Encapsulación molecular de diferentes compuestos bioactivos con ciclodextrinas: aplicaciones in vitro e in vivo

Abstract

Introducción El desarrollo de nuevos productos está en auge. La sociedad cada día demanda nuevas cualidades y la industria intenta satisfacer esta demanda con el estudio y adicción de nuevas sustancias bioactivas. No obstante, muchas de estas sustancias necesitan ser añadidas con una molécula matriz que mejore sus propiedades. En este punto, unas moléculas conocidas como ciclodextrinas (CDs) adquirieron hace unos años un protagonismo que a día de hoy aun mantienen. Debido a su interior hidrofóbico y exterior hidrofílico, presentan la propiedad de incluir una amplia variedad de moléculas orgánicas e inorgánicas, comúnmente denominadas moléculas huésped (complejo de inclusión), aumentando así la solubilidad aparente de distintas moléculas hidrofóbicas y parcialmente hidrofóbicas; de esta propiedad, se derivan muchas otras propiedades secundarias. Por ello, es intención de esta tesis doctoral mostrar su potencial in vitro e in vivo en diversas aplicaciones. Objetivos 1. Demostrar el potencial de las ciclodextrinas en distintos campos, para ello se dividará el trabajo en 3 grandes bloques: a. Bloque 1: caracterización de diversos complejos de inclusión de inclusión con ciclodextrinas comerciales. b. Bloque 2: Estudiar distintas aplicaciones de las ciclodextrinas en química analítica, industria alimentaria y farmacológica. c. Bloque 3: Estudiar la síntesis, caracterización y aplicación del polímero denominado nanoesponja de ciclodextrinas.

Metodología Para el bloque 1, distintas técnicas de cómo HPLC, fluorescencia, RMN, DSC o modelado molecular fueron usadas para caracerizar los complejos. Para el bloque 2, metodologías de digestión in vitro, extracción de compuestos o el uso de modelos de alimentos fueron puestos a punto y utilizados. Para el bloque 3, se sintetizaron los polímeros y se caracterizaron los complejos de inclusión mediante técnicas del apartado 1. Se utilizó en nematodo Caenorhabditis elegans para estudiar el efecto sobre la extensión de la vida media de compuestos bioactivos encapsulados. Conclusiones En el bloque 1, hemos visto el potencial para encapsular distintos compuestos bioactivos con ciclodextrinas. En el bloque 2, vimos como efectivamente las ciclodextrinas pudieron separar isómeros (química analítica), estabilizar compuestos alimentarios (industria alimentaria) o usarse en enfermedades raras (farmacología). En el bloque 3, pudimos ver como el polímero ofrece una liberación suave del compuesto bioactivo por su características poliméricas así como su efecto en la vida media de C.elegans. En definitiva, esta tesis en su conjunto representa un importante avance en el conocimiento relacionado con ciclodextrinas en distintos campos: nuevos métodos de separación de moléculas, de estabilización de alimentos y fármacos… Además, establece nuevas metodologías para trabajar con ellas en distintos campos como química analítica, ciencia alimentaria y farmacéutica.

Introduction The development of new products is booming. The society every day demands new product qualities and the industry tries to satisfy this demand with the study and addiction of new bioactive substances. However, many of these substances need to be added with a matrix molecule that improves their properties. At this point, some molecules known as cyclodextrins acquired a prominence a few years ago that they still maintain today. Due to their hydrophobic interior and hydrophilic exterior, they have the property of including a wide variety of organic and inorganic molecules, commonly called host molecules (inclusion complex), thus increasing the apparent solubility of different hydrophobic and partially hydrophobic molecules; from this property, many other secondary properties are derived. Therefore, it is the aim of this Ph.D thesis to show its potential in vitro and in vivo in various applications. Objectives 1. Demonstrate the potential of cyclodextrins in different fields, for this work will be divided into 3 large blocks: a. Block 1: characterization of several inclusion complexes with commercial cyclodextrins. b. Block 2: Study different applications of cyclodextrins in analytical chemistry, food industry and pharmacology. c. Block 3: Study the synthesis, characterization and application of the polymer Cyclodextrin-based Nanosponges. Methodology For block 1, different techniques such as HPLC, fluorescence, NMR, DSC or molecular modeling were used to characterize the complexes. For block 2, methodologies of in vitro digestion, extraction of compounds or the use of food models were developed and used. For block 3, the polymers were synthesized and the inclusion complexes were characterized by techniques of section 1. Caenorhabditis elegans model was used to study the effect on lifespan of encapsulated bioactive compounds. Conclusiones In block 1, we have shown the potential to encapsulate different bioactive compounds with cyclodextrins. In block 2, we saw how cyclodextrins could effectively separate isomers (analytical chemistry), stabilize food compounds (food industry) or to be used in rare diseases (pharmacology). In block 3, we could see how the polymer offers a gentle release of the bioactive compound for its polymeric characteristics as well as its effect on the half-life of C.elegans. In short, this thesis as a whole represents an important advance in the knowledge related to cyclodextrins in different fields: new methods of separation of molecules, stabilization of food and drugs ... In addition, it establishes new methodologies to work with them in different fields such as chemistry analytical, food science and pharmaceutical.