Obtención de biomateriales híbridos termosensibles a partir de xilanas/IPOx y sílice mesoporosa con potencial aplicación como andamio en tejido óseo

Abstract

En el presente trabajo se desarrollaron hidrogeles híbridos termosensibles, usando hemicelulosas tipo xilanas (HC), sílices mesoporosas (SM) y 2-isopropil-2-oxazolina (IPOx), con el objetivo de obtener un material con respuesta a cambios en la temperatura y capaz de cargar y liberar un agente antimicrobiano, teniendo como posibilidad de uso en la regeneración de tejidos óseos, como un andamio. Las xilanas fueron extraídas del bagazo de agave mediante una extracción alcalina con KOH; por su parte, las SM sintetizadas fueron de tipo SBA-15.

Mediante las técnicas de Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y Resonancia Magnética Nuclear (RMN), fue analizada y corroborada la composición química de los HC y SM. Por otro lado, mediante la técnica de análisis termogravimétrico (TGA) se analizaron las propiedades térmicas de los hidrogeles híbridos, concluyendo que los materiales son térmicamente estables y que no presenta riesgos si se elimina algún componente que altere su biocompatibilidad, a temperaturas por debajo de los 100 °C. Además, esta técnica permitió determinar la cantidad de SM presente en los hidrogeles híbridos. La morfología de los hidrogeles fue analizada por SEM (Microscopía electrónica de barrido) y se pudo observar la presencia de una estructura porosa e interconectada, confirmado el entrecruzamiento del material, pero a su vez, se observó la influencia de los componentes y cantidades en la morfología del material.

Por otra parte, se realizaron pruebas del hinchamiento límite (o máximo) de los hidrogeles, en agua. Todos los hidrogeles presentaron un porcentaje de hinchamiento mayor al 100 %, además, se pudo observar el impacto que puede tener la presencia de los materiales usados en el desarrollo del hidrogel y en el hinchamiento máximo (HMAX). El estudio de la determinación de la temperatura de sensibilidad (temperatura crítica de solución, LCST) en los hidrogeles mostró que todas las muestras presentan valores de LCST cercanos a 36 °C (lo deseado por ser una temperatura cercana a la del cuerpo humano), sin embargo, se observó que este valor incrementa ligeramente (0.5 a 1 °C), siendo favorable para sistemas usados en la liberación de fármacos.

Finalmente, los hidrogeles híbridos presentaron buena capacidad para cargar el fármaco levofloxacino (LEVO) en un rango de 7-30 mg/g de xerogel, una cantidad mayor a la concentración inhibitoria mínima específica (MIC, alrededor de 0.016 a 8 µg/mL) de LEVO para bacterias S. aureus, E. coli o K. pneumoniae. Respecto a liberación de LEVO, se analizaron a temperatura por abajo (20°C) y por encima (40°C) de la LCST; LEVO presentó una liberación rápida en las primeras 5-6 h, después de ese período el proceso de liberación se desaceleró gradualmente hasta alcanzar una meseta y se mantuvo así por 48h y sin llegar a liberarse el 100 % del fármaco, lo cual puede deberse a la red porosa profunda del hidrogel, que retiene cierta cantidad del fármaco. Sin embargo, este fenómeno puede ser favorable, ya que nos permite asegurar la presencia de fármaco por un largo período de tiempo, disminuyendo o evitando la inhibición bacteriana. Los resultados obtenidos de la liberación del LEVO se ajustaron a 4 modelos cinéticos de liberación (Orden Cero, Primer Orden, Higuchi y Korsmeyer-Peppas). El análisis mostró que los valores de liberación se ajustaron al modelo Korsmeyer-Peppas indicando que el LEVO se liberó de los hidrogeles mediante un mecanismo de difusión fickiniana.