Síntesis de nanoestructuras biopoliméricas para aplicaciones biomédicas

Resumen

Uno de los mayores retos a los que se enfrenta la medicina moderna es encontrar tratamientos eficaces para enfermedades complejas y mejorar la calidad de vida de los pacientes que las padecen. Una de estas enfermedades es el cáncer que, según datos de la Organización Mundial de la Salud, provocó casi 10 millones de muertes durante el año 2020. Durante décadas se han desarrollado fármacos efectivos para su tratamiento, pero presentan varias desventajas, principalmente su efecto tóxico sobre células sanas y su baja biodisponibilidad. Esto reduce considerablemente la calidad de vida de los pacientes y la eficacia de los medicamentos. Por este motivo, desde hace algunos años, se están estudiando mecanismos de transporte selectivo de fármacos que minimicen los efectos secundarios y promuevan la acción terapéutica sobre las células cancerosas afectando mínimamente a los tejidos sanos. El uso de la nanotecnología ha generado importantes beneficios en campos relacionados con la medicina. Las estructuras a nanoescala permiten que los fármacos se carguen y se dirijan a tejidos específicos, lo que permite una liberación controlada, reduce la toxicidad y aumenta la eficacia. A nivel celular, el comportamiento de las nanopartículas depende de muchos factores, pero el tamaño de las partículas (menos de 200 nm) y la distribución del tamaño se encuentran entre las características más importantes que determinarán el destino biológico, la toxicidad y la distribución in vivo. Por otra parte, el aumento global de las epidemias y las tasas de mortalidad asociadas con las bacterias multirresistentes ha convertido la lucha contra las enfermedades infecciosas en un motivo de preocupación a nivel mundial. La resistencia bacteriana a los antibióticos es un problema importante porque estas infecciones a veces son imposibles de tratar y causan la muerte de muchas personas en todo el mundo. Este hecho ha conducido a una búsqueda urgente de agentes antibacterianos efectivos con nuevos mecanismos para tratar infecciones. Al igual que en el caso del tratamiento del cáncer, la nanotecnología, y especialmente las nanopartículas, pueden ofrecer buenas alternativas a los antibióticos. Hasta ahora se han utilizado varios materiales para sintetizar nanopartículas incluyendo lípidos, polímeros naturales o sintéticos o materiales inorgánicos. Desde hace pocos años, los intereses en las investigaciones se han centrado en el uso de biopolímeros, los cuales se conocen por ser altamente biocompatibles, biodegradables e inocuos a la vez que han demostrado ser adecuados para encapsular una gran variedad de fármacos. De entre todos los biopolímeros disponibles, la fibroína de seda, la celulosa y el quitosano son los que se han empleado en esta tesis. La fibroína de seda tiene una gran capacidad para cargar, transportar y administrar una amplia gama de moléculas bioactivas, lo que la convierte en un excelente material para la administración de fármacos. En esta tesis, se han evaluado dos fármacos de origen natural (naringenina y ácido rosmarínico) y un fármaco de origen sintético (ibrutinib) cargados en fibroína de seda. Los mejores resultados en cuanto a bioactividad de las nanopartículas cargadas se han obtenido con ibrutinib por lo que estas nanopartículas han sido posteriormente funcionalizadas con ácido fólico para poder dirigirlas de forma específica a células tumorales, las cuales sobreexpresan receptores folato, y así disminuir o eliminar los efectos secundarios sobre las células sanas. Por otro lado, la celulosa también es un biopolímero con excelentes propiedades para ser utilizado como portador de fármacos. En este trabajo, también se han sintetizado nanopartículas de celulosa a partir de disoluciones de celulosa microcristalina en líquido iónico con un proceso respetuoso con el medio ambiente. Por primera vez, se ha estudiado la bioactividad de nanopartículas de celulosa obtenidas con este procedimiento en células sanas y tumorales con el objetivo de poder emplearlas posteriormente como vehículo de fármacos. Por último, el quitosano es un biopolímero con propiedades antibacterianas las cuales, unidas al potencial antimicrobiano del oro, permiten el diseño de nanopartículas para el tratamiento eficaz de infecciones bacterianas. Se han sintetizado nanopartículas de quitosano y oro con acción bactericida. El quitosano cumple una doble misión: reduce la sal de oro de partida y estabiliza las nanopartículas obtenidas. También se ha desarrollado un modelo de simulación mediante dinámica molecular para evaluar la interacción entre el quitosano y la membrana bacteriana, que ha sido comparado con los resultados de la actividad bactericida de las nanopartículas obtenidos de forma experimental. Por tanto, el objetivo principal de esta tesis doctoral es la síntesis y caracterización de nanopartículas biopoliméricas para su uso en biomedicina y, concretamente, como transportadores de fármacos antitumorales y antibacterianos. Los resultados obtenidos en la presente tesis doctoral han permitido profundizar en el desarrollo y la caracterización de nuevas nanoestructuras para aplicaciones biomédicas en el ámbito del tratamiento del cáncer e infecciones bacterianas. Con toda seguridad, algunos de estos resultados contribuirán al diseño de futuros estudios in vivo.