Encapsulación de puntos de carbono en un hidrogel basado en alginato: Prueba de concepto de liberación controlada de fármacos (2021)
Los sistemas de administración de fármacos buscan suministrar una cantidad terapéutica de una molécula o compuesto con un ﬁn biológico o biomédico al organismo. Estos sistemas se clasiﬁcan en tradicionales, liberación modiﬁcada y controlada. Los sistemas tradicionales no presentan diseño de formulación que permita orientar el medicamento a un sitio especiﬁco controlar la tasa de su liberación. Por el contrario, los sistemas de liberación controlada poseen un diseño de formulación que les permite controlar la velocidad de liberación y/o presentan una conﬁguración que facilita la identiﬁcación de un área especíﬁca para su acción. Así, estos últimos ofrecen ventajas sobre los sistemas tradicionales tales como simpliﬁcar la posología, disminución de efectos adversos y el aumento de la eﬁcacia de los tratamientos farmacoterapéuticos. Los puntos de carbono (CDs, por sus siglas en inglés) son nanopartículas que presentan alta solubilidad en medio acuoso, buena biocompatibilidad y naturaleza no citotóxica. Estas partículas han sido propuestas como nanoportadores para la administración de fármacos con ﬁn de liberación controlada, ya que presentan emisión ﬂuorescente en la región visible del espectro electromagnético, aumentan la biodistribución y la estabilidad de agentes terapéuticos los órganos diana. Por otro lado, los hidrogeles se han utilizado como vehículos en los sistemas de liberación modiﬁcada. Los hidrogeles son redes poliméricas, biocompatibles, que pueden absorber hasta mil veces su peso en agua o ﬂuidos de base acuosa, poseen propiedades viscoelásticas similares la de los tejidos humanos y permiten la encapsulación de diferentes especies tales como fármacos o moléculas de interés biomédico. El presente trabajo de grado propone un sistema de liberación, en donde se encapsula puntos de carbono en un hidrogel basado en alginato y se realiza una prueba de concepto de liberación controlada. Este trabajo está vinculado al proyecto marco ‘Desarrollo de los componentes de un sistema de liberación controlada de medicamentos basado en un hidrogel electroresponsivo integrado por puntos de carbono funcionalizados con curcumina’ ﬁnanciado por Fondos Concursables UR-Capital Semilla. Este proceso de elaboración del sistema se centrará en cuatro etapas de desarrollo: (i) sínte- sis de puntos de carbono mediante el método microondas con ácido cítrico, N,N-dimetilformamida etanol como materiales de partida buscando variar la temperatura de reacción, la caracteri- zación de propiedades ópticas en pro de determinar que puntos de carbono presentan mejores propiedades para la utilización como molécula ha encapsular. (ii) El desarrollo del hidrogel de alginato y la evaluación de su degradación en respuesta a pH para el diseño de sistemas de administración de fármacos. (iii) La encapsulación de los puntos de carbono en el hidrogel y su respectiva prueba de liberación controlada. (iv) Adicionalmente, se desarrolla una revisión literaria de protocolos de síntesis de hidrogeles electroresponsivos. En este proyecto se presentan los resultados de cada etapa, los puntos de carbono sintetiza- dos evidenció un ancho de banda de absorción en la región UV (200–320 nm) y de ﬂuorescencia en la región azul al cian (427-520 nm). Los puntos de carbono a 200°C evidenciaron mayor emisión a longitudes de excitación de 360/380 nm en comparación con los puntos de carbono 100°C, 125°C, 150°C y 175°C. En la síntesis del hidrogel de alginato, la relación del polímero reticulante (CaCl2 – NaCl) presentó un papel importante en la velocidad de degradación del hidrogel en medio acuoso con características de pH ácido (pH = 3.2) y básico (pH = 8.5). Además, la degradación de los hidrogeles con relación alginato y reticulante (1:1.5) se completo a la mitad del tiempo en comparación a la relación (1:1). Los perﬁles de liberación de los puntos de carbono embebido en los hidrogeles en medio ácido-básico no presentaron tendencias descritas en los modelos matemáticos para determinar la cinética de liberación. Por consiguiente, se realizó una linealización para obtener un comportamiento lineal. También, se evidenció una mayor ﬂuorescencia en el medio acuoso con pH básico en comparación al medio ácido. De la revisión literaria se encontró que las técnicas para sintetizar los polímeros con- ductivos utilizados en los hidrogeles electroresponsivos son polimerización química oxidativa, electroquímica o por irradiación. La polianilina (PAni), el polipirrol (PPy) y el PEDOT son los polímeros conductivos más empleados debido a su biocompatibilidad y buenas propie- dades eléctricas y electroquímicas. La polimerización química oxidativa es la técnica más utilizada para sintetizar estos polímeros, debido a la cantidad de producción ﬁnal obtenida ya que presenta polimerización homogénea. Sin embargo, esta técnica presenta limitaciones para controlar los procesos y los reactivos implícitos como oxidante, la temperatura, el disolvente.