Fabricación de sistemas de liberación de fármacos basados en PVA mediante electrohilado air gap asistido por DES

Abstract

Electrospinning is one of the most popular techniques to produce release vehicles based on biocompatible and biodegradable polymers as ideal drug carriers, due to the similarity between their microarchitecture and the extracellular matrix; characterized by a high surface-to-volume ratio and porosity. Delivery systems based on aligned nanofibres can enhance the efficacy of composites as drug delivery platforms. Thus, the air gap electrospinning configuration stands out as one of the most reliable and affordable variants to produce highly oriented nanofibers. The present thesis work proposes the production of axially oriented polyvinyl alcohol (PVA)-tetracycline (TTC) composite nanostructures, using a eutectic solvent (DES) as an additive for air gap electrospinning. The influence of the variation of the electrospinning parameters on the structure and quality generated, and the influence of the addition of the DES choline chloride:urea (ChCl:U) on the orientation and structure of the PVA-TTC composite nanofibers is analyzed; obtaining nanofibres of good quality and high level of orientation. The kinetics of drug release of aligned nanofibers was monitored by UV-Vis spectroscopy, achieving a more efficient and sustained release, which converges with the Peppas-Sahlin theoretical model, that describes the drugs release from a polymeric matrix through a combination of diffusion and erosion. The influence of the orientation of the TTC-loaded nanofibers is analyzed in terms of growth inhibition of strains of clinical interest such as: Klebsiella pneumoniae, Staphyloccocus aureus and Escherichia coli. The characterization of the PVA-TTC nanofibers includes the structural analysis and degree of orientation, determined by field emission scanning electron microscopy (FESEM), and the analysis of the micrographs with imageJ software to determine the degree of orientation, statistical data and gradient color maps.

El electrohilado es una de las técnicas más populares para la producción de vehículos de liberación basados en polímeros biocompatibles y biodegradables como soportes ideales para fármacos, debido a la similitud entre su microarquitectura y la matriz extracelular; caracterizada por una alta relación superficie/volumen y porosidad. Los sistemas de liberación basados en nanofibras alineadas pueden potencializar la eficacia de los compósitos como plataformas de liberación del fármaco. De este modo, la configuración de electrohilado air gap sobresale como una de las variantes más confiables y asequibles para producir nanofibras con alto grado de orientación. El presente trabajo de Tesis aborda la obtención de nanoestructuras compuestas de alcohol polivinílico (PVA)-tetraciclina (TTC) orientadas axialmente, empleando un disolvente eutéctico (DES) como aditivo para el electrohilado air gap. Se analiza la influencia de la variación de los parámetros de electrohilado sobre la estructura y calidad generada, y la influencia de la adición del DES cloruro de colina:urea (ChCl:U) en la orientación y estructura de las nanofibras compuestas PVA-TTC; obteniendo nanofibras de buena calidad y alto nivel de orientación. La cinética de liberación del fármaco fue monitoreada mediante espectroscopia UV-Vis, logrando la liberación de manera más eficaz y sostenida, misma que converge con el modelo de teórico de Peppas-Sahlin, que describe la liberación de fármacos de una matriz polimérica través de una combinación de difusión y erosión. La influencia de la orientación de la nanofibras cargadas con TTC se analiza en función de la inhibición del crecimiento de cepas de interés clínico como: Klebsiella pneumoniae, Staphyloccocus aureus y Escherichia coli. La caracterización de las nanofibras de PVA-TTC incluye el análisis estructural y del grado de orientación, determinado mediante microscopia electrónica de barrido por emisión de campo (FESEM), el análisis de las micrografías con el software imageJ para determinar el grado de orientación, datos estadísticos y mapas de color por gradiente.