Síntesis y Caracterización de Hidrogeles de Quitosano Entrecruzados con Ácidos Dicarboxílicos Jonathan Agudelo, Nora Valderruten, Eduardo Ruiz - Facultad de Ciencias Naturales, Universidad ICESI – Cali, Colombia Introducción: El quitosano es un copolímero de unidades D-glucosamina y N-acetil-D-glucosamina unidas mediante enlaces β[1→4]. Puede formar hidrogeles químicos cuyas cadenas se encuentran entrecruzadas a través de enlaces covalentes adquiriendo la forma de una red tridimensional, que puede absorber agua o solución a través del hinchamiento de su estructura, permaneciendo insolubles y sin perder su forma original. El entrecruzamiento covalente requiere de una molécula difuncional como dialdehídos o ácidos dicarboxílicos como el adípico, glutárico y succínico que son los estudiados en este proyecto. Como estos sistemas son pH-sensibles, es decir, cambios de pH promueven el hinchamiento por procesos de difusión de agua y solvatación de cargas, es posible hacer liberación controlada de moléculas como fármacos retenidas en su interior. Objetivos: H OH H OH H OH H O H O H O HO HO HO O O O H H NH H H H H O O H H HN n R O H O NH H H O O O H NH HN H H H H O OH OH OH O H O H OHH H O O O H H OHH OHH n Esquema de la red tridimensional de un hidrogel químico y las cadenas poliméricas de quitosano entrecruzadas con ácido succínico Metodología: Evaluar y optimizar el método de entrecruzamiento in situ de quitosano disuelto en el ácido dicarboxílico mediante activación con carbodiimida. Caracterizar la cinética de hinchamiento de los tres hidrogeles a pH 5, 7.5 y 9 tanto a 25 como 37°C. Analizar los hidrogeles por espectroscopia FTIR, estudios reológicos de viscoelasticidad y análisis térmicos DSC Determinar la cinética de liberación para cada tipo de hidrogel con dos fármacos diferentes, cefalexina monohidrato y betahistina clorhidrato mediante seguimientos por UPLC. Quitosano al 2% en solución de dicarboxílico (10°C) en relación 2:1 para un 100% de entrecruzamiento Mezcla NHS y EDC (4°C) en relación 3:1 respecto al quitosano Reacción por 5h a 4°C Cortes de Ø12mm y lavados por 3 días en agua Hidrogeles Secado a 30°C Cinéticas de hinchamiento FTIR y DSC Xerogeles Hidrogeles Carga con solución de fármacos Análisis de recuperación fluencia (creep recovery) y de relajación Cinéticas de liberación Resultados y Conclusiones 100 2E-04 6E-03 5E-03 Deformación / Esfuerzo (1/Pa) Grado de hinchamiento W, (%) 90 80 70 60 Adípico Glutárico Succínico 50 3E-03 Adípico Glutárico Succínico 2E-03 5E-05 1E-03 5E-04 40 0E+00 0 100 200 300 400 Tiempo (min) Gráfica 1: Espectros FTIR de los xerogeles de quitosano entrecruzados con ácido adípico (A), glutárico (G) y succínico (S) 1E-04 Gráfica 2: Cinética de hinchamiento a pH 9 y 25°C para los hidrogeles de quitosano entrecruzados con ácidos dicarboxílicos -5E-04 0 100 200 300 400 500 600 Tiempo (s) Gráfica 3: Recuperación de fluencia para los hidrogeles de quitosano entrecruzados con ácidos dicarboxílicos Como se observa en la gráfica 1, se obtienen las bandas características para la estructura del quitosano entrecruzado con los respectivos dicarboxílicos, para los cuales no hay diferencias entre si. Bandas de los reactivos, ácidos o subproductos no están presentes. se obtiene que los hidrogeles entrecruzados con succínico tienen valores que van del doble a triple que las de adípico y glutárico, indicando mayor velocidad de hinchamiento y alcance de W mas rápido. En general K disminuye a mayor pH y por ello se alcanzan finalmente mayores W. Respecto a las cinéticas de hinchamiento, como se observa en la tabla, el grado de hinchamiento en equilibrio a tiempo infinito (W) de los hidrogeles entrecruzados de adípico y glutárico son mayores que los de succínico, pero prácticamente ninguno se favorece a pH ácido y mayor temperatura, a excepción del succínico que a cada pH si incrementó W a 37°C. Con el adípico se observa que predomina la hidrofobicidad respecto al glutárico para dar menores W. Los procesos de hinchamiento tienen cinética de segundo orden y con las constantes (K) Los análisis Creep mostraron que los hidrogeles entrecruzados con adípico y glutárico tienen un comportamiento linear viscoelástico de polímeros amorfos mientras que el de succínico tiene un comportamiento puramente viscoso ya que no evidencia zona de fluencia ni de elasticidad. Está en proceso aun la cinética de liberación y se espera que los fármacos cefalexina y betahistina sean liberados uniforme y equilibradamente, para sean consistentes con las cinéticas de hinchamiento previas. W∞ (%) pH 5 pH 7,5 Agradecimientos: pH 9 Ácido 25°C 37°C 25°C 37°C 25°C 37°C Adípico Glutárico Succínico 82,6 86,2 67,6 80,0 83,3 68,5 82,0 82,0 87,0 85,5 71,9 74,6 K (x10-3min-1) 2,73 3,94 2,63 3,56 7,29 7,30 85,5 89,3 74,6 85,5 86,2 78,7 Adípico Glutárico Succínico 3,84 4,29 13,3 5,83 5,48 15,1 3,10 2,57 5,1 3,72 3,27 4,10 Grados de hinchamiento infinito y constantes cinéticas de segundo orden Al profesor Jairo Perilla y Felipe Vogelsang de la Universidad Nacional de Colombia por la colaboración con las pruebas mecánicas Referencias: Katime, I., Quintana, J.R., Valderruten, N.E., Cesteros, L.C., Macromolecular Chemistry and Physics, 2006, 207, 2121 Chien-Chi Lin a, Andrew T. Metters. Advanced Drug Delivery Reviews 58 (2006) 1379–1408 Cowie J. M., Arrighi Valeria. Polymers: Chemistry and physics of modern materials. Third edition, p 360. 2008