Desarrollo y optimización de los procesos biotecnológicos de producción de celulosa bacteriana para el potencial tratamiento de afecciones dérmicas

Abstract

La celulosa bacteriana (CB) se clasifica como un hidrogel natural y presenta diferentes ventajas, como su estructura altamente cristalina en comparación con la celulosa vegetal, las variadas alternativas para obtenerla, que van desde películas simples hasta estructuras muy complejas, entre otras. En la actualidad, son reconocidas las múltiples aplicaciones industriales que posee la CB, sobre todo en el área de la biomedicina, donde se la modifica utilizando diferentes moléculas, desde antibióticos hasta polímeros, complejos inorgánicos y sales. Teniendo en cuenta lo antes mencionado, el objetivo del presente trabajo consistió en desarrollar diferentes sistemas basados en CB para una aplicación biomédica en particular: la regeneración y el tratamiento de heridas dérmicas crónicas y agudas. En la primera etapa del presente trabajo de tesis se realizó la modificación de membranas de CB con un material inorgánico, la arcilla montnorillonita (MMT). La MMT tiene una disposición de láminas o capas con una densidad de carga negativa. Naturalmente esta carga es contrarrestada por cationes Na+ y Ca2+ pero pueden ser fácilmente intercambiables cuando se colocan en contacto con una solución de un catión diferente. Por otro lado, el ion Ag+ presenta actividad microbicida tanto contra bacterias Gram-negativas como Gram-positivas. En este sentido, se ha demostrado que MMTs intercambiadas con el catión Ag+ poseen una actividad microbicida similar a una solución donde el catión se encuentra libre. Por esta razón, nos propusimos sintetizar un material hibrido CB-MMT-Ag que presentara actividad antimicrobiana para el potencial tratamiento de heridas cutáneas. Una vez obtenido el sistema, se realizaron caracterizaciones fisicoquímicas, se evaluó su capacidad antimicrobiana y su biocompatibilidad. En una segunda instancia, se optó por modificar membranas de CB con un producto natural como activo principal. Específicamente, se desarrolló un sistema de nanopartículas poliméricas formuladas con Eudragit® E 100 y Eudragit® S 100 para la encapsulación de propóleo, un material resinoso con propiedades antimicrobiana, inmunoestimulante, anticancerígena, etc. Mediante diferentes estudios de caracterización fisicoquímica se demostró una exitosa incorporación y compatibilidad entre las diferentes nanopartículas sobre la matriz de CB. Los sistemas desarrollados presentaron actividad antimicrobiana contra cepas bacterianas Gram-positivas y cepas fúngicas. Posteriormente, se avanzó en el desarrollo de un sistema basado en CB en combinación con nanofibras de celulosa oxidadas (NFC). Este nanomaterial, proveniente de fuentes vegetales, se obtuvo mediante un tratamiento de hidrolisis ácida y posterior oxidación con TEMPO (N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina). Las membranas de CB modificadas con NFC mostraron una alta capacidad de carga del colorante safranina, elegida como droga modelo por su estructura química y fácil detección. Sin embargo, mediante estudios de capacidad bactericida, se demostró que el colorante era activo contra cepas bacterianas con relevancia clínica. Por medio de estudios fisicoquímicos se evidenció interacción especifica entre la safranina y las NFC. Adicionalmente, los sistemas CB-NFC-Safranina mostraron actividad antibacteriana y se obtuvieron mejores resultados en relación con la citotoxicidad, en comparación con el resto de los sistemas desarrollados El presente trabajo culmina con desarrollos relacionados al escalado a nivel industrial de la producción de membranas de CB para ser usadas como parches con aplicaciones biomédicas. En esta sección se incluyen estudios del diseño de los reactores de producción, crecimiento y optimización del inóculo de los reactores, protocolo de purificación y secado.