Desarrollo y caracterización de nanovehículos de alginato y zinc utilizando la técnica de secado por aspersión a escala nanométrica y estudios de liberación en un sistema de digestión gastrointestinal simulado

Abstract

El secado por aspersión a escala nanométrica es una técnica reciente que se emplea para obtener polvos de tamaño micro y nanométrico con un proceso rápido de un solo paso. En este trabajo de tesis, se seleccionaron alginato de sodio (AS) y una sal de zinc (Zn) como agentes encapsulantes, realizando una gelificación iónica in situ en la etapa de secado, y encapsulando carboxifluoresceína (CF), molécula escogida como modelo por su baja permeabilidad biológica y sencilla cuantificación mediante diversas técnicas analíticas. Para el diseño experimental se utilizó un modelo composito central+punto estrella para conocer las condiciones óptimas de temperatura del aire de secado y concentración de AS para una recuperación de CF y rendimiento de polvo deseables para las nanopartículas. Dentro de los objetivos para esta formulación es que en contacto con agua sean capaces de formar un nanogel que libere controladamente el activo en un modelo in vitro de digestión gastrointestinal (INFOGEST). Las nanopartículas con CF (CF/AS-Zn) y CF en liposomas incluidos en las nanopartículas (LP-CF/AS-Zn) se observaron por medio de microscopía STEM, se analizaron sus tamaños y potencial zeta mediante DLS durante 1 semana, se realizó un estudio de estabilidad a 60ºC en estufa por 6 meses y una simulación gastrointestinal in vitro (INFOGEST). Se obtuvieron nanopartículas estables en agua a 25°C por una semana, con forma esferoide e indentaciones en su forma de polvo, que mantienen el total de CF a 60ºC por 6 meses sin cambios estadísticamente significativos y que liberan CF de manera controlada en la simulación intestinal. La bioaccesibilidad (62,0% para CF libre, 98,9% para CF/AS-Zn y 98,2% para LP-CF/AS-Zn) y biodisponibilidad potencial (12,3% para CF libre, 52,5% para CF/AS-Zn y 42,2% para LP-CF/AS-Zn) de CF para las nanopartículas fueron mayores que para CF libre.

Nano spray drying is a recent technique used to obtain micro and nanometric sized powder in a fast one-step process. In this thesis, sodium alginate (AS) and a zinc salt (Zn) were selected as encapsulating agents, performing an in situ ionic gelation in the drying stage, encapsulating carboxyfluorescein (CF), a molecule chosen as a model for its low biological permeability and simple quantification though different analytical techniques. For the experimental design, a central composite+star point model was selected to obtain drying air temperature and AS concentration, optimal conditions for desirable CF recovery and powder yield for nanoparticles. Among the objectives for this formulation is that in contact with water they could be capable to form a nanogel that releases controlled the active in an in vitro gastrointestinal digestion (INFOGEST). Nanoparticles with CF (CF/AS-Zn) and CF in liposomes in the nanoparticles (LP-CF/AS-Zn) were observed by STEM microscopy, their sizes and zeta potential were analyzed in DLS for 1 week at 25°C, a study of stability at 60ºC was performed in an oven for 6 months as well as an in vitro gastrointestinal simulation (INFOGEST). Stable nanoparticles in water at 25°C for one week were obtained, with a spheroid shape and indentations in the powder form, after 6 months in the oven nanoparticles maintained the total CF without statistically significant changes and the nanoparticles released CF in a controlled manner in the intestinal simulation. The bioaccessibility (62,0% for free CF, 98,9% for CF/AS-Zn and 98,2% for LP-CF/AS-Zn) and potential bioavailability (12,3% for free CF, 52,5% for CF/AS-Zn and 42,2% for LP-CF/AS-Zn) achieved for CF by nanoparticles is higher than that for free CF.