Funcionalización de nanopartículas con marcadores biológicos e impregnación de matrices porosas a partir de extractos de hojas de mango

Abstract

En los últimos años se ha producido un gran aumento en el interés de dos campos como son los nutracéuticos, sustancias de origen natural con propiedades biológicas activas beneficiosas para la salud y con capacidad preventiva y/o terapéutica definida, y la tecnología de nanopartículas, partículas con un tamaño entre 1-100 nm que presentan una serie de propiedades particulares debido a su tamaño, como una mayor biodisponibilidad. Por otro lado, si también se desea disponer de un sistema portador de estas partículas, para conseguir sistemas de liberación controlada, estas nanopartículas se pueden depositar en matrices sólidas porosas.

La presente Tesis Doctoral está centrada en integrar estos dos novedosos campos de investigación mediante la obtención de extractos y nanopartículas de nutracéuticos con capacidad altamente antioxidante a partir de hojas de mango y su posible posterior aplicación en biomedicina, ya sea junto a marcadores biológicos o siendo impregnadas en distintas matrices porosas de utilidad en aplicaciones médicas.

Con el fin de conseguir estos objetivos se ha utilizado la tecnología supercrítica. La Extracción Supercrítica (ESC), para obtener los extractos; la técnica Supercritical Antisolvent Extraction (SAS o SAE) para obtener nanopartículas a partir de dichos extractos naturales y la técnica Supercritical Solvent Impregnation (SSI) para la impregnación/deposición de extractos o partículas en matrices sólidas porosas. Además, las condiciones usadas de presión (100-300 bar) o temperatura (35-55 ºC) en estas técnicas con CO2 supercrítico no comprometen la estabilidad física o las capacidades de los principios activos utilizados, en su mayoría polifenoles termolábiles, al ser relativamente bajas.

En el caso de la precipitación o funcionalización de los extractos de hoja de mango se ha seleccionado la fluoresceína como sustancia trazadora, la cual es posible seguir mediante fluorescencia en sus posibles aplicaciones médicas. Se ha estudiado tanto la precipitación de este trazador en solitario como la co-precipitación junto a las partículas de los extractos naturales, estudiando la influencia de distintos parámetros como presión, temperatura o flujo de CO2, entre otras. Además, se han realizado ensayos de viabilidad celular y eficacia de las partículas obtenidas mediante tecnología supercrítica frente al estrés oxidativo en macrófagos. Adicionalmente, se ha estudiado la precipitación y encapsulación de las nanopartículas junto a un anticuerpo, CXCL10, con el fin de ser utilizado como guía hacia el páncreas en futuras aplicaciones.

Con respecto a la impregnación de los extractos o partículas en distintas matrices porosas mediante la técnica Supercritical Solvent Impregnation (SSI), se ha investigado la eficacia de la técnica y la influencia de distintas variables de operación en materiales como: apósitos para heridas, scaffolds poliméricos usados normalmente en ingeniería de tejidos y distintos tipos de sílice. Por último, se ha estudiado la viabilidad de los productos obtenidos como sistemas de liberación controlada en el tiempo, ya sea utilizando los compuestos presentes en los extractos etanólicos de hojas de mango o sustancias modelo como rutina o ácido gálico.

In recent years, there has been a great increase in interest in two fields: nutraceuticals, substances of natural origin with active biological properties beneficial to health and defined preventive and/or therapeutic capacity, and nanoparticle technology, particles with a size between 1-100 nm that present a series of particular properties due to their size, such as greater bioavailability. On the other hand, if it is also desired to have a carrier system for these particles, in order to achieve controlled release systems, these nanoparticles can be deposited in porous solid matrices. The present Doctoral Thesis is focused on integrating these two novel fields of research by obtaining extracts and nanoparticles of nutraceuticals with high antioxidant capacity from mango leaves and their possible subsequent application in biomedicine, either together with biological markers or being impregnated in different porous matrices useful in medical applications. In order to achieve these objectives, supercritical technology has been used. Supercritical Extraction (ESC), to obtain the extracts; the Supercritical Antisolvent Extraction (SAS or SAE) technique to obtain nanoparticles from these natural extracts and the Supercritical Solvent Impregnation (SSI) technique for the impregnation/deposition of extracts or particles in porous solid matrices. Moreover, the pressure (100-300 bar) or temperature (35- 55 ºC) conditions used in these techniques with supercritical CO2 do not compromise the physical stability or the capacities of the used active ingredients, mostly thermolabile polyphenols, as they are relatively low. In the case of the precipitation or functionalization of mango leaf extracts, fluorescein has been selected as a tracer substance, which can be traced by fluorescence in its possible medical applications. Both the precipitation of this tracer alone and co-precipitation together with particles of natural extracts have been studied, investigating the influence of different parameters such as pressure, temperature or CO2 flow, among others. In addition, cell viability and efficacy tests of the particles obtained by supercritical technology against oxidative stress in macrophages have been carried out. In addition, the precipitation and encapsulation of the nanoparticles together with an antibody, CXCL10, has been studied in order to be used as a guide to the pancreas in future treatments. Regarding the impregnation of extracts or particles in different porous matrices using the Supercritical Solvent Impregnation (SSI) technique, the effectiveness of the technique and the influence of different operating variables on materials such as: wound dressings, polymeric scaffolds commonly used in tissue engineering and different types of silica have been investigated. Finally, the feasibility of the products obtained as time-controlled release systems has been studied, either using the compounds present in the ethanolic extracts of mango leaves or model substances such as rutin or gallic acid.