La síntesis de hidrogeles funcionalizado-RGD como una herramienta para aplicaciones terapéuticas

Resumen

Presentamos un protocolo para la síntesis de hidrogeles funcionalizados con RGD como dispositivos para la administración de células y fármacos. El procedimiento consiste en la cicloadición de alquina-azida catalizada por cobre (CuAAC) entre el ácido poliacrílico modificado con alquino (PAA) y un derivado de RGD-azida. Los hidrogeles se forman mediante policondensación asistida por microondas y se investigan sus propiedades fisicoquímicas.

Resumen

El uso de polímeros como biomateriales ha proporcionado ventajas significativas en aplicaciones terapéuticas. En particular, la posibilidad de modificar y funcionalizar cadenas poliméricas con compuestos capaces de mejorar la biocompatibilidad, las propiedades mecánicas o la viabilidad celular permite el diseño de nuevos materiales para hacer frente a nuevos retos en el campo biomédico. Con las estrategias de funcionalización de polímeros, la química de clic es una herramienta poderosa para mejorar la compatibilidad celular y las propiedades de administración de fármacos de los dispositivos poliméricos. Del mismo modo, la necesidad fundamental de la biomedicina de utilizar herramientas estériles para evitar posibles efectos secundarios adversos, como la toxicidad o la contaminación del entorno biológico, da lugar a un interés cada vez mayor en la estrategia asistida por microondas.

La combinación de la química de clic y el método asistido por microondas es adecuada para producir hidrogeles biocompatibles con las funcionalidades deseadas y un rendimiento mejorado en aplicaciones biomédicas. Este trabajo tiene como objetivo sintetizar hidrogeles funcionalizados con RGD. El RGD (ácido arginilglicilaspártico) es un tripéptido que puede imitar las proteínas de adhesión celular y unirse a los receptores de la superficie celular, creando un microambiente hospitalario para las células dentro de la red polimérica 3D de los hidrogeles. La funcionalización de RGD se produce a través de la cicloadición 1,3-dipolar de Huisgen. Algunos grupos carboxilo PAA se modifican con un resto de alquino, mientras que RGD se funcionaliza con ácido azido como residuo terminal de la secuencia peptídica. Por último, ambos productos se utilizan en una reacción de clic catalizada por cobre para unir permanentemente el péptido al PAA. Este polímero modificado se utiliza con carbómero, agarosa y polietilenglicol (PEG) para sintetizar una matriz de hidrogel. La estructura 3D se forma debido a una reacción de esterificación que involucra grupos carboxilo de PAA y grupos carbómero e hidroxilo de agarosa y PEG a través de policondensación asistida por microondas. La eficiencia del mecanismo de gelificación asegura un alto grado de funcionalización de RGD. Además, el procedimiento para cargar compuestos terapéuticos o herramientas biológicas dentro de esta red funcionalizada es muy sencillo y reproducible.

Introducción

Los hidrogeles son redes tridimensionales formadas por polímeros reticulados hidrófilos, que son naturales o sintéticos, y caracterizado por una estructura tridimensional distintivo. Estos aparatos son cada vez más atractivo en los campos de la biomedicina de la administración de fármacos, la ingeniería de tejidos, los portadores del gen y sensores inteligentes ^1,2. De hecho, su alto contenido de agua, así como sus propiedades reológicas y mecánicas los hacen candidatos adecuados para imitar microambientes de tejidos blandos y hacerlos herramientas eficaces para citoquina soluble en agua o entrega del factor de crecimiento. Uno de los más prometedores es e....

Protocolo

Nota: Los productos químicos se usaron como se recibieron. Linear RGD se compra, pero se puede preparar mediante síntesis de péptidos Fmoc en fase sólida estándar de ^16,19. Los disolventes son de calidad analítica. La diálisis requiere el uso de membrana con un M _w de corte igual a 3.500 Da. Los compuestos sintetizados se caracterizan por espectros de ¹ H NMR registrado en un espectrómetro 400 usando cloroformo MHz _(CDCl3) u óxido de deuterio (D ₂ O) como disolventes, y los desplazamientos químicos se informan como valores delta en partes por millón. Además, los hidrogeles se someten a análisis FT-IR utilizando l....

Resultados

El derivado de alquino PAA se sintetiza de manera eficiente a partir de ácido poliacrílico y propargilamina, como se muestra en la Figura 1 donde n etiquetas de los monómeros cuyos grupos carboxilo reaccionar con la amina. La identidad del producto se confirmó por espectroscopía de ¹ H-NMR. Figura 5 muestra el ^{espectro de} 1H-NMR de PAA modificada con triple enlace.

Discusión

La modificación posterior a la polimerización de PAA con restos de alquino y la funcionalización de RGD con el grupo azida garantizan la formación de un enlace estable entre el polímero y el péptido. De hecho, el triazol sirve como una unidad de enlace rígida entre los átomos de carbono, unida a las posiciones 1,4 del anillo de 1,2,3-triazol y no se puede escindir hidrolíticamente o de otra manera. Además, el triazol es extremadamente difícil de oxidar y reducir, a diferencia de otras estructuras cíclicas como los benzen.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Solución de poli(ácido acrílico) promedio Mw ~100,000, 35% en peso en H2O	Sigma Aldrich	523925	CAS 9003-01-4
Poli(etilenglicol) 2,000	Sigma Aldrich	84797	CAS 25322-68-3
Carbomeer 974P	Fagron	1387083
Agarose	Invitrogen Corp.	16500-500	agarosa ultrapura
	abcam	ab142698
ácido 4-azidobutanoico	Aurum Pharmatech	Z-2421	CAS 54447-68-6
Cloruro de oxalilo	Sigma Aldrich	O8801	CAS 79-37-8
Clorhidrato de proparilamina 95%	Sigma Aldrich	P50919	CAS 15430-52-1
Yoduro de cobre (I)	Sigma Aldrich	3140	CAS 7681-65-4
Ascorbato de sodio	Sigma Aldrich	Y0000039	CAS 134-03-2
Solución salina tamponada con fosfato	Sigma Aldrich	P4417
Laboratorio de espectro de membrana de diálisis	, Inc.	132725	Membrana de diálisis Spectra/Por 3  Tubería RC estándar MWCO: 3.5 kD

Péptido RGD de