ES2290013T3 - Fibras de ceramica biodegradables procedentes de soles de silice. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para ajustar la velocidad de biodegradación de 0, 2 a 20% en peso/h, medida in vitro utilizando un fluido corporal simulado (SBF) según Ohtsuki, C, et al., J. Non-Cryst. Sol., 143 (1992) 84-92 y calculada a partir de la porción lineal de la curva de solubilidad de sílice, de una fibra de sílice hilada a partir de un sol de sílice, en el que el procedimiento comprende ajustar la velocidad de biodegradación mediante la selección de la viscosidad del sol a partir del que se hila la fibra en el punto inicial del procedimiento de hilatura, degradándose las fibras hiladas en una etapa inicial de la hilatura muy lentamente comparadas con las fibras hiladas en una etapa posterior.
Description
Fibras de cerámica biodegradables procedentes de
soles de sílice.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para ajustar la biodegradabilidad de fibras de sílice
que comprende la hilatura de fibras a partir de sol de sílice,
siendo seleccionada la viscosidad del sol a partir del cual se hila
la fibra. Además, la presente invención se refiere a fibras de
sílice biodegradables de forma controlada preparadas según la
presente invención. La presente invención se refiere asimismo a
fibras biodegradables de forma controlada como dispositivos de
administración de liberación continua y/o controlada para agentes
biológicamente activos, especialmente medicinas, proteínas u
hormonas, y a preparaciones farmacéuticas que comprenden los
dispositivos.
Los materiales cerámicos derivados de
sol-gel poseen muchas aplicaciones en diversos
campos. Las biocerámicas es uno de los campos más prometedores e
interesantes que necesita todavía mucho trabajo de desarrollo para
optimizar las propiedades del material en el entorno biológico. El
procedimiento sol-gel que se inicia a partir de una
fase líquida capacita una facilidad de control de la estructura de
poro del material y una introducción de otros componentes en
diferentes clases de compuestos, especialmente, en el caso de
materiales basados en sílice. Se conoce el procesamiento de las
fibras de sílice derivadas de sol-gel y los
parámetros principales que controlan el procedimiento son la
funcionalidad de los precursores de sílice o el grado de
ramificación de las agrupaciones de sílice. Este último afecta de
forma crítica la hilatura y se ha caracterizado comúnmente mediante
mediciones reológicas.
Tradicionalmente, las fibras se han utilizado
para mejorar las propiedades mecánicas de los materiales. En el
caso de fibras de sílice derivadas de sol-gel,
existen dos parámetros principales que determinan la estructura de
la masa de la fibra. El tratamiento por calor de las fibras es una
manera de condensar la estructura en masa. Dependiendo de la
aplicación de las fibras de sílice biodegradables derivadas de
sol-gel, el equilibrio entre las propiedades
mecánicas y la biodegradación puede variar. Por ejemplo, las
propiedades mecánicas son de menor importancia cuando la fibra de
sílice se utiliza como un dispositivo de administración de fármaco
en un tejido blando. Sin embargo, las propiedades mecánicas deben
ser suficientemente buenas para procesar además las fibras
obtenidas a una forma deseada después de la hilatura. La
biodegradación de la fibra de sílice disminuye extraordinariamente
después del tratamiento por calor a temperaturas elevadas al mismo
tiempo que las propiedades mecánicas mejoran.
La publicación de patente internacional nº WO/
97/45367 describe materiales de xerogel-sílice
producidos a partir de sol-gel. La publicación de
patente DE 19609551 describe las fibras de sílice obtenidas
extraídas a partir de una composición de hilado específica. Ninguna
de las publicaciones de patentes muestra o sugiere una fibra de
sílice biodegradable de forma controlada, un dispositivo de
administración o una composición farmacéutica según la presente
invención o procedimientos para su preparación o la utilización de
la misma. Además, ninguna de las publicaciones de patente muestra o
sugiere un procedimiento según la presente invención para controlar
la biodegradación de una fibra de sílice.
Se ha encontrado que la biodegradación de las
fibras de sílice se puede controlar mediante el control de la
viscosidad de la solución de hilado y, de este modo, la
biodegradación de las fibras de sílice se puede variar incluso
cuando se utiliza la misma receta. En consecuencia, un objetivo de
la presente invención es proporcionar un procedimiento para la
preparación de fibras de sílice biodegradables de forma
controlada.
Más específicamente, la presente invención
proporciona un procedimiento para ajustar la velocidad de
biodegradación de 0,2 a 20% en peso/h medida in vitro
utilizando un fluido corporal simulado (SBF) según Ohtsuki, C,
et al., J. Non-Cryst. Sol., 143 (1992)
84-92 y calculada a partir de la porción lineal de
la curva de solubilidad de sílice, de una fibra de sílice hilada a
partir de un sol de sílice, en el que el procedimiento comprende el
ajuste de la velocidad de biodegradación mediante el control de la
viscosidad del sol de sílice a partir del cual se hila la fibra en
el punto inicial de los procedimientos de hilado, fibras hiladas a
partir de una etapa inicial de hilatura que se degradan muy
lentamente comparadas con las fibras hiladas en una etapa
posterior.
Se debería indicar que el término hilatura
abarca todos los procedimientos adecuados para la preparación de
fibras de sílice a partir de un sol de sílice.
Un objetivo adicional de la invención es
proporcionar una fibra de sílice biodegradable de forma controlada
hilada procedente de un sol de sílice.
Específicamente, la presente invención
proporciona una fibra de sílice biodegradable de forma controlada
que se obtiene mediante los procedimientos de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizada porque la solubilidad de la fibra en el fluido
corporal simulado (SBF) según Ohtsuki, C, et al., J.
Non-Cryst, Sol., 143 (1992) 84-92
calculada a partir de la porción lineal de la curva de solubilidad
de sílice está en el intervalo de 0,2 a 20% en peso/h. Más
específicamente, la presente invención proporciona una fibra de
sílice biodegradable de forma controlada hilada a partir de un sol
de sílice que posee una viscosidad inferior a 100.000 mPas
(miliPascal por segundo), preferentemente posee una viscosidad de
1.000-50.000 mPas y más preferentemente de
2.000-15.000 mPas. La fibra de la presente
invención se trata en caliente preferentemente, para secar
inicialmente la fibra, solo a temperaturas bajas no perjudiciales
para los agentes biológicamente activos y aparte de esto no se
densifica externamente.
Un objetivo adicional de la presente invención
es proporcionar unos dispositivos de administración de liberación
continua y/o controlada para los agentes biológicamente activos,
especialmente medicinas, proteínas, u hormonas que están compuestos
de fibras de sílice biodegradables de forma controlada y
preparaciones farmacéuticas que comprenden dichos dispositivos.
La figura 1 muestra un espectro
termogravimétrico de muestras de fibra sin curar envejecidas durante
3 meses.
La figura 2 muestra un derivado del espectro
termogravimétrico de la figura 1.
La figura 3 muestra un espectro
FT-IR de las muestras de fibra tratadas con calor en
los análisis termogravimétricos.
La figura 4 muestra una micrografía electrónica
de transmisión del cuerpo sin curar de la FIB_2 envejecida durante 3
meses.
La figura 5 muestra la viscosidad de hilado como
una función del punto de inicio del procedimiento de hilado para
las fibras FIB1, FIB2 y FIB3. Los cuadrados negros (\blacksquare
representan el envejecimiento durante 1 mes, los cuadrados blancos
(\Box) envejecimiento durante 2 meses, los triángulos negros
(\ding{115}) envejecimiento durante 1 mes y 3 meses, los círculos
negros (\bullet) envejecimiento durante 1 mes, 3 meses y 5 meses,
los círculos blancos (\circ) envejecimiento durante 4 meses y
asterisco (*) envejecimiento durante 6 meses.
La figura 6 muestra la biodegradación de las
fibras sin curar envejecidas durante 3 meses. El cuadrado negro
\blacksquare FIB1_A, el cuadrado blanco (\Box) FIB1_B, el
círculo negro (\bullet) FIB2_A, el círculo blanco (\circ)
FIB2_B y el asterisco (*) FIB3.
La figura 7 muestra la solubilidad de SiO_{2}
medida como el nivel de saturación de sílice en SBF como una
función de la viscosidad de sol en el punto de inicio del
procedimiento de hilado para la FIB1 envejecida durante varios
periodos de tiempo.
La figura 8 muestra la solubilidad de SiO_{2}
en% en peso por hora en SBF como una función de la viscosidad de
sol en el punto de inicio del procedimiento de hilatura para la FIB1
envejecida durante diversos periodos de tiempo.
La figura 9 muestra la solubilidad de SiO_{2}
medida como el nivel de saturación de sílice en SBF como una
función de la viscosidad de sol en el punto de inicio del
procedimiento de hilado para la FIB2 envejecida durante diversos
periodos de tiempo.
La figura 10 muestra la solubilidad de SiO_{2}
en% en peso por hora en SBF como una función de la viscosidad de
sol en el punto de inicio del procedimiento de hilado para la FIB2
envejecida durante diversos periodos de tiempo.
La figura 11 muestra la solubilidad de SiO_{2}
medida como el nivel de saturación de sílice en SBF como una
función de la viscosidad de sol en el punto de inicio del
procedimiento de hilado para la FIB3 envejecida durante diversos
periodos de tiempo.
La figura 12 muestra la solubilidad de SiO_{2}
en% en peso por hora en SBF como una función de la viscosidad de
sol en el punto de inicio del procedimiento de hilado para la FIB3
envejecida durante diversos periodos de tiempo.
La figura 13 muestra los cambios de
concentración de SiO_{2} (% en peso) como una función del tiempo
de inmersión en el fluido corporal simulado para las diferentes
fibras.
La figura 14 muestra la liberación de
dexmedetomidina a partir de las fibras de sílice del ejemplo 4.
Círculo negro (\bullet) 5.600-7.500 mPas,
asterisco (*) 11.500-14.900 mPas, triángulo blanco
(\Delta) 17.000-29.000 mPas, cuadrado negro
(\blacksquare) 39.000-100.000 mPas.
Los solicitantes han descubierto que la
biodegradación de las fibras de sílice se puede controlar mediante
el control de la viscosidad de la solución de hilado. La
biodegradación de las fibras se puede variar incluso cuando se
utiliza la misma receta. La biodegradación de las fibras se puede
ajustar a los objetivos deseados mediante el control de la
viscosidad de la solución de hilado para la determinación del punto
de inicio del hilado.
Los factores que afectan la viscosidad son la
etapa de hilado, la temperatura del sol de sílice y la cantidad de
disolvente en el sol de hilado. El sol de sílice se hila dentro de
un cierto periodo de tiempo, más que en un punto único, y la
viscosidad del sol de sílice aumenta durante el periodo de tiempo.
En una etapa inicial de la hilatura los polímeros de sílice son
algo menores y se empaquetan más fácilmente formando estructuras
más densas que los polímeros de sílice mayores de la etapa posterior
de la hilatura. Además, la viscosidad más elevada inhibe la
orientación de los polímeros de sílice dejando la estructura más
abierta. Las fibras hiladas en la etapa inicial del periodo de
hilatura se degradan más lentamente en el fluido corporal simulado
que las fibras hiladas en la etapa posterior de la hilatura. La
etapa de la hilatura puede ser diferente dependiendo del
procedimiento de hilado. Otro parámetro que controla la hilatura y
la viscosidad es la temperatura del sol de sílice que se puede
variar. Las fibras hiladas a partir de los soles de sílice que
poseen una viscosidad más elevada a una temperatura inferior (por
ejemplo, 0ºC) se degradan más rápidamente que las correspondientes
fibras hiladas a temperaturas superiores (por ejemplo, 20ºC).
El procedimiento para la preparación de una
fibra biodegradable de forma controlada de la presente invención
comprende hilar la fibra a partir de un sol de sílice, en el que el
punto de inicio del procedimiento de hilatura se controla por la
viscosidad del sol de sílice. La viscosidad del sol de sílice en el
punto de inicio del procedimiento de hilatura es inferior a 100.000
mPas. Preferentemente varía en el intervalo de
1.000-50.000 mPas y más preferentemente en el
intervalo de 2.000-15.000 mPas.
La fibra de sílice biodegradable de forma
controlada que se puede obtener mediante la presente invención se
hila a partir de un sol de sílice, siendo controlada la
biodegradación de la fibra mediante el control de la viscosidad del
sol de hilado o controlando el punto de inicio del procedimiento de
hilado mediante la viscosidad del sol de sílice. Específicamente,
las fibras se hilan a partir de un sol de sílice que posee la
viscosidad de 1.000-50.000 mPas, preferentemente
2.000-15.000, poseyendo las fibras la solubilidad de
0,2-20%m/h, preferentemente
0,2-8,5%m/h en el fluido corporal simulado,
respectivamente.
El sol de sílice se puede preparar por ejemplo
según se describe en el documento WO 97/45367. Por ejemplo, un sol
de sílice se puede preparar dejando que un
alcóxido-sílice, tal como ortosilicato de tetraetilo
(TEOS) o un silicato modificado orgánicamente (ORMOSIL) reaccione
con agua y opcionalmente con un disolvente orgánico, por ejemplo,
etanol o polietilenglicol, o con una combinación de disolventes, a
baja temperatura, tal como de -20ºC a 100ºC, preferentemente
próxima a la temperatura ambiente, en presencia de un catalizador
ácido o básico mediante hidrólisis y posteriores reacciones de
condensación. La condensación puede ser asimismo parcial. Se pueden
incorporar al sol iones, tales como Na, K, Ca, P, Mg, Al y B. El
catalizador debería ser tal que no perjudicase al agente
biológicamente activo.
Los expertos en la materia conocen los
procedimientos que se pueden utilizar para la preparación de fibras
de sílice según la presente invención. Un procedimiento adecuado es
cualquier procedimiento adecuado para la preparación de fibras a
partir de sol de sílice y el término hilatura se utiliza en este
contexto para describir cualquiera de tales procedimientos. Las
técnicas de hilado incluyen, por ejemplo, el procedimiento de
hilado en seco o de centrifugación. En el procedimiento de hilado en
seco, el sol de sílice se fuerza a pasar a través de una tobera
para hilar y la evaporación del disolvente promueve la gelación. Por
ejemplo, la solución de hilado se mantiene en un recipiente cerrado
y un gas inerte, preferentemente gas nitrógeno, se lleva al
recipiente para empujar la solución de hilado hasta una bomba de
engranajes, en la que la solución de hilado se dosifica a la tobera
para hilar. Preferentemente, el recipiente permite ajustar la
temperatura. Existen asimismo procedimientos especiales que se
basan en el hilado en seco. Estos procedimientos incluyen, por
ejemplo, un procedimiento en el que la fibra se lleva a un aerosol
adecuado que promueve la gelación de la fibra o un procedimiento en
el que se combinan el hilado en seco y el hilado en húmedo. En el
procedimiento de centrifugación, la solución de hilado está en una
cámara rotatoria que extruye las fibras a través de agujeros en la
pared de la cámara.
Las fibras biodegradables de forma controlada de
la presente invención se pueden utilizar para dispositivos de
administración o para preparaciones farmacéuticas que, por ejemplo,
se implantan o se inyectan en, o están unidas en forma de mucosa a
un humano o a un animal. Es posible la administración en cualquier
tejido, tejidos blandos o hueso. Esto permite la aplicación local
de forma que es posible dirigirse al sitio de liberación del agente
biológicamente activo. Por lo tanto, se consigue el efecto máximo
del agente.
A este respecto, un dispositivo de
administración incluye una fibra de sílice o una combinación de
fibras de sílice con un agente biológicamente activo incorporado en
la estructura de la fibra de sílice. Una preparación farmacéutica,
tal como un granulado o una cápsula, en este contexto es una
preparación que comprende el dispositivo de administración y
excipientes adicionales posiblemente útiles en las preparaciones
farmacéuticas. Un dispositivo médico de la presente invención es
útil asimismo para objetivos ortopédicos y quirúrgicos y no necesita
contener un agente biológicamente activo incorporado en su
estructura. Un dispositivo médico puede ser, por ejemplo, un
material tejido o no tejido compuesto de fibras de sílice, una tela
tricotada o un cordón trenzado. Los dispositivos de administración
y los dispositivos médicos de la presente invención se pueden
preparar mediante hilado tendido.
Las fibras de sílice biodegradables de forma
controlada de la presente invención pueden ser fibras o filamentos
estables. Las fibras de sílice pueden ser una parte de una mezcla de
fibra o una parte de algún otro material que no esté en forma de
fibra.
La introducción de agentes biológicamente
activos en la estructura porosa de la fibra proporciona alternativas
para el diseño de aplicaciones biomédicas. Los materiales
biodegradables y no tóxicos que son capaces de trabajar directa y
localmente en el humano o en el animal son beneficiosos, por ejemplo
como implantes utilizados como dispositivo de administración de
fármaco o como implantes temporales en reparaciones de huesos. Las
fibras de sílice derivadas de sol-gel según la
presente invención satisfacen estos requisitos. Los agentes
biológicamente activos incorporados en la estructura de la fibra se
liberan de forma controlada y se pueden utilizar para los
dispositivos de administración o para las preparaciones
farmacéuticas que, por ejemplo, se implantan o se inyectan en, o
están unidas en forma de mucosa a un humano o a un animal. El agente
biológicamente activo puede ser cualquier agente orgánico o
inorgánico que sea activo biológicamente. El agente biológicamente
activo puede ser, por ejemplo, una medicina, una proteína, una
hormona, una célula viva o muerta, una bacteria, un virus o una
parte del mismo. Los agente activos biológicamente incluyen los
útiles especialmente para la terapia a largo plazo, tal como el
tratamiento hormonal, por ejemplo, la contracepción y la terapia de
sustitución hormonal y para el tratamiento de la osteoporosis,
cáncer, epilepsia, enfermedad de Parkinson, dolor y disfunción
cognitiva. Los agentes biológicamente activos adecuados pueden ser,
por ejemplo, agentes antiinflamatorios, antiinfecciosos (por
ejemplo, antibióticos y agentes antivirales, tales como la
glindamicina y el miconazol), analgésicos y combinaciones
analgésicas, agentes antiasmáticos, anticonvulsivos (por ejemplo,
oxicarbazepina), antidepresivos, agentes antidiabéticos,
antineoplásicos, agentes anticancerígenos (por ejemplo, toremifeno,
tamoxifeno, taxol), antipsicóticos, antiespasmódicos,
anticolinérgicos, simpatomiméticos, preparaciones cardiovasculares,
antiarrítmicos, antihipertensivos, diuréticos, vasodilatadores,
fármacos del SNC (sistema nervioso central) tales como fármacos
antiparkinsonismos (por ejemplo, selegilina), hormonas esteroideas
(por ejemplo, estradiol, progesterona, nestorona), sedantes (por
ejemplo, medetomidina, dexmedetomidina, levomedetomidina),
tranquilizantes, y fármacos de la disfunción cognitiva (por
ejemplo, atipamezol). La medicina puede estar en forma de una sal,
tal como el hidrocloruro de selegilina, hidrocloruro de
(-)-4-(5-fluoro-2,3-dihidro-1H-inden-2-il)-1H-imidazol,
hidrocloruro de
4-(5-fluoro-2,3-dihidro-1H-inden-2-il)-1H-imidazol,
hidrocloruro de dexmedetomidina y citrato de toremifeno. La
medicina puede estar asimismo en forma de un ácido libre, tal como
ibuprofeno; una base libre, tal como cafeína o miconazol; o un
compuesto neutro, tal como
Z-2-(4-(4-cloro-1,2-difenil-but-1-enil)fenoxi)etanol.
Un péptido puede ser por ejemplo la levodopa y una proteína puede
ser por ejemplo, un derivado de una matriz de enamel o una proteína
morfogenética de hueso. Se puede añadir a la mezcla de reacción una
cantidad eficaz de un agente biológicamente activo en cualquier
etapa del procedimiento. Por ejemplo, se puede mezclar con los
materiales de partida. Se puede añadir asimismo a la mezcla de
reacción en la etapa de sol antes de que tengan lugar las
reacciones de condensación o durante las reacciones de condensación,
o incluso después. La cantidad precisa utilizada en una situación
particular depende de numerosos factores, tales como el
procedimiento de administración, tipo de mamífero, condición por la
que se administra el agente biológicamente activo, el particular
agente biológicamente activo utilizado, la duración de utilización
deseada, etc.
Los ejemplos siguientes pretenden simplemente
ilustrar la presente invención y no limitan de ninguna manera su
alcance.
Se prepararon los soles de sílice a partir de
TEOS (ortosilicato de tetraetilo 98%, ALDRICH), agua desionizada
(conductividad ^{\sim}0,05 S), etanol (Aa, 99,5%, ALKO) y
HNO_{3} (65%, Merck) o NH_{3} (28%, Fluka) como catalizadores
utilizando el procedimiento de sol-gel. Las
proporciones molares utilizadas se muestran en la tabla 1.
Se preparó la solución de hilar como sigue. Se
mezcló el etanol con TEOS y el ácido nítrico con agua. Se añadió a
la solución de TEOS/etanol la solución ácido/agua bajo agitación
vigorosa y a continuación la solución se vertió sobre una cápsula
de evaporación. La tapa de la cápsula es un refrigerador especial
que condensa el etanol que se evapora y lo lleva a un matraz
volumétrico. La cápsula de evaporación se colocó en un baño de agua
(40ºC) y la solución se mantuvo hasta que se hubo evaporado una
cantidad de etanol deseada (20-22 h). La
evaporación del etanol se utilizó para reducir el tiempo total del
proceso después de que todos los soles fueran todavía hilables. La
tabla 2 muestra las concentraciones de sílice teóricas de las
soluciones de hilado asumiendo que la reacción neta es
nSi(OR)_{4} + 2nH_{2}O \rightarrow nSiO_{2} +
4nROH y que la fracción evaporada consiste mayoritariamente en
etanol debido a la temperatura relativamente baja y al bajo
contenido en agua (r =1) que se consume mayoritariamente en la
hidrólisis.
Los soles se enfriaron a 20ºC o a 0ºC
dependiendo de la muestra. Cuando la solución de hilado alcanzó un
cierto nivel de viscosidad se inició el hilado. Se utilizó un
viscosímetro rotacional con un huso en forma de disco (Brookfield
LVDV II+) para definir el punto en el que se inició el hilado. A
causa de problemas prácticos debido al gran tamaño de lote de los
soles de hilado, los valores de viscosidad obtenidos no fueron
absolutos, pero fueron comparables uno con otro. La viscosidad
inicial fue la misma para todos los soles de muestra cuando se
inició el procedimiento de hilado. Sin embargo, se utilizó cada
receta de sol para hilar las fibras en diversas etapas. Se
eliminaron las burbujas de aire de la solución de hilado bajo vacío
parcial. Si esto no se hubiera realizado, los filamentos de
sol-gel se habrían roto debido al flujo discontinuo
de la solución de hilado.
El hilado en seco se utilizó para preparar las
fibras de sol-gel. La solución de hilado se mantuvo
en un recipiente cuya temperatura se puede ajustar. Se llevó el gas
nitrógeno al recipiente cerrado para empujar la solución de hilado
hasta una bomba de engranajes. El gas nitrógeno es una buena
elección para este objetivo porque se evita a continuación que la
solución de hilado esté en contacto con el aire húmedo. La bomba de
engranajes (Zenith 958736) con una capacidad de 0,6 ml/revolución
dosificó la solución de hilado a la cabeza de hilatura. La tobera
para hilar está compuesta de una mezcla de oro/platino. El diámetro
de los agujeros fue 0,065 mm y la proporción longitud/diámetro
(l/d) fue 1. El número de agujeros fue 6. Se ajustó la distancia
entre la tobera para hilar y el rodillo de ovillar para satisfacer
las demandas de cada fibra.
Se llevó a cabo un análisis termogravimétrico
(TGA) de las fibras sin curar para medir los cambios de peso con un
equipo Netzsch TG-209 (NETZSCH GmbH, Selb, Baviera,
Alemania) con nitrógeno como gas protector y aire como gas de
purga. El contenedor de la muestra fue un crisol de cerámica de
alúmina y la medición de base se hizo con un crisol vacío antes de
las mediciones. Se midió la pérdida de masa durante el tratamiento
con calor de las fibras con un programa de temperatura que incluía
diversas etapas, tanto isotérmicas como dinámicas: isotérmica
durante 15 min a 21ºC, dinámica 21-150ºC con
2ºC/min, isotérmica durante 60 min a 150ºC, dinámica
150-700ºC con 5ºC/min e isotérmica a 700ºC durante
30 min. Se llevó a cabo el TGA para las fibras envejecidas en un
desecador a temperatura ambiente durante 3 meses. El análisis se
llevó a cabo a 700ºC porque temperaturas más elevadas no son útiles
en la práctica en lo que concierne a las aplicaciones de sílice
biodegradables. Los resultados de las muestras se muestran en la
figura 1 y el derivado del espectro se muestra en la figura 2.
El aspecto físico de las fibras y la calidad del
filamento de la fibra en el proceso de hilado, que se muestra en la
tabla 2, parecen poseer una conexión con las mediciones de TGA. Las
pérdidas de masa de las fibras fueron bastante considerables
(15-25%), lo que pone de relieve que se requiere un
control cuidadoso del tratamiento de calor para evitar problemas de
grietas. Las pérdidas de masa de las fibras hiladas en la etapa
inicial del hilado no fueron tan grandes como las de las hiladas en
la etapa posterior del hilado. La diferencia mayor se inició a
aproximadamente 300ºC, en la que la materia orgánica por lo general
empieza a evaporarse. Ya que las recetas eran exactamente las
mismas para FIB1_A y FIB1_B, además también para FIB2_A y FIB2_B,
respectivamente, es probable que alguna materia orgánica fuese
capturada en la estructura de la fibra de las fibras hiladas en la
etapa inicial. Asimismo el cambio observado en los derivados de las
fibras hiladas en la etapa posterior del hilado (FIB1_B, FIB2_B y
FIB3) indica algunas diferencias en la evaporación de la materia
orgánica y en la estructura de la fibra. El aspecto físico de las
fibras aporta sugerencias. El color negro de las fibras hiladas en
la etapa inicial del hilado indica que contienen residuos de
carbono. FIB3 en la que tanto HNO_{3} como NH_{3} se utilizaron
como catalizadores, tuvo propiedades intermedias, tanto en el
análisis de TG como en el aspecto físico. La pérdida de masa es
mayor en FIB1_A y FIB2_A, pero menor en FIB1_B y FIB2_B. Asimismo
el color de la fibra FIB3 estaba entre blanco y negro, es decir,
marrón, y la calidad de filamento en el procedimiento de hilado
tuvo propiedades análogas. Las fibras mejores y continuas se
consiguieron más fácilmente con FIB1_B y FIB2_B. Hubo algunas
dificultades con FIB3, FIB1_A y FIB2_A (procesadas a 0ºC para
conseguir una viscosidad suficientemente elevada en el hilado). El
filamento se rompió fácilmente y fue más difícil el procesamiento
continuo de la fibra.
\newpage
Los espectros de absorción de infrarrojo se
grabaron entre 400 y 4.000 cm^{-1} utilizando espectrometría FTIR
con un Bruker IFS 66. Las mediciones se llevaron a cabo con el
sistema Infrarrojo de Reflectancia Difusa por Transformada de
Fourier (DRIFT). El bromuro de potasio se utilizó como un material
de base. La resolución del equipo FTIR fue 4 cm^{-1}. Las
mediciones FT-IR realizadas para las fibras tratadas
con calor en el análisis termogravimétrico se muestran en la figura
3. Las mediciones proporcionaron información de los grupos OH
típicos de la superficie de sílice, pero se detectaron dos picos no
usuales en las fibras hiladas en la etapa inicial de la hilatura
(FIB1_A y FIB2_A). El pico ancho a 3.400-3.770
cm^{-1} incluye los picos relacionados con los grupos SiOH únicos
aislados, grupos geminales aislados, hidroxilos unidos a H y agua
adsorbida físicamente que adicionalmente posee un pico a
aproximadamente 1.630 cm^{-1} (ancho). Adicionalmente, el cambio
en los picos indicado por una línea trazada en el gráfico sugirió
que se detectaron asimismo aquí algunos residuos orgánicos. El
cambio fue análogo con los picos extra observados para FIB1_A y
FIB2_A y el pequeño cambio para FIB3 contribuyó al aspecto físico
intermedio. Los picos relacionados con las vibraciones
Si-O-Si se observaron en
1.200-1.100 (ancho) y en 800 cm^{-1}. Los picos a
1.870 y a 2.000 cm^{-1} eran bandas armónicas de sílice
Si-O-Si. El pico a
1.300-1.400 cm^{-1} no era típico de la sílice,
pero la vibración de estiramiento NO_{3}^{-} se localizó
típicamente aquí. El catalizador utilizado en el procedimiento de
preparación del sol fue HNO_{3}, lo que puede dejar residuos en
la estructura. La estructura de la fibra se condensó de forma
normal y la temperatura aumentó de 450 a 700ºC bastante rápido y se
mantuvo allí solo durante 30 min. Esto significa que la
descomposición del nitrato no fue muy eficaz. Los dos picos
interesantes a 2.330 y a 3.050 cm^{-1} se vieron claramente solo
para FIB1_A y FIB2_A, pero no se pudieron relacionar directamente
con ningún componente presente en el sistema. La única posibilidad
era que las fibras contuvieran residuos de carbono que formasen
dobles enlaces con hidrógeno (3.050 cm^{-1}) y oxígeno (2.330
cm^{-1}) observados en estos puntos.
Se utilizó microscopía electrónica de
transmisión-barrido (JEOL, JEM 1200 EX) para
ilustrar la estructura en masa de las fibras sin curar. Las fibras
se incrustaron en una resina epoxi (EPON 812). Se utilizó óxido de
propileno como disolvente y medios de embebimiento epoxi
DMP-30 y DDSA o MNA como un acelerador y
endurecedores (FLUKA), respectivamente. Las muestras endurecidas se
cortaron con un ultramicrotomo a un espesor de 60-70
nm y se analizaron las secciones transversales de las fibras. Se
muestra en la figura 4 una micrografía electrónica de transmisión
de la sección transversal de FIB2_B. La imagen se eligió como un
ejemplo para mostrar la estructura interior de las fibras de sílice
derivadas de sol-gel. Las imágenes de las cinco
muestras recuerdan unas a otras. Se sugirió que FIB2_B era un
ejemplo representativo de las fibras porque la calidad del filamento
fue buena y las fibras fueron fáciles de preparar. La barra blanca
en el fondo de la imagen corresponde a 20 nm. La estructura fue
típica para los materiales derivados de sol-gel. La
estructura no se condensó completamente, pero contiene muchos poros
pequeños de aproximadamente 2-5 nm de diámetro, lo
que indica que la estructura se forma a partir de unidades de
sílice más pequeñas.
Se presenta en la figura 5 la viscosidad de
hilado como función del punto de inicio del procedimiento de hilado.
El gráfico describe los niveles de viscosidad de forma esquemática
de los soles de hilado y de los tiempos de envejecimiento para las
fibras FIB1, FIB2 y FIB3 antes del ensayo de biodegradación en el
fluido corporal simulado. Las viscosidades de hilado se dividen
aproximadamente en tres niveles (\eta (1) =
2.000-3.500 mPas, \eta (2) =
3.500-7.500 mPas y \eta (3) > 7.500 mPas).
La biodegradación de las muestras se estudió
utilizando un fluido corporal simulado in vitro (SBF). El
fluido corporal simulado se preparó disolviendo los reactivos
químicos de NaCl, NaHCO_{3}, KCl,
K_{2}HPO_{4}\cdot3H_{2}O, MgCl_{2}\cdot6H_{2}O,
CaCl_{2}\cdot2H_{2}O y Na_{2}SO_{4} en agua desionizada.
El fluido se reguló a un pH fisiológico de 7,40 a 37ºC con
tris(hidroximetil)aminometano y ácido clorhídrico
(Ohtsuki, C, et al., J. Non-Cryst. Sol., 143
(1992) 84-92).
Se utilizaron las tres piezas de cada probeta
para estudiar las reacciones de las fibras de sílice derivadas de
sol-gel en SBF. Cada muestra (10 mg) se sumergió en
50 ml de SBF contenido en una botella de polietileno cerrada con un
tapón hermético. Las tres muestras de SBF incluidas en las botellas
sin una probeta se utilizaron como controles para examinar la
estabilidad de la solución. Las muestras se sumergieron en el fluido
SBF durante 2 semanas, colocándose las botellas en un baño de agua
en agitación (SBD 50 (carrera 36 mm, velocidad = 160
impulsos/minuto)) que poseía una temperatura constante a 37ºC. Las
soluciones de muestra se monitorizaron para las concentraciones de
sílice y de calcio como una función del tiempo de inmersión. Las
concentraciones de calcio se determinaron con un espectrofotómetro
de absorción atómica (AAS, Perkin-Elmer 460). Las
concentraciones de sílice se analizaron mediante el procedimiento
de azul de molibdeno (Koch, O.G. & Koch-Dedic,
G.A., Siliconmolybdänblau-Verfahren. En Handbuch
der Spurenanalyse. Springer-Verlag (1974), p.
1105) basado en la reducción con ácido
1-amino-2-naftol-4-sulfónico
utilizando un espectrofotómetro UV-Vis (modelo
Hitachi 100-60). Se ensayaron todas las muestras
tres veces cada una para evitar los problemas de inexactitud y
posibles diferencias de degradación dependiendo de la distribución
en el diámetro transversal de las fibras (30-80
\mum, valor medio 50 \mum). La biodegradación (in vitro
en el fluido corporal simulado) de las fibras sin curar FIB1_A,
FIB1_B, FIB2_A, FIB2_B y FIB3 envejecidas durante aproximadamente de
uno a tres meses se resume en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
La misma clase de analogía observada en el
análisis TG y en las mediciones FT-IR se observó
asimismo en la presente memoria. Las fibras hiladas en la etapa
inicial de la hilatura (FIB1_A y FIB2_A) se degradaron muy
lentamente cuando se compararon con las fibras hiladas en la etapa
posterior (FIB1_B, FIB2_B). FIB3 tuvo otra vez alguna clase de
propiedades intermedias. En consecuencia con los resultados
obtenidos, se consiguió alguna clase de valor plató o un nivel de
saturación después de unos pocos días de inmersión en el SBF. Las
velocidades de solubilidad (antes del nivel plató) de FIB1_B,
FIB2_B y FIB3 fueron más rápidas claramente que las de FIB1_A y
FIB2_A. Esto indica que el área de sílice disponible para la
degradación es mayor en la estructura de las fibras hiladas en la
etapa posterior de la hilatura. Según se observa en la tabla 3, hubo
algunas diferencias en la degradación si las muestras envejecidas
durante 1 ó 3 meses se compararon una con otra. Se observó una
clara diferencia en FIB2_A. La velocidad de solubilidad fue mayor
para la muestra envejecida durante 3 meses, de lo que fue el nivel
de saturación de sílice (\sim2% para la muestra envejecida durante
1 mes y \sim5% para la muestra envejecida durante 3 meses). Para
las fibras hiladas en la etapa posterior (FIB1_B, FIB2_B y FIB3) no
hubo diferencias significativas después de 1 ó 3 meses de
envejecimiento. Los valores fueron prácticamente los mismos
indicando que las estructuras eran bastante estables. Sin embargo,
todas fueron claramente más solubles en el SBF que en las fibras
hiladas en la etapa inicial de la hilatura.
En la figura 6, se presenta la biodegradación de
las fibras sin curar FIB1_A, FIB1_B, FIB2_A, FIB2_B y FIB3
envejecidas durante aproximadamente tres meses.
Además, la biodegradación de las fibras FIB1,
FIB2 y FIB3 in vitro en el SBF se presenta en las figuras 7
a 12. En las figuras 7 y 8, se presenta la biodegradación de la
fibra FIB1 envejecida durante aproximadamente dos semanas, y tres,
cinco y 6,5 meses. La biodegradación de la fibra FIB2 envejecida
durante aproximadamente dos semanas, y dos, tres y cinco meses se
presenta en la figuras 9 y 10. Además, la biodegradación de la fibra
FIB3 envejecida durante aproximadamente dos semanas, tres, cuatro y
cinco meses se presenta en las figuras 11 y 12.
La influencia del punto de inicio del
procedimiento de hilado en la biodegradación de las fibras es clara.
Los parámetros principales, que afectan a la viscosidad, son la
concentración, la longitud y el grado de ramificación de los
polímeros de sílice. A la vez, estos factores afectan a la formación
de la estructura de la fibra, por ejemplo, al empaquetamiento y a
la orientación de los polímeros de sílice, y resultan en una
biodegradación diferente.
Las fibras derivadas de los soles que poseen
viscosidad baja durante el procedimiento de hilatura se degradan
más lentamente que las fibras derivadas de los soles preparados a
una viscosidad de hilatura más elevada. En consecuencia, el punto
de inicio del procedimiento de hilatura es importante respecto a la
biodegradación. Las fibras hiladas a partir de la etapa inicial de
la hilatura se degradan muy lentamente según se compara con las
fibras hiladas en la etapa posterior.
\newpage
Se observó que la velocidad de solubilidad de
FIB1 (determinada a partir de la porción lineal de las curvas de
solubilidad correspondientes) fue inferior a viscosidades de
hilatura muy elevadas, aunque los niveles de saturación no
cambiaron significativamente. Esto se asume que ocurre porque las
fibras más delgadas ligeramente con superficies más lisas se
producen a viscosidades de hilatura muy elevada.
En la figura 13 se presentan los cambios de la
concentración de SiO_{2} (% en peso) como una función del tiempo
de inmersión en el fluido corporal simulado para diferentes fibras.
Estos resultados muestran que se cubre un amplio rango de
solubilidades diferentes ajustando las propiedades del sol de
sílice.
Se preparó un sol para la hilatura de fibra a
partir de TEOS, agua desionizada, etanol y HNO_{3} como
catalizador en una proporción 1/2,35/1/0,000322 utilizando el
procedimiento de sol gel. El etanol se mezcló con TEOS y el ácido
nítrico con agua. La solución de ácido/agua se añadió a la solución
de TEOS/etanol bajo agitación vigorosa y a continuación la solución
se vertió en una cápsula de evaporación. Se llevó a cabo el
procedimiento de evaporación según se ha descrito en el ejemplo 1.
Se añadió el hidrocloruro de dexmedetomidina (HCl) después de la
evaporación del etanol (correspondiente a 1% en peso de la fibra
seca). La viscosidad fue 5.600 mPas cuando se inició el
procedimiento de hilatura. Las fibras se hilaron en cuatro etapas
diferentes de hilatura a 20ºC. Las fibras se empaquetaron y se
almacenaron herméticamente en bolsas con forro de aluminio a
temperatura ambiente hasta que se llevaron a cabo los ensayos de
disolución.
Se estudiaron los perfiles de disolución de
dexmedetomidina HCl de las fibras de sílice utilizando el aparato
II de disolución (procedimiento de paletas, Sotax AT6, Basilea,
Suiza). Cada muestra (50 mg) se sumergió en 250 ml de una solución
de NaCl al 0,9% en peso. La velocidad de rotación fue 50 rpm y la
temperatura 37ºC. Se midió la dexmedetomidina HCl disuelta en las
muestras de disolución con un espectrofotómetro
UV-visible (Hewlett Packard 845/A, USA) a una
absorbancia máxima de dexmedetomidina HCl, 220 nm.
La liberación de dexmedetomidina HCl mostró una
rotura (33%) a una viscosidad de hilatura inferior a 10.000 mPas
(figura 14). Cuando la viscosidad de hilatura se incrementó a más de
11.500 mPas, el efecto de rotura disminuyó a 3-10%.
A una viscosidad de hilatura superior a 11.500 mPas la velocidad de
liberación de dexmedetomidina HCl disminuyó comparada con la de las
fibras hiladas a menos de 11.500 mPas.
Los expertos en la materia apreciarán que aunque
se han ilustrado y descrito las formas de realización específicas,
se pueden aportar diversas modificaciones y cambios sin apartarse
por ello del alcance de la presente invención.
Otras formas de realización de la presente
invención resultarán evidentes para los expertos en la materia a
partir de la consideración de la especificación y de la práctica de
la presente invención descrita en la presente memoria. Se pretende
que la especificación y los ejemplos se consideren únicamente a
título de ejemplos, estando indicado el verdadero alcance de la
presente invención por las reivindicaciones siguientes.
Claims (10)
1. Procedimiento para ajustar la velocidad de
biodegradación de 0,2 a 20% en peso/h, medida in vitro
utilizando un fluido corporal simulado (SBF) según Ohtsuki, C,
et al., J. Non-Cryst. Sol., 143 (1992)
84-92 y calculada a partir de la porción lineal de
la curva de solubilidad de sílice, de una fibra de sílice hilada a
partir de un sol de sílice, en el que el procedimiento comprende
ajustar la velocidad de biodegradación mediante la selección de la
viscosidad del sol a partir del que se hila la fibra en el punto
inicial del procedimiento de hilatura, degradándose las fibras
hiladas en una etapa inicial de la hilatura muy lentamente
comparadas con las fibras hiladas en una etapa posterior.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la viscosidad del sol de sílice en el punto de inicio del
procedimiento de hilatura es inferior a 100.000 mPas.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en
el que la viscosidad del sol de sílice en el punto de inicio del
procedimiento de hilatura está comprendida entre aproximadamente
1.000 y aproximadamente 50.000 mPas.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que la viscosidad del sol de sílice en el punto de inicio del
procedimiento de hilatura está comprendida entre aproximadamente
2.000 y 15.000 mPas.
5. Fibra de sílice biodegradable de forma
controlada que se puede obtener mediante los procedimientos según
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la
solubilidad de la fibra en el fluido corporal simulado (SBF) según
Ohtsuki, C, et al., J. Non-Cryst. Sol., 143
(1992) 84-92 calculada a partir de la porción lineal
de la curva de solubilidad de sílice está comprendida entre 0,2 y
20% en peso/h.
6. Fibra de sílice biodegradable de forma
controlada según la reivindicación 5, caracterizada porque la
solubilidad de la fibra en el fluido corporal simulado (SBF) está
comprendida entre 0,2 y 8,5% en peso/h.
7. Dispositivo de administración de liberación
que comprende la fibra biodegradable de forma controlada según la
reivindicación 5 ó 6, en el que la fibra contiene un agente
biológicamente activo.
8. Dispositivo de administración según la
reivindicación 7, en el que dicho agente biológicamente activo es
una medicina, una proteína, una hormona, una célula viva o muerta,
una bacteria, un virus o una parte de los mismos.
9. Dispositivo de administración según la
reivindicación 8, en el que dicho agente biológicamente activo es
una medicina.
10. Preparación farmacéutica que comprende un
dispositivo de administración según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9.
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