Poliglicolido o poli (ácido glicólico) (PGA), también deletreado como ácido poliglicólico, es un polímero termoplástico biodegradable y el poliéster alifático lineal más simple. Se puede preparar a partir de ácido glicólico mediante policondensación o polimerización de anillo abierto.
El PGA es conocido desde 1954 como un polímero resistente que forma fibras. Actualmente el poliglicolido y sus copolímeros poli (ácido láctico-co-glicólico) con ácido láctico, poli(glicolido-co-caprolactona) con ε-caprolactona y poli(glicolido-co-trimetileno-carbonato) con carbonato de trimetileno) son ampliamente utilizados como material para la síntesis de suturas absorbibles y están siendo evaluados en el campo biomédico.
Indice de Contenido
¿Qué es el ácido poliglicólico?
El ácido poliglicólico es un polímero termoplástico biodegradable y el más simple poliéster lineal alifático, que puede prepararse a partir del ácido glicólico mediante policondensación o polimerización por apertura de anillos, útil en la fabricación de suturas disolubles.
Fórmula química y estructura del ácido poliglicólico
Propiedades de poli (ácido glicólico) – Poli (ácido glicólico)
Descripción:
Propiedades químicas
- Número CAS 26009-03-0
- ChEBI 53492
- Densidad 1,53 g/cm³
Nombre IUPAC Poly [buey (1-oxo-1,2-etanodiilo) ].
Punto de fusión 225-230 °C
Masa molar 58.04 g/mol
- Peso molecular
- 58.0358
Fórmula molecular (C2H2O2)n
Solubilidad Soluble en Hexafluoroisopropanol (HFIP) y Hexafluoroacetona sesquihidrato
¿Cómo y dónde se produce el ácido poliglicólico?
El ácido poliglicólico (PGA), un poliéster alifático biodegradable, sólo se ha producido en pequeñas cantidades como un producto extremadamente caro y de alto valor añadido porque no ha existido ninguna tecnología que permita una producción en serie barata. El PGA es una nueva resina biodegradable que ofrece una alta resistencia mecánica y un alto rendimiento de barrera de gas.
Para producir en masa PGA de alto peso molecular a escala industrial, Kureha Corporation ha desarrollado un proceso para obtener grandes rendimientos del glicolido intermedio (GL) con altos niveles de pureza. Utilizando el GL obtenido, desarrollamos un método para polimerizar PGA de alto peso molecular de forma continua.
Actualmente se encuentra en funcionamiento una planta de producción comercial. Debido a que el PGA de alto peso molecular puede ser producido a un costo más bajo que antes, también hemos desarrollado varias aplicaciones que utilizan sus características. El uso de PGA en la exploración de gas de esquisto y petróleo es de interés porque PGA puede suministrar materiales ultra fuertes y biodegradables.
El poliglicólico tiene una temperatura de transición vítrea entre 35 y 40 °C y su punto de fusión se encuentra en el rango de 225-230 °C. La solubilidad de este poliéster es algo inusual, ya que su forma de alto peso molecular es insoluble en casi todos los disolventes orgánicos comunes (acetona, diclorometano, cloroformo, acetato de etilo, tetrahidrofurano), mientras que los oligómeros de bajo peso molecular difieren suficientemente en sus propiedades físicas para ser más solubles.
Sin embargo, el poliglicólico es soluble en disolventes altamente fluorados como el hexafluoroisopropanol (HFIP) y el sesquihidrato de hexafluoroacetona, que pueden utilizarse para preparar soluciones del polímero de alto MW para el hilado de la masa fundida y la preparación de la película. Las fibras de PGA exhiben una alta resistencia y módulo (7 GPa) y son particularmente rígidas.
El poliglicólico se puede obtener a través de varios procesos, comenzando con diferentes materiales:
- policondensación de ácido glicólico
- polimerización de apertura de anillo de glicolido
- policondensación de halogenoacetatos en estado sólido
La policondensación de ácido glicólico es el proceso más simple disponible para preparar PGA, pero no es el más eficiente porque produce un producto de bajo peso molecular. En resumen, el procedimiento es el siguiente: el ácido glicólico se calienta a presión atmosférica y se mantiene una temperatura de unos 175-185 °C hasta que el agua deja de destilar. Posteriormente, la presión se reduce a 150 mm Hg, manteniendo la temperatura inalterada durante unas dos horas y se obtiene el poliglicolido de bajo MW.
La síntesis más común utilizada para producir una forma de alto peso molecular del polímero es la polimerización de apertura anular del «glicolido«, el diéster cíclico del ácido glicólico. El glicolido puede prepararse calentándolo a baja presión y a baja presión, recogiendo el diéster mediante destilación.
La polimerización del glicolido por apertura del anillo puede ser catalizada usando diferentes catalizadores, incluyendo compuestos de antimonio, como el trióxido de antimonio o trihaluros de antimonio, compuestos de zinc (lactato de zinc) y compuestos de estaño como el octoato estanoso (estaño(II) 2-etilhexanoato) o los alcóxidos de estaño.
El octoato estanoso es el iniciador más utilizado, ya que está aprobado por la FDA como estabilizador de alimentos. También se ha revelado el uso de otros catalizadores, entre ellos el isopropóxido de aluminio, el acetilacetonato de calcio y varios alcóxidos de lantánidos (por ejemplo, el isopropóxido de itrio) Se describe brevemente el procedimiento seguido para la polimerización de apertura anular: se añade una cantidad catalítica de iniciador al glicolato bajo una atmósfera de nitrógeno a una temperatura de 195 °C. Se deja que la reacción continúe durante unas dos horas y se eleva la temperatura a 230 °C durante aproximadamente media hora. Después de la solidificación se recoge el polímero resultante de alto MW
Otro procedimiento consiste en la policondensación en estado sólido inducida térmicamente de los halogenoacetatos con la fórmula general X–CH2COO-M+ (donde M es un metal monovalente como el sodio y X es un halógeno como el cloro), resultando en la producción de poliglicólico y pequeños cristales de una sal.
La policondensación se realiza calentando un halogenoacetato, como el cloroacetato de sodio, a una temperatura comprendida entre 160 y 180 °C, pasando nitrógeno continuamente a través del recipiente de reacción. Durante la reacción se forma poliglicolido junto con cloruro de sodio que precipita dentro de la matriz polimérica; la sal puede ser convenientemente removida lavando el producto de la reacción con agua.
El PGA también puede obtenerse reaccionando monóxido de carbono, formaldehído o uno de sus compuestos relacionados como paraformaldehído o trioxano, en presencia de un catalizador ácido. En una atmósfera de monóxido de carbono se carga una autoclave con el catalizador (ácido clorosulfónico), diclorometano y trioxano, luego se carga con monóxido de carbono hasta que se alcanza una presión específica; la reacción se agita y se deja actuar a una temperatura de unos 180 °C durante dos horas. Una vez terminado, el monóxido de carbono no reaccionado se descarga y se recoge una mezcla de poliglicolico de bajo y alto MW.
Función del ácido poliglicólico
El poliglicólico se caracteriza por la inestabilidad hidrolítica debido a la presencia de la unión del éster en su columna vertebral. El proceso de degradación es erosivo y parece tener lugar en dos etapas durante las cuales el polímero se convierte de nuevo en ácido glicólico monómero: primero el agua se difunde en las regiones amorfas (no cristalinas) de la matriz del polímero, rompiendo los enlaces de los ésteres; el segundo paso comienza después de que las regiones amorfas se han erosionado, dejando la porción cristalina del polímero susceptible al ataque hidrolítico. Al colapsar las regiones cristalinas, la cadena de polímeros se disuelve.
Cuando se expone a condiciones fisiológicas, el poliglicólico se degrada por hidrólisis aleatoria, y aparentemente también se descompone por ciertas enzimas, especialmente aquellas con actividad de la esterasa. El producto de degradación, el ácido glicólico, no es tóxico y puede entrar en el ciclo del ácido tricarboxílico, tras el cual se excreta en forma de agua y dióxido de carbono. Una parte del ácido glicólico también es excretado por la orina.
Los estudios realizados con suturas hechas con poliglicolicos han demostrado que el material pierde la mitad de su resistencia después de dos semanas y el 100% después de cuatro semanas. El polímero es completamente reabsorbido por el organismo en un período de tiempo de cuatro a seis meses. La degradación es más rápida in vivo que in vitro, fenómeno que se cree que se debe a la actividad enzimática celular.
¿Para qué sirve el ácido poliglicólico?
El ácido poliglicólico tienen un gran potencial y es ampliamente utilizados en aplicaciones biomédicas debido a su biodegradabilidad y biocompatibilidad. Los polímeros biodegradables contienen grupos funcionales hidrolíticamente inestables (como ésteres, anhídridos, etc.) en su columna vertebral.
Estos grupos funcionales hidrolíticamente inestables pueden ser hidrolizados o consumidos por microorganismos, y la degradabilidad ocurre. Los polímeros biodegradables pueden utilizarse eficazmente en diversas aplicaciones biomédicas, como la administración de fármacos, la odontología, la ortopedia y la ingeniería de tejidos.
Usos frecuentes del ácido poliglicólico
Algunos usos frecuentes son las suturas hechas de ácido poliglicólico, estas suturas son absorbibles y son degradadas por el cuerpo con el tiempo. Sin embargo, se conoce desde 1954, el PGA ha encontrado poco uso debido a su sensibilidad al hidrólisis en comparación con otros polímeros sintéticos.
Aunque, en 1962 este polímero se utilizó para desarrollar la primera sutura sintética absorbible que fue comercializada bajo el nombre comercial de Dexon, por la filial Davis & Geck de la American Cyanamid Corporation. Después de su recubrimiento con Polycaprolactone y estearato de calcio se vende bajo la marca Assucryl.
La sutura PGA está clasificada como un multifilamento sintético, absorbible y trenzado. Está recubierto con N-laurina y L-lisina, lo que hace que el hilo sea extremadamente liso, suave y seguro para anudar. También está recubierto con estearato de magnesio y finalmente esterilizado con gas de óxido de etileno. Se degrada naturalmente en el cuerpo por hidrólisis y se absorbe como monómeros solubles en agua, completados entre 60 y 90 días.
Los pacientes ancianos, anémicos y desnutridos pueden absorber la sutura más rápidamente. Su color es violeta o sin teñir y se vende en los tamaños USP 6-0 (1 métrica) a USP 2 (5 métricas). Tiene las ventajas de una alta resistencia inicial a la tracción, un paso suave a través de los tejidos, un fácil manejo, una excelente capacidad de anudado y un atado seguro de los nudos. Se utiliza comúnmente para suturas subcutáneas, cierres intracutáneos, cirugías abdominales y torácicas.
En medicina
El ácido poliglicólico (PGA) es un material deseado por los médicos debido a su excelente comportamiento de degradación. Sin embargo, se ha estudiado una investigación limitada basada en polímeros de PGA en aplicaciones biomédicas debido a la insolubilidad de PGA en la mayoría de los solventes y la rápida degradación de PGA.
El papel tradicional de la PGA como material de sutura biodegradable ha llevado a su evaluación en otros campos biomédicos. Se han producido dispositivos médicos implantables con PGA, incluyendo anillos de anastomosis, alfileres, varillas, placas y tornillos. También se ha explorado para la ingeniería de tejidos o la administración controlada de fármacos. Los andamios de ingeniería de tejidos fabricados con poliglicólico se han fabricado siguiendo diferentes enfoques, pero en general la mayoría de ellos se obtienen mediante tecnologías textiles en forma de mallas no tejidas.
El uso de suturas de ácido poliglicólico fue evaluado en 126 operaciones realizadas en 118 pacientes no seleccionados. El material parece compararse favorablemente con otras suturas con respecto al manejo, resistencia a la tracción, seguridad del nudo, falta de toxicidad y reacción mínima del tejido.
La PGA no interfirió con la cicatrización de heridas, y el material fue bien tolerado tanto en operaciones limpias como contaminadas, incluyendo treinta y cinco operaciones en las que se utilizó PGA piel con piel. Creemos que el PGA es el primer material de sutura absorbible sintético practicable. Se trata de una fibra polimérica no proteínica que se absorbe de forma predecible y se acerca a los requisitos de un material de sutura «universal».
En la industria
Kureha Chemical Industries ha comercializado poliglicólico de alto peso molecular para aplicaciones de envasado de alimentos bajo el nombre comercial de Kuredux. La producción se realiza en Belle, West Virginia, con una capacidad prevista de 4000 toneladas métricas anuales. Sus atributos como material de barrera son el resultado de su alto grado de cristalización, la base de un mecanismo de camino tortuoso para una baja permeabilidad.
En la cocina
Se prevé que la versión de alto peso molecular se utilizará como capa intermedia entre capas de politereftalato de etileno para proporcionar una mejor protección de barrera para los alimentos perecederos, incluidas las bebidas carbonatadas y los alimentos que pierden frescura en caso de exposición prolongada al aire.
Las botellas de plástico más delgadas que aún conservan las propiedades de barrera deseables también pueden ser habilitadas por esta tecnología de entrecapa de poliglicolido. Una versión de bajo peso molecular (aproximadamente 600 amu) está disponible en The Chemours Company y se dice que es útil en aplicaciones de petróleo y gas.
Ejemplos de ácido poliglicólico
Los ejemplos comunes de polímeros alifáticos biodegradables son el ácido poliglicólico (PGA), el butirato de polihidroxi (PHB), los butiratos de polihidroxi-co-beta, el valerato de hidroxilo (PHBV), la policaprolactona (pcl) y el nylon-2-nylon-6.