Synthesis of impregnated biodegradable scaffolds in supercritical carbon dioxide.
- Autores: Leticia I. Cabezas Bermejo
- Directores de la Tesis: Ignacio Gracia Fernández (dir. tes.), Juan Francisco Rodríguez Romero (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Andrés Rodrigo Rodrigo (presid.), María del Pilar Fernández Ronco (secret.), Giuseppe Caputo (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUIdeRA
- Resumen
Durante los últimos años, la medicina regenerativa está experimentando notables cambios debido, en parte, a los avances actuales en ingeniería biomédica y biotecnología. Particularmente, la reconstrucción de tejidos ¿a la carta¿ asistida por células madre se ha convertido en uno de los más prometedores campos de estudio. A este respecto se ha reconocido que los materiales porosos biodegradables tienen un potencial significativo, actuando como soporte, en la dirección del proceso de reconstrucción tisular. Estos andamiajes celulares temporales permiten el sembrado y crecimiento celulares, tanto in vitro como in vivo, y dan como resultado un tejido regenerado o un sustituto apto para transplantes. Además son susceptibles de incorporar otras sustancias que promuevan dicho desarrollo tisular, como factores de crecimiento, o incluso principios activos que permitan tratamientos paralelos a través de su liberación controlada, como antibióticos, antiinflamatorios o antineoplásicos. Teniendo en cuenta estas premisas, se decidió ampliar una de las líneas de investigación existentes en el grupo de polimerización y tecnologías de separación de la Universidad de Castilla-La Mancha y explorar la posibilidad de crear andamiajes porosos biodegradables e impregnarlos con varios fármacos. Además, la experiencia del grupo de investigación en variadas aplicaciones del dióxido de carbono supercrítico (scCO2) ha motivado el uso de esta tecnología limpia por su enorme potencial en los procesos de espumación e impregnación de los monolitos. De esta manera, se combinan las ventajas de un proceso eficiente con la obtención de muestras totalmente libres de disolventes orgánicos o trazas de monómero que deberían ser exhaustivamente eliminados en etapas posteriores, lo que implicaría un considerable incremento en los costes del proceso. El principal objetivo de esta investigación es la síntesis e impregnación, usando una tecnología limpia y eficiente, de un material poroso y biodegradable apto para su aplicación simultánea como andamiaje celular y dispositivo de liberación controlada de fármacos, así como la evaluación de la respuesta de su uso in vitro. Para ello, y en primer lugar, se sintetizó el copolímero poli(D,L-lactida-co-glicolida) (PLGA) mediante polimerización en masa. Dicho proceso fue optimizado usando la metodología de superficie de respuesta con objeto de obtener un modelo de caja negra que lo describa y prediga las mejores condiciones experimentales para la obtención del PLGA como materia prima en la siguiente etapa de la investigación. En concreto, el conjunto de valores optimizados para las condiciones de trabajo fue el siguiente: temperatura de 160 ºC, relación molar de monómero respecto al catalizador de 100 y de iniciador respecto al catalizador de 2. En estas condiciones experimentales se obtuvo PLGA con una conversión del 98%, un peso molecular de 18 000 g/mol y una composición molar lactida:glicolida del 74:26. El PLA también fue sintetizado utilizando estas condiciones de operación optimizadas. Seguidamente, se investigó la etapa de procesado e impregnación para dos fármacos diferentes, el antineoplásico 5-fluorouracilo y el antiinflamatorio indometacina, valorándose parámetros como la velocidad de agitación, el venteo o el tipo de polímero utilizado. La impregnación tuvo lugar de manera homogénea y efectiva en todos los casos y no se apreciaron diferencias evidentes entre el uso de un principio activo u otro por lo que se concluyó que su naturaleza química no influye en el proceso. Se determinó que el tipo de polímero sólo ejerce un ligero efecto en el tamaño de poro obtenido, aunque este aspecto se vuelve más relevante durante el posterior proceso de liberación in vitro. La velocidad de despresurización desempeña el papel más importante del proceso ya que influye en gran medida en el tamaño de poro de las espumas obtenidas: un venteo rápido promovió la salida repentina del CO2 de entre las cadenas poliméricas y causó el colapso de esos huecos por lo que el poro resultante fue grande e irregular. Debido a que nuestra instalación experimental permite la agitación de la cámara, ésta se llevó a cabo a diferentes intensidades. A pesar de que en la literatura se acepta de manera generalizada que la tensión superficial del scCO2 es casi completamente inexistente, la agitación del sistema produce una reducción del tiempo que se necesita para alcanzar el equilibrio debido a la mejor homogeneización de los fármacos disueltos en scCO2 y la transferencia de masa hacia la matriz polimérica. Finalmente, se evaluó la liberación de los fármacos impregnados en los dispositivos sintetizados mediante ensayos in vitro de 24 horas de duración. Los perfiles de liberación revelaron que la naturaleza hidrófoba o hidrófila del fármaco impregnado ejerce una influencia enorme en la velocidad de liberación. Además, se propuso un nuevo modelo matemático no descrito previamente en bibliografía basado en tres etapas diferentes que los procesos de liberación parecen tener, no sólo en nuestros experimentos, sino válidas en general para los todos los descritos en la literatura. Este modelo ajustó adecuadamente ambos tipos de perfiles pese a sus formas tan diferenciadas efectuando sólo una pequeña modificación y proporcionó el valor de parámetros físicos como el de transferencia de materia, las constantes de difusión y las constantes cinéticas de degradación del polímero. En el caso de la constante de difusión efectiva (la más ampliamente estudiada hasta el momento), su valor se encontró en el rango descrito para dispositivos del mismo tipo, lo cual validó el modelo y lo dotó de una significación física completa.
