GR1010001B - Υδρογελες και ξηρογελες φορεις δραστικων συστατικων αποτελουμενες απο δενδριτικα πολυμερη και πυριτια για εφαρμογες επικαλυψης σε στερεα υποστρωματα - Google Patents

Abstract

Υδρογέλες και ξηρογέλες οι οποίες περιέχουν πυριτία, δενδριτικές ενώσεις, δραστικά συστατικά και προαιρετικά νανοσωματίδια μετάλλων. Οι ενώσεις αυτές είναι σχεδιασμένες ως επικαλύψεις στερεών μεταλλικών και κεραμικών υποστρωμάτων τα οποία διαθέτουν τραχείες πορώδεις επιφάνειες. Οι δενδριτικές ενώσεις επιλέγονται έτσι ώστε να βελτιώνεται η ενθυλάκωση και τη διατήρηση των ενεργών συστατικών και/ή ο επιθυμητός ρυθμός αποδέσμευσης. Περιγράφονται επίσης οι μέθοδοι παρασκευής τους αλλά και οι χρήσεις τους.

Description

Υπόβαθρο ευρεσιτεχνίας

1. Πεδίο στο οποίο αναφέρεται η Ευρεσιτεχνία

Η παρούσα ευρεσιτεχνία αναφέρεται σε υδρογέλες και ξηρογέλες αποτελούμενες από πυρίτια και δενδριτικές ενώσεις. Εξαιτίας της χημικής φύσης των δενδριτικών πολυμερών, αυτά τα ανόργανα/οργανικά σύνθετα είναι εν γένει ιδανικοί φορείς δραστικών συστατικών όπως για παράδειγμα χημικές ενώσεις ή πιο συγκεκριμένα γονίδια, πρωτεΐνες, ένζυμα, και διάφορες φαρμακευτικές ενώσεις συμπεριλαμβανομένων για παράδειγμα αντιβακτηριδιακών, μυκητοκτόνων αλλά και αναστολέων σχηματισμού βιοϋμενίων. Επιπρόσθετα, τα φυσικά τους χαρακτηριστικά επιτρέπουν τη χρήση τους ως επικαλύψεις σε στερεά μεταλλικά και κεραμικά υποστρώματα, και πιο συγκεκριμένα σε στερεά υποστρώματα τα οποία διαθέτουν πορώδη τραχεία επιφάνεια. Επιπλέον η παρούσα ευρεσιτεχνία αφορά τη μέθοδο παρασκευής τους και τις χρήσεις τους.

2. Υπόβαθρο Ευρεσιτεχνίας

Οι δημοσιεύσεις καθώς και το λοιπό υλικό τα οποία παρατίθενται στο παρόν προκειμένου να διευκρινιστεί το υπόβαθρο της ευρεσιτεχνίας και πιο συγκεκριμένα οι περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται για να παρέχουν πρόσθετες λεπτομέρειες όσον αφορά την χρησιμοποιούμενη πρακτική ενσωματώνονται ως παραπομπές.

Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, τα πολυμερή τα οποία διαθέτουν κοιλότητες με ομάδες ικανές για ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις έχουν αναδυθεί στο προσκήνιο της προόδου των συστημάτων απελευθέρωσης φαρμακευτικών ουσιών παρέχοντας τη δυνατότητα ελεγχόμενης αποδέσμευσης βιομορίων σε σταθερές δόσεις για παρατεταμένο χρονικό διάστημα και την ικανότητα να φέρουν και να αποδεσμεύουν τόσο υδρόφιλες όσο και υδρόφοβες φαρμακευτικές ενώσεις. (W. Β. Liechty, D. R. Kryscio, Β. V. Slaughter, Ν. A. Peppas, Polymers for Drug Delivery Systems, Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng.

1 (2010)149-173).

Τα δενδριτικά πολυμερή προκύπτουν από τον ακτινωτό έναντι του συμβατικού γραμμικού πολυμερισμού (J. Μ. J. Frechet, D. A. Tomalia, Dendrimers and Other Dendritic Polymers, first ed., John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, 2001). Συνεπώς αποτελούν μία ξεχωριστή κατηγορία πολυμερών, εμφανώς διακριτή από τα γραμμικά, διακλαδισμένα, διασυνδεδεμένα με σταυροδεσμούς πολυμερικά τους ανάλογα και υιοθετούν μία δενδροειδή δομή. Σύμφωνα με το σχήμα τους ταξινομούνται ως απόλυτα συμμετρικά δενδριμερή ενώ η τάξη των ευκολότερα παραγόμενων μη συμμετρικών μορίων περιλαμβάνει τα πολυμερή γνωστά και ως υπερδιακλαδισμένα πολυμερή. (J. Μ. J. Frechet, C. J. Hawker, I. Gitsov, J. W. Leon, Dendrimers and hyperbranched polymers: two families of three-dimensional macromolecules with similar but clearly distinct properties, J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem. 33 (1996) 1399-1425). Και οι δύο κατηγορίες πολυμερών, τα δενδριμερή και τα υπερδιακλαδισμένα πολυμερή, περιλαμβάνουν τρία αρχιτεκτονικά συστατικά, τον πυρήνα, το πυκνό εσωτερικό δίκτυο των επαναλαμβανόμενων ομάδων τα οποία ταυτοποιούνται ως κλαδιά και τις περιφερειακές λειτουργικές ομάδες. Αυτά τα συστατικά χαρακτηρίζονται από διαφορετικά μεγέθη συναρτήσει της φύσης των κυρίων ομάδων που βρίσκονται στο κέντρο του μορίου και του μοριακού βάρους. Οι χημικές ιδιότητες των εσωτερικών δενδριτικών κοιλοτήτων με όρους υδροφιλικότητας/υδροφοβικότητας αλλά και με όρους χημικής δραστικότητας εξαρτώνται εξ ολοκλήρου από τις επαναλαμβανόμενες ομάδες και δύναται συνεπώς να ρυθμιστούν κατάλληλα προκειμένου να ικανοποιήσουν συγκεκριμένες προδιαγραφές. Η αρχιτεκτονική δενδριτικής διαμερισματοποίησης με διαφορετικά νάνο-περιβάλλοντα που υπενθυμίζει τα συμβατικά μικκύλια χαρακτηρίζεται από τη δυνητική της ικανότητα να ενθυλακώσει στο εσωτερικό των συστημάτων αυτών ενώσεις ανεξάρτητα από τη φύση των επιφανειακών ομάδων (Μ. Arkas, Κ. Panagiotaki, I. Kitsou, F. Petrakli Nanoscale Materials in Water Purification Editors: S. Thomas, D. Pasquini, S. -Y. Leu, D. Gopakumar, Chapter 5 Dendritic Polymer — Enhanced Ultrafiltration Nanoscale Materials in Water Purification, (2019) 111-152, Elsevier Amsterdam, Netherlands). Ποικιλία ενώσεων που κυμαίνεται από τους ισχυρά λιπόφιλους πολύκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (A.Tsetsekou, M.Arkas, A. Kritikaki, S. Simonetis, D. Tsiourvas, Optimization of hybrid hyperbranched polymer/ceramic filters for the efficient absorption of polyaromatic hydrocarbons from water, J. Membr. Sci. 311 (1 -2) (2008) 128-135) έως και τα εξαιρετικά πολικά ανόργανα ιόντα (Μ. Arkas, D. Tsiourvas, Organic/inorganic hybrid nanospheres based on hyperbranched poly(ethyleneimine) encapsulated into silica for the sorption of toxic metal ions and polycyclic aromatic hydrocarbons from water, J. Hazard. Mat. 170 (2009) 35-42) δύναται να ενσωματωθούν και να οδηγήσουν στο σχηματισμό μεταλλικών νανοσωματιδίων όταν μεταλλικά ιόντα με χαμηλό δυναμικό αναγωγής συνδυαστούν με δενδριτικά πολυμερή τα οποία διαθέτουν κοιλότητες και φέρουν αναγωγικές ομάδες (Μ. Arkas, G. Kithreoti, Ν. Boukos, I. Kitsou, F. Petrakli, K. Panagiotaki, Two completely different biomimetic reactions mediated by the same matrix producing inorganic/organic/inorganic hybrid nanoparticles, Nano-Struct. Nano-Objects 14(2018) 138-148). Επιπλέον, έπειτα από κατάλληλη δημιουργία λειτουργικών εξωτερικών ομάδων, είναι εφικτή η ρύθμιση πρόσθετων ιδιοτήτων όπως η ελεγχόμενη (Ζ. Sideratou, Ν. Sterioti, D. Tsiourvas, L.-Α. Tziveleka, A. Thanassoulas, G. Nounesis, C.M. Paleos, Arginine end-functionalized poly(l-lysine) dendrigrafts for the stabilization and controlled release of insulin. J. Colloid Interface Sci. 351(2010) 433-441), αποκρινόμενη σε μεταβολές του pH (Ζ. Sideratou, D. Tsiourvas, C. M. Paleos, Quaternized poly(propylene imine) dendrimers as novel pH-sensitive controlled-release systems, Langmuir16 (2000) 1766-1769) και θερμοευαίσθητη (Z. Sideratou, M. Agathokleous, T. A. Theodossiou, D. Tsiourvas, Functionalized Hyperbranched Polyethylenimines as Thermosensitive Drug Delivery Nanocarriers with Controlled Transition Temperatures Biomacromolecules, 19(2018) 315-328) αποδέσμευση. Επιπρόσθετες εξέχουσες ιδιότητες όπως ο αυξημένος βαθμός διακλάδωσης, η πολυμορφία, η μεγάλη ειδική επιφάνεια και η σφαιρική δομή τα καθιστούν πολλά υποσχόμενα υλικά για την παράδοση φαρμάκων (Ε. R. Gillies J. Μ. J. Frechet, Dendrimers and dendritic polymers in drug delivery, Drug Discovery Today 10(2005) 35-43. R. M.Kannan, O. P.Perumal, S.Kannan, Dendrimers and hyperbranched polymers for drug delivery, 2007, Book chapter in Biomedical Applications of Nanotechnology, John Wiley & Sons, Inc.). Τα πολυμερή τα οποία ενσωματώνουν αντιμικροβιακές φαρμακευτικές ουσίες έχουν χρησιμοποιηθεί ως επικαλύψεις σε πλήθος πεδίων όπως οι βιοϊατρικές συσκευές, η βιομηχανία τροφίμων, τα φίλτρα κλπ. Η χρήση κατιονικών υπερδιακλαδισμένων πολυμερών με περίσσεια πρωτονιωμένων αμινομάδων δύναται να εξαλείψει τον βακτηριακό εποικισμό σε συσκευές εμφύτευσης επιτρέποντας τους να καταστούν αντισηπτικές και συνεπώς λιγότερο επιρρεπείς σε μεταφορά βακτηριακών λοιμώξεων (Ν. Meng, Ν. -L. Zhou, S.-Q. Zhang, J. Shen, Synthesis and antimicrobial activities of polymer/montmorillonitechlorhexidine acetate nanocomposite films, Appl. Clay Sci. 42 (2009) 667-670. I. Larraza, C. Peinado, C. Abrusci, F. Catalina, T. Corrales, Hyperbranched polymers as clay surface modifiers for UV-cured nanocomposites with antimicrobial activity, J. Photochem. Photobiol., A 224 (2011 ) 46- 54).

Τα φαρμακολογικώς ενεργά δενδριτικά πολυμερή χωρίζονται σε δύο κλάσεις: στα υλικά τα οποία είναι εγγενώς αποτελεσματικά και στα υλικά τα οποία χρήζουν πρόσθετης τροποποίησης με αντίστοιχα κατά περίπτωση φάρμακα (Ο. I. Parisi, L. Scrivano, S. Sinicropi, F. Puoci, Polymeric nanoparticle constructs as devices for antibacterial therapy, Curr. Opin. Pharmacol. 36(2017) 72-77). Η υπερδιακλαδισμένη πολυαιθυλενιμίνη (ΗΒΡΕΙ) είναι κατιονικό πολυμερές με πολλές κοιλότητες και αυξημένη πυκνότητα λειτουργικών ομάδων στην επιφάνειά της ικανών να συνδεθούν φυσικά ή χημικά με ποικίλες φαρμακευτικές ενώσεις. Παρόλα αυτά, η χρήση της υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης σε βιοϊατρικές εφαρμογές περιορίζεται λόγω της τοξικότητάς της ως απόρροια του ψηλού μοριακού της βάρους (Mw=25.000, 750.000). Η συνηθισμένη τακτική που ακολουθείται προκειμένου να αποφευχθεί η ψηλή τοξικότητα περιλαμβάνει την ανάπτυξη τροποποιημένων παράγωγων υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης (Κ. Wong, G. Sun, X. Zhang, Η. Dai, Υ. Liu, C. He, K. W. Leong, HBPEI-g-chitosan, a Novel Gene Delivery System with Transfection Efficiency Comparable to Polyethylenimine in Vitro and after Liver Administration in Vivo, Bioconjugate Chem. 17 (2006) 152-158. I. Kitsou, E. Roussi, A. Tsetsekou, Synthesis of aqueous nanodispersed nanocrystalline ceria suspensions by a novel organic/inorganic precipitation method, Ceram. Int. 43 (2017) 3861-3865). Η πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) αποτελεί ένα ακόμα βιοσυμβατό πολυμερές με ευρεία χρήση σε βιοϊατρικές εφαρμογές λόγω της υψηλής βιοσυμβατότητας της και του χαμηλού δείκτη πολυδιασποράς (PI: 1.1), ενώ εμφανίζει αποδεκτή ομοιομορφία, αυξημένη διαλυτότητα, ευκολία δημιουργίας λειτουργικών ομάδων αλλά και ικανότητα σταθεροποίησης συστημάτων. Ανάλογα με το μοριακό της βάρος μπορεί να προσδεθεί σε χαμηλής μοριακής μάζας φαρμακευτικές ουσίες για μοριακή μάζα από 20 kDa εως 50 kDa αλλά και σε μεγαλύτερες φαρμακευτικές ενώσεις για μοριακές μάζες από 1 kDa έως 5 kDa (Κ. Knop, R. Hoogenboom, D. Fischer, U. S. Schubert, Poly(ethyleneglycol) in Drug Delivery: Pros and Cons as Well as Potential Alternatives, Angew. Chem. Int. Ed. 49(2010) 6288-6308. K. Shameli, Μ. B. Ahmad, S. D. Jazayeri, P. Shabanzadeh, P. Sangpour, H. Jahangirian, Y. Gharayebi, Investigation of antibacterial properties silver nanoparticles prepared via green method, Chem. Central J. 6(2012) 73:1 -10. S. Jegatheeswaran, M. Sundrarajan, PEGylation of novel hydroxyapatite/PEG/Ag nanocomposite particles to improve its antibacterial efficacy, Mater. Sci. Eng. C 51 (2015) 174-181). Ο συνδυασμός των πολυμερών που αναφέρθηκαν παραπάνω και σε μερικές περιπτώσεις η ενσωμάτωση νανοσωματιδίων αργύρου τα οποία αποτελούν γνωστούς αντιβακτηριακούς παράγοντες, (Μ. Arkas, G. Kithreoti, Ν. Boukos, I. Kitsou, F. Petrakli, Two completely different biomimetic reactions mediated by the same matrix producing inorganic/organic/inorganic hybrid nanoparticles, Nano-Struct. Nano Objects 14(2018) 138-148. M. Saravanan, S. K. Barik, D. Mubarakalic, P . Prakash, A. Pugazhendhi, Synthesis of silver nanoparticles from Bacillus brevis (NCIM 2533) and their antibacterial activity against pathogenic bacteria, Microb. Pathog. 116 (2018) 221-226. Shahverdi A., Fakhimi Ali, PharmD, Shahverdi H. R., Minaian S., Synthesis and effect of silver nanoparticles on the antibacterial activity of different antibiotics against Staphylococcus aureus and Escherichia coli, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 3 (2007) 168- 171.), μπορεί να οδηγήσουν σε καινοτόμα συστήματα με βελτιωμένες ιδιότητες, αυξημένη βιοσυμβατότητα, χωρητικότητα των ρυθμιστικών διαλυμάτων pH, πολυδιασπορά, αποτελεσματικότητα κ.α.

Η πυρίτια αποτελεί ένα από τα πλέον κατάλληλα υλικά για χρήσεις σε τέτοιες περιπτώσεις λόγω της υψηλής χημικής και θερμικής σταθερότητας που επιδεικνύει, η υψηλή ειδική επιφάνεια και η συμβατότητά της με άλλα υλικά (Nischala Κ., Rao Τ . Ν., Hebalkar Ν., Silica-silver core-shell particles for antibacterial textile application, Colloids Surf., B, 82 (2011) 203-208. Flores J. C., Torres V., Popa M, Crespo D., Calderon-Moreno J. M., Variations in morphologies of silver nanoshells on silica spheres, Colloids Surf A, 330 (2008) 86-90. Kitsou I., Roussi E., Tsetsekou A., “Synthesis of aqueous nanodispersed nanocrystalline ceria suspensions by a novel organic/inorganic precipitation method”, Ceramics International, 43, (2017), 3861-3865.). Οι υδρογέλες προερχόμενες από πυρίτια χρησιμοποιούνται κυρίως ως ξηραντικά, ανιχνευτές υγρασίας, ενώ χρησιμοποιούνται επίσης ως στατικές φάσεις στηλών χρωματογραφίας ή ως πρόσθετα σε συσκευές φίλτρων με παραδείγματα εφαρμογών στη βιομηχανία τροφίμων και φαρμάκων. Ακόμη, οι υδρογέλες πυριτίας απαντώνται ευρέως ως υλικά φορείς τα οποία επιτρέπουν την ελεγχόμενη απελευθέρωση (Fluang, W.-C., Lee, T.-J., Hsiao, C.-S., Chen, S.-Y., Liu, D.-M. Characterization and drug release behavior of chip-like amphiphilic chitosan-silica hybrid hydrogel for electrically modulated release of ethosuximide: An in vitro study Journal of Materials Chemistry 2011 , 21 (40), pp. 16077-16085); (Chen, X., Liu, Z. A pH-Responsive Hydrogel Based on a Tumor-Targeting Mesoporous Silica Nanocomposite for Sustained Cancer Labeling and Therapy Macromolecular rapid communications 2016, 37(18), pp. 1533-1539). Δύναται να υποστούν επεξεργασία και να λάβουν διάφορες μορφές ανάλογα με τη ζητούμενη δοσολογία αλλά και να συνδυαστούν με άλλα χημικά αντιδραστήρια προκειμένου να σχηματιστούν ενώσεις με εξειδικευμένες ιδιότητες. Σε αυτά τα υβριδικά υλικά, τα δενδριτικά πολυμερή μπορούν να λειτουργήσουν ως υποδοχείς ενθυλάκωσης δραστικών συστατικών και φαρμακευτικών ενώσεων.

Οι πυριτικές ξηρογέλες οι οποίες παρασκευάζονται με τεχνολογία λύματος-πηκτής αποτελούν οικονομικά αποδοτικά, απλά, βιοσυμβατά (Radin, S., El-Bassyouni, G., Vresilovic, E.J., Schepers, E., Ducheyne, P. In vivo tissue response to resorbable silica xerogels as controlled-release materials Biomaterials 2005, 26(9), pp. 1043-1052) και βιοδιασπώμενα (Ahola, M., Rich, J., Kortesuo, P.,Kiesvaara, J., Seppala, J., Yli-Urpo, A. In vitro evaluation of biodegradable s-caprolactone-co-D,L- lactide/silica xerogel composites containing toremifene citrate. International Journal of Pharmaceutics 1999, 181 (2), pp. 181-191) μη τοξικά υλικά πολλαπλών χρήσεων. Έχει ήδη καθιερωθεί η επίδραση φυσικών τροποποιήσεων και προσθήκης κατάλληλων χημικών ουσιών σε πυριτικές μήτρες ξηρογελών στο προφίλ αποδέσμευσης δραστικών συστατικών καθώς το τελευταίο αποτελεί απόρροια της συνέργειας φαινομένων διάχυσης και συρρίκνωσης του πλέγματος (Kortesuo, Ρ., Ahola, Μ., Karlsson, S., Kangasniemi I., Kiesvaara, J., Yli-Urpo, A. Sol-gel-processed sintered silica xerogel as a carrier in controlled drug delivery Journal of Biomedical Materials Research 1999, 44(2), pp.

162-167). Οι ξηρογέλες πυριτίας αποτελούν εναλλακτική μήτρα υποδοχέα, η οποία επιτρέπει την ενσωμάτωση ενός ή περισσότερων δραστικών συστατικών, προσφέροντας έτσι επιπλέον τη δυνατότητα ρύθμισης του προφίλ απελευθέρωσης από την ξηρή μήτρα με ένα χρονοεξαρτώμενο ή αποκρινόμενο σε κάποιο εξωτερικό ερέθισμα τρόπο Kortesuo, Ρ., Ahola, Μ., Karlsson, S., Kangasniemi, I., Yli-Urpo, A., Kiesvaara, J .Silica xerogel as an implantable carrier for controlled drug delivery -Evaluation of drug distribution and tissue effects after implantation Biomaterials 2000, 21(2), pp. 193-198. Radin, S., El-Bassyouni, G., Vresilovic, E.J., Schepers, E., Ducheyne, P. In vivo tissue response to resorbable silica xerogels as controlledrelease materials. Biomaterials 2005, 26(9), pp. 1043-1052.

Oi CN104130422 και CN106589401 περιγράφουν τη μέθοδο παρασκευής πηκτωμάτων πυριτίας χημικά συνδεδεμένων με το δενδριμερές πολυαμιδοαμίνη (ΡΑΜΑΜ) και όχι μείγμα πυριτικής υδρογέλης και δενδριτικής ένωσης.

Η US2004086479 αποκαλύπτει καινοτόμα πηκτώματα δενδριτικών πολυμερών, διασυνδεδεμένα με σταυροδεσμούς και τις βιοϊατρικές εφαρμογές αυτών. Τα πολυμερή με σταυροδεσμούς όπως τα δενδριτικά μακρομόρια αλλά και οι “in vitro”, “in vivo” και “in situ” εφαρμογές τους συμπεριλαμβάνονται. Τα συγκεκριμένα βιούλικά/πολυμερή παρουσιάζονται ως αποτελεσματικά μέσα σφράγισης/συγκόλλησης για πλήθος χειρουργικών διαδικασιών όπου η οπτική επαφή με την πληγή δεν είναι εύκολα εφικτή ή σε περιπτώσεις κατά τις οποίες επιζητείται η χειρουργική επέμβαση χωρίς ράμματα.

Τα δενδριτικά μακρομόρια που μπορούν να διασυνδεθούν με σταυροδεσμούς μπορούν να παρασκευαστούν ως στοιχεία ικριώματα/γέλες/μήτρες συγκεκριμένων σχημάτων και μεγεθών χρησιμοποιώντας χημικές τεχνικές. Τα πολυμερή μετά το σχηματισμό των σταυροδεσμών και την ενσωμάτωση σε κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιδιόρθωση ή αντικατάσταση οργάνων, ιστών ή οστών. Εναλλακτικά, είναι δυνατή η ανάμιξη των πολυμερών με τα κύτταρα η οποία ακολουθείται από την έγχυσή τους “in νiνο”στο υπόστρωμα και η δημιουργία σταυροδεσμών για επιδιόρθωση ή αντικατάσταση οργάνων, ιστών ή οστών. Τα διασυνδεδεμένα με σταυροδεσμούς πολυμερή παρέχουν τρισδιάστατα καλούπια για ανάπτυξη νέων κυττάρων, κατάλληλων για ποικιλία τεχνικών ανάπλασης συμπεριλαμβανομένων της χύτευσης κυτταρικών μοσχευμάτων για την ανακατασκευή τρισδιάστατων ατελειών σε ιστούς. Οι διασυνδεδεμένες με σταυροδεσμούς γέλες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως ενδοθηλιακοί φακοί. Οι συνθέσεις αυτές δεν περιλαμβάνουν ορθοπυρικό οξύ και τη σύνθεση υδρογελών πυριτίας. Επιπρόσθετα, οι συνθέσεις που περιγράφονται χρησιμοποιούνται αυτούσιες και όχι ως επικαλύψεις. Η W02006031388 αποκαλύπτει δενδριτικά πολυμερή, γέλες με σταυροδεσμούς καθώς και τις χρήσεις αυτών σε ορθοπεδικές εφαρμογές. Περιγράφονται συνθέσεις, σύνεργα και μέθοδοι με στόχο την επιδιόρθωση ιστών χόνδρων. Ορισμένες μέθοδοι της συγκεκριμένης ευρεσιτεχνίας αξιοποιούν δενδριτικά μακρομόρια τα οποία προκύπτουν έπειτα από κατάλληλη τροποποίηση παρουσία φωτός ή συνδετικών ενώσεων. Κατά περίπτωση, τα δενδριτικά μόρια διαθέτουν κατάλοιπα λυσίνης, κυστέί<'>νης, ισοκυστέί<'>νης ή κάποια άλλη πυρηνόφιλη ομάδα προσκολλημένα στην περιφέρειά τους. Η προσθήκη ενώσεων που περιέχουν δύο ή περισσότερες ηλεκτρονιόφιλες ομάδες όπως οι αλδεΰδες, ενεργοποιημένοι εστέρες ή ακρυλικές ενώσεις σε δενδριμερή που φέρουν λυσίνη, κυστεινη ή ισοκυστέινη παράγει πολυμερικές ενώσεις που μπορούν να επισκευάσουν κάποιο ελάττωμα χόνδρου. Αυτές οι συνθέσεις δεν περιέχουν πυρίτια, τα δενδριτικά πολυμερή είναι κατά προτίμηση μορφοποιημένα με ειδικές ομάδες στην περιφέρειά τους και είναι σχεδιασμένα για διαφορετικές εφαρμογές

Η W02006031358 αποκαλύπτει πηκτώματα από δενδριτικά πολυμερή, διασυνδεδεμένα με σταυροδεσμούς και τις χρήσεις τους ως οφθαλμικά επουλωτικά και φακούς. Αναφέρονται συνθέσεις, μέθοδοι επούλωσης τραυμάτων και μέθοδοι παρασκευής φακών. Η μεθοδολογία της ευρεσιτεχνίας χρησιμοποιεί δενδριτικά μακρομόρια που σχηματίζονται από την επεξεργασία μιας δενδριτικής ένωσης με φως ή μια ένωση διασύνδεσης με σταυροδεσμούς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι δενδριτικές ενώσεις περιέχουν αμινοξέα λυσίνης, κυστέινης, ισοκυστεiνης ή άλλες πυρηνόφιλες ομάδες συνδεδεμένες στην περιφέρεια του δενδριμερούς: Η προσθήκη μιας ένωσης που περιέχει δύο ή περισσότερες ηλεκτρόφιλες ομάδες όπως αλδεΰδες, ενεργοποιημένοι εστέρες ή ακρυλικά άλατα στα καλυμμένα με λυσίνη, κυστέί<'>νη- ή ισοκυστέί<'>νη δενδριμερή παράγει μια πολυμερή ένωση που μπορεί να σχηματίσει ένα επίθεμα ή ένα φακό Μία άλλη παράμετρος της ευρεσιτεχνίας αφορά στην αντιμετώπιση ασθενειών χρησιμοποιώντας τις φαρμακευτικές ενώσεις της ευρεσιτεχνίας. Η ευρεσιτεχνία περιγράφει επιπλέον σύνεργα για επούλωση πληγών ή παρασκευή φακών, συστήματα μεταφοράς καθώς επίσης και μεθόδους ελέγχου του πολυμερισμού ενός συστήματος υδρογέλης. Και σε αυτή την περίπτωση, η σύσταση της υδρογέλης, τα χρησιμοποιούμενα δενδριτικά πολυμερή και οι εφαρμογές τους διαφέρουν.

Από τα παραπάνω προκύπτει πως μέχρι στιγμής οι προσπάθειες συνδυασμού των καθιερωμένων ιδιοτήτων των πηκτωμάτων πυριτίας και των δενδριτικών πολυμερών με στόχο την ελεγχόμενη αποδέσμευση και άλλων ευεργετικών ιδιοτήτων είναι μάλλον περιορισμένες. Παρόλα αυτά, οι δυνατότητες αυτών των τροποποιημένων σύνθετων υδρογελών και ξηρογελών πυριτίας για πληθώρα εφαρμογών ως φορείς δραστικών συστατικών για μεταλλικές ή κεραμικές επικαλύψεις είναι πολλές. Αποτελεί λοιπόν κύριο αντικείμενο της παρούσας ευρεσιτεχνίας να παράσχει βελτιωμένο υλικό υδρογέλης ή ξηρογέλης που δρα ως φορέας δραστικών συστατικών το οποίο κατά την χρήση του ως επικάλυψη σε μεταλλική ή κεραμική επιφάνεια θα επηρεάσει τις ιδιότητες αποδέσμευσης και σε πολλές περιπτώσεις θα επιφέρει και άλλες ωφέλιμες επιδράσεις. Ορισμένοι άλλοι σκοποί και πλεονεκτήματα της παρούσας ευρεσιτεχνίας θα γίνουν εμφανή από τις ακόλουθες περιγραφές, τη φύση και τις προτιμώμενες ενσωματώσεις των βελτιωμένων συνθέτων υλικών υδρογέλης και ξηρογέλης πυριτίας.

3. Περίληψη της Ευρεσιτεχνίας

Σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία, παρουσιάζονται βελτιωμένες επικαλύψεις υδρογέλης και ξηρογέλης πυριτίας οι οποίες αποτελούνται από τουλάχιστον ένα δενδριτικό πολυμερές ενώ παρατίθενται επίσης και οι μέθοδοι παρασκευής αυτών. Τα υβριδικά αυτά υλικά, περιέχουν τουλάχιστον ένα δραστικό συστατικό, κατά προτίμηση φαρμακολογικά δραστικό, ενώ το/τα δενδριτικό/ά πολυμερή επιλέγονται κατά τρόπο ο οποίος βελτιώνει την ενθυλάκωση και συγκράτηση των δραστικών συστατικών διασφαλίζοντας πως οι συνολικές ιδιότητες των δραστικών συστατικών παραμένουν αναλλοίωτες ενώ ο επιτυγχάνεται παράλληλα ο επιθυμητός ρυθμός αποδέσμευσης. Τέλος, άλλες επιθυμητές ιδιότητες των δραστικών συστατικών αξιοποιούνται ή ενισχύονται.

Σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία οι εν λόγω ενώσεις προορίζονται για επικαλύψεις στερεών μεταλλικών και κεραμικών υποστρωμάτων όπου τα εν λόγω υλικά διαθέτουν πορώδεις ή τραχείες επιφάνειες. Οι αντιδράσεις σχηματισμού υδρογέλης λαμβάνουν χώρα μέσα σε πορώδεις ή τραχείες επιφάνειες εμφανίζοντας έτσι το πλεονέκτημα της συγκράτησης προκυπτόντων πολυμερικών προϊόντων χωρίς να εκπλύνονται κατά την εμβάπτιση των υποστρωμάτων σε διαλύτες. Συνεπώς δεν υπάρχει ανάγκη χημικής σύνδεσης με την μεταλλική επιφάνεια, μία διαδικασία σύνθετη, χρονοβόρα, ακριβή και η οποία περιλαμβάνει συχνά τη χρήση υψηλών θερμοκρασιών και τοξικών διαλυτών.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία περιλαμβάνει την εξουδετέρωση της τοξικότητας ορισμένων δενδριτικών πολυμερών όπως για παράδειγμα της υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης (ΡΕΙ) όταν αυτά συνδυάζονται με ορθοπυριτικό οξύ.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία περιλαμβάνει την δυνατότητα ενίσχυσης των ωφέλιμων ιδιοτήτων των δραστικών συστατικών μέσα από τη επιλογή κατάλληλων δενδριτικών πολυμερών ως φορέων που επιδεικνύουν ανάλογες ιδιότητες. Επί παραδείγματι, η ενσωμάτωση αντιοξειδωτικών αντιδραστηρίων σε δενδριτικές ενώσεις που επιδεικνύουν παρόμοια συμπεριφορά βελτιώνει το συνολικό δυναμικό του σύνθετου.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι τα υβριδικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αρχική τους μορφή, αυτή της υδρογέλης, ή έπειτα από την ξήρανσή τους σε ήπιες συνθήκες στη μορφή ξηρογέλης. Τα δραστικά συστατικά μπορούν να ενσωματωθούν στο αρχικό στάδιο, πριν ή μετά τη διαδικασία πήξης ή ακόμα και στην ήδη σχηματισμένη υδρογέλη ή ξηρογέλη.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι οι συνθέσεις μπορούν να περιέχουν θερμοευαίσθητα ή αποκρινόμενα σε όξινο/βασικό ή περιβάλλον αλάτων πολυμερή προκειμένου να επιτυγχάνονται διαφορετικοί ρυθμοί αποδέσμευσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες, pH, ή συγκεντρώσεις αλάτων.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι δενδριτικά πολυμερή με αναγωγικές ιδιότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν προκειμένου να επιτευχθεί η μετατροπή μεταλλικών ιόντων με κατάλληλο δυναμικό αναγωγής σε μεταλλικά νανοσωματίδια χωρίς την παρουσία πρόσθετου αναγωγικού. Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι δενδριτικά πολυμερή που έχουν αναγωγικές ιδιότητες ή οποιαδήποτε άλλη χημική ιδιότητα η οποία δύναται να ενισχύσει τη σταθερότητα του φιλοξενούμενου μορίου αλλά και να το προστατεύσει από οξείδωση ή διάβρωση παρατείνοντας τη διάρκειά του.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι οποιοσδήποτε επιθυμητός συνδυασμού φαρμακευτικών ενώσεων και μεταλλικών νανοσωματιδίων μπορεί να ενσωματωθεί πριν ή μετά τη διαδικασία πήξης ή ακόμα και μέσω προσθήκης στην ξηρή ξηρογέλη. Εφόσον διευκολύνει είναι δυνατά ακόμα και η ενσωμάτωση των συστατικών σε διαδικασία τριών σταδίων: μερικά από αυτά προστίθεται πριν το σχηματισμό της υδρογέλης, ακολουθούμενα από δεύτερη προσθήκη μετά το σχηματισμό της υδρογέλης ενώ τα υπόλοιπα προστίθεται στάγδην στη ξηρή ξηρογέλη.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι ορισμένα δραστικά δυσδιάλυτα συστατικά μπορούν να ενσωματωθούν σταδιακά στις υδρογέλες και τις ξηρογέλες μέσω επαναλαμβανόμενης προσθήκης όσες φορές κρίνεται επιθυμητό.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι ορισμένα δραστικά συστατικά μπορούν να ενσωματωθούν με συγκεκριμένη σειρά. Αυτό το πλεονέκτημα επιτρέπει σε συγκεκριμένες ενώσεις που διαθέτουν καθορισμένες χημικές ιδιότητες να ευνοούν ή να ενισχύουν τον εγκλεισμό άλλων. Η δυνατότητα αυτή αποτρέπει την εμφάνιση ανεπιθύμητων επιδράσεων όπως αυτή της οξείδωσης ή ασυμβατότητας μεταξύ δραστικών συστατικών.

Ένα ακόμη επωφελές χαρακτηριστικό σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία είναι ότι τετρααιθοξυσιλάνιο μπορεί να αντί κατασταθεί από τροποποιημένα τριαλκόξυ, διαλκόξυ ή αλκοξυσιλάνια προκειμένου να προστεθούν καθορισμένες ιδιότητες όπως επαγωγή ενδομοριακών αλληλεπιδράσεων με παράδειγμα της τελευταίας τη μοριακή αναγνώριση.

Λεπτομερέστερη ανάλυση της σύστασης, των χρήσεων αλλά και των πλεονεκτημάτων των υδρογελών και ξηρογελών πυριτίας αυτής της ευρεσιτεχνίας θα γίνει πληρέστερα αντιληπτή από την ακόλουθη περιγραφή των προτιμώμενων ενσωματώσεων σε σύνδεση με τα συνοδεύοντα σχέδια:

4. Σύντομη Περιγραφή των Σχεδίων

ΕΙΚ. 1 : Χημικός Τύπος της τέταρτης γενιάς του δενδριμερούς πολυ(προπυλενιμίνης) DAB-32.

ΕΙΚ. 2: Χημικός Τύπος της τρίτης γενιάς του δενδριμερούς πολυ(αμιδοαμίνης) ΡΑΜΑΜ-16.

ΕΙΚ. 3 : Χημικός Τύπος του υπερδιακλαδισμένου πολυμερούς πολυ(αιθυλενιμίνης) ΡΕΙ.

ΕΙΚ. 4: Χημικός Τύπος του υπερδιακλαδισμένου πολυμερούς πολυγλυκερόλης PG.

ΕΙΚ. 5: Χημικός Τύπος του υπερδιακλαδισμένου πολυμερούς πολυ(αιθυλενοξειδίου) ΡΕΟ.

ΕΙΚ. 6: Χημικός Τύπος του υπερδιακλαδισμένου πολυμερούς πολυ(αιθυλενογλυκόλης) PEG.

ΕΙΚ. 7: Φάσμα Ορατού-Υπεριώδους (UV-vis) του συμπλόκου γενταμυκίνηςυπερδιακλαδισμένης ΡΕΙ για διαφορετικές συγκεντρώσεις πολυαιθυλενιμίνης χρησιμοποιώντας συμβατική γραμμή βάσης δηλαδή απιονισμένο νερό (μαύρες γραμμές) και ΡΕΙ 0,1 πιΜ ΡΕΙ (κόκκινες γραμμές).

ΕΙΚ. 8: Φάσμα Ορατού-Υπεριώδους (UV-vis) των (Α) Γενταμυκίνης, υπερδιακλαδισμένης ΡΕΙ και του συμπλόκου τους υπερδιακλαδισμένης ΡΕΙ-Γενταμυκίνης (Β) Γενταμυκίνης, υπερδιακλαδισμένης PEG και του συμπλόκου τους υπερδιακλαδισμένης PEG-Γενταμυκίνης.

ΕΙΚ. 9: Φάσμα Υπερύθρου (IR) ξηρογέλης πυριτίας και επικάλυψης ξηρογέλης πυριτίας σε μεταλλικά πλακίδια τιτανίου.

ΕΙΚ. 10: Εικόνες Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) πλακιδίων τιτανίου με επικαλύψεις ξηρογέλης πυριτίας.

ΕΙΚ. 11 : Ανάλυση Φασματοσκοπίας Ενεργειακής Διασποράς (EDS) και χημική σύστασης ξηρογέλης πυριτίας σε πλακίδια τιτανίου.

ΕΙΚ. 12: Φάσμα Ορατού-Υπεριώδους (UV-vis) διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης και ιόντων Ag+ σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα κατά το σταδιακό σχηματισμό νανοσωματιδίων αργύρου.

ΕΙΚ. 13: Ποσοστό επιβίωσης σκωλήκων C. elegans κατά τις πρώτες 24 ώρες μετά από την έκθεσή τους σε ξηρογέλες πυριτίας/ΡΕΙ/γενταμυκίνης.

ΕΙΚ. 14: Μακροσκοπική βαθμολογία παθολογίας και μικροβιολογικά αποτελέσματα εμφυτευμάτων.

5. Προτεινόμενες ενσωματώσεις της ευρεσιτεχνίας

Όπως υποδεικνύεται από τα παραπάνω, οι υδρογέλες και ξηρογέλες πυριτίας της παρούσας ευρεσιτεχνίας χρησιμοποιούνται κατά προτίμηση ως επικαλύψεις στερεών μεταλλικών ή κεραμικών υποστρωμάτων τα οποία διαθέτουν τραχείες ή πορώδεις επιφάνειες. Το κύριο πλεονέκτημα της παρούσας εφαρμογής αφορά στο γεγονός πως οι αντιδράσεις σχηματισμού λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια και μέσα στους πόρους. Η πήξη των υδρογελών με παράλληλη διεύρυνση αποτρέπει την αποκόλλησή τους από τους πόρους όταν τα υποστρώματα βυθίζονται σε υγρά. Η ξήρανση υπό κενό οδηγεί τις ξηρογέλες να διεισδύουν βαθύτερα μέσα στους πόρους των στερεών δυσχεραίνοντας πολύ τη διάχυσή τους σε εξωτερικά μέσα. Συνεπώς παύει να υφίσταται ανάγκη για χημική σύνδεση αυτών των ενώσεων καθώς συγκρατούνται στα στερεά υποστρώματα λόγω στερεοχημικών παρεμποδίσεων.

Οι επικαλύψεις υδρογέλης και ξηρογέλης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πλειάδα εφαρμογών.

Σε μία προτεινόμενη ενσωμάτωση, σύμφωνα με την παρούσα αίτηση δενδριτικά πολυμερή μπορούν να ενσωματώνουν αντιδιαβρωτικές και/ή αντιοξειδωτικές ενώσεων. Οι επικαλύψεις μπορούν να εφαρμοστούν σε υποβρύχιες συσκευές ως αντιδιαβρωτικές επικαλύψεις. Επιπλέον, όταν ενσωματώνονται στις δενδριτικές κοιλότητες και ενώσεις με δράση κατά του σχηματισμού βιοϋμενίων, αναστέλλεται ο σχηματισμός βιοϋμενίων θαλάσσιων αλγών. Σύμφωνα με την παρούσα αίτηση, οι επικαλύψεις αποτελούν μία ιδανική λύση για τις επιπτώσεις της βιοσυσσώρευσης. Η τελευταία, επιφέρει σοβαρές επιπλοκές καθώς αυξάνει τον υδροδυναμικό όγκο των σκαφών και την υδροδυναμική τριβή, οδηγώντας σε μείωση έως και 10% της ταχύτητας ενώ είναι δυνατή και η πρόκληση μείζονος ζημιάς στο σκελετό του πλοίου αλλά και τα συστήματα ώθησης.

Σε άλλη προτιμώμενη ενσωμάτωση, σύμφωνα με την παρούσα αίτηση με την κατάλληλη επιλογή δενδριτικών πολυμερών με λιπόφιλες κοιλότητες και την ενίσχυση του υδρόφοβου χαρακτήρα τους με μη-πολικά ξενιζόμενα μόρια όπως τα υπερυδρόφοβα κεριά, παραφίνες και οι υπερφθοριωμένες ενώσεις είναι εφικτή η σύνθεση αδιάβροχων υδρογελών οι οποίες δυνητικά προστατεύουν μεταλλικές ή κεραμικές επιφάνειες από την υγρασία. Οι υδρογέλες και ξηρογέλες σύμφωνα με την παρούσα αίτηση οι οποίες χαρακτηρίζονται από αυξημένη υδροφοβικότητα είναι ικανές να προσφέρουν αδιαβροχοποίηση όταν αυτές εφαρμόζονται σε επιφάνειες με παράδειγμα χρήσης της εφαρμογής αυτής τις πτέρυγες αεροσκαφών μειώνοντας έτσι τη συσσώρευση πάγου.

Σε άλλη προτιμώμενη ενσωμάτωση, σύμφωνα με την παρούσα αίτηση δενδριμερή και υπερδιακλαδισμένα πολυμερή τα οποία φέρουν λειτουργικές ομάδες στο εσωτερικό τους, ικανές για αναγωγή σχηματίζουν κοιλότητες με αναγωγικό περιβάλλον. Ιόντα ευγενών μετάλλων όπως αυτά του παλλαδίου, του λευκόχρυσου, του χρυσού ή του αργύρου με κατάλληλο δυναμικό αναγωγής μπορούν να σχηματίσουν μεταλλικά νανοσωματίδια ενθυλακωμένα στις κοιλότητες χωρίς τη χρήση πρόσθετου αναγωγικού παράγοντα. Σε κάθε περίπτωση, με ή χωρίς τη χρήση πρόσθετου αναγωγικού, οι δενδριτικές κοιλότητες ρυθμίζονται με ευκολία, προσδίδοντας ένα ακόμη θετικό στοιχείο στη μέθοδο αυτή με παραδείγματα τη δυνατότητα σχηματισμού εξειδικευμένων μεταλλικών νανοσωματιδίων με καθορισμένο μέγεθος και σχήμα, εξαρτώμενα από τη στερεοχημεία και τις γενικές ιδιότητες της μήτρας ανάλογα με την επιθυμητή εφαρμογή. Η οργανική μήτρα δύναται να αφαιρεθεί με οποιαδήποτε μέθοδο εξυπηρετεί συμπεριλαμβανομένης της πυρόλυσης.

Μία εφαρμογή σύμφωνα με την αναφερθείσα παραπάνω ενσωμάτωση, δενδριτικά πολυμερή τα οποία φέρουν μεταλλικά νανοσωματίδια όταν συζευχθούν με μεταλλικούς ή κεραμικούς φορείς μπορούν να παραγάγουν ιδανικούς καταλύτες για ετερογενείς καταλύσεις. Οι πόροι μεταλλικών ή κεραμικών μονολίθων με μεγάλη ειδική επιφάνεια όπως του κορδιερίτη μπορούν να επικαλυφθούν με ξηρογέλες πυριτίας που περιέχουν νανοσωματίδια λευκόχρυσου ή ροδίου και να παράγουν καταλυτικούς μετατροπείς για κινητήρες οχημάτων.

Σε μία άλλη εφαρμογή σύμφωνα με την παραπάνω αναφερθείσα ενσωμάτωση, υδρογέλες και ξηρογέλες που περιέχουν νανοσωματίδια μετάλλων που επιδεικνύουν αντιβακτηριακές ιδιότητες όπως ο άργυρος και ο χαλκός μπορούν να συνδυαστούν με μεταλλικά ή κεραμικά φίλτρα. Τα σύνθετα αυτά συστήματα μπορούν να αξιοποιηθούν σε συσκευές καθαρισμού νερού προκειμένου να ελαχιστοποιήσουν τη βακτηριακή μόλυνση ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για σκοπούς αποστείρωσης νερού. Με την αξιοποίηση των ωφέλιμων χαρακτηριστικών σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία όπως η ενσωμάτωση ξενιζόμενων μορίων με συγκεκριμένη σειρά, μεταλλικά νανοσωματίδια μπορούν να προστεθούν σε ένα αρχικό στάδιο ακολουθούμενο από την προσθήκη μη συμβατών οργανικών ενώσεων όπως είναι οι παράγοντες που σχηματίζουν χηλικές ενώσεις με μέταλλα ή ενώσεις επιρρεπείς σε οξείδωση. Τα προκύπτοντα υβριδικά φίλτρα θα διαθέτουν πρόσθετες ιδιότητες όπως η ικανότητα να απολυμαίνουν το νερό από τοξικούς ρύπους όπως τα ιόντα βαρέων μετάλλων.

Σε μία ακόμα προτιμώμενη ενσωμάτωση, σύμφωνα με την παρούσα αίτηση μπορεί να αξιοποιηθεί η ικανότητα των δενδριτικών πολυμερών για ελεγχόμενη αποδέσμευση. Σύνθετα ικανά για παρατεταμένη αποδέσμευση, θερμοευαίσθητα ή πολυμερή αποκρινόμενα σε όξινο/βασικό ή ανάλογα αποκρινόμενα σε άλατα, μπορούν να αξιοποιηθούν προκειμένου να επιτευχθούν διαφορετικοί ρυθμοί αποδέσμευσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες, pH, ή συγκεντρώσεις αλάτων. Εφαρμογές της ενσωμάτωσης αυτής βρίσκουν χρήση σε ιατρικά πεδία συμπεριλαμβανομένων της μεταφοράς φαρμάκων ή γονιδίων σύμφωνα με καθορισμένες ανάγκες, συμπτωματολογία αλλά και για θεραπείες όπως η διαθερμία. Η ικανότητα των δενδριτικών πολυμερών να ενσωματώνουν ενώσεις με ιδιότητες αναστολής σχηματισμού βιοϋμενίων, αντιβακτηριδιακή, αντιβιοτική ή/και μυκητοκτόνο δράση, τα καθιστά ιδανικές επιλογές για την επικάλυψη αντικειμένων ή εργαλείων, που χρησιμοποιούνται σε χειρουργικές επεμβάσεις και είναι επιρρεπή σε μόλυνση όπως ορθοπεδικά και οδοντικά εμφυτεύματα.

Σε μία άλλη προτιμώμενη ενσωμάτωση, σύμφωνα με την παρούσα αίτηση υδρογέλες και ξηρογέλες πυριτίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή βιοαισθητήρων. Τα δενδριμερή και τα υπερδιακλαδισμένα πολυμερή σχηματίζουν σταθερά αιωρήματα νανοσωλήνων άνθρακα οπότε και αποτελούν μία πολλά υποσχόμενη εναλλακτική για την ακινητοποίηση ενζύμων όπως η οξειδάση της γλυκόζης (GOx) και η υπεροξειδάση του χρένου (HRP) σε πορώδεις υαλώδεις επιφάνειες ηλεκτροδίων άνθρακα. Οι αισθητήρες που προκύπτουν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για συνεχή παρακολούθηση κρίσιμων παραμέτρων υγείας όπως η συγκέντρωση της ελεύθερης γλυκόζης στο αίμα.

Σε μία άλλη προτιμώμενη ενσωμάτωση, σύμφωνα με την παρούσα αίτηση υδρογέλες και ξηρογέλες πυριτίας μπορούν να σχηματίσουν μία βιοδραστική στοιβάδα στην επιφάνεια μοσχευμάτων. Οι δενδριμερείς και υπερδιακλαδισμένες ενώσεις οι οποίες φέρουν αμινομάδες εμφανίζουν ιδιότητες παρόμοιες των πρωτεϊνών. Η συμπεριφορά αυτή μπορεί να ενισχυθεί με τη χρήση δραστικών συστατικών τα οποία προάγουν το σχηματισμό βιολογικά σημαντικών μορίων και τους επιτρέπουν να επάγουν βιολογικές αντιδράσεις. Για παράδειγμα μπορούν να οδηγήσουν σε βιομιμητική ανάπτυξη φωσφορικών αλάτων του ασβεστίου και τελικά υδροξυαπατίτη στην επιφάνεια μεταλλικών μοσχευμάτων.

Σε μία ακόμα προτεινόμενη ενσωμάτωση, σύμφωνα με την παρούσα αίτηση υδρογέλες και ξηρογέλες πυριτίας μπορούν να σχηματίσουν προστατευτικής αντιμικροβιακής στοιβάδας στην επιφάνεια ορθοπεδικών και οδοντικών μοσχευμάτων αποτρέποντας το σχηματισμό βιοϋμενίου.

6. Αναλυτική Περιγραφή της Ευρεσιτεχνίας

Η αντίδραση σχηματισμού πηκτώματος πυριτίας είναι αντίδραση λύματος-πηκτής βασισμένη στην όξινη υδρόλυση ενός αλκοξυσιλανίου και το συνακόλουθο πολυμερισμό του ορθοπυριτικού οξέος σε ουδέτερο pH ως ακολούθως:

Si(OR)4+ H2O → HO-Si(OR)3+ ROH

HO-Si(OR)3+ H2O → (HO)2-Si(OR)2+ ROH (HO)2-Si(OR)2+ H2O → (HO)3-Si(OR) ROH (HO)3-Si-OR H2O → Si(OH)4+ ROH Si(OH)4+ Si(OH)4→ (OH)3-Si-O-Si(OH)3) H2O To αλκοξυσιλάνιο μπορεί να είναι οποιοδήποτε μη τοξικό αλκοξυσιλάνιο κατά προτίμηση τετρααλκοξυσιλάνιο το οποίο δεν παράγει τοξικά προϊόντα υδρόλυσης.

Κατά προτίμηση το αλκοξυσιλάνιο είναι τετρααιθοξυσιλάνιο (TEOS) ή τετραμεθοξυσιλάνιο (TMOS). Κατά μεγαλύτερη προτίμηση το αλκοξυσιλάνιο είναι το τετρααιθοξυσιλάνιο καθώς το παραπροϊόν που παράγεται κατά την υδρόλυση, η αιθυλική αλκοόλη, είναι λιγότερο τοξική από τη μεθυλική αλκοόλη. Στην περίπτωση κατά την οποία επιδιώκονται υδρογέλες ή ξηρογέλες με συγκεκριμένες χημικές ιδιότητες, όπως αυτή της ικανότητας των ξηρογελών να αλληλοεπιδρούν διαμοριακά, με παράδειγμα τη μοριακή αναγνώριση μέσω δεσμών υδρογόνου, μέρος ή όλο το τετρααιθοξυσιλάνιο αντικαθίσταται από οργανικά τροποποιημένο αλκοξυσιλάνιο. Τα οργανικά τροποποιημένα αλκοξυσιλάνιο περιλαμβάνουν αλλά δεν περιορίζονται στα (3-αμινοπροπυλ)τριμεθοξυσιλάνιο, διαιθοξυ (3-γλυκίδυλοοξυπροπυλ)μεθυλοσιλάνιο, διμέθοξυ-μέθυλ(3,3,3-τριφθοροπρόπυλο) σιλάνιο, βινυλοτριμεθοξυσιλάνιο, (3-χλωροπροπυλ)τριαιθοξυσιλάνιο, (3-ισοκυανοπρόπυλο)τριαιθοξυσιλάνιο, 3-(τριαιθοξυσιλο)προπιονιτρίλιο. Τα αντιδραστήρια αυτά περιέχουν δραστικά τμήματα στο μόριό τους τα οποία επιδέχονται πρόσθετη δημιουργία λειτουργικής ομάδας για να παρέχουν τις επιθυμητές ιδιότητες. Στην περίπτωση που είναι επιθυμητή η παρασκευή ξηρογέλης με συγκεκριμένες φυσικές ιδιότητες συμπεριλαμβανομένης της προσπάθειας αύξησης του πορώδους ή τροποποίησης του μεγέθους των πόρων, μέρος ή όλο το τετρααιθοξυσιλάνιο αντικαθίσταται από οργανικά τροποποιημένο αλκοξυσιλάνιο ενώ προτιμάται για τη διαδικασία αυτή ένα αλκυλοϋποκατεστημένο αλκοξυσιλάνιο. Τα οργανικά τροποποιημένα αλκυλοϋποκατεστημένα αλκοξυσιλάνιο περιλαμβάνουν αλλά δεν περιορίζονται στα μεθυλτριαιθοξυσιλάνιο MeSi(OEt)3 (METES), διμεθυλδιαιθοξυσιλάνιο Me2Si(OEt)2 (DMDES) ή αιθυλτριαιθοξυσιλάνιο EtSi(OEt)3(ETES).

Όσον αφορά την όξινη υδρόλυση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί αραιό διάλυμα οποιουδήποτε συμβατού οξέος σε οποιαδήποτε ποσότητα η οποία δεν δημιουργεί επιπλοκές τοξικότητας. Με τον όρο συμβατότητα στην παρούσα ευρεσιτεχνία περιγράφεται η απαραίτητη προϋπόθεση μη αντίδρασης του οξέος με οποιοδήποτε άλλο συστατικό του διαλύματος. Τα κατάλληλα οξέα περιλαμβάνουν χωρίς να περιορίζονται σε αυτά τα: κιτρικό οξύ, ασκορβικό οξύ, υδροχλωρικό οξύ, θειικό οξύ, νιτρώδες οξύ, νιτρικό οξύ, φωσφορικό οξύ, ενώ προτιμάται η χρήση του υδροχλωρικού οξέος.

Η εξουδετέρωση του διαλύματος επιτυγχάνεται με την προσθήκη οποιοσδήποτε συμβατής βάσης σε οποιαδήποτε ποσότητα δεν δημιουργεί επιπλοκές τοξικότητας. Με τον όρο συμβατότητα στην παρούσα ευρεσιτεχνία περιγράφεται η απαραίτητη προϋπόθεση μη αντίδρασης της βάσης με οποιοδήποτε άλλο συστατικό του διαλύματος. Οι κατάλληλες βάσεις περιλαμβάνουν χωρίς να περιορίζονται σε αυτές τις: αμμωνία, αιθυλαμίνη, υδροξείδιο του νατρίου, υδροξείδιο του καλίου, υδροξείδιο του ασβεστίου, και ορισμένες βάσεις οι οποίες χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ρυθμιστικών διαλυμάτων όπως το όξινο φωσφορικό δινάτριο, το Τris(υδροξυμεθύλ)άμινομεθάνιο (βάση Τrizma) και το [Ν-(2-υδροξυαίθυλ)πιπεραζίνη-Ν'-(2-αιθανοσουλφονικό οξύ)] (Hepes) με προτιμώμενη τη βάση Τrizma.

Σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία η σύσταση του διαλύματος περιλαμβάνει πρόσθετα δενδριτικών πολυμερών. Ο κύριος λόγος για τη χρήση και κριτήριο επιλογής των πρόσθετων αυτών είναι η συνεισφορά τους στη ρύθμιση του ρυθμού αποδέσμευσης. Είναι επίσης δυνατό να επιτευχθούν και άλλες επιθυμητές ιδιότητες όπως αυτή της προστασίας των δραστικών συστατικών από οξείδωση και αποσύνθεση. Τα δενδριμερή, τα υπερδιακλαδισμένα πολυμερή και άλλες υποκατηγορίες ενώσεων χαρακτηρίζονται από δενδριτική δομή όπως τα δενδρόνια (dendrons), τα ενοφθαλμισμένα δενδριτικά πολυμερή (dendrigrafts), και δενδριμερισμένα πολυμερή (dendronized polymers). Κατάλληλες επιλογές δενδριτικών πολυμερών σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία για την εφαρμογή αυτή αποτελούν όλα τα δενδριτικά πολυμερή και τα παράγωγα αυτών. Προτιμώνται μη τοξικά δενδριτικά πολυμερή ή δενδριτικά πολυμερή των οποίων η τοξικότητα έχει ελαχιστοποιηθεί με την ενσωμάτωση τους σε υδρογέλες και ξηρογέλες πυριτίας. Για οποιαδήποτε βιολογική εφαρμογή η επιλογή περιορίζεται σε μη τοξικά δενδριτικά πολυμερή ή δενδριτικά πολυμερή που σχηματίζουν μη τοξικά παράγωγα. Κατά προτίμηση τα δενδριτικά πολυμερή επιλέγονται από τα: δενδριμερή πολυπροπυλενιμίνης (DAB) (Εικόνα 1.) και πολυαμιδοαμίνης (ΡΑΜΑΜ) (Εικόνα 2.) ή υπερδιακλαδισμένα πολυμερή πολυαιθυλενιμίνη (ΡΕΙ) (Εικόνα 3.), πολυγλυκερόλη (PG) (Εικόνα 4.), πολυαιθυλενοξείδιο (ΡΕΟ) (Εικόνα 5.) και πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) (Εικόνα 6.), και/ή λειτουργικά παράγωγα αυτών. Κατά μεγαλύτερη προτίμηση το δενδριτικά πολυμερές είναι η υπερδιακλαδισμένη πολυαιθυλενιμίνη (ΡΕΙ).

Οποιαδήποτε χημική ένωση με ιδιότητες χρήσιμες για τις ενσωματώσεις σύμφωνα με την παρούσα εφαρμογή μπορεί να επιλεχθεί ως δραστικό συστατικό/ξενιζόμενο μόριο και να ενσωματωθεί στις δενδριτικές κοιλότητες. Μη τοξικές ενώσεις ή ενώσεις που σχηματίζουν μη τοξικά σύμπλοκα με τη δενδριτική μήτρα προτιμώνται. Η ενσωμάτωση των χημικών ενώσεων στις υδρογέλες επιτυγχάνεται είτε με την προσθήκη διαλυμάτων δραστικών συστατικών στο αρχικό διάλυμα πριν τη δημιουργία της υδρογέλης είτε με την προσθήκη αυτών στις ξηρογέλες με τη μέθοδο της διαβροχής, μία διαδικασία η οποία επαναλαμβάνεται όσες φορές κρίνεται αναγκαίο. Η ενσωμάτωση με τη μέθοδο της διαβροχής προτιμάται. Η επαναλαμβανόμενη διαβροχή της ξηρογέλης με διαλύματα δραστικών συστατικών προτιμάται έναντι της απλής καθώς η πρώτη διαβροχή τροποποιεί τις επιφανειακές ιδιότητες του στερεού υποστρώματος και συχνά επιτρέπει την ενσωμάτωση μεγαλύτερων ποσοτήτων δραστικού συστατικού.

Σε εφαρμογές προστασίας από διάβρωση και οξείδωση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αναστολείς διάβρωσης και αναγωγής όπως οι αμίνες, παραδείγματα των οποίων αποτελούν η εξαμίνη, φαινυλενδιαμίνη, διμεθυλαιθονολαμίνη και/ή πτητικές αμίνες όπως η τριμεθυλαμίνη ή η διαιθυλαμίνη, οι υδραζίνες και το βενζοτριαζόλιο. Αντιοξειδωτικές ενώσεις όπως το ασκορβικό οξύ, θειώδη ή πρόδρομες ουσίες σχηματισμού θειωδών όπως διθειοφωσφορικά άλατα μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Αντιδιαβρωτικές ανόργανες ενώσεις προερχόμενες από ταννικό οξύ ή άλατα ψευδαργύρου περιλαμβάνονται στο πλαίσιο της παρούσας αίτησης ενώ η μικροβιακή προσβολή δύναται να αποτραπεί χρησιμοποιώντας για παράδειγμα αντισηπτικές ουσίες. Για αυτές τις εφαρμογές, ο συνδυασμός των ανωτέρω περιγραφέντων ξενιζόμενων μορίων και η ενσωμάτωση τους σε δενδριτικά πολυμερή τα οποία παρουσιάζουν αναγωγικό χαρακτήρα, με παραδείγματα ενώσεις που φέρουν αμινομάδες όπως τα δενδριμερή της πολυπροπυλενιμίνης, της πολυαμιδοαμίνης και η πολυαιθυλενιμίνη είναι ιδιαίτερα πλεονεκτικός.

Οποιοδήποτε υπερυδρόφοβο υλικό, μη τοξικό κατά προτίμηση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για της ενσωματώσεις σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία. Οποιοδήποτε συνθετικό ή φυσικό κερί διαφορετικών τύπων, φυτικά ή ζωικά παραγόμενο, μπορεί να συμπεριληφθεί για ενσωμάτωση στο δενδριτικό φορέα με παραδείγματα που περιλαμβάνουν αλλά δεν περιορίζονται σε αυτά τα κεριά κηρήθρας όπως παλμιτικός μυρικυλεστέρας και παλμιτικός κετυλεστέρας, η λανολίνη, καρναουβικά κεριά όπως η εικοσιεξανοϊκός μυρικυλεστέρας, το έλαιο jojoba, το κανδελιλικό κερί και κεριά από σύαγρο. Οι παραφίνες και τα κεριά παραφινών μπορούν να επιλεχθούν από οποιονδήποτε κατάλληλο κορεσμένο υδρογονάνθρακα με τη μορφή καθαρών ενώσεων ή μειγμάτων ενώ απαντώνται φυσικά σε πετροχημικά προϊόντα ή παραλαμβάνονται με άλλα φυσικά ή χημικά μέσα.

Φαρμακευτικές ενώσεις χρησιμοποιούνται για ευρεία ποικιλία υλοποιήσεων σύμφωνα με την παρούσα αίτηση. Οποιαδήποτε ένωση παρουσιάζει φαρμακευτική δράση μπορεί να επιλεχθεί για τις ενσωματώσεις σύμφωνα με την παρούσα εφαρμογή. Οι ενώσεις αυτές περιλαμβάνουν αντιβιοτικά, αντιβακτηριδιακά, μυκητοκτόνα αντισηπτικά και αναστολείς σχηματισμού βιοϋμενίου αλλά δεν περιορίζονται σε αυτές. Οποιαδήποτε ουσία με αντιμικροβιακή δράση έναντι των βακτηρίων η οποία ανήκει σε οποιαδήποτε κατηγορία αντιβιοτικών που περιλαμβάνουν τις πενικιλίνες όπως αμινοπενικιλίνες, πενικιλίνινες με δράση κατά των ψευδομονάδων, αναστολείς β λακταμάσης, φυσικές πενικιλλίνες και ανθεκτικές στην πενικιλλινάση πενικιλλίνες όπως οι αμοξυκιλίνες, το κλαβουλανικό οξύ, η αμπικιλλίνη, η δικλοξακιλλίνη, η οξακιλλίνη και πενικιλλίνη, τετρακυκλίνες, όπως για παράδειγμα η δεμεκλοκυκλίνη, η δοξυκυκλίνη, η εραβακυκλίνη, η μινοκυκλίνη, ομαδοκυκλίνη και τετρακυκλίνη, κεφαλοσπορίνες όπως για παράδειγμα κεφακλόρη, κεφδινίρη, κεφοταξίμη, κεφταζιδίμη, κεφτριαξόνη κεφουροξίμη και κεφταρολίνη, κινολόνες όπως οι φθοροκινολόνες για παράδειγμα σιπροφλοξασίνη, λεβοφλοξασίνη, και μοξιφλοξασίνη, λινκομυκίνες για παράδειγμα κλινδαμυκίνη και λινκομυκίνη, μακρολίδια για παράδειγμα την αζιθρομυκίνη, κλαριθρομυκίνη και ερυθρομυκίνη, σουλφοναμίδια για παράδειγμα σουλφομεθοξαζόλη τριμεθοπρίμη, σουλφασαλαζίνη και σουλφισοξαζόλη, γλυκοπεπτίδια με παράδειγμα τη νταλμπαβανσίνη, οριταβανσίνη, τελαβανσίνη και βανκομυκίνη, αμινογλυκοσίδες για παράδειγμα γενταμικίνη, τομπραμικίνη και αμικασίνη, καρβαπενέμες για παράδειγμα ιμιπενέμη, σιλαστατίνη, μεροπενέμη, δοριπενέμη και ερταπενέμη και τέλος τοπικά αντιβιοτικά για παράδειγμα νεοσπορίνη βακιτρακίνη, νεομυκίνη, πολυμυξίνη Β ή πολυσπορίνες αλλά δεν περιορίζονται σε αυτές μπορεί να επιλεγεί για ενσωμάτωση στις δενδριτικές μήτρες,

ποιαδήποτε άλλος τύπος αντιβακτηριδιακών παραγόντων ο οποίος χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση βακτηριδιακών λοιμώξεων και δεν χαρακτηρίζεται ως φαρμακευτικό σκεύασμα, κατατάσσεται στις αντιβακτηριδιακές ενώσεις και μπορεί να επιλεγεί για τις εφαρμογές σύμφωνα με την παρούσα αίτηση. Σύμφωνα με την παρούσα αίτηση, οι κατάλληλοι αντιβακτηριδιακοί παράγοντες είναι κατά προτίμηση μη τοξικοί και/ή σχηματίζουν μη τοξικά σύμπλοκα με τα κατάλληλα δενδριτικά πολυμερή. Για όλες τις βιολογικές εφαρμογές, η επιλογή περιορίζεται στους μη τοξικούς αντιβακτηριδιακούς παράγοντες ή παράγοντες οι οποίοι σχηματίζουν μη τοξικά σύμπλοκα με τα κατάλληλα δενδριτικά πολυμερή ως φορείς. Παραδείγματα αντιβακτηριδιακών παραγόντων αποτελούν τα υποχλωρίτες, χλωροαμίνες, διχλωροϊσοκυανουρικό και τριχλωροϊσοκυανουρικό, διοξείδιο του χλωρίου, υπεροξείδια όπως υπεροξικό οξύ, υπερθειικό κάλιο, υπερβορικό νάτριο, υπερανθρακικό νάτριο και ουρία επιδιαλυτωμένη με υπεροξείδιο του υδρογόνου, ιώδιο, φαινόλες όπως φαινόλη, κρεσόλες όπως θυμόλη, αλογονωμένες (χλωριωμένες, βρωμιωμένες) φαινόλες , όπως τα εξαχλωροφαίνιο, τρικλοζάνη, τριχλωροφαινόλη, τριβρωμοφαινόλη, πενταχλωροφαινόλη, άλατα και ισομερή αυτών, κατιονικά επιφανειοδραστικά, όπως μερικά κατιόντα τεταρτοταγούς αμμωνίου όπως χλωριούχο βενζαλκόνιο, βρωμιούχο ή χλωριούχο κετυλτριμεθυλαμμώνιο, χλωριούχο διδεκυλοδιμεθυλαμμώνιο, χλωριούχο κετυλοπυριδίνιο, χλωριούχο βενζεθόνιο και άλλες μη τεταρτοταγείς ενώσεις, όπως χλωρεξιδίνη, γλυκοπρωταμίνη, διυδροχλωρική οκτενιδίνη, νανοσωματίδια αργύρου, κολλοειδής άργυρος, νιτρικός άργυρος, νανοσωματίδια, θειικός χαλκός, τριυδρόξυ διχλωριούχος διχαλκός.

Όλες οι φυσικές και συνθετικές ενώσεις οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να αναστέλλουν το σχηματισμό βιοϋμενίων από οποιοδήποτε μικροοργανισμό είναι κατάλληλες να επιλεγούν για τις εφαρμογές σύμφωνα με την παρούσα αίτηση ως παράγοντες αναστολής του σχηματισμού βιοϋμενίου, Παραδείγματα αυτών περιλαμβάνουν αλλά δεν περιορίζονται στα παράγωγα ιμιδαζολίου όπως η αγγελιφερίνη, η βρωμοαγγελιφερίνη, η διαστερεομερικό 2 αμινοβενζιμιδαζόλιο, 2-αμινοϊμιδαζόλια που περιέχουν τριαζόλη, 1 ,4-δισυποκατεστημένα-2-αμινοϊμιδαζόλια, διυδροοροϊδίνη, οροϊδίνη, μενθύλ καρβαμικά παράγωγα, παράγωγα ινδολίου όπως 5-υδροξυινδόλιο και 7-υδροξυϊνδόλιο, ινδολ-3- ακεταλδεΰδη, 3-ινδολυλακετονιτρίλιο και ίνδολο-3-καρβοξυαλδεϋδη, πυρρολοϊνδόλινο- παράγωγα, ίνδολο-τριαζολαμιδικά παράγωγα, ανθρακινόνες όπως τα εμόδινοχλωρο παράγωγα του γαλακτικού λαυρυλεστέρα, σύμπλοκα θειοημικαρβαζιδίου, φλαβονοειδή όπως λουτεολίνη, γενιστέίνη, κβερκετίνη, ψασετίνη, φλορετίνη και κουρκουμίνη, νιτρικό γάλλιο, ρεσβερατρόλη, υπερφορτίνη, 7-επικλουσιανόνη, ισολιμονικό οξύ, χολερυθρίνη, προανθοκυανιδινη Α2, φωσφατιδυλοχολίνη, ταννικό οξύ, τζινκγκολικό και τζινκγκονεολικό οξύ, καρβακρόλη, βγουγάίνη, διτερπένιο κασβάνης, τρανς-ρεσβερατρόλη, ε-βινιφερίνη, βησιτίνη, αζοενίνη, τομπραμυκίνη, σουλφοξείδιο (S)-φαινυλο-L-κυστεϊνης, διφαινυλοδισουλφίδιο, αουρομομυκίνη, αλογονωμένες φουρανόνες, βρωμιωμένες αλκυλιδενολακτάμες όπως (Ε)-γ-αλκυλιδενο-γ-λακτάμη, (Ζ) γ-αλκυλιδενο-γ-λακτάμη, γ-υδροξυ-γ-λακτάμη, βρωμοπυρρολοαλκαλοειδή, παράγωγα 4-θειαζολιδινονοπυρρόλης, Β και c-σκυλλαμυκίνες, (-)-αγελοξίμη D, επιμερή κεμβρανοειδών, τριαζολυλ διυδροφουρανόνες, καπρολακτόνη, παρθενολίδη, το πεπτίδιο ανθρώπινης καθελιδίνης LL-37, D-αμινοξέα, όπως D-τυροσίνη, D-μεθειονίνη, D-τρυπτοφάνη και D-λευκίνη, νορσπεμιδίνη, γαλακτάνη, λαυρούλ γλυκόζη, ελαϊκό οξύ, cis-2-δεκενοϊκό οξύ, δότες NO, βρωμιούχο 1 -αλκυλκινολινίο και χλωριούχο 1-αλκυλ-3-μεθυλιμιδαζόλιο.

Όλα τα φαρμακευτικά συστατικά που απαντώνται στη φύση ή είναι συνθετικά, μυκητοκτόνα ή μυκητοστατικά, που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία και την πρόληψη μυκητιάσεων όπως «το πόδι του αθλητή» (tinea pedis), δερματικές μυκητιάσεις, μυκωτικές άφθες και οι συστηματικές λοιμώξεις όπως η κρυπτοκοκκική μηνιγγίτιδα, είναι κατάλληλα για επιλογή για τις εφαρμογές σύμφωνα με την παρούσα αίτηση ως μυκητοκτόνα. Ορισμένα παραδείγματα των ενώσεων αυτών περιλαμβάνουν αλλά δεν περιορίζονται στα ακόλουθα: πολυενικά μυκητοκτόνα όπως αμφοτερικίνη Β, καντινικίνη, φιλιπίνη, αμυκίνη, ναταμυκίνη, νυστατίνη, ριμοσιδίνη, ιμιδαζολικά μυκητοκτόνα όπως διφοναζόλη, βουτοκοναζόλη, κλοτριμαζόλη, εκοναζόλη, φαιντικοναζόλη, ισοκοναζόλη, κετοκοναζόλη, λουλικοναζόλη, μικοναζόλη, ομοκοναζόλη, οξικοναζόλη, σερτακοναζόλη, σουλκοναζόλη, τιοκοναζόλη, μηκητοκτόνα τριαζολίου όπως αλβακοναζόλη, εφινακοναζόλη, εποξικοναζόλη, φλουκοναζόλη, ισβακουκοναζόλη, ιτρακοναζόλη, ποζακοναζόλη, προπικοναζόλη, ρακουκοναζόλη, τερκονάλη, βορικοναζόλη, θειαζόλια όπως αβαφουντίνη, αλλυλαμίνες όπως αμορολφίνη, βουτεναφίνη, ναφτιφίνη και τερβιναφίνη, εχινοκανδίνες όπως ανιδουλαφουνγκίνη, κασποφουνγκίνη, μικαφουγκίνη, αύρνες, βενζοϊκό οξύ, κυκλοπυροξαλαμίνη, 5-φθοροκυτοσίνη, γκριζεοφουλβίνη, αλοπρογίνη, τολναφτάτη, ενδεκυλενικό οξύ, τριακετίνη, κρυσταλλικό ιώδες, οροτομίδη, μιλτεφοσίνη, ιωδιούχο κάλιο, θειικό χαλκό, δισουλφίδιο σεληνίου, θειοθειικό νάτριο, πιροκτόνη ολαμίνη, ιωδοκινολίνη, κλιοκινόλη, ακρισορκίνη, πυριθειόνη ψευδαργύρου και θείο.

Κατάλληλα για τις εφαρμογές σύμφωνα με την παρούσα αίτηση για αντισηπτική χρήση είναι όλα τα παρασιτοκτόνα τα οποία προορίζονται για εφαρμογή στο ανθρώπινο ή ζωικό σώμα, δέρμα, βλεννογόνο ιστό, πληγές και άλλα σημεία. Σε αυτά συμπεριλαμβάνονται χωρίς να αποκλείουν τη χρήση και άλλων υποχλωριώδη, χλωραμίνες όπως βενζολοσουλφοχλωραμίδιο του νατρίου, ιωδοποβιδόνη, υπεροξείδια όπως υπερανθρακική ουρία, υπεροξικό οξύ, ασθενή οργανικά οξέα όπως σορβικό οξύ, βενζοϊκό οξύ, γαλακτικό οξύ, σαλικυλικό οξύ, φαινόλες όπως εξαχλωροφαίνιο, τρικλοσάνη, διβρωμόλη και κατιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες όπως 0,05-0,5% βενζαλκόνιο, χλωρεξιδίνη και οκτενιδίνη.

Κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού, πέραν των αλυσίδων, πρόσθετες δομές όπως δακτύλιοι και τρισδιάστατα δίκτυα σχηματίζονται ανάλογα με τη φύση του πρόδρομου αλκοξυσιλανίου και τα πρόσθετα δενδριτικά πολυμερή. Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι η δημιουργία γέλης η οποία περιέχει νερό, την αλκοόλη η οποία αποτελείται από τον ίδιο τύπο αλκυλομάδας με τις αλκοξυομάδες, το οξύ ή βάση που χρησιμοποιήθηκε για τη ρύθμιση του pH και το χρησιμοποιηθέν/τα δενδριτικό/ά πολυμερές/ή. Τα δενδριμερή και τα υπερδιακλαδισμένα πολυμερή τα οποία είναι ικανά να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου, αλληλεπιδρούν με τα συσσωματώματα πυριτίας και ενισχύουν σημαντικά το σχηματισμό των πόρων. Επιπλέον πρόσθετα όπως γραμμική πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) μπορούν επίσης να προστεθούν προκειμένου να επηρεάσουν το πορώδες των γελών. Ο πολυμερισμός των εναπομεινάντων ομάδων Si-OH σε Si-O-Si συνεχίζεται για αρκετό χρόνο μετά τη δημιουργία της γέλης. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, ο πολυμερισμός συνεχίζεται ακόμα και όταν η αλκοόλη και το νερό έχουν απομακρυνθεί από τη γέλη μέσω έκπλυσης και εξάτμισης, οδηγώντας στο σχηματισμό της ξηρογέλης την αποβολή των υδατικών και αλκοολικών κλασμάτων και την ξήρανση των υδρογέλης. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται γήρανση. Ο αυξημένος πολυμερισμός οδηγεί σε σταθερότερες υδρογέλες και ξηρογέλες. Παρόλα αυτά, σε θερμοκρασία δωματίου και ήπιες συνθήκες πίεσης ο πολυμερισμός διακόπτεται έπειτα από γήρανση ελάχιστων εβδομάδων και η ξηρογέλη δε σχηματίζεται πλήρως. Η αύξηση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ξήρανσης της υδρογέλης, οδηγεί σε επιτάχυνση της αντίδρασης πολυμερισμού. Η γέλη αποκτά μεγαλύτερη σταθερότητα καθώς συρρικνώνεται και ασκούνται εσωτερικές τάσεις. Παράλληλα η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να επιφέρει ανεπιθύμητες συνέπειες σε θερμοευαίσθητα πρόσθετα μόρια. Για το σκοπό αυτό ή ξήρανση υπό κενό παρουσία ξηραντικού προτιμάται. Οποιοδήποτε κατάλληλο ξηραντικό μπορεί να επιλεχθεί ενώ παραδείγματα τέτοιων ενώσεων περιλαμβάνουν χωρίς να περιορίζονται σε αυτά τα: ενεργός άνθρακα, θειικό ασβέστιο, χλωριούχο ασβέστιο, ζεόλιθους και πεντοξείδιο του φωσφόρου. Το τελευταίο, το πεντοξείδιο του φωσφόρου, προτιμάται. Η ξήρανση σε χαμηλή πίεση κρίνεται το ίδιο ευνοϊκή ή ευνοϊκότερη καθώς παρατείνει τη διάρκεια της ξήρανσης. Η ξήρανση σε ήπιες συνθήκες προτιμάται καθώς με αυτό τον τρόπο οι ξηρογέλες διατηρούν όσο το δυνατόν τη δομή των υδρογελών.

Τα κεραμικά είτε με τη μορφή μονόλιθων είτε ως σωματίδια (συμπεριλαμβανομένων των μικροσωματιδίων και νανοσωματιδίων ) και ειδικότερα αυτά τα οποία διαθέτουν πορώδη επιφάνεια, χαρακτηρίζονται από μεγάλο πορώδες και αποτελούν ιδανικές επιλογές για εφαρμογές σύμφωνα με την παρούσα ευρεσιτεχνία ως στερεά υποστρώματα για τις επικαλύψεις. Συνήθως τραχείες η υψηλού πορώδους επιφάνειες είναι πολύ κοινές σ’ αυτά τα υλικά ενώ δεν απαιτούν σημαντική προ-κατεργασία πριν από τη χρήση τους. Εν γένει, τα κεραμικά είναι αδρανή, μη τοξικά υλικά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές καθαρισμού του νερού. Δεν υπάρχει περιορισμός στον τύπο των κεραμικών τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές σύμφωνα με την παρούσα εφαρμογή. Στα υλικά αυτά περιλαμβάνονται, χωρίς να αποκλείουν τη χρήση άλλων, τα εξής: πυρίτια, αλούμινα, τιτανία, δημητρία, λανθανία, ζιρκόνια και αφνία.

Τα μέταλλα αποτελούν μία εναλλακτική για εφαρμογές ως υποστρώματα σύμφωνα με την παρούσα αίτηση. Οποιοδήποτε μέταλλο ή κράμα μετάλλου σε στερεή μορφή, μη τοξικό κατά προτίμηση, είναι κατάλληλο να επιλεγεί για εφαρμογές της παρούσας αίτησης. Επιπλέον, η παρουσία επικαλύψεων, σύμφωνα με την παρούσα εφαρμογή, μπορεί να ελαχιστοποιήσει την τοξικότητα ορισμένων μετάλλων. Συνήθως η τραχιά ή πορώδης επιφάνεια δεν αποτελεί εγγενή ιδιότητα του μετάλλου, επομένως απαιτείται κατάλληλη προκατεργασία. Οποιαδήποτε κατάλληλη μέθοδος που μεταβάλλει και ενισχύει την τραχύτητα ή το πορώδες επιφανειών είναι κατάλληλη για την προκατεργασία των μεταλλικών υποστρωμάτων σύμφωνα με την παρούσα εφαρμογή. Μεταξύ όλων των μεθόδων που είναι διαθέσιμες στην επιστημονική βιβλιογραφία, είναι τρεις ξεχωρίζουν και προτείνονται (Tsiourvas, D., Tsetsekou, A., Arkas, M., Diplas, S., Mastrogianni, E. Covalent attachment of a bioactive hyperbranched polymeric layer to titanium surface for the biomimetic growth of calcium phosphates Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2011 , 22(1), pp. 85-96). A Μέθοδος παθητικοποίησης μετάλλου (Martin HJ, Schulz KH, Bumgardner JD, Walters KB. XPS study on the use of 3-aminopropyltriethoxysilane to bond chitosan to a titanium surface. Langmuir.

2007;23:6645- 51). Μεταλλικά πλακίδια τοποθετούνται σε λουτρό υπερήχων για 10 λεπτά και διαδοχικά σε κάθε έναν από τους ακόλουθους διαλύτες: ακετόνη (70% κατ’ όγκο), αιθανόλη και νερό. Το υδρόλουτρο υπερήχων ακολουθείται από την εναπόθεση των πλακιδίων σε 3:7 (ν/ν) διάλυμα νιτρικού οξέος-νερού για 30 min σε θερμοκρασία δωματίου. Η κατεργασία αυτή ακολουθείται από έκπλυση των δειγμάτων με νερό ενώ τοποθετούνται εκ νέου σε καλυμμένο υδρόλουτρο για 24 h. Β. Κατεργασία με διάλυμα «πιράνχα» (Martin HJ, Schulz KH, Bumgardner JD, Walters KB. XPS study on the use of 3-aminopropyltriethoxysilane to bond chitosan to a titanium surface. Langmuir.

2007;23:6645-51). Τα μεταλλικά πλακίδια τοποθετούνται σε λουτρό υπερήχων για 30 λεπτά χρησιμοποιώντας ως διαλύτη 70% ισοπροπυλική αλκοόλη. Στη συνέχεια προστίθεται πυκνό θειικό οξύ σε ποτήρι ζέσεως ενώ ακολουθεί η αργή προσθήκη υπεροξειδίου του υδρογόνου σε τελική αναλογία 7:3 θειικού οξέος προς υπεροξείδιο του υδρογόνου ενώ το μείγμα τίθεται υπό ανάδευση. Τα πλακίδια βυθίζονται για 10 min στο παραπάνω διάλυμα ενώ στη συνέχεια αφαιρούνται και τοποθετούνται σε ένα δεύτερο διάλυμα πιράνχα για 5 min. Τέλος τα μεταλλικά πλακίδια εκπλύνονται με νερό δις προτού τοποθετηθούν σε υδρόλουτρο για 24 h. Γ κατεργασία με αλκαλικό διάλυμα (Rakngarm A, Miyashita Υ, Mutoh Υ. Formation of hydroxyapatite layer on bioactive Ti and Ti-6AI-4 V by simple chemical technique. J Mater. Sci. Mater. Med. 2008;19:1953-61). Ο καθαρισμός των μεταλλικών δοκιμίων γίνεται με τη χρήση νερού, ακετόνης και αιθανόλης για 20 min σε κάθε διαλύτη σε λουτρό υπερήχων ενώ επαναλαμβάνεται στο τέλος ο καθαρισμός με νερό για 10 min. Τέλος, βυθίζονται σε διάλυμα 5 Μ NaOH στους 60°C για 24h. Μετά την περίοδο των 24 h, τα πλακίδια-υποστρώματα εκπλύνονται ήπια με νερό και οδηγούνται για ξήρανση υπό κενό.

Τα μεταλλικά νανοσωματίδια ενσωματώνονται προαιρετικά σε ορισμένες ενσωματώσεις της παρούσας αίτησης λόγω των αντιβακτηριδιακών και καταλυτικών τους ιδιοτήτων. Τα μεταλλικά νανοσωματίδια δύναται να προέρχονται από την αναγωγή μεταλλικών ιόντων σε αναγωγικές κοιλότητες δενδριτικών πολυμερών με τη χρήση αναγωγικού παράγοντα ή άλλων μέσων. Η ενσωμάτωση των νανοσωματιδίων μετάλλων στις δενδριτικές κοιλότητες μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη μεταλλικών ιόντων σε διάλυμα κατάλληλου πολυμερούς ή με την προσθήκη μεταλλικών ιόντων σε διάλυμα κατάλληλου πολυμερούς με την προσθήκη αναγωγικού ή με την προσθήκη νανοσωματιδίων μετάλλων πριν το στάδιο σχηματισμού της υδρογέλης ή με την προσθήκη υπερκείμενης φάσης διαλύματος μεταλλικών ιόντων σε ήδη σχηματισμένη υδρογέλη με ή χωρίς αναγωγικούς παράγοντες ή με διασπορά ξηρογέλης σε διάλυμα μεταλλικού ιόντος με ή χωρίς αναγωγικούς παράγοντες.

7. Παραδείγματα

Παράδειγμα 1. Ενσωμάτωση θειικής γενταμικίνης σε υπερδιακλαδισμένη πολύ(αιθυλενιμίνη) και υπερδιακλαδισμένη πολύ(αιθυλενογλυκόλη).

Για την αξιολόγηση της αλληλεπίδρασης της γενταμικίνης με την υπερδιακλαδισμένη πολύ(αιθυλενιμίνη), διάφορες ποσότητες (10 to 200 mg) αντιβιοτικού διαλύονται σε 10 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης ΡΕΙ. (Φάσμα Ορατού- Υπεριώδους, Εικόνα 7 μαύρες γραμμές). Προκειμένου να αποφευχθεί η παρεμπόδιση της υπερδιακλαδισμένης ΡΕΙ στην απορρόφηση, οι μετρήσεις Ορατού-Υπεριώδους πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας διάλυμα υπερδιακλαδισμένης ΡΕΙ 1mΜ ως καμπύλη αναφοράς. (Φάσμα Ορατού- Υπεριώδους, Εικόνα 7 κόκκινες γραμμές). Το μέγιστο της κορυφής απορρόφησης της γενταμικίνης μετατοπίζεται από τα 245nm στα 252 nm καθώς σταδιακά ενσωματώνεται στις κοιλότητες της υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης ενώ παρατηρείται μείωση της απορρόφησης της υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης καθώς συσσωρεύονται τα προστιθέμενα μόρια. Όταν το χρησιμοποιούμενο διάλυμα είναι 10 φορές πυκνότερο τότε η μετατόπιση του μεγίστου της απορρόφησης γενταμικίνης γίνεται εμφανέστερη στα 300nm (Εικόνα 8Α). Η ίδια τάση διατηρείται για την υπερδιακλαδισμένη πολύ(αιθυλενογλυκόλη) PEG (Εικόνα 8Β). Συνεπώς, σύμφωνα με τις μετρήσεις ορατού-υπεριώδους τα υπό εξέταση πολυμερή (PEI, PEG) έχουν την ικανότητα να συνδέονται με τη γενταμικίνη.

Παράδειγμα 2. Σύνθεση ξηρογέλης γενταμικίνης-πυριτίας-ΡΕΙ

Αρχικά παρασκευάζεται διάλυμα 2 ml ορθοπυριτικού οξέος 1Μ με υδρόλυση τετρααιθοξυσιλανίου, παρουσία HCI 5 mΜ υπό ανάδευση για 15 min. Στη συνέχεια 100 mg γενταμικίνης διαλύονται σε 0,5 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης 0,1 mΜ (περίπου 40mΜ σε πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αμινοομάδες) ενώ ακολουθεί η προσθήκη του στο πρώτο διάλυμα. To pH ρυθμίζεται στο 7.4 χρησιμοποιώντας βάση trizma. Μετά το πέρας 2 ωρών, διάστημα κατά το οποίο ολοκληρώνεται ο σχηματισμός της υδρογέλης, το δείγμα ξηραίνεται για μία ημέρα υπό κενό υπεράνω πεντοξειδίου του φωσφόρου.

Παράδειγμα 3. Εναλλακτική μέθοδος σύνθεσης ξηρογέλης γενταμικίνης-πυριτίας-ΡΕΙ Αρχικά παρασκευάζεται διάλυμα 2 ml ορθοπυριτικού οξέος 1Μ με υδρόλυση τετρααιθοξυσιλανίου, παρουσία HCI 5 mΜ υπό ανάδευση για 15 min. Στη συνέχεια, προστίθενται σε αυτό 0,5 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης 0,1 mΜ (περίπου 40mΜ σε πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αμινο-ομάδες) και το pH ρυθμίζεται στο 7,4 χρησιμοποιώντας βάση trizma. Μετά το πέρας 2 ωρών, διάστημα κατά το οποίο ολοκληρώνεται ο σχηματισμός της υδρογέλης, το δείγμα ξηραίνεται για μία ημέρα υπό κενό υπεράνω πεντοξειδίου του φωσφόρου. Ακολουθεί η επαναδιασπορά 100 mg της ξηρογέλης σε 10 ml διαλύματος γενταμικίνης 1% για διάστημα μίας ημέρας. Ακολουθεί φυγοκέντριση ενώ το τελικό ίζημα οδηγείται σε ξήρανση υπό κενό υπεράνω πεντοξειδίου του φωσφόρου.

Παράδειγμα 4. Εναλλακτική μέθοδος σύνθεση ξηρογέλης-γενταμικίνης-πυριτίας-ΡΕΙ Αρχικά παρασκευάζεται διάλυμα 2 ml ορθοπυριτικού οξέος 1Μ με υδρόλυση τετρααιθοξυσιλανίου, παρουσία HCI 5 mΜ υπό ανάδευση για 15 min. Στη συνέχεια, προστίθενται σε αυτό 0,5 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης 0,1 mΜ (περίπου 40mΜ σε πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αμινο-ομάδες) και το pH ρυθμίζεται στο 7,4 χρησιμοποιώντας βάση trizma. Μετά το πέρας 2 ωρών, διάστημα κατά το οποίο ολοκληρώνεται ο σχηματισμός της υδρογέλης, προστίθενται 0,5 ml διαλύματος γενταμικίνης 1%. Την επόμενη ημέρα αποχύνεται η υπερκείμενη υδατική φάση και η υδρογέλη οδηγείται σε ξήρανση βάσει πρωτοκόλλου που αναλύθηκε στο παράδειγμα 2.

Παράδειγμα 5. Παρασκευή επικαλύψεων ξηρογέλης/γενταμικίνης/πυριτίας-ΡΕΙ σε τιτάνιο

Τα πλακίδια τιτανίου καθαρίζονται σε νερό, ακετόνη και αιθανόλη, για 20 min σε κάθε διαλύτη σε λουτρό υπερήχων ενώ επαναλαμβάνεται στο τέλος ο καθαρισμός με νερό για 10 min. Στη συνέχεια βυθίζονται σε διάλυμα 5 Μ NaOH στους 60°C για 24h. Μετά από περίοδο 24h τα πλακίδια τα οποία θα λειτουργήσουν ως υποστρώματα εκπλύνονται ήπια με νερό και ξηραίνονται υπό κενό. Έπειτα παρασκευάζεται διάλυμα 2 ml ορθοπυριτικού οξέος 1Μ που προέρχεται από την υδρόλυση τετρααιθοξυσιλανίου, παρουσία HCI 5 mΜ υπό ανάδευση για 15 min. Ένα προκατεργασμένο δοκίμιο τιτανίου βυθίζεται στο παραπάνω διάλυμα ενώ ακολουθεί η προσθήκη 0,5 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης (PEI Mw 25000) και το pH ρυθμίζεται στο 7,5 με βάση trizma. Μετά από 2 ώρες, διάστημα κατά το οποίο σχηματίζεται η υδρογέλη, τα δείγματα ξηραίνονται υπό κενό υπεράνω πεντοξειδίου του φωσφόρου. Την επόμενη ημέρα τα μεταλλικά δοκίμια εκπλύνονται με απιονισμένο νερό ενώ όλη η προαναφερθείσα διαδικασία επαναλαμβάνεται προκειμένου να δημιουργηθεί άλλη μία στρώση ξηρογέλης. Οι επικαλύψεις ξηρογέλης στο τιτάνιο μελετήθηκαν με φασματοσκοπία υπερύθρου (Εικόνα 9), Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (Εικόνα 10) και φασματοσκοπία διασποράς ηλεκτρονίων (Εικόνα 11). Κατόπιν 100 μL διαλύματος γενταμικίνης 10% (w/w) προστίθενται στάγδην στη σχηματισθείσα στρώση ξηρογέλης και τα δοκίμια ξηραίνονται κατά τη διάρκεια της νύχτας. Ακολούθησε ένα ταυτόσημο δεύτερο στάδιο προσθήκης γενταμυκίνης Παράδειγμα 6. Παρασκευή επικαλύψεων ξηρογέλης αργύρου/γενταμικίνης/πυριτίας-ΡΕΙ σε τιτάνιο

Η μέθοδος αυτή είναι παρόμοια με την προαναφερθείσα διαδικασία παρασκευής του

παραδείγματος 1 με τη διαφορά πως προστίθεται 1 ml διαλύματος

υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης αντί 0,5 ml. Κατόπιν, μετά την ξήρανση και

της δεύτερης στοιβάδας ξηρογέλης, τα δοκίμια βυθίζονται σε 10 ml διαλύματος AgNΟ3

0,2 Μ για διάστημα 5 ημερών. Το χρώμα της ξηρογέλης μεταβλήθηκε σταδιακά από

υποκίτρινο σε πορτοκαλί και στη τελικά μετατράπηκε σε σκούρο καφέ. Ακολουθούν τα

δύο στάδια διαβροχής με γενταμικίνη.

Παράδειγμα 7. Παρασκευή επικαλύψεων ξηρογέλης από μετά νατρίου άλας

γαλακτικού λαυρύλ-2-εστέρα ή 12-χλωροδωδεκανοϊκού (S)-1 -μεθόξυ-1 -οξοπροπαν-2-ύλ εστέρα (9)/πυριτίας- ΡΕΙ σε τιτανίου

Σύνθεση του 12-χλωροδωδεκανοϊκού (S)-1 -μεθόξυ-1 -οξοπροπαν-2-ύλ εστέρα (9). Η

συνθετική πορεία που χρησιμοποιείται για την παρασκευή της ένωσης 9 παρατίθεται

στο ακόλουθο σχήμα:

Σχήμα 1. Σύνθεση του ω- χλωρογαλακτικού εστέρα 9.

Ξεκινώντας από μεθυλεστέρα του 6-υδροξυεξανοϊκού οξέος 2, που παρασκευάζεται από το εμπορικά διαθέσιμο 6-υδροξυεξανοϊκό οξύ 1 με καταλυόμενη από οξύ εστεροποίηση όπως περιγράφεται βιβλιογραφικά (J. Yang, Κ. A. Tallman, Ν. A. Porter, D. C. Liebler, Anal. Chem. 87 (2015) 2535-2541) οξείδωση των υδροξυλο-ομάδων με μηχανισμό με Dess-Martin υπεριωδινάνιο δίνει μεθυλ 6-οξοεξανοϊκή αλδεΰδης 3 με απόδοση 60%. Στη συνέχεια η αντίδραση Wittig μεταξύ αυτής της αλδεΰδης και του υλιδίου τριφαινυλοφωσφονίου 4 (Ν. Kagermeier,K. Werner, Μ. Keller, Ρ. Baumeister, G. Bernhardt, R. Seifert, A. Buschauer, Bioorg. Med. Chem. 23 (2015) 3957-3969) που δημιουργήθηκε μετά από κατεργασία του αντίστοιχου άλατος φωσφωνίου με n-BuLi σε THF σε θερμοκρασία δωματίου έδωσε τελικά 12-χλωροδωδεκ-6-ενοϊκό μεθυλεστέρα 5 με απόδοση 37%. Από την ολεφίνη 5 με σαπωνοποίηση του μεθυλεστέρα σε υδατικό διάλυμα ΚΟΗ ακολουθούμενη από σύζευξη του προκύπτοντος καρβοξυλικού οξέος 6 με βενζυλεστέρα του L-γαλακτικού οξέος 7 (Η. Zhu, X. Xu, W. Cui, Y. Zhang, Η. Mo, Y.-M. Shen, J. Polymer Sci. A: Polymer Chem.49(2011) 1745-1752) παρουσία Ν,Ν’-Δικυκλοεξυλκαρβοδιιμιδίου (DCC) ως παράγοντα σύζευξης και καταλυτικών ποσοτήτων 4-Διμεθυλάμινοπυριδίνης (DMAP) σε διάλυμα διχλωρομεθανίου παράγεται εστέρας 8 με απόδοση 67% . Κατεργασία του χλωρογαλακτικού εστέρα 8 με τριαιθυλσιλάνιο ως πηγή υδρογόνου παρουσία καταλύτη Pd/C σε διαλύτη οξικό αιθυλεστέρα, έδωσε τελικά το 12- χλωρογαλακτικό εστέρα 9 με απόδοση 81 %.

Μετρήσεις Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR)

Τα φάσματα NMR ελήφθησαν από τη συσκευή Bruker Avance III HD 300 σε συχνότητα λειτουργίας 300,13 MHz και 75,47 MHz for<1>Η και<13>C, αντίστοιχα. Οι χημικές μετατοπίσεις δίνονται σε ppm χρησιμοποιώντας το σήμα του υπολειμματικού διαλύτη ως εσωτερική αναφορά. Οι ακόλουθες συντομογραφίες χρησιμοποιούνται ως ένδειξη της πολλαπλότητας του σήματος: s-απλή, d-διπλή,t-τριπλή, q-τετραπλή,p-πενταπλή,mπολλαπλή. Όλα τα φάσματα NMR υποστηρίζουν τις δομές των συντιθέμενων ενώσεων.

Φασματομετρία Μάζας

Φασμάτα Μάζας Υψηλής Ανάλυσης Φασματομετρίας Μάζας (HRMS) καταγράφηκαν σε φασματοφωτόμετρο Agilent Technologies LC/MSDTOF και HP 1 100 MSD χρησιμοποιώντας ιονισμό με ηλεκτροψεκασμό.

Γ ια τη σύνθεση των νέων ενώσεων που περιλαμβάνονται στο Σχήμα 1 ακολουθήθηκαν τα εξής πρωτόκολλα:

(Ζ)-1 2-Χλωροδωδεκ-6-ενοϊκός μεθυλεστέρας (5): Σε αιώρημα (6-χλωροεξυλ) τριφαινυλοφωσφανίου (0,83 g, 1 ,80 mmol) σε THF (20 ml), προστέθηκε n-BuLi (1 ,6 Μ σε εξάνιο, 1 ,10 ml, 1 ,80 mmol) και το μείγμα παρέμεινε υπό ανάδευση σε θερμοκρασία δωματίου. Έπειτα από 1 h το διάλυμα προστέθηκε στάγδην σε διάλυμα 6-οξοεξανοϊκού μεθυλεστέρα 3 (0,22 g, 1 ,50 mmol) σε THF (15 ml) και που έχει ψυχθεί στους 0°C. Το μείγμα παρέμεινε υπό ανάδευση για 3 h σε θερμοκρασία δωματίου και μετά αποσβέστηκε με προσθήκη νερού (75 ml) και εκχυλίστηκε με οξικό αιθυλεστέρα. (3 χ 50 ml). Οι συνδυασμένες οργανικές στοιβάδες εκπλύθηκαν με αλατόνερο (1 χ 50 ml), ξηράνθηκαν (Na2S04) και διηθήθηκαν. Μετά την εξάτμιση των διαλυτών σε ελαττωμένη πίεση, το υπόλειμμα καθαρίστηκε με χρωματογραφία στήλης υπό πίεση (οξικός αιθυλεστέρας/εξάνιο 1 :20) για να δώσει το 12-χλωροδωδεκ-6-ενοϊκό εστέρα 5 ως διαυγές έλαιο (0,14 g, 37%).<1>HNMR (CDCl3, 300 MHz), d: 1.31 -1.52 (m, 6H), 1 ,64 (ρ, 2Η, J = 7,3 Hz), 1 ,78 (ρ, 2Η, J = 6,8 Hz), 1 ,96-2,08 (m, 4Η), 2,32 (t, 2Η, J = 7,5 Hz), 3,53 (t, 2Η, J = 6,7 Hz), 6,69 (s, 3H), 5,32-5,41 (m, 2H) ppm.<13>CNMR (CDCI3, 75,5 MHz), d: 24,6, 26,5, 26,8, 27,0, 28,9, 29,2, 32,5, 34,0, 45,1 , 51 ,5, 128,5, 128.8, 174,2 ppm.

(S)-2-[(12-Χλωροδωδεκανοΰλ)οξυ]προπανοιϊκός (8): Βενζυλεστέρας: Σε διάλυμα 12-χλωροδωδεκ-6-ενοϊκού 5 (0,14 g, 0,57 mmol) σε MeOH (7 ml), προστέθηκε KOH (aq. 3M, 5 ml) και το μείγμα παρέμεινε υπό ανάδευση για 3 h. Μετά την οξίνιση με προσθήκη υδατικού διαλύματος HCI 1 Μ (pH = 4), το μείγμα εκχυλίστηκε με οξικό αιθυλεστέρα (3 x 10 ml). Οι συνδυασμένες οργανικές στοιβάδες ξηράνθηκαν Na2S04, διηθήθηκαν και εξατμίστηκαν υπό κενό για να δώσουν το οξύ 6 (0,13 g, ποσοτικά), το οποίο χρησιμοποιήθηκε στο επόμενο στάδιο χωρίς οποιονδήποτε περαιτέρω καθαρισμό. Συνεπώς, το υπόλειμμα που παραλήφθηκε διαλύθηκε σε ξηρό διχλωρομεθάνιο (2 ml) και L-γαλακτυλικό βενζυλεστέρα (0,15 g, 0,85 mmol), DMAP (7 mg, 0,06 mmol) και DCC (0,13 g, 0,63 mmol) προστέθηκαν διαδοχικά ενώ το μείγμα της αντίδρασης παρέμεινε υπό ανάδευση για 6 h. Η καθιζάνουσα δικυκλοεξυλο ουρία απομακρύνθηκε με διήθηση υπεράνω στρώματος γης διστόμων (celite) και έκπλυση με οξικό αιθυλεστέρα (20 ml). Το διήθημα εκπλύθηκε με 0.5 Μ HCI (2 χ 20 ml) και κορεσμένο υδατικό διάλυμα NaHC03 (2 χ 20 ml), ξηράνθηκε (Na2S04), διηθήθηκε και συμπυκνώθηκε υπό χαμηλή πίεση. Το προκύπτον υπόλειμμα καθαρίστηκε με χρωματογραφία στήλης (οξικός αιθυλεστέρας/εξάνιο 1 :40) για να δώσει τον βενζύλ προπανοϊκό εστέρα 8 ως κίτρινο έλαιο (0,15 g, 67%).<1>HNMR (CDCl3, 300 MHz), d: 1 ,29-1 ,46 (m, 6H), 1 ,51 (d, 3H,J = 7,1 Hz), 1,67 (p, 2H, J = 7,4 Hz), 1 ,79 (p, 2H, J = 6,7 Hz), 2,02-2,09 (m, 4H), 2,38-2,43 (m, 2H), 3,55 (t, 2H, J = 6,7 Hz), 5,12-5,25 (m, 3H), 5,35-5,43 (m, 2H), 7,34-7,39 (m, 5H) ppm.<13>CNMR (CDCl3, 75,5 MHz), d: 16,9, 24,4, 26,5, 27,0, 29,0, 29,2, 29,1 , 32,6, 33,8, 34,1 , 45,1 , 66,9, 68,4, 128 ,1, 128,4, 128,6, 129,6, 129,8, 135,4 170,8, 173,1 ppm.

(S)-2-[(12-Χλωροδωδεκανοΰλ)οξυ]προπανοιϊκό οξύ (9): Σε αιώρημα προπανοϊκού βενζυλεστέρα 8 (0,15 g, 0,38 mol) και Pd/C (0.03 g, 10% wt) σε απαερωμένο οξικό αιθυλεστέρα (10 ml), προστίθεται τριαιθυλσιλάνιο (0,30 ml, 1 ,90 mmol) ml και το μείγμα παρέμεινε υπό ανάδευση για μία ημέρα. Μετά τη διήθηση με γη διστόμων (celite) και την εξάτμιση των διαλυτών σε περιστροφικό εξατμιστήρα το υπόλειμμα καθαρίστηκε με χρωματογραφία στήλης υπό πίεση (οξικός αιθυλεστέρας/εξάνιο 1 :1 αποδίδοντας το προπανοϊκό οξύ 9 ως λευκό στερεό (0,09 g, 81%).<1>HNMR (CDCI3, 300 MHz), d: 1 ,25-1 ,45 (m, 14H), 1,53 (d, 3H, J = 7,1 Hz), 1,64 (p, 2H, J = 7,5 Hz), 1 ,70-2,16 (m, 2H), 2,35-2,40 (m, 2H), 3,53 (t, 2H, J = 6,8 Hz), 5,11 (q, 1 H, J = 7,1 Hz) ppm.<13>CNMR (CDCb, 75,5 MHz), d: 16.9, 24,8, 26,9, 28,9, 29,0, 29,2, 29,38, 29,43, 29,45, 32,7, 33,9, 45,2, 67,9, 173,3, ppm. Τα δεδομένα για την ένωση 9 βρίσκονται σε συμφωνία με τα βιβλιογραφικά για το φυσικό προϊόν που απομονώνεται από το κυανοβακτηριακό στέλεχος Sphaerospermopsis sp. LEGE 00249. (V. Vasconcelos, P. Leao, J. Morais, M. Reis, R. Castelo-Branco, F. Oliveira, V. Ramos, F. Lombo-Brugos, C. J. Villar-Granja, I. Gutierrezdel Rio Menendez, S. Redondo-Bianco, F. Lopez-Ortiz, M. J. Iglesias, R. G. Soengas, S. Soto, Y. Lopez-Cubillos, V. Cepas, L. Rodolfi, G. Sampietro, patent PP115761 , 2019, submitted.)

Η μέθοδος διαβροχής είναι παραπλήσια με την μέθοδο που αναφέρεται στο παράδειγμα 1 με τη διαφορά πως το μετά νατρίου άλας του λαυρικού γαλακτυλεστέρα, ή ο 12-χλωροδωδεκανοϊκός (S)-1-μεθοξυ-1-οξοπροπανολ-2-υλ εστέρας διαλύθηκαν σε αιθανόλη και χρησιμοποιήθηκαν ο ίδιος όγκος διαλύματος (100 μL) και συγκέντρωση (10% w/w).

Παράδειγμα 8. Παρασκευή επικαλύψεων ξηρογέλης αργύρου/ γαλακτικού χλωρολαυριλ-1-εστέρα (9)/γενταμικίνης-πυριτίας-ΡΕΙ σε τιτανίου

Η μέθοδος αποτελεί συνδυασμό των μεθόδων όπως αυτές έχουν περιγράφει στα παραδείγματα 1-3. Μετά την αναφερθείσα τροποποίηση για το σχηματισμό των ξηρογελών ακολούθησε η εμβαπτισμός σε διάλυμα AgNO3 για 5 ημέρες. Στη συνέχεια προστίθεται το αιθανολικό διάλυμα του γαλακτικού χλωρολαυριλ-1-εστέρα και το υδατικό διάλυμα της γενταμικίνης.

Παράδειγμα 9. Παρασκευή επικαλύψεων υδρογέλης αργύρου/ γενταμικίνης-πυριτίας-ΡΕΙ σε ανοξείδωτο χάλυβα.

Μεταλλικά πλακίδια ανοξείδωτου χάλυβα καθαρίζονται με τη χρήση νερού, ακετόνης και αιθανόλης για 20 min σε κάθε διαλύτη σε λουτρό υπερήχων ενώ επαναλαμβάνεται στο τέλος ο καθαρισμός με νερό για 10 min. Στη συνέχεια βυθίζονται σε διάλυμα 5 Μ NaOH στους 60°C για 24h. Μετά την περίοδο των 24h τα πλακίδια εκπλύνονται ήπια με νερό και ξηραίνονται υπό κενό. Σε 100 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης (ΡΕΙ 750000) 0,1 mΜ (περίπου 40 mΜ σε πρωτοταγείς και δευτεροταγείς άμινο-ομάδες) προστίθενται 25 ml AgN03 0,01 Μ υπό ανάδευση σε ήπια θερμοκρασία. Μετά από μία ώρα παρατηρείται αλλαγή του χρώματος από άχρωμο σε υποκίτρινο, ένδειξη έναρξης σχηματισμού των νανοσωματιδίων αργύρου. Η αντίδραση διήρκησε 6 ημέρες οπότε και το χρώμα άλλαξε σε σκούρο πορτοκαλίκαφέ. Ο σχηματισμός των νανοσωματιδίων αργύρου επιβεβαιώθηκε με φασματοσκοπία ορατού από την χαρακτηριστική κορυφή στα 420 nm των επιφανειακών δονήσεων πλάσματος των μεταλλικών νανοσωματιδών αργύρου. (Εικόνα 12). Διάλυμα 2 ml ορθοπυριτικού οξέος 1 Μ προερχόμενο από την υδρόλυση τετρααιθοξυσιλανίου, παρουσία HCI 5 mΜ προστίθενται στάγδην στα κατεργασμένα πλακίδια τιτανίου. Στη συνέχεια 100 mg γενταμικίνης διαλύονται σε 0,5 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης-νανοσωματιδίων αργύρου (PEI Mw 750000) και το pH ρυθμίζεται στο 7,4 χρησιμοποιώντας βάση trizma. Το δείγμα προστίθεται στάγδην και τμηματικά στην επιφάνεια του τιτανίου. Ο σχηματισμός στερεός στοιβάδας παρατηρείται έπειτα από διάστημα αρκετών ημερών λόγω του χαμηλότερου pH.

Παράδειγμα 10. Δράση αναστολής σχηματισμού βιοϋμενίου από ξηρογέλες πυριτίαςυπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης (ΡΕΙ)

Εννιά τύποι ξηρογέλης με διαφορετικές συγκεντρώσεις παρασκευάστηκαν υπό παρόμοιες συνθήκες και εξετάστηκαν ως προς την ικανότητά τους να αναστέλλουν το σχηματισμό βιοϋμενίου ενάντια στους μικροοργανισμούς Escherichia coli, Staphylococcus aureus και Candida parapsilosis. Πιο συγκεκριμένα, το δείγμα ΜΡ 64 παρασκευάστηκε κατά το παράδειγμα 3. Το Μ Ρ 65 κατά το παράδειγμα 2 με 5ml ορθοπυριτικού οξέος και 1 ml διαλύματος γενταμικίνης/ ΡΕΙ. Για το δείγμα ΜΡ66 100 mg γενταμικίνης διαλύθηκαν σε 5 ml ορθοπυριτικού οξέος και στη συνέχεια προστέθηκαν 0,6 ml διαλύματος PEI. Το ΜΡ 69 παρασκευάστηκε βάση του παραδείγματος 2 με χρήση 5 ml ορθοπυριτικού οξέος και 0,22 ml διαλύματος γενταμικίνης/ ΡΕΙ 1%. Το ΜΡ 70 όπως περιγράφεται στο παράδειγμα 4 ενώ το ΜΡ 75 όπως περιγράφεται στο παράδειγμα 5 με χρήση 5 ml πυριτικού οξέος και 1 ,25 ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης, ξήρανση και ένα στάδιο διαβροχής γενταμικίνης. To ΜΡ76 όπως περιγράφεται στο παράδειγμα 5 με χρήση 5 ml πυριτικού οξέος και 2.5ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης, ξήρανση και ένα στάδιο διαβροχής γενταμικίνης. Το ΜΡ 77 όπως περιγράφεται στο παράδειγμα 5 με χρήση 5 ml πυριτικού οξέος και 2,5ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης, ξήρανση και δύο στάδια διαβροχής γενταμικίνης. Το ΜΡ 78 περιγράφεται στο παράδειγμα 5 με χρήση 5 ml πυριτικού οξέος και 1 ,25ml διαλύματος υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης, ξήρανση και δύο στάδια διαβροχής γενταμικίνης. Τα δείγματα επαναιωρήθηκαν και παρασκευάστηκε ένα αρχικό αιώρημα συγκέντρωσης 4096 mg/. Η συγκέντρωση του πρώτου πλακιδίου μικροτιτλοδότησης ορίζεται στα 1024 mg/L. 50 μl από κάθε δείγμα προστίθενται σε πλακίδιο μικροτιτλοδότησης και διαλύονται κατά το 1⁄2 με βακτήρια εναιωρημένα (10<6>UFC/ml) σε επαρκές μέσο ανάπτυξης (ΥΝΒ 2Χ για το C. parapsilosis, Μ63 2Χ για το Ε. Coli και TSB 2Χ για το S. aureus). Τα πλακίδια επωάστηκαν για κατά τη διάρκεια της νύχτας στους 37 °C (θετικά κατά Gram, C. parapsilosis) ή τους 30 °C (Ε. coli). Τα πλακίδια εκπλύθηκαν με στείρο PBS ενώ ακολούθησε επισήμανση με 200 μL κρυσταλλικού ιώδους 0,2%. Για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων παρατηρήθηκε η πλήρης απώλεια προσκόλλησης. Το κρυσταλλικό ιώδες επαναιωρήθηκε χρησιμοποιώντας διάλυμα 3% παγόμορφου οξικού οξέος και η οπτική πυκνότητα μετρήθηκε με φασματοφωτόμετρο στα 580 nm. Η αντιβιομεμβρανική δράση εκφράστηκε ως το πηλίκο της οπτικής πυκνότητας στα 580 nm στα πλακίδια που επιδεικνύουν διάθλαση προς την οπτική πυκνότητα του θετικού δείγματος αναφοράς. (OD διάθλασης/ OD θετικού ελέγχου). Το ποσοστό αναστολής υπολογίστηκε (Πίνακες 1-3). Προκειμένου να συγκριθούν τα διαφορετικά δείγματα, καθορίστηκε η συγκέντρωση που επεδείκνυε αναστολή κατά 80%.

Πίνακας 1: Αποτελέσματα αναστολής σχηματισμού βιοϋμενίου από Ε. Coli των ξερογελών

Πίνακας 2: Αποτελέσματα αναστολής σχηματισμού βιοϋμενίου από S. aureus των ξηρογελών

Πίνακας 3: Αποτελέσματα αναστολής σχημα των ξηρογελών

τισμού βιοϋμενίου από C. parapsilosis

Παράδειγμα 11 Αντιβακτηριδιακή δραστικότητα των ξηρογελών γενταμικίνης/ υπερκλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης (ΡΕΙ)/ πυριτίας

Για την εκτίμηση της αντιβακτηριδιακής δραστικότητας των ξηρογελών που παρασκευάστηκαν όπως επιδεικνύεται στο παράδειγμα 10 η MIC (Ελάχιστη Ανασταλτική Συγκέντρωση) αναλύθηκαν πλάκες μικροτιτλοδότησης με άμεση παρατήρηση της κυτταρικής πελλέτας, αλλά για να ανιχνευθούν βακτηριοκτόνες ή βακτηριοστατικές δράσεις, όλα τα φρεάτια έχουν επικαλυφθεί με εκλεκτικό/διαφορικό μέσο. Οι πίνακες 4-6 συνοψίζουν τα αποτελέσματα που ελήφθησαν.

Πίνακας 4: Αντιβιοτική δράση ξηρογελών έναντι του Ε. Coli, 0: καμία ανάπτυξη, 1: ανεσταλμένη αλλά ορατή ανάπτυξη, 2: ανάπτυξη πανομοιότυπη με το θετικό δείγμα αναφοράς

Πίνακας 5: Αντιβιοτική δράση ξηρογελών έναντι του S. aureus, 0: καμία ανάπτυξη, 1 : ανεσταλμένη αλλά ορατή ανάπτυξη, 2: ανάπτυξη πανομοιότυπη με το θετικό δείγμα αναφοράς<*>βακτηριοστατική ή μυκητοστατική δράση

Πίνακας 6: Αντιβιοτική δράση ξηρογελών έναντι του C. parapsilosis, 0: καμία ανάπτυξη, 1 : ανεσταλμένη αλλά ορατή ανάπτυξη, 2: ανάπτυξη πανομοιότυπη με το θετικό δείγμα αναφοράς

Εκτός από το ΜΡ65 (έναντι του Ε. Coli) και το ΜΡ69, όλες οι ξηρογέλες έχουν δείξει βακτηριοκτόνο ή μυκητοκτόνο δράση έναντι των Ε. Coli, S. aureus και C. parapsilosis, και έχουν υπολογιστεί οι αντίστοιχες MIC (Πίνακας 7). Τα ΜΡ77 και ΜΡ78 έδειξαν την καλύτερη αντιβακτηριακή δράση υποδεικνύοντας ότι το δεύτερο στάδιο προσθήκης γενταμυκίνης ήταν ζωτικής σημασίας για την αντιβακτηριακή απόδοση των ξηρογέλων.

Πίνακας 7: Συγκεντρωτικός πίνακας ελάχιστων ανασταλτικών συγκεντρώσεων (MIC) των δραστικών ξηρογελών (μg/mL).

Παράδειγμα 12. Αξιολόγηση τοξικότητας των ξηρογελών πυριτίαςυττερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης

Προκειμένου να αξιολογηθεί η τοξικότητα των ξηρογελών ττυριτίας υττερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης που φέρουν γενταμικίνη, που παρασκευάστηκαν σύμφωνα με το παράδειγμα 1, προτείνεται χρήση η μικρών, ημιδιαφανών, ολόκληρων οργανισμών επειδή προσφέρουν απλές, γρήγορες και οικονομικές βιοαναλύσεις. Ένα από τα απλούστερα ζωικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για τους σκοπούς αυτούς είμαι το νηματοειδές C. elegans με πλήρως χαρτογραφημένο γονιδίωμα, βασική λειτουργία οργάνων παρόμοια με αυτή των θηλαστικών και ιδιαίτερα καλά διατηρημένα κυτταρικά μονοπάτια σηματοδότησης. Επιπλέον, η ευκολία που εμφανίζει στην καλλιέργεια, ανάπτυξη και αναπαραγωγή του ο μικροοργανισμός αυτός, τον έχουν καθιερώσει ως ένα από τα πρότυπα συστήματα βιολογικών μοντέλων για πολλαπλές έρευνες. Το κύριο πλεονέκτημα της επιλογής αυτής σε φαρμακολογικούς και τοξικολογικούς ελέγχους στηρίζεται στην ικανότητα του να καλλιεργείται σε μικροπλακίδια (48,96 ή 384 πλακίδια) με μικρές απαιτήσεις υγρού θρεπτικού μέσου στα οποία γίνεται η επώαση των οργανισμών με τις υπό εξέταση ουσίες. Στην προσέγγιση των ολόκληρων οργανισμών, η κατεργασία με τοξικές δόσεις είναι θανατηφόρα ενώ οι υποτοξικές επιδράσεις θα επηρεάσουν τη συμπεριφορά του ζώου. Με βάση την προϋπόθεση ότι η κίνηση των νηματοειδών είναι ένδειξη της ηλικίας και της ευεξίας τους, χρησιμοποιήθηκε μία ίδιο-ανεπτυγμένη μέθοδος για την ταυτοποίηση και το χαρακτηρισμό των ενδεχόμενων τοξικών επιδράσεων στις ξηρογέλες πυριτίας-υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης-γενταμικίνης.

Στο οπτικό πιλοτικό πρωτόκολλο που χρησιμοποιήθηκε, τρεις ξηρογέλες πυριτίαςυπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης-γενταμικίνης οι οποίες έδωσαν τα καλύτερα αποτελέσματα σε όρους αντιβακτηριακής δράσης και ικανότητας αναστολής σχηματισμού βιοϋμενίου (οι ΜΡ75, ΜΡ78 και ΜΡ79) εξετάστηκαν με βάση το μοντέλο C. elegans. Η παρατήρηση των σκωλήκων κατέστη δυνατή με στερεομικροσκόπιο και προσδιορίστηκε η ικανότητα κίνησης τους. Καταγράφηκαν οι οξείες (t=1 h και 2h μετά την προσθήκη των υπό δοκιμή μορίων στο μέσο ανάπτυξης των σκωλήκων) και θανατηφόρες ή τοξικές επιπτώσεις (t=24 h). Επιπλέον αναλύθηκαν και οι αλλαγές στην αναπαραγωγική συμπεριφορά (t=48h). Σε κάθε βιοανάλυση, αρκετά μόρια εξετάστηκαν περισσότερες από μία φορές σε διαφορετικές συγκεντρώσεις και τα αποτελέσματα αξιολογήθηκαν. Προκειμένου να ποσοτικοποιηθούν οι τοξικές επιπτώσεις των ενώσεων στους σκώληκες σε διάστημα 1 ,2 και 24 ωρών υπολογίστηκε μία παράμετρος αποκαλούμενη συντελεστής ζωτικότητας η οποία ορίστηκε ως η αναλογία επιχρωματισμένων σκωλήκων (μέσος όρος σε κάθε δοκιμή) προς τα πειραματόζωα αναφοράς στην ίδια δοκιμή. Η ταξινόμηση των παρενεργειών τοξικότητας συσχετίζεται με τον συντελεστή ζωτικότητας και τη συμπεριφορά αυτογονιμοποίησης όπως φαίνεται στους πίνακες 8-10 και την Εικόνα 13.

Πίνακας 8: Αποτελέσματα τοξικότητας ξηρογελών υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης-πυριτίας που φέρουν γενταμικίνη μετά από 1 h

Πίνακας 9: Αποτελέσματα τοξικότητας ξηρογελών υπερδιακλαδισμένης πολυαιθυλενιμίνης -πυριτίας που φέρουν γενταμικίνη μετά από 2 h

Πίνακας 10: Αποτελέσματα τοξικότητα πολυαιθυλενιμίνης-πυριτίας που φέρουν γεντ ς ξηρογελών υπερδιακλαδισμένης αμικίνη μετά από 24 h

L

Καμία από τις ξηρογέλες δεν εμφάνισε οξεία ή χρόνια επίδραση και δεν επηρέασε τη συμπεριφορά αυτό-γονιμοποίησης των νηματωδών.

Παράδειγμα 12. Δοκιμή Πρότυπων εμφυτευμάτων οστών ανοξείδωτου χάλυβα σε χοίρους.

Πρότυπα εμφυτεύματα διαστάσεων (2x15 mm) επικαλύφθηκαν με ξηρογέλες με τη μέθοδο που περιγράφηκε στο παράδειγμα 5. Μία κοιλότητα για το εμφύτευμα δημιουργήθηκε στο δεξί οστό κνήμης χοίρων με μέσο βάρος τα 30-40 kg. Στη συνέχεια, εγχύθηκαν βακτήρια που σχηματίζουν βιουμένιο, S. Aureus (spa-type 1333) 104 CFU σε 10 μL ορού και εισήχθη το εμφύτευμα στην κοιλότητα. Οι χοίροι υποβλήθηκαν σε ευθανασία 5 ημέρες μετά την επέμβαση. Οι βλάβες των οστών χαρακτηρίστηκαν με μηχανογραφημένη τομογραφία σάρωσης (CT) και από ιστολογικά στοιχεία μακροσκοπικής παθολογίας αξιοποιώντας υποδόρια τμήματα των σημείων της επέμβασης αλλά και με τη χρήση υπερήχων στο εμφύτευμα για μικροβιακούς σκοπούς. Συνολικά εξετάστηκαν 4 ομάδες δειγμάτων από τα εμφυτεύματα. Δείγματα με ορό χωρίς επικάλυψη (n=10), δείγματα με S. Aureus χωρίς επικάλυψη (n=10), δείγματα με S. Aureus και επικάλυψη Ξηρογέλης-Γενταμικίνης (n=10) και δείγματα με S. aureusKai επικάλυψη ξηρογέλης (n=3). Στον πίνακα 11 συνοψίζονται τα μακροσκοπικά χαρακηριστικά και οι βαθμολογίες των δειγμάτων.

Πίνακας 11 : Πίνακας Μακροσκοπικής Παθολογικής Βαθμολογίας

Τα διαγράμματα βαθμολογίας μακροσκοπικής παθολογίας για την κοιλότητα εμφύτευσης του S. aureus καθώς και οι μικροβιολογικοί έλεγχοι συνοψίζονται στην Εικόνα 14. Από τα δεδομένα αυτά επιβεβαιώνεται πλήρως η ικανότητα των ξηρογελών οι οποίες φέρουν γενταμικίνη να αποτρέπουν την εμφάνιση φλεγμονών (οστεομυελίτιδα) στο πρότυπο των χοίρων που εξετάστηκε. Η παρατηρούμενη αντιβακτηριδιακή δράση πιθανότατα οφείλεται στην ταχύτατη απελευθέρωση γενταμικίνης ή στην υψηλή συγκέντρωση αυτής ελαχιστοποιώντας την πιθανότητα επιμόλυνσης και εμφάνισης φλεγμονής κατά την χειρουργική επέμβαση σε οστά. Συνεπώς οι πυριτικές ξηρογέλες που περιέχουν δενδριτικά πολυμερή και άλλες φαρμακευτικές ενώσεις εμφανίζονται ως κατάλληλες επιλογές για υλικά επικαλύψεων οστικών εμφυτευμάτων αλλά και ως πολλά υποσχόμενοι φορείς για τη μεταφορά τοπικών αντιβιοτικών.

Claims (11)

Αξιώσεις

1. Υδρογέλες ττυριτίας ή ξηρογέλες ττυριτίας οι οποίες περιέχουν τουλάχιστον ένα δενδριτικό πολυμερές και τουλάχιστον ένα ενεργό συστατικό όπου το/α δενδριτικά πολυμερή επιλέγονται προκειμένου να βελτιωθεί η ενθυλάκωση, η συντήρηση και οι εν γένη ιδιότητες του/ων δραστικού/ών συστατικού/ών και/ή να επιτευχθεί το επιθυμητό προφίλ αποδέσμευσης του/ων συγκεκριμένου/ων ενεργού/ών συστατικού/ών ή και αναλογία τους ρυθμίζεται κατάλληλα.

2. Υδρογέλες πυριτίας ή ξηρογέλες πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 οι οποίες περιέχουν:

α) Ορθοπυριτικό Οξύ

β) Τουλάχιστον ένα δενδριτικό πολυμερές

γ) Τουλάχιστον ένα δραστικό συστατικό

δ) παράγοντες ρύθμισης pH και

ε) Προαιρετικά μεταλλικά νανοσωματίδια

3. Υδρογέλες πυριτίας ή ξηρογέλες πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου το δενδριτικό πολυμερές μπορεί να είναι οποιοδήποτε συμμετρικό δενδριμερές, ή μησυμμετρικό υπερδιακλαδισμένο πολυμερές με εσωτερικές κοιλότητες, το οποίο διαθέτει υδρόφιλο ή υδρόφοβο περιβάλλον κατάλληλο για την ενσωμάτωση του/ων δραστικού/ών συστατικού/ών και τις επιθυμητές ιδιότητες αποδέσμευσης και/ή όπου το δενδριτικό πολυμερές διαθέτει αναγωγικές ιδιότητες και μπορεί να μετασχηματίσει μεταλλικά ιόντα με κατάλληλο δυναμικό αναγωγής σε νανοσωματίδια μετάλλων χωρίς πρόσθετο αναγωγικό αντιδραστήριο. Κατά προτίμηση τα δενδριτικά πολυμερή επιλέγονται από δενδριμερή πολυ(προπυλενιμίνης) (DAB) και πολυ(αμιδοαμίνης) (ΡΑΜΑΜ) ή από υπερδιακλαδισμένα πολυμερή πολυ(αιθυλενιμίνης), πολυ(αιθυλενογλυκόλης), πολύ(αιθυλενοξειδίου) και πολυγλυκερόλης. Κατά μεγαλύτερη προτίμηση το δενδριτικό πολυμερές είναι υπερδιακλαδισμένη πολυ(αιθυλενογλυκόλη) και/ή υπερδιακλαδισμένη πολύ(αιθυλενιμίνη) (ΡΕΙ) και/ή τα λειτουργικά παράγωγα τους. Κατά μέγιστη προτίμηση το δενδριτικό πολυμερές είναι υπερδιακλαδισμένη πολύ(αιθυλενιμίνη) (ΡΕΙ).

4. Υδρογέλες ττυριτίας ή ξηρογέλες πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου το δενδριτικό πολυμερές είναι θερμοευαίσθητο και εμφανίζει διαφορετικές ιδιότητες αποδέσμευσης συναρτήσει της θερμοκρασίας ή ενεργοποιείται από οξέα, βάσεις ή άλατα και εμφανίζει διαφορετικές ιδιότητες αποδέσμευσης σε διαφορετικά pH ή διαφορετικές συγκεντρώσεις αλάτων.

5. Υδρογέλες πυριτίας ή ξηρογέλες πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου το δραστικό συστατικό μπορεί να είναι οποιαδήποτε χημική ένωση με επιθυμητές ιδιότητες που προορίζεται για ελεγχόμενη αποδέσμευση κατά προτίμηση το δραστικό συστατικό είναι πρωτεΐνη, ένζυμο, γονίδιο, φαρμακευτικώς δραστική ένωση, αντιδιαβρωτικό, αντιοξειδωτικό ή υπερυδρόφοβη ένωση.

6. Υδρογέλες πυριτίας ή ξηρογέλες πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου το φαρμακευτικώς δραστικό συστατικό μπορεί να είναι οποιαδήποτε ένωση η οποία ικανοποιεί την εξειδικευμένη ανάγκη ασθενή, κατά προτίμηση η φαρμακευτική ένωση είναι αντιβακτηριακή, αντιβιοτική, αντιμυκητιακή, αντισηπτική ένωση ή ένωση η οποία αναστέλλει το σχηματισμό βιοϋμενίου.

7. Υδρογέλες πυριτίας ή ξηρογέλες πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου οι αντιβακτηριακές ή αντιβιοτικές μπορούν να επιλεγούν από τα: υποχλωρίτες, χλωροαμίνες, διχλωροϊσοκυανουρικό και τριχλωροϊσοκυανουρικό, διοξείδιο του χλωρίου, υπεροξείδια όπως υπεροξικό οξύ, υπερθειικό κάλιο, υπερβορικό νάτριο, υπερανθρακικό νάτριο και ουρία επιδιαλυτωμένη με υπεροξείδιο του υδρογόνου, ιώδιο, φαινόλες όπως φαινόλη, κρεσόλες όπως θυμόλη, αλογονωμένες (χλωριωμένες, βρωμιωμένες) φαινόλες , όπως τα εξαχλωροφαίνιο, τρικλοζάνη, τριχλωροφαινόλη, τριβρωμοφαινόλη, πενταχλωροφαινόλη, άλατα και ισομερή αυτών, κατιονικά επιφανειοδραστικά, όπως μερικά κατιόντα τεταρτοταγούς αμμωνίου όπως χλωριούχο βενζαλκόνιο, βρωμιούχο ή χλωριούχο κετυλτριμεθυλαμμώνιο, χλωριούχο διδεκυλοδιμεθυλαμμώνιο, χλωριούχο κετυλοπυριδίνιο, χλωριούχο βενζεθόνιο και άλλες μη τεταρτοταγείς ενώσεις, όπως χλωρεξιδίνη, γλυκοπρωταμίνη, διυδροχλωρική οκτενιδίνη, νανοσωματίδια αργύρου, κολλοειδής άργυρος, νιτρικός άργυρος, νανοσωματίδια, θειικός χαλκός, τριυδρόξυ διχλωριούχος διχαλκός, πενικιλίνες όπως αμινοπενικιλίνες, πενικιλίνινες με δράση κατά των ψευδομονάδων, αναστολείς β λακταμάσης, φυσικές πενικιλλίνες και ανθεκτικές στην πενικιλλινάση πενικιλλίνες όπως οι αμοξυκιλίνες, το κλαβουλανικό οξύ, η αμπικιλλίνη, η δικλοξακιλλίνη, η οξακιλλίνη και πενικιλλίνη, τετρακυκλίνες, όπως για παράδειγμα η δεμεκλοκυκλίνη, η δοξυκυκλίνη, η εραβακυκλίνη, η μινοκυκλίνη, ομαδοκυκλίνη και τετρακυκλίνη, κεφαλοσπορίνες όπως για παράδειγμα κεφακλόρη, κεφδινίρη, κεφοταξίμη, κεφταζιδίμη, κεφτριαξόνη κεφουροξίμη και κεφταρολίνη, κινολόνες όπως οι φθοροκινολόνες για παράδειγμα σιπροφλοξασίνη, λεβοφλοξασίνη, και μοξιφλοξασίνη, λινκομυκίνες για παράδειγμα κλινδαμυκίνη και λινκομυκίνη, μακρολίδια για παράδειγμα την αζιθρομυκίνη, κλαριθρομυκίνη και ερυθρομυκίνη, σουλφοναμίδια για παράδειγμα σουλφομεθοξαζόλη τριμεθοπρίμη, σουλφασαλαζίνη και σουλφισοξαζόλη, γλυκοπεπτίδια με παράδειγμα τη νταλμπαβανσίνη, οριταβανσίνη, τελαβανσίνη και βανκομυκίνη, αμινογλυκοσίδες για παράδειγμα γενταμικίνη, τομπραμικίνη και αμικασίνη, καρβαπενέμες για παράδειγμα ιμιπενέμη, σιλαστατίνη, μεροπενέμη, δοριπενέμη και ερταπενέμη και τέλος τοπικά αντιβιοτικά για παράδειγμα νεοσπορίνη βακιτρακίνη, νεομυκίνη, πολυμυξίνη Β ή πολυσπορίνες.

8. Υδρογέλες πυριτίας ή ξηρογέλες πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου η ένωση με δράση αναστολής σχηματισμού βιϋμενίου μπορεί να επιλεγεί από παράγωγα ιμιδαζολίου όπως η αγγελιφερίνη, η βρωμοαγγελιφερίνη, η διαστερεομερικό 2 αμινοβενζιμιδαζόλιο, 2-αμινοϊμιδαζόλια που περιέχουν τριαζόλη, 1,4-δισυποκατεστημένα-2-αμινοϊμιδαζόλια, διυδροοροϊδίνη, οροϊδίνη, μενθύλ καρβαμικά παράγωγα, παράγωγα ινδολίου όπως 5-υδροξυινδόλιο και 7-υδροξυϊνδόλιο, ινδολ-3-ακεταλδεΰδη, 3-ινδολυλακετονιτρίλιο και ίνδολο-3-καρβοξυαλδεϋδη, πυρρολοϊνδόλινο- παράγωγα, ίνδολο-τριαζολαμιδικά παράγωγα, ανθρακινόνες όπως τα εμόδινοχλωρο παράγωγα του γαλακτικού λαυρυλεστέρα, σύμπλοκα θειοημικαρβαζιδίου, φλαβονοειδή όπως λουτεολίνη, γενιστέί<'>νη, κβερκετίνη, ψασετίνη, φλορετίνη και κουρκουμίνη, νιτρικό γάλλιο, ρεσβερατρόλη, υπερφορτίνη, 7-επικλουσιανόνη, ισολιμονικό οξύ, χολερυθρίνη, προανθοκυανιδινη Α2, φωσφατιδυλοχολίνη, ταννικό οξύ, τζινκγκολικό και τζινκγκονεολικό οξύ, καρβακρόλη, βγουγαίνη, διτερπένιο κασβάνης, τρανς-ρεσβερατρόλη, ε-βινιφερίνη, βησιτίνη, αζοενίνη, τομπραμυκίνη, σουλφοξείδιο (S)-φαινυλο-Ι_-κυστεϊνης, διφαινυλοδισουλφίδιο, αουρομομυκίνη, αλογονωμένες φουρανόνες, βρωμιωμένες αλκυλιδενολακτάμες όπως (Ε)-γ-αλκυλιδενο-γ-λακτάμη, (Ζ) γ-αλκυλιδενο-γ-λακτάμη, γ-υδροξυ-γ-λακτάμη, βρωμοπυρρολοαλκαλοειδή, παράγωγα 4-θειαζολιδινονοπυρρόλης, Β και c-σκυλλαμυκίνες, (-)-αγελοξίμη D, επιμερή κεμβρανοειδών, τριαζολυλ διυδροφουρανόνες, καπρολακτόνη, παρθενολίδη, το πεπτίδιο ανθρώπινης καθελιδίνης LL-37, D-αμινοξέα, όπως D-τυροσίνη, D-μεθειονίνη, D-τρυπτοφάνη και D-λευκίνη, νορσπεμιδίνη, γαλακτάνη, λαυροϋλ γλυκόζη, ελαϊκό οξύ, cis-2-δεκενοϊκό οξύ, δότες NO, βρωμιούχο 1 -αλκυλκινολινίο και χλωριούχο 1-αλκυλ-3-μεθυλιμιδαζόλιο.

9. Μέθοδος παρασκευής υδρογελών πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 όπου το δραστικό συστατικό μπορεί να ενσωματωθεί στο αρχικό διάλυμα των συστατικών πριν το σχηματισμό της υδρογέλης ή εναλλακτικά να προστεθεί στην ήδη σχηματισμένη υδρογέλη ή στην ξηρογέλη μετά την ξήρανση με στάγδην προσθήκη διαλύματος δραστικού συστατικού και η προσθήκη του δραστικού συστατικού επαναλαμβάνεται για τουλάχιστον μία ακόμη φορά.

10. Χρήση υδρογελών πυριτίας ή ξηρογελών πυριτίας σύμφωνα με την αξίωση 1 ως επικαλύψεις σε στερεά μεταλλικά ή κεραμικά υποστρώματα τα οποία διαθέτουν πορώδεις επιφάνειες για οδοντικά ή ορθοπεδικά μοσχεύματα, σε επιφάνειες ηλεκτροδίων για την κατασκευή βιοαισθητήρων, για αντιδιαβρωτικές, υπερυδρόφοβες, ή αντιοξειδωτικές εφαρμογές.

11. Χρήση κεραμικών ή μεταλλικών υποστρωμάτων με υδρογέλες ή ξηρογέλες σύμφωνα με την αξίωση 1 για τον καθαρισμό του νερού, για ετερογενή κατάλυση και καταλυτικούς μετατροπείς.