Diseño de apósitos a base de quitosano/gelatina para el tratamiento de quemaduras

Abstract

En el presente estudio se desarrollaron con éxito esponjas a base de quitosano y gelatina como apósitos y vehículos para la administración sostenida de tres sustancias bioactivas: tramadol, un analgésico de sedación leve, metformina un fármaco antiinflamatorio e hipoglucemiante y el exopolisacárido Porphyridium purpureum con propiedades antiinflamatorias y antibacterianas. Las esponjas se sintetizaron mediante la reacción de amidación formando enlaces amida entre los ácidos carboxílicos del ácido cítrico y los grupos amino del quitosano; la gelatina y el exopolisacárido mostraron interacciones mediante enlaces hidrógeno y fuerzas electrostáticas. Se realizó un diseño de experimentos central compuesto con superficie de respuesta con dos factores: (A) cantidad de exopolisacárido (mg/mL) y (B) relación volumétrica de gelatina respecto a quitosano (%). Se determinaron los parámetros óptimos de síntesis para las respuestas analizadas: capacidad de absorción y retención de agua, resistencia a la compresión y grado de entrecruzamiento. Se evaluaron las propiedades fisicoquímicas y morfológicas de los materiales cargados con exopolisacárido, metformina y tramadol (SCG80-20F) mediante microscopia electrónica de barrido (SEM) y espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIR-ATR) con lo que se confirmó el mecanismo de formación de las esponjas. Para determinar si el apósito cumple con las propiedades para una adecuada cicatrización se determinó la capacidad de retención y humedad de agua, la tasa de transferencia de vapor de agua (WVTR), la porosidad y la degradación in vitro por métodos gravimétricos. Las pruebas biológicas confirmaron que los materiales no son citotóxicos y tienen una buena actividad antibacteriana contra E. coli y S. aureus. A partir de los perfiles de liberación se observó una liberación sostenida de metformina y tramadol, durante 12 y 120 h respectivamente. Las cinéticas de liberación in vitro de metformina y tramadol siguieron una cinética de primer orden y Korsmeyer - Peppas respectivamente. Basado en estos resultados la esponja diseñada se ofrece como un apósito prometedor para el tratamiento de quemaduras.

In the present study, chitosan-gelatin-based sponges were developed as dressings and vehicles for the sustained administration of tramadol, a mild sedation analgesic, and metformin, a drug with anti-inflammatory and hypoglycemic properties. Besides Porphyridium purpureum exopolysaccharide, microalgae bioactives with anti-inflammatory and antibacterial properties were added to composites. These materials were synthesized through the amidation reaction, forming amide bonds between the carboxylic acids of citric acid and the amino groups of chitosan; gelatin and exopolysaccharide showed interactions through hydrogen bonding and electrostatic forces. Moreover, a design of central compound experiments with response surface was carried out with two factors: the (A) amount of exopolysaccharide (mg/mL) and (B) the volumetric ratio of gelatin to chitosan (%). The optimal synthesis parameters for the analyzed responses were determined: swelling capacity and moisture retention, compressive strength, and degree of crosslinking. The physicochemical and morphological properties of the materials loaded with metformin and tramadol (SCG80-20F) were evaluated by scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectrometry (FTIR-ATR), thus confirming the formation mechanism of the sponges. The sponges' swelling capacity and moisture retention were evaluated, as well as the water vapor transmission rate (WVTR), the porosity, and the in vitro degradation, to determine whether the dressing complies with the adequate properties for healing. Biological tests confirmed that the materials are not cytotoxic and have good antibacterial activity against E. coli and S. aureus. The release profiles showed a sustained release of metformin and tramadol for 12 and 120 h, respectively. Finally, metformin and tramadol's in vitro release kinetics followed first-order and Korsmeyer-Peppas kinetics, respectively. The engineered sponge may be a promising dressing for treating burns based on these results.