Summary

Preparación de microesferas de alginato de sodio reticulado con diferentes iones metálicos utilizando la tecnología de electrospray microfluídico

Published: June 07, 2024
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Summary

El protocolo describe la preparación de microesferas de alginato de sodio reticuladas con diferentes iones metálicos utilizando un dispositivo microfluídico para el diseño de portadores de fármacos. También se investigaron las propiedades antimicrobianas y la liberación lenta de estos fármacos.

Abstract

Las microesferas son partículas del tamaño de un micrómetro que pueden cargarse y liberarse gradualmente fármacos a través de la encapsulación física o la adsorción en la superficie y dentro de los polímeros. En el campo de la biomedicina, las microesferas de hidrogel han sido ampliamente estudiadas para su aplicación como portadores de fármacos debido a su capacidad para reducir la frecuencia de administración de fármacos, minimizar los efectos secundarios y mejorar el cumplimiento del paciente. El alginato de sodio (ALG) es un polisacárido lineal natural con tres enlaces glucosídicos fundamentales. Hay dos grupos hidroxilo auxiliares presentes en cada una de las fracciones del polímero, que tienen las características de una fracción hidroxilo de alcohol. Las unidades sintéticas de ALG pueden sufrir reacciones químicas de reticulación con iones metálicos, formando una estructura de red reticulada de pilas de polímeros, formando finalmente un hidrogel. Las microesferas de hidrogel se pueden preparar utilizando un proceso simple que involucra las propiedades de reticulación iónica de ALG. En este estudio, preparamos microesferas de hidrogel basadas en ALG (ALGMS) utilizando una estrategia de electrodeposición microfluídica. Las microesferas de hidrogel preparadas tenían un tamaño uniforme y estaban bien dispersas, gracias a un control preciso del flujo de electrospray microfluídico. Se prepararon ALGMS reticulados con diferentes iones metálicos utilizando una técnica de electrospray microfluídico que combina microfluídica y campo eléctrico alto, y se investigaron sus propiedades antimicrobianas, capacidad de liberación lenta del fármaco y biocompatibilidad. Esta tecnología es prometedora para su aplicación en el desarrollo y la producción de fármacos avanzados.

Introduction

Los sistemas de administración de fármacos son un foco de investigación en el campo de la ingeniería de biotejidos, con el objetivo de mejorar la eficiencia y la eficacia de la administración de fármacos y reducir las reacciones adversas y los efectos secundarios1. Entre estos sistemas, las microesferas de hidrogel, caracterizadas por buena biocompatibilidad, propiedades mecánicas sintonizables y plasticidad funcional, son uno de los vehículos más utilizados para la carga y administración de fármacos2. Pueden utilizarse tanto para la liberación lenta como controlada de fármacos, proporcionar buenos efectos protectores para los fármacos, evitar o minimizar los efectos inespecíficos de los fármacos en otros tejidos y dirigir la administración de fármacos a estructuras tisulares específicas3. Por lo tanto, las microesferas de hidrogel se han convertido en un nuevo y eficiente sistema de administración de fármacos, con una investigación en este campo que emerge gradualmente4.

Las microesferas de hidrogel se sintetizan normalmente a partir de materiales biodegradables, como polisacáridos, proteínas y polímeros naturales5. Entre ellos, ALG es un polisacárido biocompatible y biodegradable extraído de algas pardas marinas6. Su cadena molecular contiene grupos hidroxilo y carboxilo libres que pueden reticularse con la mayoría de los cationes divalentes o multivalentes para formar una estructura de hidrogel insoluble en agua con una red tridimensional5. Las microesferas de hidrogel formadas por ALG se pueden convertir en polielectrolitos cargados negativamente en soluciones neutras y alcalinas. Esta repulsión entre cargas negativas hace que las microesferas se hinchen, permitiendo la liberación del principio activo encapsulado o fármaco. Estas propiedades han llevado a considerar las microesferas de ALG como prometedoras portadoras de fármacos ampliamente utilizadas para la carga de fármacos y la liberación controlada7.

Existen varios métodos para la preparación de microesferas de hidrogel. Los métodos tradicionales de preparación de ALGMS suelen incluir el método sol-gel o el método emulsión-sol. Estos métodos implican etapas como la precipitación, la coprecipitación y las reacciones de gelificación para obtener las microesferas objetivo8. En los últimos años, con el desarrollo continuo de la tecnología microfluídica, el método de electropulverización microfluídica se ha convertido gradualmente en un método de preparación de microesferas eficiente y preciso9. Este método utiliza la tecnología microfluídica para electrorociar una solución de polímero a través de una boquilla microfina para formar gotas y microesferas del tamaño de un micrómetro durante el posterior proceso de curado o reticulación10. En comparación con el método tradicional, el electrospray microfluídico ofrece un control preciso del tamaño y la morfología de las partículas de las microesferas mediante el ajuste de parámetros como el caudal de la solución, el voltaje y el tamaño fino de la boquilla11. También permite la preparación continua de microesferas a alta velocidad, mejorando la eficiencia de la preparación y manteniendo condiciones de reacción suaves. Además, los ALGMS pueden prepararse para poseer diversas funciones, como fármacos de liberación controlada y catalizadores cargados, lo que permite su fácil aplicación en diversos campos.

En este trabajo se presenta un protocolo para la preparación de microesferas de ALG mediante el método de electrospray microfluídico. El proceso consiste en hacer pasar una solución de ALG a través de un dispositivo microfluídico y someterla a electropulverización. Las gotas resultantes se recogieron en la solución que contenía diferentes iones metálicos (Ca2+, Cu2+, Zn2+ y Fe3+) para iniciar la reacción de reticulación. Esta reacción mejora la estabilidad y adherencia de las microesferas y las dota de diferentes funcionalidades. Este método es fácil de realizar y las microesferas sintetizadas exhiben una buena uniformidad de tamaño en su morfología. Además, investigamos sus propiedades antimicrobianas, su lenta capacidad de liberación de fármacos y su biocompatibilidad. Este protocolo será útil para el desarrollo y la producción de fármacos.

Protocol

La sangre utilizada en los experimentos se obtuvo de ratones hembra BALB/c de grado SPF con un peso de 20-25 g y aproximadamente 7 semanas de edad. El Comité de Ética de Experimentación Animal del Colegio Zhejiang Shuren aprobó todos los procedimientos experimentales y de cuidado animal. 1. Preparación de la solución Pesar el ALG y disolverlo en agua ultrapura agitándolo en un baño de agua a 50 °C para obtener una solución de ALG al 2%. Prepare po…

Representative Results

Caracterización de ALGMS reticulados con diferentes iones metálicosLa morfología óptica de Ca-ALGMS, Cu-ALGMS, Zn-ALGMS y Fe-ALGMS se muestra en la Figura 2, exhibiendo buena esfericidad, superficie lisa, distribución uniforme del tamaño de partícula (Figura suplementaria 2) y excelente monodispersidad. Además, realizamos la caracterización microscópica mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y análisis de espectroscopia de dispers…

Discussion

En este protocolo, presentamos un método para la preparación de ALGMS basado en la tecnología de electrospray microfluídico. El método es fácil de operar y produce una gran cantidad de microesferas con una redondez uniforme y un diámetro controlable. Este enfoque ofrece comodidad a los investigadores y puede promover la investigación y la aplicación de microesferas de hidrogel. Además, al reticulación con diferentes iones metálicos, se mejoró la estabilidad y bioactividad de los ALGMS. En los experimentos an…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo contó con el apoyo de un proyecto de investigación de la Universidad de Zhejiang Shuren (2023R053 y 2023KJ237).

Materials

120 mesh screen Solarbio,China YA0946
Alcohol burner Solarbio,China YA2320
BALB/c mice Wukong Biotechnology,China
Bicinchoninic Acid Assay reagent Meilunbio,China MA0082
Bovine Serum Albumin Lablead,China 9048-46-8
CaCl2  powder Aladdin,China 10043-52-4
Calcein-AM/PI Biosharp,China BL130A
Centrifuge tubes Corning,America 430290
CuSO4  powder Jnxinyuehuagong,China 7758-99-8
DMEM Gibicol,China C11995500BT
FeCl3  powder Aladdin,China 7705-08-0
Fetal Bovine Serum HAKATA,China HN-FBS
Glass tubes Sartorius,Germany CC0028
Light microscopy Evidentscientific,Japan BX53(LED)
Microfluidic syringe pump Longerpump,England LSP01-3A
NIH3T3 HyGyte,China TCM-C752
Petri dish Thermofisher,America 150464
Phosphate buffer saline Thermofisher,America 3002
Scanning electron microscope Thermofisher,America Axia ChemiSEM
Sodium alginate powder  Bjbalb,China Y13095
ZnSO4 powder Jnxinyuehuagong,China 7733-02-0

Referencias

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Citar este artículo
Shao, Y., Ye, S., Feng, J., Wang, F., Jin, A., Lei, L., Pan, W. Preparation of Cross-Linked Sodium Alginate Microspheres with Different Metal Ions Using the Microfluidic Electrospray Technology. J. Vis. Exp. (208), e66871, doi:10.3791/66871 (2024).

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