Nanopartículas de Quitosano-Propiedades y Aplicaciones

Por Will soutter2 de mayo de 2013

El quitosano es un polímero interesante que se ha utilizado ampliamente en el campo médico. Es quitina parcial o totalmente desacetilada. Como la quitina se produce de forma natural (en las paredes celulares de los hongos y las cáscaras de los crustáceos, por ejemplo), el quitosano es totalmente biodegradable y biocompatible y se puede usar como adhesivo y como agente antibacteriano y antifúngico.

El quitosano se ha investigado ampliamente como posible portador de medicamentos debido a sus propiedades biocompatibles. Algunos estudios han sugerido el uso de quitosano para recubrir nanopartículas hechas de otros materiales para reducir su impacto en el cuerpo y aumentar su biodisponibilidad.

El grado de desacetilación y el peso molecular del quitosano se pueden modificar para obtener diferentes propiedades fisicomecánicas. La composición elemental del polímero de quitosano es carbono (44,11%), hidrógeno (6,84%) y nitrógeno (7,97%). El peso molecular promedio de viscosidad del quitosano es de ~5.3 x 105 Daltons.

Micrografía electrónica de barrido de nanopartículas recubiertas de quitosano cargadas con docetaxel.
Créditos de imagen: S Saremi, Universidad de Ciencias Médicas de Teherán a través de Open-i, Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos.

Formación de nanopartículas de quitosano

El quitosano se ha investigado ampliamente como posible portador de fármacos debido a sus propiedades biocompatibles. Algunos estudios han sugerido el uso de quitosano para recubrir nanopartículas hechas de otros materiales para reducir su impacto en el cuerpo y aumentar su biodisponibilidad.

El grado de desacetilación y el peso molecular del quitosano se pueden modificar para obtener diferentes propiedades fisicomecánicas. La composición elemental del polímero de quitosano es carbono (44,11%), hidrógeno (6,84%) y nitrógeno (7,97%). El peso molecular promedio de viscosidad del quitosano es de ~5,3 x 105 Daltons.

Propiedades antifúngicas del quitosano

En su forma de polímero libre, el quitosano exhibe actividad antifúngica contra Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi y Rhizopus stolonifer. La actividad antifúngica del quitosano depende de su concentración, peso molecular, grado de sustitución y el tipo de grupos funcionales añadidos al quitosano, así como el tipo de hongo.

Mientras que los derivados del polímero se pueden crear para atacar patógenos específicos, el quitosano muestra actividad antimicótica natural sin necesidad de modificación química.

Nanopartículas de quitosano en la administración de medicamentos

Varios grupos de investigación han estudiado las propiedades de las nanopartículas de quitosano con el fin de usarlas como agente de administración de medicamentos. La biocompatibilidad y la no toxicidad del material lo hacen atractivo como agente neutro para la administración de agentes activos.

La investigación de 2005 confirmó que la gelificación iónica se puede utilizar para producir nanopartículas de quitosano-TPP de calidad suficiente para su uso en aplicaciones clínicas. Los investigadores también determinaron el efecto de ciertos parámetros de fabricación en las propiedades de las partículas, para garantizar resultados repetibles del proceso de producción.

La investigación llevada a cabo en 2006 se centró en la interacción in vitro e in vivo de nanopartículas de quitosano (CSNPs), como un nuevo portador de fármaco particulado, con células epiteliales en la superficie ocular. La gelificación ionotrópica se utilizó para producir los CSNPs etiquetados con isotiocianato de fluoresceína-albúmina sérica bovina.

Se tomaron tres concentraciones diferentes de NCP y se expusieron células epiteliales conjuntivales humanas (IOBA-NHC) a ellas durante 15, 30, 60 y 120 minutos. La viabilidad y la supervivencia celular se midieron después de un período de recuperación de 24 horas en el medio de cultivo e inmediatamente después del tratamiento.

Se utilizó microscopía confocal para medir la relación entre CSNPs y células IOBA-NHC. Se utilizó fluorometría para estudiar el impacto de la temperatura y la inhibición metabólica. Se estudiaron en conejos la tolerancia aguda y la captación in vivo de la superficie ocular a los PNCNG.

Se observó que la captación de NNC era continua durante el tiempo del experimento y dependía de la temperatura. No hubo impacto en la captación de SPN debido a la inhibición metabólica de la azida sódica.

No hubo signos de alteración o inflamación después de la exposición a la PNCC en la superficie ocular del conejo. La microscopía de fluorescencia de las secciones del párpado y del globo ocular de conejo confirmó la captación in vivo por el epitelio corneal y conjuntival. Estas nanopartículas fueron bien aceptadas por los tejidos de la superficie ocular.

Para la administración de medicamentos sin inyección a sitios de la mucosa, uno de los desafíos clave es la absorción de los medicamentos en estos sitios. El sistema de administración del medicamento debe tener partículas mucoadhesivas y liberar el medicamento con el tiempo.

Debido a la carga positiva del quitosano, puede unirse con el moco cargado negativamente. Por lo tanto, el quitosano puede actuar como un excelente portador de medicamentos mucoadhesivos. Se han utilizado nanopartículas a base de quitosano para administrar medicamentos a los pulmones, y el quitosano ayuda a adherirse a la mucosa pulmonar.

La inhalación en polvo seco de rifampicina, un medicamento antituberculante, formulado con quitosano como portador de polímero, mostró una liberación sostenida del medicamento durante 24 horas. De manera similar, el depósito pulmonar de itraconazol, un medicamento antifúngico, aumentó cuando se formuló como micropartículas de itraconazol secadas por pulverización cargadas con nanopartículas de quitosano.

Partículas de quitosano de oro para la Detección de Metales Pesados

En otra investigación realizada en 2005, se sugirió una estrategia innovadora para el uso de nanopartículas de oro cubiertas con quitosano para la detección de iones de metales pesados. El quitosano es policatiónico y, por lo tanto, se puede unir a las superficies de nanopartículas de oro con carga negativa a través de interacciones electrostáticas.

El uso de quitosano proporciona un obstáculo estérico suficiente para garantizar la estabilidad coloidal y nanopartículas funcionalizantes que se pueden usar como sensores. Las propiedades quelantes del quitosano y las propiedades ópticas de las nanopartículas de oro se han utilizado para detectar bajas concentraciones de iones de metales pesados en el agua.

Partículas de quitosano para el tratamiento del agua

Aparte de las aplicaciones médicas, el quitosano también se ha utilizado en el tratamiento del agua. La presencia de grupos funcionales como el hidroxilo y el amino en el quitosano lo convierten en un excelente adsorbente. Un estudio informó que las membranas de nanopartículas recubiertas de quitosano podían eliminar bacterias mucho mejor que las membranas sin recubrimiento.

Otro estudio en 2015 informó el uso de nanopartículas de óxido de quitosano y zinc para eliminar aproximadamente el 99% de color del efluente textil. Si el quitosano se hace magnético, junto con los tintes adsorbidos, se pueden recuperar fácilmente utilizando fuerzas magnéticas, lo que permite una buena reutilización del agua.

Aplicaciones de nanopartículas de quitosano

Las aplicaciones de nanopartículas de quitosano se enumeran a continuación:

• Agentes antibacterianos, vectores de entrega de genes y portadores de liberación de proteínas y fármacos.
• Un adyuvante potencial para vacunas como la vacuna antigripal, antihepatitis B y paratifoide para lechones.
• Un novedoso sistema de administración nasal para vacunas. Estas nanopartículas mejoran la captación de antígenos por los tejidos linfoides de la mucosa e inducen fuertes respuestas inmunitarias contra antígenos.
• También se ha demostrado que el quitosano previene la infección en las heridas y acelera el proceso de cicatrización de heridas al mejorar el crecimiento de las células de la piel.
• Las nanopartículas de quitosano se pueden usar con fines conservantes mientras se envasan alimentos y en odontología.
• También se puede usar como aditivo en textiles antimicrobianos para producir ropa para profesionales de la salud y otros profesionales.
• Las nanopartículas de quitosano muestran una actividad antimicrobiana eficaz contra Staphylococcus saprophyticus y Escherichia coli.
• Estos materiales también se pueden utilizar como material de cicatrización de heridas para la prevención de infecciones oportunistas y para permitir la cicatrización de heridas.
• También se ha demostrado que las nanopartículas muestran propiedades regenerativas de la piel cuando se probaron materiales en fibroblastos de células de la piel y queratinocitos en el laboratorio, allanando el camino para productos antienvejecimiento para el cuidado de la piel.

Fuentes y Lecturas adicionales

• Actividad antifúngica de las Nanopartículas de quitosano y Correlación con Sus Propiedades Físicas-International Journal of Biomaterials
• Nanopartículas de quitosano fluorescentes dispersables en agua ultrapequeñas: síntesis, caracterización y orientación específica – The Royal Society of Chemistry
• Sensores de iones de metales pesados que utilizan nanopartículas de oro con tapa de quitosano-IOP Science
• Quitosano para aplicaciones biomédicas-Universidad de Iowa
• Avances recientes en la administración de fármacos pulmonares con nanopartículas a base de quitosano –Nanoescala
• Eliminación de tinte textil de efuentes de aguas residuales utilizando nanocompuesto de quitosano – ZnO. Journal of Textile Science and Engineering
• Eliminación de colorantes y cinética de adsorción por nanopartículas magnéticas de quitosano. Tratamiento de agua Desalin

Este artículo se actualizó el 2 de septiembre de 2019.

Escrito por

Will Soutter

Will tiene un B.Sc. en Química de la Universidad de Durham, y un M.Sc en Química Verde de la Universidad de York. Naturalmente, Will es nuestro experto en Química residente, pero el amor por la ciencia y por Internet hace de Will el polifacético del equipo. En su tiempo libre le gusta tocar la batería, cocinar y preparar sidra.

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