Estudio de nanopartículas de Au y de Ag y su interacción con complejos de [beta]ciclodextrina como potenciales sistemas de entrega de fármacos

Abstract

Las nanopartículas metálicas (NPsM), específicamente, las nanopartículas de oro (NPsAu) y las nanopartículas de plata (NPsAg), exhiben excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas, intrínsecas a su tamaño nanométrico y tienen una aplicación directa en el tratamiento de enfermedades. Se ha logrado diseñar nanosistemas usados para el transporte de fármacos, permitiendo que estos lleguen activos al sitio de acción, atravesando diversas barreras biológicas. Gracias al efecto de plasmón de las NPsM, es posible promover la liberación de un fármaco en células o tejidos específicos de manera controlada a través de terapia fototérmica. Otra manera interesante de modificar las propiedades fisicoquímicas de algún compuesto, es mediante la formación de complejos de inclusión (CI), que se basan en interacciones no convencionales entre una especie llamada matriz con otra denominada huésped. La βciclodextrina (βCD) ha sido ampliamente utilizada como matriz ya que logra variar algunas de las propiedades desfavorables de los fármacos que incluyen, como por ejemplo, aumentar la solubilidad en agua y disminuir la toxicidad de muchas moléculas, entre otras múltiples ventajas. Existen diversos fármacos que presentan desventajas terapéuticas y que son candidatos a ser incluidos en matrices de βCD y transportados a través de sistemas nanopartículados, entre ellos 6-tioguanina (TG), 6-mercaptopurina (MP), melfalán (MF), 2-amino-4-(4-clorofenil)tiazol (AT) y feniletilamina, los cuales han sido estudiados en la presente tesis doctoral. Los complejos formados βCD-TG, βCD-MP, βCD-MF, βCD-AT y βCD-FEA en estado sólido y en solución se caracterizaron mediante difracción de rayos X de polvo, RMN de 1 (1H) y 2 dimensiones (ROESY). El proceso de inclusión deja fuera de la cavidad de βCD los grupos funcionales de los huéspedes que estabilizan NPsM que se depositaron a través de la técnica de pulverización catódica en alto vacío, formándose los sistemas ternarios βCD-TG-NPsAu, βCD-TG-NPsAg, βCD-MP-NPsAu, βCD-MFNPsAg, βCD-AT-NPsAu y βCD-FEA-NPsAu. Espectroscopia UV-visible en sólido mostró el plasmón de NPsAu y NPsAg, mediante SEM, FE-SEM, EDX y TEM se observó de manera directa la morfología de los cristales y de las NPsM obtenidas, que tienen un tamaño promedio de 20 nm de diámetro. Adicionalmente, el sistema ternario βCD-FEA-NPsAu fue caracterizado por espectroscopia IR y RAMAN que permitió analizar las interacciones del huésped al interior de la matriz, cuando forman el CI y los cambios generados por la presencia de las NPsAu. Los estudios mediante ROESY corroboran que FEA se desplaza parcialmente hacia fuera de la matriz debido a la interacción NH2-Au. Se cuantificó el porcentaje de cada componente del sistema ternario, evaluándose una alta capacidad de carga del fármaco, por otra parte, fue posible la liberación de FEA desde βCD-FEANPsAu de manera controlada a través de irradiación láser. Consideramos que un sistema único que posee dos componentes (NPsM y βCD) puede ser más eficiente en sus funciones para el transporte y la entrega de fármacos

Metal nanoparticles (MNPs), specifically, gold nanoparticles (AuNPs) and silver nanoparticles (AgNPs), exhibit excellent physical, chemical and biological properties, intrinsic to their nanometric size and have a direct application in the treatment of diseases. The nanosystems are designed to transport drugs, which can reach the site of action through various biological barriers. Thanks to the plasmon effect of the nanoparticles, it is possible promote the release of a drug into specific cells or tissues in a controlled manner through photothermal therapy. Another way to modify the physicochemical properties of a compound is through the formation of inclusion complexes (IC), which is based on unconventional interactions between a matrix and a guest. The βcyclodextrin (βCD) has been widely used as matrix, it is possible change some unfavorable properties of drugs including, for example, increase aqueous solubility and decrease toxicity of many molecules, among other advantages. There are several drugs that have therapeutic disadvantages, these may be included in matrices of βCD and may be transported through nanoparticulate systems, such as 6- thioguanine (TG), 6-mercaptopurine (MP), melphalan (MF), 2-amino-4- (4-chlorophenyl) thiazole (AT) and phenylethylamine (PhEA), which they have been studied in this doctoral thesis. The complexes βCD-TG, βCD-MP, βCD-MF, βCD-AT and βCD-PhEA in solid state and in solution using X-ray diffraction, 1 NMR (1H) and 2D (ROESY) were characterized. After of the inclusion process, the functional groups of the guests remain outside of the βCD cavity can stabilize MNPs, which they were deposited through the sputtering technique in high vacuum, forming the ternary systems βCD-TG-AuNPs, βCD-TGAgNPs, βCD-MP-AuNPs, βCD-MF-AgNPs, βCD-AT-AuNPs and βCD-PhEA-AuNPs. Using UV-Visible solid spectroscopy, the plasmons of AuNPs and AgNPs were observed , using SEM, FE-SEM, EDX and TEM, the morphology of the crystals and of the MNPs obtained were observed directly, these MNPs have an average size of 20 nm diameter. Additionally, the ternary system was characterized using IR and Raman spectroscopy. The interactions of the guest with the matrix, forming the IC and the changes brought about by the presence of NPsAu were observed. The partial displacement of PhEA outwardly of the matrix due to the NH2-Au interactions has been corroborated using ROESY studies. The percentage of each component in the ternary system was evaluated and a high capacity drug-loading was calculated. On the other hand, it was possible to release PhEA from βCD-PhEA-NPsAu of controlled manner using laser irradiation. We believe that a unique system, which has two components (MNPs and βCD) could be more efficient in its functions for the transportation and delivery of drugs