Desarrollo de un viscosuplemento gelificable in situ basado en ácido hialurónico entrecruzado para liberación controlada de moléculas condroprotectoras

Abstract

[ES] La osteoartritis (OA) es una enfermedad degenerativa, crónica y compleja que provoca la alteración estructural y funcional de las articulaciones y que afecta actualmente a 300 millones de personas. El objetivo fundamental de este proyecto es tratar la OA mediante el desarrollo de un hidrogel de ácido hialurónico (HA) de alto peso molecular (1.5-1.8 MDa) modificándolo mediante sulfhidrilos (SH) que permiten el entrecruzamiento in situ y posteriormente injertar condroitín sulfato (CS), la biomolécula condroprotectora anclada al hidrogel cuya liberación estará mediada por la degradación hidrolítica del punto de unión. Se pretende mimetizar uno de los componentes fundamentales de la matriz extracelular del cartílago (MEC) con el objetivo de obtener un producto que sea capaz de extenderse en el lugar del daño y que tenga propiedades muy similares a este en cuanto a viscoelasticidad, retención de agua, estimulación de los condrocitos para sintetizar nueva matriz. Surge la necesidad de desarrollar este producto porque durante las últimas dos décadas, la mayor parte de las líneas de investigación para obtener los proteoglicanos miméticos, emplean intermediarios polipeptídicos basados en proteínas de naturaleza xenogénica, con amplia variabilidad en su estructura, y por tanto activan una respuesta inmunológica en el organismo. Es por ello por lo que existe un reciente interés por desarrollar estructuras exclusivamente basadas en glicosaminoglicanos (GAG) ya que sus funciones naturales en el cartílago están relacionadas con efectos físicos (retener agua, limitar el rozamiento¿) que biológicos. La alumna empleará la técnica EDC/NHS para introducir grupos sulfhidrilo terminales en el HA para conferirle la posibilidad de gelificar in situ mediante puentes de disulfuro porque es una técnica sencilla y viable en medio acuoso, a diferencia de otras líneas de investigación que requieren transformaciones químicas muy complejas. Actualmente existen productos basados en HA de un peso alrededor de 250-500 kDa antes de la modificación, pero hay evidencias de que hidrogeles de HA tiolado (modificado mediante sulfhidrilos) de alto peso molecular presenta mejores propiedades reológicas que HA de bajo peso molecular. Se usará la ruta química EDC/NHS tanto para la tiolación como para el injerto, algo que aún no ha sido probado simultáneamente. Este hidrogel carecería del riesgo inmunogénico asociado a las proteínas, permitiría una mejora en las propiedades viscoelásticas del tejido donde se inserta durante varios meses y garantizaría una liberación controlada y focalizada de estas biomoléculas. La función del alumno en este proyecto es conseguir un hidrogel de HA de alto peso molecular cuyo entrecruzamiento sea controlable. También se desea lograr que este hidrogel tenga un grado de tiolación adecuado, para ello se probarán distintas concentraciones de HA. Por último, participará en la obtención del hidrogel de HA con CS Injertado mediante tres técnicas diferentes para posteriormente caracterizarlos y ver qué línea es la que mejor grado de injerto tiene

[CAT] L'osteoartritis (OA) és una malaltia degenerativa que provoca l'alteració estructural i funcional de les articulacions amb una elevada prevalença a nivell mundial. Per a tractar l'OA, actualment hi ha teràpies injectables que només servixen com a tractament simptomàtic per a alleujar el dolor, però sense l'objectiu de regenerar, per tant, amb escàs fi clínic. Per això es pretén desenrotllar un producte mèdic que consistisca en un hidrogel d'àcid hialurónico (HI HA) autorreticulable i injectable in situ i que al seu torn tinga condroitín sulfat (CS) empeltat per al seu posterior alliberament controlada en el lloc del defecte. Es pretén que l'hidrogel servisca com viscosuplement, per tant, que tinga propietats molt semblants al cartílag quant a viscoelasticitat, retenció d'aigua i estimulació dels condrocitos a partir del CS per a sintetitzar nova matriu. En este treball, a diferència de les línies d'investigació de les últimes dècades de mimetitzar un dels components fonamentals de la matriu extracel·lular del cartílag (MEC), sorgix l'interés de desenvolupar estructures basades en glicosaminglicanos (GAG) per tindre efectes físics desitjables en compte d'obtindre els proteoglicans mimètics emprant intermediaris polipeptídics que provoquen l'activació d'una resposta immunològica en l'organisme. Aquest hidrogel no tindrà el risc inmunogénico associat a les proteïnes, permetrà una millora en les propietats viscoelástiques del teixit on s'inserix durant uns quants mesos, tindrà una funció condroprotectora i garantirà un alliberament controlada i focalitzada d'estes biomolécules. S'empra HA d'alt pes molecular (1.5-1.8 MDa) modificant-lo mitjançant la química EDC/NHS per introduir grups sulfhidril (SH) terminals a l'HA per conferir-li la possibilitat de gelificar in situ a través dels ponts de disulfur. Fent ús d'aquesta tècnica es pretén aconseguir que aquest hidrogel tingui un grau de tiolació adequat, per això es proven diferents concentracions d'HA. Finalment, per empeltar CS, també es fa servir la química EDC/NHS i diferents concentracions per obtenir així la concentració òptima a través de la tècnica de la fluorescamina. Alhora es proven dues tècniques diferents per empeltar i es determina el punt de gel dels hidrogels.

[EN] Osteoarthritis (OA) is a degenerative, chronic and complex disease that causes structural and functional alteration of the joints and currently affects 300 million people. The main objective of this project is to treat OA by developing a high molecular weight (1.5-1.8 MDa) hyaluronic acid (HA) hydrogel, modifying it by means of sulfhydryls (SH) that allow cross-linking in situ and subsequently grafting chondroitin sulfate (CS), the chondroprotective biomolecule anchored to the hydrogel whose release will be mediated by the hydrolytic degradation of the attachment point. It is intended to mimic one of the fundamental components of the extracellular matrix of cartilage (ECM) with the aim of obtaining a product that is capable of spreading in the place of damage and that has properties very similar to it in terms of viscoelasticity, water retention, stimulation of chondrocytes to synthesize new matrix. The need to develop this product arises because during the last two decades, most of the lines of research to obtain mimetic proteoglycans use polypeptide intermediates based on proteins of a xenogeneic nature, with wide variability in their structure, and therefore activate an immune response in the body. This is why there is recent interest in developing structures exclusively based on glycosaminoglycans (GAG) since their natural functions in cartilage are related to physical effects (retaining water, limiting friction...), rather than biological ones. The student will use the EDC/NHS technique to introduce terminal sulfhydryl groups in HA to give it the possibility of gelling in situ through disulfide bridges because it is a simple technique, viable in aqueous media, unlike other lines of research that require very complex chemical transformations. Currently there are products based on HA weighing around 250-500 kDa before modification, but there is evidence that high molecular weight thiolated HA hydrogels (modified by sulfhydryls) have better rheological properties than low molecular weight HA. EDC/NHS chemical route for both thiolation and grafting will be used, something that has not yet been tested simultaneously. This hydrogel would lack the immunogenic risk associated with proteins, would allow an improvement in the viscoelastic properties of the tissue where it is inserted for several months and would guarantee a controlled and focused release of these biomolecules. The role of the student in this project is to achieve a high molecular weight HA hydrogel whose crosslinking is controllable. Another aim is achieving that this hydrogel has an adequate degree of thiolation, for which different concentrations of HA will be tested. Finally, it will participate in obtaining the hydrogel of HA with CS Grafted using three different techniques to later characterize them and see which line has the best degree of grafting.