Efecto de la funcionalización de poli(anhídrido maleico-co-estireno) con aminoácidos de distinto índice hidropático en la respuesta bioactiva de mallados poliméricos

Abstract

Las heridas crónicas representan un gran problema para los sistemas de salud en el mundo, como así también para los pacientes que sufren este tipo de afecciones. En Chile el tratamiento convencional de heridas crónicas se basa en el desbridamiento del sitio de la herida y la posterior aplicación de gasas que actúan como una barrera física protectora a las alteraciones del medio externo, sin embargo, esto no impide que la herida se infecte retardando su cicatrización. En este escenario, el tratamiento ideal para heridas crónicas se basa en el uso de apósitos bioactivos elaborados a partir de polímeros capaces de liberar agentes activos que promuevan la cicatrización y/o prevengan infecciones, no obstante, pese a las significativas ventajas de este tipo de apósitos, existe una problemática asociada con el control de la velocidad con que se liberan, la cual se debe ajustar a las características de cada herida, tales como alta o baja humedad, presencia o ausencia de material exudado, tejido necrosado, tejido vivo, entre otras. En este contexto, el presente trabajo se basó en la elaboración de mallados poliméricos bioactivos electrohilados de poli(anhídrido maleico-co-estireno) [PSMA] funcionalizado con aminoácidos (PSMAf) de diferentes índices hidropáticos, donde la característica bioactiva de cada mallado fue proporcionada por la incorporación de agentes activos: caléndula, cal, como agente cicatrizante y nanopartículas de plata, NPAg, como agente antibacteriano. El objetivo general de este estudio fue evaluar el efecto de la funcionalización en la respuesta biológica de los mallados a través de la modulación de la liberación de agentes activos. Para ello PSMA fue modificado con los aminoácidos; L-glutamina, L-fenilalanina y L-tirosina obteniendo derivados de los copolímeros denominados PSMA@Gln, PSMA@Phe y PSMA@Tyr, respectivamente. Luego, a partir de las soluciones poliméricas de PSMA y sus derivados se elaboraron mallados poliméricos mediante la técnica de electrohilado. Luego, los mallados fueron caracterizados morfológicamente mediante microscopía electrónica, mientras que las propiedades de humectabilidad se evaluaron a través de medidas de ángulo de contacto y capacidad de absorción de agua, resultados que fueron correlacionados con los perfiles de liberación de agentes activos. La respuesta bioactiva se evaluó mediante ensayo de citotoxicidad frente a fibroblastos NIH/3T3, ensayo hemolítico, y ensayo antibacteriano a través del conteo de colonias bacterianas. Los resultados obtenidos, mostraron una mayor humectabilidad para PSMA@Gln, lo que concuerda con el valor del índice hidropático del aminoácido. Sin embargo, la liberación de NPAg fue mayor para PSMA y más controlada para PSMAf, mientras que las curvas de liberación de Cal no mostraron un comportamiento relacionado con la humectabilidad de los mallados debido al carácter apolar del agente activo. Por último, las diferencias en la humectabilidad de los mallados también afectaron a su bioactividad, la que se evaluó en cultivos bacterianos de Staphylococcus aureus ATCC 25923 y Staphylococcus aureus ATCC 33592 resistente a meticilina y gentamicina, una línea celular de fibroblastos NIH/3T3 y glóbulos rojos.

Chronic wounds represent a major problem for health systems around the world, as well as for patients suffering from this type of conditions. In Chile, the conventional treatment of chronic wounds is based on the debridement of the wound site and the subsequent application of gauze that acts as a protective physical barrier to the alterations of the external environment, however, this does not prevent the wound from becoming infected, delaying its healing. In this scenario, the ideal treatment for chronic wounds is based on the use of bioactive dressings made from polymers capable of releasing active agents that promote healing and / or prevent infections, however, despite the significant advantages of this type of dressings, there is a problem associated with controlling the rate at which they are released, which must be adjusted to the characteristics of each wound, such as high or low humidity, presence or absence of exudate material, necrotic tissue, living tissue, among others. In this context, the present work was based on the elaboration of bioactive polymeric meshes made of poly(maleic anhydride-co-styrene) [PSMA] functionalized with amino acids (PSMAf) of different hydropathic indexes, where the bioactive characteristic of each mesh was provided by the incorporation of active agents: calendula, lime, as a healing agent and silver nanoparticles, NPAg, as an antibacterial agent. The overall objective of this study was to evaluate the effect of functionalization on the biological response of the meshes through modulation of the release of active agents. For this purpose PSMA was modified with the amino acids; L-glutamine, L-phenylalanine and L-tyrosine obtaining copolymer derivatives named PSMA@Gln, PSMA@Phe and PSMA@Tyr, respectively. Then, from the polymeric solutions of PSMA and its derivatives, polymeric meshes were elaborated using the electrospinning technique. Then, the lattices were morphologically characterized by electron microscopy, while wettability properties were evaluated through contact angle and water absorption capacity measurements, results that were correlated with the release profiles of active agents. The bioactive response was evaluated by cytotoxicity assay against NIH/3T3 fibroblasts, hemolytic assay, and antibacterial assay through bacterial colony count. The results obtained showed a higher wettability for PSMA@Gln, which is in agreement with the value of the hydropatic index of the amino acid. However, the release of NPAg was higher for PSMA and more controlled for PSMAf, while the Cal release curves did not show a behavior related to the wettability of the meshes due to the apolar character of the active agent. Finally, the differences in the wettability of the meshes also affected their bioactivity, which was evaluated in bacterial cultures of Staphylococcus aureus ATCC 25923 and Staphylococcus aureus ATCC 33592 methicillin and gentamicin resistant, a fibroblast cell line NIH/3T3 and red blood cells