MX2012001299A - Proceso de produccion de membranas biopolimericas y membranas biopolimericas obtenidas mediante tal proceso. - Google Patents

Abstract

La presente invención describe el proceso de producción de membranas biopoliméricas y las membranas obtenidas mediante este proceso. En particular, las membranas biopoliméricas de la presente invención comprenden poli(uretano-caprolactona) y pueden ser utilizadas para la regeneración nerviosa y ósea.

Description

PROCESO DE PRODUCCCION DE MEMBRANAS BIOPOLIMERICAS Y MEMBRANAS BIOPOLIMERICAS OBTENIDAS MEDIANTE TAL PROCESO Campo de la Invención La presente invención describe el proceso de producción de membranas biopoliméricas y las membranas obtenidas mediante este proceso. En particular, las membranas biopoliméricas de la presente invención comprenden poli (uretano-caprolactona) y pueden ser utilizadas para regeneración nerviosa y ósea. La presente invención se sitúa principalmente en los campos de la medicina, química e ingeniería de tejidos.

Antecedentes de la Invención El desarrollo de polímeros biodegradables y bioreabsorbibles ha recibido grande atención en los últimos años, pues estos poseen una amplia aplicación en el área ambiental y biomédica, tales como, dispositivos implantables , dispositivos para cateterismo, entre otros, siendo también prometedor en el campo de la ingeniería de tejidos (Grad, et. al. 2003).

Los biomateriales han presentado una tasa de crecimiento de 11% al año, lo que demuestra el gran interés y demanda por este tipo de producto (Mirtchi, et. al. 1989).

Los poliuretanos biodegradables son formados a partir de diisocianatos alifáticos con diferentes polioles, polietileno adipato y poli (caprolactona) , y extensores de cadena como dioles, diaminas y disulfuros (Hori, et. al.).

Este trabajo presenta la síntesis, caracterización y evaluación in vitro del poliuretano para uso como biopolímeros (BPU) , especialmente en la forma de membranas biocompatibles .

En el ámbito de patentes, algunos documentos describen materiales comprendiendo poliuretanos y su uso.

El documento US 5,151,315 describe compuestos con uso médico, preferentemente ortopédico, comprendiendo mezclas de policaprolactona y poliuretano. En particular, este material comprende de 20 a 70% p/p de poliéster caprolactona poliuretano, 80 a 30% por peso de policaprolactona y una cobertura sobre el centro, que posee tres capas. Estas mezclas son elásticas cuando son calentadas. La presente invención difiere de ese documento por no comprender coberturas como en el referido documento, siendo la membrana formada por una capa uniforme de poliuretanos, como poliuretano caprolactona .

El documento WQ 2005/111110 describe poliuretanos biodegradables no tóxicos para liberación controlada de fármacos para la regeneración de tejidos comprendiendo poliuretano formado por polioxietilado copolímeros, en particular tribloques resultante en la combinación Polietilenoglicol-IA-caprolactona, CL-PEG-CL. La incorporación de otros aminoácidos en cadena IA es realizada a través de poliisocianato o extensor de cadena. La presente invención difiere de ese documento por no necesitar de aminoácidos naturales y por comprender la disolución del polímero en eluyentes, especialmente THF, hecho no descrito en el referido documento, formando la membrana biocompatible de la presente invención.

El documento US 2008/0262613 describe materiales de poliuretano biocompatibles y biodegradables comprendiendo segmentos lineales de poliuretanos o poliuretanos con ligaciones cruzadas conteniendo polioles, diisocianatos y extensores de cadena. La presente invención difiere de ese documento por comprender la disolución del polímero en eluyentes, especialmente THF, hecho no descrito en el referido documento, para formar la membrana biocompatible de la presente invención.

En el artículo de Hong (2007) , este describe la síntesis del poli (3 -caprolactona-co-b-butirolactona) (PCLBL) -base poliuretano (PCLBL-PU) y fue estudiada la degradación de este polímero. La presente invención difiere de ese documento por adicionalmente comprender la disolución del polímero en THF para la formación de una membrana destinada al uso en el área médica y por no contener en su fórmula la butirolactona.

De lo que se desprende de la literatura investigada, no fueron encontrados documentos anticipando o sugiriendo las enseñanzas de la presente invención, de manera que la solución aquí propuesta posee novedad y actividad inventiva frente al estado de la técnica.

Resumen de la Invención En un aspecto, la presente invención proporciona la síntesis de polímeros para uso como biopolímeros (BPU) , especialmente en la forma de membranas biocompatibles .

Es objeto de la presente invención un proceso de producción de membranas biopoliméricas que comprende las etapas de: a) disolución de por lo menos un poliol en solvente; b) adición de una mezcla de isocianato y catalizador; c) eliminación del solvente; d) solubilización del polímero obtenido en eluyentes y ajuste del espesor.

En particular, las películas de PU-PCL fueron preparadas a través de una solución con 20% de PU-PCL en tetrahidrofurano (THF) y estos vertidos en una placa de vidrio, sobre la cual fue colocada la solución polimérica, pasado un extensiómetro de 100 micrones, siendo las películas secadas al vacío para la eliminación completa del solvente.

En particular, las reacciones se llevan a cabo en reactor, bajo agitación mecánica y temperatura constantes del sistema de reacción.

En particular, la adición de isocianatos comprende opcionalmente la adición de extensores de cadena. En una realización preferencial , el sistema de reacción utilizó PLLA como poliol, HDI como isocianato y 1 , 4 -butanodiol como extensor de cadena .

En una realización opcional, el sistema de reacción utilizó PCL como poliol y HDI como isocianato.

En un segundo aspecto, la presente invención proporciona membranas biopoliméricas , capaces de interactuar con materiales biológicos actuando como, por ejemplo, matriz de crecimiento celular.

Es, por lo tanto, objeto de la presente invención las membranas poliméricas obtenidas por el proceso de producción de membranas descrito líneas arriba.

Estos y otros objetos de la invención serán valorizados y mejor comprendidos a partir de la descripción detallada de la invención.

Breve Descripción de las Figuras La figura 1 muestra el espectro del biopolímero BPUl.

La figura 2 muestra los fibroblastos sobre la membrana biopolimérica de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Los ejemplos aquí mostrados tienen el único propósito de ejemplificar una de las innumerables maneras de realizarse la invención, no obstante sin limitar, el objeto de la misma.

Solvente El solvente de la presente invención comprenden el grupo de solventes apróticos tales como, pero no limitándose a ello, acetona o diclorometano . Estos solventes poseen grandes momentos dipolares y preferentemente solvatan especies positivamente cargadas a través de sus dipolos negativos, favoreciendo los mecanismos de reacción Sn2. En particular, la presente invención utiliza acetona para la solubilización del poliol.

Polioles El poliol de la presente invención fue elegido del grupo que comprende polihidroxiácidos , como polilactídeos y poliglicosídeos , polietileno adipato y poli (caprolactonas ) . En particular, en la presente invención son utilizados policaprolactona (PCL) .

Isocianatos Los isocianatos de la presente invención son elegidos del grupo que comprende isocianatos aromáticos, alifáticos, ciclo-alifáticos y/o policíclicos , permitiendo obtener una infinita variedad de compuestos con diferentes propiedades físicas y químicas. Existen diversos diisocianatos y triisocianatos , como los diisocianatos alifáticos En particular, la presente invención utiliza diisocianato de hexametileno (HDI) . En particular, los cálculos de la cantidad ideal de polioles y HDI son en proporción molar, siendo que la proporción de isocianato/poliol varía de 2:1 a 0.5:1, preferentemente la proporción utilizada fue de 1.2:1.

Catalizador Los catalizadores de la presente invención pueden ser elegidos entre los catalizadores conocidos del estado de la técnica, incluyendo, pero no limitándose a ello, el dibutildilaurato de estaño (DBTDL) . En particular, la presente invención hace uso de 0.1% de DBTDL.

Eluyentes Los eluyentes utilizados en la presente invención comprenden, pero no limitándose a ello, diferentes grupos de compuestos tales como, por ejemplo, cetonas, acetona, metil iso-butil-cetona - MIBK, metil etil cetona- MEK, éter, tetrahidrofurano - THF, alcohol, tert-butil alcohol - TBA, cloruro de metileno, tricloroetileno, dioxano, etil acetato y isobutil acetato. En particular, la presente invención utiliza THF.

THF El Tetraidrofurano o THF es un compuesto orgánico heterocíclico usado como eluyente. Él es éter, polar, y puede ser obtenido por la hidrogenación de furano. La presente invención utiliza 20% de solución polimérica en THF para la disolución del polímero.

Proceso de producción de membranas biopoliméricas El proceso de producción de membranas biopoliméricas comprende las etapas de: a) disolución de por el menos un poliol en solvente; b) adición de catalizador en esta solución; c) adición de isocianato c) eliminación del solvente; d) solubilización del polímero obtenido en eluyentes y ajuste del espesor.

Las reacciones son llevadas a cabo en reactor, bajo agitación mecánica y temperatura constantes del sistema de reacción .

La etapa de preparación de las películas consiste en solubilizar el polímero obtenido y ajustar el espesor de la misma con la ayuda de un instrumento adecuado, como por ejemplo un extensiómetro de 100 micrones, seguido por secado al vacío para la eliminación completa del solvente, formando las películas secas.

La atmósfera del reactor es una atmósfera inerte, para evitar reacciones secundarias de los reactivos y aumentar el rendimiento de la producción del polímero. En particular, las reacciones fueron realizadas bajo atmósfera inerte de N2, con agitación mecánica, temperatura del sistema de reacción constante. El tenor de NCO libre fue acompañado por titulación y espectroscopia de infrarrojo.

En particular, la proporción molar de isocianato/poliol varía de 2:1 a 0.5:1, preferentemente la proporción utilizada fue de 1.2:1, la temperatura del sistema de reacción PCL/HDI (BPU2) en 60 °C.

Poliuretanos Los poliuretanos (PUs) utilizados como biomaterial poseen un carácter de biocompatibilidad y características físicas y mecánicas que permiten su uso en dispositivos implantables tales como, balón intraaórtico, implantes mamarios, balones de angioplastía, dispositivos para cateterismo, entre otros. Los poliuretanos biodegradables pueden ser formados a partir de diisocianatos con diferentes polioles y extensores de cadena. Las características del poliuretano formado en la presente invención dependerán del poliol y del diisocianato utilizados .

Membrana Biopolimérica obtenida La membrana biopolimérica obtenida mediante el proceso de producción de membranas biopoliméricas . En particular, estas membranas poseen de ???µ? a 5mn de espesor. Estas membranas fueron utilizadas para las pruebas in vivo e in vitro, realizadas con células de osteoblastos , en las cuales fue confirmada la biocompatibilidad del polímero. En particular, las películas de PU-PCL de ???µ? fueron esterilizadas por óxido de Etileno por la empresa Esteriliplus - Esteriliza?ao á Óxido de etileno LTDA, con el fin de ser utilizadas en cirugías.

Ejemplo 1 - Realización Preferencial Producción del polímero Este trabajo presenta la síntesis de poliuretanos biomateriales utilizando diferentes polioles, con el objetivo de comparar las características que estos reactivos le confieren al bioPU sintetizado. Los materiales utilizados en las síntesis fueron: el diisocianato de hexametileno (HDI) , poli- (caprolactona) diol (PCL) , el extensor de cadena 1 , 4 -butanodiol y el catalizador dibutildilaurato de estaño (DBTDL) . Todas las reacciones fueron realizadas bajo atmósfera inerte de N2, con agitación mecánica y la proporción molar de NCO/OH utilizada fue de 1.2. La temperatura del sistema PCL/HDI (BPU) fue mantenida en 60°C. El tenor de NCO libre en la reacción fue acompañado por titulometría con N-dibutilamina y Espectroscopia de Infrarrojo (IV) , donde se observó la disminución de la banda referente al NCO del diisocianato (* 2270 cm"1) . El BPU posee masa molar 120359 g/mol e IP 1.5, sendo estos datos obtenidos por Cromatografía de Permeación en Gel (GPC) , conforme es descrito en la literatura. El bioPU sintetizado fue también caracterizado por IV. El espectro del BPU presentó una banda en 1731 cm"1 característica de estiramiento del C=0 de uretano. En 1530 cm"1 se observa una banda característica de C-N y N-H de uretano y en 3383 cm"1 el espectro presenta una banda característica de N-H.

En torno de 2940 ctn"1 se observa una banda característica de estiramiento de C-H. Estas atribuciones están de acuerdo con lo descrito en la literatura. Para verificar la degradación en medio acuoso (agua destilada, pH 6.3), fue colocada una muestra de BPU en 150 mL de agua destilada, y fue dejada durante 15 días. En el BPU hubo disminución del pH a 5.0 en 8 días. Este resultado indica una degradación lenta y estable del BPU, en vista que deriva de un poliol caprolactona, donde el grupo lactona tiene mayor resistencia a la hidrólisis que un grupo éster.

La síntesis de poliuretano (PU) a partir de diisocianato de hexametileno (HDI) , poliol poli- (caprolactona) diol, puede ser usado como matriz de crecimiento celular. La reacción de formación del poliuretano fue acompañada a través del consumo del grupo diisocianato en el transcurso del tiempo y, su caracterización fue realizada por técnica de IV y GPC presentando una masa molar media de 120.359 g/mol. Se estudió la degradación del PU sintetizado en medio acuoso, donde fue observado que a partir del 8 o día se inició el proceso de degradación. También fue realizada una evaluación preliminar in vi tro usando células de fibroblastos de ratón (NIH3T3) .

Materiales Los materiales utilizados en la síntesis fueron el diisocianato de hexametileno (HDI) , el poliol poli- (caprolactona) diol (PCL, Mn 2000g/mol) , y el catalizador dibutildilaurato de estaño (DBTDL) . La reacción fue realizada a 60°C bajo atmósfera inerte de N2 , con agitación mecánica y proporción molar de NCO/OH de 1.2. El tenor de NCO libre en la reacción fue acompañado por titulometría con N-dibutilamina y Espectroscopia de Infrarrojo utilizándose un equipo Perkin Elmer Instruments Spectrum One FT-IR Spectromete , con el cual se observó la disminución de la banda referente al NCO del diisocianato («= 2270cm-l) . Los análisis de Cromatografía de Permeación en Gel (GPC) fueron realizados con HPLC pump-1515 isocrático utilizando detector de índice de refracción Waters Intruments 2412 y THF como eluyente. Para verificar la degradación en medio acuoso (agua destilada, pH 6.3), una muestra de BPU (2.8956g) fue colocada en 150 mL de agua destilada, y fue dejada durante 16 días. Esta Prueba de Degradación fue realizada evaluándose la variación del pH del medio en el transcurso del tiempo, para ello, fue utilizado un pHmetro Digimed DM-20, que fue calibrado con soluciones de calibración Quimis de pH 4.01 y 6.86. Para la evaluación in vitro, 0.5x105 células de fibroblastos (NIH3T3) fueron mantenidas en cultivo sobre la superficie del BPU, en medio D-MEN suplementado con 10% de suero fetal bovino y antibióticos, bajo atmósfera húmeda con 5% de C02. La adhesión celular fue verificada fijando las especies en metanol y tiñéndolas con hematoxilina y eosina (HE) .

Resultados y Discusión El poliuretano obtenido a partir del PCL (BPU) presentó una masa molar de 120.359 g/mol y polidispersividad de 1.5. La caracterización del BPU por Espectroscopia de Infrarrojo (FT-IR) proporcionó un espectro que presentó una banda en 1731 cm-1 característica de la C=0 del grupo uretano. En 1530 cm-1 se observó una banda referente a los grupos C-N y N-H del uretano y en torno a 3383 cm-1 el espectro presentó una banda característica de grupo N-H (Fig.l), de acuerdo con datos de la literatura. A través de la Prueba de Degradación se verificó que el pH del medio comienza a decrecer alcanzando el valor de 5.0 en el 8o día. La coloración por el método de HE demuestra que el polímero soporta la adhesión y proliferación de las células de fibroblasto NIH3T3 (Fig. 2) . Toda vez que ellas sólo podrán proliferar en el momento en que se adhieren a la superficie, secretando con ello proteínas de la matriz extracelular continuando con su programa.

A través de la técnica de Infrarrojo fue posible verificar la formación del poliuretano deseado, que fue confirmado por las atribuciones de las bandas con relación a datos de la literatura. La prueba de degradación en medio acuoso mostró una degradación lenta y estable del BPU, en vista que este deriva de un poliol caprolactona, donde el grupo lactona posee una cierta resistencia a la hidrólisis. La adhesión celular sobre la superficie del polímero puede ser verificada a través de la coloración de las células de fibroblastos con hematoxilina y eosina.

Por tanto, la presente invención se refiere respecto a un material polimérico a base de poli (uretano-caprolactona) , PU-PCL, para la regeneración nerviosa y ósea. El polímero fue obtenido mediante el proceso de producción previamente descrito. El polímero obtenido fue disuelto en THF para la formación de películas de 100 µ? de espesor que son utilizadas para las pruebas in vivo y de discos utilizados en las pruebas in vitro. Las pruebas in vivo fueron realizadas en grupo de ratas Wistar en el cual fue insertado un trozo del polímero en el dorso, nervio ciático, músculo y tejido óseo. Fue realizado un acompañamiento de tiempo para verificar la posible respuesta inflamatoria. Las pruebas in vitro fueron realizadas con células de osteoblastos en lo cual fue confirmada la biocompatibilidad del polímero.

Los expertos en la técnica valorizarán los conocimientos aquí presentados y podrán reproducir la invención en las modalidades presentadas y en otras variantes, incluidas en el ámbito de las reivindicaciones anexas.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Proceso de producción de membranas poliméricas caracterizado por comprender las etapas de: a) disolución de por lo menos un poliol en solvente; b) adición de catalizador en esta solución; c) adición de isocianato; c) eliminación del solvente; d) solubilización del polímero obtenido en eluyentes y ajuste del espesor.

2. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el poliol es policaprolactona (PCL) .

3. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el solvente son cetonas de bajo punto de ebullición (acetona y MEK) .

4. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el isocianato es diisocianato de hexametileno (HDI) .

5. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque utiliza 0.1% de catalizador.

6. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el catalizador es de estaño (dibutildilaurato) .

7. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque opcionalmente comprende extensores de cadena.

8. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 7, caracterizado porque el extensor de cadena es 1 , 4 -butanodiol .

9. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque utiliza 20% de solución polimérica en eluyente.

10. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 9, caracterizado porque el eluyente es THF.

11. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el sistema de reacción PCL/HDI (BPU) permite la obtención de polímero de masa molar 120359 g/mol e índice de Polidispersidad (IP) 1.5.

12. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el referido proceso es realizado en reactor, bajo agitación mecánica y temperatura constantes del sistema de reacción.

13. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 13, caracterizado porque la temperatura del sistema PCL/HDI es mantenida en 60°C.

14. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque la proporción molar de isocianato/poliol varía de 2:1 a 0.5:1.

15. Proceso de producción, tal y como se reivindica en la cláusula 16, caracterizado porque la proporción molar de isocianato/poliol es de 1.2:1.

16. Membrana polimérica caracterizada por ser un polímero de poliol, ser policaprolactona (PCL) con diisocianato de hexametileno (HDI) , poseer de ???µ? a 5mn de espesor y ser utilizada para la regeneración celular, regeneración nerviosa y/o regeneración ósea.