Nuevos hidrogeles combinados con fotosensibilizadores orientados al tratamiento fotodinámico de heridas crónicas

• Autores: Pereyra, Luciana
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Ortiz , Cristina Susana; Alvarez Igarzabal , Cecilia Inés; Alasino , Roxana Valeria; Becerra , María Cecilia; Gómez, María Lorena; Martinelli, Marisa
• Materia: Farmacología; Hidrogeles; Resistencia microbiana de los medicamentos; Antibióticos; Cicatriz; Fotoquimioterapia; Nanocompuestos; Polímeros; Fotopolimerización
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2025
Fil.: Pereyra, Luciana Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Las heridas crónicas y de difícil cicatrización representan un desafío clínico significativo, con impacto directo en la calidad de vida de los pacientes. La presente Tesis Doctoral se enfocó en el desarrollo de sistemas de aplicación tópica, mediante el diseño de un nuevo material polimérico con potencial para la combinación con compuestos antimicrobianos, proponiendo a la terapia fotodinámica como una alternativa valiosa frente a la resistencia a los antibióticos convencionales. El material diseñado es un hidrogel constituido por agarosa y ácido acrílico, entrecruzado químicamente con metilenbisacrilamida. La red tridimensional obtenida, con forma de lámina o film, se identificó y caracterizó mediante diversas técnicas. El hidrogel mostró una microestructura uniforme, con poros homogéneos en forma y tamaño, lo que se correlaciona con la alta capacidad de hinchamiento y retención de agua. El estudio de hinchamiento reveló una respuesta sensible al pH, con mayor absorción en medios alcalinos, condición típica de las heridas crónicas. Los análisis reológicos indicaron un comportamiento predominantemente sólido-elástico y adecuadas propiedades mecánicas; mientras que la caracterización térmica evidenció una notable estabilidad a la temperatura. La terapia fotodinámica antimicrobiana (TFDA) se presenta como un tratamiento prometedor debido a su capacidad para erradicar patógenos sin inducir resistencia. En esta línea, uno de los ejes de este trabajo de Tesis Doctoral se centró en el desarrollo de agentes fototerapéuticos capaces de generar especies reactivas de oxígeno ante un estímulo lumínico adecuado. Se sintetizaron dos nuevos derivados de Neutral Red, denominados Neutral Red Ácido (NRAc) y Neutral Red Imida (NRIm), cuyas estructuras químicas se confirmaron mediante técnicas espectroscópicas. Ambos compuestos se incorporaron en nanopartículas poliméricas para favorecer la solubilidad y se evaluaron frente a Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM). El derivado NRAc demostró actividad fotodinámica superior, destacándose como el candidato más prometedor. El estudio de este fotosensibilizador se profundizó determinando las propiedades relevantes para la aplicación en TFDA, tales como estabilidad fotoquímica, constante de ionización, capacidad de generación de especies reactivas de oxígeno y perfil de biocompatibilidad. Finalmente, se estudió la integración del nuevo hidrogel con diversos fotosensibilizadores, incluyendo el nuevo compuesto NRAc y otras estructuras de aplicación consolidada. Se ensayaron distintas estrategias de carga que permitieron la incorporación eficiente de NRAc, Rose Bengal (RB), Methylene Blue (MB) y Toluidine Blue (TBO). Los sistemas cargados con RB, MB y TBO demostraron capacidad para generar oxígeno singlete y actividad antimicrobiana frente a cultivos de SARM, lo que evidencia un alto potencial en aplicaciones de TFDA. En contraste, el hidrogel cargado con NRAc no mostró actividad frente a SARM en las condiciones evaluadas. Cabe señalar que el hidrogel sin carga no presentó actividad biológica bajo irradiación ni en la oscuridad. Los resultados obtenidos permitieron afirmar que los nuevos sistemas de hidrogeles fotoactivos presentan un elevado potencial para el desarrollo de apósitos antimicrobianos para su aplicación en el tratamiento de heridas crónicas.
Chronic and hard-to-heal wounds represent a major clinical challenge that compromises patients’ quality of life. This Doctoral Thesis addresses this issue through the development of topical systems, focusing on the design of a novel polymeric material with properties suitable for wound healing and potential for combination with antimicrobial compounds, proposing photodynamic therapy as a valuable alternative in the context of increasing resistance to conventional antibiotics. The material designed is a hydrogel composed of agarose and acrylic acid, chemically crosslinked with methylenebisacrylamide. The three-dimensional network obtained as a film was identified and characterized by different techniques. The hydrogel exhibited a uniform microstructure, with homogeneous pores, correlating with its high swelling capacity and water retention. Swelling studies revealed a pH-responsive behaviour, with higher absorption in alkaline media, typical of chronic wounds. Rheological analyses indicated predominantly solid–elastic behaviour and suitable mechanical properties, while thermal characterization showed remarkable temperature stability. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) represents a promising strategy due to its ability to eradicate pathogens without inducing resistance. Within this framework, a central objective of this Doctoral Thesis was to identify new phototherapeutic agents capable of generating reactive oxygen species upon appropriate light exposure. Two new derivatives of Neutral Red, named Neutral Red Acid (NRAc) and Neutral Red Imide (NRIm), were synthesized and structurally confirmed through spectroscopic techniques. Both compounds were incorporated into polymeric nanoparticles to improve their solubility and were evaluated against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). The NRAc derivative exhibited superior photodynamic activity, standing out as the most promising candidate. A comprehensive study of this photosensitizer was carried out, including photochemical stability, ionization constant, reactive oxygen species generation, and biocompatibility profile. Finally, the integration of the hydrogel with different photosensitizers was explored, comprising NRAc and other well-established molecules. Several loading strategies were tested, achieving efficient incorporation of NRAc, Rose Bengal (RB), Methylene Blue (MB), and Toluidine Blue (TBO). Hydrogels loaded with RB, MB, and TBO generated singlet oxygen and showed full photoinactivation of MRSA cultures, evidencing strong potential for aPDT applications. In contrast, NRAc-loaded hydrogels did not show activity against MRSA under the evaluated conditions. It should be noted that the unloaded hydrogel (without photosensitizer) exhibited no biological activity, either under light exposure or in the dark. Overall, the results obtained demonstrate that these novel photoactive hydrogel systems hold strong potential for the development of wound dressings with combined healing and antimicrobial properties, offering a promising alternative for the treatment of chronic wounds.
2027-11-30
Fil.: Pereyra, Luciana Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.