Microesferas de quitosano/biovidrio 45S5/acetaminofén por el método de doble emulsión sólido/agua/aceite (S/W/O) y evaporación de solvente

Abstract

This study focused on the development and characterization of composite microspheres based on chitosan and 45S5 bioglass loaded with acetaminophen, intended for use as local drug delivery systems for bone-related applications. Initially, bioglasses were synthesized using two different routes: melt-quenching (BG-FT) and sol-gel (BG-SG). Characterization by XRD, FT-IR, and SEM demonstrated that the sol-gel route produces micrometric particles (2-3 μm) with crystalline phases such as silicorhenanite and a surface enriched with silanol groups, resulting in higher reactivity and improved processability compared to melt-derived bioglass. Subsequently, microsphere formation was evaluated using the solid-in-oil-in-water (S/O/W) double emulsion method followed by glutaraldehyde crosslinking. The results indicated that melt-derived bioglass is unsuitable for this process due to emulsion instability. In contrast, sol-gel bioglass enabled the successful formation of spherical and relatively homogeneous microspheres, with the formulation containing 50 wt.% inorganic loading (CS-BG50-SG) exhibiting the best performance and achieving a production yield of 74.73%. Finally, in vitro release studies conducted in PBS revealed that the hybrid system exhibits a high acetaminophen loading capacity and a rapid initial release profile (burst effect), mainly associated with the porosity and hydrophilic nature of the inorganic phase. Overall, these findings indicate that CS-BG-SG microspheres represent a viable biomaterial with suitable physicochemical and functional properties for potential applications in bone tissue engineering.

El presente trabajo se enfocó en el desarrollo y caracterización de microesferas compuestas de quitosano y biovidrio 45S5 cargadas con acetaminofén, con la finalidad de emplearlas como sistemas para liberación local de fármacos. En una primera etapa, el biovidrio fue sintetizado mediante dos rutas distintas: fusión-temple (BG-FT) y sol-gel (BG-SG). La caracterización por DRX, FT-IR y MEB evidenció que la ruta sol-gel conduce a partículas de tamaño micrométrico (2-3 μm), con presencia de fases cristalinas tipo silicorhenanita y una superficie rica en grupos silanol, lo que se traduce en una mayor reactividad y mejor procesabilidad en comparación con el biovidrio obtenido por fusión. Posteriormente, se evaluó la obtención de microesferas mediante doble emulsión sólido/aceite/agua (S/O/W) y reticulación con glutaraldehído. Los resultados mostraron que el biovidrio obtenido por fusión no es adecuado para este método debido a la inestabilidad de la emulsión. En comparación, el biovidrio sintetizado por sol-gel permitió la formación de microesferas esféricas y relativamente homogéneas, identificándose la formulación con 50% de carga inorgánica (CS-BG50-SG) como la más estable, con un rendimiento de producción del 74.73%. Finalmente, los estudios de liberación in vitro en PBS indicaron que el compósito presenta una alta capacidad de carga de acetaminofén y un perfil de liberación inicial rápida (efecto burst), asociado a la porosidad y a la naturaleza hidrofílica de la fase inorgánica. En conjunto, los resultados sugieren que las microesferas CS-BG-SG constituyen un biomaterial viable, con propiedades fisicoquímicas y funcionales adecuadas para aplicaciones potenciales en ingeniería de tejido óseo.