Comportamiento electroquímico de surfactantes y micelas en interfaces líquido / líquido

Abstract

En términos generales, las moléculas orgánicas se pueden clasificar en hidrofílicas o polares de acuerdo a su capacidad de ser solubles en agua o en solventes polares y en hidrofóbicas o no-polares si son solubles en hidrocarburos o solventes no polares. Sin embargo, existe un amplio grupo de compuestos con características no tan bien definidas: los surfactantes. Estas moléculas son anfifílicas o anfipáticas, es decir, poseen una región polar o soluble en agua (cabeza polar) y una región no-polar generalmente formadas por cadenas carbonadas hidrofóbicas1. Las características duales de las moléculas de surfactantes les dan una amplia gama de propiedades, conectado dos características claves: adsorción en interfaces y autoensamblaje en solución formando diferentes tipos de agregados como micelas o micelas inversas, dependiendo del solvente. El uso industrial de muchos surfactantes (como por ejemplo los compuestos perfluorados de cadena larga) se ha intensificado en las últimas décadas, aplicándolos en pinturas, plásticos, espumas ignífugas, industrial textil, entre otros. Debido a que estos compuestos son bastante inertes, tanto desde el punto de vista químico como biológico, y dado su carácter hidrofóbico, su persistencia en el ambiente y su acumulación en la cadena alimentaria son aspectos preocupantes y han generado un buen número de estudios en los últimos años. Algunos de estos estudios indican que estos compuestos anfipáticos podrían intercalarse en las membranas biológicas y afectar algunas de sus propiedades 2, 3. Son numerosos los métodos utilizados para explorar la estructura de biomembranas y asociar sus propiedades y las condiciones del medio ambiente con la organización intermolecular y, en algunos casos, con la función de membranas. Debido a las dificultades de realizar estos estudios in vivo se han planteado diversos modelos simples de membranas artificiales constituidas por proteínas y lípidos definidos. Estos estudios confirman y amplían el concepto de biomembranas como estructuras dinámicas y enfatizan la dificultad y la importancia de definir las características precisas del arreglo multimolecular utilizado. En las últimas décadas gran parte de la información se ha obtenido a partir del empleo de monocapas de lípidos adsorbidas en la interfaz agua-aire4 o depositadas sobre soportes sólidos por el método de Langmuir-Blodgett5, así como también en interfaces formadas por dos líquidos no miscibles (agua / solvente orgánico)6- 15 . La posibilidad de polarizar la interfaz líquido/líquido, empleando métodos electroquímicos en sistemas de cuatro electrodos, le otorga a este tipo de modelos un interés adicional por la importancia que reviste el potencial eléctrico en las biomembranas16. Adicionalmente se pueden emplear modelos más complejos como liposomas. Estas estructuras son vesículas cuya constitución química básica son lípidos. Las mismas tienen un espacio acuoso central y, ocasionalmente, otros espacios interlaminares. Sobre esta estructura básica, se pueden insertar otros lípidos, proteínas, anticuerpos, biomoléculas diversas marcadas con isótopos radiactivos y sustancias fluorescentes, entre otras. Los sustratos por encapsular se ubicarán en los espacios acuosos, en la fase lipídica, o adoptarán una participación estructural comprometida en ambas fases, según sea su naturaleza lipofílica, hidrofílica o anfifílica17-19. Esta versatilidad estructural permite diseñar liposomas de acuerdo con los objetivos para los que serán utilizados, como por ejemplo, estudiar el efecto de moléculas tensioactivas sobre estas vesículas 20 . De esta manera, en la presente tesis se estudió el comportamiento de ácidos perfluorados en interfaces líquido/líquido, tanto en lo que respecta a aspectos termodinámicos relacionados a su comportamiento interfacial y la formación de micelas, como su interacción con películas de fosfolípidos adsorbidas en interfaces líquido/líquido, líquido/aire, o vesículas, como modelos de membranas biológicas. Por otro lado, en el marco de una estadía de investigación en la Universidad de Curtin en la ciudad de Perth, Australia Occidental se desarrollo una metodología de cuantificación electroquímica para la detección de estos surfactantes perfluorados a nivel de trazas. Existen algunas moléculas anfífilicas con actividad farmacológica como Hexadecilfosfocolina (miltefosina) es un compuesto anti-neoplásico con actividad en membrana. Experimentos en animales han demostrado su selectividad antitumoral y citotoxicidad contra un amplio espectro de líneas celulares cancerígenas 21. Por otro lado, también se ha demostrado que este compuesto es altamente efectivo en el tratamiento de leishmaniasis viceral 22. A pesar de esta actividad farmacológica muy bien demostrada, la administración oral o intravenosa de miltefosina está muy limitada debido a sus efectos dañinos en las células epiteliales del tracto gastrointestinal y a la producción de hemólisis de eritrocitos 22. En consecuencia, una aproximación promisoria para solucionar estos efectos adversos es la preparación de nanoestructuras en las cuales el fármaco se encuentre encapsulado dentro de estructuras polímericas que lo liberen en el sitio de acción. Recientemente los copolímeros de bloque han emergido como dispositivos interesantes para liberación de drogas y terapia de genes 23, 24. En particular, el co-polímero Pluronic POE-POP-POE (POE: polioxietileno, POP: polioxipropileno) ha mostrado una gran versatilidad para este uso debido a la posibilidad de regular la forma y tamaño de sus micelas, así como también su balance hidrofílicohidrofóbico, variando las condiciones experimentales (temperatura, concentración de los polímeros constituyentes y composición de la solución). Teniendo en cuenta estos antecedentes, se estudió, en primer lugar, la transferencia de miltefosina a través de la interfaz líquido/líquido apuntando a evaluar la posibilidad de su cuantificación electroquímica debido a que dicho fármaco no posee grupos cromóforos, con lo cual su cuantificación por métodos espectroscópicos no es viable y, por otro lado, el método más común de cuantificación de fosfocolinas, a través de la determinación de fosfatos, no siempre es factible de aplicar dado que el medio más común de sus preparados es en buffer fosfato. En segundo lugar se extendió este estudio a las nanoestructuras formadas por miltefosina y el copolímero Pluronic. En el marco de la presente tesis se utilizo el sistema experimental de interfaces líquido / líquido, al cual se le aplican técnicas electroquímicas que permiten estudiar la transferencia de especies cargadas a través de las mismas 25-27. En este caso, la molécula estudiada no participa de reacciones de oxidación o reducción: el pasaje de la misma a través de la interfaz produce un pico de corriente cuya magnitud es proporcional a la concentración y carga de la especie, mientras que el potencial al cual aparece el pico depende de la hidrofobicidad de la sustancia transportada. De este modo, se puede postular como hipótesis que esta metodología permitirá distinguir, a través de la magnitud de la corriente y el potencial voltamétrico, la transferencia de la especie monomérica o de la micela. Del mismo modo, de la observación del barrido inverso de potencial, será posible estimar si la micela es estable en fase orgánica o bien si se desestabiliza para formar otro tipo de estructuras.