Síntesis de nanomateriales híbridos coloidales biocompatibles para sistemas avanzados de encapsulación y liberación de fármacos, y biosensores

Zusammenfassung

La nanotecnología ofrece la posibilidad de combinar diferentes materiales con distintas propiedades para crear materiales funcionales avanzados, con aplicaciones en distintos campos. Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de nuevos nanomateriales con propiedades mejoradas que podrían ser aplicados en biomedicina y que están compuestos por varios componentes, ensamblados de forma específica a escala nanométrica. Para lograr esto, el proceso comienza con la síntesis y caracterización de cada componente. Posteriormente, se realiza la combinación y la nanoingeniería de todas estas partes y se analiza con detalle, para terminar con la aplicación de estos nanomateriales. En el primer capítulo sintetizamos copolímeros anfifílicos estructurados en forma de estrella. La composición de esta macromolécula, basada en dos bloques bien diferenciados, dota de carácter anfifílico al sistema lo cual actúa como fuerza impulsora para su auto-ensamblado en medios acuosos. Se realizaron pruebas con un antitumoral altamente insoluble, demostrando la capacidad de las estructuras auto-ensambladas para encapsular sustancias hidrofóbicas en su núcleo hidrofóbico, mientras que la corteza hidrofílica es capaz de estabilizar todo el sistema. En el segundo capítulo, hemos desarrollado un sistema teranóstico basado en nanopartículas de Fe3O4 cubiertas con Au encapsuladas en el copolímero anfifílico en forma de estrella. Demostramos que el ratio entre precursor de oro y nanopartículas de óxido de hierro es un parámetro clave. Las nanopartículas de Fe3O4 cubiertas con Au fueron transferidas con éxito a medio acuoso mediante la combinación con el copolímero anfifílico en estrella, creando así un material híbrido nanoensamblado y multifuncional con aplicación potencial en biomedicina. En el tercer capítulo, estudiamos la técnica de recubrimiento con sílice que permite recubrir de forma individualizada nanopartículas inorgánicas de cualquier naturaleza permitiendo un ajuste preciso a nivel nanométrico del espesor de la corteza de sílice y coencapsular moléculas solubles en agua. El recubrimiento con sílice es una plataforma ideal para la funcionalización en superficie, lo cual abre la posibilidad de anclar moléculas como enzimas, vitaminas, ADN u otros grupos funcionales más específicos como polímeros, moléculas fotoactivas o principios activos. En el cuarto capítulo presentamos un sensor de ADN basado en el fenómeno de transferencia de energía por resonancia de fluorescencia, FRET, entre nanopartículas con fluorescencia de conversión ascendente, UCNPs, y óxido de grafeno, GO. Cuando estas nanopartículas, funcionalizadas con ssDNA, se encuentran próximas a la superficie del GO, las interacciones de apilamiento entre las bases nitrogenadas del ADN el GO inducen la amortiguación de fluorescencia por FRET. Por el contrario, en presencia de hebras de ADN complementarias se produce el proceso de hibridación que da lugar a la doble hebra de ADN, dsDNA, en la superficie de las nanopartículas, que no interacciona con el GO y por tanto las nanopartículas mantienen su fluorescencia. En el quinto capítulo se presenta un sistema de liberación de fármacos que permite liberar doxorrubicina cuando se estimula con luz en el infrarrojo cercano, NIR. El sistema se basa en nanopartículas con fluorescencia de conversión ascendente capaces de absorber luz NIR y emitir luz ultravioleta. La emisión de estos fotones provoca la fotodegradación de las moléculas fotosensibles basadas en derivados del ortonitrobencilalcohol ancladas en la superficie de las nanopartículas por un lado y al principio activo doxorrubicina por otro. La fotodegradación dispara la liberación del fármaco, dando lugar a un sistema de liberación dependiente de luz NIR.