Resumen de Caracterización estructural y funcional de la interfase nano-bio en sistemas de 2- y 3-dimensiones
La Nanomedicina es una disciplina emergente en la que se combinan la Nanotecnología y la Biotecnología, lo que justifica que para su evolución sea necesario reunir investigaciones del campo médico, químico, farmacéutico y de ciencias e ingeniería de materiales [1]. De forma general, el término Nanomedicina hace referencia a la interacción a escala nanométrica que se produce en el interior de un sistema vivo entre un material y determinados órganos o células, sin afectar al resto de tejidos. En este contexto, es posible diseñar nanomateriales (NMs) tridimensionales (3D) y recubrimientos sobre sustratos macroscópicos (2D). Las superficies en 2D y 3D se funcionalizan con ligandos específicos que permiten tanto la internalización y liberación de moléculas portadoras en las células diana, como la mejora de los tiempos de circulación y por ende la prolongación de la vida útil del material, al conseguir mimetizarse con el entorno y evitar ser reconocido como un cuerpo extraño [2].
Muchos materiales que presentan recubrimientos de polímeros sintéticos y, en particular, los basados en polietilenglicol (EGn), han demostrado ser de gran aplicación en la distribución controlada de fármacos y la absorción celular. Por otro lado, los NMs y sustratos macroscópicos de oro son una de las superficies más estudiadas y que mayores ventajas presentan en aplicaciones biomédicas [3].
La modificación controlada de estas superficies inorgánicas con grupos funcionales específicos, frecuentemente de naturaleza orgánica, permite diseñar estructuras híbridas que presentan propiedades físicas y químicas únicas. Existen numerosas estrategias para modificar de manera controlada la superficie de los NMs y sustratos macroscópicos con los grupos funcionales deseados. Las monocapas autoensambladas (SAMs) son una opción atractiva para el diseño de la química superficial en una amplia gama de sustratos metálicos, que permite modificar de manera simple, flexible y exitosa, las propiedades intrínsecas de la superficie. Esta estrategia, enmarcada dentro de las aproximaciones grafting to, se basa en injertar moléculas, de tamaño y forma bien definidos, en la superficie de los sustratos mediante un grupo terminal [4]. Esta estrategia ha sido y es fundamental en la ciencia de superficies, sin embargo, presenta ciertas limitaciones relacionadas con el pequeño espesor de los recubrimientos que se obtienen. Estas limitaciones se pueden evitar mediante el diseño de películas orgánicas de mayor espesor, conocidas como recubrimientos compactos tipo brush [5]. Las metodologías más eficaces para alcanzar este tipo de películas son las grafting from, en la que las cadenas poliméricas se forman por adición sucesiva de monómeros a partir de un sustrato modificado con grupos funcionales iniciadores de la polimerización, obteniéndose películas poliméricas ancladas a la superficie de alta densidad de empaquetamiento. Ambas estrategias, grafting to y grafting from, pueden emplearse para formar películas poliméricas tanto en NMs como en sustratos macroscópicos.
La investigación recogida en esta memoria aborda la preparación y caracterización de recubrimientos poliméricos de EGn sobre sustratos macroscópicos y nanopartículas de oro (AuNPs), empleando tanto la metodología grafting to de formación de SAMs como la polimerización radical controlada por transferencia atómica mediada electroquímicamente (eATRP), que es una de las estrategias grafting from más relevantes en la actualidad [6].
El trabajo comienza con el estudio de una molécula tiolada relativamente corta como es el EG7-SH, formando SAMs sobre sustratos de Au. Mediante las técnicas electroquímicas de voltamperometría cíclica (VC), espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y curvas de capacidad se consigue una caracterización profunda de la película formada. El análisis estructural de la misma se complementa con las técnicas de caracterización superficial como son las espectroscopias fotoelectrónica de rayos X (XPS) e infrarroja de absorción-reflexión (IRRAS), la balanza electroquímica de cuarzo (EQCM) y las medidas de ángulo de contacto. La EG7-SAM se establece como sistema modelo sencillo en el que se fundamenten trabajos posteriores, empleando EGn-SH de mayor tamaño (n = 18, 45 y 136). Se estudian tanto los recubrimientos formados sobre sustratos macroscópicos de Au como en AuNPs. En este último caso, la estabilidad coloidal de las suspensiones EGn-AuNPs se evalúa en términos de temperatura, pH y concentración salina. Para ello, se emplean medidas de espectroscopia ultravioleta visible (UV-Vis), dispersión dinámica de luz (DLS) y medidas de potencial ζ.
Por otro lado, se investiga la formación de películas compactas vía eATRP sobre superficies de Au en medio acuoso. En este punto, se evalúa, en primer lugar, el sistema de reacción multicomponente necesario para obtener recubrimientos de calidad. Una vez establecido, se profundiza en las condiciones experimentales que permiten formar estructuras tipo brush bien definidas. La caracterización de estas es análoga a la empleada para evaluar los recubrimientos obtenidos formando SAMs.
3.Conclusión: En su conjunto, la investigación desarrollada en este trabajo contribuye a ampliar el conocimiento sobre recubrimientos moleculares basados en EGn en sustratos en 2D y 3D sobre sustratos de Au, obtenidos empleado diferentes aproximaciones experimentales. La caracterización profunda de las películas formadas permite afirmar que son potenciales candidatas para diversas aplicaciones en el campo biomédico, pero también exhiben propiedades electroquímicas interesantes que las hacen atractivas en el diseño de sensores. Además, la caracterización químico-física de las películas basadas en EGn llena un hueco en el ámbito de conocimiento estructural y funcional de las películas moleculares.
4. Bibliografía: [1] B. Bhushan, V. Khanadeev, B. Khlebtsov, N. Khlebtsov, P. Gopinath, Impact of albumin based approaches in nanomedicine: Imaging, targeting and drug delivery, Adv. Colloid. Interfac. 246 (2017) 13-39.
[2] J. Kreuter, T. Hekmatara, S. Dreis, T. Vogel, S. Gelperina, K. Langer, Covalent attachment of apolipoprotein A-I and apolipoprotein B-100 to albumin nanoparticles enables drug transport into the brain, J. Control. Release 118(1) (2007) 54-58.
[3] Z.B. Li, X.F. Yu, P.K. Chu, Recent advances in cell-mediated nanomaterial delivery systems for photothermal therapy, J. Mater. Chem. B 6(9) (2018) 1296-1311.
[4] F. Schreiber, Structure and growth of self-assembling monolayers, Prog. Surf. Sci. 65(5-8) (2000) 151-256.
[5] J.O. Zoppe, N.C. Ataman, P. Mocny, J. Wang, J. Moraes, H.A. Klok, Surface-Initiated controlled radical polymerization: state-of-the-art, opportunities, and challenges in surface and interface engineering with polymer brushes, Chem. Rev. 117(3) (2017) 1105-1318.
[6] R. Barbey, L. Lavanant, D. Paripovic, N. Schuwer, C. Sugnaux, S. Tugulu, H.A. Klok, Polymer brushes via Surface-Initiated controlled radical polymerization: synthesis, characterization, properties, and applications, Chem. Rev. 109(11) (2009) 5437-5527.
