Glicopartículas poliméricas bioactivas. Síntesis y aplicaciones

Resumen

En esta Tesis se han obtenido una gran variedad de sistemas poliméricos glicosilados de nueva síntesis. Para su obtención se han utilizado numerosos métodos de polimerización, se han preparado diferentes composiciones de glicopolímeros con el fin de encontrar la más conveniente y se ha seleccionado la estructura que más se adecúe a cada aplicación. Todos estos materiales portaron grupos carbohidratos como principal grupo activo que fueron introducidos en la estructura polimérica bien anterior o posteriormente a la polimerización, según se ha considerado más apropiado en cada estrategia seguida. En general, destacar la elección de métodos relativamente sencillos y la utilización rutas que han evitado la necesidad de proteger previamente los grupos hidroxilos de las unidades sacáridas. Después de realizar una caracterización exhaustiva de los sistemas obtenidos, éstos han sido exitosamente aplicados en la separación específica de proteínas, en el aumento del reconocimiento de proteínas en disolución por anclaje a partículas metálicas y en la preparación de superficies funcionalizadas con grupos biológicamente activos. En particular, analizando los resultados obtenidos de la síntesis y de la aplicación de cada sistema polimérico presentado se pueden extraer las siguientes conclusiones:  Capítulo 2: Micropartículas glicosiladas para la separación específica de proteínas 1. La estrategia empleada para la obtención de micropartículas glicosiladas mediante polimerización por precipitación seguida de post-modificación superficial por química click, demostró ser una ruta muy viable para la obtención de materiales funcionalizados de gran estabilidad mecánica y térmica, además de una gran robustez y fácilmente manipulables como se requería inicialmente. 2. Las micropartículas sintetizadas y dispuestas en forma de cartuchos mostraron gran capacidad para retener eficazmente a la proteína de unión a glucosa Con A, siendo proporcional la cantidad retenida a la densidad de funcionalización de las partículas. Por el contrario, las partículas apenas mostraron retención de la proteína no específica BSA, demostrándose que dicha retención se produce de manera selectiva. 3. La magnetización de las partículas permitió llevar a cabo con éxito la separación de la proteína por dispersión de éstas en la disolución. Además, la posibilidad de redispersar la proteína por interacción competitiva con el sacárido libre α-metil manosa, hace que el proceso sea reversible, además de permitir el aislamiento de la lectina para su estudio, permitiendo la reutilización de las glicopartículas magnéticas en un nuevo ensayo. 4. Por otro lado, el empleo de esta metodología para la incorporación de nanopartículas de oro, demuestra ser de gran versatilidad ya que permite incorporar distintas funcionalidades sin modificar la composición del material en sí mismo. Además, como se ha observado, permite ejercer el control sobre la funcionalización y, en último término, sobre la actividad final de las partículas, modulando las composiciones desde la alimentación.  Capítulo 3: Partículas híbridas para aplicaciones de biodetección 1. Los homopolimeros PHEMAGl y PHEAGl, sintetizados vía polimerización controlada RAFT, mostraron excelentes propiedades en el reconocimiento de la proteína Con A según revelaron los ensayos turbidimétricos realizados, siendo la magnitud de la interacción similar para ambos glicopolímeros e independiente del peso molecular de los mismos. 2. El posterior empleo del polímero PHEMAGl en la estabilización de nanopartículas de oro dio lugar a la formación de nanopartículas híbridas estables en disolución durante largos periodos de tiempo; dotándolas, además, de la actividad biológica requerida. 3. De la misma manera, la capacidad de estas nanopartículas para la detección de Con A en disolución se puso de manifiesto mediante el desplazamiento del plasmón de resonancia del oro, encontrándose que la concentración de proteína que puede llegar a detectarse por este método resulta ser mucho menor que la detectada turbidimétricamente. Esta estrategia se presenta, por tanto, como una ruta apropiada para la funcionalización de partículas metálicas que posteriormente puedan convertirse en potenciales biosensores en disolución.  Capítulo 4: Superficies bioactivas Se ha conseguido la obtención de superficies funcionales mediante la aplicación de dos sistemas de copolímeros anfifílicos diferentes como surfactantes en polimerización en emulsión y posterior formación de filmes a partir de los látex. En ambos casos la variación de la estructura de los copolímeros ha permitido estudiar su influencia sobre cada proceso. El primer sistema formado por copolímeros estadísticos de P(PEGMAGl-co-MA) con cadena lateral larga y diferentes composiciones ha facultado, al igual que sus análogos de cadena corta P(HEMAGl-co-MA), la formación de superficies para el reconocimiento de proteínas. Las distintas composiciones han facilitado la evaluación de la influencia de la composición relativa entre los comonómeros, así como de la longitud de la cadena lateral. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos se concluye que: 1. En cuanto a sus habilidades como surfactantes en la polimerización en emulsión, ambos sistemas dieron lugar a látex estables y de baja polidispersidad independientemente de su composición, aunque las conversiones obtenidas no superaron el 80% en ningún caso. 2. La superficie de los filmes obtenidos de aquellos látex estabilizados con los copolímeros de P(PEGMAGl-co-MA) resultaron ser más lisas y planas debido a la menor Tg de estos copolímeros con respecto a los de P(HEMAGl-co-MA). 3. Los estudios de interacción de la proteína con las superficies revelaron una mayor retención de la misma sobre los filmes que contenían los copolímeros de P(PEGMAGl-co-MA) que sobre aquellos que contenían los copolímeros de P(HEMAGl-co-MA). Además, la interacción se produjo de manera directamente proporcional al contenido de glicomonómero en la composición del polímero. En consecuencia se demuestra que, no solo es importante el número de grupos sacáridos disponibles en superficie en la magnitud de la interacción, sino que además, la presencia de una cadena más flexible hace que dicha interacción entre el azúcar y la proteína se vea notablemente mejorada. Atendiendo a los resultados obtenidos en la preparación de superficies con actividad antimicrobiana utilizando el segundo sistema de surfactantes, el formado por copolímeros de bloque de PBMA-b-P(DMAEMAQ-co-HEMAGl), se concluye que: 1. Los copolímeros de bloque en disolución presentaron una gran actividad antimicrobiana frente a las cepas bacterianas gram-positivas y fúngicas, aunque no suficiente frente a las cepas bacterianas gram-negativas que, como es sabido, habitualmente muestran mayor resistencia a antibióticos. 2. La actividad antimicrobiana evaluada a través del valor de la concentración mínima inhibitoria (MIC), resultó ser mayor (menor valor de MIC) cuanto mayor es el contenido del monómero con propiedades antimicrobianas, DMAEMAQ, en el polímero y con el incremento del contenido hidrofóbico hasta alcanzar un máximo (un valor mínimo en la MIC). 3. Ninguno de los copolímeros resultó hemolítico y, aunque mayoritariamente presentaron toxicidad frente a los glóbulos blancos, sí que se observó una tendencia a la disminución de la misma con el aumento del contenido en carbohidrato en el glicopolímero. 4. Por lo que, tomando en conjunto los resultados anteriores, se puede afirmar que se hace imprescindible encontrar un balance de composiciones de manera que se puedan obtener polímeros con buenas propiedades antimicrobianas sin ser tóxicos. 5. Las emulsiones obtenidas utilizando los copolímeros de PBMA-b-P(DMAEMAQ-co-HEMAGl) resultaron bastante mejoradas con respecto a las que se habían obtenido anteriormente con los glicocopolímeros estadísticos, ya que se alcanzaron conversiones completas y dieron lugar a látex con tamaños de partícula mucho menores. Así se pone de manifiesto que las propiedades emulsificantes de los glicopolímeros puede ser considerablemente mejoradas al introducir comonomeros iónicos en su estructura. 6. Los filmes obtenidos a partir de estos látex presentaron buenas propiedades antimicrobianas reduciéndose considerablemente las unidades formadoras de colonias (CFU) al ponerlos en contacto con una disolución del microorganismo en cuestión, lo que demuestra que la actividad antimicrobiana de los copolímeros, previamente medida en disolución, se mantiene al ser incorporados en superficie. Además, la interacción positiva de los filmes con la proteína Con A, así como su actividad antimicrobiana, corroboró la presencia de estos copolímeros en la superficie y, por tanto, el éxito de la aplicación de esta estrategia para conseguir la funcionalización de las mismas. Este trabajo, en su conjunto, ha sido una pequeña contribución al conocimiento del comportamiento de los carbohidratos y, sobre todo, de los glicopolímeros que se derivan de los mismos, poniendo de manifiesto el éxito de numerosas vías para su utilización como materiales de propiedades avanzadas. No obstante, actualmente queda bastante por conocer sobre el funcionamiento de las interacciones biológicas y son muchas las posibilidades para el desarrollo de nuevos materiales que, afortunadamente, cada vez encuentran menos límites. Por ello, se hace necesario seguir aportando nuevas ideas y abrir camino a nuevas investigaciones para que así las posibilidades de éxito sean máximas.