Nanogeles bifuncionales y su aplicacion en vacunación transdermal

Abstract

En los últimos años, la nanociencia y la nanotecnología han sido un importante foco de atención en la investigación, tanto académica como industrial. El desarrollo de nanomateriales poliméricos tiene una fuerte influencia en el campo biomédico debido que constituye una poderosa herramienta para mejorar las técnicas de terapia y diagnóstico actuales. Como ejemplo se puede citar el desarrollo de productos farmacéuticos más efectivos como sistemas de liberación controlada, técnicas de imagen, implantes y reemplazo de tejidos, test de diagnósticos y hasta tratamientos para combatir enfermedades particulares. Dentro de la amplia gama de nanomateriales poliméricos existentes se encuentran los nanogeles (NGs), partículas formadas por redes de polímeros entrecruzados. Los NGs tienen propiedades muy atractivas para su empleo en bioaplicaciones como alta capacidad de retención de agua y fluidos biológicos, tamaño y funcionalidades controlables, fácil preparación, alta capacidad de carga de fármacos y moléculas biológicas, estabilidad en presencia de suero, etc. Además, dependiendo de su composición, son capaces de responder a diferentes estímulos como pH, temperatura, fuerza iónica y campo eléctrico. Debido a su gran potencialidad y flexibilidad de diseño de los NGs se ha avanzado en numerables aplicaciones. En este sentido, el desarrollo de estrategias sintéticas que permitan manipular de forma controlada la morfología y composición de los NGs para ampliar y regular las propiedades favorables de estos materiales.En esta Tesis se desarrolló un método de síntesis que permite obtener NGs termosensibles y con capacidad de formación de película, dos propiedades que no fueron combinadas previamente. Para ello, se trabajó con N-vinilcaprolactama (VCL) como monómero base para la construcción de la matriz de los NGs, debido a sus propiedades de termorespuesta y biocompatibilidad, y con acrilato de butilo (BA) para generar una fase de baja temperatura de transición vítrea (Tg) que permita la coalescencia de los NGs entre sí y de esa forma otorgar la capacidad de formación de película. Es por ello, que a estos NGs se los denominará en esta Tesis como NGs bifuncionales, porque combinan estas dos capacidades (termorespuesta y capacidad de formar película). Se pretende que este sistema pueda ser empleado como parche para vacunación transdermal, debido a que combina las propiedades de los NGs como alta capacidad de carga y liberación controlada de moléculas biológicas, con el efecto oclusivo del film, que facilita la penetración de moléculas a través de la piel. Cabe destacar que el alcance de esta Tesis recorre desde el desarrollo del método de síntesis de los NGs bifuncionales, hasta su prueba como sistema de vacunación transdermal, incluyendo tanto ensayos in vitro como in vivo relacionados a esta aplicación en particular. A continuación, se detalla el contenido de los capítulos que componen la presente Tesis.En el Capítulo 1 se introducen los principales antecedentes y conceptos relacionados con los polímeros termosensibles, incluyendo la síntesis y propiedades de los distintos tipos de hidrogeles y de los sistemas de liberación controlada de analitos. Además, se exponen los principales antecedentes en síntesis y caracterización de los NGs de PVCL. Seguidamente, se exponen nociones de inmunización y los sistemas existentes para vacunación transdermal. Finalmente, se presenta la motivación y los objetivos planteados para el desarrollo de la presente Tesis.En el Capítulo 2 se estudia la síntesis de NGs de PVCL y la influencia de la concentración de los reactivos sobre algunas propiedades de estos nanomateriales. Este estudio permitió determinar el aumento en el contenido de sólidos que sin afectar negativamente las propiedades de dichos NGs, hace posible su empleo en una aplicación con formación de película. A partir de la información obtenida en el capítulo anterior, en el Capítulo 3 se investigó la síntesis semicontínua de NGs bifuncionales con morfología controlada, empleando como monómeros principales VCL y BA. Se analizó la influencia de diferentes parámetros de síntesis en la morfología y propiedades de los NGs bifuncionales, como así también sobre las características de las películas formada a partir de los mismos.En el Capítulo 4 se estudió la potencialidad de los NGs bifuncionales como sistema de liberación tópica de analitos. Se realizaron ensayos in vitro de liberación de proteínas inmunogénicas modelo en PBS (BSA y OVA) a diferentes temperaturas y la distribución de OVA dentro del parche formado. Además, se estudió la penetración de OVA en piel humana ex vivo y en modelos de piel para determinar la distribución de la proteína en las capas de la piel.En el Capítulo 5 se comparó el desempeño del parche obtenido a partir de los NGs bifuncionales como sistema de liberación tópica controlada, con NGs e hidrogeles puros de PVCL. Para ello, se evaluaron las propiedades de los tres sistemas en diferentes niveles. En primer lugar, se estudió la respuesta térmica y la citotoxicidad de los tres materiales sobre fibroblastos humanos. Luego, se evaluó la capacidad de carga de OVA y el control de su liberación por temperatura. Finalmente, se evaluó la capacidad de estos sistemas para favorecer la penetración de OVA en piel humana.En el Capítulo 6 se muestran los resultados de estudios in vivo que permiten evaluar la respuesta inmunológica generada por la aplicación del sistema de liberación tópica controlada basado en los NGs bifuncionales, empleando OVA como proteína inmunogénica. En este estudio se evaluó la aplicación del parche de dos maneras: formado previamente a su aplicación y formado directamente sobre la piel a la hora de la inoculación. Además, se estudió la influencia de la incorporación de un adyuvante en la formulación sobre la respuesta inmunológica generada.Finalmente, en el Capítulo 7 se extrajeron las principales conclusiones de la Tesis y se formularon algunas sugerencias para trabajos futuros.