HIDROGELES

Los hidrogeles son materiales poliméricos que poseen características interesantes: tienen una gran capacidad de absorción de agua, pero son insolubles en ella, cuando la absorben se hinchan, y aumentan considerablemente su volumen, pero mantienen su forma, son blandos y elásticos (Peppas 1985). Estas peculiaridades son consecuencia de diferentes factores:

a) Su capacidad de absorción de agua se debe a la presencia de grupos hidrofílicos, como -OH, -COOH, -CONH, -SO3H.

b) La insolubilidad en agua del hidrogel es originada por la existencia de una red o malla tridimensional en su estructura.

c) Su tacto suave y consistencia elástica se debe al alto contenido de agua y a la baja densidad de entrecruzamiento del polímero.

Originalmente, los hidrogeles se preparaban polimerizando un solo monómero hidrofílico, pero estudios posteriores demostraron que el utilizar dos o más monómeros en diferentes proporciones permitía variar en un amplio rango las características de estos materiales, lo que daba como resultado el poder preparar hidrogeles con mejores propiedades mecánicas, ópticas y de hinchamiento.

Los hidrogeles tienen una gran importancia tecnológica y económica por su amplio campo de aplicaciones: se utilizan en lentes de contacto, materiales absorbentes (pañales), prótesis de tejidos, revestimientos de suturas, membranas de hemodiálisis, soportes para catalizadores, como depósitos de agua y nutrientes para plantas y cultivos (Kinney y Scranton 1994).

Una de sus aplicaciones de mayor relevancia en la actualidad es en el campo de la biomedicina (Kudela 1987), donde se requiere que el material con que se fabrica el hidrogel tenga una buena compatibilidad con los tejidos con los que esté en contacto, inalterabilidad frente a procesos degenerativos y que, además, posea propiedades mecánicas adecuadas para cada uso. La presencia del agua es benéfica para la biocompatibilidad de los hidrogeles, pero causa una disminución en sus propiedades mecánicas, por lo que se requiere desarrollarlos con gran capacidad de absorción, pero que mantengan buenas propiedades mecánicas.

Ejemplos de algunos usos de los hidrogeles como biomateriales son:

· Lentes de contacto (Tighe 1986; Pedley et al. 1980; Refojo 1987). Es preciso que el material con el que se fabrique la lente permita la llegada de oxígeno a la cornea, la presencia de una película de fluido lacrimal entre la cornea y la lente, y que resista las fuerzas que se generan al abrir y cerrar los párpados. Se fabrican lentes de contacto utilizando hidrogeles de baja hidratación (38 a 45% de contenido de agua, Soflens), media hidratación (50 a 60% de agua, Softcon) y de alta hidratación (contenido mayor de 65% de agua, Sauflon 85). Los primeros hidrogeles utilizados para fabricar lentes de contacto fueron de poli(metacrilato de 2-hidroxietilo), phema, entrecruzado ligeramente con dimetacrilato de etilenglicol. Sin embargo, se utilizan hidrogeles fabricados con más de un polímero, los cuales poseen mejores propiedades, aunque el material base sigue siendo un polímero acrílico.

· Prótesis de tejidos blandos (Kudela 1987; Pedley et al. 1980). Debido a sus propiedades físicas es posible utilizar los hidrogeles como prótesis de tejidos blandos. Así, el phema ha sido empleado como prótesis de senos, ya que tiene algunas ventajas sobre otros materiales sintéticos; por ejemplo, el ser permeable a algunos fluidos del cuerpo.

· Revestimiento de suturas (Witcherle 1971; Pedley et al. 1980). Aunque los hidrogeles no poseen las propiedades mecánicas adecuadas para utilizarlos en suturas quirúrgicas, su biocompatibilidad ha servido como revestimiento de suturas. Como beneficios se obtienen una más rápida regeneración de células y la eliminación de algunos efectos nocivos que producen las suturas tradicionales. Así, cuando se usa hilo de sutura de poli(tereftalato de etileno) se provocan reacciones de los tejidos adyacentes y se observa la formación de coágulos, efectos que desaparecen recubriendo la sutura con un hidrogel.

· Corrección de problemas oculares (Kudela 1987; Pedley et al. 1980). Los hidrogeles se han aprovechado en la corrección del glaucoma, enfermedad que produce una elevación de la tensión ocular y destruye las fibras del nervio visual. En este caso se inserta una tira del hidrogel en la cámara ocular, que al hidratarse se hincha y reblandece tapando la incisión quirúrgica y permitiendo al mismo tiempo un lento drenaje del fluido, con la consiguiente disminución de la presión ocular.

· Hemodiálisis (Kopeck 1983). La hemodiálisis es una técnica terapéutica que permite la eliminación de toxinas de la sangre en los enfermos del riñón. Aunque en la hemodiálisis se utilizan membranas de celulosa regenerada, se han ensayado membranas basadas en hidrogeles preparados con polímeros o copolímeros de phema, n-vinilpirrolidona y de ácido acrílico los cuales presentan buena permeabilidad y selectividad.

· Liberación controlada de medicamentos. Las formas convencionales de administración de medicamentos (inyecciones y tabletas orales) normalmente permiten muy poco control sobre las concentraciones de dichas sustancias en los sitios donde se requiere que actúen (Ottenbrite 1989). Además, muchos tienen tiempo de permanencia o de actividad muy corto cuando se encuentran en el sitio de acción. Por ejemplo, al dosificar medicamento en los ojos mediante gotas, debido al parpadeo y flujo de las glándulas lacrimales la concentración disminuye en pocos minutos. Por lo tanto, un sistema de dosificación que permita mantener niveles ideales y constantes por un tiempo suficiente para que un compuesto actúe es muy deseable. Esto se puede lograr incorporando el agente activo en una matriz polimérica, que puede ser biodegradable y desde la cual el medicamento se libera a una velocidad adecuada (Lee y Robinson 1987; Langer et al. 1983; Holland et al. 1986).

En el área de liberación controlada de fármacos se han estudiado sistemas de liberación de antibióticos, analgésicos, antineoplásticos, etcétera. El uso de los polímeros en esta área comienza en los años sesenta, cuando Long y Folkman utilizan un polisiloxilano para la liberación controlada de fármacos (1966).

Uno de los principales retos es el desarrollo de sistemas (hidrogel-medicamento) que permitan la liberación de fármacos de modo constante y en la dosis deseada durante un período determinado, ya que se ha demostrado que hay una relación directa entre la cantidad de droga liberada y su acción farmacológica.

En la literatura se encuentran un número considerable de reportes de experimentos in vitro de liberación de fármacos. Por ejemplo, se han hecho estudios de liberación de insulina e hidrocortisona a partir de poli(metacrilato de hidroxietilo) (Anderson et al. 1976; Davis et al. 1972) o teofilina de poli(alcohol vinílico) (Gander et al. 1989).

También existen reportes de estudios in vivo, en los que se han colocado implantes de hidrogeles cargados con medicamento. Por ejemplo, estudios de liberación de 5-fluoroacilo (agente antitumoral) desde hidrogeles de colágeno-poli(metacrilato de hexilo) implantados en ratas Wistar a las que se les indujo un fibrosarcoma demostraron que la droga liberada desde el hidrogel presentaba una mejor actividad antitumoral que el fármaco aplicado mediante una inyección subcutánea (Jeyanthi et al. 1991). La liberación de cisplatino (agente antitumoral) in vivo desde hidrogeles de polieter permitió emplear dosis de cisplatino más elevadas que las que se pudieron tolerar cuando se utilizaron inyecciones intraperitoneales (Deurloo et al. 1990). Por lo tanto, la implantación de hidrogeles que contienen medicamento podría ser una alternativa en el tratamiento de tumores, en la terapia de administración de fármacos mediante inyecciones u otro tipo de dosificación.

En el cucei existe un grupo de investigación que trabaja en el área de polímeros y que actualmente desarrolla hidrogeles para uso médico y agrícola. Este estudio tiene apoyo del Conacyt, de un organismo español, cyted (Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología) y de la propia Universidad de Guadalajara. También participan investigadores de la Universidad del País Vasco, España, la Universidad Nacional de Costa Rica, la Universidad de La Habana, Cuba, y la Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela.

Con los conocimientos adquiridos en el desarrollo de este proyecto ya es posible diseñar hidrogeles con un amplio rango de capacidades de absorción de agua y de propiedades mecánicas.

También hemos preparado hidrogeles con una estructura novedosa que no ha sido reportada en la literatura, y que demostraron tener una mayor capacidad de absorción de agua y mejores propiedades mecánicas que los de la misma composición preparados mediante el proceso clásico de polimerización en solución.

Se han efectuado estudios de liberación de maleato de timolol (disminuye la presión ocular), clorhidrato de cicloproxasina (antibiótico), teofilínina y aminofilina (broncodilatadores), in vitro a partir de hidrogeles base poliacrilamida o poli(ácido acrílico) y se observó que al aumentar la relación área/volumen del hidrogel, la liberación de los principios activos es más rápida, y que al aumentar la temperatura y disminuir la concentración de agente entrecruzante, la velocidad de liberación es mayor. Además, se encontró que la velocidad de liberación depende de las interacciones entre las moléculas que forman el hidrogel y los principios activos, por lo que tanto los monómeros como su relación en peso utilizada para sintetizar el hidrogel tienen un papel muy importante para determinar la velocidad de liberación de los medicamentos.

Los resultados de estos trabajos permiten comprender algunos aspectos de este complicado proceso, lo que representa un avance para alcanzar la meta de diseñar sistemas eficientes de liberación controlada de principios activos.