Materiales poliméricos biobasados derivados del ácido itacónico con actividad antimicrobiana

Resumen

Actualmente, la sociedad se está enfrentando a una emergencia sanitaria: la resistencia de las bacterias frente a los antibióticos. Esta resistencia hace que muchas infecciones no respondan a los tratamientos actuales, lo que está provocando un elevado número de muertes, además de un incremento del gasto en los sistemas sanitarios. Estas infecciones resistentes a antibióticos son especialmente críticas en entornos hospitalarios, siendo las infecciones relacionadas con cuidados sanitarios un problema de Salud Pública a nivel mundial, como por ejemplo las infecciones relacionadas con catéteres, ventilación mecánica, así como las asociadas a implantes, prótesis o apósitos. El uso de materiales con propiedades antimicrobianas en estos dispositivos y productos sanitarios, se muestra como una solución para reducir este tipo de infecciones. Igualmente, en la industria del envasado se emplean cada vez más envases activos con materiales antimicrobianos ya que las infecciones provocadas por intoxicaciones alimentarias son muy relevantes y generan gran alarma social. Una de las soluciones que se plantean frente a este problema es el desarrollo y el uso de polímeros antimicrobianos que se presentan como una opción muy prometedora. Sin embargo, el origen fósil de los polímeros y su lenta biodegradación hacen necesario la búsqueda de alternativas más sostenibles. La presente tesis doctoral busca responder a esta necesidad dirigiendo el esfuerzo hacia el desarrollo de polímeros antimicrobianos a partir de polímeros biobasados o de origen natural, en concreto a partir del ácido itacónico. El ácido itacónico es un compuesto de origen natural considerado como uno de los compuestos químicos obtenidos de la biomasa de alto valor añadido más prometedores para la producción de múltiples productos y derivados. El ácido itacónico es polimerizable y funcionalizable lo que permite añadir diferentes funcionalidades para la modulación de sus propiedades. Además, puede dar lugar a polímeros biodegradables. Concretamente, este trabajo se ha centrado en la síntesis mediante polimerización radical de un polímero muy versátil derivado del ácido itacónico con dos grupos alquino. El polímero obtenido puede modificarse mediante química click de cicloadición azida-alquino catalizada con cobre (CuAAC). Utilizando esta técnica se han introducido varias moléculas con actividad biocida para la obtención de polímeros antimicrobianos biobasados, en concreto, se han incorporado grupos triazolio, tiazolio, N-halamina y el péptido antimicrobiano Temporin L. Además de incorporar grupos bioactivos antimicrobianos, se ha modulado el carácter hidrófobo/hidrófilo de los polímeros ya que afecta directamente a su eficacia como antimicrobianos. Para ello se ha llevado a cabo la copolimerización con itaconatos apolares, así como el empleo de agentes alquilantes en reacciones de post-modificación. En primer lugar, se prepararon copolímeros de itaconato de dimetilo e itaconato funcionalizado con grupos tiazolio y triazolio y empleando dos agentes alquilantes, de metilo y butilo. Se comprobó que los polímeros obtenidos eran muy eficientes frente a bacterias Gram-positiva y discretos frente a Gram-negativa, y dicha actividad dependía del balance hidrófobo-hidrófilo del copolímero. Los polímeros resultantes no eran tóxicos frente a glóbulos rojos humanos, se degradaban en condiciones de compostaje en menos de 80 días, y mantenían sus propiedades térmicas. Con el objetivo de mejorar la actividad frente a bacterias Gram-negativa, se prepararon satisfactoriamente otros polímeros partiendo del poli(itaconato) con grupos alquino, al cual se incorporó mediante química click, por un lado, grupos N-halamina, y por otro lado, un péptido antimicrobiano, el Temporin L. Los polímeros resultantes tenían en su estructura dos tipos de funcionalidades biocidas, catiónicas de triazolio/tiazolio y N-halaminas o Temporin L, por lo que era de esperar una mayor actividad antimicrobiana. Sin embargo, estos polímeros presentaban problemas de solubilidad y agregación en disoluciones acuosas. Todos los poli(itaconatos) con grupos antimicrobianos preparados se evaluaron posteriormente como aditivos o componentes en mezclas de polímeros biobasados/biodegradables de poli(ácido láctico) (PLA) y poli(butilén adipato-co-tereftalato) (PBAT), polímeros empleados habitualmente en la industria como alternativa a termoplásticos derivados del petróleo, y más concretamente en la industria del envasado y del material biosanitario. Se prepararon tanto films como fibras no tejidas de matrices de PLA y PBAT, con bajos contenidos de polímeros antimicrobianos sintetizados previamente, y funcionalizados con grupos tiazolio, triazolio, N-halamina y Temporin L. Los materiales obtenidos mostraron buena actividad antibacteriana, poniendo de manifiesto que la incorporación de los poli(itaconatos) biocidas aportaban dicha actividad al material final. Cabe reseñar que los grupos N-halamina y Temporin L mejoraban sustancialmente la actividad frente a bacterias Gram-negativa. Los materiales además, demostraron muy buenas propiedades de biocompatibilidad frente a fibroblastos, biodegradabilidad y buenas propiedades térmicas.