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A multifunctional self-immolative hydrogel for accelerating the healing of chronic wounds

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Un sistema inteligente de administración de moléculas alterna los estados activo e inactivo en función del entorno

La liberación controlada es una propiedad deseada para las tecnologías de administración biomédica y agroquímica, tanto para maximizar la eficacia como para evitar efectos secundarios no específicos. Varios científicos europeos desarrollaron una innovadora plataforma de liberación controlada que puede activarse y desactivarse dinámicamente en respuesta a los cambios de pH.

Salud

En química, la autoinmolación se refiere a la descomposición química de los compuestos en sus componentes en forma de cascada de cabeza a cola, como se quema una mecha. El proceso ha despertado gran interés en la investigación de sistemas de liberación controlada para la administración farmacológica, la imagenología biológica y la liberación de nutrientes o plaguicidas en la agricultura. Otras aplicaciones incluyen el desarrollo de materiales poliméricos degradables, como plásticos, recubrimientos y nanopartículas.

Controlar la autoinmolación en respuesta al pH

Los compuestos capaces de autoinmolarse contienen un conector químico que vincula un grupo protector separable mediante un estímulo —el «activador»— con una molécula de «carga útil», como es un fármaco. El conector sirve para acelerar la eliminación del activador al exponerse a un estímulo adecuado, que puede consistir en pH, temperatura o enzimas. Las propiedades estéricas y químicas del conector predeterminan la cinética de la autoinmolación, la cual, al activarse, da lugar a una liberación ininterrumpida de la carga útil independientemente del entorno. Uno de los objetivos del proyecto Multi-SIP Hydrogel, puesto en marcha con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie (MSC), era controlar dinámicamente la cinética de la autoinmolación mediante estímulos externos. «Queríamos controlar la reacción de degradación del conector y, en consecuencia, la liberación de la carga útil, en respuesta a un estímulo cambiante o transitorio específico», explica Derrick Roberts, beneficiario de una beca de investigación individual MSC. El proyecto fue una colaboración entre el Instituto Karolinska y el grupo de la catedrática Molly Stevens del Imperial College de Londres. Aprovechando el hecho de que los conectores autoinmoladores contienen residuos sensibles a los cambios de acidez, los investigadores sintetizaron conectores cuya cascada de autoinmolación —y, en consecuencia, la liberación de la carga útil— puede pausarse y reiniciarse en función de la acidez del entorno.

Optimización de conectores para aplicaciones futuras

El diseño del conector degradable permite activar y desactivar la cascada de autoinmolación fácilmente, con lo que se garantiza que la administración de la carga útil ocurra solamente en condiciones ambientales específicas. Se trata de una innovación significativa en este campo: este nivel de control dinámico del pH sobre la liberación de la carga útil no se había demostrado explícitamente antes. Es importante señalar que este trabajo tiene aplicaciones biológicas potenciales en situaciones en las que los cambios de pH dan lugar a la liberación farmacológica. En la cicatrización de heridas, por ejemplo, un conector autoinmolador sensible al pH podría garantizar una rápida liberación inicial de la carga útil, mientras que la atenuación y la reactivación procederían según las necesidades cambiantes de la herida, evitando el riesgo de sobredosis. Los conectores autoinmoladores también pueden unirse para formar tipos especiales de polímeros de rápida degradación. En cambio, los polímeros degradables convencionales se descomponen en fragmentos más pequeños a lo largo de períodos mucho más prolongados, puesto que no existe un mecanismo de cascada para su degradación. «Para aprovechar con eficiencia nuestro conector en aplicaciones biológicas, se requiere una mayor optimización en términos de solubilidad en el agua, el rango de respuesta al pH y la citotoxicidad de los productos de autoinmolación», enfatiza Roberts. Este es el enfoque de su recién establecido grupo en la Universidad de Sídney, donde investiga también la aplicación de los conectores autoinmoladores en campos como la agricultura y los recubrimientos que responden a estímulos. Su actual beca para investigadores noveles del Consejo Australiano de Investigación se destina a utilizar polímeros y conectores autoinmoladores para activar transformaciones morfológicas controladas de nanopartículas de polímeros autoensamblados. Prevé «el control de la morfología de las nanopartículas —y, por tanto, de su función— para impulsar el desarrollo de nuevas nanotecnologías que respondan a estímulos».

Palabras clave

Multi-SIP Hydrogel, conector, autoinmolación, fármaco, liberación controlada, nanopartículas

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