Funcionalización covalente de nanopartículas de sílice mesoporosa para su aplicación en liberación de fármacos

Abstract

Desde su descubrimiento en los años 90, las investigaciones que atañen a los materiales de sílice mesoporosa son de lo más recurrente en el campo de la nanomedicina. El uso de estos materiales en forma de nanopartículas ofrece grandes posibilidades, debido, en primer lugar, a su tamaño nanométrico, que lleva implícito un drástico aumento de la superficie disponible para interaccionar; y en segunda instancia, a la presencia de grupos silanol tanto en su superifice interna (poros) como externa, que favorece los procesos de funcionalización. Todo ello posibilita el desarrollo de terapias más específicas, con menor número de efectos secundarios. Con el objetivo de, a largo plazo, emplear estas nanopartículas en el tratamiento del cáncer mediante terapia fotodinámica (PDT), se han sintetizado tres tipos de nanopartículas de sílice mesoporosa: simples, MSN; y funcionalizadas con grupos amino (NH2) durante y tras la síntesis, MSN@15%NH2 y MSN@NH2, respectivamente. Se pretende observar cómo la funcionalización con grupos NH2 afecta a las nanopartículas en su morfología y textura, así como en lo que respecta al proceso de carga y liberación del fármaco modelo (fluoresceína, en este caso) o su futuro uso en terapia fotodinámica. El análisis mediante microscopía electrónica de transmisión ha permitido dar cuenta de la forma, tamaño y distribución de tamaños de las nanopartículas, mientras que las isotermas de N2 aportan información acerca de la superficie específica, así como del volumen y tamaño de los poros. Por último, un análisis termogravimétrico ha permitido cuantificar la encapsulación de fluoresceína, y la espectroscopía ultravioleta-visible estudiar la cinética de liberación en un medio salino. Los resultados muestran como la funcionalización mediante grupos amino durante el proceso de síntesis de las nanopartículas mesoporosas favorece la encapsulación y liberación de moléculas modelo, así como, aumenta la superficie específica de las mismas.

Since its discovery in the 90s, research on mesoporous silica materials has been very common in the field of nanomedicine. The use of these materials in the form of nanoparticles offers great possibilities, firstly due to their nanoscale size, which implies a drastic increase in the available surface area for interaction, and secondly, due to the presence of silanol groups both on their internal surface (pores) and external surface, which favors the processes of functionalization. All this enables the development of more specific therapies with fewer side effects. In order to, in the long term, use these nanoparticles in the treatment of cancer through photodynamic therapy (PDT), three types of mesoporous silica nanoparticles have been synthesized: simple MSN nanoparticles, and functionalized nanoparticles with amino groups (NH2) during and after synthesis, MSN@15%NH2 and MSN@NH2, respectively. The aim is to observe how the functionalization with NH2 groups affects the nanoparticles in terms of their morphology and texture, as well as the drug loading and release process of the model drug (fluorescein, in this case) or its future use in photodynamic therapy. Transmission electron microscopy analysis has allowed us to determine the shape, size, and size distribution of the nanoparticles, while N2 isotherms provide information about the specific surface area, as well as the volume and size of the pores. Finally, thermogravimetric analysis has allowed us to quantify the encapsulation of fluorescein, and UV-visible spectroscopy to study the release kinetics in a saline medium. The results show that functionalization with amino groups during the synthesis process of mesoporous nanoparticles promotes the encapsulation and release of model molecules, as well as increases their specific surface area.