Nanomáquinas mesoporosas para liberación controlada

Resumo

Los nanomateriales son extremadamente importantes en la actualidad debido a su capacidad para mejorar la eficiencia y funcionalidad de una amplia variedad de tecnologías en diferentes áreas. Concretamente en el sector biomédico, los nanomateriales pueden interactuar con las células, los tejidos y los órganos de forma selectiva y específica. Esto permite mejorar la eficacia y reducir los efectos secundarios de los tratamientos médicos, así como facilitar la detección precoz de enfermedades y la monitorización de la respuesta terapéutica. Esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el desarrollo de sistemas basados en nanopartículas de sílice mesoporosa tipo MCM-41 enfocadas en la liberación controlada de sustancias de interés. Las características de estos nanomateriales las hacen ideales para encapsular moléculas en su interior a través de la funcionalización de su superficie con ensamblajes moleculares estímulo-dependientes que regulan la salida a demanda de su contenido. Además de sílice mesoporosa, varios de los sistemas preparados se basan en nanopartículas Janus, un novedoso tipo de nanomateriales anisotrópicos con dos superficies diferenciadas que pueden modificarse selectivamente. Teniendo esto en cuenta, se proponen diversos nanodispositivos que actúan ante estímulos variados, con el fin de demostrar su posible implantación en tratamientos farmacológicos. El primer sistema presentado está formado por nanopartículas Janus de oro y sílice mesoporosa que actúa en presencia de glutatión oxidado y NADPH según un mecanismo lógico tipo AND, siendo evaluado con éxito en ensayos in vitro. Por otro lado, se prepara una nanomáquina Janus sensible a lactosa cuyo funcionamiento se basa en una cascada de reacciones formada por un sistema bienzimático. El tercer sistema se basa en la síntesis de un novedoso ligando sensible a H2O2 que, tras su anclaje a nanopartículas MCM-41, permite formar un nanotransportador sensible a tres estímulos (H2O2, H+ y D-glucosa). Además, se comprueba su aplicabilidad mediante la entrega controlada del fármaco Doxorrubicina en células HeLa. El siguiente sistema introduce por primera vez la preparación de nanopartículas Janus formadas por el dendrímero PAMAM G-4,5 y sílice mesoporosa. Simultáneamente, se sintetiza una nueva puerta supramolecular basada en una sonda que se descompone en presencia de H2O2, la cual se aplica como cierre del sistema junto con beta-ciclodextrina. Sobre la superficie dendrimérica se une la enzima glucosa oxidasa, permitiendo así que la nanomáquina responda a la presencia de D-glucosa en el medio. El quinto sistema se basa en el diseño de un nanomotor sensible a D-glucosa formado por nanopartículas Janus de iridio y sílice mesoporosa que es capaz de autopropulsarse y servir como dispositivo para liberación controlada del fármaco Doxorrubicina. Como alternativa al sistema anterior, se propone un nanomotor basado en nanopartículas Janus de oro y sílice mesoporosa, funcionalizado esta vez con puertas moleculares sensibles a cambios de pH formadas por nanopartículas de iridio. La configuración de este dispositivo posibilita la unión de enzimas diversas sobre la superficie de oro, de forma que el nanomotor sea capaz de responder a distintos estímulos. Por último, se plantea la combinación de varios nanotransportadores para establecer protocolos de comunicación química entre ellos y así, poder implementarlos en tratamientos más complejos. En resumen, se proponen siete sistemas autónomos que han demostrado su aplicabilidad como sistemas de entrega controlada de fármacos, cada uno de ellos con características únicas que los hacen adecuados para diferentes situaciones.