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Investigadores de la Unesp y de la Universidad de Francia combinan arcilla y polímero a escala nanométrica para crear una estructura que posibilita acarrear y liberar fármacos gradualmente.

Siendo ya utilizados en agricultura y en cosméticos, los minerales de la arcilla pueden ser aplicados en medicamentos como antiinflamatorios y quimioterápicos, para mejorar sus efectos.

Investigadores del Instituto de Química de la Universidad Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, y de la Universidad de Francia (Unifran) desarrollaron un nuevo material, a base de arcilla y de un polímero. La estructura permite acarrear y liberar fármacos de forma lenta y gradual. De esta manera, permite controlar la absorción de medicamentos por el organismo y evitar las oscilaciones de la concentración en el torrente sanguíneo.

El nuevo material fue desarrollado en el marco del INCT de Tecnologías Ecoeficientes Avanzadas en Productos Cimentos – uno de los INCTs financiados por la FAPESP en asociación con el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) en el Estado de São Paulo. El proceso de obtención de la estructura fue descrito en un artículo publicado en la revista Applied Materials & Interfaces, de la American Chemical Society.

“Combinamos una arcilla comercial, llamada montmorillonita sódica, con un gel polimérico a escala nanométrica [de la billonésima parte del metro]. Con eso, conseguimos obtener un material que posibilite liberar una medicación paulatinamente, en las dosis y tasas más adecuadas, manteniendo la concentración ideal en la corriente sanguínea “, dijo Eduardo Molina, profesor de la Unifran y uno de los autores de la investigación, a la Agencia FAPESP.

Los investigadores incorporaron la montmorillonita sódica en una matriz flexible y transparente, compuesta por polióxido de etileno (PEO). Este material, con características de hidrogel, en forma de una red rígida tridimensional, es capaz de absorber volúmenes elevados de agua en sus intersticios, sin disolverse. Por lo tanto, se considera un excelente material para la liberación controlada de fármacos.

Sin embargo, el hidrogel permite la liberación de un fármaco muy rápidamente. Además, puede presentar un problema, llamado burst release – liberación inmediata -, donde una dosis alta de un medicamento se libera al principio y luego se mantiene a una determinada tasa. “El hidrogel a base de polióxido de etileno no permite obtener la liberación lenta y controlada del fármaco“, dijo Molina.

Una vez que la arcilla es conocida como un material impermeabilizante, los investigadores tuvieron la idea de tratar de combinarla con el hidrogel para verificar si el material podría constituirse en una barrera y permitir un control fino de la cantidad de fármaco liberado.

Para probar esta hipótesis, diferentes concentraciones de montmorillonita sódica se incorporaron en un hidrogel híbrido orgánico-inorgánico, llamado siloxano-poliéter o ureasil, por medio de un proceso llamado sol-gel.

Este método de preparación de materiales se basa en una serie de reacciones químicas, en las cuales ocurre la transformación de un líquido con partículas nanométricas en suspensión – el “sol” – en un gel.

La combinación de los dos materiales -la arcilla y el hidrogel polimérico- resultó en un nanocompuesto en el que se incorporó diclofenaco sódico durante la preparación del material. El fármaco es un antiinflamatorio, administrado por vía oral o por inyección, bastante utilizado para aliviar la hinchazón y el dolor generados, por ejemplo, por artritis, reumatismo, lesiones musculares, cirugías o gota.

Los análisis de las estructuras de los nanocompuestos, realizadas a través de diferentes técnicas de caracterización, revelaron que era posible distinguir claramente el hidrogel polimérico, la arcilla y el fármaco en los materiales.

En las pruebas de rendimiento del material en la liberación del diclofenaco, realizadas en laboratorio, en recipientes que simulan las condiciones biológicas, se constató que la arcilla fue esencial para controlar la forma en que el fármaco era liberado.

Al ajustar el porcentaje de arcilla utilizado en la preparación de los nanocompuestos, fue posible evitar que una dosis grande de diclofenaco sódico fuera liberada al principio, y que la liberación posterior ocurría de forma pausada y a una tasa constante y previsible.

“Conseguimos obtener un efecto, llamado difusión de barrera, que permitió controlar la cantidad de fármaco liberada de acuerdo con el tiempo”, explicó Molina.

Láminas nanométricas
Los investigadores constataron que, dependiendo de la cantidad de montmorillonita sódica incorporada en el hidrogel, la arcilla asume la forma de láminas nanométricas homogéneamente dispersas en el material. Estas láminas nanométricas de arcilla actuaron como una barrera física al paso de las moléculas de agua y del fármaco por los canales del hidrogel.

“Las láminas de arcilla formaron un laberinto en el interior del material, que retardó el movimiento e imprimió un determinado ritmo a la absorción de agua y a la liberación del diclofenaco sódico”, afirmó Molina.

En la evaluación de los investigadores, el nanocompuesto podría ser utilizado para revestir píldoras, por ejemplo, y actuar como un sistema de liberación de fármacos para tratamientos prolongados de artritis, migraña y dolor post-quirúrgico, entre otros.

El artículo “Highly controlled diffusion drug release from ureasil–poly(ethylene oxide)–Na+–montmorillonite hybrid hydrogel nanocomposites” (doi: 10.1021/acsami.8b04559), de Celso R. N. Jesus, Eduardo F. Molina, Sandra H. Pulcinelli e Celso V. Santilli, puede ser leído en la revista Applied Materials & Interfaces em pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b04559.

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