Químicos de Exactas diseñan materiales con aplicaciones biomédicas avanzadas

Desarrollan nanopartículas de polímeros conjugados para la consecución de hidrogeles y sistemas para terapias mínimamente invasivas

El Grupo de Fotoquímica y Materiales PhotoMat de la Universidad Nacional de Río Cuarto recibirá un subsidio de 20 millones de pesos tras resultar seleccionado en el marco de la convocatoria CONICET PIP 2025-2027 para el desarrollo de su trabajo de investigación titulado “Nanopartículas de polímeros conjugados como iniciadores de polimerización radicalaria: explorando mecanismos de activación fototérmica y por ultrasonido para aplicaciones biomédicas avanzadas”.

Las aplicaciones más relevantes se encuentran en el área biomédica: apósitos multifuncionales para el tratamiento de heridas de difícil cicatrización, fotoimpresión 3D de apósitos personalizados, andamios para regeneración de tejidos, suturas químicas o sellado de tejidos, formación localizada de hidrogeles cargados con fármacos, liberación controlada de agentes terapéuticos mediante ultrasonido, formación de hidrogeles in-vivo para aplicaciones estéticas, entre otros. A más largo plazo, la tecnología podría aplicarse también en biofabricación, medicina regenerativa y dispositivos biomédicos blandos.

Esta investigación aporta un enfoque novedoso para fabricar plásticos blandos que absorben agua –hidrogeles-. El trabajo explora mecanismos alternativos de fabricación de estos materiales -polimerización-, utilizando pequeñas partículas –nanopartículas- que reaccionan con luz o ultrasonido. Las nanopartículas actúan como convertidores de energía: al absorber la luz o el ultrasonido, generan calor localizado o especies radicalarias que ponen en marcha la polimerización en condiciones “suaves” compatibles con sistemas biológicos. Los investigadores combinan esta capacidad con impresoras 3D convencionales para desarrollar nuevos hidrogeles con formas y propiedades ideales para aplicaciones específicas en el ámbito de la salud -materiales biomédicos-.

El proyecto es dirigido por el doctor Rodrigo Palacios y codirigido por la doctora María Lorena Gómez. Y está centrado en desarrollar nanopartículas de polímeros conjugados capaces de iniciar reacciones de polimerización mediante estímulos como la luz, el calor y el ultrasonido, explorando nuevos mecanismos de activación para lograr procesos más eficientes y controlados. Estos avances abrirán nuevas posibilidades para el diseño de materiales funcionales con aplicaciones biomédicas avanzadas, como hidrogeles y sistemas para terapias mínimamente invasivas.

También integran el grupo de investigación los doctores Carlos Chesta, Emmanuel Odella y Juan José Torres; los licenciados Rocío Natera Avalos, María Emilia Zambroni y Rodrigo Urquiza; además del postdoctorando doctor Roodney Carrillo Palomino.

“Este financiamiento representa un importante reconocimiento a la calidad de la investigación que desarrollamos en PhotoMat y nos permitirá continuar impulsando la ciencia, la formación de recursos humanos y el desarrollo de tecnologías con potencial impacto en la salud y los materiales avanzados”, indicaron estos investigadores que integran el Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados (IITEMA), de doble dependencia CONICET-UNRC.

 Avances importantes en el diseño experimental

El doctor Rodrigo Palacios explicó: “El proyecto se encuentra en desarrollo, pero ya se han logrado avances importantes en el diseño experimental y en la validación conceptual de ambas estrategias”. “En particular, se ha avanzado en la preparación de nanopartículas con alta capacidad de conversión de luz en calor y en la optimización de condiciones para obtener hidrogeles más homogéneos y con mejor control de su forma -resolución en impresión 3D-”. “También se obtuvieron resultados prometedores en la generación de hidrogeles por ultrasonido, demostrando la viabilidad de la polimerización en profundidad que puede ser muy útil en aplicaciones específicas tales como las que requieran intervenir tejidos en forma no invasiva”. “Estos avances son valiosos porque muestran que es posible controlar la formación de materiales blandos mediante estímulos físicos externos ‘suaves’, algo especialmente relevante para futuras aplicaciones biomédicas”.

– ¿Es una nueva herramienta? ¿Puede explicar en qué consiste?

-Sí. Puede considerarse una nueva plataforma de iniciación de polimerización. La herramienta consiste en nanopartículas especialmente diseñadas que, al recibir un estímulo externo, activan la formación de especies reactivas –radicales- responsables de transformar una solución acuosa con precursores en un hidrogel -un material funcional para uso futuro-. En este sentido, estamos trabajando en dos variantes. La fototérmica: la nanopartícula absorbe luz y la convierte en calor; ese calor activa un iniciador térmico comercial y comienza la polimerización en una forma muy eficiente. Y la ultrasónica: la nanopartícula, al ser expuesta a ultrasonido en presencia de oxígeno, genera especies químicas reactivas que inician la polimerización, proceso que puede ocurrir dentro de un tejido, por ejemplo. En términos sencillos, las nanopartículas funcionan como pequeños transductores de energía que permiten “encender” la reacción que da origen al material, exactamente donde y cuando se desea con una alta eficiencia.

– ¿Cuáles son las mejoras que se logran?

– Mayor control espacio-temporal: la polimerización puede activarse de manera localizada; esto se traduce en mejor resolución en fabricación de piezas por impresión 3D. Mejor biocompatibilidad: se trabaja en condiciones más suaves, adecuadas para potenciales aplicaciones en salud; las nanopartículas que se emplean son intrínsecamente biocompatibles. Mayor penetración en tejidos: el ultrasonido puede alcanzar regiones donde la luz llega con dificultad. Hidrogeles más uniformes y translúcidos: útiles para aplicaciones médicas. Posibilidad de fabricar estructuras complejas y personalizadas: adaptadas a cada necesidad particular. En conjunto, esto podría superar limitaciones importantes de los sistemas de fotopolimerización convencionales y lograr mejores propiedades en dispositivos biomédicos disponibles actualmente.

– ¿Cómo se puede transferir esta innovación?

– La transferencia puede darse por varias vías, entre ellas: patentes sobre las nanopartículas y los métodos de iniciación, desarrollo conjunto con empresas de biomateriales, impresión 3D médica o dispositivos terapéuticos, escalado de formulaciones de hidrogeles para uso clínico o veterinario, licenciamiento de la tecnología a compañías interesadas en medicina regenerativa. Un aspecto atractivo para la transferencia es que parte del sistema utiliza iniciadores térmicos ya disponibles comercialmente, lo que podría facilitar una futura adopción industrial. Tenemos evidencia de que los desarrollos de esta investigación van a resultar en innovaciones aptas para su transferencia, dadas sus aplicaciones.

Futuros desarrollos

En esta área, los investigadores de la UNRC esperan avanzar hacia el desarrollo de nanopartículas más eficientes y selectivas, capaces de responder a distintos colores de luz o a diferentes frecuencias de ultrasonido.

También prevén la obtención de hidrogeles con propiedades “inteligentes”, por ejemplo, materiales autorreparables, adhesivos o sensibles a estímulos externos, así como la realización de estudios en modelos biológicos cada vez más complejos que permitan evaluar mejor su desempeño en condiciones cercanas a las reales.

Otro desarrollo importante será la integración de estas plataformas con tecnologías de bioimpresión 3D y sistemas de liberación controlada de fármacos, con vistas a futuras evaluaciones preclínicas orientadas a aplicaciones terapéuticas.

La perspectiva más atractiva es la posibilidad de fabricar materiales directamente dentro del tejido mediante un estímulo externo no invasivo, combinando en una misma plataforma tecnológica funciones de terapia, regeneración tisular y liberación localizada de agentes terapéuticos.

Fuente: Prensa UNRC