Diseño, desarrollo y caracterización de impresos 3D destinados a la entrega de fármacos para el tratamiento de enfermedades crónicas : combinación de estereolitografía y nanopartículas de oro de diferentes morfologías

Abstract

Las nanopartículas (NPs) de oro generan calor al ser irradiadas gracias a sus propiedades asociadas al fenómeno del plasmón superficial. Estas propiedades son dependientes del tamaño y de la morfología, pudiendo aplicarse esto a la liberación controlada de activos con el objetivo de evitar las interacciones en sitios no específicos y así reducir los efectos secundarios. Por otro lado, la impresión en 3D es una técnica innovadora de fabricación aditiva que permite combinar múltiples materiales en un mismo dispositivo y adaptar las formulaciones a geometrías personalizadas y precisas, difíciles de conseguir con otras metodologías, Asimismo esto puede aplicarse al diseño de dispositivos farmacéuticos innovadores. En este sentido, la estereolitografía es la técnica 3D que presenta la mayor definición y la ventaja de trabajar en solución, sin aplicar temperatura, siendo esto favorable para la incorporación de nanosistemas dentro de los materiales para impresión. Este trabajo tiene como objetivo evaluar la inclusión de nanopartículas de oro (AuNPs) de 2 morfologías distintas, Nanoesferas (AuNEs) y Nanobarras (AuNRs), en matrices poliméricas mediante la técnica de impresión 3D de estereolitografía, para permitir la liberación diferencial controlada de fármacos gracias a la irradiación a dos longitudes de onda diferentes. Como fármaco modelo se utilizará la niclosamida, un fármaco derivado del ácido salicílico y que pertenece a clase II según el sistema de clasificación biofarmacéutico (SCB). Este fármaco inicialmente se utilizó como antihelmíntico, pero en la actualidad se ha reposicionado contra diferentes tipos de cáncer y COVID -19. En primer lugar, se deben encontrar los materiales adecuados para desarrollar matrices poliméricas sensibles a la luz destinadas a ser dispositivos impresos que sean capaces de responder frente a un estímulo como lo es la irradiación. Para esto se debe encontrar una región de trabajo en donde los materiales utilizados sean imprimibles, permitan la correcta solubilización del activo y contengan nanopartículas de oro destinadas a terapia fototérmica. Se utilizaron mezclas ternarias combinando un fotopolímero (PEGDA), un cosolvente (PEG) y agua (en donde los nanosistemas se encontraron disueltos). Se desarrolló un diseño de mezclas simples, mediante el software Design Expert en donde se evaluó la solubilidad del fármaco en las mezclas ternarias y se escogieron aquellas que tengan mayor potencial para el desarrollo del dispositivo. Una vez optimizados los materiales, se procedió a la etapa de impresión en 3D por la técnica de estereolitografía en donde se tuvo como objetivo que los materiales escogidos sean capaces de dar origen a estructuras sólidas tridimensionales precisas y reproducibles. Finalmente, obtenido los dispositivos impresos, estos se debieron pasar por una serie de caracterizaciones en donde estudió la inclusión de los nanosistemas de oro, la correcta carga y estabilidad del activo y la liberación de este mismo desde el dispositivo frente a diferentes estímulos. Adicionalmente se generó un dispositivo bicapa que contiene dos tipos de nanosistemas que responden a la irradiación a longitudes de onda distintas, permitiendo así la liberación controlada del fármaco modelo niclosamida pudiéndose también adaptar la geometría de este para su uso por diferentes vías de administración. Mediante los perfiles de liberación, se comprobó que la incorporación de nanosistemas a materiales de impresión en 3D aumentaron la contribución de la liberación por difusión Fickiana del fármaco. Los perfiles ajustaron al modelo matemático de Peppas-Sahlin que describe el mecanismo de liberación de fármacos a partir de sistemas poliméricos Los dispositivos impresos fueron capaces de controlar la liberación del activo gracias a la incorporación de nanopartículas y la irradiación con láser de 808 nm y 1064 nm.