουν ήδη εγκριθεί (υδρόφιλη γεμσιταμπίνη και υδρόφοβη πακλιταξέλη (paclitaxel) ανεξάρτητα από τη διαλυτότητα τους στο νερό. 4. It has the ability to transport a mixture of already approved chemotherapeutic drugs (hydrophilic gemcitabine and hydrophobic paclitaxel) regardless of their solubility in water.
5. Το υλικό είναι μη-κυττοτοξικό και βιοαποικοδομήσιμο, και έτσι δεν είναι απαραίτητη η χειρουργική αφαίρεση του μετά την εμφύτευση του φαρμάκου. 5. The material is non-cytotoxic and biodegradable, so surgical removal is not necessary after drug implantation.
[0045] Άλλα πλεονεκτήματα των ΠΤΥ και ΑΠΤΥ περιλαμβάνουν την ασφάλειά τους, την αποτελεσματικότητά τους, την δυνατότητα κατασκευής τους σύμφωνα με τις GMP, και τη δυνατότητα να αυξηθεί η παραγωγή τους σε επίπεδα βιομηχανικής παραγωγής. Τα ΠΤY καθώς και τα ΑΠΤΥ μπορούν εύκολα να παράγονται σε υψηλή καθαρότητα και σε μεγάλες ποσότητες, και οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται κατά την σύνθεση τους μπορούν να αφαιρεθούν εντελώς. Επιπλέον, τα δείγματα είναι ελεύθερα πυρετογόνων ή βιολογικών μολύνσεων. Με ρύθμιση του pH και της συγκέντρωσης του πολυμερούς των υδρογελών η ισχύς τους μπορεί να αυξηθεί στα επιθυμητά επίπεδα, και επομένως είναι δυνατόν να ελέγχεται η χρονική στιγμή της στοχευμένης χορήγησης φαρμάκων. Η άνευ προηγουμένου ευελιξία και οι ιδιότητες αυτών των πεντασυσταδικών υδρογελών παρέχουν πολλαπλές μοριακές προσαρμογές ώστε να συντονιστούν οι διαφορετικές τους ιδιότητες και να επιτευχθεί η επιθυμητή λειτουργικότητα, όπως η διαρκής παρατεταμένη απελευθέρωση, η ποσότητα του έγκλειστου φαρμάκου, η μεταφορά είτε υδρόφιλων ή υδρόφοβων φαρμάκων, η συνδυασμένη μεταφορά των υδρόφιλων και υδρόφοβων φαρμάκων, καθώς και η μεταφορά των νανοσωματιδίων στα οποία εγκλωβίζονται τα φάρμακα. [0045] Other advantages of PTY and APTY include their safety, their efficacy, the ability to manufacture them according to GMP, and the ability to increase their production to industrial production levels. PTY as well as APTY can be easily produced in high purity and in large quantities, and the chemicals used in their synthesis can be completely removed. In addition, the samples are free of pyrogens or biological contamination. By adjusting the pH and polymer concentration of the hydrogels their potency can be increased to desired levels, and thus the timing of targeted drug delivery can be controlled. The unprecedented flexibility and properties of these pentacomponent hydrogels provide multiple molecular tailoring to tune their different properties and achieve the desired functionality, such as sustained sustained release, amount of drug entrapped, transport of either hydrophilic or hydrophobic drugs, combined transport of hydrophilic and hydrophobic drugs, as well as the transport of drug-entrapped nanoparticles.
[0046] Με το συνδυασμό προσεκτικής ακριβούς σύνθεσης και πολυλειτουργικων υλικών συνθέσαμε ένα υλικό που αυτοοργανώνεται ιεραρχικά από μερικά Angstroms έως μικρόμετρα για την επίτευξη των επιθυμητών ιδιοτήτων. Το πολυμερές υλικό σχηματίζει μια ενέσιμη, επιτόπου υδρογέλη μέσω φυσικών αλληλεπιδράσεων. Η υδρογέλη μετατρέπεται σε ένα ρευστό υγρό με την εφαρμογή ελαφρός διάτμητικής τάσης μέσω της ανάδευσης με τη βελόνα μιας σύριγγας μέσα στον όγκο του, προκειμένου να αναρροφηθεί από την σύριγγα, και όταν εγχέεται κοντά στον καρκινικό ιστό γίνεται μια υδρογέλη μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, ανεξάρτητα από τα χαρακτηριστικά του ιστού. Το υλικό διαθέτει ευαισθησία στο pH και οδηγεί στην τήξη του σε τιμές pH χαρακτηριστικές του καρκινικού ιστού, δηλαδή pH = 6,5 (Leo Ε. Gerweck et al. (1996), Cellular pH Gradient in Tumor versus Normal Tissue: Potential Exploitation for the Treatment of Cancer, Cancer Research 56, 1194-1198), ενώ παραμένει υπό τη μορφή υδρογέλης υπό τις συνθήκες του υγιούς ιστού. Η πολυμερική σύσταση της υδρογέλης περιέχει μια μεγαλύτερη ποσότητα νερού από εκείνη του καρκινικού ιστού. Λόγω της ωσμωτικής πίεσης, το υλικό απορροφάται μαζί με το φάρμακο μέσα στον ιστό του καρκίνου επιτυγχάνοντας έτσι την επιλεκτική και αποτελεσματική μεταφορά του εγκλωβισμένου χημειοθεραπευτικού. Η απελευθέρωση του φαρμάκου είναι περιορισμένη και κατευθυνόμενη προς τον υγιή ιστό, δεδομένου ότι παραμένει με τη μορφή υδρογέλης, και είναι γνωστό ότι η διάχυση του ύδατος και των φαρμάκων μέσω μιας υδρογέλης μπορεί να είναι σημαντικά βραδύτερη από ό, τι σε ένα νανοσωματίδιο, ανάλογα με το σύστημα. Η υδρογέλη έχει την ικανότητα να προσκολλάται επιλεκτικά σε καρκινικό ιστό μέσω ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων προκειμένου να διατηρήσει ένα σταθερό ρυθμό αποικοδόμησης. Επιπλέον, διαθέτει ρυθμιστική ικανότητα, προκειμένου να παραμείνει υπό τη μορφή υδρογέλης για ένα σημαντικό χρονικό διάστημα και να απελευθερωθεί αργά. [0046] By combining careful precision synthesis and multifunctional materials we have synthesized a material that self-organizes hierarchically from a few Angstroms to micrometers to achieve the desired properties. The polymeric material forms an injectable, in situ hydrogel through physical interactions. The hydrogel is converted into a fluid liquid by applying slight shear stress through agitation with a syringe needle into its volume in order to be drawn up by the syringe, and when injected near the cancerous tissue it becomes a hydrogel within seconds, regardless of the characteristics of the tissue. The material is sensitive to pH and leads to its melting at pH values characteristic of cancerous tissue, i.e. pH = 6.5 (Leo E. Gerweck et al. (1996), Cellular pH Gradient in Tumor versus Normal Tissue: Potential Exploitation for the Treatment of Cancer, Cancer Research 56, 1194-1198), while remaining in the form of a hydrogel under the conditions of healthy tissue. The polymeric composition of the hydrogel contains a larger amount of water than that of the cancerous tissue. Due to the osmotic pressure, the material is absorbed together with the drug into the cancer tissue thus achieving the selective and efficient transport of the entrapped chemotherapeutic agent. The release of the drug is limited and directed towards the healthy tissue since it remains in the form of a hydrogel, and it is known that the diffusion of water and drugs through a hydrogel can be significantly slower than in a nanoparticle, depending on the system. The hydrogel has the ability to selectively adhere to cancerous tissue through electrostatic interactions in order to maintain a constant rate of degradation. In addition, it has a buffering capacity, in order to remain in the form of a hydrogel for a significant period of time and to be released slowly.
[0047] Η λειτουργικότητα της υδρογέλης δεν περιορίζεται μόνο στην στοχευμένη χορήγηση του φαρμάκου επιλεκτικά σε ιστούς του καρκίνου, αλλά επίσης βοηθά στην αποτελεσματική και ποσοτική παράδοση εντός του κυτταροπλάσματος των καρκινικών κυττάρων. Το πολυμερές που έχει ενσωματωθεί μαζί με το φάρμακο στο κύτταρο με ενδοκύττωση έχει την ικανότητα να διαρρήξει το ενδόσωμα, και κατά συνέπεια το φάρμακο να απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα, αποφεύγοντας εξωκυτωση και χημειοαντίσταση (chemoresistance), (Polymeric Gene Delivery, Edited by M. Amiji, Chapter 13, p246-261, Nelson N. Structure and Pharmacology of proton-ATPases, Trends Pharmacol Sci 12, 71, 1991). [0047] The functionality of the hydrogel is not only limited to the targeted delivery of the drug selectively to cancer tissues, but also helps in efficient and quantitative delivery into the cytoplasm of cancer cells. The polymer incorporated together with the drug into the cell by endocytosis has the ability to breach the endosome, and consequently the drug is released into the cytoplasm, avoiding exocytosis and chemoresistance, (Polymeric Gene Delivery, Edited by M. Amiji, Chapter 13, p246-261, Nelson N. Structure and Pharmacology of proton-ATPases, Trends Pharmacol Sci 12, 71, 1991).
[0048] Η μακρομοριακή αρχιτεκτονική, που δίνει την επιθυμητή δυνατότητα του επιτόπου σχηματισμού μιας ενέσιμης με ταχέως αυτό-επουλωτικές ιδιότητες υδρογέλης, είναι ένα πεντασυσταδικό πολυμερές που αποτελείται από μια μεσαία υδρόφιλη συστάδα, δύο υδρόφοβες συστάδες, που ακολουθούνται από δύο υδρόφιλα τμήματα, το καθένα συνδεδεμένο στην άλλη πλευρά των υδρόφοβων συστάδων. Προκειμένου να επιτευχθούν οι επιθυμητές ιδιότητες, συνθέσαμε δύο διαφορετικά πεντασυσταδικά πολυμερή, ένα τριπολυπεπτίδιο και ένα υβριδικό τετραπολυπεπτιδιο. Οι χημικές δομές των πολυμερών δίνονται στην ΕΙΚ. 2. The macromolecular architecture, which gives the desired possibility of in situ formation of an injectable hydrogel with rapid self-healing properties, is a five-component polymer consisting of a middle hydrophilic block, two hydrophobic blocks, followed by two hydrophilic segments, each attached to the other side of the hydrophobic clusters. In order to achieve the desired properties, we synthesized two different penta-component polymers, a tripolypeptide and a hybrid tetrapolypeptide. The chemical structures of the polymers are given in FIG. 2.
[0049] Αρχικά, τα υδρόφοβα τμήματα των πεντασυσταδικών ήταν πολύ (L-ιστιδίνη-co-L-λευκίνη) με μοριακή αναλογία 50% για κάθε αμινοξύ, L-ιστιδίνη και L-λευκίνη. Ωστόσο, οι in vivo δοκιμές οξείας τοξικότητας της σύνθεσης του πολυμερούς με νερό χωρίς φάρμακο έδειξαν ότι η υδρογέλη δεν παρουσίασε κυττοξικότητα έως 100 mg/Kg των ποντικών, ενώ για τις συγκεντρώσεις 200 και 400 mg / kg ήταν τοξική. Κατά συνέπεια, χρησιμοποιείται πολυ(γ-βένζυλοεστέρας του-L-γλουταμικού οξέος) (PBLG) αντί της πολυ(L-λευκίνη) (PLEU), στην ίδια μοριακή αναλογία 50% αφού το τυφλό πείραμα κενής υδρογέλης δεν έδειξε καμία κυττοξικότητα στις δοκιμές οξείας τοξικότητας για συγκεντρώσεις έως 400 mg/Kg, όπως έγινε δεκτή από το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου των ΗΠΑ (NCI). Initially, the hydrophobic parts of the pentacomponents were very (L-histidine-co-L-leucine) with a molecular ratio of 50% for each amino acid, L-histidine and L-leucine. However, in vivo acute toxicity tests of the polymer formulation with drug-free water showed that the hydrogel did not show cytotoxicity up to 100 mg/Kg of mice, while for concentrations of 200 and 400 mg/kg it was toxic. Consequently, poly(γ-benzyl ester of -L-glutamic acid) (PBLG) is used instead of poly(L-leucine) (PLEU), in the same molar ratio of 50% since the blank hydrogel experiment did not show any cytotoxicity in the acute tests toxicity for concentrations up to 400 mg/Kg, as accepted by the US National Cancer Institute (NCI).
[0050] Τα τελικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την εφεύρεση είναι δύο. Το ένα υλικό είναι το πεντασυσταδικό τριπολυπεπτίδιο του τύπου ΑΒΑ'ΒΑ όπου Α και Α' 'είναι η πολύ (L-λυσίνη) με διαφορετικά μοριακά βάρη, και το Β είναι πολύ (L-ιστιδίνη-co-γ-βένζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος). Το δεύτερο υλικό είναι παρόμοιο με αυτό που περιγράφεται παραπάνω, με τη μόνη διαφορά ότι η μεσαία συστάδα Α 'είναι πολύ (αιθυλενοξείδιο) (ΡΕΟ) και όχι πολύ (L-λυσίνη). The final materials used for the invention are two. One material is the pentameric tripolypeptide of the formula ABA'BA where A and A'' are poly(L-lysine) of different molecular weights, and B is poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamate acid). The second material is similar to that described above, with the only difference that the middle block A' is very (ethylene oxide) (PEO) and not very (L-lysine).
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ EXAMPLES
Παράδειγμα 1. Example 1.
Σύνθεση αμφίφυλων πεντασυσταδικών τριπολυπεπτιδίων που σχηματίζουν υδρογέλες Synthesis of amphiphilic pentameric tripolypeptides that form hydrogels
(ΠΤΥ) (PTY)
Α. Περίληψη. A. Summary.
[0051] Τα αμφίφυλα πεντασυσταδικά τριπολυπεπτιδια που σχηματίζουν υδρογέλες (ΠΤΥ) είναι συνθετικά υλικά που σχηματίζονται από τη χρήση πολυμερούς υλικού του τύπου πολυ(L-λυσίνη)-bπολυ(L-ιστιδίνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(L-λυσίνη)-δ-πολυ(L-ιστιδίνη-coγ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ ( L-λυσίνη ) (πολυ(-γ-βενζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος): PBLG και πολυ(L-ιστιδίνη):ΡΗΙS). Οι ιδιότητές τους μπορούν να μεταβάλλονται με μεταβολή της μοριακής αναλογίας PBLG/PHIS του υδρόφοβου συστατικού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για βιοϊατρικές εφαρμογές. Το μέγεθος, η σκληρότητα και η πυκνότητα του ΠΤΥ μπορούν να ρυθμιστούν μεταβάλλοντας τη συγκέντρωση των ΠΤΥ (σε νερό), το pH και τη σύνθεση των πολυμερικών υλικών. Για κάθε ΠΤΥ, η αυξημένη συγκέντρωση είχε ως αποτέλεσμα αυξημένη ισχύ υδρογέλης in vitro και μεγαλύτερη βιωσιμότητα in vivo. Επιπλέον, οι υψηλότερες τιμές pH είχαν επίσης ως αποτέλεσμα αυξημένη ισχύ υδρογέλης in vitro όσο και επιπλέον βιωσιμότητα in vivo. Διαπιστώθηκε ότι η μέση υδρόφιλη συστάδα πολυ(ί-λυσίνη) θα πρέπει να έχει ένα υψηλό μοριακό βάρος, προκειμένου να σχηματιστεί ισχυρή υδρογέλη σε συγκεντρώσεις τόσο χαμηλές όσο 3% (w / w) σε νερό. Για να προσδιοριστεί η επίδραση της σύνθεσης PBLG επί των ιδιοτήτων της υδρογέλης, συνθέσαμε μια σειρά από πεντασυσταδικά τριπολυμερή όπου OL συστάδες πολύ (L-λυσίνης) ήταν πάντα οι ίδιες, ενώ οι μοριακές αναλογίες του PBLG/PHis PBLG κυμάνθηκαν σε τιμές 70, 50, 30 και 0. Διαπιστώθηκε ότι η μοριακή αναλογία 50% έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα σχετικά με την ισχυρή ανταπόκριση σε pH σε συνδυασμό με χαμηλή συγκέντρωση πολυμερούς για να επιτευχθεί η επιθυμητή ισχύ υδρογέλης. [0051] Amphiphilic pentameric tripolypeptides that form hydrogels (PTY) are synthetic materials formed by using a polymer material of the type poly(L-lysine)-bpoly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid)- b-poly(L-lysine)-δ-poly(L-histidine-γ-benzyl ester of L-glutamic acid)-b-poly ( L-lysine ) (poly(γ-benzyl ester of L-glutamic acid): PBLG and poly(L-histidine):PHIS). Their properties can be altered by changing the PBLG/PHIS molar ratio of the hydrophobic component and can be used for biomedical applications. The size, hardness and density of PTY can be adjusted by varying the concentration of PTY (in water), pH and composition of polymeric materials. For each PTY, increased concentration resulted in increased hydrogel strength in vitro and greater viability in vivo. In addition, higher pH values also resulted in increased hydrogel strength in vitro as well as additional viability in vivo. It was found that the middle hydrophilic poly(l-lysine) block should have a high molecular weight in order to form a strong hydrogel at concentrations as low as 3% (w/w) in water. To determine the effect of PBLG composition on hydrogel properties, we synthesized a series of pentablock terpolymers where OL poly(L-lysine) blocks were always the same, while the molar ratios of PBLG/PHis PBLG varied between 70, 50, 30 and 0. It was found that the molar ratio of 50% gave the best results regarding strong pH response combined with low polymer concentration to achieve the desired hydrogel strength.
Β. Μέθοδοι B. Methods
Β.1. Σύνθεση των ΠΤΥ B.1. Composition of PTY
[0052] α. Καθαρισμός αντιδραστηρίων και σύνθεση μονομερών. Ο καθαρισμός των διαλυτών, καθώς και η σύνθεση των μονομερών δίνονται στην βιβλιογραφία (Mavrogiorgis et al. (2014), Controlled polymerization of histidine and synthesis of well-defined stimuli responsive polymers. Elucidation of the structure-aggregation relationship of this highly multifunctional material, Polym. Chem., 5, 6256-6278) Χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους. Χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους (SEC) χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των τιμών Μn και Mw / Μn. Η ανάλυση διεξήχθη με ένα όργανο Waters Breeze εξοπλισμένο με διαφορικό διαθλασίμετρο 2410 και Precision PD 2020 (150, 900) ανιχνευτή σκέδασης φωτός δυο γωνιών. Ο διαλύτης φορέας ήταν ένα διάλυμα 0.10% τριφθοροξικού νερού / ακετονιτριλίου (60/40 ν / ν) σε ένα ρυθμό ροής 0,8 mL/min στους 35 °C. Χρησιμοποιήθηκαν τρεις γραμμικές Waters στήλες υδρογέλης. Φασματοσκοπία<1>Η NMR (300 MHz) εκτελέσθηκε χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο Varian Unity Plus 300/54. Τα φάσματα των πολυμερών διεξήχθησαν είτε σε D2Ο με DCI, δευτεριωμένο DMSO ή σε CF3COOD, ενώ τα φάσματα των μονομερών λήφθηκαν σε CDCΙ3σε θερμοκρασία δωματίου. Μετρήσεις FTIR πραγματοποιήθηκαν με ένα Perkin Elmer Spectrum One όργανο, σε πελλετες KBr σε θερμοκρασία δωματίου, στην περιοχή 450-4000 cm<-1>. Ο Κυκλικός Διχρωϊσμός έγινε με Jasco J-815 μοντέλο, το οποίο διαθέτει ένα μοντέλο Peltier PTC-423S/ 15 με σύστημα θερμοστάτησης. Η κυψελίδα που χρησιμοποιήθηκε ήταν 1 mm Quartz Suprasil. Τυπικές συγκεντρώσεις ήταν περίπου 3x10<-4>g / ml. Φασματοσκοπία UV πραγματοποιήθηκε με φασματόμετρο Perkin Elmer Lamda 650 από 190-500 nm, σε θερμοκρασία δωματίου με κυψελίδα που απαιτεί 120 μl. [0052] a. Purification of reagents and synthesis of monomers. The purification of the solvents, as well as the synthesis of the monomers, are given in the literature (Mavrogiorgis et al. (2014), Controlled polymerization of histidine and synthesis of well-defined stimuli responsive polymers. Elucidation of the structure-aggregation relationship of this highly multifunctional material, Polym. Chem., 5, 6256-6278) Size exclusion chromatography. Size exclusion chromatography (SEC) was used to determine Mn and Mw / Mn values. Analysis was performed on a Waters Breeze instrument equipped with a 2410 differential refractometer and a Precision PD 2020 (150, 900) dual angle light scattering detector. The carrier solvent was a solution of 0.10% trifluoroacetate water/acetonitrile (60/40 v / v) at a flow rate of 0.8 mL/min at 35 °C. Three linear Waters hydrogel columns were used. Spectroscopy<1>NMR (300 MHz) was performed using a Varian Unity Plus 300/54 spectrometer. Polymer spectra were performed in either D 2 O with DCI, deuterated DMSO or CF 3 COOD, while monomer spectra were taken in CDCl 3 at room temperature. FTIR measurements were performed with a Perkin Elmer Spectrum One instrument, on KBr pellets at room temperature, in the range 450-4000 cm<-1>. Circular Dichroism was done with a Jasco J-815 model, which has a Peltier PTC-423S/ 15 model with a thermostat system. The cell used was 1 mm Quartz Suprasil. Typical concentrations were around 3x10<-4>g/ml. UV spectroscopy was performed with a Perkin Elmer Lamda 650 spectrometer from 190-500 nm, at room temperature with a cuvette requiring 120 µl.
[0053] Β. Γενική σύνθεση πολυπεπτιδίου. Οι αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση των υλικών ΠΤΥ δίνονται στο ΣΧ. 3Α και ΣΧ. 3Β. Οι αντιδραστήρες πολυμερισμού σχεδιάστηκαν για να έχουν έναν όγκο τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερο από τον όγκο του CO2που παράγεται από κάθε πολυμερισμό. Πολυμερισμοί διεξήχθησαν με 1,6-εξαμεθυλενοδιαμίνη ως απαρχητή. Σε ένα διάλυμα από 1,2 g ε-tert-βουτυλοξυκαρβονυλ-L-λυσίνη Ν-καρβοξυ ανυδρίτη (Lyx-NCA) εντός 20 ml DMF, προστέθηκε 2 ml διαλύματος εξαμεθυλενοδιαμίνης σε DMF (9 x 10<-6>mol / ml). Μετά την ολοκλήρωση του πολυμερισμού (1 ημέρα) (μεσαία συστάδα), 0,54 g Nim-τριτυλ προστατευμένη L-ιστιδίνη Ν-καρβοξυ ανυδρίτη (HIS-NCA) και 0,34 g γ-βένζυλο-L-γλουταμικού Ν-καρβοξυ ανυδρίτη (BLG-NCA ) (μοριακή αναλογία 1: 1) διαλύθηκαν σε 10 ml DMF και προστέθηκαν στην φιάλη του πολυμερισμού. Ο πολυμερισμός αφήνεται να συνεχιστεί για 6 ημέρες (δύο υδρόφοβες συστάδες). Έπειτα προστέθηκαν 0,72 γρ Lys-NCA σε 10 ml DMF. Μετά την πλήρη κατανάλωση του Lys-NCA (2 ημέρες), το πεντασυσταδικό πολυμερές καταβυθίστηκε σε 250 ml διαιθυλαιθέρα, διηθείται και ξηραίνεται μέχρι σταθερού βάρους (2 g). Γ ια την αποπροστασία των τριτύλ και τριτ-βουτυλοξυκαρβονυλ ομάδων από τα πολύ (ιστιδίνη) και πολύ (L-λυσίνη) τμήματα αντίστοιχα, το πεντασυσταδικό πολυμερές διαλύθηκε σε 20 ml διχλωρομεθάνιο (DCM) και ίσος όγκος τριφθοροξικού οξέος (TFA) προστέθηκε. Το πολυμερές διαλύθηκε πλήρως και αφέθηκε να αποπροστατεύεται για 1 ώρα σε θερμοκρασία δωματίου, και το διάλυμα κατέστη κίτρινο-ανοιχτό καφέ. Ακολούθως, 0.2 ml τριαιθυλ-σιλάνιο προστέθηκε για την δέσμευση των προστατευτικών ομάδων, και το διάλυμα από το κίτρινο-ανοιχτό καφέ έγινε άχρωμο. Το διάλυμα χύθηκε σε 300 ml διαιθυλαιθέρα, και το λευκό στερεό διηθείται και ξηραίνεται. Στη συνέχεια, το αποπροστατευμένο πεντασυσταδικό πολυμερές διαλύθηκε σε 100 ml DI νερό και στη συνέχεια υποβλήθηκε σε διαπίδυση έναντι διαλύματος HCI (pH = 3) για 2 ημέρες, διαλύματος ΝαΟΗ (pH = 9) για 2 ημέρες και DI νερό για 2 ημέρες. Τέλος, το διάλυμα λυοφιλοποιήθηκε για να ληφθεί το τελικό πεντασυσταδικό πολυμερές σαν λευκή σκόνη (1,5 g). [0053] B. General polypeptide synthesis. The reactions used to synthesize the PTY materials are given in FIG. 3A and FIG. 3B. The polymerization reactors were designed to have a volume at least three times the volume of CO2 produced by each polymerization. Polymerizations were carried out with 1,6-hexamethylenediamine as initiator. To a solution of 1.2 g of ε-tert-butyloxycarbonyl-L-lysine N-carboxy anhydride (Lyx-NCA) in 20 ml of DMF, 2 ml of a solution of hexamethylenediamine in DMF (9 x 10<-6>mol / ml) was added . After completion of polymerization (1 day) (middle cluster), 0.54 g Nim-trityl protected L-histidine N-carboxy anhydride (HIS-NCA) and 0.34 g γ-benzyl-L-glutamate N-carboxy anhydride (BLG-NCA) (molar ratio 1:1) were dissolved in 10 ml DMF and added to the polymerization flask. Polymerization is allowed to continue for 6 days (two hydrophobic clusters). Then 0.72 g Lys-NCA in 10 ml DMF was added. After complete consumption of Lys-NCA (2 days), the pentapolymer was precipitated in 250 ml of diethyl ether, filtered and dried to constant weight (2 g). To deprotect the tertyl and tert-butyloxycarbonyl groups from the poly (histidine) and poly (L-lysine) moieties respectively, the pentapolymer was dissolved in 20 ml of dichloromethane (DCM) and an equal volume of trifluoroacetic acid (TFA) was added. The polymer was completely dissolved and allowed to deprotect for 1 hour at room temperature, and the solution turned yellow-light brown. Next, 0.2 ml of triethyl-silane was added to bind the protecting groups, and the solution from yellow-light brown became colorless. The solution was poured into 300 ml of diethyl ether, and the white solid was filtered and dried. Then, the deprotected pentapolymer was dissolved in 100 ml of DI water and then dialyzed against HCl solution (pH = 3) for 2 days, NaOH solution (pH = 9) for 2 days, and DI water for 2 days. Finally, the solution was lyophilized to obtain the final pentapolymer as a white powder (1.5 g).
Β.2. Ρεολογία. B 2. Rheology.
[0054] α. Ρεολογία υδρογελών. Πεντασυσταδικό τριπολυμερή παρασκευάστηκαν με διάλυση των λυοφιλιοποιημενών πολυμερικών δειγμάτων σε MilliQ νερό. [0054] a. Rheology of hydrogels. Pentameric terpolymers were prepared by dissolving the lyophilized polymer samples in MilliQ water.
[0055] Β. Ρεολογία υδρογελών με γεμσιταμπίνη. Πεντασυσταδικό τριπολυμερή που σχηματίζουν υδρογέλες φορτωμένα με γεμσιταβίνη παρασκευάστηκαν με διάλυση πρώτα της κατάλληλης ποσότητας γεμσιταμπίνης σε νερό ΜilliΟ, ρυθμίζοντας το pH = 7,4 ή άλλο pH με την απαιτούμενη ποσότητα του διαλύματος NaOH 0,1 Ν σε νερό MilliO, και το διάλυμα της γεμσιταμπίνης προστέθηκε στο πολυμερές. Στη συνέχεια (υδρογέλη γεμσιταμπίνης ονομάζεται υδροτζέμ) έμεινε για 2-3 ώρες υπο διάλυση. Οι ρεολογικες ιδιότητες δεν επηρεάστηκαν από την ανάδευση, ταυτόσημες μηχανικές ιδιότητες λήφθηκαν αφήνοντας το τριπολυμερές υπο διάλυση για να σχηματίσει την υδρογέλη μετά από τρεις ημέρες χωρίς ανάδευση. B. Rheology of gemcitabine hydrogels. Gemcitabine-loaded pentacomponent hydrogel-forming terpolymers were prepared by first dissolving the appropriate amount of gemcitabine in MilliO water, adjusting pH = 7.4 or another pH with the required amount of 0.1 N NaOH solution in MilliO water, and the gemcitabine solution added to the polymer. Then (gemcitabine hydrogel is called hydrogem) it was left for 2-3 hours under dissolution. Rheological properties were not affected by stirring, identical mechanical properties were obtained by allowing the terpolymer to dissolve to form the hydrogel after three days without stirring.
[0056] Μετρήσεις Ρεολογίας εκτελέστηκαν με τη χρήση του ρεόμετρου ελεγχόμενης τάσης (ARES από Rheometric Scientific) με δύναμη επανισορροπησης μορφοτροπέα 0,004 σε 200 ροπής. Κώνος και τη γεωμετρία πλάκας, από ανοξείδωτο χάλυβα, διαμέτρου 25 mm, γωνία κώνου 0,04 rad. Όγκος δείγματος 0,3 ml. Σφράγιση δείγματος με 5 cp έλαιο σιλικόνης γύρω από το δείγμα για την εξάλειψη της εξάτμισης. Ο έλεγχος της θερμοκρασίας μέσω του ανακυκλούμενου λουτρού νερού/αιθυλενογλυκόλης. Rheology measurements were performed using the controlled stress rheometer (ARES from Rheometric Scientific) with a transducer rebalancing force of 0.004 at 200 torque. Cone and plate geometry, stainless steel, diameter 25 mm, cone angle 0.04 rad. Sample volume 0.3 ml. Seal sample with 5 cp silicone oil around the sample to eliminate evaporation. Temperature control through recirculating water/ethylene glycol bath.
Γ. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ C. RESULTS
Γ. 1. Φυσικοχημικός Χαρακτηρισμός των ΠΤΥ. C. 1. Physicochemical Characterization of PTY.
[0057] Το πεντασυσταδικό τριπολυμερές χαρακτηρίστηκε εκτενέστατα από έναν συνδυασμό μεθόδων. Τα μοριακά βάρη και η κατανομή μοριακών βαρών του τελικού πεντασυσταδικού τριπολυμερούς βρέθηκε με Χρωματογραφία Αποκλεισμού Μεγεθών. Η ολοκλήρωση του πολυμερισμού παρακολουθήθηκε με Φασματοσκοπία Υπερύθρου, μέσω των κορυφών των μονομερών των NCA στους 1820 και 1780 κυματαριθμούς. Η σύνθεση πιστοποιήθηκε με Φασματοσκοπία<1>Η NMR. Οι συνδυασμένοι μέθοδοι Χαρακτηρισμού αποδεικνύουν ότι το πεντασυσταδικό τριπολυμερές ήταν αυτό που αναμενόταν από την στοιχειομετρία και τον σχεδίασμά κατά την σύνθεση. Τα Χρωματογραφήματα Αποκλεισμού της σύνθεσης των ΠΤΥ δίνονται στην ΕΙΚ. 4. Τα μοριακά χαρακτηριστικά των ΠΤΎ τριπολυμερών δίνονται στον Πίνακα 1. The pentameric terpolymer was extensively characterized by a combination of methods. The molecular weights and molecular weight distribution of the final pentameric terpolymer were found by Size Exclusion Chromatography. The completion of the polymerization was monitored by Infrared Spectroscopy, through the peaks of the NCA monomers at 1820 and 1780 wavelengths. The composition was confirmed by <1>H NMR Spectroscopy. The combined Characterization methods demonstrate that the pentameric terpolymer was what was expected from stoichiometry and design during synthesis. The Exclusion Chromatograms of the PTY composition are given in FIG. 4. The molecular characteristics of PTY terpolymers are given in Table 1.
Πίνακας 1. Μοριακά Χαρακτηριστικά των Πεντασυσταδικών Τετραπολυμερών PLys60-b - ( PHis20-co- Table 1. Molecular Characteristics of Pentacomponent Tetrapolymers PLys60-b - (PHis20-co-
PBLG20)-PLys'200-b-(PHis20-co-PBLG20) -b-PLys60PBLG20)-PLys'200-b-(PHis20-co-PBLG20)-b-PLys60
Γ.2. Δευτεροταγής Δομή των Πεντασυσταδικών Τριπολυμερών. C.2. Secondary Structure of Pentacomponent Tripolymers.
[0058] Η Δευτεροταγής δομή των τριπολυμερών σε διάφορα pH και θερμοκρασίες προσδιορίστηκε με τη μέθοδο του Κυκλικού Διχρωισμού. (ΕΙΚ. 5). Μελετήσαμε την αλλαγή της δευτεροταγούς δομής του υδροφοβικού κομματιού του πεντασυσταδικού πολυμερούς αφαιρώντας το φάσμα του τυχαίου σπειράματος της πολυ(ί-λυσίνης) σύμφωνα με την σύσταση του πεντασυσταδικού πολυμερούς. Έτσι, η τελική δευτεροταγής δομή οφείλεται μόνο στο υδρόφοβο κομμάτι που προκαλεί την οργάνωση και τον σχηματισμό της υδρογέλης. Το ποσοστό της δευτεροταγούς δομής υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το Dichroplot. Βρήκαμε ότι το στο pΗ=7.4, το υδρόφοβο κομμάτι του πολυπεπτιδίου έχει μια σημαντική ποσότητα (60%) β-φύλλου, ενώ έχει επίσης ένα 10% α-έλικα και 20% τυχαίο σπείραμα. Στο pΗ=6.6, το βφύλλο μετατρέπεται σε τυχαίο σπείραμα όπως και σε α-έλικα. Το β-φύλλο μειώνεται στο 25%, ενώ η αέλικα αυξάνεται στο 45% και το τυχαίο σπείραμα στο 30%. [0058] The Secondary structure of the terpolymers at various pH and temperatures was determined by the Cyclic Dichroism method. (FIG. 5). We studied the change of the secondary structure of the hydrophobic part of the pentapolymer by subtracting the random coil spectrum of poly(l-lysine) according to the composition of the pentapolymer. Thus, the final secondary structure is due only to the hydrophobic part that causes the organization and formation of the hydrogel. The percentage of secondary structure was calculated using Dichroplot. We found that at pH=7.4, the hydrophobic part of the polypeptide has a significant amount (60%) of β-sheet, while also having a 10% α-helix and 20% random coil. At pH=6.6, the β-sheet becomes a random coil as well as an α-helix. The β-sheet is reduced to 25%, while the helix is increased to 45% and the random glomerulus to 30%.
[0059] Είναι γνωστό ότι για να σχηματιστεί μία ισχυρή υδρογέλη με υψηλό μέτρο ελαστικότητας, είναι απαραίτητο το σχηματιστούν δεσμοί υδρογόνου μέσω των β-φύλλων (Akihiro Abe et al. (2013) Controlled Polymerization and Polymeric Structures, Springer International Publishing Switzerland, p. 178-181.). Σε pH=7.4 η ισχυρή υδρογέλη σχηματίζεται εξαιτίας της μεγάλης ποσότητας του β-φύλλου. Σε χαμηλότερο pH=6.6 , όπου η πολυιστιδίνη είναι μερικά πρωτονιωμένη, ο σχηματισμός της πολυιστιδινης αλλάζει σε μίγμα α-έλικας και τυχαίου σπειράματος. Όταν το pH γίνεται ακόμα μικρότερο, η δομή γίνεται τυχαίο σπείραμα. Αυτή η αλλαγή στην δομή μειώνει το μέτρο ελαστικότητας της υδρογέλης, και γι'αυτό η υδρογέλη γίνεται υγρό, κατευθύνοντας την μεταφορά του φαρμάκου προς τον καρκινικό ιστό, που έχει μικρότερο pH. [0059] It is known that in order to form a strong hydrogel with a high modulus of elasticity, it is necessary to form hydrogen bonds through β-sheets (Akihiro Abe et al. (2013) Controlled Polymerization and Polymeric Structures, Springer International Publishing Switzerland, p. 178-181.). At pH=7.4 the strong hydrogel is formed due to the large amount of β-sheet. At lower pH=6.6, where polyhistidine is partially protonated, the conformation of polyhistidine changes to a mixture of α-helix and random coil. When the pH becomes even lower, the structure becomes a random coil. This change in structure reduces the modulus of elasticity of the hydrogel, and therefore the hydrogel becomes liquid, directing the transport of the drug to the cancer tissue, which has a lower pH.
Γ.3. Μετρήσεις Ρεολογίας για την μελέτη της ισχύος της υδρογέλης ως συνάρτηση του pH, συγκέντρωσης και θερμοκρασίας. C.3. Rheology measurements to study hydrogel strength as a function of pH, concentration and temperature.
[0060] Η ισχύς της υδρογέλης ως συνάρτηση του περιεχομένου νερού, του περιεχομένου φαρμάκου, pH και θερμοκρασίας ανάμεσα στις τιμές του καρκίνου και των υγειών ιστών μελετήθηκε με μετρήσεις Ρεολογίας. Η πιο σημαντική ιδιότητα της υδρογέλης που βρέθηκε από την Ρεολογία ήταν η διατμητική λέπτυνση, όπου προκαλώντας μια διατμητική τάση, η υδρογέλη έγινε ένα ρευστό υγρό, ενώ όταν η διατμητική τάση σταμάτησε η υδρογέλη ξανασχη ματίστηκε πολύ γρήγορα. Αυτή ήταν μια πολύ σημαντική ιδιότητα της υδρογέλης ώστε να είναι ενέσιμο, να αυτοδιορθώνεται και να σχηματίζεται επιτόπου στο σώμα του ποντικιού. Για να έχουμε την απλούστερη δυνατή δόση της υδρογέλης στο ζώο, χρειαστήκαμε να τροποποιήσουμε τα μοριακά χαρακτηριστικά του πολυμερούς ώστε να γίνεται εύκολα υγρό με μια μικρή διατμητική τάση ενώ θα μπορούσε να φτιάχνεται πάλι από μόνο του και να σχηματίζει μία υδρογέλη και πάλι μετά από λίγα δευτερόλεπτα κοντά στον καρκινικό ιστό και να μην διαχέεται περιμετρικά όταν εισάγεται με ένεση όντας σε μορφή υγρού. Γ ι' αυτό τον σκοπό έπρεπε να βρούμε την εξάρτηση του χρόνου αυτοΐασης (αυτοδιόρθωσης) όπως και της ισχύος της υδρογέλης που απαιτείται για να παραμείνει σε αυτή την κατάσταση κάτω από την πίεση των ιστών του ποντικιού. Hydrogel strength as a function of water content, drug content, pH and temperature between cancer and healthy tissue values was studied by Rheology measurements. The most important hydrogel property found by Rheology was shear thinning, where by inducing a shear stress, the hydrogel became a fluid fluid, and when the shear stress stopped the hydrogel re-formed very quickly. This was a very important property of the hydrogel to be injectable, self-healing and formed in situ in the mouse body. To get the simplest possible dose of the hydrogel into the animal, we needed to modify the molecular characteristics of the polymer so that it would easily liquefy with little shear stress while being able to reassemble itself and form a hydrogel again after a few seconds. close to the cancerous tissue and not diffuse peripherally when injected as a liquid. For this purpose we had to find the dependence of the self-healing (self-repair) time as well as the strength of the hydrogel required to remain in this state under the pressure of the mouse tissues.
Γ.3.Α. Ρεολογική συμπεριφορά των κενών Υδρογελών. C.3.A. Rheological behavior of empty Hydrogels.
[0061] Πρώτα εξετάσαμε τις ρεολογικές ιδιότητες των κενών υδρογελών, πχ η υδρογέλη χωρίς το φάρμακο. Οι παράμετροι που επηρεάζουν την ισχύ την υδρογέλη είναι η συγκέντρωση του πολυμερούς, δηλαδή το ποσοστό του πολυμερούς προς το νερό, την θερμοκρασία και το pH. Αρχικά, μελετήσαμε την εξάρτηση της ισχύος των κενών υδρογελών ως συνάρτηση της συγκέντρωσης πολυμερούς και του pH σε σταθερή θερμοκρασία των 37 °C δηλαδή την θερμοκρασία του σώματος του ζώου. Βρέθηκε ότι η συγκέντρωση του πολυμερούς επηρεάζει σημαντικά το μέτρο ελαστικότητας όπως και το μέτρο ιξώδους της υδρογέλης, όπως φαίνεται στην Δυναμική Σάρωση Συχνότητας όπως και στην Δυναμική Σάρωση Τάσης στις μετρήσεις των κενών υδρογελών ΠΤΥ σε pΗ=7.4 όπως φαίνεται στις Εικόνες 6Α και 6Β αντίστοιχα. [0061] We first examined the rheological properties of empty hydrogels, ie the hydrogel without the drug. The parameters that affect the strength of the hydrogel are the concentration of the polymer, i.e. the percentage of polymer to water, temperature and pH. First, we studied the dependence of the potency of the empty hydrogels as a function of polymer concentration and pH at a constant temperature of 37 °C i.e. the temperature of the animal's body. It was found that the polymer concentration significantly affects the modulus of elasticity as well as the viscosity modulus of the hydrogel as shown in the Dynamic Frequency Scan as well as in the Dynamic Voltage Scan measurements of blank PTY hydrogels at pH=7.4 as shown in Figures 6A and 6B respectively.
[0062] Κατόπιν, μελετήσαμε την επιρροή του pH και της θερμοκρασίας στις κενές υδρογέλες (Εικόνες 7Α και Β). Η συγκέντρωση του πολυμερούς και στις δυο εικόνες είναι 3,33% (βάρος κατά βάρος). Τα διαγράμματα Δυναμικής Σάρωσης Συχνότητας των ΠΤY στους 37 °C φαίνονται στην Εικόνα 7Α, καθένα σε τρεις διαφορετικές τιμές pH, δηλαδή 7.4, 6.5 και 6.0. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η επιρροή του pH είναι ιδιαιτέρως πολύ ισχυρή. Το πολυμερές γίνεται από μία ισχυρή υδρογέλη σε pH υγιούς ιστού σε μία πολύ αδύναμη υδρογέλη, σχεδόν υγρό, στο pH του καρκινικού ιστού, εξαιτίας της παράλληλης μείωσης του μέτρου ελαστικότητας μαζί με την μείωση του λόγου G'/G" σε pΗ=6.5. Η αλλαγή είναι πολύ έντονη και η υδρογέλη γίνεται υγρό σε ακόμα μικρότερο pΗ=6.0. Παρόλο που η εξάρτηση από το pH ήταν πολύ ισχυρή, η θερμοκρασία δεν επηρέασε την ισχύ του πολυμερούς σε κάθε pH (Εικόνα 7Β) στην θερμοκρασιακή περιοχή μεταξύ 37 °C (υγιές κύτταρο) και 41°C (καρκινικός ιστός). Next, we studied the influence of pH and temperature on the empty hydrogels (Figures 7A and B). The polymer concentration in both images is 3.33% (weight by weight). Dynamic Frequency Scan plots of PTY at 37 °C are shown in Figure 7A, each at three different pH values, namely 7.4, 6.5 and 6.0. The results showed that the influence of pH is particularly very strong. The polymer turns from a strong hydrogel at the pH of healthy tissue to a very weak hydrogel, almost liquid, at the pH of the cancerous tissue, due to the parallel decrease in the elastic modulus together with the decrease in the G'/G" ratio at pH=6.5. change is very pronounced and the hydrogel becomes liquid at an even lower pH=6.0.Although the pH dependence was very strong, temperature did not affect the strength of the polymer at each pH (Figure 7B) in the temperature range between 37 °C ( healthy cell) and 41°C (cancerous tissue).
[0063] Τέλος, μελετήσαμε τον απαιτούμενο χρόνο για την αυτοΐαση της υδρογέλης, δηλαδή τον απαιτούμενο χρόνο ώστε η υδρογέλη να έχει την αρχική ισχύ του μετά την εφαρμογή μιας υψηλής διατμητική τάσης για να γίνει υγρό. Η αυτοΐαση βασίζεται στην αλλαγή της τρισδιάστατης δευτεροταγούς δομής από α-έλικα ή β-φύλλο σε τυχαίο σπείραμα. Η διατμητική τάση, που εξαρτάται από την διάρκεια και την συχνότητα, μπορούν να κάνουν την δευτεροταγή δομή να ξεδιπλωθεί, έχοντας ως αποτέλεσμα την μείωση της οργάνωσης της πρωτεΐνης. Καθώς για την οργάνωση της υδρογέλης η τιμή του μέτρου ελαστικότητας αυξάνεται με αύξηση του ποσοστού του β-φύλλου, η διατμητική τάση προκαλεί την καταστροφή της οργάνωσης, μετατρέποντας το υλικό σε ρευστό υγρό. Σε κάθε περίπτωση, όταν η διατμητική τάση σταματά, η αρχική δευτεροταγής οργάνωση επανέρχεται, και η υδρογέλη σχηματίζεται εκπληκτικά γρήγορα. Ήταν πολύ σημαντικό, να βρούμε την κατάλληλη μακρομοριακή αρχιτεκτονική ώστε να έχουμε πολύ γρήγορη αυτοΐαση (αυτοδιόρθωση) έτσι ώστε όταν γίνεται η ένεση, το ρευστό μίγμα υδρογέλης και φαρμάκου να σχηματίζει γρήγορα υδρογέλη και να παραμένει στην περιοχή του καρκινικού ιστού, από το να παραμένει στην υγρή φάση και να εξαπλώνεται στον ιστό. Βρήκαμε ότι το γραμμικό πεντασυσταδικό έχει την καλύτερη αρχιτεκτονική για αυτή την ιδιότητα. Η παρουσία της εξωτερικής πολύ(L-λυσίνης) αναγκάζει τις υδροφοβικές αλυσίδες να οργανώνονται καλύτερα, προκαλώντας τον σχηματισμό μίας ισχυρής υδρογέλης. Επιπροσθέτως ήταν αναγκαίο να χρησιμοποιηθούν δυο υδροφοβικά κομμάτια στο ίδιο μόριο, που προκαλεί την οργάνωση και τον σχηματισμό μίας ισχυρής υδρογέλης. Τα δυο υδροφοβικά συστατικά δημιουργούν γέφυρες ανάμεσα σε διαφορετικές υδροφοβικές περιοχές, έχοντας ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό μιας πολύ καλά ορισμένης τρισδιάστατης διασυνδεδεμένης νανοδομής που περικλείεται από μεγάλες ποσότητες νερού που διατηρούν το μίγμα πολυμερους-νερου στη μορφή της υδρογέλης. Επιπροσθέτως, βρέθηκε ότι η πεντασυσταδικη μοριακή αρχιτεκτονική ήταν πολύ σημαντική για την γρήγορη αυτοΐαση (αυτοδιόρθωση) της υδρογέλης και επανόρθωση από την υγρή φάση. Το απλό δυσυσταδικό τριπολυμερές του τύπου πολύ(L-λυσίνη)-b-πολύ(L-ιστιδίνη-co-γ-βενζυλοεστέρας του-L-γλουταμικού οξέος) η του τρισυσταδικου πολύ(L-λυσίνη )-b-πολύ (L-ιστιδίνη-co-γ- βενζυλοεστέρας του-L-γλουταμικού οξέος))-b-πολύ(L-λυσίνη) είχαν την ιδιότητα της αυτοΐασης σε σημαντικά μεγαλύτερους χρόνους από το πεντασυσταδικό τριπολυμερές. Όταν η διατμητική τάση εφαρμόζεται, θα προκαλείται προφανώς το ξεδίπλωμα της μιας από των δυο υδροφοβικών αλυσίδων, καταστρέφοντας τις διασυνδέσεις και καταστρέφοντας έτσι την οργάνωση (ΕΙΚ. 8). Το δεύτερο υδροφοβικά κομμάτι που μένει συνδεδεμένο με άλλες υδροφοβικές αλυσίδες δημιουργεί μια «μνήμη» της οργάνωσης, έχοντας ως αποτέλεσμα εάν πολύ γρήγορο σχηματισμό της αυτοΐασης της υδρογέλης. Βρέθηκε ότι το πεντασυσταδικό τριπολυμερές απαιτεί λιγότερο από 7 δευτερόλεπτα για να αυτοΐαθεί ενώ το τρισυσταδικό και το δυσυσταδικό απαιτούν περισσότερο από 50 δευτερόλεπτα (ΕΙΚ. 9). [0063] Finally, we studied the time required for the self-healing of the hydrogel, that is, the time required for the hydrogel to have its initial strength after applying a high shear stress to become liquid. Self-healing is based on the change of 3D secondary structure from α-helix or β-sheet to random coil. Shear stress, which depends on duration and frequency, can cause the secondary structure to unfold, resulting in a reduction in protein organization. As for hydrogel organization the modulus value increases with increasing β-sheet percentage, the shear stress causes the organization to be destroyed, turning the material into a flowing liquid. In any case, when the shear stress stops, the original secondary organization is restored, and the hydrogel forms surprisingly quickly. It was very important to find the appropriate macromolecular architecture to have very fast self-healing (self-repair) so that when injected, the fluid mixture of hydrogel and drug quickly forms a hydrogel and remains in the area of the cancerous tissue, rather than remaining in the liquid phase and spread into the tissue. We found that the linear pentad has the best architecture for this property. The presence of external poly(L-lysine) forces the hydrophobic chains to organize better, causing the formation of a strong hydrogel. In addition, it was necessary to use two hydrophobic parts in the same molecule, which causes the organization and formation of a strong hydrogel. The two hydrophobic components create bridges between different hydrophobic regions, resulting in the formation of a well-defined three-dimensional interconnected nanostructure surrounded by large amounts of water that maintain the polymer-water mixture in the hydrogel form. In addition, it was found that the pentameric molecular architecture was very important for the rapid self-healing (self-repair) of the hydrogel and recovery from the liquid phase. The simple dibasic terpolymer of the type poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of-L-glutamic acid) or of the tribasic poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine -co-γ-benzyl ester of (L-glutamic acid))-b-poly(L-lysine) had the property of self-healing at significantly longer times than the pentamer terpolymer. When shear stress is applied, it will apparently cause unfolding of one of the two hydrophobic chains, destroying the cross-links and thus destroying the organization (FIG. 8). The second hydrophobic part that remains connected to other hydrophobic chains creates a "memory" of the organization, resulting in very rapid formation of the self-healing hydrogel. It was found that the pentablock terpolymer required less than 7 seconds to self-heal while the triblock and diblock required more than 50 seconds (FIG. 9).
Γ.3.Β. Ρεολογική συμπεριφορά της υδρογέλης με εγκλωβισμένο φάρμακο (Υδροτζεμ). C.3.B. Rheological behavior of hydrogel with entrapped drug (Hydrogem).
[0064] Η γεμσιταμπινη είναι ένα υδρόφιλο φάρμακο και παραμένει στην υδατική φάση, και κατά συνέπεια η προσθήκη του δεν αναμένεται να μεταβάλλει σημαντικά την ρεολογική συμπεριφορά της υδρογέλης, διότι η σταθερότητα του εξαρτάται από το υδρόφοβο τμήμα του πολυμερούς. Η πιο σημαντική παράμετρος που έπρεπε να τελειοποιήσουμε ήταν ο ρυθμός απελευθέρωσης του φαρμάκου. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η διάχυση του φαρμάκου και του νερού είναι πολύ αργή σε μία υδρογέλη, η απελευθέρωση του φαρμάκου εξαρτάται από το ρυθμό που η υδρογέλη μετατρέπεται από μορφή γέλης σε υγρό για να επιτευχθεί κατευθυνόμενη απελευθέρωση προς τον καρκινικό ιστό. Βρήκαμε ότι ο ρυθμός αυτού του μετασχηματισμού εξαρτάται από το αρχικό μέτρο ελαστικότητας της υδρογέλης, η οποία μπορεί να ελεγχθεί την συγκέντρωση του πολυμερούς. Προκειμένου να συσχετίσουμε άμεσα τις ιδιότητες ρεολογίας της υδρογέλης με τις in vivo ιδιότητες της σταθερότητας και της διάρκειας της υδρογέλης στο σώμα των ποντικών, πραγματοποιήσαμε μια «βαθμονόμηση» με μια υποδόρια ένεση σε υγιείς ποντικούς από το ίδιο πολυμερές με διαφορετικές συγκεντρώσεις και ως εκ τούτου διαφορετικό μέτρο ελαστικότητας G', καθώς και μέτρο ιξώδους G". Διαπιστώθηκε ότι σε συγκεντρώσεις 1:30 όταν το μέτρο ελαστικότητας στο 1 rad / sec ήταν 975,21 Pa η υδρογέλη έμεινε για 36 ημέρες, όταν ήταν 830,25 Pa έμεινε 8 ημέρες, όταν ήταν 346 Pa έμεινε 2 ημέρες, ενώ σε χαμηλότερο συντελεστή της υδρογέλης δεν έμεινε σε μορφή γέλης, αλλά κάτω από την πίεση του σώματος των ποντικών μένει στην υγρή μορφή. Τα δεδομένα φαίνονται στον Πίνακα 2. Είναι προφανές ότι ο μέτρο ελαστικότητας επηρεάζει δραματικά τον χρόνο που η υδρογέλη μένει στα ποντίκια. Gemcitabine is a hydrophilic drug and remains in the aqueous phase, and therefore its addition is not expected to significantly alter the rheological behavior of the hydrogel, because its stability depends on the hydrophobic part of the polymer. The most important parameter we had to perfect was the rate of drug release. Considering that the diffusion of drug and water is very slow in a hydrogel, drug release depends on the rate at which the hydrogel changes from a gel form to a liquid to achieve targeted release to the cancerous tissue. We found that the rate of this transformation depends on the initial elastic modulus of the hydrogel, which can be controlled by the polymer concentration. In order to directly correlate the rheology properties of the hydrogel with the in vivo properties of the stability and duration of the hydrogel in the body of mice, we performed a "calibration" with a subcutaneous injection in healthy mice of the same polymer with different concentrations and therefore different modulus of elasticity G', as well as modulus of viscosity G". It was found that at concentrations of 1:30 when the modulus of elasticity at 1 rad / sec was 975.21 Pa the hydrogel stayed for 36 days, when it was 830.25 Pa it stayed for 8 days, when it was 346 Pa it stayed for 2 days, while at a lower modulus of the hydrogel it did not stay in gel form, but under the body pressure of mice it stays in liquid form. The data are shown in Table 2. It is obvious that the modulus of elasticity dramatically affects the time the hydrogel stays in the mice.
Πίνακας 2. Επιρροή του G' στον χρόνο που η υδρογέλη μετατρέπεται σε υγρό. Table 2. Influence of G' on the time the hydrogel turns into a liquid.
[0065] Μία ελαφρώς διαφορετική συμπεριφορά παρατηρήθηκε όταν στην υδρογέλη εγκλωβίστηκε φάρμακο. Πραγματοποιήσαμε μετρήσεις ρεολογίας της υδρογέλης με εγκλωβισμένη γεμσιταμπίνη σε μία συγκέντρωση πολυμερούς και συγκεκριμένα 1:30 (πολυμερές:νερό (βάρος / βάρος)) και συγκέντρωση φαρμάκου 1:30 (φάρμακο:νερό (βάρος / βάρος)). Κατά συνέπεια, η αναλογία του φαρμάκου: πολυμερές ήταν 1: 1. A slightly different behavior was observed when drug was entrapped in the hydrogel. We performed rheology measurements of the hydrogel with entrapped gemcitabine at a polymer concentration namely 1:30 (polymer:water (w/w)) and a drug concentration of 1:30 (drug:water (w/w)). Consequently, the drug:polymer ratio was 1:1.
[0066] Βρέθηκε ότι η παρουσία του φαρμάκου οδήγησε σε ελαφρά σταθεροποίηση της υδρογέλης σε pH = 7.4 στους 37 °C υποδεικνύοντας το υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας σε σύγκριση με εκείνο της κενής (ΕΙΚ. 10Α). Το μέτρο ελαστικότητας αυξήθηκε από 975 της υδρογέλης έως 1100 Pa για το υδροτζεμ (υδρογέλη γεμσιταμπίνη) σε αυτό το pH και τη θερμοκρασία. Σε pH = 6,5 και θερμοκρασία 37 °C, η μείωση μέτρου ελαστικότητας δεν είναι τόσο υψηλή όπως στην περίπτωση της κενής υδρογέλης στην ίδια θερμοκρασία και το pH. Ωστόσο, δεδομένου ότι η μείωση του μέτρου του άδειου πολυμερούς σε pH = 6.5 ήταν πολύ μεγάλη, αυτό θα οδηγήσει σε μια γρήγορη κατάρρευση της υδρογέλης και θα χάσει τις ιδιότητες βραδείας απελευθέρωσής του. Κατά συνέπεια, η μείωση σε 350 Pa που συμβαίνει στο υδροτζεμ είναι οριακή και θα διατηρήσει την αργή μετατροπή της υδρογέλης σε υγρό και ως εκ τούτου την αργή απελευθέρωση του φαρμάκου. [0066] It was found that the presence of the drug led to a slight stabilization of the hydrogel at pH = 7.4 at 37 °C indicating the higher elastic modulus compared to that of the blank (FIG. 10A). The modulus of elasticity increased from 975 for the hydrogel to 1100 Pa for hydrogem (gemcitabine hydrogel) at this pH and temperature. At pH = 6.5 and temperature 37 °C, the modulus reduction is not as high as in the case of the empty hydrogel at the same temperature and pH. However, since the decrease in the modulus of the empty polymer at pH = 6.5 was too large, this will lead to a rapid collapse of the hydrogel and lose its slow-release properties. Consequently, the reduction to 350 Pa that occurs in the hydrogem is marginal and will maintain the slow conversion of the hydrogel to liquid and hence the slow release of the drug.
[0067] Στους 40 °C βλέπουμε μια ελαφρώς διαφορετική συμπεριφορά στις χαμηλές συχνότητες (ΕΙΚ. 10Β). Στην περίπτωση της κενής υδρογέλης δεν είδαμε καμία σημαντική διαφορά είτε στο μέτρο ελαστικότητας είτε στο μέτρο ιξώδους σε σύγκριση με τις τιμές σε 37 °C. Στους 40 °C, το μέτρο ελαστικότητας είναι σχεδόν ταυτόσημο με εκείνο που λαμβάνεται σε 37 °C, ωστόσο το μέτρο ιξώδους είναι μεγαλύτερο σε χαμηλές συχνότητες, κάτι που επιτρέπει στο υδροτζεμ να μετατραπεί σε υγρό ταχύτερα στους 40 °C (καρκινικού ιστού) και όχι στους 37 °C (υγιής ιστός). Ως εκ τούτου, είναι σαφές ότι εκτός από την ανταπόκριση του pH υπάρχει επίσης μια ασθενής θερμοκρασιακή ανταπόκριση του υδροτζεμ. [0067] At 40 °C we see a slightly different behavior at low frequencies (FIG. 10B). In the case of the blank hydrogel we did not see any significant difference in either the modulus of elasticity or the modulus of viscosity compared to the values at 37 °C. At 40 °C, the modulus of elasticity is almost identical to that obtained at 37 °C, however the viscosity modulus is greater at low frequencies, which allows the hydrojem to turn into liquid faster at 40 °C (tumor tissue) and not at 37 °C (healthy tissue). Therefore, it is clear that in addition to the pH response there is also a weak temperature response of the hydrogem.
Γ.3.Γ. Μελέτη των ιδιοτήτων Αυτοΐασης (αυτοδιόρθωσης) ως συνάρτηση της συγκέντρωσης του πολυμερούς και του pH. C.3.C. Study of Self-Healing (self-healing) properties as a function of polymer concentration and pH.
[0068] Οι αυτο-θεραπευτικές ιδιότητες (διατμητικής λέπτυνσης) της άδειας υδρογέλης και υδροτζεμ (υδρογέλη με εγκλωβισμένη γεμσιταμπίνη) αξιοποιήθηκαν προσεκτικά επειδή αυτές οι ιδιότητες είναι αναγκαίες για να καταστήσουν την υδρογέλη ενέσιμη. Πρώτα μελετήθηκε η αυτο-ίαση της άδειας υδρογέλης με ρεολογία. Μια ισχυρή τάση διάτμησης εφαρμόστηκε στης υδρογέλη και υδροτζεμ, καθιστώντας το υγρό. Η τάση διάτμησης (χρόνος 0) τότε σταμάτησε και μετρήθηκε ο χρόνος που απαιτείται για να επιστρέφουν στην ίδια ακριβώς τιμή G Διαπιστώθηκε ούτε η συγκέντρωση ούτε το pH επηρέασαν σημαντικά το χρόνο που απαιτείται για την κενή υδρογέλη (ΕΙΚ. 11, 12) ή υδροτζεμ (ΕΙΚ. 13) για να αυτο-επουλωθούν. [0068] The self-healing (shear thinning) properties of the blank hydrogel and hydrogem (gemcitabine-entrapped hydrogel) were carefully exploited because these properties are necessary to make the hydrogel injectable. First, the self-healing of the hollow hydrogel was studied by rheology. A strong shear stress was applied to the hydrogels and hydrogems, making them liquid. The shear stress (time 0) was then stopped and the time required for them to return to exactly the same G value was measured. FIG. 13) to self-heal.
[0069] Είναι προφανές ότι σε όλες τις περιπτώσεις (ΕΙΚ. 11-13) ο χρόνος που απαιτείται για την υδρογέλη να αυτο-επουλωθεί είναι μικρότερος από 7 δευτερόλεπτα. Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια της έγχυσης του κάθε σκευάσματος της υδρογέλης (υδροτζεμ) στα ποντίκια, ακόμη και πριν από την ολοκλήρωση της ένεσης η υδρογέλη έχει ανακάμψει και έχει αυτο-επουλωθεί. Αυτό οφείλεται στην εκδίπλωσης της δευτερογενούς δομής που προκαλείται κατά τη διάρκεια της εφαρμογής της τάσης διάτμησης που οδηγεί σε μερική καταστροφή της αυτο-οργάνωσης, δημιουργώντας έτσι ένα παχύρρευστο υγρό. Ωστόσο, λόγω της ύπαρξης δύο μερών συσσωμάτωσης ανά μονή αλυσίδας, ακόμη και εάν ένα από τα δύο τμήματα ξετυλίγεται η άλλη πιθανώς συνεχίζει να συσσωματώνεται δημιουργώντας μια μνήμη για τις πολυμερικές αλυσίδες, προκειμένου να ξανα-ανακαμψει γρήγορα όταν η τάση διάτμησης σταματήσει. Η μακρομοριακή αρχιτεκτονική δημιουργεί "μνήμη" στα μόρια για να ανακάμψουν γρήγορα μετά την ολοκλήρωση της έγχυσης της υγρής υδρογέλης σε ποντικούς (στάση τάσης διάτμησης). [0069] It is evident that in all cases (FIGS. 11-13) the time required for the hydrogel to self-heal is less than 7 seconds. This means that during the injection of each hydrogel (hydrogem) formulation into the mice, even before the completion of the injection the hydrogel has recovered and self-healed. This is due to the unfolding of the secondary structure induced during the application of the shear stress leading to a partial destruction of the self-organization, thus creating a viscous liquid. However, due to the existence of two aggregation moieties per single chain, even if one of the two segments unwinds the other probably continues to aggregate creating a memory for the polymer chains to quickly recover when the shear stress ceases. The macromolecular architecture creates "memory" in the molecules to quickly recover after the liquid hydrogel injection is completed in mice (shear stress state).
Γ.4. Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (ΗΜΣ) της υδρογέλης. C.4. Scanning Electron Microscopy (SEM) of the hydrogel.
[0070] Τρία διαφορετικά φιαλίδια της ίδιας ποσότητας πολυμερούς και νερού προσαρμόστηκαν ως προς το pH με την προσθήκη μιας μικρής ποσότητας αραιού HCI, παρασκευάστηκαν δηλαδή σε pΗ=7,4, pΗ=6,5 και pΗ=6,0. Τα τελικά μίγματα απεικονίζονται στην ΕΙΚ. 14. Δείγμα της υδρογέλης με pΗ=7,4 και pΗ=6,5 καταψύχθηκαν γρήγορα με υγρό άζωτο και στη συνέχεια το νερό λυοφιλιώθηκε υπό υψηλό κενό. Η ΗΜΣ των δειγμάτων φαίνεται στην ΕΙΚ. 15. Είναι προφανές ότι η ΗΜΣ σε pΗ=7.4 έχει μια τρισδιάστατη δομή διασυνδεδεμένων νανοδομών που κρατά το μείγμα με τη μορφή υδρογέλης, ενώ η δομή σε 6.5 καταρρέει δίνοντας την μορφή μιας δομής σχεδόν υγρού. Three different vials of the same amount of polymer and water were pH-adjusted by adding a small amount of dilute HCl, i.e. prepared at pH=7.4, pH=6.5 and pH=6.0. The final mixtures are depicted in FIG. 14. Sample of the hydrogel with pH=7.4 and pH=6.5 were flash frozen with liquid nitrogen and then the water was lyophilized under high vacuum. The EMF of the samples is shown in FIG. 15. It is evident that the EMC at pH=7.4 has a three-dimensional structure of interconnected nanostructures that keeps the mixture in the form of a hydrogel, while the structure at 6.5 collapses giving the form of an almost liquid structure.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2 EXAMPLE 2
Σύνθεση αμφίφυλων υβριδικών πεντασυσταδικών τετραπολυμερών υδρογέλης (ΑΠΤΥ) Synthesis of amphiphilic hybrid pentacomponent tetrapolymer hydrogels (APTY)
Α. Περίληψη. A. Summary.
[0071] Τα αμφίφυλα πεντασυσταδικά υβριδικά τετραπολυμερή που σχηματίζουν υδρογέλη (ΑΠΤΥ) είναι συνθετικά υλικά που σχηματίζονται από τη χρήση πολυμερούς υλικού του τύπου πολυ(L-λυσίνη)-b-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γ-βένζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-πολυ(αιθυλενοξείδιο)-b-πολυ(L-ιστιδίνη-co-γ- βένζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(L-λυσίνη). Οι ιδιότητές τους μπορούν να μεταβάλλονται με μεταβολή της μοριακής αναλογίας πολύ-γ- βένζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος/πολύ(L-ιστιδίνη) του υδρόφοβου μέρους και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για βιοϊατρικές εφαρμογές. Το μέγεθος, η ακαμψία και η πυκνότητα του ΑΠΤΥ μπορεί να ρυθμιστεί μεταβάλλοντας τη συγκέντρωση ΑΠΤΥ, το pH και την σύσταση. Για κάθε ΑΠΤΥ, αυξημένη συγκέντρωση ή υψηλότερες τιμές του pH ή χαμηλότερη θερμοκρασία είχε σαν αποτέλεσμα αυξημένη ισχύ της γέλης in vitro. Διαπιστώθηκε ότι η μεσαία υδρόφιλη συστάδα πολυ(αιθυλενοξειδίου) θα πρέπει να έχει ένα υψηλό μοριακό βάρος, προκειμένου να σχηματιστούν ισχυρές υδρογέλες σε συγκεντρώσεις τόσο χαμηλές όσο 4% (βάρος/βάρος) σε νερό. Το μοριακό βάρος της μεσαίας συστάδας πολυ(αιθυλενοξειδίου) κυμαινόταν από 6.0 x 10<3>, 10.0 x 10<3>και 20 x 10<3>g / mol, ενώ η (L-ιστιδίνη-co-γ- βένζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος) και πολύ (L-λυσίνη) παρέμειναν σταθερά. Το μοριακό βάρος της συστάδας πολυ(L-λυσίνη) είχε μοριακό βάρος 7.7 x 10<3>g / mol, ενώ η πολύ (L-ιστιδίνη-co-γ-βένζυλοεστέρας του L-γλουταμικού οξέος) συστάδα είχε ένα μοριακό βάρος 7.1 x 10<3>g / mol. Διαπιστώθηκε ότι η μοριακή αναλογία 50% κατά mol της πολύ(L-ιστιδίνης) στην πολυπεπτιδική συστάδα έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα σχετικά με την ισχυρή pH και θερμοκρασιακή ανταπόκριση σε συνδυασμό με χαμηλή συγκέντρωση πολυμερούς για να επιτευχθεί η επιθυμητή ισχύ της υδρογέλης. [0071] Amphiphilic pentablock hybrid hydrogel-forming tetrapolymers (APTYs) are synthetic materials formed by using a polymer material of the type poly(L-lysine)-b-poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamate acid)-poly(ethylene oxide)-b-poly(L-histidine-co-γ-L-glutamic acid benzyl ester)-b-poly(L-lysine). Their properties can be altered by changing the poly-γ-benzyl ester of L-glutamic acid/poly(L-histidine) molar ratio of the hydrophobic part and can be used for biomedical applications. The size, stiffness and density of APTY can be tuned by varying the APTY concentration, pH and composition. For each APTY, increased concentration or higher pH values or lower temperature resulted in increased gel strength in vitro. It was found that the hydrophilic poly(ethylene oxide) middle block should have a high molecular weight in order to form strong hydrogels at concentrations as low as 4% (w/w) in water. The molecular weight of the poly(ethylene oxide) middle block ranged from 6.0 x 10<3>, 10.0 x 10<3> and 20 x 10<3>g/mol, while the (L-histidine-co-γ-benzyl ester of L -glutamic acid) and poly (L-lysine) remained stable. The molecular weight of the poly(L-lysine) cluster had a molecular weight of 7.7 x 10<3>g / mol, while the poly(L-histidine-co-γ-benzyl ester of L-glutamic acid) cluster had a molecular weight of 7.1 x 10<3>g/mol. It was found that the molar ratio of 50% by mol of poly(L-histidine) in the polypeptide cluster gave the best results regarding strong pH and temperature response in combination with low polymer concentration to achieve the desired strength of the hydrogel.
Β. Μέθοδοι. B. Methods.
B.l. Σύνθεση των ΑΠΤΥ B.l. Composition of APTY
[0072] Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση των πολυμερών, καθώς και οι μέθοδοι χαρακτηρισμού ήταν οι ίδιες με εκείνες που περιγράφονται στο Πείραμα 1. α, ω- Διάμινο τερματισμένο ΡΕΟ αγοράστηκε από το εμπόριο. Οι Μέθοδοι Χαρακτηρισμού περιγράφονται στο Πείραμα 1. The materials used for the synthesis of the polymers, as well as the characterization methods were the same as those described in Experiment 1. α,ω-Diamino terminated PEG was purchased commercially. Characterization Methods are described in Experiment 1.
[0073] Γενική σύνθεση πολυπεπτιδίου. Οι αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση των υλικών ΑΠΤΥ φαίνονται στην ΕΙΚ. 16Α και ΕΙΚ. 16Β. Οι αντιδραστήρες πολυμερισμού σχεδιάστηκαν για να έχουν έναν όγκο τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερο από τον όγκο του CO2 που παράγεται από κάθε πολυμερισμό. Πολυμερισμοί διεξήχθησαν με α,ω-διάμινο ακροδραστικών πολυαιθυλενοξειδίων ως διδραστικό μακροαπαρχητή. Για τη σύνθεση του πεντασυσταδικού πολύ (L-λυσίνη )-δ-πολυ ( L-ιστιδίνη-cO-γ- βενζυλοεστέρας του - L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(αιθυλενοξείδιο)-b-πολυ(1-ιστιδίνη-coγ-βενζυλοεστέρας του-L-γλουταμικού οξέος)-b-πολυ(L-λυσίνη), το Η2Ν-ΡΕΟ-ΝΗ2 ξεκινά τον συμιπολυμερισμό των μονομερών Ν<IM>-Τrt-L-ιστιδίνη Ν-καρβόξυ ανυδρίτη (NCA, HIS-NCA) και γβενζυλοεστέρα το u - L-γλουταμικο ύ οξέος NCA (BLG-NCA). Όλοι οι χειρισμοί διεξήχθησαν υπό υψηλό κενό σε ιδιοκατασκευασμενους από γυαλί αντιδραστήρες, που είναι εξοπλισμένοι με γυάλινα υμένια, μαγνήτες με γυάλινη επικάλυψη, και στενώσεων για την προσθήκη των αντιδραστηρίων, ακολουθώντας καθιερωμένες τεχνικές υψηλού κενού. [0073] General polypeptide synthesis. The reactions used to synthesize the APTY materials are shown in FIG. 16A and FIG. 16B. The polymerization reactors were designed to have a volume at least three times the volume of CO2 produced by each polymerization. Polymerizations were carried out with a,o-diamino acroreactive polyethylene oxides as a bireactive macroinitiator. For the synthesis of the pentacomponent poly(L-lysine)-δ-poly(L-histidine-cO-γ- benzyl ester of -L-glutamic acid)-b-poly(ethylene oxide)-b-poly(1-histidine-coγ- -L-glutamic acid benzyl ester)-b-poly(L-lysine), H2N-PEO-NH2 initiates copolymerization of monomers N<IM>-Trt-L-histidine N-carboxy anhydride (NCA, HIS-NCA) and u-L-glutamic acid gbenzyl ester NCA (BLG-NCA). All manipulations were performed under high vacuum in custom-made glass reactors, equipped with glass membranes, glass-coated magnets, and constrictions for the addition of reagents, following established high vacuum techniques.
[0074] Ο πολυμερισμός πραγματοποιήθηκε σε ιδιοκατασκευασμένη συσκευή, η οποία διαθέτει μια φιάλη 250ml με εσμύρισμα, εξοπλισμένη με στρόφιγγα υψηλού κενού για την περιοδική απαέρωση του διαλύματος και μία μαγνητική ράβδο ανάδευσης που επικαλύπτεται με γυαλί. Επίσης, η συσκευή διαθέτει δύο ιδιοκατασκευασμένες γυάλινες αμπούλες με δύο εσμυρίσματα για κάθε μία από τις αμπούλες για την προσθήκη των μονομερών. Η συσκευή αρχικά συνδέεται με τη γραμμή κενού μέσω του εσμυρίσματος και απαερώνεται. Η εκκένωση της συσκευής ελέγχθηκε με τη χρήση μίας μηχανής Tesla και επιβεβαιώθηκε ότι η κατασκευή της συσκευής, χρησιμοποιώντας τις τεχνικές υάλινης εμφύσησης, ήταν επιτυχής. Η συσκευή στη συνέχεια ξηραίνεται με φλόγα αρκετές φορές. Στη συνέχεια μεταφέρθηκε στον θάλαμο αργού και προστέθηκαν 0.2 g από τον διδραστικό ακροδραστικό πολυαιθυλενοξείδιο (NH2-ΡΕΟ-ΝΗ2) που έχει μοριακό βάρος = 20.0 x 10<3>g / mol (1.0 χ 10<s>mol). Η συσκευή συνδέεται με γραμμή κενού και απαερώνεται. Στη συνέχεια, 30 ml εξαιρετικά ξηρού βενζολίου αποστάχθηκαν και ο μακροαπαρχητής διαλύθηκε. Το διάλυμα αναδεύτηκε για δύο ώρες και το βενζόλιο αποστάζει έως ξηρού. Η συσκευή έμεινε για μια νύχτα στην γραμμή υψηλού κενού. Την επόμενη μέρα 30 ml υψηλής καθαρότητας διμεθυλοφορμαμιδίου (DMF) αποστάζονται ακολουθεί η διάλυση του μακροαπαρχητή. Στη συνέχεια, η συσκευή εισήχθη εκ νέου στον θάλαμο αργού, ένα μίγμα 0.3384g του HIS-NCA (8.0 x10<-4>mol) και 0.2104g του BLG-NCA (8.0 x 10<-4>mol) προστέθηκε σε μία αμπούλα εξοπλισμένη με εσμύρισμα και τεχνητή υάλινη στένωση. Η συσκευή συνδέεται με τη γραμμή κενού μέσω του εσμυρίσματος της αμπούλας που περιέχει το μίγμα, εκκενώθηκε, ακολουθούμενη από απόσταξη 5 ml υψηλής καθαρότητας DMF και η συσκευή αφαιρέθηκε από τη γραμμή κενού μέσω θερμικής σφράγισης της τεχνητής υάλινης στένωσης, και το μίγμα των δύο μονομερών διαλύθηκε. Η προσθήκη του μονομερούς προστέθηκε μέσω της ρήξης του του υάλινου υμενίου της αμπούλας, και το διάλυμα αναδεύεται έντονα. Η κατανάλωση των μονομερών παρακολουθήθηκε με FT-IR μέσω απομάκρυνσης ενός δείγματος του διαλύματος στο θάλαμο αργού. Το διάλυμα περιοδικά αντλείται για την αφαίρεση του CO2που παράγεται από τον πολυμερισμό. Ο πολυμερισμός πραγματοποιείται επί 7 ημέρες. Στη συνέχεια προστέθηκε το μονομερές ε-τ-βουτυλοξυκαρβονυλ-L-λυσίνη Ν-καρβοξυ ανυδρίτης (Lys-NCA) χρησιμοποιώντας την άλλη αμπούλα και ακολουθώντας την ίδια διαδικασία ακριβώς. Προσθέσαμε 3.27 x 10<-1>g της Lys-NCA (1.2 x10<-3>mol). Ο πολυμερισμός συνεχίστηκε για 3 ημέρες. Μετά την ολοκλήρωση του πολυμερισμού, το πολυμερές καταβυθίστηκε σε διαιθυλαιθέρα (300 ml) και διηθήθηκε χρησιμοποιώντας μία συσκευή Buchner με φίλτρο 0.45 pm. Στην συνέχεια ξηραίνεται υπό υψηλό κενό (0.82 g 77% απόδοση). Το πολυμερές διαλύθηκε σε CH2CI2(5 ml) και μετά προστέθηκαν 10ml τριφθοροξικού οξέος (TFA). Το πολυμερές αφέθηκε να αποπροστατεύεται για 1 ώρα σε θερμοκρασία δωματίου, και τα διαλύματα έγιναν κιτρινωπό-ανοιχτό καφέ. Στη συνέχεια, τριαιθυλοσιλάνιο προστέθηκε στάγδην έως ότου το διάλυμα έγινε από κίτρινο-ανοιχτό καφέ σε άχρωμο. Το διάλυμα χύθηκε σε διαιθυλαιθέρα (200 ml), και το λευκό στερεό διηθείται και ξηραίνεται. Το λευκό στερεό στη συνέχεια προστέθηκε σε νερό και υποβλήθηκε σε διαπίδυση έναντι 2 λίτρων ύδατoς MilliQ με p~5 (ρυθμισμένο με ένα αραιό υδατικό διάλυμα HCI) επί δύο φορές. Μετά από αυτό υποβλήθηκε σε διαπίδυση έναντι 2 λίτρων ύδατος MilliQ με pΗ~9 για τέσσερις φορές και δύο φορές σε καθαρό νερό MilliQ. Τέλος, το διάλυμα πολυμερούς ξηράνθηκε με λυοφιλοποίηση για να δώσει το αντίστοιχο πολυμερές ως λευκή σκόνη. Το πολυμερές που πήραμε τελικά ήταν 0,5 g (46% απόδοση). [0074] The polymerization was carried out in a self-made apparatus, which has a 250 ml ground flask equipped with a high vacuum stopcock to periodically degas the solution and a glass-coated magnetic stirring bar. Also, the device has two self-made glass ampoules with two grinds for each of the ampoules for adding the monomers. The device is initially connected to the vacuum line through the burr and vented. The discharge of the device was tested using a Tesla machine and it was confirmed that the fabrication of the device using glass blowing techniques was successful. The device is then flame dried several times. It was then transferred to the argon chamber and 0.2 g of the bireactive acroreactive polyethylene oxide (NH2-PEO-NH2) which has a molecular weight = 20.0 x 10<3>g / mol (1.0 x 10<s>mol) was added. The device is connected to a vacuum line and degassed. Then 30 ml of ultra-dry benzene was distilled off and the macroinitiator was dissolved. The solution was stirred for two hours and the benzene distilled to dryness. The apparatus was left overnight in the high vacuum line. The next day 30 ml of high purity dimethylformamide (DMF) is distilled followed by dissolution of the macroinitiator. Then, the device was reinserted into the argon chamber, a mixture of 0.3384g of HIS-NCA (8.0 x10<-4>mol) and 0.2104g of BLG-NCA (8.0 x 10<-4>mol) was added to an ampoule equipped with grinding and artificial glass constriction. The device is connected to the vacuum line by grinding the ampoule containing the mixture, it was evacuated, followed by distillation of 5 ml of high-purity DMF, and the device was removed from the vacuum line by heat sealing the artificial glass constriction, and the mixture of the two monomers was dissolved . Addition of monomer was added by breaking the glass membrane of the ampoule, and the solution was stirred vigorously. The consumption of the monomers was monitored by FT-IR by removing a sample of the solution in the argon chamber. The solution is periodically pumped to remove the CO2 produced by the polymerization. Polymerization is carried out for 7 days. The monomer t-butyloxycarbonyl-L-lysine N-carboxy anhydride (Lys-NCA) was then added using the other ampoule and following exactly the same procedure. We added 3.27 x 10<-1>g of Lys-NCA (1.2 x10<-3>mol). Polymerization was continued for 3 days. After completion of polymerization, the polymer was precipitated in diethyl ether (300 ml) and filtered using a Buchner apparatus with a 0.45 pm filter. It is then dried under high vacuum (0.82 g 77% yield). The polymer was dissolved in CH 2 Cl 2 (5 ml) and then 10 ml of trifluoroacetic acid (TFA) was added. The polymer was allowed to deprotect for 1 hour at room temperature, and the solutions turned yellowish-light brown. Triethylsilane was then added dropwise until the solution turned from yellow-light brown to colorless. The solution was poured into diethyl ether (200 mL), and the white solid was filtered and dried. The white solid was then added to water and dialyzed against 2 L MilliQ water with p~5 (buffered with a dilute aqueous HCl solution) twice. It was then dialyzed against 2 liters of MilliQ water at pH ∼9 for four times and twice into pure MilliQ water. Finally, the polymer solution was freeze-dried to give the corresponding polymer as a white powder. The polymer finally obtained was 0.5 g (46% yield).
Γ. Αποτελέσματα C. Results
Γ.1. Φυσικοχημικός Χαρακτηρισμός του ΑΠΤΥ. C.1. Physicochemical Characterization of APTY.
[0075] Το πεντασυσταδικό τετραπολυμερές χαρακτηρίστηκε αναλυτικά από έναν συνδυασμό μεθόδων συμπεριλαμβανομένων χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους, FTIR και φασματοσκοπία<1>Η NMR. Οι συνδυασμένες μέθοδοι χαρακτηρισμού αποκάλυψαν ότι το πεντασυσταδικό τετραπολυμερές ήταν εκείνο που αναμένεται από την στοιχειομετρία και τον σχεδίασμά της σύνθεσης. Τα μοριακά χαρακτηριστικά ΑΠΤΥ δίνονται στον Πίνακα 1. The pentameric tetrapolymer was analytically characterized by a combination of methods including size exclusion chromatography, FTIR and <1>H NMR spectroscopy. The combined characterization methods revealed that the pentacomponent tetrapolymer was that expected from the stoichiometry and the synthesis design. APTY molecular characteristics are given in Table 1.
Πίνακας 1. Μοριακά Χαρακτηριστικά του πεντασυσταδικού τετραπολυμερούς PLys60-b-(PHis20-co-PBLG20)-PEO-b-(PHiS20-co-PBLG20)-b-PLys6Table 1. Molecular Characteristics of the pentacomponent tetrapolymer PLys60-b-(PHis20-co-PBLG20)-PEO-b-(PHiS20-co-PBLG20)-b-PLys6
Γ.Ι.Α. Ρεολογικές μετρήσεις για την μελέτη της ισχύος της υδρογέλης σα συνάρτηση του pH και της θερμοκρασίας. FOR. Rheological measurements to study hydrogel strength as a function of pH and temperature.
[0076] Μετρήσεις Ρεολογίας πραγματοποιήθηκαν σε δύο διαφορετικές τιμές pH 7.4 και 6.5, δηλαδή το pH του υγιούς και του καρκίνου ιστού. Σε αυτές τις τιμές pH διεξήχθησαν ρεολογικές μετρήσεις σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες, δηλ. 25, 37 και 40 °C. Τα αποτελέσματα φαίνονται στις ΕΙΚ. 17-20. Από τα διαγράμματα Δυναμικής Σάρωσης Συχνότητας (DFS) είναι προφανές ότι η υδρογέλη είναι αποκρίσιμο στα διαφορετικά pH και θερμοκρασίες. Η ισχύς της υδρογέλης επηρεάζεται σημαντικά από τη θερμοκρασία και το pH μεταξύ του υγιούς και του καρκινικού ιστού. Πιο σημαντικά, η ισχύς της υδρογέλης μειώνεται πηγαίνοντας από τιμές του υγιούς σε τιμές καρκινικού ιστού. Κατά συνέπεια, το υλικό αυτό αναμένεται να ανταποκριθεί ακόμη περισσότερο στοχευμένα σε καρκινικούς ιστούς, και να λιώσει μόνο προς τους καρκινικούς ιστούς σε σχέση με τους υγιείς ιστούς, και τελικά, το ΑΠΤΥ θα απελευθερώσει κατευθυνόμενα αντικαρκινικά φάρμακα επιλεκτικά στους ιστούς του καρκίνου. Rheology measurements were performed at two different pH values of 7.4 and 6.5, i.e. the pH of healthy and cancer tissue. At these pH values, rheological measurements were carried out at three different temperatures, i.e. 25, 37 and 40 °C. The results are shown in FIGs. 17-20. From the Dynamic Frequency Scan (DFS) plots it is evident that the hydrogel is responsive to different pH and temperature. The strength of the hydrogel is significantly affected by the temperature and pH between healthy and cancerous tissue. More importantly, hydrogel strength decreases going from healthy to cancerous tissue values. Consequently, this material is expected to respond even more targeted to cancerous tissues, and melt only towards the cancerous tissues compared to the healthy tissues, and finally, APTY will release targeted anticancer drugs selectively to the cancer tissues.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3 EXAMPLE 3
In Vivo και In Vitro μελέτες του Υδροτζέμ (υδρογέλη με εγκλωβισμένη γεμσιταμπίνη). In Vivo and In Vitro studies of Hydrogem (hydrogel with entrapped gemcitabine).
Α. Περίληψη. A. Summary.
[0077] Η in vitro μελέτη δεν κατέληξε σε κάποιο συμπέρασμα λόγο τεχνικών προβλημάτων που αντιμετωπίσαμε υπό τις συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες. Η in vivo μελέτη πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ΡΤΗ υδρογέλης και υδροτζέμ. Το υδροτζέμ αποτελείται από υδρογέλη στο οποίο έχει εγκλωβιστεί η γεμσιταμπίνη. Η ποσότητα της γεμσιταμπίνης που εγκλωβίστηκε ήταν 1:1 σε σχέση με το βάρος του ΡΤΗ δηλαδή το βάρος του φαρμάκου ισούταν με το βάρος του πολυμερούς. Η in vivo μελέτη διεξήχθη με τη χρήση ανθρώπινων ξενομοσχευμάτων του καρκίνου του παγκρέατος σε ανοσοκατεσταλμένους μύες. Οι αρχικές μελέτες πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση υδρογέλης που σχηματίζεται από poly(L-leucine) αντί για poly(y-benzyl-L-glutamate) στο ΡΤΗ υλικό. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το υλικό με poly(L-leucine) προκαλούσε τοξικότητα σε συγκεντρώσεις του πολυμερούς πάνω από 100mg/kg. Οι μελέτες οξείας τοξικότητας στο ελεύθερο ΡΤΗ έδειξαν ότι το υλικό του πολυμερούς δεν επέφερε τοξικότητα σε συγκεντρώσεις μέχρι και 400mg/kg. Πέντε διαφορετικές ομάδες μυών χρησιμοποιήθηκαν: α) αθεράπευτα, δηλαδή δεν έλαβαν ούτε πολυμερές ούτε φάρμακο β) αυτά που έλαβαν το σκέτο ΡΤΗ πολυμερές σε συγκέντρωση ίδια με αυτή του υδροτζέμ γ) αυτά στα οποία χορηγήθηκε γεμσιταμπίνη ενδοπεριτονιακά δ) αυτά που έλαβαν γεμσιταμπίνη υποδόρια περιφερειακά του καρκινικού όγκου και ε) αυτά που έλαβαν υδροτζέμ υποδόρια και περιφερειακά του όγκου. Η in vivo μελέτη έδειξε ότι το υδροτζέμ είναι αρκετά αποτελεσματικό αφού καθυστερεί την ανάπτυξη των ξενομοσχευμάτων του παγκρέατος. Αυτό φάνηκε καθώς στην ομάδα των ποντικών που έλαβαν το υδροτζέμ, σε συγκέντρωση μισή από αυτή που χρησιμοποιήθηκε για το ελεύθερο φάρμακο περιφερειακά του καρκινικού όγκου, η μείωση της ανάπτυξης των όγκων ήταν συγκρίσιμη και ακόμα καλύτερη. Αυτό δείχνει ότι το πολυμερές κατευθύνει επιλεκτικά τη απελευθέρωση του φαρμάκου προς τον καρκινικό ιστό παρά στον υγιή. [0077] The in vitro study was inconclusive due to technical problems encountered under the specific experimental conditions. The in vivo study was performed using PTH hydrogel and hydrogem. Hydrojem consists of a hydrogel in which gemcitabine is entrapped. The amount of gemcitabine entrapped was 1:1 in relation to the weight of PTH ie the weight of the drug was equal to the weight of the polymer. The in vivo study was performed using human pancreatic cancer xenografts in immunocompromised muscles. Initial studies were performed using a hydrogel formed from poly(L-leucine) instead of poly(γ-benzyl-L-glutamate) in the PTH material. The results showed that the material with poly(L-leucine) caused toxicity at polymer concentrations above 100mg/kg. Acute toxicity studies on free PTH showed that the polymer material did not induce toxicity at concentrations up to 400mg/kg. Five different groups of muscles were used: a) untreated, i.e. they received neither polymer nor drug b) those that received the pure PTH polymer at the same concentration as hydrogem c) those that received gemcitabine intraperitoneally d) those that received gemcitabine subcutaneously peripheral to cancerous tumor and e) those who received hydrogem subcutaneously and peripheral to the tumor. The in vivo study showed that hydrojem is quite effective since it delays the growth of pancreas xenografts. This was seen as in the group of mice that received the hydrogem, at a concentration half that used for the free drug around the tumor, the reduction in tumor growth was comparable and even better. This indicates that the polymer selectively directs drug release to cancerous tissue rather than healthy tissue.
Β. Μέθοδοι. B. Methods.
[0078] Α. Μελέτες in vitro. Για τη μελέτη κυτταροτοξικότητας χρησιμοποιήσαμε CHO(Chinese Hamster Ovarian cells) κύτταρα. Τη πρώτη μέρα τοποθετήσαμε 100μl υδρογέλης σε 9 οπές μικροπλακιδίου κυτταροκαλλιέργιας 96 θέσεων. Στη συνέχεια το πλακίδιο επωάστηκε στους 37°C ούτος ώστε η υδρογέλη να ομογενοποιηθεί και να καλύψει ολόκληρη την επιφάνεια του πηγαδιού. Στη συνέχεια σε τρία από τα πηγαδάκια, προσθέσαμε 5000 CHO κύτταρα, σε 100μl. Κύτταρα CHO ( 5000 κύτταρα/οπή σε 100μl καλλιεργητικού υλικού, RPMI 1640, εμπλουτισμένο με αντιβιοτικά, γλουταμίνη και 10% εμβρυϊκό ορό μοσχαριού) επίσης καλλιεργήθηκαν στο ίδιο πιάτο ως μάρτυρας ελέγχου της φυσιολογικής ανάπτυξης των κυττάρων ή/ και για την προσθήκη υδρογέλης μετά από 24 ώρες καλλιέργειας. 24 ώρες μετά την καλλιέργεια των κυττάρων, προσθέσαμε 100μl υδρογέλης στις οπές όπου υπήρχαν μόνο κύτταρα. Παράλληλα στις οπές που είχαμε μόνο υδρογέλη προσθέσαμε κύτταρα CHO σε συγκέντρωση 5000 κύτταρα/ οπή. Η καλλιέργεια συνεχίστηκε για 24 ώρες και στο τέλος μελετήσαμε και συγκρίναμε την ανάπτυξη των κυττάρων με αυτή των κυττάρων που καλλιεργήθηκαν χωρίς την παρουσία υδρογέλης. A. In vitro studies. For the cytotoxicity study we used CHO (Chinese Hamster Ovarian cells) cells. On the first day, we placed 100μl of hydrogel in 9 wells of a 96-well cell culture microplate. The plate was then incubated at 37°C so that the hydrogel homogenized and covered the entire surface of the well. Then in three of the wells, we added 5000 CHO cells, in 100μl. CHO cells (5000 cells/well in 100μl culture medium, RPMI 1640, supplemented with antibiotics, glutamine and 10% fetal calf serum) were also cultured in the same dish as a control control for normal cell growth and/or for the addition of hydrogel after 24 cultivation hours. 24 hours after cell culture, we added 100μl of hydrogel to the wells where there were only cells. At the same time, in the wells that had only hydrogel, we added CHO cells at a concentration of 5000 cells/well. The culture continued for 24 hours and at the end we studied and compared the cell growth with that of cells cultured without the presence of hydrogel.
[0079] Β. In vivo μελέτη. Για την μελέτη τοξικότητας σε ζωικά πρότυπα καρκίνου χρησιμοποιήσαμε NOD-SCID (NOD.CB17-Prkdcscid/J) ποντίκια τα οποία προμηθευτήκαμε από τα εργαστήρια Jackson Laboratory (The Jackson Laboratory 600Main Street Bar Harbor, Maine 04609 USA). Η αποικία διατηρήθηκε σε περιβάλλον ελεύθερο από παθογόνα σε κλωβούς τύπου IIL. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν αρσενικοί και θηλυκοί μύες. Όλα τα ζώα διατηρηθήκαν σε συνθήκες απαλλαγμένες από ειδικά παθογόνα (SPF conditions) στη μονάδα ζώων του εργαστηρίου μας (EL42-BI002) με ελεύθερη πρόσβαση σε νερό και φαγητό. Ο χειρισμός και ο πειραματισμός των ζώων έγινε σύμφωνα με την ελληνική ισχύουσα νομοθεσία καθώς και τις κατευθυντήριες γραμμές της Ευρωπαϊκής Ένωσης και το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο (86/609 και ETS123, αντίστοιχα). [0079] B. In vivo study. For the toxicity study in animal cancer models we used NOD-SCID (NOD.CB17-Prkdcscid/J) mice which we obtained from the Jackson Laboratory (The Jackson Laboratory 600 Main Street Bar Harbor, Maine 04609 USA). The colony was maintained in a pathogen-free environment in type IIL cages. Male and female muscles were used in the present study. All animals were maintained under specific pathogen-free conditions (SPF conditions) in our laboratory animal unit (EL42-BI002) with free access to water and food. The handling and experimentation of the animals was done in accordance with the current Greek legislation as well as the guidelines of the European Union and the European Council (86/609 and ETS123, respectively).
[0080] Γ. Μελέτη οξείας τοξικότητας. Για τη μελέτη οξείας τοξικότητας ακολουθήσαμε την κατευθυντήρια γραμμή από το Εθνικό Ιδρυμα Καρκίνου (NCI, NIH, USA) για το πρωτόκολλο μελέτης οξείας τοξικότητας (http://dtp.nci.nih.gov/branches/btb/acute tox.html). Ένα ποντίκι λαμβάνει μια ένεση από 400mg/kg, ένα δεύτερο ποντίκι λαμβάνει μια ένεση από 200mg/kg και ένα τρίτο ποντίκι λαμβάνει μια ένεση των 100mg/kg. Τα ποντίκια παρατηρούνται για διάστημα δύο εβδομάδων και θυσιάζονται εάν χάσουν πάνω από το 20% του βάρους τους ή αν παρατηρηθούν άλλα σημάδια τοξικότητας. Τα ποντίκια έχουν ελεύθερη πρόσβαση σε φαγητό και νερό. Οι όγκοι των ουσιών υπό μελέτη για τις απαιτούμενες συγκεντρώσεις που έπρεπε να χορηγηθούν δεν υπερέβαιναν τα 0.2ml/ 10 γρ. βάρους των ζώων. Για τις ανάγκες της πειραματικής προσέγγισης μελετήθηκαν και κατεγράφησαν η επιβίωση, απώλειες σωματικού βάρους και αλλαγές στη συμπεριφορά τους, για διάστημα δύο εβδομάδων. [0080] C. Acute toxicity study. For the acute toxicity study we followed the guideline from the National Cancer Institute (NCI, NIH, USA) for acute toxicity study protocol (http://dtp.nci.nih.gov/branches/btb/acute tox.html). One mouse receives an injection of 400mg/kg, a second mouse receives an injection of 200mg/kg and a third mouse receives an injection of 100mg/kg. Mice are observed for two weeks and sacrificed if they lose more than 20% of their body weight or if other signs of toxicity are observed. Mice have free access to food and water. The volumes of the substances under study for the required concentrations that had to be administered did not exceed 0.2 ml/ 10 g. animal weight. For the needs of the experimental approach, survival, body weight losses and changes in their behavior were studied and recorded for a period of two weeks.
[0081] Δ. Μελέτη τοξικότητας της υδρογέλης. Σε μια προκαταρκτική μελέτη τρεις θηλυκοί μύες έλαβαν μια μόνο συγκέντρωση υδρογέλης υποδόρια στην ραχιαία περιοχή ενώ ένα άλλο έλαβε την ίδια συγκέντρωση ενδοπεριτονιακά. Κάθε ένα από τα ποντίκια έλαβαν 200μl από το σκεύασμα 1/40 υδρογέλης σε ρυθμιστικό διάλυμα. Οι μύες παρακολουθούνταν κάθε μέρα για δυο εβδομάδες. Σε ένα επόμενο πείραμα ένα ποντίκι έλαβε μια ένεση από 200mg/kg (66μl από το σκεύασμα υδρογέλης 1/60) και ένα άλλο έλαβε μια μόνο ένεση των 100mg/kg (330μΙ από το σκεύασμα υδρογέλης 1/60). Η συγκέντρωση των 400mg/kg δεν μελετήθηκε λόγο του μεγάλου όγκου που θα χρειαζόταν να ληφθεί ( 1.2 ml/ποντίκι). Σαν αρνητικό μάρτυρα χρησιμοποιήσαμε ένα ποντίκι το οποίο έλαβε το διαλύτη που χρησιμοποιήθηκε για την ενυδάτωση της υδρογέλης. Οι μύες παρακολουθούταν κάθε μέρα για διάστημα δυο εβδομάδων. [0081] D. Hydrogel toxicity study. In a preliminary study three female mice received a single concentration of hydrogel subcutaneously in the dorsal region while another received the same concentration intraperitoneally. Each of the mice received 200µl of the 1/40 hydrogel formulation in buffer. The muscles were monitored every day for two weeks. In a subsequent experiment one mouse received an injection of 200mg/kg (66µl of the 1/60 hydrogel formulation) and another received a single injection of 100mg/kg (330µl of the 1/60 hydrogel formulation). The concentration of 400mg/kg was not studied due to the large volume that would need to be obtained (1.2ml/mouse). As a negative control we used a mouse that received the solvent used to hydrate the hydrogel. The muscles were monitored every day for two weeks.
[0082] Σε ένα επόμενο πείραμα μελετήσαμε την εποικημένη τοξικότητα από σκεύασμα υδρογέλης συγκέντρωσης 10mg/ml. Για αύτη τη πειραματική προσέγγιση χρησιμοποιήσαμε συνολικά δύο ποντίκια, ένα για κάθε συγκέντρωση και έλαβαν μια μόνο ένεση των 200mg/kg (400μl από την υδρογέλη) και 100mg/kg (200μl από την υδρογέλη) αντίστοιχα, ενδοπεριτονιακά ή υποδόρια. Οι μύες παρακολουθούταν για δυο εβδομάδες. [0082] In a subsequent experiment we studied the accumulated toxicity from a hydrogel formulation with a concentration of 10mg/ml. For this experimental approach we used a total of two mice, one for each concentration and received a single injection of 200mg/kg (400μl of the hydrogel) and 100mg/kg (200μl of the hydrogel) respectively, intraperitoneally or subcutaneously. The muscles were monitored for two weeks.
[0083] Τέλος για να επιλέξουμε την πιο κατάλληλη μορφή υδρογέλης στην οποία θα εγκλωβιστεί το φάρμακο γεμσιταμπίνη χρησιμοποιήσαμε οχτώ μύες και τους χωρίσαμε σε δυο διαφορετικές ομάδες ( 4 ποντίκια ανά ομάδα) και τα οποία έλαβαν διαφορετικές συγκεντρώσεις από τις δυο διαφορετικές μορφές υδρογέλης που περιείχαν πολυ(L-λευκίνη) (PLEU) και πολΰ(γ-βενζυλοεστέρα του L-γλουταμικοΰ οξέος) (PBLG). Οι συγκεντρώσεις που μελετήθηκαν ήταν 400, 200 και 100 (mg/kg). Η ένεση της υδρογέλης έγινε υποδόρια στο ανώτερο σημείο της ράχης αφού είχαμε ξυρίσει τη γούνα τους. Κάθε ένα ποντίκι από τις δυο ομάδες έλαβε μια μόνο ένεση της αντίστοιχης μορφής υδρογέλης σε συγκέντρωση 400 mg/kg (320μl), 200 mg/kg (160μl), 100 mg/kg (80μl). Το τέταρτο ποντίκι από κάθε ομάδα έλαβε την αντίστοιχη μορφή υδρογέλης ενδοπεριτονιακά σε συγκέντρωση 200mg/kg [0083] Finally, in order to choose the most suitable form of hydrogel in which the drug gemcitabine will be encapsulated, we used eight muscles and divided them into two different groups (4 mice per group) and which received different concentrations of the two different forms of hydrogel containing poly (L-leucine) (PLEU) and poly(γ-benzyl ester of L-glutamic acid) (PBLG). The concentrations studied were 400, 200 and 100 (mg/kg). The injection of the hydrogel was done subcutaneously on the upper part of the back after we had shaved their fur. Each mouse from the two groups received a single injection of the respective form of hydrogel at a concentration of 400 mg/kg (320μl), 200 mg/kg (160μl), 100 mg/kg (80μl). The fourth mouse from each group received the corresponding form of hydrogel intraperitoneally at a concentration of 200mg/kg
[0084] Ε. Έλεγχος τοξικότητας γεμσιταμπίνης. Σε μια πρώτη πειραματική προσέγγιση χορηγήσαμε γεμσιταμπίνη (Gemsar VL7501, Farmaserve-Lilly) διαφορετικών συγκεντρώσεων σε τρεις αρσενικούς μύες ( μια συγκέντρωση / ποντίκι). Έτσι 400, 200 και 100 (mg/kg) γεμσιταμπίνης, χορηγήθηκε στους μύες σε μια εφάπαξ ένεση, ενδοπεριτονιακά ή υποδόρια και οι μύες παρακολουθούταν κάθε μέρα για δυο εβδομάδες, για πιθανά σημάδια τοξικότητας. [0084] E. Gemcitabine toxicity screening. In a first experimental approach we administered gemcitabine (Gemsar VL7501, Farmaserve-Lilly) at different concentrations to three male mice (one concentration/mouse). Thus 400, 200 and 100 (mg/kg) gemcitabine was administered to the muscles in a single injection, intrafascially or subcutaneously, and the muscles were monitored every day for two weeks, for possible signs of toxicity.
[0085] ΣΤ. Έλεγχος υπό-χρόνιας τοξικότητας της γεμισιταμπίνης. Μελετήθηκε περαιτέρω η επικείμενη τοξικότητα της γεμσιτακπίνης και ακολουθήθηκε πρωτόκολλο κατάλληλα σχεδιασμένο για μελέτη αποτελεσματικότητας. Για αυτό το σκοπό τρία ποντίκια έλαβαν δυο ενέσεις γεμσιταμπίνης σε χρονικό διάστημα μιας εβδομάδας, ενδοπεριτονιακά ή υποδόρια. Μελετήθηκαν τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις του φαρμάκου (συγκέντρωση / ποντίκι), 200, 100 και 50 (mg/kg). [0085] F. Sub-chronic toxicity testing of gemcitabine. The impending toxicity of gemcitapine was further studied and an appropriately designed efficacy study protocol was followed. For this purpose, three mice received two injections of gemcitabine in a period of one week, intrafascially or subcutaneously. Three different drug concentrations (concentration/mouse), 200, 100 and 50 (mg/kg) were studied.
[0086] Ζ. Μελέτη δραστικότητας Υδροτζεμ ( υδρογέλη με γεμσιταμπίνη) [0086] G. Hydrogem activity study (hydrogel with gemcitabine)
Η δραστικότητα/αποτελεσματικότητα του σκευάσματος υδρογέλης με γεμσιταμπίνη (υδροτζεμ) μελετήθηκε με τη χρήση ανθρώπινων ξενομοσχευμάτων σε ποντίκια. Για αυτό το σκοπό χρησιμοποιήσαμε την εγκαθιδρυμένη ανθρώπινη καρκινική σειρά AsPCl του παγκρέατος. Για αυτή τη πειραματική προσέγγιση χρησιμοποιήσαμε 35 NOD/SCID ποντίκια και κάθε ποντίκι εμβολίσθηκε με 1χ10<6>κύτταρα, υποδόρια, στην οπίσθια μασχαλιαία πλευρά. Τα ποντίκια παρακολουθούταν κάθε μέρα μέχρι ωσότου αναπτυχθούν οι καρκινικοί όγκοι. Κατά την εμφάνιση των καρκινικών όγκων και με τη χρήση του calliper μετρούσαμε και καταγράφαμε, τις δυο διαμέτρους, δυο φορές την εβδομάδα. Με τη χρήση του τύπου (axb2/2) όπου a= μεγαλύτερη και b= μικρότερη, διάμετρος, υπολογίσθηκε το μέγεθος κάθε καρκινικού όγκου. Μια γραφική παράσταση, του μεγέθους των καρκινικών όγκων έναντι του χρόνου ( σε ημέρες μετέπειτατου εμβολισμού των κυττάρων) παραστάθηκε ούτος ώστε να μελετηθεί η ανάπτυξη των όγκων. Όταν το μέγεθος των όγκων έφτασε περίπου τα 200mm<3>τα ποντίκια χωρίστηκαν τυχαία σε πέντε διαφορετικές ομάδες, όπου κάθε ομάδα συμπεριλάμβανε εφτά μύες ( 7 όγκοι / ομάδα). Μια από τις ομάδες δεν έλαβε τίποτα και χρησιμοποιήθηκε για ομάδα αναφοράς. Δυο επόμενες ομάδες λάμβαναν γεμσιταμπίνη, υποδόρια ή ενδοπεριτονιακά αντίστοιχα, σε σημείο κοντά στην περιοχή του καρκινικού όγκου ( περιφερειακά του όγκου - peritumoral, "pt"-) όπου χρησιμέυσαν ως θετικοί μάρτυρες. Η τέταρτη ομάδα έλαβε υδρογέλη ενώ η πέμπτη έλαβε υδροτζεμ και οι δύο, περιφερειακά του όγκου. Οι μύες στις δυο ομάδες της γεμσιταμπίνης έλαβαν το χημειοθεραπευτικό φάρμακο δυο φορές με διάστημα μιας εβδομάδας σε συγκέντρωση 100mg/kg. Η ομάδα του υδροτζεμ έλαβε το σκεύασμα σε μια εφάπαξ χορήγηση (83μl), ποσότητα που αντιστοιχεί στη χορηγούμενη συγκέντρωση της γεμσιταμπίνης ενώ οι μύες στην ομάδα της υδρογέλης έλαβε επίσης 83μl του σκευάσματος. Η ανάπτυξη των καρκινικών όγκων καθώς και η επιβίωση των μυών παρακολουθούταν και τα αντίστοιχα δεδομένα καταγραφόντουσαν. Όταν το μέγεθος των όγκων υπερέβαινε το 10% του σωματικού βάρους του αντίστοιχου ποντικού τότε το ζώο θανατωνόταν με τη χρήση αιθέρα ενώ το πείραμα τερματίστηκε όταν όλοι οι μύες είχαν θανατωθεί. Ως ένδειξη τοξικότητας μετρούσαμε τα βάρη των ζώων, δυο φορές την εβδομάδα, όπως επίσης παρατηρούσαμε και yia οποιαδήποτε άλλα σημάδια που θα μπορούσαν να υποδείξουν αντίστοιχο επακόλουθο. The activity/efficacy of the gemcitabine hydrogel formulation (Hydrogem) was studied using human xenografts in mice. For this purpose we used the established human pancreatic cancer line AsPCl. For this experimental approach we used 35 NOD/SCID mice and each mouse was inoculated with 1x10<6> cells, subcutaneously, in the posterior axillary side. Mice were monitored every day until cancerous tumors developed. During the appearance of the cancerous tumors and with the use of the calliper we measured and recorded the two diameters, twice a week. Using the formula (axb2/2) where a= larger and b= smaller, diameter, the size of each tumor was calculated. A graph of tumor size versus time (in days after cell embolization) was plotted to study tumor growth. When the size of the tumors reached about 200mm<3> the mice were randomly divided into five different groups, where each group included seven muscles (7 tumors/group). One of the groups received nothing and was used as a reference group. Two subsequent groups received gemcitabine, subcutaneously or intraperitoneally respectively, at a point close to the area of the cancerous tumor (peritumoral, "pt") where they served as positive controls. The fourth group received hydrogel while the fifth received hydrogem, both peripheral to the tumor. The muscles in the two gemcitabine groups received the chemotherapy drug twice with an interval of one week at a concentration of 100mg/kg. The hydrogem group received the formulation in a single administration (83μl), an amount corresponding to the administered concentration of gemcitabine while the muscles in the hydrogel group also received 83μl of the formulation. Tumor growth as well as muscle survival were monitored and the corresponding data recorded. When the size of the tumors exceeded 10% of the body weight of the respective mouse then the animal was killed using ether and the experiment was terminated when all the muscles were killed. As an indication of toxicity, we measured the weights of the animals, twice a week, as well as observed any other signs that could indicate a similar consequence.
Γ. Αποτελέσματα. C. Results.
[0087] Η χρήση της in vitro τεχνικής, για την μελέτη επικείμενης τοξικότητας, δεν επέφερε κάποια αποτέλεσμα σχετικά με τη δραστικότητα της υδρογέλης λόγω τεχνικών προβλημάτων. Η υδρογέλη δεν επέτρεψε την επιτυχή προσκόλληση των κυττάρων στα πιάτα καλλιέργειας, με αποτέλεσμα το θάνατο τους. Λόγω αυτού δεν συνεχίσαμε τη in vitro μελέτη τοξικότητας. [0087] The use of the in vitro technique, for the study of imminent toxicity, did not produce any result regarding the activity of the hydrogel due to technical problems. The hydrogel did not allow the cells to attach successfully to the culture dishes, resulting in their death. Because of this we did not continue the in vitro toxicity study.
[0088] Η in vivo μελέτη τοξικότητας υπέδειξε, ως τη πιο κατάλληλη μορφή υδρογέλης για να εγκλωβιστεί το φάρμακο, το PBLG σε συγκέντρωση 1/40. To PLEU 1/40 ήταν τοξικό καθώς το ποντίκι που το έλαβε ενδοπεριτονιακά, πέθανε δυο μέρες μετά την ένεση. Επιπρόσθετα οι μύες που έλαβαν τα 400 και 200 (mg/kg) PLEU εμφάνισαν εκτεταμένο ερεθισμό του δέρματος στο σημείο της ένεσης, επιπλέον το PLEU εξαφανίστηκε λίγο μετά την έγχυση υποδεικνύοντας την αστάθεια του εν λόγο σκευάσματος (ΕΙΚ. 21). Σε αντίθεση με το PLEU, το PBLG έδειξε πιο ευνοϊκές ιδιότητες. Δεν παρουσίασε τοξικότητα σε καμία από τις συγκεντρώσεις που μελετήθηκαν, ενώ ένας μικρός ερεθισμός του δέρματος στο σημείο της έγχυσης φάνηκε να είναι η πιο προφανής παρενέργεια. Επιπρόσθετα το PBLG παρέμεινε ορατό στο σημείο που χορηγήθηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα υποδεικνύοντας την καταλληλόλητά του ως μέσο εγκλωβισμού για τη γεμσιταμπίνη (ΕΙΚ. 22) [0088] The in vivo toxicity study indicated, as the most suitable form of hydrogel to encapsulate the drug, PBLG at a concentration of 1/40. PLEU 1/40 was toxic as the mouse that received it intraperitoneally died two days after the injection. In addition, muscles receiving 400 and 200 (mg/kg) PLEU showed extensive skin irritation at the injection site, and PLEU disappeared shortly after injection indicating the instability of the formulation (FIG. 21). In contrast to PLEU, PBLG showed more favorable properties. It showed no toxicity at any of the concentrations studied, while a minor skin irritation at the injection site appeared to be the most obvious side effect. In addition, PBLG remained visible at the site of administration for a long time indicating its suitability as an entrapment agent for gemcitabine (FIG. 22).
[0089] Η επακόλουθη μελέτη δραστικότητας υπέδειξε το συνδυασμό υδρογέλης με γεμσιταμπίνη πιο αποτελεσματικό από το ελεύθερο φάρμακο και για τις δυο διαφορετικές οδούς χορήγησης (ενδοπεριτονιακά και υποδόρια - ip και sc αντίστοιχα-), όπως φάνηκε υπό τις συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες. Πράγματι η χορήγηση της γεμσιταμπίνης εγκλωβισμένη στο πολυμερές, σε μισή δόση από ότι η ελεύθερη μορφή του φαρμάκου, μπορούσε να καθυστερήσει την ανάπτυξη των καρκινικών όγκων στο ίδιο ποσοστό ως φάνηκε από τις καμπύλες ανάπτυξης (ΕΙΚ.23 και 24). Το υδροτζεμ έδειξε συγκρίσιμη και ακόμα καλύτερη τιμή της παραμέτρου %ΔT/ΔC, συγκριτικά με την ελεύθερη γεμσιταμπίνη (ip ή sc), ενώ ο χρόνος διπλασιασμού των καρκινικών όγκων αυξήθηκε αντίστοιχα με το χρόνο διπλασιασμού των όγκων στη ομάδα μυών που έλαβαν ελεύθερη γεμσιταμπίνη, περιφερειακά του όγκου, για δυο φορές με διάστημα μιας εβδομάδας. Τέλος μέσα από την καμπύλη επιβίωσης Kaplan-Meier φάνηκε ότι το υδροτζεμ ήταν πιο κατάλληλο από την ελεύθερη γεμσιταμπίνη καθώς ο χρόνος επιβίωσης των μυών που το έλαβαν αυξήθηκε περισσότερο από την ομάδα μυών που έλαβαν την ελεύθερη γεμσιταμπίνη (ΕΙΚ.25). Επιπρόσθετα το υδροτζεμ έμεινε προσκολλημένο στον καρκινικό ιστό παρά στον υγιή επιβεβαιώνοντας έτσι την επιλεκτική μεταφορά του φαρμάκου. [0089] The subsequent activity study indicated the combination of hydrogel with gemcitabine more effective than the free drug for both different routes of administration (intraperitoneal and subcutaneous - ip and sc respectively-), as it was seen under the specific experimental conditions. Indeed, the administration of gemcitabine encapsulated in the polymer, at half the dose of the free form of the drug, could delay the growth of cancerous tumors to the same extent as shown by the growth curves (FIGS. 23 and 24). Hydrogem showed a comparable and even better %ΔT/ΔC value compared to free gemcitabine (ip or sc), while the tumor doubling time increased correspondingly to the tumor doubling time in the muscle group treated with free gemcitabine, regionally of the volume, for two times with an interval of one week. Finally, through the Kaplan-Meier survival curve, it appeared that hydrogem was more suitable than free gemcitabine as the survival time of the muscles that received it increased more than the group of muscles that received free gemcitabine (FIG.25). In addition, the hydrogem remained attached to the cancerous tissue rather than to the healthy one, thus confirming the selective transport of the drug.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GR20160100179A GR1009114B (en) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | Pentablock polypeptidic and hybrid polymers to give in situ-forming injectable, self-healing, ph-and temperature-responsive hydrogels for localised targeted delivery of gemcitabine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GR20160100179A GR1009114B (en) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | Pentablock polypeptidic and hybrid polymers to give in situ-forming injectable, self-healing, ph-and temperature-responsive hydrogels for localised targeted delivery of gemcitabine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
GR1009114B true GR1009114B (en) | 2017-09-14 |
Family
ID=57223725
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
GR20160100179A GR1009114B (en) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | Pentablock polypeptidic and hybrid polymers to give in situ-forming injectable, self-healing, ph-and temperature-responsive hydrogels for localised targeted delivery of gemcitabine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
GR (1) | GR1009114B (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080063620A1 (en) * | 2001-08-13 | 2008-03-13 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem | Novel reverse thermo-sensitive block copolymers |
-
2016
- 2016-04-22 GR GR20160100179A patent/GR1009114B/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080063620A1 (en) * | 2001-08-13 | 2008-03-13 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem | Novel reverse thermo-sensitive block copolymers |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
PANAYIOTIS BILALIS, SPYRIDON VARLAS, AIKATERINI KIAFA, ATHANASSIOS VELENTZAS, DIMITRIOS STRAVOPODIS, HERMIS IATROU: "Preparation of hybrid triple-stimuli responsive nanogels based on poly(L-histidine)", JOURNAL OF POLYMER SCIENCE, PART A: POLYMER CHEMISTRY, JOHN WILEY & SONS, INC., vol. 54, no. 9, 1 May 2016 (2016-05-01), pages 1278 - 1288, XP055350886, ISSN: 0887-624X, DOI: 10.1002/pola.27971 * |
SINGH AMIT; XU JING; MATTHEOLABAKIS GEORGE; AMIJI MANSOOR: "EGFR-targeted gelatin nanoparticles for systemic administration of gemcitabine in an orthotopic pancreatic cancer model", NANOMEDICINE: NANOTECHNOLOGY, BIOLOGY AND MEDICINE, ELSEVIER, NL, vol. 12, no. 3, 3 December 2015 (2015-12-03), NL, pages 589 - 600, XP029474197, ISSN: 1549-9634, DOI: 10.1016/j.nano.2015.11.010 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yin et al. | Polymersome formation from AB2 type 3-miktoarm star copolymers | |
Johnson et al. | Poly (PEGA)-b-poly (L-lysine)-b-poly (L-histidine) hybrid vesicles for tumoral pH-triggered intracellular delivery of doxorubicin hydrochloride | |
Wu et al. | PHB‐Based Gels as Delivery Agents of Chemotherapeutics for the Effective Shrinkage of Tumors | |
US20130102687A1 (en) | Micelle compositions and process for the preparation thereof | |
He et al. | Stimuli‐sensitive synthetic polypeptide‐based materials for drug and gene delivery | |
Loh et al. | Sustained delivery of paclitaxel using thermogelling poly (PEG/PPG/PCL urethane) s for enhanced toxicity against cancer cells | |
Seow et al. | Targeted and intracellular delivery of paclitaxel using multi-functional polymeric micelles | |
Hamidi et al. | Copolymers: efficient carriers for intelligent nanoparticulate drug targeting and gene therapy | |
Iatrou et al. | Polymersomes from Polypeptide Containing Triblock Co‐and Terpolymers for Drug Delivery against Pancreatic Cancer: Asymmetry of the External Hydrophilic Blocks | |
Wu et al. | Thermosensitive hydrogel used in dual drug delivery system with paclitaxel-loaded micelles for in situ treatment of lung cancer | |
Deng et al. | Poly (ε-caprolactone)-block-polysarcosine by ring-opening polymerization of sarcosine N-thiocarboxyanhydride: synthesis and thermoresponsive self-assembly | |
Sun et al. | Temperature-sensitive gold nanoparticle-coated pluronic-PLL nanoparticles for drug delivery and chemo-photothermal therapy | |
KR100918524B1 (en) | Drug delivery system of negatively charged drug using injectable biodegradable temperature and pH sensitive block copolymer hydrogel and method theirof | |
Sang et al. | Preparation of pH/redox dual responsive polymeric micelles with enhanced stability and drug controlled release | |
Cui et al. | Electrospun fibers of acid-labile biodegradable polymers with acetal groups as potential drug carriers | |
Duan et al. | Multi-arm polymeric nanocarrier as a nitric oxide delivery platform for chemotherapy of head and neck squamous cell carcinoma | |
Hu et al. | Thermo-responsive release of curcumin from micelles prepared by self-assembly of amphiphilic P (NIPAAm-co-DMAAm)-b-PLLA-bP (NIPAAm-co-DMAAm) triblock copolymers | |
Tang et al. | Targeted delivery of docetaxel via Pi-Pi stacking stabilized dendritic polymeric micelles for enhanced therapy of liver cancer | |
Sun et al. | Dual-responsive core-crosslinked polyphosphoester-based nanoparticles for pH/redox-triggered anticancer drug delivery | |
Zhang et al. | Polymersomes: From Macromolecular Self‐Assembly to Particle Assembly | |
Zashikhina et al. | Self-assembled polypeptide nanoparticles for intracellular irinotecan delivery | |
Li et al. | Novel thermo-sensitive core–shell nanoparticles for targeted paclitaxel delivery | |
CA2876728C (en) | Polymer-nsaid conjugate | |
Li et al. | Reversibly cross-linked poly (ethylene glycol)–poly (amino acid) s copolymer micelles: a promising approach to overcome the extracellular stability versus intracellular drug release challenge | |
US20170218123A1 (en) | Amphiphilic blockcopolymers comprising reduction sensitive biodegradable polyesteramides |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PG | Patent granted |
Effective date: 20171122 |