Usos del quitosano en medicina
IntroducciónLa creciente demanda de materiales de base biológica está ganando más atención para aplicaciones inmediatas en campos biomédicos como la ingeniería de tejidos, la curación de heridas y la administración de fármacos. Los polisacáridos, moléculas biopoliméricas de carbohidratos de cadena larga compuestas principalmente por unidades de monosacáridos, son materiales de base biológica que combinan un inmenso potencial en aplicaciones biomédicas con las características beneficiosas únicas de los polímeros naturales en contraste con los polímeros sintéticos. Entre varios tipos de polisacáridos, la celulosa y la quitina son los biopolímeros naturales más importantes por su amplia distribución en la naturaleza. La celulosa se sintetiza principalmente en la madera y las plantas, mientras que la quitina se obtiene de animales inferiores (Barikani et al. 2014; Moon et al. 2011). En este artículo de revisión, nos centramos en las características, métodos de preparación y aplicación de la celulosa y sus derivados en el campo biomédico.
La celulosa es un polímero natural no ramificado compuesto por unidades repetidas de glucosa (C6H10O5)n (French 2017), y está considerada como la materia orgánica y el polisacárido más profuso de la Tierra. Este polímero biodegradable se encuentra principalmente en la naturaleza en forma de microfibrillas en las paredes celulares de la madera y las plantas, los tejidos de las algas y la membrana de las células epidérmicas de los tunicados. También lo sintetizan las bacterias en forma de redes de nanofibras. Los materiales celulósicos explotan un diseño de estructura jerárquica que abarca desde la nanoescala hasta las dimensiones macroscópicas en forma de agregados de fibrillas, fibrillas, nanocristalitos y dominios desordenados a nanoescala (Fig. 1a,b). La celulosa presenta una intrincada estructura multinivel, formada por haces/agregados de fibrillas superfinas. La fibrilla superfina contiene varias cadenas de celulosa (Fig. 1a). Cada fibrilla se compone de la repetición de grandes dominios ordenados (cristalinos) y de pequeños dominios desordenados (amorfos) con una dimensión transversal que oscila entre 2 y 20 nm, dependiendo de la fuente de síntesis (Fig. 1b) (Ioelovich 2008). Una sola cadena de celulosa atraviesa muchos dominios cristalinos y desordenados, mientras que fuertes enlaces β 1 → 4 glicosídicos unen unidades de cadena de celulosa individuales. Las cadenas de celulosa están notablemente alineadas en el dominio cristalino de una fibrilla de celulosa (Klemm et al. 2018, 2011).
Los polímeros en la medicina
La invención se dirige a derivados poliméricos multifuncionales de N-maleimidilo que comprenden una columna vertebral polimérica soluble en agua y no peptídica que tiene un carbono terminal, como un poli(alquilenglicol), estando el carbono terminal de la columna vertebral polimérica directamente unido al átomo de nitrógeno de una fracción de N-maleimidilo sin un grupo enlazador entre ellos. La invención también proporciona dos métodos de preparación de dichos derivados poliméricos de N-maleimidilo sin enlaces.
La unión covalente del polímero hidrofílico poli(etilenglicol), abreviado PEG, también conocido como poli(óxido de etileno), abreviado PEO, a moléculas y superficies es de considerable utilidad en biotecnología y medicina. En su forma más común, el PEG es un polímero lineal terminado en cada extremo con grupos hidroxilos:
El PEG se utiliza comúnmente como metoxi-PEG-OH, o mPEG en pocas palabras, en el que uno de los extremos es el grupo metoxi relativamente inerte, mientras que el otro extremo es un grupo hidroxilo que está sujeto a una fácil modificación química. La estructura del mPEG se indica a continuación.
Usos del quitosano en cosmética
Fig. 1La deslocalización de la carga en el grupo guanidinio de la l-arginina para los sistemas poliméricos de administración de fármacosImagen a tamaño completoDerivados del quitosánEl quitosán es uno de los polisacáridos catiónicos derivados de la quitina natural.Como polímero catiónico con propiedades favorables, se ha utilizado ampliamente para formar complejos polielectrolíticos con polianiones para la administración de fármacos [15, 16]. El quitosano es un copolímero lineal compuesto por unidades de glucosamina y N-acteil-glucosamina, a través de enlaces β-(1, 4), a saber, 2-amino-2-deoxi-β-d-glucano (Fig. 2a). El quitosano es el producto de la reacción de desacetilación de la quitina (2-acetamido-2-deoxi-β-d-glucano). Tiene propiedades biológicas favorables como la no toxicidad, la muco-adhesividad, la biocompatibilidad y la biodegradabilidad [17,18,19]. Los derivados acuosos del quitosano, como las sales de quitosano (Fig. 2b), el quitosano zwitteriónico y los oligómeros de quitosano, han atraído cada vez más atención debido a su solubilidad en agua para aplicaciones biomédicas [20,21,22,23].
Fig. 2Estructuras químicas del quitosano (a) y de las sales de quitosano (b)Imagen a tamaño completo Derivados de la ciclodextrinaLa ciclodextrina es una familia de oligosacáridos cíclicos compuesta por subunidades de glucopiranosa enlazadas α (1, 4). La ciclodextrina es un útil agente quelante molecular. Hay tres tipos de ciclodextrinas en la naturaleza. Se denominan α (6 unidades), β (7 unidades) y γ-ciclodextrinas (8 unidades), como se muestra en la Fig. 3. La β-ciclodextrina es ideal para la administración de fármacos debido al tamaño de la cavidad, la eficacia de la complejación y la carga del fármaco, la disponibilidad y el coste relativamente bajo [24]. Un ejemplo de ciclodextrina en el sistema de administración de fármacos es el derivado de 2-hidroxipropilo, que es un potente solubilizador, y tiene una cadena hidrofílica en el exterior y una cadena hidrofóbica en el interior [25]. Son capaces de evitar la degradación del fármaco y de mejorar su estabilidad y solubilidad, lo que resulta en una mayor biodisponibilidad [26, 27]. Son muy útiles para los sistemas poliméricos de administración de fármacos en aplicaciones prácticas.
Usos del quitosano en la agricultura
Los plásticos son una amplia gama de materiales sintéticos o semisintéticos que utilizan polímeros como ingrediente principal. Su plasticidad hace que los plásticos puedan ser moldeados, extruidos o prensados en objetos sólidos de diversas formas. Esta adaptabilidad, además de una amplia gama de otras propiedades, como ser ligeros, duraderos, flexibles y baratos de producir, ha llevado a su uso generalizado. Los plásticos suelen fabricarse mediante sistemas industriales humanos. La mayoría de los plásticos modernos se derivan de productos químicos basados en combustibles fósiles, como el gas natural o el petróleo; sin embargo, los métodos industriales más recientes utilizan variantes fabricadas con materiales renovables, como los derivados del maíz o del algodón[1].
Se calcula que entre 1950 y 2017 se han fabricado 9.200 millones de toneladas de plástico. Más de la mitad de este plástico se ha producido desde 2004. En 2020 se produjeron 400 millones de toneladas de plástico[2] Si se mantienen las tendencias mundiales de la demanda de plástico, se calcula que en 2050 la producción anual de plástico a nivel mundial superará los 1.100 millones de toneladas.