Materia antimicrobiano inteligente a base de queratina y nanopartículas de ózido de zinc

MARÍA LUJÁN CUESTAS; VIVIANA CAMPO DALL ORTO; EZEQUIEL GOVERGUN; JOAQUÍN GONZALEZ; MARÍA EMILIA VILLANUEVA; CLAUDIO JAVIER PEREZ; GUILLERMO JAVIER COPELLO

Jornada; JORNADA CIENTÍFICA - ACADEMIA NACIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA 2017.; 2017

Academia Nacional De Farmacia yBioquímica

Los apósitos constituyen el tratamiento más utilizado para curar heridas crónicas (por ejemplo, escaras y úlceras diabéticas) ya que crean una barrera que las aísla del medio ambiente, protegiéndola de traumatismos y la contaminación microbiana. 1 En las últimas décadas, se han utilizado los hidrogeles para diseñar apósitos, ya que pueden hincharse (swelling) en medio líquido y mantener un ambiente húmedo, evitando así la deshidratación de la herida. Esto provee condiciones óptimas para reducir el dolor, promover la movilidad celular y mantener la hidratación y estructura tisular. Para evitar la contaminación bacteriana, en numerosos casos se han incorporado agentes antibacterianos para prevenir y/o tratar la infección.Dentro de los precursores para la obtención de hidrogeles, de bajo costo y alta disponibilidad, se encuentra la queratina. La misma puede obtenerse a partir de materiales residuales de la industria ganadera y avícola, tales como pelo, lana, pezuñas, cuernos, plumas, etc.2?4 Debido a las características del material pueden obtenerse estructuras porosas tipo esponja o películas flexibles.5,6 Así surge el actual interés de la obtención de materiales híbridos a base de queratina, dentro de los cuales pueden mencionarse principalmente desarrollos que conjugan estas proteínas con contrapartes orgánicas, por ejemplo quitosano-queratina, poliláctico-queratina o gelatina-queratina.7,8La incorporación de materiales nanoparticulados en diferentes matrices ha atraído la atención por haber demostrado la capacidad de reforzar la estructura de biomateriales 9,10y de adicionar otras características como ser el poder antimicrobiano, entre otras.11?13 En este sentido el estudio de la incorporación de nanopartículas presenta una prometedora alternativa para la obtención de híbridos orgánico-inorgánico para ser utilizados como apósitos.14?16 .Las nanopartículas de Óxido de Zinc (nZnO) poseen actividad antibacteriana y actualmente se utilizan en muchos productos cosméticos.17 Se ha demostrado que las nZnO poseen una potente actividad antibacteriana y no generan efectos adversos en células eucariotas.18 Es más, los iones de zinc liberados desde las nanopartículas promueven la migración de queratinocitos hacia la herida, favoreciendo la sanación de la misma.19?21Por otro lado, el desarrollo de materiales inteligentes representan la base para el desarrollo de nuevas tecnologías, en el futuro serán éstos los que se utilizarán como materia prima. Un tipo de material inteligente son aquellos sensibles al cambio de pH, que pueden ser utilizados en numerosos campos como ser terapia génica y manipulación celular. En el presente trabajo se abordó el estudio en lo referente a la obtención de hidrogeles antimicrobianos inteligentes para su potencial uso como apósitos, en los cuales el agente biocida se libera en mayor medida de existir una contaminación bacteriana. El pH de una herida crónica es básico debido a los productos del metabolismo bacteriano y, a medida que la herida sana, se vuelve cada vez más ácido. De esta forma, cuando la contaminación bacteriana sea baja, el pH del medio será más bajo con lo que la hinchazón del gel, el tamaño del poro y la liberación de las nanopartículas serán menores. Con el cambio de pH que ocurre como consecuencia de la contaminación bacteriana, el apósito de hidrogel de queratina se hinchará, aumentará el tamaño del poro y la liberación del agente biocida nanoparticulado ocurrirá en mayor medida.En este proyecto se buscó desarrollar técnicas y utilizar materiales que signifiquen una mejora, no sólo en lo referente a lo tecnológico y sanitario, sino también en cuanto a la protección del medio ambiente. Es por esto que como material de base para la preparación de los hidrogeles, se utilizó queratina, una proteína biodegradable y biocompatible y que además es un producto de desecho de la industria ganadera. Como agente biocida se utilizaron nZnO.El hidrogel se realizó con queratina obtenida a partir de cuerno de bovino, gracias a la hidrólisis suave realizada en etanol, baja concentración de NaOH y una temperatura moderada (45 °C). Las nanopartículas se obtuvieron en medio acuoso para garantizar que su producción provoque el menor impacto posible al medio ambiente. De esta forma también se previene una posible mayor toxicidad - tanto para el usuario del producto como para los operarios- que podría ocurrir al utilizar solventes no acuosos. Es más, dado que en la actualidad se sostiene que la forma más segura de manipulación de las nanopartículas es en suspensión, al evitar que éstas deban ser secadas, se generara un beneficio extra para contribuir a la seguridad de los operarios.Se obtuvo como producto un material maleable, con buena resistencia mecánica, adaptable, flexible y de fácil manipulación. Además, se ha obtenido un material inteligente el cuál responde a los cambios de pH del medio. Se detectaron dos extremos, a pH básico la matriz del gel se expande aumentando el swelling y a pH ácido colapsa, disminuyéndolo. Se evaluaron las características fisicoquímicas y funcionales de hidrogeles dopados con diferentes concentraciones de nZnO (1, 5 y 10 %). La caracterización del material se llevó a cabo mediante diferentes técnicas, Espectroscopía de Infrarrojo con Transformada de Fourrier, Microscopía electrónica de barrido y ensayos de swelling a diferentes pHs. Al analizar los espectros de FT-IR de las nZnO y de los geles, se encontraron bandas características del ZnO y de la queratina respectivamente. En el caso de los hidrogeles con las nZnO, no se observaron las bandas correspondientes a las nanopartículas probablemente debido a la baja concentración de las mismas. Al realizar la caracterización mediante SEM de las nZnO se observó que las mismas tienen dimensiones de nanoescala, forma de nanoplatos y son polidispersas. El diámetro promedio de las nanopartículas es 342,0 ± 69,2 nm y el espesor 31,1 ± 8,8 nm. Para estudiar la topografía microscópica de los geles, éstos fueron también observados en el SEM. Se observaron estructuras porosas, que se corresponden con las imágenes obtenidas anteriormente para los geles equilibrados a pH 7. Se comprobó la presencia de nZnO en las diferentes concentraciones. Solo se observó una distribución heterogénea en cuando estas se encuentran en un 10%.Se realizaron ensayos antimicrobianos en los cuáles se comprobó la capacidad biocida de las nZnO frente a Escherichia coli y Staphylococcus aureus. Todos los hidrogeles conteniendo nanopartículas mostraron actividad antibacteriana y esta fue mayor con concentraciones mayores de las mismas. Al evaluar la liberación de las nanopartículas a diferentes valores de pH se comprobó que la liberación del agente antimicrobiano ocurre efectivamente en mayor medida a pHs más básicos. Los ensayos de citotoxicidad realizados revelaron que los hidrogeles son citotóxicos si la concentración de nZnO es mayor 10 %. A concentraciones menores no se observa este efecto, con viabilidades superiores al 90 %. Es por esto que se propone utilizar los hidrogeles que poseen un 5% de nZnO. En estos geles se observa una buena actividad biocida sin actividad citotóxica y una respuesta al pH óptima.