Novel Schiff Base Hydrogel Based on Crosslinked between Pectin Aldehyde and Amine-Terminated Cyclotriphosphazene for Drug Delivery
Este estudio reporta la síntesis y caracterización de un nuevo hidrogel de base de Schiff formado por el reticulado de aldehído de pectina con una diamina de ciclotrifosfazeno sustituida con paracetamol, demostrando una citocompatibilidad favorable, degradación dependiente del pH y potencial de liberación controlada de fármacos para aplicaciones biomédicas.
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La medicina a menudo se enfrenta a un difícil acto de equilibrio: entregar un fármaco exactamente en el lugar donde se necesita mientras se mantiene fuera del resto del cuerpo. Si un medicamento se libera demasiado rápido o en la ubicación incorrecta, puede fallar al tratar la enfermedad o causar efectos secundarios no deseados. Para resolver esto, los científicos han recurrido a los hidrogeles, una clase de materiales que son mayoritariamente agua pero que mantienen su forma como una esponja suave y flexible. Estos materiales están hechos de largas cadenas de moléculas que pueden atrapar fármacos y liberarlos lentamente con el tiempo. Una forma particularmente prometedora de construir estas esponjas es mediante un apretón de manos químico conocido como reacción de base de Schiff. Este proceso une dos tipos diferentes de moléculas —una que tiene un grupo amina y otra con un grupo aldehído— creando una red fuerte pero flexible que puede responder a cambios en su entorno, como la acidez.
En un estudio reciente, investigadores de la Universidad Técnica de Gebze en Turquía exploraron una nueva forma de construir estas esponjas de entrega de fármacos. Combinaron dos ingredientes distintos: un azúcar natural modificado llamado pectina y una molécula sintética en forma de anillo basada en fósforo y nitrógeno. La pectina, que se encuentra en las paredes celulares de las frutas, fue alterada químicamente para portar grupos aldehído. El segundo ingrediente fue un compuesto hecho a medida derivado de un anillo de ciclotrifosfazeno, una estructura conocida por su estabilidad y capacidad de ser ajustada químicamente. Los investigadores unieron grupos amina a este anillo y luego lo mezclaron con la pectina modificada con aldehído. Los dos componentes se vincularon a través de la reacción de base de Schiff, formando un nuevo tipo de hidrogel que nunca antes se había fabricado.
El equipo comenzó creando los bloques de construcción de este nuevo material. Sintetizaron una molécula específica basada en fósforo y confirmaron su estructura exacta utilizando cristalografía de rayos X, una técnica que mapea la posición de los átomos en un cristal sólido. Este análisis reveló que la molécula tenía una forma única, con un anillo central y cadenas laterales unidas que incluían partes de un analgésico común llamado paracetamol. Una vez que los bloques de construcción estuvieron listos, los investigadores los mezclaron con la pectina modificada con aldehído. La mezcla se convirtió espontáneamente en un gel sólido y amarillo a medida que se formaban los enlaces químicos. Para entender cómo se veía este nuevo material, lo examinaron bajo un microscopio potente. Las imágenes mostraron una estructura porosa, llena de diminutos agujeros que estaban distribuidos uniformemente por todo el gel, muy parecido a una esponja lista para absorber líquido.
Los investigadores probaron luego cómo se comportaba este gel en diferentes entornos, específicamente observando cómo se hinchaba y cómo liberaba fármacos. Colocaron el gel seco en soluciones que imitaban el cuerpo humano: una con un pH neutro similar a la sangre y otra con un pH altamente ácido similar al fluido estomacal. Los resultados mostraron que el gel era altamente absorbente, absorbiendo agua para alcanzar muchas veces su tamaño original. Sin embargo, se comportó de manera diferente dependiendo de la acidez. En la solución ácida, el gel se hinchó más y liberó su contenido mucho más rápido. Cuando cargaron el gel con paracetamol para probar la entrega del fármaco, el gel liberó aproximadamente siete veces más del fármaco en el entorno ácido en comparación con el neutro. Esto sugiere que el material podría diseñarse para liberar medicamentos específicamente en el estómago u otras partes ácidas del cuerpo, mientras retiene el fármaco en el torrente sanguíneo.
La seguridad es un factor crítico para cualquier material destinado al uso médico, por lo que el equipo también probó cómo el gel interactuaba con células vivas. Expusieron células de la piel humana a extractos del gel y midieron qué tan bien sobrevivían las células durante varios días. Los resultados indicaron que el material era generalmente seguro para las células, con altas tasas de supervivencia en concentraciones bajas. Aunque las células mostraron algo de estrés después de una semana en concentraciones muy altas, el comportamiento general sugirió que el gel era biocompatible. El estudio también observó cómo se degradaba el gel con el tiempo. Se degradó de forma lenta y constante, perdiendo peso gradualmente en lugar de desmoronarse de golpe, lo cual es un rasgo importante para un material que necesita permanecer intacto el tiempo suficiente para entregar su carga.
Este trabajo representa un primer paso en una nueva dirección para la entrega de fármacos. Si bien estudios previos han utilizado moléculas basadas en fósforo con grupos aldehído para vincularse con polímeros naturales, este estudio es el primero en vincular con éxito una molécula de fósforo terminada en amina con un polímero natural modificado con aldehído. Los investigadores encontraron que esta combinación específica creó una red estable y porosa capaz de responder a los cambios de pH. Aunque el gel no liberó cada una de las moléculas del fármaco que transportaba, la capacidad de controlar la tasa de liberación basada en la acidez es un hallazgo significativo. El material parece ser un candidato prometedor para futuras aplicaciones, ofreciendo una forma de diseñar sistemas de entrega de fármacos que sean tanto efectivos como suaves con el cuerpo.
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