Descripción general de las microesferas

Las microesferas, como su nombre indica, son pequeñas partículas esféricas en el rango micrométrico (1-1000 micrones). Tienen diversas aplicaciones en medicina y ciencias biológicas, como administración de fármacos, ingeniería de tejidos, biosensores, imágenes médicas, etc.

01Clasificación

Se pueden clasificar según su composición, estructura y función. Algunos tipos comunes incluyen:

Microesferas de polímero:Están hechos de polímeros naturales o sintéticos como gelatina, alginato, ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) y polietilenglicol (PEG). Se pueden utilizar para encapsular medicamentos, proteínas o moléculas de ADN para una liberación controlada o administración dirigida de medicamentos.

Microesferas Cerámicas: Están hechas de materiales inorgánicos como hidroxiapatita (HA), silicio y fosfato de calcio. Pueden utilizarse para simular la fase mineral del tejido óseo o mejorar la resistencia mecánica de los andamios.

Microesferas lipídicas: Están formadas por lípidos como fosfolípidos, colesterol y triglicéridos. Pueden formar vesículas o emulsiones y transportar sustancias hidrófilas o hidrófobas. También pueden transportar genes o vacunas al fusionarse con las membranas celulares.

Microesferas magnéticas: Están hechos de materiales magnéticos, como óxidos metálicos como el hierro, el cobalto y el níquel. Pueden manipularse mediante un campo magnético externo y usarse para la separación, concentración o transporte de biomoléculas. También pueden usarse para la obtención de imágenes por resonancia magnética (IRM) o la terapia de hipertermia.

Microesferas huecas: Tienen un núcleo hueco y una cubierta delgada. Tienen una superficie específica mayor, una densidad menor y una mejor fluidez que las microesferas sólidas. También se pueden utilizar para cargar más fármacos o agentes de contraste para una mejor administración o obtención de imágenes.

Microesferas de SHBC

02 Propiedades

Sus propiedades dependen de diversos factores, como el tamaño de las partículas, la forma, la carga superficial, la porosidad y la biodegradabilidad. Estas propiedades pueden afectar sus interacciones con los sistemas biológicos y su rendimiento en diversas aplicaciones.

(1) Tamaño de partícula

El tamaño de las microesferas puede afectar su difusión, sedimentación y biodistribución. Las microesferas más pequeñas pueden penetrar más profundamente en los tejidos y órganos, mientras que las microesferas más grandes pueden evitar ser eliminadas por el sistema reticuloendotelial (SRE).

(2) Forma de la partícula

La forma de las microesferas afecta su encapsulación, flujo y estabilidad mecánica. Las microesferas esféricas pueden tener una mayor densidad de empaquetamiento y coeficientes de fricción más bajos, mientras que las microesferas de forma irregular pueden tener áreas de superficie más grandes y una mejor adhesión.

(3)Carga de superficie

La carga superficial determina sus interacciones electrostáticas con biomoléculas y células. Las microesferas con carga positiva pueden unirse a membranas celulares o moléculas de ADN con carga negativa, mientras que las microesferas con carga negativa pueden repelerlas. Las microesferas neutras pueden tener interacciones mínimas con componentes biológicos.

(4)Porosidad

La porosidad de las microesferas puede afectar fácilmente su capacidad de carga de fármacos, su velocidad de liberación y su velocidad de degradación. Las microesferas porosas pueden contener más fármacos o biomoléculas que las microesferas no porosas. Sin embargo, las microesferas porosas también pueden liberar su contenido más rápido y degradarse más rápido que las microesferas no porosas.

(5) Biodegradabilidad

Su biodegradabilidad puede afectar a su biocompatibilidad y eliminación del organismo. Las microesferas biodegradables pueden descomponerse en productos inofensivos mediante enzimas o hidrólisis, mientras que las microesferas no biodegradables pueden permanecer en el organismo durante mucho tiempo. Las microesferas biodegradables son más populares en aplicaciones de administración de fármacos e ingeniería de tejidos.

03 Métodos de síntesis de microesferas.

1. Secado por aspersión: Este es un método para preparar microesferas sólidas o huecas atomizando una solución o suspensión líquida en finas gotas y secándola con aire caliente. Este método es simple, rápido y escalable. Puede usarse para encapsular fármacos, proteínas o moléculas de ADN para su liberación controlada o administración de fármacos dirigida.
2. Polimerización en emulsión: Este es un método para preparar microesferas poliméricas dispersando monómeros en una fase acuosa continua e iniciando la polimerización usando un iniciador soluble en agua o en aceite en presencia de un tensioactivo. Este método puede producir microesferas uniformes y estables con alto rendimiento y bajo costo. También puede incorporar fármacos o biomoléculas en microesferas durante o después de la reacción de polimerización.
3. Método sol-gel: Este es un método para preparar microesferas cerámicas hidrolizando y condensando alcóxidos o nitratos metálicos en un disolvente para formar una suspensión o gel coloidal, y luego secando y calcinando el gel. Este método puede producir microesferas porosas y biocompatibles con tamaño y forma controlables. También se puede utilizar para modificar la superficie de microesferas con grupos funcionales o biomoléculas.
4. Método de extrusión: Este es un método para preparar microesferas lipídicas extruyendo una solución o suspensión lipídica en una fase acuosa a través de una pequeña boquilla a alta presión para formar gotitas solidificadas. Este método puede producir microesferas esféricas y lisas con una estrecha distribución del tamaño de partículas y una alta eficiencia de encapsulación. También puede cambiar la composición y propiedades de las microesferas de lípidos cambiando el tipo, la concentración y la temperatura de los lípidos.
5. Método de coprecipitación: Este es un método para preparar microesferas magnéticas mezclando una solución de sal metálica y una solución alcalina para formar hidróxidos metálicos insolubles precipitados en partículas finas y luego recubriendo las partículas para obtener polímeros o tensioactivos. Este método puede producir microesferas magnéticas con alta magnetización y estabilidad. Ahora también se han derivado nuevas tecnologías para preparar microesferas, como los microfluidos. Los amigos interesados pueden aprenderlo por sí mismos.

04 Algunas aplicaciones:

1.Entrega de medicamentos: Las microesferas se pueden utilizar para administrar medicamentos a partes específicas del cuerpo, como tumores, infecciones o tejidos inflamados. También pueden controlar la tasa de liberación y la duración de los fármacos, mejorar la eficacia de los fármacos y reducir sus efectos secundarios. Por ejemplo, las microesferas de PLGA pueden administrar medicamentos contra el cáncer a tumores cerebrales al cruzar la barrera hematoencefálica. Las microesferas lipídicas pueden administrar insulina a pacientes diabéticos mediante administración oral. Las microesferas magnéticas pueden administrar medicamentos a los tumores hepáticos.

2.Ingeniería de tejidos: Las microesferas se pueden utilizar para crear andamios o matrices que respalden el crecimiento y la diferenciación de células o tejidos. También pueden proporcionar señales mecánicas, químicas y biológicas para regular el comportamiento y la función celular. Por ejemplo, se pueden utilizar microesferas de HA para crear estructuras de tejido óseo con propiedades osteoconductoras y osteoinductivas. Las microesferas de alginato se pueden utilizar para encapsular células madre o factores de crecimiento para promover la regeneración del tejido del cartílago. Se pueden utilizar microesferas huecas para crear estructuras ligeras y sueltas para la ingeniería de tejidos blandos.

3.Biosensores: Las microesferas se pueden utilizar para mejorar la sensibilidad y especificidad de los biosensores que detectan biomoléculas o patógenos. También pueden amplificar señales o cambiar el color de los biosensores. Por ejemplo, se pueden usar microesferas de polímero para inmovilizar anticuerpos o enzimas en la superficie de biosensores para inmunoensayos o ensayos enzimáticos. Las microesferas cerámicas se pueden utilizar para crear biosensores ópticos, donde cambian su índice de refracción o fluorescencia cuando son estimuladas por un analito. Las microesferas magnéticas se pueden utilizar para separar y concentrar biomoléculas o patógenos para la detección por biosensores.

4.Imágenes: Las microesferas se pueden utilizar para mejorar el contraste y la resolución de técnicas de imagen para la estructura o función de tejidos u órganos. También pueden etiquetar o rastrear células o fármacos in vivo. Por ejemplo, se pueden utilizar microesferas de lípidos como agentes de contraste de ultrasonidos para mejorar la dispersión acústica de las ondas sonoras. Se pueden utilizar microesferas huecas como agentes de contraste de rayos X para aumentar la atenuación de los rayos X. Las microesferas magnéticas se pueden utilizar como agentes de contraste de resonancia magnética para cambiar la relajación de la resonancia magnética de las moléculas de agua.

Las microesferas son partículas versátiles y multipropósito con una variedad de aplicaciones en medicina y ciencias biológicas. Se pueden personalizar para diferentes necesidades y propósitos cambiando su tipo, propiedades, método de síntesis y uso. En comparación con los materiales o métodos tradicionales, tienen muchas ventajas, como mayor eficiencia, menor toxicidad, mejor biocompatibilidad y operación más sencilla. Sin embargo, también presentan algunos desafíos, como inmunogenicidad potencial, agregación, degradación, depuración, etc. Por lo tanto, se necesita más investigación y desarrollo para optimizar su diseño y rendimiento y garantizar su seguridad y eficacia.