Polímeros basados en Polihidroxialcanoatos

Polihidroxialcanonoato (PHA) Es un polímero a partir de un hidroxilo de

ácido alcanoico. (Ácido Carboxílico) PHA generalmente se limita a aquellos

miembros que son derivados de fuentes bacterianas.

Los PHAs son de los biomateriales elastomericos mas antiguos discutidos en este articulo.

Su descubrimiento yace en 1920 con el descubrimiento del poly-3-hidroxibutirato (PH3B)

El potencial biomédico fue descubierto y sugerido en 1962

En 1980 el P3HB se convirtió en interés de investigación biomédica, en tabletas para la entrega de fármacos.

2.2.1 Síntesis de PHA

El P3HB ha sido encontrado como un componente siempre presente de la membrana de los animales.

El ácido 3-Hidroxibutirico, es un metabolito natural humano presente en cerebro, corazón, pulmón, riñón, hígado y tejido muscular

Es gran producido por gran variedad de microrganismos, incluyendo bacterias gramnegativas y grampositivas.

Producción en E.Coli. E. coli no posee

la capacidad de sintetizar o degradar PHA pero crece rápido y es fácil de lisar.

Se han expresado los genes pha de varias especies bacterianas en E.coli

Biocompatibilidad de los PHAs Como otros biopolímeros, los PHAs tienen una

alta compatibilidad. Los PHA producidos por fermentación

bacteriana pueden contener proteínas residuales, surfactantes y altos niveles de endotoxinas pirogénicas que pueden producir respuestas inflamatorias agudas.

La biocompatibilidad para su aplicación como implante medico esta influenciada por otros aspectos relacionado a su síntesis química.

Evaluaciones in vitro Se realizaron distintas evaluaciones, con

distintas células y polímeros, de citobiocompatibilidad de los PHAs donde se observan los siguientes puntos.

1.- Todos los PHAs investigados tuvieron una buena citobiocompatibilidad.

2.-La superficie hidrofóbica de estos materiales dificulta la adhesion celular, sin embargo se puede tratar.

3.- El copolimero P3HB-co-3HV es ligeramente mas toxico que el P3HB debido al desprendimiento de unidades 3HV

4.-En general el copolimero P3HB-co-3HH reporto mejor proliferación celular que el P3HB *Discutibles

5.- P3H0-co-3HH y P4HB tienen propiedades similares.

Evaluaciones in vivo de PHALos problemas relacionados con la fermentación que contribuyen a la citotoxicidad, han llevado al desarrollo de técnicas de despirogenacion usando agentes oxidantes. Como resultado los PHA de alta pureza cumplen con las normas de la FDA.

De la evaluación en animales in vivo se concluyen los siguientes puntos:

1.- En general se han demostrado reacciones de los tejidos muy suaves en la implantación de P3HB,P4HB o sus copolimeros, comparables a las de uso medico.

2.- Inflamaciones considerables en P3HB-co-3HV. El uso de 3HV se sugiere como inductor de la respuesta. La cristalización resulta en rigidez y fragilidad.

3.-P3HO-3HH biocompatibilidad razonable con leve inflamación.

Biodegradación de los PHA Generalmente el P3HB tiene una cinética de

degradación mas lenta que el acido poliláctico (PLA) acido poliglicolico (PGA) y Ácido Poliláctico-co-glicólico (PGLA).

Degradación in vitro El proceso de degradación invitro ocurre en 2

etapas. La primera, es la fragmentación de la cadena,

lo que se asocia con la disminución de peso molecular, al mimo tiempo ocurre un aumento de la cristalinidad.

La segunda etapa comienza a partir de la perdida de masa cuando el polímero alcance su punto critico.

La cinética de degradación in vitro

1.- La degradación invitro de P3HB es mas lenta que la P4HB, la región 4HB conduce a una hidrolisis mas rápida en copolimeros.

2.-La hidrolisis del P3HB se puede acelerar con la adición de polímeros hidrófilos (PEG) para mejorar la absorción de agua.

3.- La familia de los PHA se degradan mas lentamente que los de familia PGA, PLA, PLGA debido a su alto grado de cristalinidad.

4.-La degradación de PHA tiene un efecto autocatalítico debido a la degradación de productos ácidos.

5.- Comparados con los PGA/PLA/PLGA los P3HB Y P4HB tienen una degradación por un periodo mayor de tiempo, lo que permite un mejor crecimiento celular.

6.-EL producto de degradación (3HB o 4HB) de los PHAs son menos ácidos y pueden ser eliminados mas rápido del cuerpo.

7.- La adición de 3HV incrementa la tasa e degradación debido a que reduce el peso molecular.

8.-La tasa de degradación del P3HB-3HH es igual o ligeramente mas rápida que la del P3HB o P3HB-3HV debido a dos efectos opuestos. El primero las cadenas laterales de 3HH en P3HB aumenta la hidrofobicidad. Y el 3HH disminuye la cristalinidad y compensa el efecto de las cadenas laterales.

9.-P3HO-3HH es muy resistente a la hidrolisis debido a la alta cristanilidad.

Degradación in vivo. La degradación in vivo de los PHAs ha sido un

tema controversial en la literatura, debido a la amplia variabilidad de procesamiento para su producir distintos diseños (Películas, fibras, andamios) y también debido a los distintos sitios de implementación.

Conclusiones de los datos de degradacion in vivo. 1.- El PH3B se degrada mas lento que la

familia de los PLA/PGA/PLGA. 2.- El orden degradación queda asi

PDLLA>P4HB > o ≈ PLLA > P3HB teniendo una tasa de degradación comparada con los polímeros sintéticos como el PLLA.

3.- P3HB tiene una tasa de reabsorcion de 12-30 meses dependiendo de la porosidad del material y el tipo de tejido.

4.- Tanto in vivo como in vitro la tasa de degradación del P4HB

5-El tiempo para una reabsorción completa del P3HO-3HH es proporcional a la magnitud de este para P3HB.

6.- La degradación in vivo de PHA utiliza un mecanismo complejo de erosión de la superficie.

Los polímeros P4HB y sus copolimeros con P3HB son los mas prometedores en la ingeniería de tejidos blandos.

Debido a su biocompatibilidad y elasticidad. La mezcla con termoplásticos como PLA, PGA,

PCL y almidón puede comprometer la elasticidad del P3HB

Bibliografía. Chen Q, et al. Elastomeric biomaterials for

tissue engineering. Prog Polym Sci (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2012.05.003