Caracterización de nanoestructuras de quitosano, fibroína de seda y oro como liberadores de fármacos

Abstract

Uno de los principales inconvenientes del uso de nanodispositivos para la liberación de fármacos es su tendencia a agregar al ser expuestos a condiciones fisiológicas. Se ha propuesto el uso de polímeros como agentes estabilizadores. Entre estos, el quitosano (CS) es un polielectrolito policatiónico en disolución que ha mostrado potenciales aptitudes en la estabilización de diferentes nanoestructuras cargadas negativamente. Los objetivos de este trabajo fueron sintetizar y caracterizar nanodispositivos de liberación de fármacos, en los que el CS de peso molecular medio (MMW) actuara como agente estabilizador de diferentes nanoestructuras cargadas negativamente. De forma concreta, nanodispositivos compuestos con CS MMW y nanopartículas de oro recubiertas de citrato (AuNP) o CS MMW y nanopartículas de fibroína de la seda (SFN). Estudiar la citotoxicidad del CS MMW, de las AuNP, de las SFN y de las nanoestructuras desarrolladas, CS MMW:AuNP y CS MMW:SFN sobre cultivos celulares usando para ello células HeLa. Por último, caracterizar nanodispositivos complejos formados a partir de CS MMW y otros biopolímeros complejos como el alginato, el sulfato dextrano y el polietilenglicol 4000 entre otros. Y evaluar estas nanoestructuras como dispositivos de liberación de fármacos usando insulina como molécula modelo. La caracterización de las estructuras se llevó a cabo mediante el estudio del diámetro hidrodinámico medido mediante dispersión dinámica de luz (DLS), del potencial Z, del espectro de absorción UV-Vis mediante espectrofotometría y análisis mediante fotocentrifugación. Se recurrió a la microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de barrido (SEM) para la visualización de las nanoestructuras. Se determinó la citotoxicidad de los nanodispositivos mediante la reducción de una sal de tetrazolio (MTT) llevada a cabo por células HeLa. Para cuantificar la liberación de insulina por nanodispositivos polisacarídicos complejos, se aplicó cromatrografía líquida de alta resolución (HPLC). Los resultados de este trabajo permiten concluir que: 1. CS MMW en disolución a 10-5 g/mL y pH inferior a 6.5 presenta principalmente nanoestructuras que experimentan una reducción de su diámetro hidrodinámico en condiciones de elevada fuerza iónica como resultado del apantallamiento de cargas de la superficie de las cadenas. 2. El CS MMW en disolución acídica es un polímero policatiónico capaz de estabilizar nanoestructuras polianiónicas. Derivados del polímero como el gicol CS mantienen las propiedades estabilizadoras del polisacárido. 3. Las propiedades de las nanoestructuras obtenidas como resultado de la interacción del biopolímero y nanopartículas cargadas negativamente dependen de las concentraciones de los polielectrolitos y de las proporciones entre el biopolímero y las nanopartículas polianiónicas. 4. El CS MMW actúa como un andamiaje donde se adhieren las AuNP y quedan protegidas de la agregación en condiciones de bajo pH o elevada fuerza iónica. 5. El CS MMW se dispone en la superficie de la SFN donde la protege de la agregación en condiciones de elevada fuerza iónica. La SFN se postula como un material prometedor en nanotecnología debido a puede ser estabilizada mediante el uso de CS MMW y el gicol CS. 6. El CS MMW, las AuNP, la SFN y las nanoestructuras formuladas compuestas de AuNP:CS y CS:SFN, muestran biocompatibilidad sobre cultivos de células HeLa. 7. El CS MMW permite modular el tamaño y la agregación de nanocomposites complejos formulados con otros polisacáridos. One of the main problems when using drug delivery systems is their tendency to aggregate under physiological conditions. Polymers have been proposed as stabilizing agents for avoiding this issue. Among them, chitosan (CS) is a polycationic polyelectrolyte in solution, which has shown good abilities in the stabilization of several negatively charged nanostructures. The objectives of this work were sinthesizing and characterizing nanodispositives for drug delivery in which medium molecular weight (MMW) CS acts as stabilizing agent for different negatively charged nanostructures. Concretely, nanodispositives composed of MMW CS and gold nanopartícles coated with gold (AuNP) and MMW CS and silk fibroin nanoparticles (SFN). Evaluating the citotoxicity of MMW CS, AuNP, SFN, and the nanostructures developed, MMW CS:AuNP and MMW CS:SFN, in HeLa cell cultures. Finally, characterize complex nanodispositives composed of MMW CS and other complex biopolymers as alginate, dextran sulfate and polyethylene glycol 4000, among others. And, evaluate them as drug delivery systems using insulin as a model. In order to characterize nanostructures, hydrodynamic diameter by dynamic light scattering (DLS), Z potential, UV-Vis spectrophotometric analysis, and photocentrifugation analysis were developed. Trasmission electron microscopy and scanning electron microscopy were used to visualize nanostructures. Citotoxicity of the nanodispositives was evaluated by tetrazolium salt reduction (MTT) by HeLa cell cultures. High performance liquid chromatography (HPLC) was used to evaluate the insulin released by polysacharide complex nanodevices. The results obtained in this work let conclude 1. CS MMW in solution at 10-5 g/mL and pH lower than 6.5 shows mainly nanometric size. When increased ionic strength, this nanostructures diminished their size as a result of the screening effect. 2. CS MMW in acidic solution is a polycationic polymer capable of stabilizing polyanionic nanostructures. Its derivatives as glycol CS keep the stabilizing properties of the polyelectrolyte. 3. Properties of the nanostructures obtained as a result of the interaction of MMW CS and negatively charged nanoparticles depended on the polyelectrolyte concentrations and the proportions among the biopolymer and polyanionic nanoparticles. 4. MMW CS acts as scaffold in which AuNP got immobilized and protected from aggregation at low pH of high ionic strength conditions. 5. MMW CS is placed on the surface of SFN avoiding their aggregation at high ionic strength. SFN can be stabilized at high ionic strength by using MMW CS or glycol CS. Thus, SFN is a promising biomaterial for nanotechnology. 6. MMW CS modulated the size and the aggregation of the complex polyssacharyde nanodevices. 7. MMW CS, AuNP, SFN and nanodevices composed of MMW CS:AuNP and MMW CS:SFN showed biocompatibility in HeLa cell cultures.