Publication: Estabilidad de nanopartículas de quitosano y alginato para aplicaciones biomédicas
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Abstract in spanish
RESUMEN: En la investigación biomédica, las nanopartículas han sido exploradas ampliamente en diversos campos, sin embargo, una de sus aplicaciones más prometedoras es la administración dirigida de fármacos anticáncer. Por esto, es importante resolver los retos actualmente existentes en el diseño de sistemas nanoparticulados para este tipo de aplicación, tales como: tener un tamaño que permita la circulación e internalización celular, presentar una forma que favorezca el cruce de varias barreras biológicas y poseer una carga superficial que mejore el tiempo de circulación, la adhesión e ingreso a las membranas celulares. En cuanto a biomateriales para este tipo de aplicaciones biomédicas, se destacan las nanopartículas poliméricas, debido a su excelente biocompatibilidad y biodegradabilidad, principalmente, aquellas obtenidas a partir de polímeros naturales como quitosano y alginato. Por lo anterior, el objetivo de este trabajo de grado era obtener nanopartículas de quitosano y alginato con un tamaño inferior a 200 nm y estables en condiciones fisiológicas simuladas (con un pH de 7,4, una temperatura de 37 °C y una fuerza iónica de163 mM). Para la ejecución de este proyecto, se prepararon nanopartículas a partir de entrecruzamiento iónico, se evaluó el efecto de la concentración de quitosano y alginato sobre la formación de las nanopartículas, y se evaluó el efecto de la relación molar sobre el tamaño de partícula y la carga superficial, mediante caracterizaciones por dispersión de luz (DLS) y potencial ζ. Por último, se determinó el efecto de la temperatura y el pH fisiológico sobre la estabilidad coloidal de las nanopartículas obtenidas. Los resultados mostraron la eficacia del entrecruzamiento iónico para la obtención de nanopartículas de quitosano-alginato con un tamaño de 180,1 nmy posible aplicación biomédica, al emplear concentraciones de quitosano y alginato de 0,1 mg/mL y 0,3 mg/mL, respectivamente, y una relación molar alginato:glucosamina de 0,00048:1. Sin embargo, las nanopartículas obtenidas a partir de estos dos polímeros, presentaron problemas de agregación al ser evaluadas en condiciones fisiológicas simuladas, aunque con los pesos moleculares evaluados no se identificaron procesos de precipitación de las nanopartículas, lo cual podría explorarse a futuro para la administración de agentes quimioterapéuticos por vía intravenosa.
Abstract in english
ABSTRACT: In biomedical research, nanoparticles have been widely explored in various fields. However, one of their most promising applications is the targeted delivery of anticancer drugs. For this reason, it is important to solve the currently existing challenges in the design of nanoparticulate systems for this type of application, such as: having a size that allows cell circulation and internalization, presenting a shape that facilitates the crossing of several biological barriers and having a surface charge that improves circulation time, adhesion and entry to cell membranes. Regarding biomaterials for this type of biomedical applications, polymeric nanoparticles stand out, due to their excellent biocompatibility and biodegradability, mainly those obtained from natural polymers such as chitosan and alginate. Therefore, the aim of this degree work was to obtain chitosan-alginate nanoparticles with a size less than 200 nm and stable under simulated physiological conditions (with a pH of 7,4, a temperature of 37 °C and an ionic strength of 163 mM). For the achievement of this project, nanoparticles were prepared from ionic crosslinking, the effect of the concentration of chitosan and alginate on the formation of the nanoparticles was evaluated, and the influence of the molar ratio on the particle size and the surface charge, by dynamic light scattering (DLS) and zeta potential characterizations. Finally, the effect of temperature and physiological pH on the colloidal stability of the obtained nanoparticles was determined. The results showed the efficiency of ionic crosslinking to obtain chitosan-alginate nanoparticles with a size of 180,1 nm and possible biomedical application, by using chitosan and alginate concentration of 0,1 mg/mL and 0,3 mg/mL, respectively, and an alginate:glucosamine molar ratio of 0,00048:1. However, the nanoparticles obtained from these two polymers showed aggregation problems when evaluated under simulated physiological conditions, although with the evaluated molecular weights, no precipitation processes of the nanoparticles were identified, which could be explored in the future for administration of intravenous chemotherapeutic agents.