Optimización del procesado de cápsulas de ácido hialurónico / polilisina para la liberación de factores bioactivos | Optimization of the processing of hyaluronic acid / poly-L-lysine capsules for the release of bioactive factors | Optimització del processament de càpsules d'àcid hialurònic / polilisina per a l'alliberament de factors bioactius

[ES] El objetivo de este trabajo final de grado es la producción de microcápsulas capaces de liberar una variedad de componentes bioactivos en el organismo. La liberación de fármacos emplea distintos vehículos, desde nanopartículas de biomateriales capaces de penetrar en el interior de las células hasta parches que se colocan sobre la piel y liberan el fármaco por difusión. Utilizar como vehículos cápsulas huecas que contienen la carga que se pretende liberar presenta la ventaja de poder controlar la cinética de liberación mediante su ruptura enzimática o hidrolítica. En este trabajo diseñamos cápsulas de polilisina y ácido hialurónico degradables enzimáticamente. Los sistemas de microfluídica ofrecen una serie de ventajas frente a otros métodos de producción de micropartículas, como una elevada autonomía de funcionamiento, monodispersidad y economía de los recursos. Actualmente, existe una amplia gama de dispositivos comerciales cuya aplicación suele ser sencilla y no precisa equipos o materiales específicos. Entre sus distintas aplicaciones, la producción de microesferas es una de las más extendidas y estudiadas, ya que se adapta perfectamente a las características de estos sistemas, como la repetibilidad, autonomía y esfericidad de las partículas obtenidas. Se trata de sistemas aptos para procesar una amplia gama de materiales artificiales o naturales, pudiéndose ajustar y optimizar para adaptarlos a distintas técnicas. Un material adecuado y procesado frecuentemente en este tipo de sistemas es el alginato. Este polímero natural tiene una amplia aplicación en las áreas biológicas por no presentar efectos citotóxicos, ser de fácil procesamiento y posterior manipulación, no requerir disolventes orgánicos y gelificar mediante enlaces iónicos. Por otro lado, las técnicas empleadas para su procesamiento son diversas, de modo que se pueden ajustar para los fines deseados. Una de sus posibles aplicaciones es como encapsulador y liberador de elementos bioactivos o materiales biológicos. Estas microesferas pueden ser funcionalizadas con una seria de biomoléculas, como proteínas o carbohidratos presentes en el microambiente de liberación, con el fin de mejorar su respuesta biológica. Las cargas presentes en el alginato lo hacen ideal para el recubrimiento con capas intercaladas de elementos eléctricamente opuestos, por un método denominado layer-by-layer . Una vez recubiertas, las micropartículas de alginato se pueden licuar originando cápsulas que protegen el material interno. En este trabajo empleamos ácido hialurónico como polianión y poli-L-lisina como policatión para producir las cápsulas. Este trabajo se centra, inicialmente, en la optimización de la producción de microesferas de alginato en sistemas de microfluídica. Se evaluarán distintos sistemas y métodos de producción con el objetivo de seleccionar el más adecuado para el fin deseado. En una segunda parte, se procederá a su funcionalización con ácido hialurónico y poli-L-lisina. Una vez recubiertas las microesferas, se licuarán empleando un quelante del calcio para producir de este modo una cápsula. Se utilizarán enzimas presentes en el organismo humano para degradar estas microesferas, simulando así su uso como liberadores de factores bioactivos con una actividad terapéutica. Por último, se procederá a la evaluación de su cinética de degradación y liberación.

[EN] The objective of this final degree project is the production of microcapsules capable of releasing a variety of bioactive components into the body. Drug release employs various carriers, ranging from nanoparticles made of biomaterials capable of penetrating cells to patches applied to the skin that release the drug through diffusion. Using hollow capsules as carriers to contain the intended payload offers the advantage of controlling the release kinetics through enzymatic or hydrolytic rupture. In this project, we design poly-L-lysine and hyaluronic acid capsules that are enzymatically degradable. Microfluidic systems provide several advantages over other microparticle production methods, such as high operational autonomy, monodispersity, and resource efficiency. Currently, a wide range of commercial devices is available, offering straightforward applications without the need for specific equipments or materials. Among its various applications, the production of microspheres is one of the most widespread and studied, as it aligns perfectly with the characteristics and properties of these systems, such as reproducibility, autonomy, and the spherical nature of the particles obtained. These systems are suitable for processing a wide variety of artificial or natural materials, which can be adjusted and optimized for different techniques. A commonly used material in these systems is alginate. This natural polymer is widely applied in biological areas due to its non-cytotoxic nature, ease of processing and subsequent manipulation, lack of need for organic solvents, and ability to gel through ionic bonds. Furthermore, the techniques used for its processing are diverse, allowing them to be tailored to specific purposes. One of its potential applications is as an encapsulator and releaser of bioactive elements or biological materials. These microspheres can be functionalized with a range of biomolecules, such as proteins or carbohydrates present in the release microenvironment, to enhance their biological response. The charges in alginate make it ideal for coating with alternating layers of oppositely charged elements through a method known as layer-by-layer. Once coated, alginate microparticles can be liquefied to form capsules that protect the internal material. In this project, we use hyaluronic acid as the polyanion and poly-L-lysine as the polycation to produce the capsules. This work initially focuses on optimizing the production of alginate microspheres using microfluidic systems. Various systems and production methods will be evaluated to select the most suitable one for the intended purpose. In the second phase, the microspheres will be functionalized with hyaluronic acid and poly-L-lysine. Once coated, the microspheres will be liquefied using a calcium chelating agent, thereby producing a capsule. Enzymes present in the human body will be used to degrade these microspheres, simulating their use as bioactive factor releasers with therapeutic activity. Finally, the degradation and release kinetics will be evaluated.

TFGM

Tatay López, P. (2025). Optimización del procesado de cápsulas de ácido hialurónico / polilisina para la liberación de factores bioactivos. Universitat Politècnica de València. https://riunet.upv.es/handle/10251/219926