Drug Encapsulation and Controlled Release Via Stimuli Responsive Nano and Micro Structured Polymeric Materials

Abstract

Life expectancy in Andalusia and in Spain has grown steadily over the past 20 years and, in 2017, they were around 86 and 80 years for women and men, respectively. This trend is the same as that observed in other developed countries. However, despite the large investments made in the fight against many diseases, the quality of life of our elders is still not optimal. Biomedical research has long focused on the synthesis and discovery of innovative drugs to treat various diseases. However, and surprisingly, the main difficulties encountered in achieving effective treatment are not related in many cases to the availability of drugs, but to the finding suitable vehicles for the release of medications in damaged organs or tissues. The Doctoral Thesis presented herein deals with the preparation of polymer systems for the development of biomaterials for advanced therapies. These include nanoparticles and nano- and micro-structured materials sensitive to changes in pH and temperature for the inclusion of lipophilic or hydrophilic molecules with therapeutic utility, for example in cancer therapy and diseases of the gastrointestinal tract. It will also proceed to the development of smart materials and matrices derived from chitosan and locust bean gum that will exhibit dynamic behaviors in biological media in line with their final use. Regarding the preparation, a battery of synthetic tools will be used: from living polymerization methods such as atom transfer radical polymerization to click chemistry. The stimulus responsive properties will be provided by the presence of covalent dynamic bonds such as Diels-Alder and acetal bonds as well as by ionic bonds. The loading of molecules with therapeutic relevance, and their release under controlled conditions will also be part of the present study. Lastly, an eco-friendly and compatible method with physiological environments for the synthesis of multifunctional and stimulus-sensitive polymeric materials will be optimized.

La esperanza de vida en Andalucía y en España ha crecido de manera constante durante los últimos 20 años y, en 2017, presentaron valores cercanos a 86 y 80 años para mujeres y hombres, respectivamente. Esta tendencia es la misma que la observada en otros países desarrollados. Sin embargo, a pesar de las grandes inversiones que se realizan en la lucha contra muchas enfermedades, la calidad de vida de nuestros mayores sigue sin ser óptima. La investigación biomédica se ha centrado durante mucho tiempo en la síntesis y el descubrimiento de fármacos innovadores para tratar diversas enfermedades. Sin embargo y sorprendentemente, las principales dificultades encontradas para lograr un tratamiento eficaz no están relacionadas en muchos casos con la disponibilidad de fármacos, sino con el hallazgo de vehículos adecuados para la liberación de medicamentos en los órganos o tejidos dañados. La Tesis Doctoral que se presenta aborda la preparación de sistemas poliméricos para el desarrollo de biomateriales para terapias avanzadas. Entre ellos se incluyen nanopartículas y materiales nano- y micro-estructurados sensibles a cambios de pH y temperatura para la inclusión de compuestos lipofílicos o hidrófilos con utilidad terapéutica, por ejemplo, en la terapia contra el cáncer y enfermedades del tracto gastrointestinal. También se procederá al desarrollo de materiales inteligentes y matrices derivadas del quitosano y la goma de semilla de algarrobo que presentarán comportamientos dinámicos en medios biológicos en línea con su uso final. Con respecto a la preparación, se utilizará una batería de herramientas sintéticas: desde métodos de polimerización vivos como la polimerización por radicales de transferencia de átomos, hasta la química click. Las propiedades de respuesta a estímulos serán proporcionadas por la presencia de enlaces covalentes dinámicos como los enlaces Diels-Alder y acetal, así como por enlaces iónicos. La inclusión de sustancias de relevancia terapéutica, y su liberación en condiciones controladas también formará parte del presente estudio. Por último, se optimizarán un método ecológico y compatible con entornos fisiológicos para la síntesis de materiales poliméricos.