Los hidrogeles resultan de vital importancia gracias a su alto contenido en agua y su aplicación en la investigación biomédica. Este artículo presenta las diferentes propiedades de los hidrogeles con especial atención en sus características autoreparadoras y su respuesta ante diferentes estímulos como el pH o la T, los candidatos más interesantes con los que trabajar en la investigación biomédica.
Algunos ejemplos de hidrogeles desarrollados en Aimplas para aplicaciones biomédicas se basan en PLA-PEG-PLLA (para la regeneración del Sistema Nervioso Periférico), ácido láctico y copolímeros de glicólida en cirugía maxilofacial o empleados como sujeción de oxímetros en cirugía digestiva para ayudar al cirujano en la toma de mejores decisiones durante la intervención.
APLICACIONES BIOMÉDICAS
Un hidrogel es una red tridimensional que consiste en una estructura polimérica entrecruzada que se puede obtener a partir de polímeros sintéticos o naturales. Su principal característica es su alta capacidad de retención de agua; pueden multiplicar su tamaño en seco en varios miles. Esta propiedad se ha utilizado, por ejemplo, en el diseño de hidrogeles para el tratamiento de la artrosis. La solución desarrollada por Park et al., colocado junto al líquido sinovial acumulado, aumenta de tamaño cuando el cartílago de las articulaciones sufre un daño, reduciendo de esta manera la inflamación y el dolor.
La formación del hidrogel es el resultado de una combinación de procesos, que recibe el nombre de “sol-gel”. El término “sol” hace referencia a la unión de cadenas macromoleculares que tienen como consecuencia un polímero ramificado y de mayor tamaño, además de soluble. El entrecruzamiento progresivo de ramificaciones da lugar a lo que conocemos como “gel” y la estructura es, por tanto, insoluble.
La transición a los dos estados físicos lleva por nombre “transición sol-gel” y el punto crítico en el que aparece el gel por primera vez se denomina “punto de gel”.
Dependiendo del proceso de gelificación, los hidrogeles pueden clasificarse en físicos o químicos. Los primeros pueden ser fuertes (si sus cadenas están conectadas de manera permanente), o débiles (si no son permanentes, sino reversibles y formadas por asociaciones de cadenas temporales). Algunos ejemplos de hidrogeles físicos son los microcristales lamelares o las lamelas. Los enlaces de hidrógeno o las asociaciones iónicas son ejemplos de formación de hidrogeles físicos débiles.
Sin embargo, los de tipo químico son siempre geles fuertes. Su formación conlleva el orden de enlaces covalentes. Pueden originarse, entre otros, mediante condensación, vulcanización o polimerización por adición.
Con respecto a su estructura permanente, los hidrogeles pueden clasificarse en geles permanentes o reversibles.
Sus propiedades resultan de interés para diferentes aplicaciones. Los que reaccionan ante los estímulos son sensibles al medio. Algunos comunes son el pH, el campo eléctrico, la luz, el campo magnético o la concentración de solutos. Bajo estas condiciones, pueden cambiar sus propiedades y, por tanto, comportarse de manera diferente.
El hidrogel desarrollado en Aimplas se diseñó como separador en el cáncer de próstata. Su uso permite el aumento de radiación aplicada en una zona concreta (próstata) sin dañar los tejidos adyacentes, permitiendo así mejorar la duración y efectividad del tratamiento.
Otro tipo de hidrogel de gran interés es aquel que posee elementos de autoreparación. Esta propiedad, presente en la naturaleza en forma de organismos vivos, ha motivado a los científicos a preparar materiales de tipo sintético. Por ejemplo, White y colaboradores desarrollaron un enfoque en dos etapas en el que se imitaba la respuesta al daño del aparato circulatorio de los animales. Este consistía en una rápida autoreparación seguida de una polimerización más lenta con el fin de recuperar las propiedades mecánicas. Otro ejemplo es la investigación llevada a cabo por Phadke y colaboradores, quienes desarrollaron nuevos hidrogeles entrecruzados de forma permanente diseñados para mostrar propiedades de autoreparación en ambientes acuosos.
Los hidrogeles también se emplean como portadores genéticos. Los sistemas biológicos muestran cambios de pH entre los componentes celulares. Por ejemplo, los polímeros responsables del pH se pueden diseñar para reaccionar a los cambios en el pH circundante. Así pues, se ha observado que existe un incremento de la acidez en los tumores en comparación con los tejidos sanos. En este sentido, se pueden desarrollar nuevos materiales para el tratamiento del cáncer, con el fin de actuar directamente sobre el tumor.
Actualmente se cuenta con diferentes polímeros térmicos sensibles al pH basados en matrices poliméricas hidrofóbicas con injertos de cadena de PEG hidrofílicos enlazados mediante moléculas lábiles de carácter ácido. Las propiedades de las matrices poliméricas o las moléculas empleadas para unir injertos pueden ajustarse para modificar las respuestas deseadas.
