Estudio de la adsorción de fármacos en MOFs bio-compatibles mediante simulaciones de Monte Carlo

M.C. BERNINI; P.M. PASINETTI; A.J. RAMIREZ-PASTOR; D. FAIREN-JIMENEZ; R. Q. SNURR

San Carlos de Bariloche

Congreso; 98°Reunion Nacional de Fisica; 2013

CAB-CNEA-AFA

Los MOFs (Metal Organic Frameworks) son compuestos cristalinos cuyas redes están constituidas por iones metálicos que se autoensamblan covalentemente con ligandos orgánicos multifuncionales, generando redes orgánico-inorgánicas poliméricas periódicas. En la última década se ha reportado un gran número de ellos con interesantes propiedades en catálisis heterogénea, luminiscencia, adsorción y separación de gases, etc. Como rasgo esencial estos materiales presentan canales y cavidades de distinta forma y funcionalidad, habiéndose observado compuestos con las mayores áreas superficiales conocidas, altas capacidades de adsorción de gases y líquidos, captura selectiva de CO2, etc. Dado que es posible obtener MOFs con un gran número de elementos de la Tabla Periódica y con diversos tipos de moléculas orgánicas como ligandos, se han diseñado y sintetizado (a escala micro- y nanocristalina) MOFs con características bio-compatibles (Bio-MOFs). Esto, sumado a la cualidad de presentar porosidad, ha abierto la posibilidad de emplearlos como soportes en liberación controlada de fármacos, lo cual resulta una excelente alternativa para la administración de drogas que poseen cierta toxicidad y que por ende, requieren que la concentración en sangre se mantenga en un nivel bajo, pero constante. Una de las ventajas de los MOFs frente a otros materiales porosos tradicionales es la posibilidad de optimizar las interacciones host-guest, no solo variando el tamaño de poros sino también funcionalizándolos con grupos químicos que controlen la cinética de liberación de los agentes terapéuticos. En este contexto, mediante estudios in vitro, P. Horcajada y col. encontraron una actividad marcadamente alta en el tratamiento de la leucemia humana y el mieloma múltiple empleando nanopartículas de Bio-MOFs cargadas con busulfan y también como agentes anti HIV cuando se cargaron con AZT-TP. Por otra parte, las simulaciones de Monte Carlo (MC) han sido muy útiles para comprender el proceso de adsorción de gases livianos y líquidos en materiales porosos, permitiendo predecir y explicar resultados experimentales de una manera precisa y realista. El creciente desarrollo de códigos de simulación del tipo MC continuo junto con el avance en la capacidad informática han permitido ir incrementando la complejidad de las moléculas adsorbibles y de los adsorbentes, manejando una descripción a nivel atómico de los mismos. En esta charla se presentarán resultados de los estudios de simulaciones de MC en el ensamble Grand Canónico (GCMC) aplicadas al estudio de la adsorción de un fármaco modelo (ibuprofeno) en Bio-MOFs, incluyendo las isotermas simuladas, la variación de los calores isostéricos de adsorción en función del cubrimiento y los probables mecanismos de adsorción-liberación en base al análisis de las funciones de distribución radial y los snapshots.