Películas nanoestructuradas y nanofibras de polielectrolitos conteniendo l-aminoácidos. estudios de adhesión y viabilidad celular

Abstract

El uso de polielectrolitos para el desarrollo de materiales poliméricos con potenciales aplicaciones en el área de los biomateriales se ve favorecido dada la variedad de grupos funcionales y grupos ionizables que estos contienen en su estructura. Esta variedad estructural influye en la capacidad para atraer o repeler sistemas biológicos como células y proteínas, afectando el comportamiento de adhesión, crecimiento y viabilidad sobre el material polimérico. El desarrollo de esta Tesis ha contribuido a la obtención de películas nanoestructuradas y nanofibras a partir de polielectrolitos derivados de poli(anhídrido maleico-alt-estireno) (PSMA) y poli(anhídrido maleico-alt-etileno) (PEMA) modificado con aminoácidos de diferente índice hidropático. Estos polielectrolitos fueron caracterizados mediante FT-IR, RMN-1H, RMN-13C y análisis elemental. El grado de modificación de los polielectrolitos obtenidos fue de un 80% aproximadamente. Las películas nanoestructuradas fueron preparadas a partir de polielectrolitos derivados de PSMA modificado con los aminoácidos L-glutamina, L-metionina y L-tirosina, denominados PSMA-Gln, PSMA-Met y PSMA-Tyr, respectivamente. Se estudió su comportamiento de adsorción sobre SiW modificado hidrofílicamente a pH 4.0 y 7.0 y a dos fuerzas iónicas (0.1 y 0.001M NaCl). A pH 4.0 el comportamiento de adsorción para PSMA-Gln, PSMA-Met y PSMA-Tyr a 0.1M NaCl está gobernado por interacciones hidrofóbicas, al igual que para PSMA-Gln y PSMA-Tyr a 0.001M NaCl. El comportamiento de adsorción para PSMA-Met a 0.001M está determinado por interacciones electrostáticas. Las películas PSMA-Gln, PSMA-Met y PSMA-Tyr mostraron zonas hidrofóbicas e hidrofílicas en la superficie indicando la presencia de grupos carboxilatos, ácidos carboxílicos y fenilos. Las imágenes de AFM de las películas mostraron una morfología con nanoestructuras globulares bien definidas y nanoestructuras lineales densamente empaquetadas, determinadas por la conformación del polielectrolito en disolución conservándola en la superficie. Además, se estudió la adhesión y viabilidad de las células neuronales de la línea celular SH-SY5Y, estas células se propagaron en menor medida para las películas en comparación con los sustratos estándares. Se observó que las películas de PSMA-Met favoreció la peroxidación de lípidos presentes en la pared celular, sin embargo, estos tratamientos no afectaron la viabilidad celular lo que sugiere que PSMA-Met modificó la respuesta del neuroblastoma SH-SY5Y con el sustrato. Además, se obtuvieron nanofibras a partir de mezclas de polielectrolitos derivados de PEMA con los aminoácidos L-ácido aspártico, L-arginina, L-leucina, L-metionina y L-tirosina con POE (Mw = 300 kDa) en distintas proporciones y concentraciones. Estas mezclas fueron estudiadas mediante FT-IR, TGA y DSC para establecer la miscibilidad de la mezcla. Se determinó que a una concentración de 20% p/v de polielectrolitos mezclados con POE 10% p/v se obtienen fibras continuas y sin defectos morfológicos con diámetros entre 200 y 350 nm. Finalmente, no se logró entrecruzar las mallas de nanofibras obtenidas con ninguno de los agentes entrecruzantes utilizados. Lo anterior se debe a que las nanofibras interactúan rápidamente con el disolvente, provocando una perdida la conformación de las fibras y sus propiedades características.

The use of polyelectrolytes for the development of polymeric materials with potential applications in the area of biomaterials is favored given the variety of functional groups and ionizable groups they contain in their structure. This structural variety influences the ability to attract or repel biological systems such as cells and proteins, affecting the adhesion, growth and viability behavior on the polymeric material. The development of this Thesis has contributed to the obtaining of nanostructured films and nanofibers from polyelectrolytes derived from poly (maleic anhydride-alt-styrene) (PSMA) and poly (maleic anhydride-alt-ethylene) (PEMA) modified with amino acids from different hydropathic index. These polyelectrolytes were characterized by FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR and elemental analysis. The degree of modification of the polyelectrolytes obtained was about 80%. The nanostructured films were prepared from polyelectrolytes derived from PSMA modified with the amino acids L-glutamine, L-methionine and L-tyrosine, called PSMA-Gln, PSMA-Met and PSMA-Tyr, respectively. Their adsorption behavior on SiW modified hydrophilically at pH 4.0 and 7.0 and at two ionic strengths (0.1 and 0.001M NaCl) was studied. At pH 4.0 the adsorption behavior for PSMA-Gln, PSMA-Met and PSMA-Tyr at 0.1M NaCl is governed by hydrophobic interactions, as well as for PSMA-Gln and PSMA-Tyr at 0.001M NaCl. The adsorption behavior for PSMA-Met at 0.001M is determined by electrostatic interactions. The PSMA-Gln, PSMA-Met and PSMA-Tyr films showed hydrophobic and hydrophilic areas on the surface indicating the presence of carboxylate, carboxylic acid and phenyl groups. The AFM images of the films showed a morphology with well-defined globular nanostructures and densely packed linear nanostructures, determined by the conformation of the polyelectrolyte in solution, preserving it on the surface. In addition, the adhesion and viability of the neuronal cells of the SH-SY5Y cell line were studied, these cells propagated to a lesser extent for the films compared to the standard substrates. It was observed that the PSMA-Met films favored peroxidation of lipids present in the cell wall, however, these treatments did not affect cell viability suggesting that PSMA-Met modified the response of the neuroblastoma SH-SY5Y with the substrate. In addition, nanofibers were obtained from mixtures of polyelectrolytes derived from PEMA with the amino acids L-aspartic acid, L-arginine, L-leucine, L-methionine and L-tyrosine with POE (Mw = 300 kDa) in different proportions and concentrations. These mixtures were studied by means of FT-IR, TGA and DSC to establish the miscibility of the mixture. It was determined that at a concentration of 20% w/v of polyelectrolytes mixed with POE 10% w/v, continuous fibers are obtained and without morphological defects with diameters between 200 and 350 nm. Finally, it was not possible to cross-link the nanofiber meshes obtained with any of the crosslinking agents used. The above is since the nanofibers interact rapidly with the solvent, causing a loss of conformation of the fibers and their characteristic properties