Aprovechamiento de subproductos agroalimentarios con propiedades farmacoactivas para la impregnación supercrítica de polímeros biomédicos

En España se implantan cada año miles de dispositivos médicos, incluidos stents, prótesis articulares, tornillos de fijación ósea, andamios para ingeniería de tejidos, etc. Aunque la tecnología ha avanzado, aún existen riesgos de rechazo y complicaciones relacionados con la integración de estos materiales en el organismo. Para minimizar estos problemas, la investigación biomédica busca desarrollar materiales biocompatibles que no solo sean tolerados, sino que favorezcan la regeneración tisular. Entre las alternativas más prometedoras destacan los polímeros bioabsorbibles, capaces de degradarse de forma controlada tras cumplir su función terapéutica, evitando la necesidad de una segunda intervención para su retirada. Dentro de esta tipología de materiales, los llamados de “tercera generación” están diseñados para liberar fármacos de manera progresiva en el tejido diana y estimular la endotelización, ya que contienen principios activos incluidos en el polímero durante su manufactura. Aunque tradicionalmente se han empleado compuestos sintéticos para este fin, en los últimos años ha crecido el interés por sustancias bioactivas de origen natural (compuestos farmacoactivos procedentes de plantas, bacterias, hongos, algas o invertebrados marinos) con propiedades terapéuticas diversas. La incorporación de estas sustancias en matrices poliméricas suele realizarse mediante métodos convencionales que implican el uso de disolventes orgánicos a menudo resultan en una baja eficiencia. Como alternativa, la técnica de impregnación con CO₂ supercrítico facilita la incorporación homogénea de los compuestos bioactivos en la matriz polimérica, prescindiendo del empleo de disolventes orgánicos tóxicos. Esto resulta en una optimización de la eficiencia de carga y, crucialmente, minimiza el riesgo de residuos solventes en el producto final, lo que incrementa su biocompatibilidad y mitiga el impacto ambiental asociado a los procesos convencionales. Esta tesis doctoral propone investigar la impregnación supercrítica de sistemas poliméricos biocompatibles con extractos naturales, obtenidos de subproductos agroalimentarios. El empleo de estas fuentes secundarias fomenta la reincorporación de estos materiales en la cadena de valor promoviendo los principios de la economía circular. Se trata de un enfoque de carácter fundamental que busca optimizar los parámetros del proceso y evaluar su potencial para el desarrollo futuro de sistemas poliméricos funcionalizados en aplicaciones biomédicas. El estudio tiene tres pilares fundamentales: la evaluación de los extractos, la selección de polímeros, y la impregnación supercrítica de los mismos para aplicación biomédica. Para esta investigación se seleccionaron tres extractos naturales: obtenidos a partir de hojas de mango (Mango Leaf Extract - MLE), hojas de olivo (Olive Leaf Extract - OLE) y hollejo de uva tinta (Grape Pomace Extract - GPE). Estos compuestos se obtuvieron mediante extracción a alta presión mejorada por disolventes (Enhanced Solvent Extraction - ESE), utilizando las condiciones optimizadas en estudios previos. Se caracterizó el perfil fenólico de los extractos, así como su actividad antioxidante, antiinflamatoria y antimicrobiana, confirmando su potencial como agentes bioactivos para aplicaciones biomédicas. De forma paralela, se realizó un screening de distintos polímeros de uso biomédico y se evaluaron los efectos del contacto con CO₂ supercrítico sobre la integridad y el hinchamiento permanente de poliuretano termoplástico (TPU), polidioxanona (PDO), policarbonato (PC), ácido poliláctico (PLA), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), policaprolactona (PCL) y polietileno tereftalato modificado con glicol (PETG). A partir de estos ensayos se seleccionaron PLA y PDO por su biodegradabilidad y su idoneidad para dispositivos de baja porosidad, como los stents. Respecto a los ensayos de impregnación, inicialmente se utilizó ketoprofeno como molécula modelo para establecer las condiciones operacionales del proceso de impregnación y definir las bases de liberación posterior del fármaco. Se estudió los efectos de la presión (100–400 bar) y la temperatura (35–55 °C) como variables principales del proceso, encontrando que un aumento de ambas variables promovía el hinchamiento del polímero y el rendimiento de la impregnación, favoreciendo una impregnación más profunda del soluto. Las condiciones óptimas para alcanzar la máxima tasa de impregnación con un hinchamiento polimérico controlado se establecieron en 200 bar y 75 °C, el rendimiento de impregnación alcanzó un valor del 8,5 ± 0.4%. Finalmente, se detectó una cinética de liberación multifásica, cuya velocidad y duración de cada fase estaban determinadas intrínsecamente por las condiciones de impregnación. Posteriormente, se estudió la impregnación de extractos naturales. En este trabajo se presentan los resultados experimentales del estudio de dos sistemas: PLA impregnado con GPE y PDO impregnado con OLE. En cuanto a la impregnación de PLA con GPE, se emplearon dos extractos: E-GPE, obtenido con etanol como cosolvente, y HE-GPE, obtenido con una mezcla hidroalcohólica. Además, se compararon dos técnicas de impregnación: la impregnación supercrítica convencional (Supercritical Solvent Impregnation - SSI) y una nueva metodología propuesta, denominada impregnación por inmersión presurizada (Pressurized Soaking Impregnation - PSI), que constituye una opción intermedia entre la SSI y la inmersión tradicional (soaking). El análisis de los resultados demostró que el E-GPE superó al HE-GPE, evidenciando un mayor rendimiento de impregnación y una superior bioactividad en los filamentos resultantes. La técnica PSI indujo una impregnación predominantemente superficial en la matriz polimérica y confirió una aparente mayor capacidad antioxidante inmediata, lo que se atribuye a una cinética de liberación más rápida de los compuestos impregnados. Por el contrario, las tasas de impregnación más elevadas se obtuvieron con la técnica SSI, siendo el máximo rendimiento alcanzado específicamente con E-GPE bajo 100 bar y 55 °C (7,7 ± 1,5 %). El siguiente sistema que se evaluó fue la impregnación de PDO con OLE mediante la metodología SSI. A pesar de registrar tasas de impregnación reducidas, la mayor proporción en el extracto de su polifenol principal, la oleuropeína, facilitó la detección y cuantificación mediante cromatografía líquida, permitiendo así una evaluación más precisa de la impregnación y la liberación del compuesto. En este caso, se obtuvieron condiciones óptimas de impregnación en los valores máximos estudiados: 400 bar y 75 °C (OLE: 1,5 ± 0,3%; oleuropeína: 706,4 ± 37,2 μg g-1 de PDO; hidroxitirosol: 16,9 ± 0,5 μg g-1 de PDO). Se estudiaron los perfiles de liberación de oleuropeína e hidroxitirosol, observando que este último puede generarse in situ como producto de degradación de otros compuestos, como la oleuropeína. La modelización cinética de la liberación de la oleuropeína confirmó un proceso dominante por difusión. Durante el ensayo de liberación in vitro se mantuvo la capacidad antioxidante y antiinflamatoria proporcionadas por los compuestos fenólicos del extracto. Respecto a los ensayos celulares, se realizaron estudios de adhesión y crecimiento celular sobre dispositivos de PLA impregnados con GPE, aunque los resultados no fueron concluyentes. Si bien se confirmó la no toxicidad del sistema y se observó un cambio morfológico hacia células más alargadas, indicando un microambiente ligeramente más favorable, no se detectaron beneficios cuantificables en términos de proliferación, apoptosis o capacidad funcional de las células. Por tanto, la conclusión principal obtenida con el alcance de esta tesis es que es posible funcionalizar polímeros biomédicos con extractos naturales procedentes de subproductos agroalimentarios. Se ha demostrado que los polímeros adquieren propiedades antioxidantes y antiinflamatorias de los extractos; sin embargo, sería necesario estudiar con mayor detalle el efecto terapéutico en condiciones fisiológicas y en modelos in vivo con distintos sistemas polímero-extracto.

Author dc:creator

• Verano Naranjo, Lidia

Advisors dc:contributor.advisor

• Mantell Serrano, Casimiro
• Cejudo Bastante, Cristina

Statement dc:rights

• Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

spa

Handle dc:identifier.uri

http://hdl.handle.net/10498/39647

OAI identifier oai:identifier

oai:rodin.uca.es:10498/39647