Biocompatibilización de nanopartículas metálicas con copolimeros de quitosano

Abstract

A pesar de los grandes adelantos científicos y tecnológicos, hoy en día aún hay diversas enfermedades que no poseen un método de diagnóstico y/o de tratamiento temprano y efectivo. Es por ello que actualmente se está explorando el uso de nuevos materiales y tecnologías para resolver tales problemas. En este sentido, cabe mencionar el desarrollo de la nanotecnología, área de la ciencia que se dedica al control y desarrollo de materiales en la escala nanométrica (que incluye a materiales que posean al menos en una de sus dimensiones, tamaños de entre 1 y 100 nm). Los nanomateriales presentan interesantes propiedades que los convierten en una herramienta útil para la biomedicina. Un ejemplo de ello son las nanopartículas de oro (Au-NPs) que absorben la energía que se les suministra y la disipan de manera local, pudiendo además, por su tamaño, distribuirse por todo el organismo llegando a diferentes sitios de acción. Es por ello que en nuestro laboratorio se investiga el posible uso de las mismas para el tratamiento y diagnóstico de la Enfermedad de Alzheimer. Un ejemplo de ello es la conjugación de Au-NPs con el péptido CLPFFD, que reconoce agregados tóxicos de la proteína Aβ, presentes en pacientes que padecen la enfermedad de Alzheimer, para dirigirlas selectivamente a los mencionados agregados y así destruirlos. Sin embargo, tales nanopartículas presentan efectos adversos, debido a su carga superficial negativa, pudiendo generar trombogenicidad y/o opsonización, siendo fácilmente capturadas por el Sistema Fagocítico Mononuclear (MPS, del inglés Mononuclear Phagocyte System), lo que impediría su llegada al blanco terapéutico. Es por ello que al administrar las nanopartículas in vivo, llega al cerebro una muy pequeña proporción de la dosis inyectada acumulándose las mismas en hígado y bazo lo cual debe evitarse considerando futuras aplicaciones farmacéuticas. En la presente tesis, para evitar tales efectos, nanopartículas de oro fueron recubiertas con polímeros derivados del quitosano (Qo). No obstante, es importante destacar que el Qo presenta una elevada energía superficial, lo que se traduce en un efecto trombogénico, por lo que el Qo se entrecruzó con un polisiloxano (PS), polímero de baja energía superficial, con la finalidad de disminuir la energía superficial en el Qo. Dicha reacción de entrecruzamiento se realizó mediante el uso de un agente entrecruzante, EDC, que es capaz de activar el grupo carboxilo del PS para que reaccione con el grupo amino del Qo. Los polímeros derivados del Qo fueron caracterizados por termogravimetría, espectroscopía infrarroja y por medidas de ángulo de contacto. Posteriormente, se evaluó la trombogenicidad de los mismos mediante ensayos de coagulación, como así también sus efectos a nivel de la viabilidad celular en células de neuroblastoma humano, mediante ensayos con MTS. En resumen, se obtuvieron polímeros entrecruzados derivados del Qo que presentaron una menor energía superficial respecto a la obtenida para el Qo solo. A partir de la disminución en la energía superficial se logró eliminar el efecto trombogénico y, al mismo tiempo, se disminuyó el efecto tóxico presentado a nivel de la viabilidad celular. Dichos polímeros se emplearon para recubrir las AuNPs, formándose así los nanocompósitos (NC) correspondientes que no presentaron efectos sobre la coagulación ni sobre la viabilidad celular, respecto del Qo. Los nanocompósitos obtenidos presentaron carga neta positiva, lo cual contribuirá a reducir la interacción con el MPS siendo esto muy relevante para futuras aplicaciones farmacéuticas

Despite of the great scientific and technological advances, there are several diseases that still doesn´t have an early and effective method of diagnosis and treatment. Because of that, today it is exploring about the use of new materials and technologies to solve this issue. In this sense, it is important to mention the development in nanotechnology which is an area of the science dedicated to control and develop materials on nanometric scale (include materials with at least one dimension of size between 1 to 100 nm). This nanomaterials exhibit new properties, an example are the gold nanoparticles (Au-NPs), that are capable of absorbing energy supplied and dissipate it locally, beside its capacity of distribute easily by all the organism due to their small size. For this reason in our laboratory it is investigated the potential use of AuNPs for the treatment and diagnosis of Alzheimer´s disease. One example is the conjugation of AuNPs with the peptide CLPFFD that recognizes the toxic aggregates of Aβ present in the brain of patients that suffer Alzheimer’s disease with the propose to destroy the mentioned aggregates. However, such nanoparticles show adverse effects, because of the negative superficial charge present in them, that could generate thrombogenicity and opsonisation, been easily captured by Mononuclear Phagocytic System (MPS), impeding their arrival to the therapeutic target. For this reason after an injection of nanoparticles the percentage of the injected dose that reaches the brain is very low being necessary to improve the drug delivery for future pharmaceutical applications. In the present thesis, to avoid these side effects, the nanoparticles will be capped polymers derivated from chitosan (Qo). Nevertheless, this polymer shows a high value of superficial energy, involving a thrombogenic effect. That´s why, in this thesis work, Qo was cross-linked with polysiloxane (PMS), a polymer with low superficial energy, expecting a decreasing in this energy, and use it to recover the Au-NPs. This reaction was possible by the use of a cross-linking agent, EDC, whom is capable to activate the carboxyl group of the PMS, to react with the amine group of Qo. The obtained copolymers were characterized by thermogravimetry, infrared spectroscopy and contact angle measures. On the other hand, the thrombogenic effects of the polymers were evaluated by means of a coagulation assay and their effects on cell viability on human neuroblastome cells were evaluated using MTS assay. In summary, in this work it was obtained crosslinked derivates polymers from chitosan that shows a lower surface energy with respect to Qo. The copolymerization of Qo with PMS lead to the elimination of the thrombogenic effects and to a diminution of the effects on the cell viability. These copolymers were used for capping the AuNPs, obtaining nanocomposites, that did not show thrombogenic effects and neither a reduction of cell viability. These nanocomposites presented a positive charge which could contribute to avoid interaction with MPS which is very relevant for future pharmaceutical applications