Brevet FR3127759A1 — publié le 20230407

La présente invention relève du domaine des compositions comprenant un polymère porteur d’un groupe chélatant pouvant chélater un ou plusieurs métaux, et leurs utilisations diverses. En particulier, la présente invention concerne les compositions comprenant un copolysaccharide porteur d’un groupe chélatant, ces compositions pouvant être sous forme de gel, ainsi que les fils obtenus à partir de ces gels Gel gonflant à base de chitosane La présente invention relève du domaine des compositions comprenant un polymère porteur d’un groupe chélatant pouvant chélater un ou plusieurs métaux, et leurs utilisations diverses. En particulier, la présente invention concerne des compositions pouvant être sous forme de gel, comprenant un polysaccharide porteur d’un groupe chélatant, ainsi que les fils obtenus à partir de ces gels. Les polysaccharides sont des polymères issus de la biomasse végétale, fongique, animale ou bactérienne. Ces polymères possèdent des propriétés physicochimiques très variées et peuvent être mis en forme pour un large éventail d’applications biomédicales car ils sont souvent résorbables, biocompatibles voire bioactifs. La modification chimique des polysaccharides permet d’adapter leurs propriétés physicochimiques, en particulier leur solubilité en milieu aqueux à des pH proches de la neutralité. Leur fonctionnalisation par des agents chélatants hautement spécifiques permet également des applications particulières dans le domaine biomédical. Par exemple, après greffage de ces motifs sur la structure de polysaccharides, le polymère pourrait être utilisé dans la composition d’un dispositif biomédical détoxifiant pour purifier les organismes vivants de métaux pathogènes comme dans le cadre du maintien de l’homéostasie. Le maintien de l’homéostasie du milieu intérieur de l’organisme, c’est-à-dire de l’ensemble des liquides ou fluides biologiques de l’organisme, est nécessaire au bon fonctionnement de ce dernier. Dans de nombreuses pathologies, des dysrégulations systémiques ou locales de l’homéostasie des métaux ont été mises en évidence. Des thérapies de chélation, visant à diminuer la concentration en ions métalliques sont déjà utilisées depuis de nombreuses années dans les cas d’intoxications aigues. Ainsi, un certain nombre de chélatants sont déjà acceptés chez l’homme, chacun étant associé à un groupe de métaux particuliers (G. Crisponi et al., Coordination Chemistry Reviews, 2015). De plus en plus d’études scientifiques mettent en avant le rôle important que pourraient avoir les métaux dans nombre d’atteintes neurologiques, notamment le fer, mais également le cuivre, le zinc, le manganèse et même l’aluminium et le plomb (E. J. McAllum et al., J. Mol. Neurosci., 2016). Ainsi, il existe déjà des dispositifs médicaux pouvant être utilisés pour la captation des métaux. Néanmoins, il est toujours bénéfique d’améliorer les résultats obtenus à ce jour, notamment pour diminuer les effets secondaires desdits traitements. Par ailleurs, il est également souhaitable d’avoir une diversité de forme pour les dispositifs médicaux, par exemple un fil mono ou multibrin pouvant être tissé ou tricoté sous forme d’un textile et permettant d’obtenir un dispositif médical de type pansement ou implant pariétal. Un fil seul peut également être avantageux dans le cas où l’implantation doit être combinée avec une stratégie mini-invasive. La fourniture d’un fil permettant de capter des cations métalliques pour restaurer localement l’homéostasie métallique lorsque qu’il y a accumulation de métaux dans l’organisme serait donc particulièrement intéressante. Ainsi, un objectif de l’invention est de proposer une composition pouvant chélater un ou plusieurs métaux. Un autre objectif de l’invention est de fournir un fil pouvant chélater un ou plusieurs métaux. Un autre objectif de l’invention est de fournir un fil ayant de bonnes propriétés mécaniques, et qui peut ainsi être tissé ou tricoté sous forme d’un textile. Résumé L’invention concerne en premier lieu une composition comprenant : Au moins un chitosane A, et Au moins un copolysaccharide statistique B de masse moléculaire moyenne en poids comprise entre 100 kDa et 1000 kDa de formule I : Formule I dans laquelle : - chaque Rc représente indépendamment un groupement comportant un agent chélatant, - chaque Z représente indépendamment un liant pouvant être une simple liaison ou une chaine hydrocarbonée comportant entre 1 et 12 atomes de carbone, ladite chaine pouvant être linéaire ou ramifiée et pouvant comporter une ou plusieurs insaturations et pouvant comporter un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence choisis parmi l’azote, l’oxygène, le soufre et les atomes de la famille des halogènes, - x est compris entre 0,01 et 0,5, - y est compris entre 0,05 et 0,5, - le rapport y/x étant supérieur à 0,2, de préférence supérieur à 1, - la somme x + y étant supérieure à 0,1, et moins de 10% des groupements comportant un agent chélatant de type Rc étant chélatés par un cation d’un élément de transition choisi parmi les éléments du bloc d ou f, et c. éventuellement, de l’eau. La présence de groupement chélatant de type Rc dans le copolysaccharide B permet à cette composition de capter un ou plusieurs métaux de façon efficace, et en particulier de capter des cations métalliques. De plus, l’utilisation de chitosane A et de polysaccharide B, qui est produit à partir de chitosane, permet d’obtenir une composition qui présente des propriétés intéressantes. En effet, cette composition peut être biodégradable, biocompatible et biorésorbable. L’utilisation d’une telle composition permettant de chélater des métaux a donc de nombreuses applications possibles au niveau médical. En outre, il est possible de former un fil à partir de cette composition, notamment par extrusion de la composition. Ce fil présente de bonnes propriétés mécaniques et peut être mis en forme. Il est possible de tresser les fils, par exemple pour former un matériau textile (tricot ou tissu) capable de capter les métaux. Par ailleurs, de manière surprenante, les inventeurs ont démontré que cette composition pouvait gonfler au contact d’un fluide biologique dans des proportions importantes. Ce gonflement permet de favoriser la diffusion et la captation des espèces métalliques à capter, et donc d’améliorer l’efficacité du matériau. L’invention concerne également un fil comprenant un gel ou un lyophilisat de la composition selon l’invention. L’invention concerne également un matériau textile comprenant des fils selon l’invention. L’invention concerne également un dispositif médical comprenant la composition selon l’invention, le dispositif médical étant de préférence un pansement, un implant ou un produit de comblement dermique. L’invention concerne également la composition selon l’invention pour son utilisation pour la captation d’au moins un métal, de préférence pour son utilisation pour la captation d’au moins un métal dans le traitement ou la prévention de l’endométriose, des infections fongiques, des infections bactériennes, des plaies chroniques, des maladies neurodégénératives, les lésions du système nerveux, de l’hémochromatose, de la maladie de Wilson ou du saturnisme. L’invention concerne également un procédé de préparation d’une composition selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : 1) dispersion du chitosane A et du polysaccharide statistique B de masse moléculaire moyenne en poids comprise entre 100 kDa et 1000 kDa de formule I dans de l’eau, 2) ajout d’un acide, de préférence de l’acide acétique, 3) mélange puis centrifugation de la solution obtenue pour récupérer une solution comprenant la composition de l’invention, 4) éventuellement, traitement de la solution obtenue à l’étape 3 dans un bain aqueux basique pour obtenir la composition sous forme d’un gel, et 5) éventuellement, lavage, séchage et/ou stérilisation du gel obtenu à l’étape 4, de préférence par autoclave. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 montre une photo des hydrogels sous forme de disque obtenus selon l’exemple 4, en haut à gauche : composition 9 selon l’invention (HG-5-5), en bas à gauche : composition 12 selon l’invention (HG-8-8), en bas à droite : composition 10 selon l’invention (HG-5-10), en haut à droite : composition 11 selon l’invention (HG-5-15). Fig. 2 montre une photo des hydrogels sous forme de cylindre obtenus selon l’exemple 4. Il s’agit de la composition comparative 2 (Ref-HG-8-0). Fig. 3 montre une photo des hydrogels sous forme de cylindre obtenus selon l’exemple 4. Il s’agit de la composition 10 selon l’invention (HG-5-10). Fig. 4 montre une photo au microscope optique d’un fil ayant un nœud selon l’exemple 5. Fig. 5 montre une photo au microscope optique d’un tressage de deux fils selon l’exemple 5. Fig. 6 montre une photo du gel séché selon l’exemple 6. Fig. 7 montre une photo du gel gonflé selon l’exemple 6. Fig. 8 montre une photo au microscope optique d’un fil qui a été à moitié immergé dans l’eau selon l’exemple 6. Fig. 9 montre une photo au microscope optique d’un fil selon l’exemple 6, dont une goutte d’eau a été déposée sur une portion seulement. Définition Dans la présente divulgation, tous les % et les ppm sont indiqués en en masse, sauf mention contraire. Sauf indication contraire, toutes les viscosités dont il est question dans le présent exposé correspondent à une grandeur de viscosité dynamique à 25°C dite « Newtonienne », c’est-à-dire la viscosité dynamique qui est mesurée, de manière connue en soi, avec un rhéomètre à un gradient de vitesse de cisaillement suffisamment faible pour que la viscosité mesurée soit indépendante du gradient de vitesse. Au sens de la présente divulgation, par « chitosane » on entend un polymère naturel de type co-polysaccharide, constitué d'une distribution aléatoire (copolysaccharide statistique) ou non (copolysaccharides à blocs ou à séquence) de D-glucosamine (GlcN) et de N-acétyl-D-glucosamine (GlcNAc), voire exclusivement de D-glucosamine, liés par des liaisons glycosidiques de type β(1->4). Le chitosane est peu présent à l'état natif dans la biomasse, il est principalement obtenu par modification chimique de la chitine, dont il est un dérivé. La chitine possède un rôle structural, on la retrouve principalement dans certains champignons dont elle constitue la paroi cellulaire (Basidiomycètes ex : agariscus campestris, agariscus bisporus, Ascomycètes, Zygomycètes, et Deutéromycètes), mais elle forme également l'exosquelette des arthropodes (crustacés, insectes) notamment chez la crevette ou le crabe et l'endosquelette des céphalopodes tels que le calamar ou la seiche. Le passage de la chitine au chitosane se fait par désacétylation, c’est-à-dire par hydrolyse alcaline des groupements acétyle pour générer des groupements amine primaire. Le chitosane est un polymère biodégradable et biocompatible, présentant des propriétés bactériostatiques et fongistatiques. Par « gel », on entend un réseau polymère non fluide qui est gonflé par un solvant. Le réseau polymère est un réseau constitué de chaines polymères réticulées. Les interactions responsables de la réticulation des polymères peuvent être physiques ou chimiques. De manière avantageuse, dans le cadre de l’invention, les gels sont constitués exclusivement de chitosane A, de copolysaccharide B, et, éventuellement, d’eau et/ou d’un ingrédient pharmaceutique actif. Par « hydrogel », on entend un matériau visco-élastique comportant au moins 60% en masse d’eau, et de préférence, au moins 80% en masse d'eau. L’hydrogel selon l’invention contient, en général, de 0,1% à 40% et, de préférence de 0,5 à 20% en masse du mélange de chitosane A et de copolysaccharide B. Dans le cadre de l’invention, l’hydrogel est dit physique, car les interactions responsables de la réticulation inter-chaînes donnant sa cohésion à l’hydrogel sont de type physique, et sont notamment des liaisons hydrogène et/ou des interactions hydrophobes, par opposition à un hydrogel dit chimique (nommé également hydrogel réticulé), dans lequel les interactions inter-chaînes sont de type liaison covalente. Aucun agent de réticulation chimique n’est présent dans un hydrogel purement physique. De manière avantageuse, dans le cadre de l’invention, les hydrogels physiques sont constitués exclusivement d’eau, de chitosane A, de copolysaccharide B, et éventuellement d’un ingrédient pharmaceutique actif, et contiennent, de préférence, plus de 80% (m/m) d’eau. En particulier, de tels hydrogels ne comportent ni collagène, ni polycaprolactone, ni agent de réticulation chimique toxique (du type glutaraldéhyde, formaldéhyde, épichlorhydrine, etc.). Le fait d’avoir un hydrogel physique présente des avantages car un hydrogel chimique est faiblement résorbable du fait de la stabilité des liaisons covalentes, alors que l’hydrogel physique de chitosane A et de copolysaccharide B selon la présente invention est résorbable en milieu physiologique, en particulier en conditions légèrement acide. Par « xérogel », on entend un matériau obtenu par séchage, notamment séchage d’un hydrogel, comportant moins de 60% en masse d’eau, de préférence, moins de 50% en masse d'eau et plus préférentiellement, moins de 20% d’eau. Le xérogel selon l’invention contient, en général, au moins 40% en masse du mélange de chitosane A et de copolysaccharide B, de préférence entre 40 et 100%, préférentiellement entre 50 et 99,9% du mélange, et plus préférentiellement entre 80 et 99,5% du mélange. Par « aérogel », on entend un matériau semblable structuralement à un hydrogel mais dont l’eau a été remplacé par du gaz par un procédé évitant l’impact les forces capillaires du solvant sur le matériau (cf. Mike Robitzer, Laurent David, Cyrille Rochas, Francesco Di Renzo and Françoise Quignard Nanostructure of calcium alginate aerogels obtained from multistep solvent exchange route, Langmuir 2008, 24, 12547-12552, et Mike Robitzer, Laurent David, Cyrille Rochas, Francesco Di Renzo and Françoise Quignard, Supercritically-dried alginate aerogels retain the fibrillar structure of the hydrogels, Macromol. Symp. 2008, 273, 80-84). Dans le cadre de l’invention, les masses molaires moyennes en masse Mw du chitosane A et du copolysaccharide B sont déterminées par chromatographie d’exclusion stérique, dont les conditions expérimentales sont décrites dans la publication «Physico-chemical studies of the gelation of chitosan in a hydroalcoholic medium » A. MONTEMBAULT, C. VITON, A. DOMARD, Biomaterials, 26(8), 933-943, 2005. Le degré d'acétylation (DA) du chitosane A et du copolysaccharide B est déterminé en utilisant la technique de RMN du proton, en suivant la méthodologie d’Hirai (A. HIRAI, H ODANI, A. NAKAJIMA, Polymer Bulletin, 26 (1), 87-94, 1991). Dans le cadre de l’invention, le taux de cristallinité représente la proportion de matière se trouvant à l’état cristallin. Pour les polysaccharides, il est souvent déterminé par diffraction X (Alexander, L. E., 'X-ray Diffraction Methods in Polymer Science', Wiley-Interscience, New York, 1969, p. 137) car de nombreux polysaccharides se dégradent à des températures inférieures à la température de fusion de la phase cristalline, ce qui ne permet pas l’utilisation de la calorimétrie différentielle à balayage. C’est donc cette méthode qui est à considérer dans la cadre de l’invention. D’autres méthodes spectroscopiques sont possibles mais doivent être adaptées dans chaque cas (Spectrométrie Infra-Rouge à Transformée de Fourier, Spectroscopie Raman). La détermination de la densité par une colonne à gradient permet en principe de calculer le taux de cristallinité connaissant la densité de la phase amorphe et de la phase cristalline du polymère, mais de nombreux polysaccharides peuvent gonfler et absorber les solvants utilisés pour les colonnes à gradient de densité, ce qui limite là encore l’utilisation de cette méthode. Dans le cadre de l’invention, la taille des cristallites peut être déterminée par l’étude de la largeur des pics de diffraction obtenus par la méthode des poudres, en utilisant la relation de Laue-Scherrer (Alexander, L. E., 'X-ray Diffraction Methods in Polymer Science', Wiley-Interscience, New York, 1969, p. 137). Composition comprenant : Au moins un chitosane A, et Au moins un copolysaccharide statistique B de masse moléculaire moyenne en poids comprise entre 100kDa et 1000kDa de formule I : Formule I dans laquelle : - chaque Rc représente indépendamment un groupement comportant un agent chélatant, - chaque Z représente indépendamment un liant pouvant être une simple liaison ou une chaine hydrocarbonée comportant entre 1 et 12 atomes de carbone, ladite chaine pouvant être linéaire ou ramifiée et pouvant comporter une ou plusieurs insaturations et pouvant comporter un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence choisis parmi l’azote, l’oxygène, le soufre et les atomes de la famille des halogènes, - x est compris entre 0,01 et 0,5, - y est compris entre 0,05 et 0,5, - le rapport y/x étant supérieur à 0,2, de préférence supérieur à 1, - la somme x + y étant supérieure à 0,1, et moins de 10% des groupements comportant un agent chélatant de type Rc étant chélatés par un cation d’un élément de transition choisi parmi les éléments du bloc d et f, et c. éventuellement, de l’eau. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle possède : - un taux de cristallinité ramené au chitosane A d’au moins 10% par rapport à la masse sèche totale de la composition, et - une taille de cristallite du chitosane A de moins de 20 nm. Composition selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ratio massique entre A et B (A :B) est compris entre 2 :1 et 1 :10, de préférence entre 1 :1 et 1 :5. Composition selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le chitosane A a une masse moléculaire moyenne M w comprise entre 100 kg/mol et 1000 kg/mol, de préférence entre 200 kg/mol et 700 kg/mol. Composition selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le chitosane A a un degré d’acétylation x inférieur à 40%, de préférence inférieur à 10%, par exemple compris entre 0% et 10%. Composition selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce le copolysaccharide statistique B de masse moléculaire moyenne en poids comprise entre 100kDa et 1000kDa de formule I est de formule II : Formule II dans laquelle : - Rc 1 et Rc 2 sont différents, et sont des groupements comportant un agent chélatant, - Z 1 et Z 2 , identiques ou différents, sont des liants pouvant être une simple liaison ou une chaine hydrocarbonée comportant entre 1 et 12 atomes de carbone, ladite chaine pouvant être linéaire ou ramifiée et pouvant comporter une ou plusieurs insaturations et pouvant comporter un ou plusieurs hétéroatomes, de préférence choisis parmi l’azote, l’oxygène, le soufre et les atomes de la famille des halogènes, - x est compris entre 0,01 et 0,5, de préférence entre 0,01 et 0,1, et préférentiellement entre 0,05 et 0,1, - y est compris entre 0,01 et 0,5, de préférence entre 0,05 et 0,2, - z est compris entre 0 et 0,2, et moins de 10% des groupements comportant un agent chélatant de type Rc1 et Rc2 étant chélatés par un cation d’un élément de transition choisi parmi les éléments de du bloc d et f. Composition selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend, en outre, au moins un ingrédient pharmaceutique actif, de préférence choisi parmi les anticancéreux, les antibactériens, les antifongiques, les anti-inflammatoires, les ARN messagers, les protéines, et les antigènes. Composition selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’il s’agit d’une solution aqueuse, de préférence comprenant au moins 10 g/L du mélange de chitosane A et de polysaccharide B. Composition selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’elle est sous la forme d’un lyophilisat ou d’un gel, de préférence sous forme d’un hydrogel, d’un xérogel ou d’un aérogel. Composition selon la revendication 9, caractérisée en ce qu’elle est sous forme de xérogel, ledit xérogel étant issu du séchage, au moins partiel, d’un hydrogel. Composition sous forme de xérogel selon la revendication 10, caractérisée en ce qu’au contact d’un milieu aqueux ou d’un tissu biologique pendant une période d’au moins 1 heure, elle gonfle pour former un hydrogel, ledit hydrogel ayant un volume au moins 2 fois plus important, de préférence au moins 5 fois plus important, que le volume de xérogel de référence avant contact avec le milieu aqueux ou le tissu biologique. Fil caractérisé en ce qu’il comprend un gel ou un lyophilisat de la composition selon la revendication 9. Matériau textile caractérisé en ce qu’il comprend des fils selon la revendication 12. Dispositif médical caractérisé en ce qu’il comprend la composition selon l’une des revendication 1 à 11, le dispositif médical étant de préférence un pansement, un implant ou un produit de comblement dermique. Dispositif médical selon la revendication 14, caractérisé en ce qu’il s’agit d’un produit de comblement dermique sous forme de fil, ledit fil étant de préférence sous forme de xérogel qui peut gonfler au contact d’un milieu aqueux ou d’un tissu biologique pour former un hydrogel. Composition selon l’une des revendications 1 à 11 pour son utilisation pour la captation d’au moins un métal, de préférence pour son utilisation pour la captation d’au moins un métal dans le traitement ou la prévention de l’endométriose, des infections fongiques, des infections bactériennes, des plaies chroniques, des maladies neurodégénératives, des lésions du système nerveux, de l’hémochromatose, de la maladie de Wilson ou du saturnisme. Procédé de préparation d’une composition selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes : 1) dispersion du chitosane A et du polysaccharide statistique B de masse moléculaire moyenne en poids comprise entre 100kDa et 1000kDa de formule I dans de l’eau, 2) ajout d’un acide, de préférence de l’acide acétique, 3) mélange puis centrifugation de la solution obtenue pour récupérer une solution comprenant la composition selon l’une des revendications 1 à 7, 4) éventuellement, traitement de la solution obtenue à l’étape 3 dans un bain aqueux basique pour obtenir la composition sous forme d’un gel, et 5) éventuellement, lavage, séchage et/ou stérilisation du gel obtenu à l’étape 4, de préférence par autoclave.