WO2011124739A1 - Nanopartículas de silice para difusión intracelular de agentes bioactivos poco solubles - Google Patents

Nanopartículas de silice para difusión intracelular de agentes bioactivos poco solubles Download PDF

Info

Publication number
WO2011124739A1
WO2011124739A1 PCT/ES2011/070232 ES2011070232W WO2011124739A1 WO 2011124739 A1 WO2011124739 A1 WO 2011124739A1 ES 2011070232 W ES2011070232 W ES 2011070232W WO 2011124739 A1 WO2011124739 A1 WO 2011124739A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nanostructured material
material according
nanoparticles
cpt
molecule
Prior art date
Application number
PCT/ES2011/070232
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011124739A4 (es
Inventor
Avelino Corma Canos
Pablo BOTELLA ASUNCIÓN
Manuel Quesada Vilar
Carlos Muniesa Lajara
Simó SCHWARTZ NAVARRO
Original Assignee
Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
Universidad Politécnica De Valencia
Institut De Recerca De L'hospital Universitari Vall D'hebron
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic), Universidad Politécnica De Valencia, Institut De Recerca De L'hospital Universitari Vall D'hebron filed Critical Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
Publication of WO2011124739A1 publication Critical patent/WO2011124739A1/es
Publication of WO2011124739A4 publication Critical patent/WO2011124739A4/es

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/51—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent
    • A61K47/52—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent the modifying agent being an inorganic compound, e.g. an inorganic ion that is complexed with the active ingredient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/69—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit
    • A61K47/6921—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere
    • A61K47/6923—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a particulate, a powder, an adsorbate, a bead or a sphere the form being an inorganic particle, e.g. ceramic particles, silica particles, ferrite or synsorb
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/14—Particulate form, e.g. powders, Processes for size reducing of pure drugs or the resulting products, Pure drug nanoparticles
    • A61K9/16—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction
    • A61K9/167—Agglomerates; Granulates; Microbeadlets ; Microspheres; Pellets; Solid products obtained by spray drying, spray freeze drying, spray congealing,(multiple) emulsion solvent evaporation or extraction with an outer layer or coating comprising drug; with chemically bound drugs or non-active substances on their surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/86—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by NMR- or ESR-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Definitions

  • the present invention is framed within the applications of silica nanoparticles for nanotechnology and biotechnology.
  • the reduced solubility of numerous bioactive agents complicates their diffusion in biological fluids, which limits their therapeutic activity.
  • the binding of a bioactive molecule through a hydrolysable covalent bond to a silica nanoparticle whose surface is modified with anionic groups improves solubility and reduces its toxicity in vitro and in vivo, while favoring the accumulation of the bioactive molecule in Pathogenic tissues due to the improvement and conservation permeability effect (EPR).
  • EPR improvement and conservation permeability effect
  • Camptothecin (20 (S) -camptothecin; CPT) is a quinoline derivative with a broad spectrum of antitumor activity in animal models (Ann. Oncol. 1997, 8, 837-855; Rothenberg, M.L.).
  • the lactone form is essential for therapeutic activity.
  • the opening of the lactone ring causes the corresponding carboxylate, which is inactive.
  • carboxylate is favored at physiological pH.
  • CPT has been linked through this point (20-OH) to water soluble polymers such as poly (ethylene glycol), poly-N- (2-hydroxypropyl) methacrylamide and poly-L-glutamic acid.
  • water soluble polymers such as poly (ethylene glycol), poly-N- (2-hydroxypropyl) methacrylamide and poly-L-glutamic acid.
  • these conjugates made it possible to solubilize the bioactive form of the therapeutic agent, as well as the preparation of formulations that release form controlled the drug, avoiding complications associated with a high systemic concentration of the drug.
  • modified silica nanoparticles to which the bioactive agent binds by covalent binding and that have a chemical group capable of hydrolyzing and releasing the drug under the action of intracellular enzymes are extraordinarily stable in plasma, being released more preferably in the cytosol of the target cells.
  • the present invention relates to a nanostructured silica-based material containing bioactive agents and their use in biomedical applications, for example, imaging, diagnosis, treatment or prophylaxis of a pathology.
  • An object of the present invention is a nanostructured material comprising at least two components:
  • an inorganic support comprising silica nanoparticles whose surface is covered with terminal anionic groups, and
  • bioactive agent covalently bonded to a terminal anionic group on the surface of the inorganic support.
  • the silica can be porous or non-porous. According to additional particular embodiments, the silica is unstructured and non-porous. According to additional particular embodiments, the silica is unstructured and porous, with a pore diameter between 1 and 100 nm.
  • an inorganic support comprising unstructured and non-porous silica nanoparticles, whose surface is covered with terminal anionic groups, and
  • bioactive agent covalently bonded to a terminal anionic group on the surface of the inorganic support.
  • an inorganic support comprising nanoparticles of unstructured and porous silica, with a pore diameter between 1 and 100 nm, whose surface is covered with terminal anionic groups, and
  • Another additional particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising at least two components:
  • An inorganic support comprising nanoparticles of structured and porous silica, with a pore diameter between 1 and 30 nm.
  • said support is mesoporous and the surface is covered with terminal anionic groups, and
  • the present invention is a nanostructured material that comprises structured and porous silica nanoparticles and has long-distance order.
  • the pore diameter is between 1 and 30 nm.
  • the material may have a structure type MCM-41, MCM-48, MCM-50, FSM-16, HMS, KIT-1, MSU-1, MSU-2, MSU-3, MSU-V , SBA-1, SBA-2, SBA-3, SBA-8, SBA-1 1, SBA-12, SBA-14, SBA-15, SBA-16, STAC-1, Ma and PCH.
  • the center-to-pore center distance in the matrix may be between 3.4 and 4.2 nm, and the wall thickness ranges from 1 to 2 nm.
  • the silica nanoparticles may have a spherical, hexagonal or elongated shape, preferably spherical.
  • the silica nanoparticles can have an average diameter between 5 and 500 nm, preferably between 5 and 200 nm.
  • the bioactive agent of the material is a covalently bound therapeutic molecule to a terminal anionic group of the inorganic support surface.
  • the terminal anionic groups provide a negative zeta potential to the suspension of silica nanoparticles, which gives the submicron structures hydrophilic character, while causing the appearance of repulsive electrostatic forces between particles that allow the preparation of stable colloids in aqueous medium, facilitating intracellular diffusion by endocytosis.
  • a further preferred particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising silica nanoparticles, the surface of which is covered with terminal anionic groups, in which the terminal anionic groups are carboxylate groups and a molecule of a covalently bonded bioactive agent to said carboxylate group.
  • a further, more preferred particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising silica nanoparticles, the surface of which is covered with terminal anionic groups, and a bioactive agent bonded covalently with a terminal anionic group through a bio-bond hydrolysable selected from an ester, amido, carbamate or carbonate.
  • Another additional particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising silica nanoparticles, whose surface is covered with terminal anionic groups, and a bioactive agent covalently bonded to a terminal anionic group in which the bioactive agent, preferably the Therapeutic molecule, can incorporate an organic ligand to facilitate covalent binding to a terminal anionic group.
  • the organic ligand may be selected from an amino acid or an oligopeptide.
  • a further particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising silica nanoparticles, whose surface is covered with terminal anionic groups, and a bioactive agent covalently bonded to a terminal anionic group in which the bioactive agent is a molecule therapeutic that can be selected from at least one small molecule, a macromolecule, an antibody, a peptide, a protein, an enzyme, a nucleic acid or an organic polymer or a derivative thereof that incorporates an organic ligand that facilitates its binding covalent to a terminal anionic group, and combinations thereof.
  • the material of the present invention may contain one type of therapeutic molecule or it may contain two or more types.
  • small molecule means any molecule of biological or synthetic origin whose molecular weight is less than 3,000 Da.
  • said therapeutic molecule is a small and hydrophobic molecule.
  • said molecule can be an antitumor (such as CPT, paclitaxel or doxorubicin), an antibiotic, an antifungal or an antiviral or a derivative thereof incorporating a organic ligand that facilitates its covalent binding to a terminal anionic group.
  • the small and hydrophobic therapeutic molecule is CPT or a derivative thereof that incorporates an organic ligand that facilitates its covalent binding to a terminal anionic group.
  • the organic ligand is glycine, which is attached at one end to the CPT in the 20-OH position by ester linkage (Gly-CPT) and at the end opposite to a terminal carboxylate group by amido bond.
  • the therapeutic molecule increases its solubility and stability in aqueous medium, while reducing interactions with other therapeutic molecules and with blood plasma components.
  • the immune response is reduced or eliminated, it is protected from metabolism, release kinetics are modulated, plasma residence time and half-life are increased, toxicity is reduced and efficacy is increased, metabolism is normalized in subjects of different species and ethnicities and / or races, and diffusion directed to specific tissues and / or cells is promoted.
  • the concentration of the therapeutic molecule may range between 0.1 and 40% by weight.
  • a further particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising silica nanoparticles, the surface of which is covered with terminal anionic groups, a molecule of a bioactive agent covalently bonded to a terminal anionic group, and a molecule of a poly (ethylene glycol) (PEG) linked by covalent bond.
  • PEG poly (ethylene glycol)
  • the PEG molecule increases the solubility and stability of the material in an aqueous medium, allowing the preparation of stable colloids while reducing the interactions of nanoparticles with blood plasma components, increasing plasma residence time, reducing or eliminating the immune response. , reduces toxicity and increases efficacy, and promotes diffusion directed to specific tissues and / or cells.
  • the molecular weight of the PEG molecule can range from 200 to 20,000 Da and its concentration can range from 1 to 30% by weight.
  • the nanostructured material comprises silica nanoparticles, the surface of which is covered with terminal anionic groups, a molecule of a bioactive agent bonded by covalent bond to a terminal anionic group, and a molecule of a fluorescent agent joined by covalent bond.
  • the fluorescent agent molecule allows the study of the biodistribution of the pharmaceutical preparation.
  • the fluorescent agent is selected from 5-amino fluorescein, fluorescein isothiocyanate, NHS-fluorescein, rhodamine B isothiocyanate, tetramethylrodamine B isothiocyanate, NHS-Cy5 and / or NHS-Cy5.5 or a derivative thereof that incorporates an organic ligand that facilitates covalent binding with the inorganic support.
  • the concentration of the fluorescent agent may range from 0.01 to 10% by weight.
  • a further particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising silica nanoparticles, whose surface is covered with terminal anionic groups, a molecule of a bioactive agent covalently bonded to a terminal anionic group, and a radionuclide of 18 F bound by covalent bond to the inorganic matrix.
  • the radioactive isotope allows the study of the biodistribution and pharmacokinetics of the pharmaceutical preparation.
  • the concentration of the 18 F radionucle can range from 0.0001 to 1% by weight.
  • a further particular embodiment of the present invention is a nanostructured material comprising silica nanoparticles, the surface of which is covered with terminal anionic groups, a molecule of a bioactive agent covalently linked to a terminal anionic group, and a receptor-directing molecule specific, cells or tissues, bound by covalent bond.
  • the targeting molecule selectively conducts the nanoparticles to their therapeutic objective, also favoring endocytosis access to cells.
  • the directing molecule can be synthetic, semi-synthetic or natural.
  • Substances that can be exerted from targeting molecules are selected from proteins (including antibodies, antibody fragments, aptamers, peptides, polypeptides and amino acids), carbohydrates, lipids, nucleic acids (including nucleosides, nucleotides and polynucleotides) and small molecules such as hormones and analogues. hormonal, vitamins, enzymatic co-factors and metabolites of protein synthesis, or a derivative of these that incorporate an organic ligand that facilitates covalent binding inorganic support.
  • a further object of the present invention is the use of the nanostructured material defined above in a biotechnological application, said use comprising contacting one or more cells with the nanoparticles of the material.
  • Said biotechnological application is preferably a treatment or prophylaxis of a pathology.
  • silica nanoparticles whose surface is covered with terminal anionic groups diffuse into the cell interior without any cytotoxic effect.
  • the binding of a therapeutic molecule or a derivative thereof that incorporates an organic ligand that facilitates its covalent binding to a terminal anionic group improves the solubility of the drug and favors its intracellular diffusion, resulting in a cytotoxic action that leads to cell death, which allows to carry out a chemotherapy treatment.
  • the release of the therapeutic molecule in the intracellular environment and its cytotoxic activity depends on the action of cytoplasmic esterases.
  • the equivalent concentration of therapeutic molecule in the cellular medium necessary to cause a cytotoxic action ranges from 0.001 ⁇ g ml_ "1 to 10 ⁇ g ml_ " 1 .
  • a further particular object of the present invention is the use of the nanostructured material defined above in a method of treatment or prophylaxis of an in vivo pathology comprising contacting the tissues affected or supposedly affected by pathology with nanoparticles of the defined material.
  • the mentioned pathology preferably consists of a viral infection, fungal infection, bacterial infection or tumor.
  • the binding of a therapeutic molecule to a silica nanoparticle, whose surface is covered with terminal anionic groups improves the solubility of the drug and reduces its cytotoxicity in vivo, while favoring the accumulation of the therapeutic agent in the tumor through the effect of improvement and conservation permeability (EPR).
  • EPR improvement and conservation permeability
  • the concentration of nanoparticles in the pathogenic tissue varies between 1 and 1000 ⁇ g cm “3 , and preferably between 5 and 100 ⁇ g cm “ 3 .
  • the equivalent concentration of therapeutic molecule administered to the host necessary to cause a therapeutic action ranges from 0.0001 mg Kg "1 h “ 1 to 10 mg Kg "1 h “ 1 , for 1 to 2000 h .
  • the nanoparticles of the nanostructured material defined above are administered to the host preferably orally, parenterally, respiratoryly or transdermally in sufficient concentration to non-selectively reach the pathogenic tissues.
  • the increase in capillary permeability associated with many lesions allows the extravasation of nanoparticles at the same level (EPR effect), accumulating in the extracellular matrix.
  • the nanoparticles of the nanostructured material defined above are administered to the host by direct injection into the injured area, accumulating in the interstitial tissue.
  • a further particular object of the present invention is the use of the nanostructured material defined above in a treatment method. or prophylaxis of a patient by administration of nanoparticles of the defined material orally, parenterally, respiratoryly or transdermally, in sufficient concentration to reach non-selectively pathogenic tissues.
  • the increase in capillary permeability associated with many lesions allows the extravasation of nanoparticles at the same level (EPR effect), accumulating in the extracellular matrix.
  • the nanoparticles of the nanostructured material defined above are administered to the patient by direct injection into the injured area, accumulating in the interstitial tissue.
  • the pathology to be treated by chemotherapy is a viral infection, fungal infection, bacterial infection or tumor.
  • the concentration of nanoparticles in the pathogenic tissue varies between 1 and 1000 ⁇ g cm “3 , and preferably between 5 and 100 ⁇ g cm “ 3 .
  • the equivalent concentration of the therapeutic molecule administered to the patient necessary to cause a therapeutic action ranges between 0.0001 mg Kg "1 h “ 1 and 10 mg Kg "1 h “ 1 , during 1 to 2000 h.
  • the present invention relates to a nanostructured material composed of silica nanoparticles, whose surface is covered with anionic groups and a bioactive agent joined by a hydrolysable covalent bond and, optionally, molecules of a PEG, a fluorescent agent, a radionucle and / or a directing substance to specific receptors, cells or tissues, linked by covalent bond, and their use in the treatment or prophylaxis of a certain pathology.
  • Figure 1 is a schematic illustration of the surface functionalization sequence of silica nanoparticles with propylcarboxyl groups and the covalent anchor of Gly-CPT.
  • Figure 2 is the UV-Vis absorbance spectrum of the material obtained according to Example 3.
  • Figure 3 is the UV-Vis absorbance spectrum of the material obtained according to Example 8.
  • Figure 4 shows the dose curves - (%) cell survival for HeLa cells after incubation for 72 h with CPT (), nanoparticles obtained according to Example 2 (®) and nanoparticles obtained according to Example 3 (A).
  • Figure 5 shows images of the inverted microscope of the variation of the morphology and proliferation of HeLa cells after incubation for 72 h with 1.25 g mL "1 of CPT (a), nanoparticles obtained according to Example 3 with an equivalent dose of CPT (b) and nanoparticles obtained according to Example 2 (c).
  • Figure 6 shows the dose curves - (%) cell survival for U87-MG (a), HCT-1 16 (b) and MDA-MB-231 (c) cells after incubation for 72 h with CPT () and nanoparticles obtained according to Example 3 EMBODIMENTS OF THE INVENTION
  • EXAMPLE 1 Preparation of Gly-CPT (modified from Bioorg. Med. Chem. 1998, 6, 551-562; Greenwald, RB; Pendri, A .; Conover, CD; Lee, C; Choe, YH; Gilbert, C; Mart ⁇ nez, A .; Xia, J .; Wu, D .; Hsue, M.-M.).
  • the solid obtained in the previous stage is dispersed in 150 mL of 60% sulfuric acid and heated at 150 ° C for 3 h. Then, 200 mL of deionized water are added, filtered, washed with 50 mL of toluene and 100 mL of methanol and dried at 60 ° C under vacuum (8 torr).
  • EXAMPLE 3 Preparation of non-porous amorphous silica nanoparticles whose surface is covered with terminal carboxylate groups on which Gly-CPT is attached by amido bond (SNP-Gly-CPT)
  • Non-porous amorphous silica nanoparticles are obtained with a total diameter between 5 and 20 nm whose surface is covered with terminal carboxylate groups to which Gly-CPT binds by amido bond ( Figure 1).
  • EXAMPLE 4 Preparation of non-porous amorphous silica nanoparticles whose surface is covered with terminal carboxylate groups on which Gly-CPT is bonded by amido bond (SNP-Gly-CPT) with a lower concentration of CPT
  • Example 2 500 mg of nanoparticles obtained in Example 2 are dehydrated at 60 ° C under vacuum (8 torr) for 6 h. Then 10 mL of DCM is introduced, 122 mg of EDCi (0.64 mmol) and 130 mg of HOBT (0.96 mmol) are added, and it is kept at 0 ° C with stirring. After 30 min, 6.5 mg of Gly-CPT (0.0125 mmol) prepared according to Example 1 are added, 87 ⁇ _ of DIPEA (0.50 mmol) are introduced, allowed to evolve at room temperature and stirring is maintained for 16 h . After this time the solvent is evaporated in vacuo (50 torr). The solid obtained is washed with methanol and centrifuged several times until total absence of Gly-CPT in the supernatant (UV-Vis, ⁇ 3 6 ⁇ ), and lyophilized at -55 ° C for 16 h.
  • EXAMPLE 5 Preparation of structured mesoporous silica nanoparticles with a pore diameter between 2 and 4 nm whose surface is covered with terminal carboxylate groups on which Gly-CPT is attached by amido bond (MSN-Gly-CPT)
  • the solid obtained in the previous stage is dispersed in 150 mL of 60% sulfuric acid and heated at 150 ° C for 3 h. Then, 200 mL of deionized water are added, filtered, washed with 50 mL of toluene and 100 mL of methanol and dried at 60 ° C under vacuum (8 torr).
  • the solid obtained is washed with methanol and centrifuged several times until total absence of Gly-CPT in the supernatant (UV-Vis, ⁇ 3 6 ⁇ ), and lyophilized at -55 ° C for 16 h.
  • Structured mesoporous silica nanoparticles are obtained with a total diameter between 100 and 200 nm and a pore diameter between 2 and 4 nm whose surface is covered with terminal carboxylate groups to which Gly-CPT binds by amido bond.
  • EXAMPLE 6 Preparation of structured mesoporous silica nanoparticles with pore diameter between 4 and 25 nm whose surface is It is covered with terminal carboxylate groups on which Gly-CPT is linked by amido bond (NS-Gly-CPT)
  • Structured mesoporous silica nanoparticles are obtained with a total diameter between 80 and 300 nm and a pore diameter between 4 and 25 nm whose surface is covered with terminal carboxylate groups to which Gly-CPT binds by amido bond.
  • EXAMPLE 7 Preparation of non-porous amorphous silica nanoparticles whose surface is covered with terminal carboxylate groups on which Gly-CPT and an amide bond PEG3000 molecule bind (SNP-Gly-CPT-PEG)
  • Non-porous amorphous silica nanoparticles are obtained with a total diameter between 5 and 20 nm whose surface is covered with terminal carboxylate groups to which Gly-CPT and H 2 N-PEG3000-NH2 molecules bind by amido bond.
  • EXAMPLE 8 Preparation of non-porous amorphous silica nanoparticles whose surface is covered with terminal carboxylate groups on which Gly-CPT is attached and a Cy5.5 molecule by amido bond (SNP-Gly-CPT-Cy5.5)
  • Non-porous amorphous silica nanoparticles are obtained with a total diameter between 5 and 20 nm whose surface is covered with terminal carboxylate groups and terminal amino groups to which Gly-CPT and Cy5.5 molecules are bonded respectively amido
  • a suspension in PBS of 10 mg / mL of nanoparticles obtained according to Example 4 is prepared.
  • a 1 mL aliquot of the suspension is transferred to a 2 mL eppendori tube and incubated at 37 ° C for 3 h.
  • the incubated sample is centrifuged and the supernatant is lyophilized at -55 ° C for 16 h.
  • the obtained residue is reconstituted with 1 mL of a 20/1 methanol / HCI solution (v / v). 20 ⁇ of said solution is injected into a device HPLC
  • the peak area of the lactone CPT is integrated and compared with a calibration curve.
  • a sterile human serum suspension (Aldrich) of 10 mg / mL of nanoparticles obtained according to Example 4 is prepared. A 1 mL aliquot of the suspension is transferred to a sterile 2 mL eppendorf tube and incubated at 37 ° C. Samples incubated at different times are centrifuged and the supernatant is separated. 500 ⁇ of serum supernatant is transferred to a sterile vial, 10 mL of CelLytic medium (Aldrich) is added, ultrasound is applied for 3 min and centrifuged at 10 ° C.
  • An aqueous suspension of 10 mg / mL of nanoparticles obtained according to Example 4 is prepared, adjusting the pH in the range 2-12.
  • An aliquot 1 mL of the suspension is transferred to a 2 mL eppendorf tube and incubated at 37 ° C for 3 h. Samples incubated at different pH values are centrifuged and the supernatant is lyophilized at -55 ° C for 16 h.
  • the obtained residue is reconstituted with 1 mL of a 20/1 methanol / HCI solution (v / v). 20 ⁇ of said solution is injected into an HPLC kit.
  • the peak area of the lactone CPT is integrated and compared with a calibration curve.
  • Table 1 shows the percentage of CPT released in the aqueous medium at different pH values. It is found that the pH of the medium has a significant effect on the release of CPT from the SNP-Gly-CPT material.
  • Table 1 CPT release of SNP-Gly-CPT material from Example 4 at different pH
  • An aqueous suspension of 10 mg mL "1 of nanoparticles obtained according to Example 3 is prepared. A 1 mL aliquot of the suspension is transferred to a sterile 2 mL eppendorf tube and incubated at 37 ° C. Samples incubated at different times are centrifuged and the supernatant is lyophilized at -55 ° C for 16 h. Alternatively, an aqueous suspension of 10 mg mL "1 of nanoparticles obtained according to Example 4 is prepared. A 1 mL aliquot of the suspension is transferred to a 2 mL sterile eppendorf tube and incubated at 37 ° C.
  • the half-life (f 1 ⁇ 2 , h) of the SNP-Gly-CPT preparation varies depending on the concentration of the drug in the material, being 51 h in the case of nanoparticles obtained according to Example 3 and 8 h for nanoparticles obtained according to Example 4.
  • CPT activity was determined by the 3- [4,5-dimethylthiazol-2-yl] -2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) test.
  • MTT mitochondrial dehydrogenase activity
  • HeLa cells for cervical carcinoma, U87MG for glioblastoma, HCT-1 16 for colon cancer and MDA-MB-231 for breast cancer have been used for the assays.
  • the cells are grown in RPMI medium (HeLa, HCT-1 16 and MDA-MB-231) or DMEM (U87MG) enriched with 10% fetal bovine serum at 37 ° C, in a humid air atmosphere (95%) and CO2 (5%).
  • the cells are seeded in 96-well plates at a rate of 2,000 cells / well (HeLa), 6,000 cells / well (U87MG), 10,000 cells / well (HCT-1 16) and 10,000 cells / well (MDA-MB-231) , 18 h before incorporating the nanoparticles.
  • a suspension of nanoparticles obtained according to Example 3 is prepared in RPMI medium not enriched with an equivalent concentration of 100 ⁇ g mL "1 of CPT and treated with ultrasound (Soniprep 150 sonicator, 23 KHz, 10% amplitude, 3x10 min, 0 ° C), to improve the dispersion of the nanoparticles
  • the suspension is distributed in aliquots that are kept at -20 ° C until necessary.
  • a suspension of nanoparticles obtained according to Example 2 is prepared in RPMI medium not enriched with an equivalent concentration in nanoparticles to the previous case and treated with ultrasound under identical conditions.
  • the cells are treated with CPT or with nanoparticles obtained according to Example 3, in a dose range of CPT between 2.5 x 10 "5 and 2.5 ⁇ g mL " 1 for 72 h.
  • the cells are treated with nanoparticles obtained according to Example 2 for 72 h.
  • 5 mg mL "1 of the MTT solution is added to each well and 4 h later the formazan crystals are dissolved with 0.1 N HCI in anhydrous isopropanol or DMSO, and the absorbance is measured at . 590 nm percentage relative to untreated cells cell survival was determined and the values of IC 5 or from the curves dose CPT is calculated -. (%) living cells ( Figures 4 and 6) values of IC 5 or They are listed in Table 2.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un material nanoestructurado compuesto de nanopartfculas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos y un agente bioactivo unido por un enlace covalente hidrolizable y, opcíonalmente, moléculas de un PEG, un agente fluorescente, un radionúcleo y/o una sustancia directora a receptores, células o tejidos específicos, unidas por enlace covalente, y su uso en el tratamiento o profilaxis de una determinada patología.

Description

NANOPARTÍCULAS DE SILICE PARA DIFUSIÓN INTRACELULAR DE AGENTES BIOACTIVOS POCO SOLUBLES
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca dentro de las aplicaciones de las nanopartículas de sílice para nanotecnología y biotecnología. La reducida solubilidad de numerosos agentes bioactivos complica su difusión en fluidos biológicos, lo que limita su actividad terapéutica. La unión de una molécula bioactiva mediante un enlace covalente hidrolizable a una nanopartícula de sílice cuya superficie se encuentra modificada con grupos aniónicos, mejora la solubilidad y reduce su toxicidad in vitro e in vivo, a la vez que favorece la acumulación de la molécula bioactiva en tejidos patógenos por el efecto de permeabilidad de mejora y conservación (EPR).
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR A LA INVENCIÓN
La camptotecina (20(S)-camptotecina; CPT) es un derivado de la quinolina con amplio espectro de actividad antitumoral en modelos animales (Ann. Oncol. 1997, 8, 837-855; Rothenberg, M.L.). La forma lactona es esencial para la actividad terapéutica. Por el contrario, la apertura del anillo de lactona origina el correspondiente carboxilato, el cual resulta inactivo. Desafortunadamente, la solubilidad de la lactona en medio acuoso es muy reducida, mientras que el carboxilato está favorecido a pH fisiológico.
La sustitución en posición 20-OH de la CPT estabiliza el anillo de lactona. Así, se ha unido CPT a través de este punto (20-OH) a polímeros solubles en agua como el poli(etilenglicol), poli-N-(2-hidroxipropil)meta- crilamida y ácido poli-L-glutámico. Sin embargo, sólo en determinados casos estos conjugados han permitido solubilizar la forma bioactiva del agente terapéutico, así como la preparación de formulaciones que liberen de forma controlada el fármaco, evitando complicaciones asociadas con una elevada concentración sistémica del mismo.
En la solicitud WO2004/022099 2004; Cheng, J.; Davis, M.E.; Khin, K.T., se presenta un nuevo tipo de composición farmacéutica basada en polímeros de ciclodextrinas, capaces de transportar pequeñas moléculas con actividad terapéutica, como la CPT. Estos polímeros conjugados son solubles en agua y biocompatibles, y pueden incorporar la CPT. No obstante, en un estudio paralelo (Bioconjugate Chem. 2003, 14, 1007-1017; Cheng, J.; Khin, K.T.; Jensen, G.S.; Liu A.; Davis, M.D.) los mismos autores indican que el tiempo de vida media del polímero con CPT es inferior a 2 h en plasma humano, esto es, en menos de 2 h libera el 50% de la carga de fármaco antitumoral transportada, lo que puede limitar considerablemente su utilización en organismos vivos, ya que se reduce la posibilidad de acumulación de la droga en el tumor por efecto EPR.
En la solicitud WO2009/078924 2009, Liong, M.; Lu, J.; Tamanoi, F.; Zink, J.l.) describe un material basado en nanopartículas de sílice mesoporosa cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos que confieren carácter hidrofílico a las estructuras submicrónicas, a la vez que provocan la aparición de fuerzas electrostáticas repulsivas entre partículas que permiten la preparación de coloides estables en medio acuoso. En el interior de los poros del material se pueden incorporar moléculas con actividad biológica, como la CPT y el paclitaxel. Estos se liberarían por simple difusión molecular a través de los poros. Esta difusión ocurrirá en su mayor parte en el plasma, produciéndose la liberación prematura del agente terapéutico. La principal limitación de este sistema es el escaso control sobre la liberación de los agentes farmacológicos, así como la ausencia de estímulos específicos que provoquen dicha liberación en los objetivos terapéuticos.
Todo lo anterior conduce a la necesidad de desarrollar nuevos sistemas para el transporte y liberación de sustancias bioactivas de baja solubilidad en fluidos biológicos, como CPT, paclitaxel y doxorrubicina, que reúnan las siguientes propiedades: i) Biocompatibilidad, es decir, no provocar respuesta inmune inespecífica o específica; ii) Estricto control de la liberación del fármaco en función de un determinado estímulo fisiológico, p.e., la actividad de una enzima intracelular, un cambio de pH o la acción de sustancias reductoras intracelulares; iii) Estabilidad en plasma humano, evitando la liberación prematura del agente terapéutico antes de alcanzar los tejidos diana; iv) Elevada capacidad de carga y transporte de las moléculas terapéuticas, lo que permite alcanzar valores de DE5o con cantidades bajas del preparado farmacéutico.
En nuestro caso, hemos encontrado que, sorprendentemente, nanopartículas de sílice modificadas a las que se une el agente bioactivo mediante unión covalente y que disponen de un grupo químico capaz de hidrolizarse y liberar el fármaco bajo la acción de enzimas intracelulares, resultan extraordinariamente estables en plasma, liberándose muy preferentemente en el citosol de las células objetivo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un material nanoestructurado basado en sílice que contiene agentes bioactivos y su utilización en aplicaciones biomédicas, por ejemplo, imagen, diagnóstico, tratamiento o profilaxis de una patología.
Un objeto de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende al menos dos componentes:
- un soporte inorgánico, que comprende nanopartículas de sílice cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y
- un agente bioactivo unido por enlace covalente a un grupo aniónico terminal de la superficie del soporte inorgánico.
Según la presente invención, la sílice puede ser porosa o no porosa. Según realizaciones particulares adicionales la sílice es no estructurada y no porosa. Según realizaciones particulares adicionales la sílice es no estructurada y porosa, con diámetro de poro comprendido entre 1 y 100 nm.
Una realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende al menos dos componentes:
- un soporte inorgánico, que comprende nanopartículas de sílice no estructurada y no porosa, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y
- un agente bioactivo unido por enlace covalente a un grupo aniónico terminal de la superficie del soporte inorgánico.
Según otra realización particular adicional el material es un material nanoestructurado que comprende al menos dos componentes:
- un soporte inorgánico, que comprende nanopartículas de sílice no estructurada y porosa, con diámetro de poro comprendido entre 1 y 100 nm, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y
- un agente bioactivo unido por enlace covalente a un grupo aniónico terminal de la superficie del soporte inorgánico. Otra realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende al menos dos componentes:
- Un soporte inorgánico, que comprende nanopartículas de sílice estructurada y porosa, con diámetro de poro comprendido entre 1 y 30 nm. Preferentemente dicho soporte es mesoporoso y la superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y
- Un agente bioactivo unido por enlace covalente a un grupo aniónico terminal de la superficie del soporte inorgánico. Otra realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice estructurada y porosa y presenta orden a larga distancia. Preferentemente, según esta realización, el diámetro de poro está comprendido entre 1 y 30 nm. De modo más preferente aún, el material puede presentar una estructura tipo MCM-41 , MCM-48, MCM-50, FSM-16, HMS, KIT-1 , MSU-1 , MSU-2, MSU-3, MSU-V, SBA-1 , SBA-2, SBA-3, SBA-8, SBA-1 1 , SBA-12, SBA-14, SBA-15, SBA-16, STAC-1 , Ma y PCH. Cuando la matriz de sílice es estructurada y porosa, la distancia centro de poro a centro de poro en la matriz puede estar comprendida entre 3,4 y 4,2 nm, y el espesor de la pared oscila entre 1 y 2 nm.
En el material de la presente invención las nanopartículas de sílice pueden presentar forma esférica, hexagonal o alargada, preferentemente esférica.
Según la presente invención las nanopartículas de sílice pueden presentar un diámetro medio comprendido entre 5 y 500 nm, preferentemente, entre 5 y 200 nm.
Según una realización particular de la presente invención, el agente bioactivo del material es una molécula terapéutica unida por enlace covalente a un grupo aniónico terminal de la superficie del soporte inorgánico. En el material de la presente invención, los grupos aniónicos terminales proporcionan un potencial zeta negativo a la suspensión de nanopartículas de sílice, lo que confiere carácter hidrofílico a las estructuras submicrónicas, a la vez que provoca la aparición de fuerzas electrostáticas repulsivas entre partículas que permiten la preparación de coloides estables en medio acuoso, facilitando la difusión intracelular por endocitosis. Una realización particular adicional preferente de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, en el que los grupos aniónicos terminales son grupos carboxilato y una molécula de un agente bioactivo unida por enlace covalente a dicho grupo carboxilato.
Una realización particular adicional más preferente de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y un agente bioactivo unido por enlace covalente con un grupo aniónico terminal a través de un enlace bio-hidrolizable seleccionado entre un éster, amido, carbamato o carbonato.
Otra realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y un agente bioactivo unido por enlace covalente a un grupo aniónico terminal en el que el agente bioactivo, preferentemente la molécula terapéutica, puede incorporar un ligando orgánico para facilitar la unión covalente a un grupo aniónico terminal. Mediante la selección de diferentes ligandos orgánicos es posible establecer un control de la liberación, con vistas a obtener una máxima eficacia terapéutica. De modo preferente el ligando orgánico puede estar seleccionado entre un aminoácido o un oligopéptido. Una realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y un agente bioactivo unido por enlace covalente a un grupo aniónico terminal en el que el agente bioactivo es una molécula terapéutica que puede estar seleccionada entre al menos una molécula pequeña, una macromolécula, un anticuerpo, un péptido, una proteína, una enzima, un ácido nucleico o un polímero orgánico o un derivado de estos que incorpore un ligando orgánico que facilite su unión covalente a un grupo aniónico terminal, y combinaciones de los mismos. El material de la presente invención puede contener un tipo de molécula terapéutica o puede contener dos o más tipos. En el campo de la presente invención, se entiende por molécula pequeña cualquier molécula de origen biológico o sintético cuyo peso molecular sea inferior a 3.000 Da.
Según una realización particular adicional preferente dicha molécula terapéutica es una molécula pequeña e hidrofóbica. De modo preferente, pero sin limitar el campo de aplicación de la presente invención, dicha molécula puede ser un antitumoral (como la CPT, el paclitaxel o la doxorrubicina), un antibiótico, un antimicótico o un antiviral o un derivado de éstos que incorpore un ligando orgánico que facilite su unión covalente a un grupo aniónico terminal.
Según otra realización particular adicional más preferente la molécula terapéutica pequeña e hidrofóbica es CPT o un derivado de ésta que incorpora un ligando orgánico que facilite su unión covalente a un grupo aniónico terminal. De modo aún más preferente, el ligando orgánico es glicina, que se une por un extremo a la CPT en posición 20-OH mediante enlace éster (Gly- CPT) y por el extremo opuesto a un grupo carboxilato terminal mediante enlace amido. En el material de la invención, la molécula terapéutica aumenta su solubilidad y estabilidad en medio acuoso, a la vez que se reducen las interacciones con otras moléculas terapéuticas y con componentes del plasma sanguíneo. Igualmente, se reduce o elimina la respuesta inmune, se le protege del metabolismo, se modula la cinética de liberación, se aumenta el tiempo de residencia plasmática y la vida media, se reduce la toxicidad y se aumenta la eficacia, se normaliza su metabolismo en sujetos de diferentes especies y etnias y/o razas, y se promueve la difusión dirigida a tejidos y/o células específicos.
En el material de la invención, la concentración de la molécula terapéutica puede oscilar entre el 0,1 y el 40% en peso.
Una realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, una molécula de un agente bioactivo unida por enlace covalente a un grupo aniónico terminal, y una molécula de un poli(etilenglicol) (PEG) unida por enlace covalente. La molécula de PEG aumenta la solubilidad y estabilidad del material en medio acuoso, permitiendo la preparación de coloides estables a la vez que reduce las interacciones de las nanopartículas con componentes del plasma sanguíneo, aumenta el tiempo de residencia plasmática, reduce o elimina la respuesta inmune, reduce la toxicidad y aumenta la eficacia, y promueve la difusión dirigida a tejidos y/o células específicos.
En el material de la presente invención, el peso molecular de la molécula de PEG puede oscilar entre 200 y 20.000 Da y su concentración puede oscilar entre el 1 y el 30% en peso.
Según una realización particular adicional de la presente invención el material nanoestructurado comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, una molécula de un agente bioactivo unida por enlace covalente a un grupo aniónico terminal, y una molécula de un agente fluorescente unido por enlace covalente. La molécula del agente fluorescente permite el estudio de la biodistribución del preparado farmacéutico. De manera preferente, el agente fluorescente está seleccionado entre 5-amino fluoresceina, fluoresceina isotiocianato, NHS-fluoresceina, rodamina B isotiocianato, tetrametilrodamina B isotiocianato, NHS-Cy5 y/o NHS-Cy5.5 o un derivado de éstos que incorpore un ligando orgánico que facilite la unión covalente con el soporte inorgánico.
En el material de la presente invención, la concentración del agente fluorescente puede oscilar entre el 0,01 y el 10% en peso.
Una realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, una molécula de un agente bioactivo unida por enlace covalente a un grupo aniónico terminal, y un radionúcleo de 18F unido por enlace covalente a la matriz inorgánica. El isótopo radioactivo permite el estudio de la biodistribución y la farmacocinética del preparado farmacéutico. En el material de la presente invención, la concentración del radionúcleo de 18F puede oscilar entre el 0,0001 y el 1 % en peso.
Una realización particular adicional de la presente invención es un material nanoestructurado que comprende nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, una molécula de un agente bioactivo unida por enlace covalente a un grupo aniónico terminal, y una molécula directora a receptores específicos, células o tejidos, unida por enlace covalente. La molécula directora conduce selectivamente las nanopartículas a su objetivo terapéutico, favoreciendo, asimismo, el acceso por endocitosis a las células. La molécula directora puede ser sintética, semi- sintética o natural. Las sustancias que pueden ejercer de moléculas directoras están seleccionada entre proteínas (incluyendo anticuerpos, fragmentos de anticuerpos, aptámeros, péptidos, polipéptidos y aminoácidos), carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos (incluyendo nucleósidos, nucleótidos y polinucleótidos) y pequeñas moléculas como hormonas y análogos hormonales, vitaminas, co- factores enzimáticos y metabolitos de la síntesis de proteínas, o un derivado de éstos que incorpore un ligando orgánico que facilite la unión covalente el soporte inorgánico.
Un objeto adicional de la presente invención es el uso del material nanoestructurado definido anteriormente en una aplicación biotecnológica, comprendiendo dicho uso poner en contacto una o más células con las nanopartículas del material.
Dicha aplicación biotecnológica es preferentemente un tratamiento o profilaxis de una patología.
Se ha comprobado que las nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales difunden al interior celular sin efecto citotóxico alguno. La unión de una molécula terapéutica o un derivado de ésta que incorpora un ligando orgánico que facilite su unión covalente a un grupo aniónico terminal mejora la solubilidad del fármaco y favorece su difusión intracelular, dando lugar a una acción citotóxica que conduce a la muerte celular, lo que permite llevar a cabo un tratamiento de quimioterapia.
Cuando la unión covalente entre la molécula terapéutica y el soporte inorgánico es un enlace éster la liberación de la molécula terapéutica en el entorno intracelular y su actividad citotóxica depende de la acción de esterasas citoplasmáticas.
En una realización preferida de la presente invención la concentración equivalente de molécula terapéutica en el medio celular necesaria para provocar una acción citotóxica oscila entre 0,001 μg ml_"1 y 10 μg ml_"1. Un objeto particular adicional de la presente invención es el uso del material nanoestructurado definido anteriormente en un método de tratamiento o profilaxis de una patología in vivo que comprende poner en contacto los tejidos afectados o supuestamente afectados por la patología con nanopartículas del material definido.
La patología mencionada consiste preferentemente en una infección viral, infección fúngica, infección bacteriana o tumor.
La unión de una molécula terapéutica a una nanopartícula de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales mejora la solubilidad del fármaco y reduce su citotoxicidad in vivo, a la vez que favorece la acumulación del agente terapéutico en el tumor mediante el efecto de permeabilidad de mejora y conservación (EPR).
La concentración de nanopartículas en el tejido patógeno varía entre 1 y 1000 μg cm"3. , y preferentemente entre 5 y 100 μg cm"3.
En una realización preferida de la presente invención la concentración equivalente de molécula terapéutica administrada al huésped necesaria para provocar una acción terapéutica oscila entre 0,0001 mg Kg"1 h"1 y 10 mg Kg"1 h" 1, durante 1 a 2000 h.
Las nanopartículas del material nanoestructurado definido anteriormente son administradas al huésped preferentemente por vía oral, parenteral, respiratoria o transdérmica en concentración suficiente para alcanzar de forma no selectiva los tejidos patógenos. El aumento de la permeabilidad capilar asociado a muchas lesiones permite la extravasación de las nanopartículas a nivel de los mismos (efecto EPR), acumulándose en la matriz extracelular.
Alternativamente las nanopartículas del material nanoestructurado definido anteriormente son administradas al huésped mediante inyección directa en la zona lesionada, acumulándose en el tejido intersticial.
Un objeto particular adicional de la presente invención es el uso del material nanoestructurado definido anteriormente en un método de tratamiento o profilaxis de un paciente por administración de nanopartículas del material definido por vía oral, parenteral, respiratoria o transdérmica, en concentración suficiente para alcanzar de forma no selectiva los tejidos patógenos. El aumento de la permeabilidad capilar asociado a muchas lesiones permite la extravasación de las nanopartículas a nivel de los mismos (efecto EPR), acumulándose en la matriz extracelular.
Alternativamente las nanopartículas del material nanoestructurado definido anteriormente son administradas al paciente mediante inyección directa en la zona lesionada, acumulándose en el tejido intersticial.
De manera preferida, la patología a tratar por quimioterapia es una infección viral, infección fúngica, infección bacteriana o tumor.
La concentración de nanopartículas en el tejido patógeno varía entre 1 y 1000 μg cm"3, y preferentemente entre 5 y 100 μg cm"3.
En una realización preferida de la presente invención la concentración equivalente de la molécula terapéutica administrada al paciente necesaria para provocar una acción terapéutica oscila entre 0,0001 mg Kg"1 h"1 y 10 mg Kg"1 h" 1, durante 1 a 2000 h.
Por tanto, la presente invención se refiere a un material nanoestructurado compuesto de nanopartículas de sílice, cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos y un agente bioactivo unido por un enlace covalente hidrolizable y, opcionalmente, moléculas de un PEG, un agente fluorescente, un radionúcleo y/o una sustancia directora a receptores, células o tejidos específicos, unidas por enlace covalente, y su uso en el tratamiento o profilaxis de una determinada patología.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los ejemplos que se proporcionan con a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 es una ilustración esquemática de la secuencia de funcionalización de la superficie de las nanopartículas de sílice con grupos propilcarboxilo y el anclaje covalente de Gly-CPT.
Figura 2 es el espectro de absorbancia UV-Vis del material obtenido según el Ejemplo 3.
Figura 3 es el espectro de absorbancia UV-Vis del material obtenido según el Ejemplo 8.
Figura 4 muestra las curvas dosis-(%) supervivencia celular para células HeLa tras la incubación durante 72 h con CPT ( ), nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 2 (®) y nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 3 ( A).
Figura 5 muestra imágenes del microscopio invertido de la variación de la morfología y proliferación de células HeLa tras la incubación durante 72 h con 1 ,25 g mL"1 de CPT (a), nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 3 con una dosis equivalente de CPT (b) y nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 2 (c).
Figura 6 muestra las curvas dosis-(%) supervivencia celular para células U87-MG (a), HCT-1 16 (b) y MDA-MB-231 (c) tras la incubación durante 72 h con CPT ( ) y nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 3 MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Los ejemplos siguientes pretenden ilustrar características relacionadas con invención.
Materiales
EJEMPLO 1 : Preparación de Gly-CPT (modificado de Bioorg. Med. Chem. 1998, 6, 551 -562; Greenwald, R.B.; Pendri, A.; Conover, C.D.; Lee, C; Choe, Y.H.; Gilbert, C; Martínez, A.; Xia, J.; Wu, D.; Hsue, M.-M.).
En un matraz de 50 mL con un imán agitador se introducen 1 15 mg de t- Boc-glicina (0,66 mmol). A continuación, se inyecta 10 mL de diclorometano anhidro (DCM). Se añaden 80 μΐ de Ν,Ν'-diisopropilcarbodiimida (DIPC, 0,52 mmol) y 50 mg de 4-(dimetilamino)piridina (DMAP, 0,41 mmol) y se mantiene la disolución en agitación durante 30 min a 0 °C. Transcurrido ese tiempo se añaden 160 mg de CPT (0,46 mmol, 1 ), se deja calentar la mezcla a temperatura ambiente y se mantiene en agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se añaden otros 40 mL de DCM y se neutraliza con HCI 0.1 M. A continuación se lava la mezcla con salmuera. La fase orgánica se separa, se seca con sulfato de magnesio anhidro y se evapora el disolvente a vacío (50 torr), obteniéndose un sólido blanco. El sólido blanco se disuelve en la mínima cantidad posible de metanol caliente y se mantiene a 4 °C durante 72 h. El sólido recristal izado se filtra y se añaden 0,5 mL de DCM y 0,5 mL de ácido trifluoroacético, y se agita a temperatura ambiente durante 30 min. Transcurrido este tiempo se evapora el sobrenadante a vacío (50 torr), obteniendo un sólido blanco.
El sólido blanco se disuelve en la mínima cantidad posible de metanol caliente, se añaden dos volúmenes de dietiléter y se mantiene en agitación durante 4 h a 4 °C. Transcurrido este tiempo se filtra y se obtienen 145 mg de un sólido blanco (2). 1H NMR (DMSO-c/6) 8,7 (s); 8,4 (ws); 8,2 (m); 7,9 (m); 7,7 (m); 7,4 (s); 5,6 (s); 5,4 (s); 4,4 (m); 2,2 (m); 1 ,8 (m); 1 ,0 (t); 13C NMR (DMSO- c/6)172,4; 166,9; 157,8; 152,5; 147,9; 146,0; 144,6; 131 ,5; 130,3; 129,7; 128,7; 128,4; 127,9; 127,7; 1 19,0; 95,1 ; 77,4; 66,3; 50,2; 30,6; 7,7.
Figure imgf000017_0001
EJEMPLO 2: Preparación de nanopartículas de sílice amorfa no porosa cuya superficie se encuentra cubierta de grupos carboxilato terminales
En un matraz de 100 mL con un imán agitador se dispone 1 ,00 g de nanopartículas preformadas de sílice amorfa no porosa con un diámetro total comprendido entre 5 y 20 nm (Aldrich), y se deshidratan a 350 °C en vacío (8 torr) durante 3 h. A continuación se introducen 10 mL de tolueno anhidro, se calienta a temperatura de reflujo en agitación, se introducen 78 μί de 3- cianopropiltriclorosilano (0,50 mmol) y se mantiene en estas condiciones durante 3 h. Se obtiene un sólido que se filtra, se lava con 50 mL de tolueno y 100 mL de metanol y se seca a vacío (8 torr) durante 16 h.
El sólido obtenido en la etapa anterior se dispersa en 150 mL de ácido sulfúrico 60% y se calienta a 150 °C durante 3 h. A continuación, se añaden 200 mL de agua desionizada, se filtra, se lava con 50 mL de tolueno y 100 mL de metanol y se seca a 60 °C en vacío (8 torr).
EJEMPLO 3: Preparación de nanopartículas de sílice amorfa no porosa cuya superficie se encuentra cubierta de grupos carboxilato terminales sobre los que se une Gly-CPT por enlace amido (SNP-Gly-CPT)
500 mg de nanopartículas obtenidas en el Ejemplo 2 se deshidratan a 60
°C en vacío (8 torr) durante 6 h. A continuación se introducen 10 mL de DCM, se añaden 122 mg de N-(3-dimetilaminopropil)-N'-etilcarbodiimide clorhidrato (EDCi, 0,64 mmol) y 130 mg de 1 -hidroxibenzotriazol (HOBT, 0,96 mmol), y se mantiene a 0 °C en agitación. Transcurridos 30 min se añaden 65 mg de Gly- CPT (0.125 mmol) preparados según el Ejemplo 1 , se introducen 87 μΐ de Ν,Ν'-diisopropiletilamina (DIPEA, 0,50 mmol), se deja evolucionar a temperatura ambiente y se mantiene la agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío (50 torr). El sólido obtenido se lava con metanol y se centrifuga sucesivas veces hasta ausencia total de Gly- CPT en el sobrenadante (UV-Vis, Α36δ), y se liofiliza a -55 °C durante 16 h.
Se obtienen nanopartículas de sílice amorfa no porosa con un diámetro total comprendido entre 5 y 20 nm cuya superficie está cubierta de grupos carboxilato terminales a los que se une Gly-CPT por enlace amido (Figura 1 ).
En la Figura 2 se muestra el espectro UV-Vis de este material.
EJEMPLO 4: Preparación de nanopartículas de sílice amorfa no porosa cuya superficie se encuentra cubierta de grupos carboxilato terminales sobre los que se une Gly-CPT por enlace amido (SNP-Gly-CPT) con una concentración menor de CPT
500 mg de nanopartículas obtenidas en el Ejemplo 2 se deshidratan a 60 °C en vacío (8 torr) durante 6 h. A continuación se introducen 10 mL de DCM, se añaden 122 mg de EDCi (0,64 mmol) y 130 mg de HOBT (0,96 mmol), y se mantiene a 0 °C en agitación. Transcurridos 30 min se añaden 6,5 mg de Gly- CPT (0.0125 mmol) preparados según el Ejemplo 1 , se introducen 87 μΙ_ de DIPEA (0,50 mmol), se deja evolucionar a temperatura ambiente y se mantiene la agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío (50 torr). El sólido obtenido se lava con metanol y se centrifuga varias veces hasta ausencia total de Gly-CPT en el sobrenadante (UV-Vis, Α36δ), y se liofiliza a -55 °C durante 16 h.
EJEMPLO 5: Preparación de nanopartículas de sílice mesoporosa estructurada con diámetro de poro entre 2 y 4 nm cuya superficie se encuentra cubierta de grupos carboxilato terminales sobre los que se une Gly-CPT por enlace amido (MSN-Gly-CPT)
En un matraz de 100 mL con un imán agitador se dispone 1 ,00 g de nanopartículas de sílice mesoporosa estructurada con un diámetro total comprendido entre 100 y 200 nm y un diámetro de poro comprendido entre 2 y 4 nm preparadas según una receta adaptada (Chem. Mater. 2001 , 13, 258-263; Caí, Q.; Luo, Z.-S.; Pang, W.-Q.; Fan, Y.W.; Chen , X.H.; Cui, F.-Z.), y se deshidratan a 350 °C en vacío (8 torr) durante 3 h. A continuación se introducen 10 mL de tolueno anhidro, se calienta a temperatura de reflujo en agitación, se introducen 78 μΙ_ de 3-cianopropiltriclorosilano (0,50 mmol) y se mantiene en estas condiciones durante 3 h. Se obtiene un sólido que se filtra, se lava con 50 mL de tolueno y 100 mL de metanol y se seca a vacío (8 torr) durante 16 h.
El sólido obtenido en la etapa anterior se dispersa en 150 mL de ácido sulfúrico 60% y se calienta a 150 °C durante 3 h. A continuación, se añaden 200 mL de agua desionizada, se filtra, se lava con 50 mL de tolueno y 100 mL de metanol y se seca a 60 °C en vacío (8 torr).
500 mg del sólido anterior se deshidratan a 60 °C en vacío (8 torr) durante 6 h. A continuación se introducen 10 mL de DCM, se añaden 122 mg de EDCi (0,64 mmol) y 130 mg de HOBT (0,96 mmol), y se mantiene a 0 °C en agitación. Transcurridos 30 min se añaden 65 mg de Gly-CPT (0.125 mmol) preparados según el Ejemplo 1 , se introducen 87 μΐ de DIPEA (0,50 mmol), se deja evolucionar a temperatura ambiente y se mantiene la agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío (50 torr). El sólido obtenido se lava con metanol y se centrifuga varias veces hasta ausencia total de Gly-CPT en el sobrenadante (UV-Vis, Α36δ), y se liofiliza a -55 °C durante 16 h. Se obtienen nanopartículas de sílice mesoporosa estructurada con un diámetro total comprendido entre 100 y 200 nm y un diámetro de poro comprendido entre 2 y 4 nm cuya superficie está cubierta de grupos carboxilato terminales a los que se une Gly-CPT por enlace amido.
EJEMPLO 6: Preparación de nanopartículas de sílice mesoporosa estructurada con diámetro de poro entre 4 y 25 nm cuya superficie se encuentra cubierta de grupos carboxilato terminales sobre los que se une Gly-CPT por enlace amido (NS-Gly-CPT)
En un matraz de 100 ml_ con un imán agitador se dispone 1 ,00 g de nanopartículas de sílice mesoporosa estructurada con un diámetro total comprendido entre 80 y 300 nm y un diámetro de poro comprendido entre 4 y 25 nm preparadas según una receta adaptada (J. Phys. Chem. B 2009, 1 13, 1796-1804; Gao, F.; Botella, P.; Corma, A.; Blesa, J.; Dong, L), y se deshidratan a 100 °C en vacío (8 torr) durante 3 h. A continuación se introducen 10 mL de tolueno anhidro, se calienta a temperatura de reflujo en agitación, se introducen 78 μΙ_ de 3-cianopropiltriclorosilano (0,50 mmol) y se mantiene en estas condiciones durante 3 h. Se obtiene un sólido que se filtra, se lava con 50 mL de tolueno y 100 mL de metanol y se seca a vacío (8 torr) durante 16 h. El sólido obtenido en la etapa anterior se dispersa en 150 mL de ácido sulfúrico 60% y se calienta a 150 °C durante 3 h. A continuación, se añaden 200 mL de agua desionizada, se filtra, se lava con 50 mL de tolueno y 100 mL de metanol y se seca a 60 °C en vacío (8 torr). 500 mg del sólido anterior se deshidratan a 60 °C en vacío (8 torr) durante 6 h. A continuación se introducen 10 mL de DCM, se añaden 122 mg de EDCi (0,64 mmol) y 130 mg de HOBT (0,96 mmol), y se mantiene a 0 °C en agitación. Transcurridos 30 min se añaden 65 mg de Gly-CPT (0.125 mmol) preparados según el Ejemplo 1 , se introducen 87 μΐ de DIPEA (0,50 mmol), se deja evolucionar a temperatura ambiente y se mantiene la agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío (50 torr). El sólido obtenido se lava con metanol y se centrifuga varias veces hasta ausencia total de Gly-CPT en el sobrenadante (UV-Vis, Α36δ), y se liofiliza a -55 °C durante 16 h.
Se obtienen nanopartículas de sílice mesoporosa estructurada con un diámetro total comprendido entre 80 y 300 nm y un diámetro de poro comprendido entre 4 y 25 nm cuya superficie está cubierta de grupos carboxilato terminales a los que se une Gly-CPT por enlace amido.
EJEMPLO 7: Preparación de nanopartículas de sílice amorfa no porosa cuya superficie se encuentra cubierta de grupos carboxilato terminales sobre los que se une Gly-CPT y una molécula de PEG3000 por enlace amido (SNP-Gly-CPT-PEG)
500 mg de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 2 se deshidratan a 60 °C en vacío (8 torr) durante 6 h. A continuación se introducen 10 mL de DCM, 122 mg de EDCi (0,64 mmol) y 130 mg de HOBT (0,96 mmol) y se mantiene a 0 °C durante 30 min en agitación. Transcurrido este tiempo se añaden 74 mg de alfa-amino-omega-amino poli(etilenglicol) clorhidrato, (H2N- PEG3ooo-NH2 *HCI, Iris Biotech) y 18 μί de DIPEA (0,10 mmol), se deja evolucionar a temperatura ambiente y se mantiene en agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío (50 torr). El sólido obtenido se lava con metanol y se centrifuga varias veces, y se liofiliza a -55 °C durante 16 h.
Se obtienen nanopartículas de sílice amorfa no porosa con un diámetro total comprendido entre 5 y 20 nm cuya superficie está cubierta de grupos carboxilato terminales a los que se unen moléculas de Gly-CPT y de H2N- PEG3000-NH2 por enlace amido.
EJEMPLO 8: Preparación de nanopartículas de sílice amorfa no porosa cuya superficie se encuentra cubierta de grupos carboxilato terminales sobre los que se une Gly-CPT y una molécula de Cy5.5 por enlace amido (SNP-Gly-CPT-Cy5.5)
500 mg de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 2 se deshidratan a 60 °C en vacío (8 torr) durante 6 h. A continuación se introducen 10 mL de DCM, 109 mg de EDCi (0,57 mmol) y 1 17 mg de HOBT (0,87 mmol) y se mantiene a 0 °C durante 30 min en agitación. Transcurrido este tiempo se añaden 4.7 mg de fenilendiamina (0,04 mmol) y 3 μΙ_ de DIPEA (0,02 mmol), se deja evolucionar a temperatura ambiente y se mantiene en agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío (50 torr). El sólido obtenido se lava con metanol y se centrifuga varias veces, y se liofiliza a -55 °C durante 16 h.
Sobre 100 mg del sólido obtenido se añaden 10 mL de DCM y 5 mg de EDCi (0,03 mmol) y agita durante 30 min a 0 °C. Transcurrido este tiempo se añaden 400 μΙ_ de una disolución 0,85 mM de NHS-Cy5.5 en dimetilsulfóxido (DMSO) y 87 mL de DIPEA (0,50 mmol), se deja evolucionar a temperatura ambiente y se mantiene en agitación durante 16 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío (50 torr). El sólido obtenido se lava primero con metanol y se centrifuga varias veces. A continuación, el sólido obtenido se lava con agua y se centrifuga varias veces. Finalmente, el sólido lavado obtenido se liofiliza a -55 °C durante 16 h.
Se obtienen nanopartículas de sílice amorfa no porosa con un diámetro total comprendido entre 5 y 20 nm cuya superficie está cubierta de grupos carboxilato terminales y grupos amino terminales a los que se unen, respectivamente, moléculas de Gly-CPT y de Cy5.5 por enlaces amido.
En la Figura 3 se muestra el espectro UV-Vis de este material. Liberación de CPT del material SNP-Gly-CPT EJEMPLO 9: Liberación de CPT en suero fisiológico (PBS)
Se prepara una suspensión en PBS de 10 mg/mL de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 4. Una alícuota de 1 mL de la suspensión se transfiere a un tubo eppendorí de 2 mL y se incuba a 37 °C durante 3 h. La muestra incubada se centrifuga y se liofiliza el sobrenadante a -55 °C durante 16 h. El residuo obtenido se reconstituye con 1 mL de una disolución metanol/HCI 20/1 (v/v). 20 μί de dicha disolución se inyectan en un equipo de HPLC. Se integra el área del pico de la CPT lactona y se compara con una curva de calibrado.
Se comprueba que el material presenta una gran estabilidad en PBS, con una liberación de CPT inferior al 4% en 3 h. Cuando la liberación de CPT del material SNP-Gly-CPT se llevó a cabo en una solución en PBS de una colesterol esterasa (ChE) o acetilcolinesterasa (AChE), la velocidad de liberación de CPT en el medio se mantiene en el mismo orden de magnitud que en PBS.
EJEMPLO 10: Liberación de CPT en suero humano
Se prepara una suspensión en suero humano estéril (Aldrich) de 10 mg/mL de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 4. Una alícuota de 1 mL de la suspensión se transfiere a un tubo eppendorf estéril de 2 mL y se incuba a 37 °C. Las muestras incubadas a diferentes tiempos se centrifugan y se separa el sobrenadante. 500 μί de suero sobrenadante se transfieren a un vial estéril, se añaden 10 mL de medio CelLytic (Aldrich), se aplican ultrasonidos durante 3 min y se centrifuga a 10 °C. Sobre 500 μΐ de sobrenadante se añaden 500 μΐ de una disolución acuosa de ácido trifluoroacético (TFA) al 5 % a 0 °C, se agita durante 60 segundos y se centrifuga a 4 °C. El sobrenadante se liofiliza a -55 °C durante 16 h. El residuo obtenido se reconstituye con 1 mL de una disolución metanol/HCI 20/1 (v/v). 20 μί de dicha disolución se inyectan en un equipo de HPLC. Se integra el área del pico de la CPT lactona y se compara con una curva de calibrado.
Se comprueba que el material presenta una gran estabilidad en suero humano, con una liberación de CPT inferior al 3% en 3h, e inferior al 9% en 24 h. EJEMPLO 11 : Liberación de CPT a diferentes valores de pH
Se prepara una suspensión acuosa de 10 mg/mL de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 4, ajustando el pH en el rango 2-12. Una alícuota de 1 mL de la suspensión se transfiere a un tubo eppendorf de 2 mL y se incuba a 37 °C durante 3 h. Las muestras incubadas a diferentes valores de pH se centrifugan y se liofiliza el sobrenadante a -55 °C durante 16 h. El residuo obtenido se reconstituye con 1 mL de una disolución metanol/HCI 20/1 (v/v). 20 μί de dicha disolución se inyectan en un equipo de HPLC. Se integra el área del pico de la CPT lactona y se compara con una curva de calibrado.
En la Tabla 1 se muestra el porcentaje de CPT liberado en el medio acuoso a diferentes valores de pH. Se comprueba que el pH del medio tiene un efecto significativo en la liberación de CPT a partir del material SNP-Gly-CPT. El enlace éster del conjugado glicina-CPT unido al soporte inorgánico resiste bien a valores de pH inferiores a 8, pero se hidroliza rápidamente en medio muy alcalino (p.e., pH=12). Tabla 1 . Liberación de CPT del material SNP-Gly-CPT del Ejemplo 4 a diferentes pH
PH 2 4 8 10 12 t = 3 h 0,8 6,1 7,4 10,3 24,8
EJEMPLO 12: Liberación de CPT en función de la concentración
Se prepara una suspensión acuosa de 10 mg mL"1 de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 3. Una alícuota de 1 mL de la suspensión se transfiere a un tubo eppendorf estéril de 2 mL y se incuba a 37 °C. Las muestras incubadas a diferentes tiempos se centrifugan y se liofiliza el sobrenadante a -55 °C durante 16 h. Alternativamente, se prepara una suspensión acuosa de 10 mg mL"1 de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 4. Una alícuota de 1 mL de la suspensión se transfiere a un tubo eppendorf estéril de 2 mL y se incuba a 37 °C. Las muestras incubadas a diferentes tiempos se centrifugan y se liofiliza el sobrenadante a -55 °C durante 16 h. El residuo obtenido se reconstituye con 1 mL de una disolución metanol/HCI 20/1 (v/v). 20 μί de dicha disolución se inyectan en un equipo de HPLC. Se integra el área del pico de la CPT lactona y se compara con una curva de calibrado.
Se comprueba que la vida media (f½, h) del preparado SNP-Gly-CPT varía en función de la concentración del fármaco en el material, siendo de 51 h en el caso de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 3 y de 8 h para nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 4.
EJEMPLO 13: Determinación de la /C50 mediante ensayo MTT
La actividad de la CPT in vitro se determinó mediante el test del bromuro de 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolio (MTT). En estos ensayos la proliferación de las células vivas se determina vía la actividad de deshidrogenasa mitocondrial: las mitocondrias viables reducen el MTT generando cristales de MTT-formazán cuantificables por espectrofotometría visible.
Para los ensayos se ha empleado células HeLa de carcinoma de cérvix, U87MG de glioblastoma, HCT-1 16 de cáncer de colon y MDA-MB-231 de cáncer de pecho. Las células se cultivan en medio RPMI (HeLa, HCT-1 16 y MDA-MB-231 ) o DMEM (U87MG) enriquecido con 10% de suero bovino fetal a 37 °C, en atmósfera húmeda de aire (95%) y CO2 (5%). Las células se siembran en placas de 96 pocilios a razón de 2.000 células/pocilio (HeLa), 6.000 células/pocilio (U87MG), 10.000 células/pocilio (HCT-1 16) y 10.000 células/pocilio (MDA-MB-231 ), 18 h antes de incorporar las nanopartículas.
Se preparan alícuotas de 10 mg mL"1 de CPT en DMSO y se mantienen a -20 °C. Cuando necesario se descongela una alícuota, se calienta a 95 °C hasta disolución completa de la CPT y se preparan alícuotas de trabajo (100 μg mL"1) por dilución en medio RPMI no enriquecido. Alternativamente, se preparan alícuotas de 100 μg mL"1 de CPT en medio RPMI no enriquecido y se mantienen a -20 °C hasta necesario. Se prepara una suspensión de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 3 en medio RPMI no enriquecido con una concentración equivalente de 100 μg mL"1 de CPT y se trata con ultrasonidos (Soniprep 150 sonicator, 23 KHz, 10% amplitud, 3x10 min, 0 °C), para mejorar la dispersión de las nanopartículas. La suspensión se reparte en alícuotas que se mantienen a -20 °C hasta necesario.
Alternativamente, se prepara una suspensión de nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 2 en medio RPMI no enriquecido con una concentración equivalente en nanopartículas al caso anterior y se trata con ultrasonidos en idénticas condiciones.
Las células se tratan con CPT o con nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 3, en un rango de dosis de CPT entre 2,5 x 10"5 y 2,5 μg mL"1 durante 72 h. Alternativamente, las células se tratan con nanopartículas obtenidas según el Ejemplo 2 durante 72 h. Al final del periodo de incubación se añaden a cada pocilio 5 mg mL"1 de la disolución de MTT y 4 h más tarde se disuelven los cristales de formazán con HCI 0,1 N en isopropanol anhidro o DMSO, y se mide la absorbancia a 590 nm. Se determina el porcentaje de supervivencia celular relativo a las células no tratadas y se calcula los valores de IC5o a partir de las curvas dosis CPT-(%) células vivas (Figuras 4 y 6). Los valores de IC5o se listan en la Tabla 2.
Tabla 2. Valores de /C50 (media ± DS, en pg mL"1) para CPT libre y SNP-CPT del Ejemplo 3 en células HeLa, U87-MG, HCT-1 16 y MDA-MD231 (n = número de experimentos).
Línea celular CPT SNP-Gly-CPT n
Hela 0,01 1 ± 0,001 0,020 ± 0,002 3
U87-MG 0,061 ± 0,024 0,144 ± 0,035 3
HCT-1 16 0,039 ± 0,012 0,120 ± 0,01 1 3
MDA-MD-231 0,161 ± 0,008 0,739 ± 0,091 2

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Un material nanoestructurado caracterizado porque comprende al menos: - Un soporte inorgánico, que comprende nanopartículas de sílice cuya superficie se encuentra cubierta de grupos aniónicos terminales, y
Un agente bioactivo unido por enlace covalente a un grupo aniónico terminal de la superficie del soporte inorgánico.
2. Un material nanoestructurado según la reivindicación 1 , caracterizado porque la sílice es no estructurada y no porosa.
3. Un material nanoestructurado según la reivindicación 1 , caracterizado porque la sílice es no estructurada y porosa, con diámetro de poro comprendido entre 1 y 100 nm.
4. Un material nanoestructurado según la reivindicación 1 , caracterizado porque la sílice es estructurada y porosa, con diámetro de poro comprendido entre 1 y 30 nm.
5. Un material nanoestructurado según la reivindicación 4, caracterizado porque presente orden a larga distancia y cuya estructura está seleccionada entre MCM-41 , MCM-48, MCM-50, FSM-16, HMS, KIT-1 , MSU-1 , MSU-2, MSU-3, MSU-V, SBA-1 , SBA-2, SBA-3, SBA-8, SBA-1 1 , SBA-12, SBA-14, SBA-15, SBA-16, STAC-1 , Ma y PCH.
6. Un material nanoestructurado según la reivindicación 5, caracterizado porque la distancia centro de poro a centro de poro en la matriz está comprendida entre 3,4 y 4,2 nm, y el espesor de la pared oscila entre 1 y 2 nm.
7. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las nanopartículas de sílice presentan una forma seleccionada entre esférica, hexagonal o alargada.
8. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las nanopartículas de sílice presentan un diámetro medio comprendido entre 5 y 500 nm.
9. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente bioactivo es al menos una molécula terapéutica.
10. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los grupos aniónicos terminales son grupos carboxilato.
1 1 . Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el enlace covalente es un enlace bio- hidrolizable seleccionado entre un éster, amido, carbamato o carbonato.
12. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente bioactivo se une a un grupo aniónico terminal a través de un ligando orgánico.
13. Un material nanoestructurado según la reivindicación 12, caracterizado porque el ligando orgánico está seleccionado entre un aminoácido o un oligopéptido.
14. Un material nanoestructurado según la reivindicación 9, caracterizado porque la molécula terapéutica está seleccionada entre al menos una molécula pequeña, una macromolécula, un anticuerpo, un péptido, una proteína, una enzima, un ácido nucleico, un polímero orgánico, un derivado de éstos que comprende un ligando orgánico y combinaciones de los mismos.
15. Un material nanoestructurado según la reivindicación 14, caracterizado porque la molécula terapéutica es pequeña e hidrofóbica.
16. Un material nanoestructurado según la reivindicación 15, caracterizado porque la molécula terapéutica está seleccionada entre un antitumoral, un antibiótico, un antimicótico o un antiviral o un derivado de estos que incorpore un ligando orgánico.
17. Un material nanoestructurado según la reivindicación 16, caracterizado porque la molécula terapéutica es CPT o un derivado de esta que además incorpora un ligando orgánico.
18. Un material nanoestructurado según la reivindicación 17, caracterizado porque el ligando orgánico es glicina.
19. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la concentración del agente bioactivo oscila entre el 0,1 y el 40% en peso.
20. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además una molécula de un PEG unida por enlace covalente.
21 . Un material nanoestructurado según la reivindicación 20, caracterizado porque el peso molecular de la molécula de PEG oscila entre 200 y 20.000 Da y su concentración oscila entre el 1 y el 30% en peso.
22. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además una molécula de un agente fluorescente, unida por enlace covalente, seleccionado entre 5-amino fluoresceina, fluoresceina isotiocianato, NHS-fluoresceina, rodamina B isotiocianato, tetrametilrodamina B isotiocianato, NHS-Cy5 y/o NHS-Cy5.5 o un derivado de estos que incorpore un ligando orgánico.
23. Un material nanoestructurado según la reivindicación 22, caracterizado porque la concentración del agente fluorescente oscila entre el 0,01 y el 10% en peso.
24. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además un radionúcleo de 18F unido por enlace covalente a la matriz inorgánica.
25. Un material nanoestructurado según la reivindicación 24, caracterizado porque la concentración del radionúcleo de 18F oscila entre el 0,0001 y el 1 % en peso.
26. Un material nanoestructurado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además una molécula directora a receptores específicos, células o tejidos, unida por enlace covalente, seleccionada entre proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y pequeñas moléculas seleccionadas entre hormonas y análogos hormonales, vitaminas, co-factores enzimáticos y metabolitos de la síntesis de proteínas, o un derivado de estos que incorpore un ligando orgánico.
27. Uso de un material nanoestructurado descrito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en una aplicación biotecnológica, caracterizado porque dicho uso comprende poner en contacto una o más células con las nanopartículas del material.
28. Uso de un material nanoestructurado según la reivindicación 27, caracterizado porque dicha aplicación biotecnológica es un tratamiento o profilaxis de una patología in vivo que comprende poner en contacto los tejidos afectados o supuestamente afectados por la patología con nanopartículas del material.
29. Uso de un material nanoestructurado según la reivindicación 28, caracterizado porque dicha patología está seleccionada entre una infección viral, infección fúngica, infección bacteriana o tumor.
30. Uso de un material nanoestructurado según la reivindicación 28, caracterizado porque las nanopartículas son administradas por vía oral, parenteral, respiratoria, transdérmica o por inyección directa en la zona lesionada.
PCT/ES2011/070232 2010-04-06 2011-04-06 Nanopartículas de silice para difusión intracelular de agentes bioactivos poco solubles WO2011124739A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP201030502 2010-04-06
ES201030502A ES2366841B1 (es) 2010-04-06 2010-04-06 Nanoparticulas de silice para difusion intracelular de agentes bioactivos poco solubles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011124739A1 true WO2011124739A1 (es) 2011-10-13
WO2011124739A4 WO2011124739A4 (es) 2011-12-01

Family

ID=44762050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2011/070232 WO2011124739A1 (es) 2010-04-06 2011-04-06 Nanopartículas de silice para difusión intracelular de agentes bioactivos poco solubles

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2366841B1 (es)
WO (1) WO2011124739A1 (es)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2894186A1 (en) 2014-01-14 2015-07-15 Université de Strasbourg Disintegrable porous organometaloxide material
WO2018162676A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 Université De Strasbourg DISINTEGRATABLE POROUS ORGANOSILICA OR ORGANOMETALOXIDE NANOPARTICLES AND USES THEREOF AS VEHICLE FOR CONTROLLED DELIVERY OF siRNA
EP3326971A4 (en) * 2015-07-21 2019-02-06 Universitat Politècnica de València ANTIMICROBIAL, INSECTICIDE AND ACARICIDE SYSTEM

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2561934B1 (es) * 2014-07-31 2016-12-09 Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) Material híbrido como agente de contraste en imágenes de resonanciamagnética
CN110577550A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 遵义医学院 喜树碱-甘氨酸-去甲斑蝥素结合物及其应用
EP3909612A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-17 Life Science Inkubator Betriebs GmbH & Co. KG Composition of nanoparticles

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009009188A2 (en) * 2007-04-19 2009-01-15 3M Innovative Properties Company Uses of water-dispersible silica nanoparticles for attaching biomolecules
WO2009078924A2 (en) * 2007-12-06 2009-06-25 The Regents Of The University Of California Mesoporous silica nanoparticles for biomedical applications
US20090317335A1 (en) * 2006-04-20 2009-12-24 Wenbin Lin Hybrid Nanomaterials as Multimodal Imaging Contrast Agents

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090317335A1 (en) * 2006-04-20 2009-12-24 Wenbin Lin Hybrid Nanomaterials as Multimodal Imaging Contrast Agents
WO2009009188A2 (en) * 2007-04-19 2009-01-15 3M Innovative Properties Company Uses of water-dispersible silica nanoparticles for attaching biomolecules
WO2009078924A2 (en) * 2007-12-06 2009-06-25 The Regents Of The University Of California Mesoporous silica nanoparticles for biomedical applications

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOTELLA, P. ET AL.: "Delivery of camptothecin to cancer cells with silica nanoparticles", NANOTECH CONFERENCE & EXPO 2010: AN INTERDISCIPLINARY INTEGRATIVE FORUM ON NANOTECHNOLOGY, BIOTECHNOLOGY AND MICROTECHNOLOGY, vol. 3, 2010, ANAHEIM, CA, UNITED STATES, pages 320 - 323, XP002757566 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2894186A1 (en) 2014-01-14 2015-07-15 Université de Strasbourg Disintegrable porous organometaloxide material
EP3326971A4 (en) * 2015-07-21 2019-02-06 Universitat Politècnica de València ANTIMICROBIAL, INSECTICIDE AND ACARICIDE SYSTEM
WO2018162676A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 Université De Strasbourg DISINTEGRATABLE POROUS ORGANOSILICA OR ORGANOMETALOXIDE NANOPARTICLES AND USES THEREOF AS VEHICLE FOR CONTROLLED DELIVERY OF siRNA

Also Published As

Publication number Publication date
ES2366841A1 (es) 2011-10-26
ES2366841B1 (es) 2013-01-24
WO2011124739A4 (es) 2011-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Improving breast cancer therapy using doxorubicin loaded solid lipid nanoparticles: Synthesis of a novel arginine-glycine-aspartic tripeptide conjugated, pH sensitive lipid and evaluation of the nanomedicine in vitro and in vivo
Florek et al. Evaluation of mesoporous silica nanoparticles for oral drug delivery–current status and perspective of MSNs drug carriers
Casettari et al. Biomedical applications of amino acid-modified chitosans: a review
Yan et al. Controlled release of silyl ether camptothecin from thiol-ene click chemistry-functionalized mesoporous silica nanoparticles
Zheng et al. Redox sensitive shell and core crosslinked hyaluronic acid nanocarriers for tumor-targeted drug delivery
Quan et al. Lactosaminated mesoporous silica nanoparticles for asialoglycoprotein receptor targeted anticancer drug delivery
Xie et al. A multifunctional mesoporous silica nanocomposite for targeted delivery, controlled release of doxorubicin and bioimaging
Botella et al. Surface-modified silica nanoparticles for tumor-targeted delivery of camptothecin and its biological evaluation
Zhang et al. Multifunctional mesoporous silica nanoparticles modified with tumor-shedable hyaluronic acid as carriers for doxorubicin
Zhang et al. Current trends of targeted drug delivery for oral cancer therapy
Luo et al. Hyaluronic acid-conjugated apoferritin nanocages for lung cancer targeted drug delivery
Lin et al. Mesoporous silica nanoparticles for the improved anticancer efficacy of cis-platin
Mezghrani et al. Hepatocellular carcinoma dually-targeted nanoparticles for reduction triggered intracellular delivery of doxorubicin
Chandran et al. Characterization of a targeted nanoparticle functionalized with a urea-based inhibitor of prostate-specific membrane antigen (PSMA)
Gheybi et al. Supramolecular anticancer drug delivery systems based on linear–dendritic copolymers
WO2011124739A1 (es) Nanopartículas de silice para difusión intracelular de agentes bioactivos poco solubles
Wang et al. Mesoporous silica nanoparticles with lactose-mediated targeting effect to deliver platinum (iv) prodrug for liver cancer therapy
Gomathi et al. Studies on drug-polymer interaction, in vitro release and cytotoxicity from chitosan particles excipient
Alhaique et al. Polysaccharide-based self-assembling nanohydrogels: An overview on 25-years research on pullulan
Jaiswal et al. Chitosan modified by organo-functionalities as an efficient nanoplatform for anti-cancer drug delivery process
WO2009152691A1 (zh) 聚乙二醇修饰壳寡糖脂肪酸嫁接物及制备方法和应用
John et al. Folic acid decorated chitosan nanoparticles and its derivatives for the delivery of drugs and genes to cancer cells
Zhang et al. A dual-sensitive mesoporous silica nanoparticle based drug carrier for cancer synergetic therapy
Ma et al. Self-assembly of pH-sensitive fluorinated peptide dendron functionalized dextran nanoparticles for on-demand intracellular drug delivery
Jang et al. Hyaluronic acid-siRNA conjugate/reducible polyethylenimine complexes for targeted siRNA delivery

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11765121

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11765121

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1