Los polianhídridos son una clase de polímeros biodegradables que se caracterizan por enlaces anhídrido que conectan unidades repetidas de la cadena principal del polímero . Su principal aplicación es en la industria farmacéutica y de dispositivos médicos. In vivo , los polianhídridos se degradan en monómeros diácidos no tóxicos que pueden metabolizarse y eliminarse del cuerpo. Debido a sus productos de degradación seguros, los polianhídridos se consideran biocompatibles.
Los enlaces anhídrido característicos de los polianhídridos son lábiles al agua (la cadena de polímero se rompe en el enlace anhídrido). Esto da como resultado dos grupos de ácido carboxílico que se metabolizan fácilmente y son biocompatibles . Los polímeros biodegradables , como los polianhídridos, son capaces de liberar fármacos atrapados o encapsulados físicamente mediante una cinética bien definida y son un área en crecimiento de la investigación médica. Los polianhídridos se han investigado como un material importante para la liberación a corto plazo de fármacos o agentes bioactivos . La rápida degradación y las propiedades mecánicas limitadas de los polianhídridos los hacen ideales como dispositivos de administración controlada de fármacos .
Un ejemplo, Gliadel[1], es un dispositivo de uso clínico para el tratamiento del cáncer cerebral . Este producto está hecho de una oblea de polianhídrido que contiene un agente quimioterapéutico. Después de la extirpación de un tumor cerebral canceroso , la oblea se inserta en el cerebro liberando un agente quimioterapéutico a una velocidad controlada proporcional a la velocidad de degradación del polímero . El tratamiento localizado de quimioterapia protege al sistema inmunológico de altos niveles de radiación .
Otras aplicaciones de los polianhídridos incluyen el uso de polianhídridos insaturados en el reemplazo óseo, así como copolímeros de polianhídrido como vehículos para la administración de vacunas .
Existen tres clases principales de polianhídridos: alifáticos, insaturados y aromáticos. Estas clases se determinan examinando sus grupos R (la química de la molécula entre los enlaces anhídridos ).
Los polianhídridos alifáticos están formados por grupos R que contienen átomos de carbono unidos en cadenas lineales o ramificadas. Esta clase de polímeros se caracteriza por una estructura cristalina, un rango de temperatura de fusión de 50 a 90 °C y solubilidad en hidrocarburos clorados. Se degradan y se eliminan del cuerpo en cuestión de semanas después de su introducción en el entorno corporal.
Los polianhídridos insaturados están formados por grupos orgánicos R con uno o más enlaces dobles (o grados de insaturación ). Esta clase de polímeros tiene una estructura altamente cristalina y es insoluble en disolventes orgánicos comunes.
Los polianhídridos aromáticos están formados por grupos R que contienen un anillo bencénico (aromático). Las propiedades de esta clase incluyen una estructura cristalina, insolubilidad en disolventes orgánicos comunes y puntos de fusión superiores a 100 °C. Son muy hidrófobos y, por lo tanto, se degradan lentamente cuando están en el entorno corporal. Esta lenta tasa de degradación hace que los polianhídridos aromáticos sean menos adecuados para la administración de fármacos cuando se utilizan como homopolímeros, pero se pueden copolimerizar con la clase alifática para lograr la tasa de degradación deseada.
Los polianhídridos se sintetizan mediante condensación en estado fundido o polimerización en solución. Según el método de síntesis utilizado, se pueden alterar diversas características de los polianhídridos para lograr el producto deseado. La caracterización de los polianhídridos determina la estructura, la composición, el peso molecular y las propiedades térmicas de la molécula. Estas propiedades se determinan mediante diversos métodos de dispersión de luz y exclusión por tamaño.
Los polianhídridos se pueden preparar fácilmente utilizando recursos disponibles de bajo costo. El proceso se puede variar para lograr las características deseadas. Tradicionalmente, los polianhídridos se han preparado mediante polimerización por condensación en estado fundido, lo que da como resultado polímeros de alto peso molecular . La polimerización por condensación en estado fundido implica la reacción de monómeros de ácido dicarboxílico con un exceso de anhídrido acético a alta temperatura y al vacío para formar los polímeros. Se pueden utilizar catalizadores para lograr pesos moleculares más altos y tiempos de reacción más cortos. Generalmente, se utiliza una síntesis de un solo paso (método que implica solo una reacción) que no requiere purificación.
Existen muchos otros métodos que se utilizan para sintetizar polianhídridos. Algunos de estos métodos incluyen: calentamiento por microondas, síntesis de alto rendimiento (síntesis de polímeros en paralelo), polimerización por apertura de anillo (eliminación de monómeros cíclicos), condensación interfacial (reacción a alta temperatura de dos monómeros), agentes de acoplamiento deshidratantes (eliminación del grupo agua de dos grupos carboxilo) y polimerización en solución (reacción en una solución).
La estructura química y la composición de los polianhídridos se pueden determinar mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) . Las posiciones de los picos en la espectroscopia de RMN de protones se determinan según la clase de polianhídrido (aromático, alifático o insaturado) y, por lo tanto, brindan información sobre las características estructurales del polímero, incluido si un copolímero tiene una estructura aleatoria o en forma de bloques. El peso molecular y la tasa de degradación también se pueden determinar mediante espectroscopia.
Además de utilizar RMN para determinar el peso molecular de un polianhídrido, también se pueden utilizar cromatografía de permeación en gel (GPC) y mediciones de viscosidad .
La calorimetría diferencial de barrido (DSC) se utiliza para determinar las propiedades térmicas de los polianhídridos. La temperatura de transición vítrea, la temperatura de fusión y el calor de fusión se pueden determinar mediante DSC. La cristalinidad de un polianhídrido se puede determinar mediante DSC, dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) , resonancia magnética nuclear (RMN) y difracción de rayos X.
La erosión y degradación de un polímero describen cómo el polímero pierde masa físicamente ( se degrada ). Los dos mecanismos de erosión comunes son la erosión superficial y la erosión en masa . Los polianhídridos son polímeros que erosionan la superficie. Los polímeros que erosionan la superficie no permiten que el agua penetre en el material. Se erosionan capa por capa, como una piruleta. La cadena principal hidrófoba con enlaces anhídrido hidrolíticamente lábiles permite controlar la degradación hidrolítica manipulando la composición del polímero . Esta manipulación puede ocurrir añadiendo un grupo hidrófilo al polianhídrido para hacer un copolímero. Los copolímeros de polianhídrido con grupos hidrófilos exhiben características de erosión en masa. Los polímeros que erosionan en masa absorben agua como una esponja (en todo el material) y erosionan dentro y sobre la superficie del polímero.
La liberación de fármacos a partir de polímeros erosionables en masa es difícil de caracterizar porque el modo principal de liberación de estos polímeros es la difusión . A diferencia de los polímeros erosionables en superficie, los polímeros erosionables en masa muestran una relación muy débil entre la velocidad de degradación del polímero y la velocidad de liberación del fármaco. Por lo tanto, el desarrollo de polianhídridos erosionables en superficie incorporados a los polímeros erosionables en masa es de creciente importancia.
La biocompatibilidad y toxicidad de un material polimérico se evalúa examinando las respuestas tóxicas sistémicas , las respuestas tisulares locales , las respuestas cancerígenas y mutagénicas y las respuestas alérgicas a los productos de degradación del material. Se realizan estudios en animales para probar el efecto del polímero en cada una de estas respuestas negativas. No se ha descubierto que los polianhídridos y sus productos de degradación provoquen respuestas nocivas significativas y se consideran biocompatibles .