Nanopartículas metálicas unidas a compuestos de inclusión de ciclodextrina para potenciales aplicaciones en sistemas inteligentes de entrega de fármacos

Abstract

Esta tesis doctoral consistió en el estudio de sistemas supramoleculares formados por compuestos de inclusión (CI) de ciclodextrina (CD) con diferentes tipos de moléculas huésped y con nanopartículas de oro (NPSAu). En una primera etapa se obtuvieron CI con alquiltioles y alquilaminas como sistemas modelo para la liberación controlada de fármacos. En una segunda etapa se trabajó específicamente con el fármaco antitumoral metotrexato (MTX) como molécula huésped, con el objetivo de aumentar su solubilidad y disminuir sus efectos tóxicos inherentes a su inespecificidad a células tumorales. La molécula de MTX al ser el antimetabolito del ácido fólico es reconocida por los receptores de folato que se encuentran sobre-expresados en diversas células. Se realizó también la conjugación de estos Cl con NPsAu (esferas y barras) obtenidas por métodos físicos y químicos con el objetivo de obtener sistemas inteligentes de entrega de moléculas huésped, basándose en las propiedades ópticas que poseen las NPsAu. Específicamente, se estudió el efecto fototérmico de las nanoesferas de oro (NEsAu) sobre los Cl. La irradiación de una muestra de CI, conjugada a NEsAu con un láser de longitud de onda sintonizable con el plasmón de superficie correspondiente, genera la disipación local de energía, que conlleva a la ruptura del Cl y a la liberación controlada de la molécula huésped por efecto de la temperatura. Para estudiar este efecto, se ideó una estrategia de funcionalización de vidrios para soportar las muestras y detectar, in situ, mediante un monitoreo por AFM, la separación del Cl de la NESAu por efecto de la temperatura. Por medio de la espectrometría de masas MALDI-TOF se confirmó el abandono de la molécula huésped de la cavidad de ciclodextrina. Finalmente, se evaluó la viabilidad celular mediante ensayos MTS de muestras de CI/MTX y de CI/MTX/NEsAu con y sin irradiación sobre células tumorales HeLa. De esta manera se concluyó que la inclusión del fármaco en la cavidad de ciclodextrina disminuye el efecto citotóxico en comparación de MTX libre, y que, la irradiación de las muestras genera la disminución de la viabilidad celular con respecto al control no irradiado. Esto se debe a que el calor plasmónico alcanza temperaturas suficientes para generar la ruptura del CI, liberando el MTX de las cavidades de la ciclodextrina. Estos resultados son relevantes de cara al desarrollo de una estrategia de liberación controlada espacial y temporalmente.

This doctoral thesis consisted in the study of supramolecular systems formed by inclusion compounds (IC) of cyclodextrin (CD) with different types of guest molecules and gold nanoparticles (NPsAu). In a first stage were obtained IC with alkylthiols and alkylamines as model systems for the controlled release of drugs. In a second stage were studied specifically IC with the methotrexate antitumor drug (MTX) as a guest molecule, with the aim of increasing its solubility and decreasing their inherent toxic effects in its unspecific for tumor cells. The MTX molecule, by being folic acid's anti metabolite, is recognized by folate receptors found over-expressed in different cells. There was also the conjugation of these IC with AuNPs (spheres and bars) obtained by chemical and physical methods in order to obtain intelligent delivery systems of the guest molecules, based on the optical properties of AuNPs. The gold's nanospheres photothermal effect over the IC was specifically studied. An IC's irradiation sample, conjugated to NESAu, with a wavelength laser tunable to the corresponding surface plasmon, generates a local dissipation of energy, which leads to the rupture of the IC and the controlled release of the guest molecule by the temperature's effect. To study this effect, a glasses functionalization strategy was devised to support samples and to detect in situ, by an AFM monitoring, the separation of the IC from the NEsAu by an effect of temperature. Through MALDI-TOF mass spectrometry it's confirmed the abandonment of the guest molecule from Cyclodextrin's cavity. Finally, cell viability was evaluated by MTS tests of IC/MTX and IC/MTX/NEsAu samples, with and without radiation, on HeLa tumor cells. Thus, it was concluded that the inclusion of the drug into Cyclodextrin's cavity decreases the cytotoxic effect compared to free MTX, and, that the irradiation of samples generates the decrease in cell viability relative to the nonirradiated control. This is due to that plasmonic heat reaches enough temperature to generate the rupture of the IC, liberating the MTX from Cyclodextrin's cavities. These results are relevant towards the development of a spatially and temporally controlled liberation strategy.