Preparación y caracterización de nanopartículas de quitosano modificado para la encapsulación de polifenoles con potencial aplicación en el tratamiento de leucemia

Abstract

RESUMEN: La Leucemia es un cáncer en el cual se afectan las células de la medula ósea (leucocitos) y en la mayoría de los casos puede ser mortal, cobrando así la vida de millones de niños y adultos a nivel mundial. Los tratamientos de este tipo de enfermedad varían según el tipo de leucemia (mielítica o linfoblastica) y tiempo de detección de la enfermedad. Sin embargo, la mayoría de los tratamientos se caracterizan por ser poco selectivos, altamente tóxicos y con efectos secundarios nocivos. Una alternativa a los tratamientos tradicionales, son los polifenoles, debido a sus características prooxidantes y a su fácil extracción de medios naturales. Sin embargo, los polifenoles como el ácido gálico (AG), propil galato (PG) y epigalocatequina-3-galato (EGCG), presentan desventajas debido a alta solubilidad en agua, su sensibilidad a la luz y a cambios de pH. Presentan una alta hidrofilia lo cual hace que sea de alta difusión impidiendo que sean usados como principios activos ya que presentarían bajas concentraciones in vivo. Como una alternativa para solucionar esta problemática se propone usar nanopartículas poliméricas funcionalizadas, en las cuales se pueden encapsular los polifenoles y que presenten una alta selectividad hacia células cancerígenas. Uno de los polímeros más estudiados para la encapsulación de principios activos, es el quitosano (Qs) debido a su biocompatibilidad y su biodegradación. En este trabajo se realizaron diferentes modificaciones del quitosano (Qs), con el objetivo de preparar nano partículas en las cuales se puedan encapsular polifenoles como ácido gálico (AG), propil galato (PG) y epigalocatequina-3-galato (EGCG). Para esto, el quitosano fue modificado químicamente con polietilenglicol (PEG), ácido desoxicólico (DCA) y ácido fólico (AF). La primera modificación se realizó para proporcionarle estabilidad estérica a los sistemas y adicionalmente, evitar que las nanopartículas una vez en el organismo sean detectadas y eliminadas por los macrófagos. La segunda se llevó a cabo con el fin de modificar el índice hidrofílico/hidrofóbico y generar un posible autoensamble de las partículas. La última modificación, se hizo con el fin de vectorizar las partículas hacia las células enfermas, ya que estas células sobre-expresan receptores folato en la membrana celular. Para la obtención de las nanopartículas, se estudió el efecto de algunas variables de preparación sobre las propiedades fisicoquímicas de las partículas, obtenidas por el método de gelación ionotrópica y a partir de mezclas de los diferentes derivados. Se lograron sistemas con tamaños de partícula menores a 200 nm, a los cuales se les evaluó la estabilidad coloidal mediante mediciones de tamaño de partícula y potencial z por un periodo de 20 días, donde se pudo determinar que los sistemas con mayor contenido de mPEG presentaron una menor variabilidad en el tamaño de partícula. El sistema Qs-mPEG/Qs-DCA/Qs-AF 80-10-10 se seleccionó para la encapsulación de los polifenoles, debido a que presento tanto el menor tamaño de partícula, como la menor polidispersidad. Las eficiencias de encapsulación para el ácido gálico, propil galato y epigalocatequina-3-galato fueron de 41.7%, 83.5% y 43.6%, respectivamente. Con los resultados obtenidos se plantea que el sistema de nanopartículas de Qs-mPEG/Qs-DCA/Qs-AF con polifenoles puede ser potencialmente usado en el tratamiento de leucemia.

ABSTRACT: Leukemia is a cancer in which bone marrow cells (leukocytes) are affected and in most cases can be fatal, thus taking the lives of millions of children and adults worldwide. The treatments of this type of disease vary according to the type of leukemia (myeloid or lymphoblastic) and time of detection of the disease. However, most treatments are characterized by being unselective, highly toxic and with harmful side effects. An alternative to traditional treatments are polyphenols, due to their prooxidant characteristics and their easy extraction from natural media. However, polyphenols such as gallic acid (AG), propyl gallate (PG) and epigallocatechin-3-gallate (EGCG), have disadvantages due to high water solubility, light sensitivity and pH changes. They have a high hydrophilicity which makes it high diffusion preventing them from being used as active ingredients since they would present low concentrations in vivo. As an alternative to solve this problem, it is proposed to use functionalized polymeric nanoparticles, in which the polyphenols can be encapsulated and have a high selectivity towards cancer cells. One of the most studied polymers for the encapsulation of active ingredients is chitosan (Qs) due to its biocompatibility and biodegradation. In this work different modifications of the chitosan (Qs) were made, with the aim of preparing nano particles in which polyphenols such as gallic acid (AG), propyl gallate (PG) and epigallocatechin-3-gallate (EGCG) can be encapsulated. For this, the chitosan was chemically modified with polyethylene glycol (PEG), deoxycholic acid (DCA) and folic acid (AF). The first modification was made to provide steric stability to the systems and additionally, prevent nanoparticles once in the body from being detected and eliminated by macrophages. The second was carried out in order to modify the hydrophilic / hydrophobic index and generate a possible self-assembly of the particles. The last modification was made in order to vectorize the particles towards the diseased cells, since these cells overexpress folate receptors in the cell membrane. To obtain the nanoparticles, the effect of some preparation variables on the physicochemical properties of the particles, obtained by the ionotropic gelation method and from mixtures of the different derivatives, was studied. Systems with particle sizes smaller than 200 nm were achieved, to which colloidal stability was evaluated by measurements of particle size and z potential for a period of 20 days, where it was determined that the systems with the highest mPEG content presented Less variability in particle size. The Qs-mPEG / Qs-DCA / Qs-AF 80-10-10 system was selected for encapsulation of the polyphenols, because it has both the smallest particle size and the lowest polydispersity. The encapsulation efficiencies for gallic acid, propyl gallate and epigallocatechin-3-gallate were 41.7%, 83.5% and 43.6%, respectively. With the results obtained, it is suggested that the Qs-mPEG / Qs-DCA / Qs-AF nanoparticle system with polyphenols can potentially be used in the treatment of leukemia