Obtención de hidrogeles híbridos (QUIT-PEG) por entrecruzamiento físico para aplicaciones biomédicas

Abstract

Los biomateriales por su propiedad biodegradativa y su no toxicidad en el cuerpo humano han sido ampliamente investigados para su potencial aplicación en diversas áreas, tales como la biomedicina, farmacia, biotecnología y biorremediación, entre otras. En Costa Rica, la Universidad Nacional ha venido trabajando en esta línea de investigación, desarrollando proyectos enfocados a la viabilidad del uso de los biomateriales como una forma de sustitución a materiales sintéticos, al igual que lo han hecho universidades latinoamericanas, europeas, estadounidenses y asiáticas, entre Entre los biomateriales de mayor aplicación, provenientes de fuentes renovables se encuentran los derivados de la quitina y el quitosano, obtenidos principalmente de residuos de crustáceos. El quitosano y sus derivados, se pueden encontrar de foma sólida, líquida y principalmente como hidrogeles, según sea el uso para lo que se necesiten. Los hidrogeles son estructuras tridimensionales que se hinchan en presencia de agua o de fluidos biológicos, que han sido ampliamente utilizados como biomateriales. Sin embargo, una propiedad limitante es que presenta baja resistencia mecánica, para lo cual se emplean agentes plastificantes como el polietilenglicol (PEG), con el objetivo de atribuirle más flexibilidad y resistencia. Por lo mencionado anteriormente, se sintetizaron hidrogeles híbridos de quitosano y polietilenglicol (QUIT:PEG) formulados con un agente modificante (PEG) de diferentes masas moleculares y en proporciones variadas, con el objetivo de determinar las condiciones de formulación óptimas para obtener la mejor relación entre la matriz y el entrecruzante mediante interacciones físicas. Las pruebas de caracterización fisica y química de los hidrogeles híbridos QUIT:PEG formulados, permitieron comprobar la eficacia en el proceso de modificación de la mafriz polimérica de quitosano mediante la adición de polietilenglicol Los ensayos fisicos, térmicos y espectroscópicos aplicados a las matrices híbridas formuladas, permiten concluir que se produce un efecto entrecruzante de tipo fisico, sobre la matriz polimérica bidimensional de los hidrogeles de quitosano, al reaccionar con el polietilenglicol. Así mismo, no se observaron diferencias significativas en el proceso de entrecruzamiento de los hidrogeles, en función de la masa molecular o el porcentaje de agente modificante utilizado para su formulación. Conforme se adicionó entrecruzante a la matriz, el hidrogel se tornó más estable al entrar en contacto con líquidos, esto demostrado por su capacidad de hinchamiento y menor degradación, comparado al hidrogel sin modificar. Lo anterior es una condición favorable para la aplicación biomédica al entrar en contacto con fluidos corporales. A partir de los ensayos fisicos, térmicos y espectroscópicos aplicados a los hidrogeles híbridos QUIT:PEG formulados, se determinó que el sistema 90: IO, es el más adecuado para ensayos de aplicabilidad biomédica. De igual manera, los ensayos de esterilización de las matrices híbridas QUIT:PEG (90: IO) mediante procesos de irradiacion ultravioleta, no presentaron ningún efecto significativo sobre las propiedades fisicas y químicas del biomaterial. Adicionalmente este proceso de esterilización permitió eliminar de forma efectiva hasta un 100% el crecimiento de las bacterias, hongos y levaduras que contenían la matriz sin irradiar. Lo señalado anteriormente permite indicar que mediante esta técnica de esterilización, no existe riesgo biológico de la matriz para eventuales aplicaciones en biomedicina.

Biomaterials, due to their biodegradative property and their non-toxicity in the human body, have been widely investigated for their potential application in various areas, such as biomedicine, pharmacy, biotechnology and bioremediation, among others. In Costa Rica, the National University has been working on this line of research, developing projects focused on the feasibility of using biomaterials as a way to replace synthetic materials, as have Latin American, European, American, and Asian universities. , between Among the most widely applied biomaterials from renewable sources are those derived from chitin and chitosan, obtained mainly from crustacean residues. Chitosan and its derivatives can be found in a solid, liquid form and mainly as hydrogels, depending on the use for which they are needed. Hydrogels are three-dimensional structures that swell in the presence of water or biological fluids, which have been widely used as biomaterials. However, a limiting property is that it has low mechanical resistance, for which plasticizing agents such as polyethylene glycol (PEG) are used, in order to give it more flexibility and resistance. Due to the aforementioned, chitosan and polyethylene glycol hybrid hydrogels (QUIT:PEG) formulated with a modifying agent (PEG) of different molecular masses and in varied proportions were synthesized, with the aim of determining the optimal formulation conditions to obtain the best relationship. between the matrix and the crosslinker through physical interactions. The physical and chemical characterization tests of the formulated QUIT:PEG hybrid hydrogels allowed us to verify the effectiveness in the process of modifying the chitosan polymer matrix by adding polyethylene glycol. The physical, thermal and spectroscopic tests applied to the formulated hybrid matrices allow us to conclude that a physical crosslinking effect is produced on the two-dimensional polymeric matrix of chitosan hydrogels, when reacting with polyethylene glycol. Likewise, no significant differences were observed in the crosslinking process of the hydrogels, depending on the molecular mass or the percentage of modifying agent used for their formulation. As crosslinking was added to the matrix, the hydrogel became more stable upon contact with liquids, as demonstrated by its swelling capacity and less degradation, compared to the unmodified hydrogel. This is a favorable condition for biomedical application when in contact with body fluids. From the physical, thermal and spectroscopic tests applied to the formulated QUIT:PEG hybrid hydrogels, it was determined that the 90: IO system is the most suitable for biomedical applicability tests. In the same way, the sterilization tests of the hybrid matrices QUIT:PEG (90: IO) by means of ultraviolet irradiation processes, did not present any significant effect on the physical and chemical properties of the biomaterial. Additionally, this sterilization process made it possible to effectively eliminate up to 100% of the growth of bacteria, fungi and yeasts contained in the non-irradiated matrix. The aforementioned allows us to indicate that by means of this sterilization technique, there is no biological risk of the matrix for eventual applications in biomedicine.