Estudio para el desarrollo de envolturas de encapsulamiento que permitan una liberación controlada de esporas de hongos bajo condiciones de microgravedad

Abstract

En el Laboratorio de Exploración Espacial y Planetaria, de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, se tiene el interés de realizar investigaciones biológicas espaciales mediante misiones en Cubesat. Considerando la alta supervivencia de los hongos en condiciones extremas, en particular de sus esporas, sumado a las ventajas a la supervivencia humana que proporciona Trichoderma reesei, es de interés estudiar la tolerancia de este microorganismo a condiciones de microgravedad dentro de un microsatélite, con la precaución de no contaminar otros experimentos que se desarrollen a abordo. El objetivo de este trabajo fue estudiar y diseñar una metodología para desarrollar microcápsulas que permitan una liberación controlada de esporas de T. reesei bajo condiciones de microgravedad. La metodología se basó en la compilación de información atingente a T. reesei, a polímeros que puedan ser utilizados para encapsular la espora del hongo y a los métodos de encapsulación existentes. Por otro lado, se gestionaron y coordinaron entrevistas con expertos relacionados a encapsulación y microgravedad, lo que permitió acotar la búsqueda a técnicas viables en el microorganismo de interés. Con esto, se procedió a determinar los costos de reactivos necesarios para implementar cada una de las técnicas de encapsulado. Se evaluaron cuatro alternativas de encapsulación, gelificación iónica, montaje capa por capa (LbL), electrohilado y secado por aspersión, escalando las técnicas para que utilicen el mismo número de esporas. Se determinó que la gelificación iónica con alginato de calcio es sencilla y de bajo costo ($184 por 2,39 x 10^8 esporas), además, puede permitir la germinación y el desarrollo del organismo dentro de las perlas, al estar inmersas en un medio de cultivo líquido. El montaje LbL, con lignina catiónica y lignosulfonato, es una técnica más costosa ($14.833 por 2,39 x 10^8 esporas) y compleja de implementar, además, requiere la presencia de enzimas específicas que destruyan la cápsula. El electrohilado, el cual genera fibras de quitosano que contienen las esporas, es una metodología relativamente económica ($3.589 por 2,39 x 10^8 esporas) y de fácil acceso, la cual permite que la cápsula se desintegre al entrar en contacto con un medio de cultivo sólido apropiado. Por otro lado, el secado por aspersión, donde se obtienen cápsulas compuestas de dextrina, hidroxipropilmetilcelulosa, leche descremada y quitosano, es la técnica más costosa ($17.838 por 2,39 x 10^8 esporas); sin embargo, permite que la cápsula se desintegre al entrar en contacto con un medio con alto contenido de agua. El estudio permitió comparar diversas técnicas de encapsulación, adaptando las metodologías, para que sean aplicables al microorganismo objetivo. Se concluye que la gelificación iónica es la técnica más apropiada de encapsulación, considerando costos de reactivos y accesibilidad para ser desarrollada. Adicionalmente, la gelificación iónica puede entregar la ventaja de estudiar la germinación y el crecimiento de las esporas dentro de las mismas cápsulas, por lo que no se correría riesgo de contaminación en el satélite.