Figura 1:La configuración de SAXS en I22. Crédito:Fuente de luz de diamante
Por primera vez se ha creado una familia de hidrogeles, con propiedades únicas que les permiten ser utilizados en aplicaciones biológicas. La obra, publicado recientemente en Polymer, podría presagiar la introducción de una nueva clase de tintas biológicas o vehículos de administración de fármacos.
Los hidrogeles son redes de cadenas macromoleculares reticuladas que tienen una estructura muy porosa que les permite hincharse con agua. Son estructuras blandas con propiedades viscoelásticas a menudo complejas que pueden afinarse adaptando sus componentes químicos y su densidad de reticulación. De esta forma, pueden adaptarse para detectar y adaptarse a los cambios en su entorno, como la temperatura, pH presión, luz, o incluso la presencia de otros productos químicos.
Una conocida familia de hidrogeles basados en copolímeros de poli (óxido de etileno) (PEO) se combinó con un polímero mecánicamente robusto conocido como Nafion. Las propiedades de los nuevos complejos poliméricos se revelaron mediante una serie de técnicas, incluyendo Dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) en la línea de luz de Difracción y Dispersión de ángulo pequeño (I22) en la fuente de luz Diamond. Se demostró que la adición de Nafion mejora drásticamente las propiedades mecánicas de los hidrogeles, lo que los convierte en candidatos prometedores para una variedad de aplicaciones, como los sistemas de liberación de fármacos y la bioimpresión tridimensional.
Hidrogeles inyectables
Una de las aplicaciones más fascinantes de los hidrogeles se encuentra en el campo de la liberación de fármacos. Los hidrogeles se pueden ajustar ingeniosamente para cambiar su fase de un líquido inyectable a un gel dentro del cuerpo, que se disuelve gradualmente para liberar lentamente una droga atrapada. Los beneficios de esto son de gran alcance tanto para los pacientes como para los profesionales de la salud. Típicamente, Los hidrogeles inyectables se basan en copolímeros de PEO ya que están bien caracterizados y tienen una transición de fase definida a un gel a temperatura corporal. Sin embargo, estos hidrogeles tienen propiedades mecánicas débiles y liberan fármacos rápidamente.
Para abordar las deficiencias de la ola actual de inyectables, un equipo de científicos de la Universidad de Central Lancashire, los combinó con un polímero mecánicamente estable conocido como Nafion. Este polímero fue descubierto a finales de la década de 1960 y tiene una serie única de propiedades que han llevado a su uso como membrana de intercambio de protones para pilas de combustible. Dado que recientemente se ha revelado su naturaleza biocompatible y no tóxica, Nafion también se ha utilizado para aplicaciones biomédicas como recubrimientos de implantes y biosensores.
Mezclas de Nafion
El equipo preparó mezclas de Nafion con dos copolímeros diferentes:E 19 PAG 69 mi 19 y B 20 mi 510 (donde E era OCH 2 CH 2 , P era OCH 2 CH (CH 3 ) y B era OCH 2 CH (C 2 H 5 )). Nafion se unió ampliamente a los dos copolímeros como se muestra mediante una variedad de técnicas. Además de microbalanza de cristal de cuarzo con monitorización de disipación (QCM-D), los hidrogeles híbridos se sometieron a dispersión dinámica de luz, reología, y SAXS. Dr. Antonios Kelarakis, investigador principal de la Universidad de Central Lancashire, y el investigador principal del estudio explicó su enfoque:"No queríamos comprometer la inyectabilidad de los polímeros con la adición de Nafion, así que una vez que supimos que los hidrogeles híbridos tenían las fuertes propiedades mecánicas que necesitábamos, utilizamos SAXS para explorar su estructura ".
En I22, las mezclas de hidrogel se montaron entre ventanas de mica en una celda de líquido equipada con un baño de agua para controlar la temperatura. Se recogieron patrones SAXS bidimensionales utilizando un detector de área Pilatus P3-2M y todos los patrones se corrigieron para las fluctuaciones del haz incidente, así como la dispersión del aire y del instrumento antes de la conversión a perfiles unidimensionales.
Propiedades mejoradas
Se demostró que la adición de Nafion mejora la viscoelasticidad de los copolímeros existentes, mejorando así su resistencia mecánica. Es más, las mezclas también experimentaron transiciones sol-gel bruscas y térmicamente reversibles por debajo de la temperatura corporal, indicando que conservaban su capacidad inyectable. Los sistemas también se probaron para determinar su capacidad para liberar ibuprofeno, y se demostró que Nafion reduce drásticamente la liberación de la droga; un efecto que se cree que es conferido por una menor porosidad o interacciones más fuertes entre la matriz y el fármaco. El Dr. Kelarakis se refirió a estos descubrimientos, "Además de un vehículo para medicamentos, este complejo polimérico podría usarse como biotinta para impresión 3D, ya que se convierte fácilmente de líquido a gel. Actualmente hay pocos materiales disponibles para esta técnica, pero hemos demostrado que podemos hacer un material prometedor que puede soportar mucho estrés ".
El siguiente paso de esta fascinante investigación es una investigación completa sobre la evolución del complejo de hidrogel durante el estrés. que se logrará in situ utilizando un reómetro en I22. El equipo tiene como objetivo explorar los efectos de Nafion en otros polímeros y también tiene la intención de introducir nanopartículas en los hidrogeles. para que pudieran utilizarse para la obtención de imágenes biológicas. La esperanza es que las moléculas de imágenes puedan liberarse lentamente al cuerpo cerca del sitio de interés (como una herida) para iluminar componentes fisiológicos seleccionados.
