Un nuevo material permite la liberación controlada de medicamentos

Científicos brasileños combinan arcilla y un polímero a escala nanométrica para crear una estructura cuyo objetivo es transportar y liberar fármacos gradualmente

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Los minerales de la arcilla, que ya se utilizan en la agricultura y en la fabricación de cosméticos, también pueden aplicarse en medicamentos tales como antiinflamatorios y quimioterapéuticos para mejorar sus efectos.

Científicos brasileños del Instituto de Química de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en su campus de la localidad de Araraquara, y de la Universidade de Franca (Unifran) desarrollaron un nuevo material a base de arcilla y de un polímero. Esta estructura permite transportar y liberar fármacos en forma lenta y gradual. De este modo se puede controlar la absorción de medicamentos en el organismo y evitar las oscilaciones de la concentración en el torrente sanguíneo.

Este nuevo material se desarrolló en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) de Tecnologías Ecoeficientes Avanzadas en Productos Cementicios, uno de los INCTs financiados por la FAPESP en asociación con el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) de Brasil en el estado de São Paulo. El proceso referente  a la obtención de la estructura aparece 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 [la milmillonésima parte del metro]. Así fue como logramos obtener un material que permite liberar una medicación paulatinamente, en las dosis y tasas más adecuadas, manteniendo la concentración ideal en el torrente sanguíneo”, declaró Eduardo Molina, docente de la Unifran y uno de los autores de la investigación, a Agência FAPESP.

Los investigadores incorporaron la montmorillonita sódica a 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 grandes volúmenes de agua en sus intersticios sin disolverse. Por eso se lo considera un excelente material para la liberación controlada de fármacos.

Pero por sí solo el hidrogel promueve la liberación demasiado rápida de un fármaco. Asimismo, puede provocar un problema denominado burst release –la liberación inmediata–, cuando se libera una alta dosis de un medicamento de entrada y después se la mantiene a una determinada tasa. “El hidrogel únicamente a base de polióxido de etileno no permite efectuar la liberación lenta y controlada del fármaco”, dijo Molina.

Toda vez que se sabe que la arcilla es un material impermeabilizante, los investigadores pensaron en intentar combinarla con el hidrogel a los efectos de verificar si este material podría constituir una barrera tendiente a permitir un control fino de la cantidad del fármaco que se libera.

Para poner a prueba esta hipótesis, se incorporaron distintas concentraciones de montmorillonita sódica a un hidrogel híbrido orgánico-inorgánico llamado siloxano-polieter o ureasil, mediante un proceso denominado sol-gel.

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

La combinación de ambos materiales –la arcilla y el hidrogel polimérico– resultó en un nanocompuesto al cual se incorporó diclofenaco sódico durante la preparación del material. Este fármaco es un antiinflamatorio, administrable por vía oral o inyectable, que se utiliza bastante para aliviar hinchazones y dolores generados por artritis, reumatismo, lesiones musculares, cirugías o gota.

Los análisis de las estructuras de los nanocompuestos, realizados mediante la aplicación de distintas técnicas de caracterización, revelaron que era posible diferenciar claramente entre 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 resultó esencial para controlar la forma de liberación del fármaco.

Al ajustar el porcentaje de la arcilla empleada en la preparación de los nanocompuestos, fue posible evitar que se liberase una dosis alta de diclofenaco sódico al principio, y permitir que la liberación posterior transcurriese de forma pausada y a una tasa constante y previsible.

“Logramos generar 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 al hidrogel, la arcilla asume la forma de láminas nanométricas homogéneamente dispersas en el material. Esas laminillas nanométricas de arcilla actuaron como una barrera física contra el paso de las moléculas de agua y del fármaco por los canales del hidrogel.

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

A juicio de los investigadores, este nanocompuesto podría utilizarse para revestir pastillas, por ejemplo, y así actuar como un sistema de liberación de fármacos para tratamientos prolongados contra la artritis, la migraña y el dolor posquirúrgico, entre otros.

Puede leerse el artículo intitulado 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 y Celso V. Santilli, en la revista Applied Materials & Interfaces, en el siguiente enlace: pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b04559.