ITPD20060202A1 - Miscele polimeriche di polisaccaridi anionici e cationici e loro impiego - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:
“Miscele polimeriche di polisaccaridi anionici e cationici e loro impiego "
CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione è relativa a composizioni comprendenti miscele di polisaccaridi consistenti in polisaccaridi anionici e policationici, aventi opportune caratteristiche chimico-fisiche ed in particolare un'elevata viscosità e visco-elasticità ed al loro uso biomedico.
STATO DELLA TECNICA
È noto che i polisaccaridi sono biopolimeri di grande interesse applicativo per la loro elevata biocompatibilità e per le loro peculiari proprietà chimico-fisiche, ed in particolare per il comportamento viscoso delle loro soluzioni acquose, come pure è noto che tale comportamento reologico è in prima istanza legato al loro peso molecolare. Tra questi biopolimeri, l’acido ialuronico è sicuramente uno tra i polimeri biocompatibili più interessanti dal punto di vista applicativo e quindi tra i più ampiamente utilizzati in campo biomedico, avendo le sue soluzioni un peculiare comportamento reologico e cioè presentando interessanti caratteristiche di viscosità e visco-elasticità. Questo polisaccaride, come noto, presenta una unità ripetitiva disaccaridica composta da acido glucuronico e N-acetil-glucosamina. Data la presenza dell'unità uranica nella sequenza polisaccarìdica, a pH fisiologici (cioè 7.4) l'acido ialuronico si presenta con una carica netta negativa, è cioè un polianione. Per le sue citate caratteristiche (i.e. viscosità e viscoelasticità) ha trovato ampio uso sia in campo cosmetico che farmaceutico sia come tale che come sistema di drug delivery. In particolare, ha trovato ampio uso nel campo delle patologie osteoarticolari, dove l'acido ialuronico viene estensivamente utilizzato per la visco-supplementazione a livello della sacca sinoviale in virtù delle sue già menzionate proprietà chimico-fisiche. Infatti, soluzioni concentrate di acido ialuronico (1-2%) ad alto peso molecolare (superiore a 2,000 kDa) presentano ottime proprietà visco-elastiche unite ad una elevata viscosità. Tali proprietà rendono questo acido ialuronico particolarmente adatto per il trattamento di patologie delle articolazioni sia a carattere infiammatorio che traumatico, in quanto è in grado di fornire e/o ripristinare un'adeguata funzionalità all'articolazione stessa. La formulazione preferita per l’applicazione di acido ialuronico nel campo osteo-articolare è, infatti, quella di soluzioni iniettabili di acido ialuronico per via intra-articolare, potendosi così sfruttare pienamente le sue peculiari proprietà reologiche (i.e. viscosità e visco-elasticità) ai fini del reintegro della funzionalità “meccanica" dell'articolazione.
L'ottenimento e la purificazione di catene di acido ialuronico ad elevato peso molecolare, almeno 2,000kDa, comporta però processi produttivi complessi e dispendiosi, che vanno quindi a gravare sul costo complessivo delle preparazioni impiegate nel trattamento sopra menzionato, onde evitarne la degradazione con formazione di polimeri a basso peso molecolare e/o elevata polidispersità. Per ovviare a questo problema un notevole interesse è stato rivolto verso la possibilità di aumentare la viscosità di soluzioni di acido ialuronico a peso molecolare più basso, e quindi economicamente più conveniente, in modo da poter utilizzare gli "scarti" di produzione, normalmente utilizzati per applicazioni con minor valore aggiunto (ad esempio nel campo cosmetico), con notevoli benefici dal punto di vista del costo. Questo ha determinato un'estesa ricerca su derivati dell'acido ialuronico, in particolare derivati reticolati con vari agenti reticolanti, con lo scopo di migliorare/incrementare il comportamento reologico di acidi ialuronici a basso peso molecolare medio.
Anche altri polisaccaridi trovano ampio impiego per le proprietà viscose di loro soluzioni/dispersioni in acqua. Tra quelli più usati sia nell'industria farmaceutica che alimentare per la loro abbondanza ed il relativo basso costo si possono citare gli alginati ed il chitosano.
Il chitosano è un polisaccaride ampiamente disponibile in natura ottenuto tramite deacetilazione chimica della chitina, il principale costituente dell'esoscheletro dei crostacei. Esso è composto prevalentemente da unità di glucosamina con interdisperse unità di N-acetil-glucosamina residue dal trattamento della chitina. Questo polisaccaride non è solubile in acqua a meno che il pH non venga abbassato, per aggiunta di acidi organici o inorganici, ad un valore uguale o inferiore a 5. L’abbassamento del pH comporta la protonazione dei gruppi amminici dei residui glucosaminici conferendo così solubilità al sistema. In relazione al suo vasto impiego il chitosano è divenuto uno dei polisaccaridi più studiati anche dal punto di vista chimico ai fini di migliorarne le proprietà utili ai fini applicativi, in particolare la viscosità e solubilità in acqua. Negli ultimi anni, diversi derivati del chitosano sono stati ottenuti attraverso modificazioni chimiche della catena polimerica. Comunemente, per queste modificazioni vengono sfruttate reazioni a carico dei residui amminici delle unità di glucosamina. In particolare, l'introduzione di unità saccaridiche (mono - e oligosaccaridi) in catena laterale ha reso possibile l’ottenimento di derivati del chitosano solubili in acqua senza la necessità deH'abbassamento del pH a valori acidi con conseguenti problemi di degradazione del polimero.
Nel brevetto US 4,424,346 (Hall, L.D. e Yalpani, M.) viene descritta, per la prima volta, la sintesi di questi derivati e ne viene descritta la solubilità in ambiente acquoso non acido.
Nel brevetto US 6,277,792 (House, R.F.) chitosani modificati in maniera similare a quelli proposti nel brevetto US 4,424,346 sono usati, ma non in combinazione con altri sistemi polimerici, sia in soluzione che come dispersioni per aumentare la viscosità di soluzioni acquose.
Nel brevetto US 5,747,475 (Nordquist, R.E. et al.) biomateriali basati su chitosano modificato con mono- o oligosaccaridi vengono sfruttati come immunoadiuvanti nel trattamento immunoterapico basato sull'uso di sistemi laser combinati a sostanze sensibilizzanti.
Allo scopo di migliorare le proprietà chimico-fisiche, e cioè viscosità e/o visco-elasticità di questi polisaccaridi, in particolare acido ialuronico, sono state anche descritte composizioni ottenute dalla combinazione di acido ialuronico e chitosano.
Nel brevetto WO 2004/022603 (Cho, K. et al.) allo scopo di ottenere un acido ialuronico con migliori proprietà chimico-fisiche, ed in particolare una migliore visco-elasticità, sono preparati derivati dell'acido ialuronico reticolati con un polimero glicolico, sostanzialmente PEG o Pluronic, per mezzo di legami amidici ottenuti con l’introduzione di un opportuno gruppo amminico su tali glicoli. In un esempio particolare sono descritti inoltre derivati reticolati di acido ialuronico con un secondo polisaccaride, il chitosano, a peso molecolare basso (massimo 5kDa). La reazione di reticolazione si avvale di condensanti quali EDC (N-[3-dimetilaminopropil]-N’-etilcarbodiimide cloruro) in presenza di NHS (N-idrossisuccinimide). I derivati reticolati di acido ialuronico hanno una elevata visco-elasticità e degli stessi ne sono previsti tutti i diversi usi tipici dell’acido ialuronico avente questa caratteristica chimico-fìsica, compreso l’uso nella visco-supplementazione nelle patologie articolari. La soluzione individuata nella domanda di brevetto sopra menzionata permette di combinare i due polisaccaridi sfruttandone le proprietà chimico - fìsiche nel contempo migliorandole attraverso un legame di tipo covalente senza interazioni di tipo ionico tra i due polisaccaridi.
Va infatti osservato che la natura policationica del chitosano lo rende diffìcilmente compatibile con altri polisaccaridi ed in particolare polisaccaridi polianionici come l’acido ialuronico. Infatti, la combinazione di una soluzione acquosa di acido ialuronico (polianione) e una di chitosano (policatione) comporta la formazione istantanea di coacervati insolubili. Questo è dovuto al fatto che in ambiente acquoso si instaurano forti interazioni tra le cariche positive dell'uno e quelle negative dell'altro.
La precipitazione/coacervazione dei due polisaccaridi ne impedisce una qualunque formulazione come composizione iniettabile. Questo processo di coacervazione tra polisaccaridi basici e polisaccaridi acidi è ben noto ed ampiamente descritto in letteratura. Il brevetto US 5,620,706 (Severian, D. et al.) riporta ad esempio la coacervazione di chitosano e xantano, un polisaccaride che reca cariche negative in catena laterale, che viene sfruttata per ottenere idrogel insolubili.
Nel brevetto US 6,756,363 (Nordquist R.E., Carubelli R.) allo scopo di rendere più solubile in acqua il chitosano sono previsti genericamente derivati glicati del chitosano con mono e/o oligosaccaridi e tra questi è descritto il derivato con galattosio essendo questo il derivato preferito per gli scopi dell'invenzione. Tuttavia, in quest'ultimo tipo di reazione il galattosio viene irreversibilmente modificato a dare il galattitolo. Le soluzioni di questi derivati hanno le caratteristiche necessarie al loro impiego nella visco-chirurgia in particolare oftalmica. Tali caratteristiche sono una osmolarità fisiologica dell’ordine di 250-350 mM ed un pH tra 5.5 e 7.5. È inoltre previsto un uso combinato di queste soluzioni in miscela con altri materiali impiegabili nella visco-chirurgia come ad esempio acido ialuronico, condroitin solfato e carbossi metil cellulosa. Ciononostante le miscele non sono realizzate e neppure viene individuato il noto problema della reciproca compatibilità tra i polimeri anionici e cationici menzionati. Con ciò non vengono individuate le condizioni necessarie affinché da tali miscele non si generino coacervati o anche separazioni di fase, con perdita irreversibile della condizione di soluzione molecolarmente dispersa delle miscele e con modifiche delle caratteristiche reologiche delle composizioni.
Nel brevetto WO 2005/061611 (White, B.J. et al.) viene descritta la preparazione di idrogel consistenti in una composizione che comprende derivati reticolati solubili in acqua di un polisaccaride basico e un polisaccaride anionico non reticolato. In particolare, tali idrogel sono ottenuti mediante la miscelazione di acido ialuronico con derivati reticolati N-carbossimetil, O-carbossimetil, O-idrossietil del chitosano o con chitosani parzialmente acetilati. Questi derivati del chitosano, rendono possibile la miscelazione in soluzione con l'acido ialuronico dal momento che, come riportato dagli Inventori, vengono solubilizzati in condizioni di pH tali da non avere alcuna carica positiva sulla catena per evitare la formazione di complessi ionici. In questo modo la coacervazione con il poliamone viene impedita dalla completa rimozione della carica su uno dei polimeri. Si tratta quindi di soluzioni polianione/polisaccaride neutro.
Tuttavia la possibilità di impiegare polisaccaridi a basso o relativamente basso peso molecolare anche aventi cariche diverse in miscela tra di loro per ottenere composizioni con opportune caratteristiche chimicofisiche rimane ancora un obiettivo da perseguire visto l'elevato interesse applicativo e la molteplicità delle applicazioni in campo biomedico, ma non solo, di soluzioni di polisaccaridi ad elevata viscosità/visco-elasticità. Infatti, la ricerca di nuove soluzioni tecniche per la preparazione di soluzioni di polisaccaridi, aventi caratteristiche chimico-fisiche adatte per i molteplici impieghi noti delle stesse, è ancora molto attiva.
Un primo scopo della presente invenzione è quindi la preparazione di soluzioni acquose di polisaccaridi aventi un'opportuna viscosità/viscoelasticità per essere applicabili almeno nel trattamento di viscosupplementazione di patologie articolari infiammatorie e traumatiche, senza escludere le altre applicazioni note in campo biomedico per tali soluzioni viscose e/o visco-elastiche.
Un secondo scopo è la preparazione di tali composizioni con polisaccaridi commercialmente disponibili ed economicamente convenienti, e quindi a basso o relativamente basso peso molecolare medio, senza la necessità di sottoporre tali polisaccaridi a complesse manipolazioni chimiche che, pur migliorandone le caratteristiche chimicofisiche, hanno una significativa incidenza sui costi.
SOMMARIO
Per il perseguimento degli scopi sopra menzionati gli Inventori hanno individuato opportuni derivati di polisaccaridi basici che miscelati fisicamente in opportune condizioni con polisaccaridi anionici danno soluzioni acquose di entrambi i polisaccaridi, non generando coacervati insolubili.
Gli scopi perseguiti sono realizzati con polisaccaridi anionici e derivati oligosaccaridici del chitosano. Inoltre, le condizioni individuate possono in generale essere applicare per ottenere delle miscele solubili di polisaccaridi policationici modificati e polianionici.
Sorprendentemente, oltre che originare composizioni in cui tali miscele fisiche di polisaccaridi polianionici e derivati di polisaccaridi policationici sono solubili in ambiente acquoso, tali composizioni mostrano un aumento notevole della viscosità della soluzione del polianione a seguito dell'aggiunta dei derivati oligosaccaridici del chitosano.
Sono quindi oggetto dell'invenzione composizioni di polisaccaridi comprendenti soluzioni acquose di miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano, in cui detti derivati del chitosano hanno un grado di derivatizzazione di almeno il 40% ed in cui dette soluzioni acquose hanno una forza ionica almeno di 100 mM e non superiore a 350 mM ed un pH almeno di 7.
Sono inoltre oggetto dell’invenzione l'uso di tali composizioni di miscele di polisaccaridi in campo biomedico, tra cui l'uso nella viscosupplementazione intra-articolare per il trattamento di patologie osteoarticolari.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE
Figura 1 : Rapporto tra la trasmittanza (λ=600ηηι) delle soluzioni contenenti acido ialuronico e chitosano modificato con lattosio (chitlac) e quella dei polimeri presi singolarmente (To) nelle seguenti condizioni A) (es. 4) NaCI 0.15M, Hepes 10mM pH 7.4; B) (es. 5) NaCI 0.1 M, Hepes 10mM pH 7.4; C) (es. 6) NaCI 0.05M, Hepes 10mM pH 7.4; D) (es. 7) NaCI 0.025M, Hepes 10mM pH 7.4. Concentrazione polimerica complessiva: 2%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e chitlac = 3:1. In tutte le soluzioni il valore del'osmolarìtà è stato mantenuto pari a 300 mM per aggiunta del soluto non ionico mannitolo. La misura è stata eseguita tramite uno spettrofotometro CaryE4 UV-visibile alla temperatura di 25 °C.
Figura 2: Rapporto tra la trasmittanza (λ=600ηηι) delle miscele polisaccaridiche binarie (chitlac/polianioni) e quella dei polimeri presi singolarmente (To) per i seguenti biopolimeri: A) (es. 8) Acido ialuronico; B) (es. 9) Carbossimetil cellulosa; C) (es. 10) Alginato; D) (es. 11) Agarosio solfato; E) (es. 12) Carragenano. Condizioni: NaCI 0.15M, Hepes 10mM pH 7.4. Concentrazione polimerica complessiva: 1.5%. Rapporto in peso tra polianioni e chitlac pari a 1:1: Nel caso D) (es. 11) la miscelazione è stata eseguita a circa 50 °C. La misura è stata eseguita come descritto in precedenza alla figura 1.
Figura 3: Rapporto tra la trasmittanza (λ=600ηιη) delle miscele polisaccaridiche binarie (acido ialuronico/derivati del chitosano di es. 1 , 2 e 3) e quella dei polimeri presi singolarmente (T0) per i seguenti derivati: Chitlac (chitosano modificato con lattosio tramite aminazione riduttiva; es. 1 ); Chitcell (chitosano modificato con cellobiosio tramite aminazione riduttiva; es. 2); Chitmal3 (chitosano modificato con maltotriosio tramite aminazione riduttiva; es. 3). Condizioni: NaCI 0.15M, Hepes 10mM pH 7.4. Concentrazione polimerica complessiva: 1.5%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e chitosani modificati = 1:1. La misura è stata eseguita come descritto in precedenza alla figura 1.
Schema 1: lo schema esemplifica la formazione di coacervati tra polianioni e policationi o di soluzioni solubili tra gli stessi.
Figura 4: Rapporto tra la trasmittanza (λ=600ηιτι) delle miscele polisaccaridiche binarie e quella dei polimeri presi singolarmente (T0) nelle seguenti condizioni: A) (es. 13) acido ialuronico/chitlac in acqua deionizzata (pH ~ 5.5); B) (es. 14) acido ialuronico/chitlac in Hepes 10mM pH 7.4; C) (es. 8) acido ialuronico/chitlac in NaCI 0.15M, Hepes 10mM, pH 7.4; D) (es. 15) acido ialuronico/poli-L-lisina (PLL) in NaCI 0.15M, Hepes 10mM, pH 7.4; Concentrazione polimerica complessiva: 1.5%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e policatione = 1/1. La misura è stata eseguita come descritto in precedenza alla figura 1.
Figura 5: Spettri di emissione di ( - ) alginato marcato con rodamina (es. 16) (0.75g/L), (· — ·) chitlac marcato con fluoresceina (es. 17) (0.75 g/L) confrontati con (· · ·) la somma teorica dei due contributi e ( - ) lo spettro della miscela di alginato marcato con rodamina e chitlac marcato con fluoresceina (es. 18) (concentrazione polimerica complessiva 0.15g/L, rapporto in massa tra i due polisaccaridi 1/1. Condizioni: NaCI 0.015M, Hepes 1mM, pH 7.4). Lunghezza d’onda di eccitazione 450nm. Set-up strumentale: velocità di scansione 50nm/min, emission slit 4.5nm, excitation slit 4.5 nm. La misura è stata eseguita tramite uno spettrofluorimetro Perkin Elmer LS50B alla temperatura di 25 °C.
Figura 6: Applicazione della regola Cox-Merz alla soluzione binaria di acido ialuronico (circa 8-9x10<5>Mw) e chitlac (es. 19). Legenda: (■) viscosità (η) in funzione della velocità di deformazione (γ) e (Δ) viscosità complessa (η*) in funzione della velocità angolare (ω). Concentrazione polimerica complessiva 2%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e chitlac = 3/1 (acido ialuronico 1.5% e chitlac 0.5%). La misura è stata eseguita tramite un reometro Stress-Tech (Reologica Instruments AB, 22363, Lund, Sweden) con una geometria cono-piatto (50mm di raggio, apertura 1 °) a 25°C. ;Figura 7: (V) Viscosità di una soluzione contenente acido ialuronico (~ 160,000 Mw) e chitlac (es. 4). Concentrazione polimerica complessiva: 2%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e chitlac = 3:1 (acido ialuronico 1.5% e chitlac 0.5%). (o) Viscosità di una soluzione di acido ialuronico (~ 160.000 Mw) ad una concentrazione di 1.5%. (■) Viscosità di una soluzione di chitlac ad una concentrazione di 0.5%. Condizioni: NaCI 0.15M, Hepes 10mM, pH 7.4, 25°C. La misura è stata eseguita come descritto in precedenza alla figura 6. ;Figura 8: (▼) Viscosità di una soluzione contenente acido ialuronico (~ 8-9x10<5>Mw) e chitlac (es. 19). Concentrazione polimerica complessiva: 2%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e chitlac = 3:1 (acido ialuronico 1.5% e chitlac 0.5%). (o) Viscosità di una soluzione di acido ialuronico (~8-9x10<5>) ad una concentrazione di 1.5%. Condizioni: NaCI 0.15M, Hepes 10mM, pH 7.4, 25°C. La misura è stata eseguita come descritto in precedenza alla figura 6. ;Figura 9: (▼) Viscosità di una soluzione contenente alginato (~ 130,000 Mw) e chitlac (es. 20). Concentrazione polimerica complessiva: 2%. Rapporto in peso tra alginato e chitlac = 3:1 (alginato 1.5% e chitlac 0.5%). (o) Viscosità di una soluzione di alginato (~ 130,000 Mw) ad una concentrazione di 1.5%. (■) Viscosità di una soluzione di chitlac ad una concentrazione di 0.5%. Condizioni: NaCI 0.15M, Hepes 10mM, pH 7.4, 25°C. La misura è stata eseguita come descritto in precedenza alla figura 6. ;Figura 10: (T) Viscosità di una soluzione contenente acido ialuronico (~ 250.000 Mw) e chitlac (es. 21). Concentrazione polimerica complessiva: 3%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e chitlac = 1:1 (acido ialuronico 1.5% e chitlac 1.5%). (o) Viscosità di una soluzione di acido ialuronico (~ 250,000) ad una concentrazione di 1.5%. (■) Viscosità di una soluzione di chitlac ad una concentrazione di 1.5%. Condizioni: NaCI 0.15M, Hepes 10mM, pH 7.4, 25°C. La misura è stata eseguita come descritto in precedenza alla figura 6. ;Figura 11: spettro viscoelastico di A) una soluzione di acido ialuronico (1.5%) e di B) una soluzione binaria di acido ialuronico e chitlac (es. 19). Concentrazione polimerica complessiva 2%. Rapporto in peso tra acido ialuronico e chitlac = 3/1 (acido ialuronico 1.5% e chitlac 0.5%)). Condizioni: NaCI 0.15M, Hepes 10mM, pH 7.4, 25°C. Legenda: (■) = G\ (o) = G", (A) = η*. La misura è stata eseguita tramite un reometro Stress-Tech (Reologica Instruments AB, 22363, Lund, Sweden) con una geometria cono-piatto (50mm di raggio, apertura 1°) nell’intervallo di frequenze 0.01 - 30 Hz a 25°C.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
Gli scopi e i vantaggi delle composizioni di polisaccaridi oggetto della presente invenzione, saranno meglio compresi nel corso della descrizione dettagliata seguente dove, a titolo esemplificativo ma non limitativo dell’invenzione, saranno descritte alcuni esempi di composizioni e la caratterizzazione chimico-fisica delle stesse.
Allo scopo di ottenere composizioni solubili in ambiente acquoso di polisaccaridi polianionici, come l’acido ialuronico, con un'opportuna viscosità e/o visco-elasticità per i numerosi usi noti dei polisaccaridi, in particolare ma non esclusivamente nella visco-supplementazione articolare, a partire da polisaccaridi a peso molecolare medio non elevato e senza sottoporre gli stessi a complesse manipolazioni chimiche, gli Inventori hanno trovato che una possibile soluzione era ottenibile mediante l'impiego di derivati oligosaccaridici del chitosano. Lo scopo è infatti realizzabile con composizioni comprendenti miscele di polisaccaridi acidi e derivati di polisaccaridi basici e cioè composizioni di polisaccaridi comprendenti soluzioni acquose di miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano, in cui detti derivati di polisaccaridi policationici hanno un grado di derivatizzazione di almeno il 40% ed in cui dette soluzioni acquose hanno una forza ionica almeno di 100 mM e non superiore a 350 mM ed un pH almeno di 7. Allo scopo di ottenere le soluzioni acquose delle miscele di polisaccaridi secondo l’invenzione, i polisaccaridi anionici ed i derivati del chitosano sono in un intervallo di rapporti in peso tra polianioni e derivati oligosaccaridici da 10:1 (polianione:derivato del chitosano) a 1:1. Per gli scopi della presente invenzione i rapporti in peso preferiti tra i polisaccaridi sono in particolare in un intervallo compreso tra 3:1 e 1:1, mentre la concentrazione polimerica delle soluzioni è tra 1 ,5% p/v e 3% p/v.
La modificazione del chitosano con gruppi saccaridici laterali, ad esempio tramite l'inserzione di unità di lattosio via reazione di animazione riduttiva è nota ed è stata riportata nel brevetto US 4,424,346 già menzionato in precedenza, come pure è noto che tale derivatizzazione comporta una maggior solubilità di questo polisaccaride basico in acqua. Secondo quanto noto ad un esperto dei ramo il chitosano può essere derivatizzato per amminazione riduttiva con oligosaccaridi comprendenti da 1 a 3 unità glicosidiche riducenti. In particolare per gli scopi della presente invenzione tali oligosaccaridi comprendono da 2 a 3 unità glicosidiche e preferenzialmente sono scelti nel gruppo consistente in lattosio, cellobiosio, cellotriosio, maltosio, maltotriosio, maltotetraosio, chitobiosio, chitotriosio, melibiosio.
Il peso molecolare medio (di seguito codificato in MW) del chitosano impiegabile per l’ottenimento dei derivati oligosaccaridici menzionati può arrivare fino a 1,000kDa ed essere preferibilmente compreso nell'intervallo da 400kDa a 700kDa. Inoltre, per gli scopi della presente invenzione il grado di sostituzione dei gruppi amminici del chitosano con tali oligosaccaridi deve essere superiore al 40-45% (~45%). Preferibilmente, il grado di sostituzione dei gruppi amminici del chitosano con gli oligosaccaridi può essere compreso nell'intervallo da 50% a 80% e più preferibilmente è del 70%.
Il processo di preparazione di tali derivati oligosaccaridici del chitosano è quello noto e prevede il trattamento di una soluzione di chitosano in acido acetico (pH 4.5) e metanolo con il saccaride riducente, ad esempio il lattosio, in presenza di sodio cianoboroidruro (es. 1 ). L'interazione tra i gruppi amminici del chitosano e il gruppo aldeidico del lattosio porta alla formazione di un intermedio instabile noto come base di Schiff. Questa in presenza del boroidruro viene ridotta portando alla formazione di una ammina secondaria stabile.
Per quanto riguarda i polisaccaridi polianionici, le composizioni di miscele di polisaccaridi oggetto dell’invenzione possono essere ottenute con polisaccaridi anionici carbossilati (es. acido ialuronico, alginati, pectine, carbossi metil cellulose) e solfati (carragenani, agarosio solfato, cheratan solfato, dermatan solfato, amido solfato, eparina). Preferibilmente per le composizioni dell'invenzione i polisaccaridi acidi sono scelti nel gruppo consistente in acido ialuronico, alginati, pectine, carbissimetilcellulose tra i carbossilati e carragenani, agarosio solfato tra i solfati. Il peso molecolare medio (MW) dei polianioni può arrivare fino a 1,500kDa e preferibilmente essere compreso da 100kDa a 1,000kDa e più preferibilmente sono utilizzati pesi molecolari medi di circa 900kDa. Per gli scopi della presente invenzione le miscele di chitosano-derivato e polianione possono essere fino a concentrazioni polimeriche complessive del 3%. Preferibilmente tali concentrazioni polimeriche complessive sono comprese nell’intervallo da 1.5% e 3%.
In generale, la compatibilità in soluzione dei due diversi polimeri è resa possibile a pH 7.4 in presenza di un sale di supporto in grado di determinare una forza ionica di almeno 100 mM per rapporti compresi preferibilmente da 10 (polianione): 1 (derivato del chitosano) a 1:1 e più preferibilmente da 3 (polianione): 1 (derivato del chitosano) a 1:1.
Pertanto, le condizioni che devono essere applicate per la miscelazione delle due soluzioni polimeriche, affinché tali miscele siano in soluzione, prevedono l'utilizzo di valori di pH compresi tra 7 e 8 e preferibilmente intorno al valore di 7.4 di interesse fisiologico. In particolare allo scopo di ottenere una forza ionica adeguata (forza ionica = 1⁄2(∑icizi<2>), in cui Q è la concentrazione della specie ionica i-esima, e zi il valore assoluto della sua carica elettrica), le composizioni comprendenti le miscele dell’invenzione devono contenere una concentrazione di sale di supporto semplice, preferibilmente NaCI, con una concentrazione compresa tra 0.05M (forza ionica =100 mM) e 0.175M (forza ionica =350 mM) quando la concentrazione polimerica complessiva è compresa tra 1.5% e 3%. Preferìbilmente, la concentrazione del sale di supporto è di 0.15M (forza ionica = 300 mM) per una soluzione contenente una concentrazione totale di polimero fino al 3%. In aggiunta alla soluzione di sale di supporto e polisaccaridi, una piccola quantità di tampone viene utilizzata. Preferibilmente, una concentrazione di Hepes (N-(2-idrossietll)piperazina-N’-(2-acido etan sulfonico) sale sodico) pari a 10mM viene aggiunta al sistema per mantenere il pH del sistema ad un valore costante, preferìbilmente tra 7 e 8, e più preferibilmente di 7.4. Inoltre per gli usi biomedici di tali composizioni è necessario garantire alle soluzioni acquose delle miscele polisaccarìdiche oggetto dell'invenzione un valore dell’osmolarità tra 250 e 350 mM mediante l’eventuale aggiunta ulteriore di soluti non ionici. Tra i soluti non ionici noti impiegabili, il preferito è il mannitolo.
Di seguito a scopo illustrativo e non limitativo vengono descrìtti la sintesi di alcuni derivati oligosaccarìdici del chitosano ed esempi di preparazioni di composizioni comprendenti miscele di polisaccaridi secondo l'invenzione.
Esempio 1: sintesi di derivati del chitosano con lattosio (di seguito chitlac)
Il chitosano (1.5g, grado di acetilazione 11%) viene disciolto in 110 mL di una soluzione di metanolo (55mL) e un tampone di acido acetico all'1% a pH 4.5 (55mL). Si aggiungono 60 mL di una soluzione di metanolo (30mL) e di tampone di acido acetico all’1% a pH 4.5 (30mL) contenente lattosio (2.2 g.) e sodio cianoboroidruro (900mg). La miscela viene lasciata in agitazione per 24 ore, trasferita in tubi da dialisi (cut off 12000Da) e dializzata contro NaCI 0.1M (2 cambi) e contro acqua deionizzata fino ad avere una conducibilità di 4pS a 4°C. Infine, la soluzione viene filtrata su filtri Millipore 0.45μιτι e liofilizzata.
Esempio 2: sintesi di derivati del chitosano con cellobiosio (di seguito chitcell)
Il chitosano (1.5g, grado di acetilazione 11 %) viene disciolto in 110 mL di una soluzione di metanolo (55mL) e un tampone di acido acetico all’1% a pH 4.5 (55mL). Si aggiungono 60 mL di una soluzione di metanolo (30mL) e di tampone di acido acetico aH’1% a pH 4.5 (30mL) contenente cellobiosio (2.2 g.) e sodio cianoboroidruro (900mg). La miscela viene lasciata in agitazione per 24 ore, trasferita in tubi da dialisi (cut off 12000Da) e dializzata contro NaCI 0.1M (2 cambi) e contro acqua deionizzata fino ad avere una conducibilità di 4pS a 4°C. Infine, la soluzione viene filtrata su filtri Millipore 0.45μηη e liofilizzata.
Esempio 3: sintesi di derivati del chitosano con maltotriosio (di seguito chitmal3)
Il chitosano (300 mg, grado di acetilazione 11%) viene disciolto in 22 mL di una soluzione di metanolo (11mL) e un tampone di acido acetico all’1 % a pH 4.5 (11mL). Si aggiungono 12 mL di una soluzione di metanolo (6mL) e di tampone di acido acetico all'1% a pH 4.5 (6mL) contenente lattosio (650 mg.) e sodio cianoboroidruro (180mg). La miscela viene lasciata in agitazione per 24 ore, trasferita in tubi da dialisi (cut off 12000Da) e dializzata contro NaCI 0.1 M (2 cambi) e contro acqua deionizzata fino ad avere una conducibilità di 4pS a 4°C. Infine, la soluzione viene filtrata su filtri Millipore 0.45pm e liofilizzata.
Gli esempi di miscele di polisaccaridi di seguito descritte sono ottenute con i derivati del chitosano sopra descritti e polisaccaridi polianionici commerciali di diversi pesi molecolari medi.
Esempio 4: miscela di acido ialuronico a basso MW : chitlac 3:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 2%.
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (600mg, MW ~ 160,000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (200 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 1.5% di acido ialuronico e 0.5% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 2%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 5: miscela di acido ialuronico a basso MW : chitlac 3:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 2%
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (600mg, MW ~ 160,000) contenente NaCI 0.1 M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (200 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.1M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 1.5% di acido ialuronico e 0.5% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 2%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 6: miscela di acido ialuronico a basso MW : chitlac 3:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 2%
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (600mg, MW ~ 160,000) contenente NaCI 0.05M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (200 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.05M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 1.5% di acido ialuronico e 0.5% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 2%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 7: miscela di acido ialuronico a basso MW : chitlac 3:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 2%
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (600mg, MW ~ 160,000) contenente NaCI 0.025M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (200 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.025M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 1.5% di acido ialuronico e 0.5% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 2%) dove si osserva la presenza di coacervati.
Esempio 8: miscela di acido ialuronico a basso MW : chitlac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 1.5%
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (300mg, MW -160,000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW - 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 0.75% di acido ialuronico e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 9: miscela di carbossometil cellulosa : chitlac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 1.5%
Si preparano 20mL di una soluzione di carbossimetil cellulosa (300mg, MW - 270,000, d.s. 0.9) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW - 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 0.75% di carbossimetil cellulosa e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati. Esempio 10: miscela di alginato : chitlac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 1.5%.
Si preparano 20mL di una soluzione di alginato (300mg, MW - 130,000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW - 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40ml_ di una soluzione contenente 0.75% di alginato e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 11 : miscela di agarosio solfato : chitlac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 1.5%.
Si preparano 20mL di una soluzione di agarosio solfato (300mg, low gelling point) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4 al di sopra della temperatura di fusione del gel. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4 e si mantengono alla stessa temperatura della precedente soluzione. Le due soluzioni vengono mescolate a caldo (~ 50°C) sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 0.75% di agarosio solfato e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 12: miscela di k-carragenano : chitlac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 1.5%.
Si preparano 20mL di una soluzione di κ-carragenano (300mg, MW ~ 270,000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione ottenuta fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 0.75% di K-carragenano e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) priva di precipitati.
Esempio 13: miscela di acido ialuronico a basso MW : chitlac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 1.5% in acqua deionizzata Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (300mg, MW ~160,000) in acqua deionizzata. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) in acqua deionizzata. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una miscela contenente 0.75% di acido ialuronico e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) dove si nota la formazione di coacervati/precipitati tra i due polisaccaridi.
Esempio 14: miscela di acido ialuronico a basso MW : chitlac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 1.5% a pH 7.4 senza sale di supporto
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (300mg, MW -1 60,000) contenente Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una miscela contenente 0.75% di acido ialuronico e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) dove si nota la formazione di coacervati/precipitati tra i due polisaccaridi.
Esempio 15: miscela di acido ialuronico a basso MW : Poli-L-lisina (PLL) 1:1 p/p; concentrazione complessiva polimeri 1.5%
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (300mg, MW -160,000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di poli-L-lisina (PLL) (300 mg, MW ~ 20,000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una miscela contenente 0.75% di acido ialuronico e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) dove si nota la formazione di coacervati/precipitati tra i due polisaccaridi.
Esempio 16: marcatura dell'alginato con rodamina
Ad una soluzione di alginato (300mg. MW ~ 130,000) in un tampone di acido morfolinoetan solufonico (MES, 100mL) contenente il 10% di etanolo, N-idrossisuccinimide (NHS) e 1-etil-3-[3-(dimetilamino)propil] carbodiimmide (EDC) (rapporto molare [EDC]/[URAIginato] = 1.5; rapporto molare [NHS]/[EDC] = 1), viene aggiunta la rodamina 123 necessaria per marcare 1 gruppo uranico dell’alginato ogni 1500 circa. La soluzione viene mantenuta sotto agitazione al buio per 24 ore, dializzata contro NaHC03(3 cambi) e contro acqua deionizzata fino ad avere una conducibilità di 4μβ a 4°C. Infine, la soluzione viene filtrata su filtri Millipore 0.45pm e liofilizzata.
Esempio 17: marcatura del chitlac con fluoresceina
Ad una soluzione di chitlac (200mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) in NaHC030.5M (65 mL) viene aggiunta la fluoresceina isotiocianato necessaria per la modificazione di 1 gruppo amminico ogni 2000 circa. La soluzione viene mantenuta sotto agitazione al buio per 24 ore, dializzata contro NaHC03(3 cambi) e contro acqua deionizzata fino ad avere una conducibilità di 4pS a 4°C. Infine, la soluzione viene filtrata su filtri Millipore 0.45μιτι e liofilizzata.
Esempio 18: miscela di alginato: chitiac 1:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 0.15%
Si preparano 10mL di una soluzione di alginato marcato con rodamina (15mg, MW ~130,000 di es. 16) contenente NaCI 0.015M, Hepes 1mM a pH 7.4. Si preparano 10 ml_ di una soluzione di chitiac marcato con fluoresceina (15mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 17) contenente NaCI 0.015M, Hepes 1mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 20mL di una soluzione contenente 0.075% di alginato marcato con rodamina e 0.075% di chitiac marcato con fluoresceina (concentrazione polimerica complessiva 0.15%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 19: miscela di acido ialuronico a alto MW : chitiac 3:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 2%
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (600mg, circa 8-9x10<5>MW) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitiac (200 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 1.5% di acido ialuronico e 0.5% di chitiac (concentrazione polimerica complessiva 2%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 20: miscela di alginato : chitlac 3:1 p/p; concentrazione complessiva polisaccaridi 2%
Si preparano 20mL di una soluzione di alginato (600mg, MW ~ 130,000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (200 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 1.5% di alginato e 0.5% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 2%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 21: miscela di acido ialuronico : chitlac 1:1 p/p; concentrazione polisaccaridi 3%
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (600mg, MW ~ 240.000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (600 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 1.5% di acido ialuronico e 1.5% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 3%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Esempio 22: miscela di acido ialuronico : derivati del chitosano (chitlac; chitcell; chitmal3) 1:1 p/p
Si preparano 20mL di una soluzione di acido ialuronico (300mg, MW ~ 160.000) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Si preparano 20 mL di una soluzione di chitlac (300 mg, MW ~ 1.5x10<6>di es. 1) contenente NaCI 0.15M, Hepes 10mM a pH 7.4. Le due soluzioni vengono mescolate sotto agitazione fornita da una barra magnetica ottenendo 40mL di una soluzione contenente 0.75% di acido ialuronico e 0.75% di chitlac (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) completamente trasparente e priva di precipitati e/o coacervati.
Con le stesse modalità sono state preparate anche le miscele acido ialuronico con chitcell (es. 2) e di acido ialuronico con chitmal3 (es. 3), ottenendo 40mL di soluzioni contenente 0.75% di acido ialuronico e 0.75% di chitcell o chitmal3 (concentrazione polimerica complessiva 1.5%) completamente trasparenti e prive di precipitati e/o coacervati. Caratterizzazione chimico-fìsica delle miscele polisaccaridiche di esempio da 4 a 22 in confronto con i singoli componenti polissaccaridi anionici e derivati del chitosano
a) influenza della forza ionica sulla solubilità delle miscele polisaccaridiche
Per verificare l’effetto indotto dalla variazione della forza ionica sulla solubilità delle miscele polisaccaridiche secondo l’invenzione si è misurato il rapporto di trasmittanza (T) a λ=600ηιτι delle soluzioni contenenti acido ialuronico e un derivato del chitosano (chitlac) preparate secondo gli esempi da 4 a 7 sopra descritti. La figura 1 mette in luce come la solubilità della miscela tra polianioni e chitosano modificato sia garantita, in presenza ad esempio di una concentrazione totale polimerica pari a 2%, con una concentrazione di sale di supporto superiore o uguale a 0.05M. In particolare, la figura riporta il rapporto tra la trasmittanza (misurata a 600nm) di una soluzione polimerica binaria e quella dei polisaccaridi presi singolarmente. Una trasmittanza uguale o prossima a 1 è indicativa di un’assenza nella soluzione polimerica binaria di coacervati o precipitati. Al contrario, quando nella miscela la presenza di sale è ridotta ad un valore inferiore a 0.05M, si osserva la formazione di coacervati con una conseguente significativa riduzione della trasmittanza.
b) miscele tra polisaccaridi anionici diversi e derivato del chitosano (chitlac) in rapporti p/p uguali a 1:1.
Per verificare l'effetto indotto dalla variazione del tipo dei polisaccaridi anionici sulla solubilità delle miscele contenenti chitosano modificato con oligosaccaridi secondo l'invenzione si è misurato, come in precedenza, il rapporto di trasmittanza (T) a λ=600ηιτι delle soluzioni contenenti polisaccaridi anionici scelti tra acido ialuronico, carbossimetil cellulosa, alginato, agarosio solfato e carragenano e un derivato del chitosano (chitlac) preparate secondo gli esempi da 8 a 12 sopra descritti ad un rapporto p/p elevato e cioè 1:1. La figura 2 mostra come la solubilità delle miscele polisaccaridiche sia garantita anche utilizzando una frazione in peso tra i due polimeri pari a 1:1 con una concentrazione polimerica complessiva pari a 1.5%. Inoltre, si può ottenere la miscelazione mantenendo la solubilità del sistema con diversi polianioni, sia carbossilati che solfati.
c) miscele tra polisaccaridi anionici e derivati del chitosano (chitlac; chitcell; chitmal3) in rapporti uguali a 1:1.
La solubilità delle composizioni di polisaccaridi dell’invenzione, misurata come in precedenza, non risulta influenzata dalle diverse derivatizzazioni del chitosano, mostrando le miscele binarie preparate secondo l'esempio 4 uguali valori di Ί7Ί<~>ο- La figura 3 infatti mostra come la possibilità di preparare soluzioni polimeriche tra polianioni e chitosano modificato con oligosaccaridi non dipenda dalla natura chimica di questi ultimi. Sostituendo al lattosio (chitiac) il cellobiosio (chitcell) o il maltotriosio (chitmal3), rispettivamente un disaccaride e un trisaccaride, non si hanno sensibili formazioni di coacervati.
La possibilità di miscelare polianioni con i derivati oligosaccaridici del chitosano ottenendo, in opportune condizioni, una soluzione è dovuta essenzialmente a tre fattori. Il primo è l'ingombro sterico dovuto alle catene laterali oligosaccaridiche introdotte sul polisaccaride cationico. Queste disturbano l'avvicinamento del polisaccaride anionico impedendo un accoppiamento per lunghi tratti delle catene dei due sistemi polimerici. Questo effetto è esemplificato nello Schema 1.
In aggiunta, l’utilizzo di un pH fisiologico, preferibilmente 7.4, permette di ridurre la carica presente sul polisaccaride cationico, il chitiac, il quale mantiene comunque, grazie alle catene laterali saccaridiche, una buona solubilità in acqua. Infine, la presenza di sale di supporto, preferibilmente sodio cloruro, fa sì che le cariche sui due polimeri vengano schermate e che vengano quindi limitate le interazioni elettrostatiche tra i due polimeri in modo da evitare la coacervazione/precipitazione. La combinazione tra questi tre fattori porta alla possibilità di ottenere soluzioni di polianione/chitosano modificato con oligosaccaridi. Infatti, come si evince dalla figura 4, l'ottenimento di miscele polimeriche tra acido ialuronico e chitiac in acqua deionizzata (pH ~ 5.5) non è possibile, nonostante la presenza degli stessi fattori sterici. Nemmeno l'utilizzo di un pH fisiologico (7.4) senza la presenza di sale di supporto porta aH'ottenimento di una vera soluzione. Infine, l’utilizzo di un policatione diverso dal chitlac, ad esempio la poli-L-lisina (PLL), che è solubile a pH fisiologico in presenza di sale di supporto, non permette l'ottenimento di soluzioni in presenza di polianioni (Figura 4).
L'assenza della formazione di coacervati non significa, tuttavia, che non esistano interazioni tra le cariche positive sul policatione, ad esempio il chitlac, e quelle negative sul polianione, ad esempio l'acido ialuronico o l’alginato. Al contrario, un esperimento di FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), dimostra l'esistenza di queste interazioni di natura essenzialmente elettrostatica (couiombiana) (Figura 5). In questo esperimento, il polianione (l’alginato) é stato marcato con rodamina e il policatione (il chitlac) con fluoresceina. Nell’ipotesi di un mescolamento senza interazioni tra le cariche opposte sui due polisaccaridi, l’intensità dello spettro di emissione di fluorescenza della miscela coincide con la somma delle intensità dei due spettri registrati separatamente. Se, al contrario, lo spettro della soluzione binaria di polisaccaridi anionici e cationici risulta essere minore della somma degli spettri dei due polimeri presi separatamente, ciò è indicativo dell'instaurarsi di forti interazioni a corto raggio (nell'ordine dei 5nm) tra i due polimeri ( fluorescence quenching). Tipicamente le interazioni ioniche ricadono in questo intervallo di distanze. Nella Figura 5 si può notare come lo spettro di emissione della soluzione binaria di alginato e chitlac abbia un'intensità minore rispetto alla somma delle intensità degli spettri di emissione dei due polimeri presi separatamente, indice della presenza di interazioni ioniche tra le cariche positive del chitlac e quelle negative dell'alginato. In questo senso, le composizioni secondo l'invenzione consentono di ottenere la preparazione di soluzioni con polisaccaridi anionici e cationici, caratterizzati dall'avere cariche opposte in catena, in modo che tra questi si instaurino interazioni ioniche formando dei complessi solubili. Diversamente da quanto riportato nel brevetto WO 2005/061611 che descrive soluzioni polianione/polisaccaride neutro, nel caso riportato la presente invenzione è inerente a soluzioni contenenti contemporaneamente polianioni e policationi che interagiscono formando dei complessi che rimangono stabilmente in soluzione.
Infatti, la figura 6 mostra come alla soluzione binaria contenete acido ialuronico e chitlac di esempio 19 si possa applicare la cosiddetta regola Cox-Merz, che stabilisce l’uguaglianza tra la viscosità complessa e quella assoluta in una soluzione priva di organizzazione su " larga distance". La presenza di gel o microgel comporta una deviazione da questa regola che si evidenzia con la non-uguaglianza tra le due viscosità, complessa e assoluta, misurate con il reometro.
La formazione di complessi solubili tra polianioni e chitosani modificati con oligosaccaridi può avvenire sia con polisaccaridi carbossilati che solfati, con peso molecolare medio che varia fino a 1 ,500kDa.
L'esistenza delie interazioni tra le cariche positive sul chitosano modificato con oligosaccaridi e quelle negative sui polisaccaridi anionici (es. acido ialuronico o alginato) comporta inoltre un inaspettato aumento della viscosità delle soluzioni polimeriche di miscele di polisaccaridi anionici e cationici rispetto alle soluzioni polimeriche dei polisaccaridi presi singolarmente. In particolare, la viscosità delle soluzioni acquose della miscela polimerica tra polianioni e chitosani modificati con oligosaccaridi risulta essere maggiore della somma delle viscosità delle soluzioni acquose dei polimeri costituenti la miscela presi singolarmente. Le figure 7, 8, 9 e 10 evidenziano questo effetto sinergico ottenuto con diversi polimeri, con diversi rapporti tra polianioni e il chitosano modificato.
In aggiunta tali composizioni presentano un indubbio miglioramento anche delle proprietà visco-elastiche, come si evince dalla figura 11. Infatti, lo spettro viscoelastico della soluzione binaria di acido ialuronico e chitlac di esempio 19 riportato nella figura 11 B mostra che il secondo polisaccaride non solo non interferisce significativamente con le proprietà viscoelastiche dell'acido ialuronico ma anzi, rispetto alla soluzione solo di acido ialuronico preso singolarmente (Figura 11 A), riduce il valore di frequenza a cui avviene l'incrocio tra G' e G", vale a dire la frequenza a cui il sistema comincia a presentare proprietà più elastiche che viscose. Tale effetto è altamente desiderabile per gli impieghi noti dei polisaccaridi ed in particolare nella viscosupplementazione per il trattamento delle patologie osteo-articolari su base infiammatoria e/o traumatica, tra cui ad esempio l’osteo-artrite, l'osteo-artrosi, la rottura del menisco e dei legamenti. Per gli scopi della presente invenzione le composizioni possono essere somministrate come noto per via intra-articolare.
Claims (25)
- RIVENDICAZIONI 1. Composizioni di polisaccaridi comprendenti soluzioni acquose di miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano, in cui i derivati del chitosano hanno un grado di derivatizzazione di almeno il 40% ed in cui le soluzioni acquose hanno una forza ionica almeno di 100 mM e non superiore a 350 mM ed un pH almeno di 7.
- 2. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui le miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano comprendono polisaccaridi anionici e derivati oligosaccaridici del chitosano in un intervallo di rapporti in peso tra polisaccaridi anionici e derivati oligosaccaridici del chitosano compresi tra 10:1 a 1:1.
- 3. Composizioni secondo la rivendicazione 2 in cui le miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano comprendono i polisaccaridi anionici e i derivati oligosaccaridici del chitosano in un intervallo di rapporti in peso tra polisaccaridi anionici e derivati oligosaccaridici del chitosano compreso tra 3:1 e 1 :1.
- 4. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui le soluzioni acquose delle miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano hanno una concentrazione polimerica complessiva compresa nell'intervallo tra 1.5% (p/v) a 3% (p/v).
- 5. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui le soluzioni acquose delle miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano hanno un pH compreso tra 7 ed 8.
- 6. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui le soluzioni acquose delle miscele di almeno un polisaccaride anionico ed almeno un derivato oligosaccaridico del chitosano hanno un'osmolarità compresa tra 250 e 350 mM ottenuta per aggiunta ulteriore di soluti non ionici.
- 7. Composizioni secondo la rivendicazione 6 in cui il soluto non ionico è il mannitolo.
- 8. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui il grado di sostituzione del chitosano è compreso nell'intervallo tra il 50% al 80%.
- 9. Composizioni secondo la rivendicazione 8 in cui il grado di sostituzione del chiosano è del 70%.
- 10. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui i derivati oligosaccaridici del chitosano sono ottenibili dalla derivatizzazione del chitosano con oligosaccaridi comprendenti da 2 a 3 unità glicosidiche.
- 11. Composizioni secondo la rivendicazione 10 in cui gli oligosaccaridi sono scelti nel gruppo consistente in lattosio, cellobiosio, cellotriosio, maltosio, maltotriosio, maltotetraosio, chitobiosio, chitotriosio, melibiosio.
- 12. Composizioni secondo la rivendicazione 11 in cui l’oligosaccarìde è il lattosio.
- 13. Composizioni secondo le rivendicazioni da 10 a 12 in cui il chitosano ha un peso molecolare medio sino a 1 ,000kDa.
- 14. Composizioni secondo la rivendicazioni 13 in cui il chitosano ha un peso molecolare medio compreso tra 400kDa e 700kDa.
- 15. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui i polisaccaridi anionici sono polisaccaridi carbossilati o solfati.
- 16. Composizioni secondo la rivendicazione 15 in cui i polisaccaridi carbossilati sono scelti nel gruppo consistente in acido ialuronico, alginati, pectine, carbossimetilcellulose.
- 17. Composizioni secondo la rivendicazione 16 in cui il polisaccaride carbossilato è l’acido ialuronico.
- 18. Composizioni secondo la rivendicazione 15 in cui i polisaccaridi solfati sono scelti nel gruppo consistente in carragenani, agarosio solfato, cheratan solfato, dermatan solfato, amido solfato, eparina.
- 19. Composizioni secondo le rivendicazioni da 15 a 18 in cui i polisaccaridi anionici hanno un peso molecolare medio sino a 1 ,500kDa.
- 20. Composizioni secondo la rivendicazioni 19 in cui i polisaccaridi anionici hanno un peso molecolare medio compreso tra 100 kDa e 1 ,000kDa.
- 21. Composizioni secondo la rivendicazione 20 in cui i polisaccaridi anionici hanno un peso molecolare medio di 900 kDa.
- 22. Uso delle composizioni secondo la rivendicazione 1 per la preparazione con eccipienti e/o diluenti accettabili per la somministrazione in mammiferi umani o non umani di prodotti adatti ad applicazioni in campo biomedico.
- 23. Uso delle composizioni secondo la rivendicazione 22 per la viscosupplementazione per il trattamento delle patologie osteo-articolari infiammatorie e/o traumatiche.
- 24. Uso delle composizioni secondo la rivendicazione 23 in cui tali patologie osteo-articolari sono scelte nel gruppo consistente in osteoartrite, artrosi o rottura del menisco o dei legamenti.
- 25. Uso delle composizioni secondo le rivendicazioni da 23 a 24 in cui tali prodotti sono somministrati per via intra-articolare.
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