Polímeros naturales ensamblados capa a capa (layer-by-layer) para aplicaciones biomédicas

Resumen

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de sistemas poliméricos multicapa basados en polímeros naturales mediante la técnica capa a capa (layer by layer, LbL) para aplicaciones en terapias de hipertermia magnética local y administración controlada de fármacos. El ensamblado LbL de polímeros naturales suscita gran interés debido a las potenciales aplicaciones de estos sistemas, principalmente en biomedicina. La deposición LbL asistida por spray es una técnica rápida y sencilla para fabricar materiales nanoestructurados, que ha sido menos explorada que la inmersión LbL, dejando un campo abierto a la investigación. En primer lugar, se ha estudiado el ensamblado LbL de dos sistemas poliméricos, alginato con quitosano (Alg,Chi) y ácido hialurónico con poli(hidrocloruro de alilamina) (HA,PAH). El espesor de los filmes (Alg,Chi) crecía de forma lineal con el número de capas depositadas mientras que el crecimiento de los filmes (HA,PAH) era exponencial. Se ha desarrollado además un sistema nanoestratificado derivado de los filmes (HA,PAH) mediante incorporación de una capa de gel formada por alginato entrecruzado con iones hierro II. A continuación, se preparó un ferrofluido acuoso a base de alginato mediante coprecipitación de sales de hierro para incorporarlo en los filmes (Alg,Chi) y obtener así filmes nanocompuestos. Se ha llevado a cabo la caracterización morfológica y mecánica de diferentes sistemas multicapa basados en alginato y quitosano. Las propiedades mecánicas se determinaron mediante mapeo nanomecánico cuantitativo de fuerza máxima a través de microscopia de fuerzas atómicas ((PF-QNM) AFM) mostrando que el módulo elástico aumentaba con el número de bicapas depositadas y con el entrecruzamiento, mientras que los valores de deformación eran prácticamente constantes. La incorporación de nanopartículas de óxido de hierro (NPs) en los filmes (Alg,Chi) aumentaba el módulo elástico y la deformación, siendo este efecto más pronunciado cuando las NPs estaban presentes en la última capa. Además, se estudió la estructura interna de los filmes nanocompuestos (Alg,Chi) mediante dispersión de rayos X de ángulos bajos con incidencia rasante (GISAXS). Los resultados mostraron que los filmes nanocompuestos fabricados mediante inmersión LbL presentaban dispersión de las NPs a lo largo de toda la estructura del filme mientras que los ensamblados mediante spray LbL presentaban un cierto grado de orden de las NPs en capas. Se han estudiado diversas aplicaciones biomédicas de los filmes multicapa basados en Alg y Chi. Los filmes nanocompuestos (Alg,Chi) con 80 y 160 capas de NPs se calentaban 6 y 12 ºC, respectivamente, en presencia de un campo magnético alternante, permitiendo su uso como filmes termomagnéticos (TMFs) en terapias de hipertermia magnética local (MHT). Los experimentos in vitro con células de neuroblastoma (SHSY5Y) mostraron que los TMFs presentaban propiedades de adhesión celular y su eficacia en MHT dependía del número de ciclos aplicados. También se ha estudiado la biocompatibilidad de los filmes (Alg,Chi) y la adhesión celular de fibroblastos dérmicos humanos (HDF) y células de adenocarcinoma de cáncer de mama (MCF7). La aplicación final de los filmes (Alg,Chi) como parches para liberación de fármacos se llevó a cabo incorporando tamoxifeno, un fármaco contra el cáncer de mama, en distintas posiciones intermedias de los filmes. Los resultados mostraron una liberación más sostenida en el tiempo a medida que aumentaba el número de capas depositadas y una disminución de la viabilidad celular de las células cancerígenas MCF7. La última parte de la tesis constituye una extensión del procedimiento de ensamblado LbL desarrollado para la preparación de filmes a partir de polímeros naturales para el desarrollo de hidrogeles multimembrana de gelatina y sulfato de condroitina. La tesis incluye las conclusiones generales derivadas de este trabajo, cuatro anexos y una lista de publicaciones.