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Patent Searching and Data


Title:
BONE IMPLANT PROVIDED WITH POROUS EDGES FOR THE CONTROLLED RELEASE OF THERAPEUTICALLY ACTIVE COMPOUNDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/070189
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention comprises a hollow carrier (2) including a wall (6) which has at least one porous area and which defines a primary chamber (3) inside the carrier (2). A filler material (4) is disposed inside the chamber, said filler material comprising ordered identical pores (7) in which particles of a drug (5) are absorbed. The particles of the drug (5) are released to the exterior first by means of diffusion from the pores (7) of the filler material (4) into the primary chamber (4) and, subsequently, from the primary chamber (3) to the exterior through the porous wall (6), such as to allow dual control of the release profile of the drug (5).

Inventors:
ARRUEBO GORDO, Manuel (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
IRUSTA ALDERETE, Silvia (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
PEREZ PUENTES, Luis Manuel (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
LALUEZA VALERO, Patricia (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
PUERTOLAS RAFAEL, José Antonio (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
GRACIA VILLA, Luis (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
GARCIA-ÁLVAREZ GARCIA, Felicito Enrique (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
MONZON GARCES, Marta (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
SANTAMARIA RAMIRO, Jesús (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
Application Number:
ES2010/000500
Publication Date:
June 16, 2011
Filing Date:
December 09, 2010
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
ARRUEBO GORDO, Manuel (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
IRUSTA ALDERETE, Silvia (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
PEREZ PUENTES, Luis Manuel (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
LALUEZA VALERO, Patricia (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
PUERTOLAS RAFAEL, José Antonio (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
GRACIA VILLA, Luis (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
GARCIA-ÁLVAREZ GARCIA, Felicito Enrique (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
MONZON GARCES, Marta (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
SANTAMARIA RAMIRO, Jesús (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
International Classes:
A61F2/28; A61L27/54; A61L27/56
Attorney, Agent or Firm:
BELTRÁN BLÁZQUEZ, José Ramón (C/Pedro Cerbuna 12, Zaragoza, E-50009, ES)
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Claims:
R E I V I N D I C A C I O N E S

1. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), que comprende:

- un portador (2) hueco con una pared (6) que comprende al menos una zona porosa, definiendo dicha pared (6) una cámara primaria (3) en el interior de dicho portador (2), y

- un compuesto terapéuticamente activo (5) contenido en el interior de la cámara primaria (3),

caracterizado porque comprende adicionalmente:

- un material de relleno (4) nanoporoso dotado de poros (7) ordenados y sustancialmente iguales, ubicado en parte de la cámara primaria (3), conteniendo al menos alguno de dichos poros (7) partículas adsorbidas del compuesto terapéuticamente activo (5) susceptibles de ser transmitidas por difusión hacia la cámara primaria (3), así como susceptibles de ser liberadas desde la cámara primaria (3) hacia el exterior del portador (2) a través de la zona porosa de la pared (6).

2. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho elemento (1 ) es un tornillo percutáneo o un clavo centromedular.

3. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el material de relleno (4) nanoporoso es un material silíceo mesoporoso.

4. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el material de relleno (4) nanoporoso es sílice mesoporosa.

5. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el material de relleno (4) nanoporoso se selecciona entre MCM-41 , MCM-48, SBA-15.

6. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el material terapéuticamente activo (5) es un fármaco. 7.- Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el material terapéuticamente activo (5) es un antibiótico.

8. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la zona no porosa de la pared (6) comprende adicionalmente una ventana conectada con la cámara primaria, estando dicha ventana sellada con un material nanoporoso que permite la liberación del compuesto terapéuticamente activo a través de dicha ventana.

9. - Implante (1 ) en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación de compuestos terapéuticamente activos (5), de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la ventana está sellada con zeolita.

Description:
IMPLANTE EN HUESO. DOTADO DE LÍMITES POROSOS. PARA LA LIBERACIÓN CONTROLADA DE COMPUESTOS TERAPÉUTICAMENTE

ACTIVOS D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se puede incluir en el campo técnico de la elaboración de implantes, tornillos, andamios, fijaciones, etc. empleados en traumatología y cirugía ortopédica.

La presente invención también puede incluirse en el campo técnico de la administración de compuestos terapéuticamente activos, en particular en la administración desde el interior del cuerpo de manera controlada de fármacos o cualquier sustancia terapéuticamente activa.

El objeto de la presente invención trata de un implante en hueso, dotado de límites porosos, para la liberación controlada de compuestos terapéuticamente activos, de uso en traumatología y cirugía ortopédica, adaptado para liberar un compuesto terapéuticamente activo contenido en su interior de manera controlada y duradera en el tiempo. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen en el mercado implantes o dispositivos médicos huecos que liberan un fármaco contenido en su interior. Dicha liberación de fármaco contenido como líquido en el interior del dispositivo puede realizarse desde una pequeña ventana de dicho dispositivo. A este respecto, el Journal of Controlled Reléase 2005, número 102, páginas 123-133 describe un dispositivo o implante dotado de una membrana nanoporosa. Comprende un portador cilindrico de metacrilato dotado con dos anillos de goma. Una membrana nanoporosa de 2x3 mm. está fijada sobre un pequeño agujero que atraviesa el portador por medio de silicona de propósito general que se deja curar a 55 Q C durante 3 horas para conseguir su fijación. El portador completo se inserta en un recipiente de titanio hasta que la membrana está totalmente alineada. En cada extremo del recipiente de titanio se sellan tapas de metacrilato, que contienen septa de goma liberable, empleando adhesivo de silicona y se dejan curar. El implante está orientado verticalmente, y se inserta una aguja de Luer-Lock del calibre 27 en el septa superior para su uso como entrada de aire. Una suspensión líquida farmacológica se inyecta lentamente en el implante a través del septa inferior hasta que se elimina todo el aire del interior del implante, tal como se indica por la exudación de líquido desde la aguja. Las agujas se eliminan bajo presión para evitar entrada de aire. Los implantes se enjuagan por inmersión antes de su disposición en un recipiente de control o en la implantación quirúrgica.

Asimismo, son conocidos implantes u otros modelos mecánicos perforados que liberan un fármaco previamente encapsulado en un polímero. A este respecto, en el FASEB Journal 2008, número 22, páginas 1 -10, se describe un crecimiento óseo en vivo por medio de un implante de titanio con liberación de TGF-βΙ . Se elaboró un implante de titanio poroso. A continuación, placebo o TGF-βΙ encapsulados se introdujeron en una esponja de gelatina por presión negativa y se dispusieron en el implante de titanio poroso para su implante unicortical en el húmero de un conejo.

También son conocidas matrices porosas que liberan un fármaco encapsulado en su interior, tal como se desprende del Journal of the Chemical Society, Dalton Translations, 2006, páginas 521 1 -5220. El problema técnico que se desea resolver trata de describir un implante en hueso dotado de límites porosos para la liberación de un compuesto terapéuticamente activo capaz de liberar de manera controlada y duradera en el tiempo dicho compuesto farmacológico que está contenido en su interior.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve el problema técnico planteado por medio de un implante en hueso dotado de límites porosos para la liberación controlada de un compuesto terapéuticamente activo, preferentemente un tornillo percutáneo o un clavo centromedular, que comprende un portador hueco, preferentemente de forma cilindrica, fabricado en un material poroso, o al menos con algunas zonas porosas, preferentemente un metal adecuado para su implante en el interior de un cuerpo humano o animal, tal como acero o titanio, por ejemplo.

En el interior del portador se encuentra dispuesto un material de relleno. El material de relleno es un material inorgánico nanoporoso de sílice de poros ordenados, preferentemente iguales. Existe la posibilidad de que el material de relleno consista tanto en un lecho fijo compuesto de micropartículas como en una película continua a modo de membrana. Un ejemplo de material nanoporoso es sílice mesoporosa, preferentemente uno de los materiales seleccionados entre MCM-41 , MCM-48, y SBA-15. Dicho material de relleno ocupa parcialmente el espacio interior del portador, denominado cámara primaria.

En el interior de los poros del material de relleno se encuentra adsorbido un compuesto terapéuticamente activo, tal como un fármaco, una proteína, un plásmido, etc. El caso de un fármaco es especialmente preferido. Un tipo preferido de compuesto farmacológico susceptible de ser adsorbido en dichos poros son los antibióticos, por ejemplo Linezolid (Zyvoxid ®).

Mediante el empleo del implante de la presente invención se consigue un control exhaustivo del perfil de liberación del compuesto terapéuticamente activo contenido, debido a que existen dos barreras físicas a la liberación del compuesto terapéuticamente activo. En efecto, las partículas de compuesto terapéuticamente activo adsorbidas en los poros del material mesoporoso de relleno son liberadas en primer lugar hacia la cámara primaria por difusión y, a continuación, acceden a través de los poros de la pared porosa del portador hacia el flujo sanguíneo.

El proceso cinético que regula la liberación de las partículas de compuesto terapéuticamente activo hacia el interior de la cámara primaria depende de las características de las partículas (diámetro, porosidad, densidad de empaquetamiento), así como de la concentración de dichas partículas en el interior de la cámara primaria. La cinética de la liberación hacia el exterior de la cámara primaria depende de la concentración a ambos lados de la pared porosa del portador, y de las características de dicha pared porosa del portador, tales como área de permeación, espesor, porosidad. Definiendo adecuadamente las características del empaquetamiento en la cámara primaria y las características de permeación en las ventanas correspondientes, es posible regular independientemente las cinéticas asociadas a la liberación desde el material poroso hacia la cámara primaria y la liberación hacia el exterior de la cámara primaria.

La ventaja de tener el compuesto terapéuticamente activo adsorbido en el interior de los poros del material de relleno (distribución intra) respecto a la distribución entre los poros (distribución ínter) se relaciona con la necesidad de proteger el compuesto terapéuticamente activo frente a la degradación por acción química o enzimática (nucleasas, proteasas, etc), así como con la necesidad de minimizar la incidencia de la liberación súbita (burst reléase) que a menudo se asocia a los compuestos adsorbidos en la superficie externa de los materiales. El hecho de seleccionar materiales de relleno con poros ordenados permite un mejor control del proceso de liberación, con respecto a la situación en el que el material tiene una amplia distribución. La degradación de un material orgánico biodegradable es vía erosión de la matriz y, por tanto, los perfiles de liberación son difíciles de reproducir. Puesto que la invención no contempla el uso de materiales biodegradables, la matriz encapsuladora (el portador) permanece inalterada en los procesos de carga de compuesto terapéuticamente activo en el material de relleno y de liberación de dicho material terapéuticamente activo.

La invención permite presentar diferentes tamaños de portadores y, por tanto, de implantes en hueso para la liberación del compuesto terapéuticamente activo, en función de la dosis de compuesto terapéuticamente activo necesaria en cada caso.

Según una reivindicación preferida de la invención, el portador comprende una parte porosa y una parte no porosa, existiendo en la parte no porosa una ventana sellada con un material inorgánico nanoporoso, preferentemente con zeolita. Dicha ventana está en contacto con la cámara primaria. Desde dicha cámara primaria el compuesto terapéuticamente activo se puede difundir hacia el exterior del portador a través de la ventana sellada, según una liberación controlada. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista en sección longitudinal de la primera realización de la invención.

Figura 2.- Muestra una vista ampliada del interior del material de relleno donde se aprecian los poros y las partículas de compuesto terapéuticamente activo adsorbidas en los dichos poros.

Figura 3.- Muestra la liberación de una disolución hospitalaria (línea

A) comercial de linezolid® desde el interior del portador a través de la pared porosa.

Figura 4.- Muestra la liberación de linezolid® (línea B) desde un lecho de material de relleno MCM48.

Figura 5.- Muestra la diferencia entre la liberación de linezolid® desde un portador cargado con disolución hospitalaria (línea A) y desde un portador cargado con un conjunto de material de relleno más fármaco (línea

B) .

Figura 6.- Muestra una comparación entre las concentraciones de linezolid® alcanzadas por partículas de 400 nm. (línea C1 ) respecto de partículas de 1500 nm. (línea D1 ) en 50 mi. de SBF a 37 Q C. Figura 7.- Muestra una comparación entre flujos de linezolid® desde partículas de 400 nm. (C2) y de 1500 nm. (D2) en 50 mi. de SBF a 37

°-C.

Figura 8.- Muestra una comparación de cuatro de las formas de liberación estudiadas (líneas A, B, C1 y D1 ).

Figura 9.- Muestra una vista en sección longitudinal de la tercera realización de la invención.

REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN

PRIMERA REALIZACIÓN PREFERENTE

En una primera realización preferente de la invención se describe, con ayuda de las figuras 1 y 2, un implante (1 ) en hueso para la liberación de un compuesto terapéuticamente activo (5), según un tornillo percutáneo. Tal como se aprecia en la figura 1 , el implante (1 ) comprende un portador (2) de acero en forma de cilindro hueco, de pared (6) porosa en cuyo interior se define una cámara primaria (3).

En parte de la cámara primaria (3) se encuentra distribuido un lecho de material de relleno (4) del tipo sílice mesoporosa MCM-41 , con poros (7) (ver figura 2) ordenados e iguales de tamaño nanométrico.

En el interior de los poros (7) del material de relleno (4) se encuentra adsorbido un compuesto terapéuticamente activo (5) de tipo fármaco, que puede ser liberado por difusión desde el material de relleno (4) hasta la cámara primaria (3) en un primer paso, y hacia el exterior de la cámara primaria (3) a través de la pared (6) porosa del portador (2).

Como se acaba de mencionar, existen dos barreras físicas a la liberación del compuesto terapéuticamente activo (5): En primer lugar, está la relación entre las características del propio compuesto terapéuticamente activo (5) y del material de relleno (4) y, en segundo lugar, está la pared (6) porosa del portador (2).

Los factores que regulan la difusión entre el material de relleno (5) y la cámara primaria (3) son el diámetro de las partículas de compuesto terapéuticamente activo (5), así como del diámetro de los poros (7) y de la densidad de empaquetamiento del material de relleno (4), además de la concentración de dichas partículas en el interior de la cámara primaria (3). Los factores que regulan la liberación de las partículas de compuesto terapéuticamente activo (5) a través de la pared (4) porosa son la concentración de dichas partículas a ambos lados de la pared (6) porosa y las características de dicha pared (6) porosa, como son área de permeación, espesor y porosidad del material de la pared (6) porosa.

La invención permite el control de la difusión a hacia la cámara primaria (3) y de la liberación a través de la pared (6) porosa de manera independiente, proporcionando un control del perfil de liberación más personalizado a las necesidades de cada caso concreto.

SEGUNDA REALIZACIÓN PREFERENTE

En una segunda realización preferente se comparan los resultados de una liberación de fármaco (5) dispuesto directamente en disolución en el interior de un portador (2) respecto de una liberación empleando un material de relleno (3) en el que está adsorbido el fármaco (5).

El sistema experimental empleado para el estudio de la liberación de fármaco (5) comprende:

- una pluralidad de portadores (2) cilindricos huecos de acero poroso, a modo de tornillos percutáneos, de longitud igual a 2.7 cm. y de diámetros interior igual 0.24 cm. y exterior igual a 0.67 cm.,

- una disolución hospitalaria de fármaco (5) linezolid® de concentración 2mg/ml.,

- un conjunto de material de relleno (4) poroso más fármaco (5) linezolid®,

- un vaso de precipitados de 50 mi.,

- 50 mi. de SBF (fluido biológico simulado), y

- un espectrofotómetro de UV-visible.

En el interior de los portadores (2) se introduce la disolución hospitalaria o el conjunto de material de relleno (4) poroso más fármaco (5). El material de relleno (4) empleado es sílice mesoporosa tipo MCM-48. El portador (2) con la disolución hospitalaria o con el conjunto material de relleno

(4) más fármaco (5) se introduce en 50 mi. de SBF y se estudia la liberación del fármaco (5) en función del tiempo por medio del espectrofotómetro para cada uno de los casos: portador (2) con disolución o portador (2) con conjunto material de relleno (4) más fármaco (5). En la figura 3 se representa como línea A la liberación del fármaco (5) desde la disolución hospitalaria hasta el FBS.

En la mencionada figura 3 se aprecia que casi la totalidad del fármaco (5) es liberado en las tres primeras horas del ensayo. En este ejemplo el fármaco (5) como líquido está llenando la totalidad de la cámara primaria (3).

En la figura 4 se muestra un ejemplo de la regulación en la velocidad de liberación de fármaco que puede obtenerse al introducir un relleno en cuyos poros se ha cargado la molécula que se desea liberar. La línea B de la figura muestra la liberación de fármaco (5) desde un material de relleno (4) MCM-48 cargado previamente con linezolid®. En este caso, se pone previamente en contacto el material de relleno (4) con la solución hospitalaria, quedando los poros (7) del material rellenos de dicho fármaco (5). Dentro del portador (2) se introducen 37.6 mg. con un 6.17% en peso de linezolid®.

En la figura 4, al contrario que en la figura 3, se puede observar que la liberación no es instantánea y que existe por tanto un período de estabilización del sistema hasta que comienza la liberación de linezolid® de unas dos horas, que corresponde al tiempo que tarda el agua en entrar en los poros (7) del material de relleno, y arrastrar el linezolid® que se difunde desde los poros (7) del material de relleno (4) hacia el exterior del portador (2). Este período de estabilización se observa para todos los experimentos realizados y puede modularse seleccionando las características del relleno utilizado (tamaño de poros, tamaño de partícula, grado de empaquetamiento).

La figura 5 muestra un ejemplo que ilustra la diferencia en liberación de fármaco (5) desde un portador (2) cargado con disolución hospitalaria (línea A) y desde otro portador (2) cargado con el conjunto material de relleno (4) más fármaco (5) (línea B). Tal como se observa a la vista de la figura 5, se ha conseguido ralentizar la liberación del linezolid® sólo con adsorberlo en un lecho de material de relleno (4) mesoporoso. Se ha conseguido controlar el perfil y cinética de liberación del fármaco (5) pre-adsorbido en dicho material de relleno (4) poroso.

Se llevó a cabo otro estudio en el que se preparó el mismo material de relleno (4) MCM48 con distintos tamaño de partícula (400 nm. y 1500 nm.) y se realizó un estudio de la liberación de Linezolid®. En este caso, se controló el perfil de liberación usando distintos tamaños de partículas adsorbentes. El resultado se muestra en las figuras 6 y 7.

Se observa que las partículas de 400 nm. (línea C1 ) son capaces de cargar más Linezolid® (8,02 % en peso) frente a las de 1500 nm. (línea D1 ) (5,71 % en peso) a la vez que liberan mayor cantidad de fármaco (5). Pero por el contrario, comparando la proporción de Linezolid® liberada respecto de la cantidad que han sido capaz de adsorber, lo que se observa es que las partículas de mayor tamaño (línea D2) presentan una relación más alta, que las de menor tamaño (línea C2) según se muestra en la figura 7.

Una característica común en todas las gráficas excepto en la gráfica 7 (disolución hospitalaria) es que la pendiente de máxima liberación dura hasta aproximadamente las 50 horas de experimento.

Por último, comparando cuatro de las formas de liberación estudiadas según líneas A, B, C1 y D1 , se obtiene la figura 8, donde se puede observar que la liberación más rápida de todas es aquella en la que se introdujo en el portador (2) la disolución hospitalaria de linezolid®, en apenas 3 horas se ha liberado prácticamente el 100 % del fármaco (5), mientras que se consigue que la liberación de Linezolid® sea mucho más lenta introduciendo el Linezolid® en el interior de los poros (7) del material de relleno (4) CM48. La liberación más rápida se alarga en estos casos hasta las 50 horas, seguida de una liberación más lenta. En los tres casos en los que el fármaco (5) está cargado en el material de relleno (4) poroso, existe un periodo de inducción hasta que el fármaco (5) empieza a difundirse al exterior de unas 2 horas, periodo que no existe para el caso de la disolución hospitalaria. Con estos ejemplos se pretende demostrar que es posible controlar la cinética de liberación de un fármaco (5) previamente adsorbido en los poros (7) de un material de relleno (4) silíceo.

TERCERA REALIZACIÓN PREFERIDA

La figura 9 muestra una vista en sección de la tercera realización preferida, donde se aprecia un implante (1 ) en hueso para la liberación de un compuesto terapéuticamente activo (5), (ver figura 2). El implante (1 ) comprende un portador (2) de acero en forma de cilindro hueco, en cuyo interior se define una cámara primaria (3).

En el interior de la cámara primaria (3) se encuentra distribuido un lecho de material de relleno (4) del tipo sílice mesoporosa MCM-41 , con poros (7) (ver figura 2) ordenados e iguales de tamaño nanométrico.

El portador (2) posee una pared (6) en la que existe una ventana (8) que se comunica con la cámara primaria (3). Dicha ventana (8) está sellada con una membrana (9) de zeolita. En el interior de los poros (7) del material de relleno (4) se encuentra adsorbido un compuesto terapéuticamente activo (5) de tipo fármaco, que puede ser liberado por difusión desde el material de relleno (4) hasta la cámara primaria (3) en un primer paso, y hacia el exterior de la cámara primaria (3) a través de la membrana (9).