Brevet FR2921371A1 — publié le 20090327

GEL DE POLYACRYLAMIDE NATURELLEMENT RESORBABLE, PROCEDE D'OBTENTION ET UTILISATIONS La présente invention se rapporte à un gel biocompatible naturellement résorbable, utilisable comme implant, éventuellement injectable dans des tissus humains ou animaux, à des fins esthétiques et/ou thérapeutiques. L'invention concerne également un procédé de synthèse de ce gel ainsi que ses utilisations. De nos jours, les implants injectables sont très recherchés, et ce pour de nombreuses applications telles que par exemple la reconstruction tissulaire, le traitement de l'incontinence urinaire ou encore la réduction des rides. D'une manière générale on souhaite pouvoir modifier l'aspect d'une partie du corps en réalisant une plastie ou en reconstruisant cette partie du corps à la suite d'un traumatisme, d'une maladie ou dans un but esthétique. Parmi les biomatériaux actuellement utilisés, on connaît des produits injectables dégradables comme les collagènes ou les acides hyaluroniques, et des produits non dégradables comme le polyméthylmétacrylate, des hydrogels acryliques ou encore des polyacrylamides. On peut citer par exemple des implants injectables comprenant des microparticules poreuses, notamment décrits dans les demandes de brevet EP-1.131.111 et FR-2.785.811. Les produits injectables biodégradables connus, tels que les esters d'acide hyaluronique décrits dans le brevet US-4.957.744, sont très utilisés pour remodeler certaines disgrâces cutanées, notamment pour combler des rides ou des dépressions. Ils présentent généralement une tenue satisfaisante, mais avec une durée de vie comprise entre 3 et 18 mois, leur effet est limité dans le temps, ce qui impose un renouvellement fréquent des injections. Les autres produits, quant à eux ne sont pas résorbables et peuvent provoquer des effets secondaires à long terme, tel que l'apparition de granulomes parfois douloureux et toujours inesthétiques. En outre, les polyacrylamides connus, réalisés à partir de monomères d'acrylamide et de dérivés plurifonctionnels d'acrylamide, sont totalement inertes, insolubles et hydrophiles, ce qui ne facilite pas leur utilisation. Il existe donc un besoin pour un produit capable de remplacer la matrice extracellulaire des tissus humains ou animaux, à la fois biocompatible, biodégradable, facile d'utilisation, sans risque pour la santé et dont on peut contrôler la résorbabilité et la durée d'efficacité. C'est ce à quoi répond la présente invention qui propose un gel de polyacrylamide original, naturellement résorbable. En particulier, la présente invention vise un gel polyacrylamide biodégradable obtenu à partir de monomères d'acrylamide reliés entre eux par au moins un acide aminé comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée, ou par au moins un oligopeptide d'acides aminés comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée. Un tel gel est capable de jouer le rôle de substitut de la matrice extracellulaire. Avantageusement il est naturellement résorbable et sa durée de vie peut être modulée avec précision. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention. Le gel polyacrylamide selon l'invention est constitué de monomères d'acrylamide reliés entre eux par au moins un acide aminé comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée, ou par au moins un oligopeptide d'acides aminés comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée. Selon une première variante, le gel polyacrylamide selon l'invention répond à la formule suivante : (CH2 - CH )m - R - (CH2 - CH)n NH2 NH2 Avec n et m représentant des entiers positifs et R, agent de liaison des monomères d'acrylamide, représentant soit un acide aminé comportant une 10 fonction amine acryloylée ou amide acryloylée, soit un oligopeptide d'acides aminés comportant une fonction amide acryloylée ou amine acryloylée. Selon une autre variante, le gel polyacrylamide selon l'invention répond à la formulation suivante : NH2 NH2 Ç=0 Ç=0 (CH2 - CH )m (CH2 - CH)n R (CH2 - ÇH )m I (CH2 - ÇH)n NH2 NH2 Avec n et m représentant des entiers positifs et R, agent de liaison des monomères d'acrylamide, représentant soit un acide aminé comportant deux 25 fonctions amine acryloylées ou amide acryloylées, soit un oligopeptide d'acides aminés comportant deux fonctions amide acryloylées ou amine acryloylées. Les acides aminés acryloylés utilisés pour la réalisation du gel selon l'invention peuvent être obtenus en faisant réagir des acides aminés comportant au moins 15 20 une fonction amine ou amide, avec au moins un chlorure d'acryloyle ou un chlorure de méthacryloyle. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les acides aminés acryloylés sont obtenus par la réaction de Schotten-Baumann, en faisant réagir un acide aminé comportant au moins une fonction amine ou amide avec un chlorure d'acryloyle, selon le schéma réactionnel suivant : H{1 N I2 cl Les acides aminés utilisés peuvent être naturels ou synthétiques. A titre d'exemple, on peut citer la lysine, la glutamine, l'asparagine ou l'arginine. Selon un mode de réalisation particulier, les agents de liaison des monomères d'acrylamide sont des oligopeptides formés à partir de 2 à 6 acides aminés comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée. Préférentiellement, le gel est un hydrogel constitué de 90 % à 99,5% d'eau, et de polyacrylamide obtenu à partir de monomères d'acrylamide reliés entre eux par au moins un acide aminé comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée, ou par au moins un oligopeptide d'acides aminés comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée. Le gel selon l'invention est utilisable notamment en tant qu'implant injectable 20 chez l'homme ou l'animal. Avantageusement, les acides aminés acryloylés ou les oligopeptides acryloylés étant biodégradables, le gel selon l'invention est naturellement résorbable lorsqu'il est injecté dans un tissu humain ou animal. Il est progressivement colonisé puis remplacé par substitution de la matrice extracellulaire au fur et à 25 mesure de sa résorption. En fonction des agents de liaison utilisés (acides aminés différents en nombre et/ou en nature, oligopeptides différents en nombre et/ou en nature), la durée de vie du gel in vivo peut être modulée avec précision. Selon leur sensibilité aux enzymes tissulaires, les agents de liaison sont dégradés plus ou moins rapidement, libérant des chaînes de polyacrylamide courtes, de poids moléculaire suffisamment faible pour être solubles. Ces chaînes sont entraînées dans les liquides interstitiels puis excrétées telles quelles dans les voies biliaires. L'élimination graduelle de ces fragments de polyacrylamide réduit progressivement la masse du gel jusqu'à sa disparition complète. La résorption du gel selon l'invention se fait donc par élimination progressive de chaînes courtes et solubles de polyacrylamide. Selon un autre avantage, le gel selon l'invention peut être chargé positivement, par exemple par ajout d'une molécule telle que le bAbMA. Les molécules circulantes sont alors attirées à l'intérieur du gel ce qui facilite son rôle de substitut à la matrice extracellulaire. Le gel polyacrylamide selon l'invention peut être obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé comprenant notamment les étapes suivantes - synthèse d'acides aminés acryloylés ou d'oligopeptides d'acides aminés acryloylés, à partir d'acides aminés comportant au moins une fonction amine ou 20 amide, -purification des acides aminés acryloylés ou des oligopeptides d'acides aminés acryloylés obtenus, pour éliminer les produits organiques et les acides aminés qui n'ont pas réagi, et - synthèse du gel polyacrylamide en faisant réagir des monomères 25 d'acrylamide avec les acides aminés acryloylés ou les oligopeptides d'acides aminés acryloylés purifiés. Préférentiellement la synthèse des acides aminés acryloylés consiste à faire réagir des acides aminés comportant au moins une fonction aminé ou amide avec au moins un chlorure d'acryloyle ou un chlorure de méthacryloyle. Encore plus préférentiellement les acides aminés acryloylés sont obtenus par la 5 réaction de Schotten-Baumann, en faisant réagir un acide aminé comportant au moins une fonction amine ou amide avec un chlorure d'acryloyle. Selon un mode de réalisation, la synthèse des acides aminés acryloylés est réalisée selon le mode opératoire suivant - on utilise un milieu aqueux avec de l'hydroxyde de sodium, contenant des 10 acides aminés comportant au moins une fonction amide ou amine - le milieu est mis sous vide pour chasser l'air, puis mis sous atmosphère inerte, à température comprise entre -5°C et 15°C, pour éviter l'hydrolyse du chlorure d'acryloyle qui se produit selon le schéma réactionnel ci- dessous OH 15 - on ajoute progressivement du chlorure d'acryloyle au milieu contenant les acides aminés, et - on mélange le milieu réactionnel. L'étape de purification des acides aminés acryloylés ou des oligopeptides d'acides aminés acryloylés obtenus, peut comprendre une extraction par l'acétate 20 d'éthyle, notamment pour éliminer le chlorure d'acryloyle ou de méthacryloyle en excès. Préférentiellement, la purification des acides aminés acryloylés ou des oligopeptides d'acides aminés acryloylés obtenus est réalisée par la mise en oeuvre des étapes suivantes : 25 -acidification du milieu réactionnel par l'acide chlorhydrique, et -extraction par l'acétate d'éthyle. Enfin, la synthèse du gel polyacrylamide selon l'invention s'effectue en faisant réagir des monomères d'acrylamide avec les acides aminés acryloylés ou les oligopeptides d'acides aminés acryloylés purifiés. Avantageusement, le contrôle précis des paramètres de la réaction permet, pour une composition quali-quantitative identique, d'obtenir des gels de viscosité et de durée de demi-vie biologique différentes. On peut ainsi envisager différentes applications. En particulier le gel selon l'invention peut être utilisé - pour l'augmentation tissulaire, - pour la viscosupplémentation, - en tant que matrice pour culture cellulaire, -pour la prévention des adhérences, - pour la régénération tissulaire, -pour la réparation tissulaire, et - pour améliorer l'interface hôte-implant. Le gel polyacrylamide selon l'invention peut être utilisé en tant qu'implant pour augmenter les volumes tissulaires en particulier en esthétique, en urologie, en gastro-entérologie, en rhumatologie et en gynécologie. En esthétique, le gel selon l'invention est particulièrement utile pour corriger des rides et des lipodystrophies. En urologie, le gel selon l'invention peut être utilisé pour traiter l'incontinence urinaire d'effort ou le reflux vésico-urétéral. L'incontinence urinaire d'effort chez la femme est due à une faiblesse du sphincter urétral et/ou une hypermobilité cervico-urétrale. L'augmentation du volume des tissus sous-muqueux par injection du gel selon l'invention, entraîne le rapprochement des cloisons urétrales et donc une meilleure fermeture qui permet de restaurer la continence urinaire. En gastro-entérologie, proctologie, le gel selon l'invention est utile pour le traitement du reflux gastro-oesophagien ou de l'incontinence anale. En effet, l'implantation péri-anale du gel selon l'invention permet de compenser l'hypotonie anale de repos chez des malades souffrant d'incontinence fécale passive. Par ailleurs, l'injection ou l'implantation du gel selon l'invention dans le sphincter gastro-oesophagien entraîne une réduction de la lumière ou un épaississement et une fibrose du sphincter reconstituant ainsi une barrière anti-reflux. En rhumatologie et en médecine du sport, le gel selon l'invention permet notamment de traiter la talalgie, douleur chronique du talon, en rétablissant l'épaisseur et les propriétés mécaniques du coussinet des talons atrophiés. En gynécologie chirurgicale, l'action volumatrice du gel selon l'invention peut être utilisée pour la reconstruction clitoridienne, pour les vulvo- et vagino-plasties et pour le rajeunissement vaginal. Selon un deuxième aspect, le gel polyacrylamide selon l'invention peut être utilisé pour la viscosupplémentation, en particulier pour le traitement de l'arthrose. L'administration du gel selon l'invention en intra-articulaire permet d'atténuer la douleur et d'améliorer la fonction articulaire en contribuant à stimuler le processus naturel de guérison du cartilage. Selon un autre aspect, il est possible d'utiliser le gel selon l'invention en tant que matrice pour culture cellulaire, avec des applications notamment en esthétique, en dermatologie, en rhumatologie et en gastro-entérologie. En effet, le gel résorbable selon l'invention est un bon support tridimensionnel pour soutenir la croissance de différents types de cellules. En esthétique, on peut citer des applications pour le clonage capillaire ou pour 25 des implants de comblement de rides ou de dépressions. En dermatologie, le gel peut être utilisé pour la guérison des plaies chroniques en tant que matrice, il permet le développement tangentiel du processus de cicatrisation et la prévention des bourgeonnements dans le cas de cicatrisation hypertrophique. En rhumatologie et orthopédie, l'utilisation du gel selon l'invention en tant que matrice pour culture cellulaire est particulièrement adaptée pour la réparation du cartilage par chondro-induction. Concernant les applications du gel en tant que support tridimensionnel pour la croissance cellulaire en gastro-entérologie, on peut citer notamment l'utilisation dans un pancréas artificiel pour protéger les cellules pancréatiques des attaques du système immunitaire et donc des phénomènes de rejet. Selon un quatrième aspect, le gel polyacrylamide selon l'invention est utile pour la prévention des adhérences, notamment en chirurgie viscérale et thoracique pour éviter des adhérences abdominales après une chirurgie pelvienne ou une appendicectomie. Le gel est capable de se lier sur un tissu cible pour former une barrière souple et adhésive. Selon un aspect encore différent, on peut utiliser le gel selon l'invention pour la régénération tissulaire, notamment en rhumatologie, orthopédie, traumatologie, en neurochirurgie, en dermatologie, en gynécologie et en orthodontie. En rhumatologie, orthopédie, traumatologie, le gel est utile en particulier pour la restauration de disques intervertébraux affaissés ou dégénérés, ou pour la stimulation de la formation osseuse lors d'une consolidation osseuse. En neurochirurgie, les applications concernent essentiellement la régénération des voies nerveuses lésées dans le système nerveux central. En dermatologie, le gel selon l'invention peut être utilisé pour la prise en charge des plaies sèches, fibrineuses et nécrotiques, le ramollissement et le détachement de la nécrose sèche dans différents types de plaies, ou encore la cicatrisation des plaies chroniques. En gynécologie, l'utilisation du gel selon l'invention concerne le traitement des dessèchements vulvo-vaginaux. En orthodontie, la régénération cellulaire grâce au gel selon l'invention, permet de traiter des états inflammatoires comme des gingivites, des saignements, des récessions gingivales ou des poches gingivales, ou des états traumatiques. Selon un sixième aspect, le gel selon l'invention est utile pour la réparation tissulaire, en particulier en chirurgie orthopédique du rachis pour remplacer le nucleus proposus et maintenir ou restaurer une hauteur du disque intervertébrale, une mobilité et une fonction mécanique optimales du rachis lombaire. Enfin, le gel selon l'invention peut être utilisé pour améliorer la biocompatibilité 10 d'un implant, comme par exemple une prothèse vasculaire, dans le but de réduire les réactions à corps étrangers. Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée aux exemples de procédés de synthèse et aux utilisations présentés et décrits ci-dessus, mais couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Gel polyacrylamide biodégradable obtenu à partir de monomères d'acrylamide reliés entre eux par au moins un acide aminé comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée, ou par au moins un oligopeptide d'acides aminés comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée. 2. Gel polyacrylamide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les acides aminés comportant au moins une fonction amine acryloylée ou amide acryloylée, sont obtenus par réaction d'acides aminés avec au moins un chlorure d'acryloyle ou un chlorure de méthacryloyle. 3. Gel polyacrylamide selon la revendication 2, caractérisé en ce que les acides aminés sont choisis parmi la lysine, la glutamine, l'asparagine et l'arginine. 4. Gel polyacrylamide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en que les monomères d'acrylamide sont reliés entre eux par au moins un oligopeptide formé à partir de 2 à 6 acides aminés. 5. Gel polyacrylamide selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un hydrogel constitué entre 90% et 99,5% d'eau. 6. Procédé d'obtention d'un gel polyacrylamide selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - synthèse d'acides aminés acryloylés ou d'oligopeptides d'acides aminés acrylolés, à partir d'acides aminés comportant au moins une fonction amine ou amide, - purification des acides aminés acryloylés ou des oligopeptides d'acides aminés acrylolés obtenus, pour éliminer les produits organiques et les acides 25 aminés qui n'ont pas réagi, et-synthèse du gel polyacrylamide en faisant réagir des monomères d'acrylamide avec les acides aminés acrylolés ou les oligopeptides d'acides aminés acryloylés purifiés. 7. Procédé d'obtention d'un gel polyacrylamide selon la revendication 6, caractérisé en ce que la synthèse des acides aminés acryloylés consiste à faire réagir des acides aminés comportant au moins une fonction amine ou amide avec au moins un chlorure d'acryloyle ou un chlorure de méthacryloyle. 8. Procédé d'obtention d'un gel polyacrylamide selon la revendication 7, caractérisé en ce que la purification comprend une étape d'extraction par l'acétate d'éthyle pour éliminer le chlorure d'acryloyle ou de méthacryloyle en excès. 9. Utilisation d'un gel polyacrylamide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, en tant qu'implant naturellement résorbable, substitut de la matrice extracellulaire. 10. Utilisation d'un gel polyacrylamide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour l'augmentation des tissus humains ou animaux, en particulier en esthétique pour corriger des rides et des lipodystrophies. 11. Utilisation d'un gel polyacrylamide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour la régénération tissulaire, pour la réparation tissulaire ou en tant que 20 matrice pour culture cellulaire.