Nanogeles híbridos termo-pH-sensibles. Sílica mesoporosa como agente entrecruzante

MICAELA A. MACCHIONE; DARIANA ARISTIZÁBAL BEDOYA; PABLO BOTELLA; MIRIAM STRUMIA

Ciudad de Buenos Aires

Simposio; XIII Simposio Argentino de Polímeros - SAP 2019; 2019

IntroducciónLos nanogeles (NGs) son matrices poliméricas entrecruzadas que tienen sus tres dimensiones en la nanoescala (Raza et al. 2018). En las últimas décadas, los NGs han sido ampliamente investigados debido a sus propiedades únicas como la capacidad de ser diseñados con sensibilidad frente a estímulos del medio permitiendo la liberación controlada del fármaco, alta capacidad de carga del fármaco, estabilidad física, entre otras. Así, los NGs han demostrado su potencial para convertirse en nuevos enfoques terapéuticos y de diagnóstico. La quimioterapia tradicional emplea fármacos muy tóxicos para destruir las células cancerosas causando efectos indeseables en los tejidos sanos (efectos secundarios). Formulaciones quimioterápicas capaces de acumularse preferentemente en los tejidos tumorales y que liberen el fármaco allí, evitarían estos efectos. En tal sentido, los vasos sanguíneos de tejidos cancerosos tienen fenestraciones más grandes que promueven la permeabilidad vascular. Las nanopartículas de tamaños adecuados tienden a acumularse en los tejidos tumorales mucho más que en los tejidos normales. Esto se denomina efecto mejorado de la permeabilidad y retención (EPR) (Dai, Xu, and Chen 2017) y explica la potencialidad de los sistemas nanométricos para su uso en quimioterapia. Por el contrario, los fármacos libres pueden ingresar a cualquier tejido ejerciendo su efecto tóxico. Por su parte, las nanopartículas de sílica mesoporosa (MSNs) resultan plataformas interesantes para aplicaciones médicas ya que son biocompatibles, poseen una captación celular efectiva y la morfología de los poros puede controlarse brindando la posibilidad de carga/liberación de diversos fármacos (Maggini et al. 2016). En los sistemas del tipo MSNs puros, el cargado de fármacos se logra por adsorción física lo que resulta en la liberación inmediata por difusión después de su administración (Yuan et al. 2011). La modificación de la superficie de MSNs con polímeros ?inteligentes? que respondan a estímulos externos permite aumentar la especificidad de la liberación. Así, en este trabajo, presentamos el desarrollo de NGs híbridos basados en MSNs y polímeros derivados del oligoetilenglicol thermo-pH sensibles diseñados para vehiculizar agentes terapéuticos.Materiales y Métodos Primeramente, se lleva a cabo una reacción de silanización con 3-(metacriloxi)propiltrimetoxisilano (MEMO) para anclar un grupo polimerizable a la superficie de las MSNs (MSNs@MEMO). A continuación, se lleva a cabo la termoprecipitación/polimerización asistida por ultrasonicación (U.S.) (Biglione et al. 2015). Como monómero principal se empleó 2-(2-metoxietoxi)etil metacrilato (MEO2MA); como co-monómero, ácido itacónico (AI), con el objeto de agregar la propiedad pH-sensible a la matriz polimérica termo-sensible. La purificación de los productos obtenidos se llevó a cabo mediante diálisis con membranas de éster de celulosa con cut-off de 50 kD en agua destilada para eliminar los monómeros sin reaccionar y el surfactante empleado en la síntesis. Los NGs sintetizados se caracterizaron por infrarrojo (IR) y dispersión de luz dinámica y electroforética. Se evaluó el efecto de la cantidad de AI en las propiedades de los NGs como tamaño, potencial Zeta y temperatura crítica de transición de fase (TTF). Resultados y Discusión En la Figura 1, se representa la reacción de silanización de las MSNs (1) y la polimerización de las nanopartículas funcionalizadas (MSNs@MEMO) (2). Figura 1. Esquema de las etapas de síntesis: silanización de la superficie de MNNs (1) y polimerización (2). Se realizaron estudios de FT-IR para analizar la composición de las NG resultantes (Figura 2). El espectro FT-IR de las MSNs empleadas (línea azul) muestra alrededor de 1100 cm-1 la señal correspondiente a la vibración del enlace Si-O (st). La banda a 3400 cm-1 aproximadamente y el pico a 1630 cm-1 pueden asignarse a los grupos Si-OH de la superficie. Las MSNs@MEMO muestran las señales correspondientes a grupos vinílicos C=C (1690 cm-1). Los NGs híbridos sintetizados muestran las bandas características correspondientes al estiramiento alifático C?H a 2939 cm-1 y 2874 cm-1, y el estiramiento de los ésteres correspondientes a C=O a 1731 cm 1 y a C-O-C entre 1050 y 1330 cm-1. Los NGs sin y con 4% de AI presentan diferencias notables en la zona correspondiente al estiramiento de carbonilo (Figura 2b). El máximo de pico del NG sin AI se encuentra alrededor de 1733 cm-1 (vibración éster alifático), mientras que el NG con 4 % AI lo presenta a 1727 cm-1, dando cuenta de la presencia de los carbonilos de ácido carboxílico y de éster. Figura 2. Espectros de IR de las MSN, MSN@MEMO y NG híbrido (sin MEO2MA, NG0) (a). Ampliación zona de carbonilos para NGs híbridos con y sin AI (B). NG0 corresponde a la síntesis de una matriz polimérica de MEO2MA sobre las MSNs@MEMO. Esta muestra posee un máximo de pico de la distribución de tamaños de 198,4 nm (Tabla 1). Al introducir un 4 % en moles de AI en la síntesis, los NGs resultantes tienen un tamaño de alrededor de 115,1 nm. Como se puede observar, el tamaño obtenido en presencia del monómero ácido es menor. La incorporación del ácido débil a la matriz termo-sensible reticulada puede mejorar la estabilización de las partículas coloidales mediante la repulsión de las cargas negativas de los grupos carboxílicos. Sin embargo, al aumentar el porcentaje de ácido al 8% el tamaño resultante es mayor, indicando un aumento del grado de hinchamiento posiblemente debido a la incorporación de mayor cantidad de monómero hidrofílico. Tabla 1. Resumen de NGs sintetizados.MuestrasAI (%)Size (nm)25ºCPDI25ºCPot. Zeta(mV)NG0 0198,40,0608,00NG1 4115,10,199-2,73NG28267,30,183-5,89El índice de polidispersidad (PDI) permanece por debajo de 0,2 en todos los casos, indicando un alto grado de monodispersidad en la muestra. Las medidas del potencial Zeta en agua indican que hay un aumento de cargas negativas a medida que se añade mayor cantidad de monómero ácido a la polimerización. Para el caso del NG0 (sin AI), la carga superficial resulta en un valor positivo probablemente debido a la absorción de cationes remanentes de la etapa de síntesis. Las temperaturas TTF fueron determinadas como el punto de inflexión de la curva de tamaños versus temperatura del medio. Los valores obtenidos resultaron ser muy dependientes de las concentraciones de monómeros empleadas y de la concentración de NG en la solución de medida, y oscilan entre los 25-50ºC. En tal sentido, se tiene previsto estudiar con mayor grado de profundidad este comportamiento y determinar las TTF por otras técnicas como turbidimetría para su comparación.Conclusiones En este trabajo, se sintetizaron NGs híbridos basados en etilenglicol metacrilato y MSNs. Primeramente, las MSNs fueron funcionalizadas con grupos vinílicos y posteriormente, se lleva a cabo una polimerización radicalaria por dispersión/precipitación de radicales libres asistida por ultrasonido. De esta manera, las MSNs quedan unidas covalentemente a la matriz polimérica. Los NGs sintetizados fueron caracterizados por espectroscopia IR y dispersión dinámica y electroforética de la luz, mostrando que la síntesis y purificación fueron exitosas y que los tamaños de los NGs resultantes están comprendidos en la nanoescala. Los NGs sintetizados tienen comportamiento termo-sensible con TTF que oscilan entre 25 y 50ºC dependiendo de las concentraciones de monómeros empleadas y de la concentración de NG en la solución de medida. Por otra parte, la presencia de monómeros con grupos ácidos debería conferir un comportamiento sensible al pH al producto final. La determinación del comportamiento pH-sensible se tiene prevista para las siguientes etapas de estudio.ReferenciasBiglione, Catalina, Ana Sousa-Herves, Martina Menger, Stefanie Wedepohl, Marcelo Calderón, and Miriam C. Strumia. 2015. ?Facile Ultrasonication Approach for the Efficient Synthesis of Ethylene Glycol-Based Thermoresponsive Nanogels.? RSC Adv. 5(20):15407?13.Dai, Yunlu, Can Xu, and Xiaoyuan Chen. 2017. ?Nanoparticle Design Strategies for Enhanced Anticancer Therapy by Exploiting the Tumour Microenvironment.? Chemical Society Reviews 46:3830?52.Maggini, Laura, Ingrid Cabrera, Amparo Ruiz-Carretero, Eko A. Prasetyanto, Eric Robinet, and Luisa De Cola. 2016. ?Breakable Mesoporous Silica Nanoparticles for Targeted Drug Delivery.? Nanoscale 8(13):7240?47.Raza, Ali, Uzma Hayat, Tahir Rasheed, Muhammad Bilal, and Hafiz M. N. Iqbal. 2018. ?Redox-Responsive Nano-Carriers as Tumor-Targeted Drug Delivery Systems.? European Journal of Medicinal Chemistry 157:705?15.Yang, Zhen, Jibin Song, Yunlu Dai, Jingyi Chen, Feng Wang, Lisen Lin, Yijing Liu, Fuwu Zhang, Guocan Yu, Zijian Zhou, Wenpei Fan, Wei Huang, Quli Fan, and Xiaoyuan Chen. 2017. ?Self-Assembly of Semiconducting-Plasmonic Gold Nanoparticles with Enhanced Optical Property for Photoacoustic Imaging and Photothermal Therapy.? Theranostics 7(8):2177?85.Yuan, Li, Qianqian Tang, Dong Yang, Jin Zhong Zhang, Fayong Zhang, and Jianhua Hu. 2011. ?Preparation of PH-Responsive Mesoporous Silica Nanoparticles and Their Application in Controlled Drug Delivery.? The Journal of Physical Chemistry C 115:9926?32.