Diseño de hidrogeles supramoleculares constituidos por pequeños péptidos: estudio de autoensamblaje y aplicaciones

Abstract

Los geles supramoleculares basados en péptidos han sido un área de interés en muchos campos de investigación ya que son materiales funcionales biocompatibles y biodegradables, útiles para la creación de nuevos sistemas terapéuticos en nanomedicina. Además, ayudan a comprender los procesos involucrados en el ensamblaje de nanoestructuras permitiendo el diseño y síntesis de estructuras mas complejas. La presente Tesis Doctoral titulada Diseño de hidrogeles supramoleculares constituidos por pequeños péptidos: estudio de autoensamblaje y aplicaciones, se encuentra dividida en una Introducción General y cinco capítulos claramente diferenciados. En la Introducción General se expone una breve explicación sobre la clasificación de los distintos tipos de geles, centrándonos en los geles supramoleculares, sobre todo en los basados en péptidos. Además, se explica por qué son interesantes este tipo de materiales, los métodos para formarlos, cómo se organizan y las aplicaciones más importantes con algunos ejemplos representativos. El objetivo de esta introducción es poner en contexto los capítulos que se irán desarrollando a lo largo de la memoria. Por su parte, los capítulos I, II, III y IV se centran en un tipo de estudio o en el desarrollo de una aplicación diferente para estos hidrogeles supramoleculares péptidicos, ordenando la información en cada capítulo con una estructura común: una introducción para poner en contexto el tema de estudio del capítulo, unos objetivos concretos, los resultados y discusión donde se muestra el trabajo realizado y se compara con los datos ya conocidos o previamente presentados en esta misma memoria, y finalmente, las conclusiones obtenidas de dicho estudio. El capítulo V, por su parte, expone brevemente otros trabajos en los que se ha colaborado. El Capítulo I se centra en presentar los conceptos de autoensamblaje y coensamblaje que tienen lugar en la formación de los hidrogeles supramoleculares y en el estudio de estos procesos mediante el el uso de técnicas novedosas. En los capítulos II, III y IV se muestran aplicaciones diferentes para este tipo de hidrogeles. Concretando, en el Capítulo II se presenta un nuevo hidrogel magnético supramolecular con mejores propiedades de inyectabilidad y resistencia mecánica para posibles aplicaciones en la ingeniería de tejidos. En este capítulo se hace una introducción sobre los sistemas inyectables basados en péptidos, centrándonos en las ventajas y características únicas que poseen los péptidos para el empleo como sistemas inyectables. En el Capítulo III, en cambio, se plantea un nuevo material híbrido orgánico/inorgánico que reproduce de forma más similar la biogénesis ósea natural, en la que se produce de manera simultánea el autoensamblaje de las fibrillas de colágeno y la mineralización. El sistema resultante permite ampliar nuestro conocimiento sobre la biomineralización ósea que es de gran importancia para mejorar el tratamiento médico y propiciar el desarrollo de materiales sintéticos que sean capaces de remplazar el tejido óseo dañado. Mientras tanto, el Capítulo IV se centra en el desarrollo de un nuevo sistema híbrido combinando las ventajas que presentan los hidrogeles supramoleculares péptidicos con los materiales de carbono para el estudio del efecto CISS con el objetivo de crear un sistema con posibles aplicaciones en el área de la espintrónica. Por otra parte, el Capítulo V es un compendio de resultados obtenidos en colaboración con otros grupos de investigación que no están englobados en el eje central de la tesis doctoral. Finalmente se aporta un anexo en el que se recoge un listado de publicaciones que muestran los resultados, propios y en colaboración, obtenidos durante el periodo predoctoral y una bibliografía general donde se reúne las referencias utilizadas para el desarrollo de esta memoria.

Peptide-based supramolecular gels have been an area of interest in many fields of research as they are inherently biocompatible and biodegradable functional materials useful for the creation of new therapeutic paradigms in nanomedicine. In addition, they allow the understanding of the pathways involved in the self-assembly of nanostructures and provide information on their more complex structural equivalents. This Doctoral Thesis entitled Design of supramolecular hydrogels made up of small peptides: self-assembly study and applications is divided into a General Introduction and five clearly differentiated chapters. In the General Introduction, a brief explanation is given on the classification of the different types of gels, focusing on supramolecular gels, especially those based on peptides. In addition, it explains why these types of materials are interesting, the methods to form them, how they are organized and the most important applications with some representative examples. The objective of this introduction is to put in context the chapters that will be developed throughout the report. For their part, Chapters I, II, III and IVare focused on a different type of study or application of the peptide supramolecular hydrogels. The contents of the chapters have the following structure: an introduction, that describes the context of the study; some specific Objectives; results and discussion, where the work carried out is shown and compared with the already known data or previously presented in this same report, and finally, conclusions obtained from the study. Chapter V, for its part, briefly exposes other works in which it has collaborated. Chapter I focuses on the concepts of self-assembly and co-assembly that take place in the formation of supramolecular hydrogels and details the use of novel techniques used for the study of these processes. Chapter II, III and IV show different applications for this type of hydrogels. Specifically, Chapter II presents a a new magnetic supramolecular hydrogel with better properties of injectability and mechanical resistance for possible applications in tissue engineering. This chapter introduces peptide-based injectable systems, focusing on the unique features and advantages of peptides for use as injectable systems. In Chapter III a new hybrid organic/inorganic material is proposed that similarly reproduces natural bone biogenesis, in which self-assembly of collagen fibrils and mineralization occur at the same time. The resulting system allows us to broaden our knowledge about bone biomineralization, which is essential to improve medical treatment and promote the development of synthetic materials that can replace damaged bone tissue. Chapter IV focuses on the development of a new hybrid system combining the advantages presented by peptide supramolecular hydrogels with carbon materials for the study of the CISS effect with the aim of creating a system with possible applications in the area of the spintronics. On the other hand,Chapter VI is a compendium of the results obtained in collaboration with other research groups that are not included in the central theme of the doctoral thesis. Finally, an annex is provided showing the list of publications obtained during the predoctoral period alongside a general bibliography that gathers the references used in the development of this memory.