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Title:
METALLO-ORGANIC SYSTEM FOR THE ENCAPSULATION AND RELEASE OF COMPOUNDS OF INTEREST, METHOD FOR OBTAINING SAME AND USES THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/133229
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention describes a metallo-organic system that includes: a metal ion salt or complex; at least one organic ligand; and a substance of interest to be encapsulated, belonging to the group comprising a biological entity, a drug, a vaccine, a diagnostic contrast agent, a marker, an organic compound, an inorganic compound, a metallo-organic compound or a nanomaterial or nanodevices. Also described is the method for obtaining same and the uses thereof for the release and/or protection and/or storage of said substances in the pharmaceutical, chemical, environmental, medical and industrial sectors.

Inventors:
RUIZ MOLINA DANIEL (ES)
MASPOCH COMAMALA DANIEL (ES)
IMAZ GABILONDO INHAR (ES)
Application Number:
ES2009/070128
Publication Date:
November 05, 2009
Filing Date:
April 29, 2009
Export Citation:
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Assignee:
CONSEJO SUPERIOR INVESTIGACION (ES)
INST CATALA DE NANOTECNOLOGIA (ES)
RUIZ MOLINA DANIEL (ES)
MASPOCH COMAMALA DANIEL (ES)
IMAZ GABILONDO INHAR (ES)
International Classes:
C07F3/06; A61K9/51; A61K47/24; A61K47/34; C07F19/00
Domestic Patent References:
WO2007053181A22007-05-10
Foreign References:
FR2921661A12009-04-03
CA2648222A12007-10-25
Other References:
I.IMAZ ET AL.: "Metal-organic spheres as functional systems for guest encapsulation", ANGEW. CHEM. INT. ED., vol. 48, no. 13, 2009, pages 2325 - 2329, XP008143884
P. HORCAJADA ET AL.: "Flexible porous metal-organic frameworks for a controlled drug delivery", JACS, vol. 130, 2008, pages 6774 - 6780, XP008143878
N. R. CHAMPNESS: "Coordination polymers: From metal-organic frameworks to spheres", ANGEW. CHEM. INT. ED., vol. 48, no. 19, 2009, pages 2274 - 2275, XP008143883
P. HORCAJADA ET AL.: "Metal-organic frameworks as efficient materials for drug delivery", ANGEW. CHEM. INT. ED., vol. 45, no. 36, 2006, pages 5974 - 5978, XP002476583
W. J. RIETER ET AL.: "Surface modification and functionalization of nanoscale metal-organic frameworks for controlled release and luminescence sensing", JACS, vol. 129, no. 32, 2007, pages 9852 - 9853, XP008143882
See also references of EP 2275426A4
X. SUN; S. DONG; E. WANG, J. AM. CHEM. SOC., vol. 127, 2005, pages 13102
E. CORONADO; J. R. GAIAN-MASCAROS; M. MONRABAL-CAPILLA; J. GARCIA-MARTINEZ; P. PARDO-IBANEZ, ADV.25 MATER., vol. 25, no. 19, 2007, pages 1359
W. J. RIETER; K. M. L. TAYLOR; H. AN; W. LIN; W. LIN, J. AM. CHEM. SOC., vol. 128, 2006, pages 9024
ANGEWANDTE CHEMIE INTERNACIONAL EDITION, vol. 47, 2008, pages 1857
P. K. DHAL; F. H. ARNOLD, MACROMOLECULES, vol. 25, 1992, pages 7051
Attorney, Agent or Firm:
PONS ARIÑO, Ángel (ES)
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Claims:

REIVINDICACIONES

1.- Sistema metalorgánico caracterizado porque comprende: a) una sal o complejo de un ion metálico seleccionado de entre metales de Ia serie de transición, de Ia familia de las tierras raras, aluminio o galio, b) al menos, un ligando orgánico, y c) una sustancia seleccionada del grupo que comprende: una entidad biológica, un fármaco, una vacuna, un agente de contraste de diagnóstico, un marcador, un compuesto orgánico, un compuesto inorgánico, un compuesto metalorgánico o un nanomaterial,

encontrándose Ia sustancia (c) encapsulada por las dos primeras (a) y (b).

2.- Sistema metalorgánico según Ia reivindicación 1 , donde el ion metálico de Ia sal o complejo se selecciona de Ia lista que comprende zinc, cobre, hierro, cadmio, manganeso, níquel, cobalto, gadolinio, europio, terbio, uranio, aluminio o galio.

3.- Sistema metalorgánico según cualquiera de Ia reivindicación 1 o 2, donde el complejo del ion metálico es Zn(NO 3 ) 2 -6H 2 O.

A - Sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 donde el ligando orgánico es un compuesto orgánico con uno o más grupos funcionales, donde el/los grupo/s funcional/es se seleccionan de Ia lista que comprende ácidos carboxílicos, grupos fosfóricos, alcoholes, tioles, aminas, catecoles y cualquier grupo funcional derivado del nitrógeno.

5.- Sistema metalorgánico según Ia reivindicación 4, donde el ligando orgánico es 1 ,4-bis(imidazol-1-ylmetil)benzeno (Bix).

6.- Sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque Ia sustancia encapsulada es una entidad biológica seleccionada de Ia lista que comprende una bacteria, un virus, una célula eucariota, una proteína, un anticuerpo, azúcares, ADN o RNA.

7. -Sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde Ia sustancia encapsulada es un nanomaterial seleccionado de Ia lista que comprende nanopartículas, nanotubos, nanohilos, nanocristales o nanodispositivos.

8.- Sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se encuentra funcionalizado en su superficie exterior con otra especie o sustancia.

9.- Sistema metalorgánico según Ia reivindicación 8, donde Ia especie o sustancia se selecciona del grupo que comprende un anticuerpo, una bacteria, un virus, una célula, una proteína, un azúcar, ADN, un fármaco, una droga, un compuesto orgánico, un compuesto fluorescente, un compuesto inorgánico, un compuesto metalorgánico o un nanomaterial.

10.- Procedimiento de obtención del sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) adición de los distintos elementos - sal o complejo de un ion metálico, ligando orgánico y sustancia a encapsular - a una solución de reacción, Ia cual se encuentra en agitación, b) agitación de Ia solución de mezcla obtenida en (a), y c) separación de los sistemas metalorgánicos obtenidos en (b),

donde el sistema metalorgánico resultante de Ia mezcla de Ia sal o complejo de un ion metálico y el ligando orgánico adicionados en el paso (a) son insolubles en Ia solución de reacción.

11.- Procedimiento según Ia reivindicación 10, donde el paso (a) se lleva a cabo mediante Ia adición de una sal o complejo de un ion metálico a una solución que contiene uno o varios ligandos orgánicos y Ia sustancia a encapsular o viceversa.

12.- Procedimiento según Ia reivindicación 10, donde el paso (a) se lleva a cabo mediante Ia adición de uno o varios ligandos orgánicos dentro de Ia solución que contiene Ia sal o complejo de un ion metálico y Ia sustancia a encapsular o vicerversa.

13.- Procedimiento según Ia reivindicación 10, donde Ia sustancia a encapsular se adiciona en el paso (a) a una solución que contiene Ia sal o complejo de un ion metálico y uno o varios ligandos orgánicos o vicerversa.

14.- Procedimiento según Ia reivindicación 10, donde Ia adición del paso (a) se lleva a cabo mediante Ia adición de Ia sal o complejo de un ion metálico, ligando orgánico y sustancia de interés a un disolvente en donde el sistema metalorgánico sea insoluble o viceversa.

15.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, donde Ia agitación del paso (b) se realiza mediante a temperatura ambiente.

16.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, donde Ia separación del paso (c) se realiza mediante centrifugación y su redispersión posterior.

17.- Uso del sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, para Ia liberación y/o protección y/o almacenamiento y/o variar las propiedades de las sustancias encapsuladas.

18.- Uso del sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, para Ia elaboración de un medicamento o composición farmacéutica diagnóstica o terapéutica.

19.- Composición farmacéutica diagnóstica o terapéutica caracterizada porque comprende el sistema metalorgánico según las reivindicaciones 1 a 9.

20.- Uso del sistema metalorgánico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, para Ia elaboración de catalizadores, de sensores, agentes de contraste, biomarcadores, semiconductores magnéticos o dispositivos para grabación magnética.

Description:

SISTEMA METALORGáNICO DE ENCAPSULAMIENTO Y LIBERACIóN DE COMPUESTOS DE INTERéS, PROCEDIMIENTO DE OBTENCIóN Y SUS APLICACIONES

SECTOR DE LA TéCNICA

La presente invención se enmarca en el área científico-técnica de Ia Nanotecnología, Biotecnología, Medicina, Ciencia de los Materiales y Química dentro del sector de Ia fabricación, encapsulación y funcionalización de sistemas metalorgánicos.

ESTADO DE LA TéCNICA

El descubrimiento de nuevos sistemas que permiten el encapsulamiento de otras sustancias es uno de los retos científicos más actuales debido a

Ia gran variedad de aplicaciones en sectores tan dispares como el farmacéutico, el médico o el medioambiental que presentan estos sistemas. En Ia actualidad existen básicamente seis clases de sistemas que sirven para Ia encapsulación de otras sustancias. Dichos sistemas son los dendrímeros, las micro y nanopartículas de polímeros orgánicos, los liposomas, las micelas de fosfolípidos, las ciclodextrinas y las nanopartículas de carbono.

Hasta ahora, dichos sistemas han sido utilizados para encapsular un gran número y amplia variedad de sustancias. Por ejemplo, Ia encapsulación de partículas magnéticas en micropartículas de polímeros orgánicos ha creado nuevos sistemas para Ia grabación magnética. Así mismo, sistemas donde se han encapsulado moléculas que experimentan cambios con algún estímulo se han utilizado como sensores.

Uno de los sectores donde Ia micro- y nanoencapsulación ha experimentado un mayor auge ha sido en el médico y farmacéutico. En efecto, Ia encapsulación de fármacos, drogas, genes o cualquier otro elemento biológico y su posterior liberación controlada en lugares del cuerpo específicos están teniendo un gran impacto en áreas tan diversas como Ia cardiología, oncología, endocrinología, inmunología, etc. Estos sistemas presentan toda una serie de ventajas en comparación con los procesos convencionales de administración de fármacos porque 1 ) limitan los efectos secundarios debido a Ia liberación selectiva del fármaco en zonas específicas a tratar; 2) reducen Ia cantidad necesaria de fármaco; 3) mantienen de manera prolongada los niveles de fármaco; 4) facilitan Ia administración de los fármacos; y 5) aumentan Ia solubilidad de los fármacos. Todas estas ventajas están propiciando que estos sistemas ya se estén usando con éxito en el tratamiento de enfermedades como el cáncer y problemas pulmonares. Debido a su importancia, dichos sistemas están teniendo una gran repercusión en Ia economía mundial. Por ejemplo, Ia venta de estos sistemas en los Estados Unidos permitió una facturación de $54.2 billones en 2004, $64.1 billones en 2005 y $67.7 billones en 2006. Este aumento de las ganancias así como Ia posibilidad de curar enfermedades hasta ahora mortales ha iniciado una carrera muy prometedora hacia el desarrollo y mejora de los sistemas de encapsulación y liberación de fármacos más conocidos (liposomas, dendrímeros y micropartículas poliméricas) y hacia el descubrimiento de nuevos sistemas.

Por otro lado, en los últimos años, los materiales metalorgánicos y más concretamente los polímeros de coordinación macrocristalinos han mostrado una gran variedad de propiedades (por ej. porosidad, magnetismo, electrónica, fluorescencia, etc.) y aplicaciones (por ej. intercambio de iones, absorción, sensores, etc.). Debido a Ia gran variedad de geometrías y propiedades exhibidas por estos materiales y el número

casi ilimitado de ligandos orgánicos y/o iones metálicos empleados, se pueden diseñar y preparar materiales metalorgánicos de composiciones, dimensiones, morfologías y propiedades deseadas. Por este motivo, no es de extrañar Ia reciente aparición de nuevas tendencias centradas hacia Ia miniaturización de estos materiales a escalas micro- y nanométricas.

La síntesis de unas partículas esféricas metalorgánicas formadas a partir de Ia polimerización coordinativa infinita de iones metálicos unidos por ligandos orgánicos se describe en Ia solicitud internacional WO2007053181. Estas partículas eran sintetizadas exclusivamente con iones metálicos (Zn, Cu, Mn, Pb, Ni, Co, Cd, y Cr) y ligando tipo bases de Schiff, Ia síntesis consiste primero en mezclar una sal metálica con fórmula M(O 2 CCH 3 ) y (M = Zn, Cu, Mn, Pb, Ni, Co, Cd y Cr) y un complejo metálico pre-sintetizado y finalmente precipitar las partículas metalorgánicas mediante un disolvente no polar (pentano, éter etílico, tolueno, hexano y benceno). El grupo del Prof. Wang publicó también Ia síntesis de partículas metalorgánicas utilizando una metodología muy similar [X. Sun, S. Dong, E. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13102]. Nuevas partículas metalorgánicas se sintetizaron mezclando H 2 PtCIe (fuente del ion metálico) y Ia p-phenylenediamina (ligando orgánico) en agua. Además, se publicó una nueva ruta sintética para Ia obtención de partículas metalorgánicas formadas a partir de Ia polimerización coordinativa infinita de iones metálicos unidos por ligandos orgánicos [E. Coronado, J. R. Galán- Mascaros, M. Monrabal-Capilla, J. García-Martínez, P. Pardo-lbañez, Adv. Mater. 2007, 19, 1359; W. J. Rieter, K. M. L. Taylor, H. An, W. Lin, W. Lin, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9024]. Estas partículas formadas por iones de Fe y ligandos triazol o iones de Gd y un ligando dicarboxílico se sintetizaron utilizando Ia técnica de micelas reversas o basada en microemulsiones.

Sin embargo, hasta Ia fecha no se ha descrito el uso de estas partículas metolorgánicas como encapsuladores o transportadores de otras sustancias.

DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN Descripción Breve

Un aspecto de Ia invención se refiere a un sistema metalorgánico, en adelante sistema metalorgánico de Ia invención, que comprende: a) una sal o complejo de un ion metálico, perteneciente al siguiente grupo: iones metálicos de Ia serie de transición, preferentemente, zinc, cobre, hierro, cadmio, manganeso, níquel y cobalto, y de Ia familia de las tierras raras, preferentemente, gadolinio, europio, terbio y uranio, aluminio y galio. b) al menos, un ligando orgánico, c) y una sustancia de interés a encapsular, perteneciente al siguiente grupo: una entidad biológica, fármaco, una vacuna, un agente de contraste de diagnóstico, un marcador compuesto orgánico, compuesto inorgánico, compuesto metalorgánico o nanomaterial (nanopartículas, nanotubos, nanhilos, nanocristales) o nanodispositivos, encontrándose esta última englobada por las dos primeras.

Una realización preferida de Ia invención comprende un sistema metalorgánico donde el complejo de un ion metálico es Zn(Nθ3)2-6H2θ.

Otra realización preferida de Ia invención comprende un sistema metalorgánico donde el ligando orgánico es 1 ,4-bis(imidazol-1- ylmetil)benzeno (Bix).

Otra realización más preferida de Ia invención comprende un sistema metalorgánico donde el ligando orgánico es 1 ,4-bis(imidazol-1-

ylmetil)benzeno (Bix) y el complejo de un ion metálico es Zn(NOs) 2 ^H 2 O (Ejemplos 1 , 2, 3 y 4).

Otra realización preferida de Ia invención comprende el sistema metalorgánico de Ia invención funcionalizado mediante una especie, por ejemplo un anticuerpo, una bacteria, un virus, una célula, una proteína, un azúcar, ADN, un fármaco, una droga, un compuesto orgánico, un compuesto fluorescente, un compuesto inorgánico, un compuesto metalorgánico o un nanomaterial (nanopartículas, nanotubos, nanohilos y nanocristales).

Otro aspecto de Ia invención se refiere a un procedimiento de obtención del sistema metalorgánico de Ia invención, en adelante procedimiento de Ia invención, que comprende las siguientes etapas: a) una etapa de adición de los distintos elementos - sal o complejo de un ion metálico, ligando orgánico y sustancia de interés - en una única solución de reacción, Ia cual se encuentra en agitación, y que puede ser llevada a cabo por una de las formas siguientes: i) Ia adición de una sal o complejo de un ion metálico a una solución que contiene uno o varios ligandos orgánicos y Ia sustancia de interés a encapsular o vicerversa -al añadir Ia sal o complejo de un ion metálico dentro de Ia solución que contiene uno o varios ligandos orgánicos se inicia Ia formación de Ia partícula metalorgánica que automáticamente encapsula Ia sustancia de interés que está presente en el medio de reacción (véase Ejemplo 1 ); ii) Ia adición de uno o varios ligandos orgánicos dentro de Ia solución que contiene Ia sal o complejo de un ion metálico y Ia sustancia de interés a encapsular o vicerversa (véase Ejemplo 3). iii) Ia sustancia de interés se adiciona a una solución que contiene Ia sal o complejo de un ion metálico y uno o varios ligandos orgánicos o vicerversa; o

iv) La adición de Ia sal o complejo de un ion metálico, ligando orgánico y sustancia de interés a un disolvente en donde el sistema metalorgánico sea insoluble o viceversa; b) agitación, por ejemplo mediante ultrasonidos de Ia solución de mezcla obtenida en a), preferentemente a temperatura ambiente, y c) separación de los sistemas metalorgánicos obtenidos en b) mediante centrifugación y su redispersión posterior.

Finalmente, otro aspecto de Ia invención se refiere al uso del sistema metalorgánico, funcionalizado o no, de Ia presente invención, para Ia liberación y/o protección y/o almacenamiento y/o variar las propiedades, por ejemplo, como aumentar su solubilidad o disminuir su toxicidad, de sustancias de interés.

Otro aspecto más de Ia invención se refiere al uso del sistema metalorgánico, funcionalizado o no, en Ia elaboración de un medicamento o composición farmacéutica diagnóstica o terapéutica. Y por ende, forma parte de Ia presente invención una composición farmacéutica que comprenda el sistema metalorgánico de Ia invención.

Otro aspecto más de Ia invención se refiere al uso del sistema metalorgánico, funcionalizado o no, en Ia elaboración de catalizadores, de sensores, agentes de contraste, biomarcadores, semiconductores magnéticos y de dispositivos para grabación magnética.

Descripción Detallada

La invención propuesta se centra en Ia descripción de un nuevo sistema metalorgánico de encapsulamiento de y liberación de sustancias activas así como procedimiento para Ia encapsulación de sustancias de diversa naturaleza (por ej. fármacos, partículas magnéticas, drogas, proteínas, etc.) en micro- y nanosistemas metalorgánicos.

La presente invención se basa en que los inventores han observado que es posible, sorprendentemente, Ia encapsulación de sustancias de interés formando un sistema metalorgánico cuando una sal o complejo de un ion metálico (sustancia A), uno o varios ligandos orgánicos (denominados B) y dicha sustancia de interés (C, entiéndase una sustancia o más sustancias a encapsular) se mezclan en un medio, mediante Ia formación inmediata de una partícula metalorgánica compuesta por A y B que encapsula C formada a partir de Ia polimerización coordinativa infinita, es decir, Ia unión de iones metálicos a través de los ligandos orgánicos (Esta unión es como en los polímeros orgánicos, infinita) - de iones metálicos unidos por ligandos orgánicos. Los sistemas metalorgánicos así obtenidos presentan un amplio rango de tamaño, entre 1 nm hasta 100 micrómetros, habiéndose obtenido con los ejemplos descritos un tamaño mínimo de 130 nm y preferentemente entre 150 nm y 5 mieras. Por otro lado, tal como se observa en Ia Figura 2, Ia sustancia de interés queda encapsulada y protegida en el interior del sistema metalorgánico obtenido, obteniéndose sistemas de formas esféricas muy bien definidas (Figura 2 y 3) Io que permite una fácil identificación y seguimiento de las mismas.

Hay que destacar, que hasta Ia fecha, se utilizaban procedimientos de conjugación de iones metálicos con ligandos orgánicos para fabricar compuestos metalorgánicos macroscópicos con aplicaciones en absorción, catálisis, intercambiadores de iones, sensores, magnetismo y óptica, pero nadie había llevado a cabo y comprobado que pudieran además formar micro- y nanocápsulas con el fin de encapsular y liberar compuestos de interés.

Además, se ha comprobado que uno de los requerimientos para que dicha metodología funcione es que Ia partícula metalorgánica compuesta por Ia sal o complejo de un ion metálico y uno o varios ligandos orgánicos tiene que ser insoluble en el medio de reacción porque Ia micropartícula se

genera por precipitación rápida, condición bastante común en Ia formación de partículas metalorgánicas [Chemically tailorable nanoparticles realized through metal-metalloligand coordination chemistry. C. A. Mirkin, M. Oh, B.-K. Oh, WO2007053181]. Si Ia sal o complejo de un ion metálico y el ligando orgánico son solubles en el medio de reacción final no se forman las micro- y nanopartículas.

El sistema metalorgánico de esta invención para Ia encapsulación y/o liberación de sustancias no sólo añade un nuevo sistema a los ya existentes - liposomas, partículas esféricas de polímeros orgánicos, micelas de fosfolípidos, ciclodextrinas, nanopartículas de carbono y dendrímeros- sino que permite Ia obtención de nuevos sistemas funcionales donde se combinan las propiedades propias de las partículas metalorgánicas (como porosidad, magnetismo, electrónica, fluorescencia, etc.) con las ventajas y aplicaciones que ofrece Ia encapsulación y las propiedades de las sustancias encapsuladas, ya sean fármacos, partículas magnéticas, drogas, proteínas, agentes de contraste de diagnóstico, vacunas, etc. A modo de ejemplo, con dicha invención se pueden obtener sistemas para su uso en Ia liberación de fármacos (véase Ejemplo 4), almacenamiento y/o protección de sustancias diversas, como sensores, biomarcadores, agentes de detección (véase Ejemplo 2), semiconductores magnéticos y Ia grabación magnética y, en consecuencia, con aplicaciones en sectores tan diversos como Ia medicina, Ia electrónica, Ia catálisis, medioambiental, etc.

Por tanto, un aspecto de Ia invención se refiere a un sistema metalorgánico, en adelante sistema metalorgánico de Ia invención, que comprende: a) una sal o complejo de un ion metálico, perteneciente al siguiente grupo: iones metálicos de Ia serie de transición, preferentemente, zinc, cobre, hierro, cadmio, manganeso, níquel y cobalto, y de Ia familia de las

tierras raras, preferentemente, gadolinio, europio, terbio y uranio, aluminio y galio. b) al menos, un ligando orgánico, y c) una sustancia de interés a encapsular, perteneciente al siguiente grupo: una entidad biológica, fármaco, una vacuna, un agente de contraste de diagnóstico, un marcador, compuesto orgánico, compuesto inorgánico, compuesto metalorgánico o nanomaterial (nanopartículas, nanotubos, nanohilos, nanocristales) o nanodispositivos, encontrándose esta última englobada por las dos primeras.

Tal como se utiliza en Ia presente invención el término "sal o complejo de un ion metálico" se refiere a iones metálicos de Ia serie de transición, por ejemplo, zinc (véase Ejemplos 1 , 2, 3 y 4), cobre, hierro, cadmio, manganeso, níquel y cobalto, de Ia familia de las tierras raras, por ejemplo, gadolinio, europio, terbio y uranio, aluminio y galio.

Tal como se utiliza en Ia presente invención el término "ligando orgánico" se refiere a un compuesto orgánico con uno o más grupos funcionales, donde el/los grupo/s funcional/es pueden ser ácidos carboxílicos, grupos fosfóricos, alcoholes, tioles, aminas, catecoles y cualquier grupo funcional derivado del nitrógeno, como por el ejemplo el Bix (Chemically tailorable nanoparticles realized through metal-metalloligand coordination chemistry. C. A. Mirkin, M. Oh, B.-K. Oh, WO2007053181 ).

Una realización preferida de Ia invención comprende un sistema metalorgánico donde el complejo de un ion metálico es Zn(Nθ3) 2 -6H 2 O.

Otra realización preferida de Ia invención comprende un sistema metalorgánico donde el ligando orgánico es 1 ,4-bis(imidazol-1- ylmetil)benzeno (Bix).

Una realización más preferida de Ia invención comprende un sistema metalorgánico donde el ligando orgánico es 1 ,4-bis(imidazol-1- ylmetil)benzeno (Bix) y el complejo de un ion metálico es Zn(Nθ3) 2 -6H 2 O (véase Ejemplos 1 , 2, 3 y 4).

Otra realización preferida de Ia invención comprende un sistema metalorgánico donde Ia entidad biológica a encapsular pertenece al siguiente grupo: bacteria, virus, célula eucariota, proteína, anticuerpo, azúcares, ADN y RNA.

Las nano- y microcápsulas o sistemas metalorgánicos descritos en Ia presente invención pueden presentar distintos tamaños, habiéndose alcanzado diámetros mínimos de 130 nm.

Por otro lado, para aplicaciones donde el reconocimiento específico de dianas biológicas sea necesario, el sistema metalorgánico de Ia invención puede ser funcionalizado en su superficie exterior con otra especie (sustancia), como por ejemplo un anticuerpo, para dirigir a dicho sistema a los tejidos diana, por ejemplo, células tumorales. En este sentido, Ia funcionalización del sistema metalorgánico de Ia invención puede realizarse mediante Ia adición de una solución de Ia especie que sirve para funcionalizar (por ejemplo, un anticuerpo, un compuesto fluorescente, etc.) dentro de Ia dispersión que contiene el sistema metalorgánico ya sintetizado. Mediante interacciones que pueden ser de tipo van der Waals, electrostáticas, de puentes de hidrógeno, tipo π-π, de coordinación o covalentes, dichas especies interaccionan con los sistemas metalorgánicos funcionalizando su superficie.

Otra realización preferida de Ia invención se refiere a un sistema metalorgánico de Ia invención funcionalizado mediante una especie, por ejemplo un anticuerpo, una bacteria, un virus, una célula, una proteína, un

azúcar, ADN, un fármaco, una droga, un compuesto orgánico, un compuesto fluorescente, un compuesto inorgánico, un compuesto metalorgánico o un nanomaterial (nanopartículas, nanotubos, nanohilos y nanocristales).

Otro aspecto de Ia invención se refiere a un procedimiento de obtención del sistema metalorgánico de Ia invención, en adelante procedimiento de Ia invención, que comprende las siguientes etapas: a) una etapa de adición de los distintos elementos - sal o complejo de un ion metálico, ligando orgánico y sustancia de interés - en una única solución de reacción, Ia cual se encuentra en agitación, y que puede ser llevada a cabo por una de las formas siguientes: i) Ia adición de una sal o complejo de un ion metálico a una solución que contiene uno o varios ligandos orgánicos y Ia sustancia de interés a encapsular o vicerversa -al añadir Ia sal o complejo de un ion metálico dentro de Ia solución que contiene uno o varios ligandos orgánicos se inicia Ia formación de Ia partícula metalorgánica que automáticamente encapsula Ia sustancia de interés que está presente en el medio de reacción (véase Ejemplo 1 ); ii) Ia adición de uno o varios ligandos orgánicos dentro de Ia solución que contiene Ia sal o complejo de un ion metálico y Ia sustancia de interés a encapsular o vicerversa (véase Ejemplo 3). iii) Ia sustancia de interés se adiciona a una solución que contiene Ia sal o complejo de un ion metálico y uno o varios ligandos orgánicos o vicerversa; o iv) La adición de Ia sal o complejo de un ion metálico, ligando orgánico y sustancia de interés a un disolvente en donde el sistema metalorgánico sea insoluble o viceversa; b) agitación, que se puede realizar por cualquier método conocido por un experto en Ia materia, por ejemplo mediante ultrasonidos o

agitación mecánica de Ia solución de mezcla obtenida en a), preferentemente a temperatura ambiente, y c) separación de los sistemas metalorgánicos obtenidos en b) mediante cualquier método conocido por un experto en Ia materia, como por ejemplo centrifugación, separación de fases, filtración, atracción mediante estímulos externos o precipitación y su redispersión posterior.

El tamaño de estos sistemas metalorgánicos se puede controlar variando las condiciones de reacción, por ejemplo, modulando las concentraciones de las soluciones (del metal y ligando orgánico) iniciales (véase Ejemplo 6). Por otro lado, también se podría modular las dimensiones controlando Ia velocidad de adición de dichas soluciones. Estas pautas en general son:

- Mayor velocidad de adición, más pequeñas son los sistemas metalorgánicas (véase partículas metalorgánicas sin encapsular están publicadas en Angewandte Chemie Internacional Edition 2008, 47, 1857)

- Mayor concentración generalmente conlleva obtener sistemas metalorgánicas más pequeños, a menor concentración, más grandes (véase Ejemplo 6, Figura 8).

De esta manera, en función del sistema metalorgánico de Ia invención concreto y del tamaño deseado, un experto medio en Ia materia y con Ia información suministrada en Ia presente invención podría diseñar fácilmente las condiciones de reacción adecuadas.

Entre los sectores a utilizar estos sistemas metalorgánicos, Ia medicina es el campo donde estas micro y nanocápsulas tienen más potencial debido a su capacidad de encapsular fármacos, vacunas, drogas, péptidos, proteínas o moléculas de ADN para luego liberarlas de manera controlada y precisa en tejidos o puntos específicos del cuerpo humano. Dentro de esta área, Ia invención aquí presentada permite Ia obtención de nuevos sistemas con ventajas respeto a los sistemas tradicionales. A modo de ejemplo, con el uso de iones metálicos de Ia familia de las tierras raras, se

obtienen partículas metalorgánicas que emiten fluorescencia a longitudes de onda superiores a 500 nm (límite por encima del cual las células, órganos y tejidos en general no emiten fluorescencia), y en las cuales se encapsulan las sustancias deseadas (véase Ejemplo 4 y Figura 5). En este caso, Ia fluorescencia intrínseca de las partículas metalorgánicas posibilita su seguimiento en el interior de organismos vivos durante el proceso de transporte en el organismo humano y durante Ia liberación de Ia sustancia o en células in vitro. Otro ejemplo práctico en dicho sector sería fármacos encapsulados en partículas metalorgánicas que actúan simultáneamente como agentes de contraste y sistemas avanzados de liberación de fármacos. Estas partículas, sintetizadas con iones tales como Gd(III) o Eu(III), permiten Ia detección, seguimiento y tratamiento simultaneo de enfermedades. Además, si dichas partículas se funcionalizan o sectorizan con el anticuerpo adecuado, el sistema final puede reconocer sitios específicos del cuerpo y así actuar sólo lugares particulares.

Finalmente, otro aspecto de Ia invención se refiere al uso del sistema metalorgánico, funcionalizado o no, de Ia presente invención, para Ia liberación y/o protección y/o almacenamiento y/o variar las propiedades, por ejemplo, como aumentar su solubilidad o disminuir su toxicidad, de sustancias de interés.

Otro aspecto más de Ia invención se refiere al uso del sistema metalorgánico, funcionalizado o no, en Ia elaboración de un medicamento o composición farmacéutica diagnóstica o terapéutica. Y por ende, forma parte de Ia presente invención una composición farmacéutica que comprenda el sistema metalorgánico de Ia invención.

Otro aspecto de Ia invención se refiere al uso del sistema metalorgánico, funcionalizado o no, en Ia elaboración de catalizadores, de sensores,

agentes de contraste, biomarcadores, semiconductores magnéticos y de dispositivos para grabación magnética.

A Io largo de Ia descripción y las reivindicaciones Ia palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en Ia materia, otros objetos, ventajas y características de Ia invención se desprenderán en parte de Ia descripción y en parte de Ia práctica de Ia invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de Ia presente invención.

DESCRIPCIóN DE LAS FIGURAS

Fig 1. muestra el esquema descriptivo del proceso de formación del sistema metalorgánico de Ia invención que encapsula sustancias. La encapsulación se produce cuando Ia especie a encapsular (C) está presente en el medio donde se realiza Ia fabricación de los sistemas metalorgánicos sintetizados mediante un proceso donde se mezcla un ion metálico (A) y un ligando orgánico (C).

Fig 2. muestra las imágenes obtenidas por microscopía de transmisión electrónica de las nanopartículas magnéticas de Fβ3θ 4 (20 nm de diámetro medio; Fluka) encapsuladas en el interior del sistema metalorgánico. Las imágenes se han obtenido utilizando un microscopio de transmisión electrónica JEOL TEM 2010F. Se incluyen barras blancas como referencia de tamaño.

Fig 3. muestra imágenes de microscopía fluorescente del sistema metalorgánico de Ia invención con moléculas orgánicas fluorescentes encapsuladas (fluoresceína (Fluka) en verde y de Ia Rodamina-B en rojo

(Sigma-Aldrich)). Ambas imágenes han sido adquiridas utilizando un

microscopio óptico AxioObserver Z1 M (Zeiss Microscope). En Ia parte inferior se muestra el correspondiente espectro de emisión de fluorescencia (línea verde) que demuestra una forma muy similar a Ia de las especies encapsuladas en estado libre (línea roja). Dichos espectros han sido adquiridos mediante un equipo fluorímetro de Applied Photophysics con un láser pulsado de Quantel, y demuestran que las sustancias encapsuladas no son modificadas durante el proceso de encapsulación.

Fig 4. muestra una imagen de microscopía fluorescente del sistema metalorgánico de Ia invención con fluoresceína (Fluka) encapsulada sintetizado según el método versión ii del procedimiento de Ia invención. Dicha imagen ha sido adquirida utilizando un microscopio óptico AxioObserver Z 1 M (Zeiss Microscope).

Fig 5. muestra en el lado izquierdo imágenes de microscopía de rastreo (esquina izquierda de Ia imagen) y de fluorescencia del sistema metalorgánico donde se ha encapsulado el fármaco antitumoral doxorubicina. En Ia parte derecha se muestra el correspondiente espectro de emisión de fluorescencia donde se observa que Ia doxorubicina no ha sido modificada durante el proceso de encapsulación (línea negra -DOXO en PBS- vs línea roja-DOXO encapsulada). La imagen de rastreo y Ia de fluorescencia han sido tomadas utilizando respectivamente un microscopio de rastreo Hitachi S-570 y un microscopio óptico AxioObserver Z1 M (Zeiss Microscope). Las intensidades de fluorescencia han sido adquiridas mediante un equipo fluorímetro de Applied Photophysics con un láser pulsado de Quantel.

Fig 6. muestra el seguimiento por fluorescencia de Ia liberación de doxorubicina desde el sistema metalorgánico donde se ha encapsulado previamente Ia doxorubicina. En el interior de Ia figura se muestra un

esquema ilustrativo del proceso de liberación de fármacos en dicho sistema metalorgánico. El espectro de emisión de fluorescencia ha sido adquirido mediante un equipo fluorímetro de Applied Photophysics con un láser pulsado de Quantel.

Fig 7. muestra imágenes de microscopía fluorescente del sistema metalorgánico de Ia invención con fluoresceína (Fluka) encapsulada en verde (lado izquierdo imagen) y de Ia Rodamina-B (Sigma-Aldrich) funcionalizada en rojo (lado derecho imagen). Ambas imágenes han sido adquiridas utilizando un microscopio óptico AxioObserver Z1 M (Zeiss Microscope).

Fig 8. muestra una imagen de las medidas realizadas utilizando Ia técnica de dispersión luz de los diferentes sistemas metalorgánicos fabricados variando las concentraciones de las soluciones de iones Zn(II) y el ligando orgánico Bix. Dichas medidas han sido adquiridas utilizando un Malvern Zetasizer Nano-ZS differential light scattering.

EJEMPLOS DE REALIZACIóN DE LA INVENCIóN

Los ejemplos siguientes se ofrecen para ilustrar y no para limitar las reivindicaciones de Ia invención.

Ejemplo 1.- Encapsulación de nanopartículas magnéticas de Fe 3 O 4 en el sistema metalorgánico de Ia invención

La metodología aquí presentada permite Ia encapsulación de nanopartículas magnéticas de Fe 3 O 4 en sistemas metalorgánicos. Según el método usado (versión i del procedimiento de Ia invención), las nanopartículas de Fe 3 O 4 encapsuladas en sistemas metalorgánicos se obtienen por adición, a temperatura ambiente y bajo agitación en

ultrasonidos (durante 10 minutos), de una solución (agua; 5 mi; pureza milli-Q) de Zn(NO 3 ) 2 -6H 2 O (150 mg; 98 % pureza, Sigma-Aldrich) dentro de una solución (etanol absoluto; 25 mi; ROMIL) que contiene el ligando orgánico 1 ,4-bis(imidazol-1-ylmethyl)benceno (Bix; 121 mg; sintetizado mediante el procedimiento descrito por Dhal, (P. K. Dhal, F. H. Arnold, Macromolecules, 1992, 25, 7051 ) y las nanopartículas magnéticas de Fe 3 O 4 dispersas (0.1 mi; 20 nm de diámetro medio; Fluka) (Fig 1 ). Inmediatamente, se observa Ia precipitación de un sólido disperso marrón, color de las nanopartículas de Fe 3 O 4 , que se encuentran ya encapsuladas en los sistemas metalorgánico de Ia invención

Los sistemas metalorgánicos con las nanopartículas encapsuladas son separados por centrifugación (1000 RPM; 15 minutos) y redispersados con etanol (etanol absoluto; 15 mi; ROMIL). Este proceso es repetido varias veces, más concretamente hasta cuatro veces (los ciclos de lavado son importantes para obtener los sistemas metalorgánicos con Ia sustancia encapsulada puros, aunque el número de lavados es aleatorio, hay sistema que con un ciclo ya sería suficiente y otros que requerirán de varios ciclos, siendo en todos los casos fácil de determinar por un experto). Finalmente, los sistemas separados y limpiados pueden ser conservados en estado sólido o redispersados en etanol o en solución de tampón de fosfato salino para obtener finalmente una solución coloidal de dichas partículas encapsuladas (Fig 2).

Las imágenes obtenidas por microscopía de transmisión electrónica demuestran que las nanopartículas magnéticas de Fe 3 O 4 (sustancia de interés) se encuentran encapsuladas en el interior del sistema metalorgánico de Ia invención formando formas esféricas casi perfectas de, aproximadamente, entre 300-500 nm.

Ejemplo 2.- Encapsulación de moléculas orgánicas fluorescentes en el sistema metalorgánico de Ia invención.

Según el método usado (versión i del procedimiento de Ia invención), las moléculas orgánicas fluorescentes encapsuladas en sistemas metalorgánicos se obtienen por adición, a temperatura ambiente y bajo agitación (10 minutos), de una solución conteniendo el ion metálico (agua; 5 mi; pureza milli-Q) de Zn(NO 3 ) 2 -6H 2 O (150 mg; 98% pureza, Sigma- Aldrich) dentro de una solución (etanol absoluto; 25 mi; ROMIL) que contiene el ligando orgánico 1 ,4-bis(imidazol-1-ylmethyl)benceno (Bix; 121 mg; sintetizado mediante el procedimiento descrito Dhal, (P. K. Dhal, F. H. Arnold, Macromolecules, 1992, 25, 7051 ) y una molécula orgánica fluorescente disuelta como fluoresceína (0.4 mg; Fluka) o Rodamina-B (0.5 mg; Sigma-Aldrich). Inmediatamente, se observa Ia precipitación de un sólido disperso del color de Ia molécula fluorescente encapsulada.

Los sistemas metalorgánicos con las moléculas fluorescentes encapsuladas son separados por centrifugación (1000 RPM; 15 minutos) y redispersados con etanol (etanol absoluto; 15 mi; ROMIL). Este proceso es repetido cuatro veces. Finalmente, los sistemas separados y limpiados pueden ser conservados en estado sólido o redispersados en etanol o en solución de tampón de fosfato salino para obtener finalmente una solución coloidal de dichas partículas encapsuladas (Fig 3).

Como se puede observar se obtienen sistemas metalorgánicos de formas esféricas muy bien definidas de un tamaño entre 0.5-1 miera con un tamaño bastante homogéneo. Por otro lado, Ia lectura de los espectros demuestra que las sustancias encapsuladas no son modificadas o degradadas durante el proceso de encapsulación por Io que pueden ser identificadas y seguidas durante su utilización posterior (Fig 3). Los sistemas metalorgánicos obtenidos en este ejemplo se almacenaron

durante 5 meses como solución coloidal en etanol, manteniéndose estables tras este tiempo y Ia fluoresceína también.

Ejemplo 3. - Encapsulación de fluoresceína en el sistema metalorgánico de Ia invención.

Según el método usado (versión ii del procedimiento de Ia invención), Ia fluoresceína encapsulada en sistemas metalorgánicos se obtiene por adición, a temperatura ambiente y bajo agitación (10 minutos), de una solución (etanol absoluto; 25 mi; ROMIL) conteniendo el ligando orgánico 1 ,4-bis(imidazol-1-ylmethyl)benceno (Bix; 121 mg; sintetizado mediante el procedimiento descrito Dhal, (P. K. Dhal, F. H. Arnold, Macromolecules, 1992, 25, 7051 ) dentro de una solución (agua (5ml; pureza milli-Q)/etanol absoluto (5 mi; ROMIL) que contiene el ion metálico Zn(Nθ3)2-6H2θ (150 mg; 98% pureza, Sigma-Aldrich) y fluoresceína (0.4 mg; Fluka) disuelta (Fig 4). Inmediatamente, se observa Ia precipitación de un sólido disperso del color de Ia molécula fluorescente encapsulada.

Los sistemas metalorgánicos con Ia fluoresceína encapsulada son separados por centrifugación (1000 RPM; 15 minutos) y redispersados con etanol (etanol absoluto; 15 mi; ROMIL). Este proceso es repetido cuatro veces. Finalmente, los sistemas separados y limpiados pueden ser conservados en estado sólido o redispersados en etanol o en solución de tampón de fosfato salino para obtener finalmente una solución coloidal de dichas partículas encapsuladas (Fig 4).

Como se puede observar se obtienen sistemas metalorgánicos de formas esféricas muy bien definidas de un tamaño entre 0.5-1 miera con un tamaño bastante homólogo.

Ejemplo 4.- Encapsulación de doxorubicina en sistema metalorgánico de Ia invención y su liberación controlada.

Según el método usado (versión i del procedimiento de Ia invención), Ia molécula orgánica doxorubicina (fármaco antitumoral) encapsulada en sistemas metalorgánicos se obtiene por adición, a temperatura ambiente y bajo agitación (10 minutos), de una solución conteniendo el ion metálico (agua; 5 mi; pureza milli-Q) de Zn(NO 3 ) 2 -6H 2 O (150 mg; 98 % pureza, Sigma-Aldrich) dentro de una solución (etanol absoluto; 25 mi; ROMIL) que contiene el ligando 1 ,4-bis(imidazol-1-ylmethyl)benceno (Bix; 121 mg; sintetizado mediante el procedimiento descrito Dhal, (P. K. Dhal, F. H. Arnold, Macromolecules, 1992, 25, 7051 ) y Ia doxorubicina (0.5 mg; Fluka) (Fig 1 ). Inmediatamente, se observa Ia precipitación de un sólido disperso del color de Ia doxorubicina.

Las sistemas metalorgánicos con Ia doxorubicina encapsulada son separados por centrifugación (1000 RPM; 15 minutos) y redispersados con etanol (etanol absoluto; 15 mi; ROMIL). Este proceso es repetido cuatro veces. Finalmente, los sistemas separados y limpiados pueden ser conservados en estado sólido o redispersados en etanol o en un tampón de fosfato salino para obtener finalmente una solución coloidal de dichas partículas encapsuladas (Fig 5).

Como se puede observar se obtienen sistemas metalorgánicos de formas esféricas muy bien definidas de un tamaño entre 200-300 nm con un tamaño bastante homólogo. Por otro lado, Ia lectura de los espectros demuestra que Ia doxorubicina encapsulada no ha sido modificada o degradada durante el proceso de encapsulación por Io que puede seguir ejerciendo su actividad biológica durante su utilización posterior (Fig 5).

Por otro lado, y para por ejemplo las aplicaciones terapéuticas es importante Ia liberación del fármaco por parte del sistema metalorgánico de Ia invención. Así, el proceso de liberación controlada in vitro se estudió poniendo una bolsa sellada de diálisis (Mw= 3000; Spectrum Lab) con 3 mi

de dispersión concentrada en solución de tampón de fosfato salino (Sigma-Aldrich) del sistema metalorgánico con doxorubicina encapsulada obtenido anteriormente. Esta bolsa se dializó con 100 mi de solución de tampón de fosfato salino (Sigma Aldrich) bajo agitación (continuada durante todo el proceso). La cantidad de doxorubicina liberada fue controlada cada hora colectando 2 mi de Ia solución de PBS exterior a Ia bolsa y midiendo Ia evolución de Ia señal fluorescente. En dicha evolución se observa una liberación continuada de fármaco durante 8 horas (Fig 6).

Ejemplo 5.- Funcionalización con rodamina B un sistema metalorgánico donde se ha encapsulado previamente fluoresceína.

Partiendo de una solución coloidal de sistemas metalorgánicos donde previamente se ha encapsulado Ia fluoresceína (sintetizados según el Ejemplo 2), Ia funcionalización de Ia superficie externa de dichos sistemas se realiza por adición, a temperatura ambiente y bajo agitación (10 minutos), de una solución (etanol absoluto; 1 mi; ROMIL) conteniendo Ia rodamina (C ~ 10 ~3 M; Sigma-Aldrich) dentro de Ia solución (etanol absoluto; 5 mi; ROMIL) coloidal que contiene los sistemas metalorgánicos encapsuladores de Ia fluoresceína. Las sistemas metalorgánicos con Ia fluoresceína encapsulada y funcionarizada con Ia rodamina B son separados por centrifugación (1000 RPM; 10 minutos) y redispersados con etanol (etanol absoluto; 5 mi; ROMIL). Este proceso es repetido cuatro veces. Finalmente, los sistemas separados y limpiados pueden ser conservados en estado sólido o redispersados en etanol (Fig 7).

Como se puede observar se obtienen sistemas metalorgánicos de formas esféricas, los cuales han conservado su tamaño de 0.5 - 1 μm. El estudio de las imágenes de fluorescencia (Figura 7) indica que ambas moléculas fluorescentes (fluoresceína encapsulada y rodamina B en Ia superficie) forman parte del sistema metalorgánico final funcionalizado.

Ejemplo 6.- Control del tamaño de sistemas metalorgánicos de Ia invención con fluoresceína encapsulada.

Según el método usado (versión i del procedimiento de Ia invención), las dimensiones de los sistemas metalorgánicos de Ia invención donde se ha encapsulado fluoresceína se modula variando las concentraciones de los componentes de Ia reacción. En un procedimiento general, Ia encapsulación de fluoresceína en los sistemas metalorgánicos se realiza con Ia adición, a temperatura ambiente y bajo agitación (10 minutos), de una solución conteniendo el ion metálico (agua; pureza milli-Q) de Zn(Nθ3)2-6H 2 O (98% pureza, Sigma-Aldrich) dentro de una solución (etanol absoluto; ROMIL) que contiene el ligando orgánico 1 ,4- bis(imidazol-1-ylmethyl)benceno (Bix; sintetizado mediante el procedimiento descrito Dhal, (P. K. Dhal, F. H. Arnold, Macromolecules, 1992, 25, 7051 ) y Ia fluoresceína (0.4 mg; Fluka). Inmediatamente, se observa Ia precipitación de un sólido disperso con el color de Ia molécula fluorescente encapsulada, y se añade etanol absoluto (100 mi; ROMIL) para estabilizar los sistemas metalorgánicos formados. Así, dependiendo de las concentraciones del ion metálico y del ligando orgánico Bix que se usan en dicho procedimiento general, el tamaño de los sistemas metalorgánicos varia según Ia Tabla 1. Tabla 1.

Como se puede observar se obtienen sistemas metalorgánicos de formas esféricas muy bien definidas cuyos tamaños han sido calculados utilizando Ia microscopía electrónica de transmisión y medidas de dispersión láser (Fig 8).