Biopolímeros naturales para tejidos biodegradables

Los biopolímeros naturales son materiales económicos y degradables producidos por monómeros de organismos vivos. Las unidades monoméricas están unidas covalentemente para formar estructuras poliméricas más grandes.

Estos compuestos, que representan alrededor del 75% de todo el material orgánico de la tierra, se encuentran principalmente en forma de polisacáridos. Los organismos vivos los utilizan como almacenamiento de alimentos o material estructural. Se componen principalmente de materiales estructurales, como celulosa y lignina. También de material de reserva, como almidón u obtenido de biomasa vegetal entre otros.
Todos estos ingredientes, además del glucógeno, se pueden utilizar para producir tejidos y otros productos útiles innovadores. Se extraen por plantas o alternativamente por biosíntesis de monómeros, recuperados de fuentes naturales.

Nanofibrillas con biopolímeros naturales

Quitina caracteristicas

La quitina es uno de los materiales naturales más utilizados para fabricar fibras poliméricas y tejidos diseñados. Es un polímero compuesto por unidades lineales de N-acetil-glucosamina enlazadas con Beta- (1,4). Lo que resulta en largas cadenas poliméricas antiparalelas que forman nanofibras. Durante su síntesis, los polímeros de quitina se templan entre sí para formar fibras de alta resistencia a la tracción. Las fibras, ordenadas en una estructura laminada, se refuerzan con frecuencia mediante reticulación con proteínas, minerales y ceras. 

El quitosano es el derivado desacetilado de la quitina.Las nanopartículas a base de quitina y quitosano tienen un alto poder de unión con los metales. Ambos polímeros son capaces de potenciar la actividad de inmunización y la capacidad de cicatrización de heridas de la piel. Además presentan propiedades de biocompatibilidad, biodegradabilidad y adsorción considerablemente superiores a las de la celulosa modificada sintéticamente.

Por estas razones, se seleccionaron nanofibrillas de quitina (NC) para fabricar tejidos para producir máscaras faciales biodegradables. De hecho, se demostró que no solo poseen una buena actividad antiinflamatoria por su dimensión nanométrica, sino que también se catabolizan más fácilmente porque son más ricos en unidades acetiladas en comparación con el quitosano.

Lignina caracteristicas

La lignina está presente en cantidades significativas en los árboles y representa del 15 al 25% de la biomasa herbácea, siendo un material natural y renovable. Es una macromolécula poliaromática con una producción mundial reportada de alrededor de 100 millones de toneladas por año. Obtenida como un subproducto

de la celulosa en el procesamiento de pulpa y papel.
La lignina se une covalentemente a ciertos polisacáridos en las paredes celulares de las plantas para formar los llamados complejos lignina-carbohidrato. Así tiene un papel estructural y defensivo fundamental frente a las agresiones de los patógenos. 

Es posible producir fácilmente nanopartículas de lignina (nanolignina) gracias a su estructura peculiar. Su parte hidrófoba se agrega para formar el núcleo de la micela en la solución acuosa. Mientras que su parte hidrófila forma la capa de la micela.  

Las nanopartículas de lignina se presentan como alternativas prometedoras para producir compuestos poliméricos funcionales, caracterizados por su protección contra los rayos UV. También con propiedades antioxidantes debido a los grupos hidroxilo fenólicos. Ofrece propiedades únicas para el aumento de la superficie y ha mostrado diferentes actividades biológicas debido a la presencia de compuestos fenólicos en su estructura. Además, al ser biocompatible con las células humanas, también se considera seguro, respetuoso con la piel y con el medio ambiente en su nanoforma.
La nanolignina y sus complejos promueven el crecimiento celular y la reparación de la piel, apoyando la matriz extracelular natural (MEC) sin liberar ingredientes tóxicos secundarios.

Bio nanocompuestos

Para producir tejidos biodegradables es necesario fabricar nanocompuestos biopolímeros naturales. Un nanocompuesto es un sistema que se forma por la combinación de dos componentes, un refuerzo (o relleno) y una matriz, que actuando al unísono y conservando sus características individuales, exhiben mejores propiedades de ingeniería.
Las nanofibrillas de quitina se pueden utilizar como refuerzo de bionanocompuestos basados en biopolímeros, pero también se pueden utilizar para producir fibras nanoestructuradas mediante electrohilado. Los tejidos pueden crearse mediante esta tecnología utilizando un gel de polisacáridos naturales mezclados con partículas nanoestructuradas de quitina nanofibrillas-lignina (CN-LG). Estas se se utilizan como relleno y como agentes activos.  Mezclando dos o más biopolímeros, como nanolignina y nanoquitina complejados y unidos a ingredientes activos, se producen tejidos hechos de nanofibras activadas que imparten efectividad y seguridad a la piel.

Por su pequeño tamaño, estas nanofibras pueden aplicarse a la piel por tejidos diseñados como sistemas específicos de difusión controlada. Pueden liberar los principios activos e interactuar con las biomoléculas presentes en la superficie y dentro de las células.

A través de la tecnología, parece posible crear nueva categoría de cosmecéuticos, diseñados como tejidos biodegradables y capaces de restaurar y regenerar la estructura y función de la piel envejecida, fotoenvejecida o enferma. La integración de la tecnología con las peticiones de los consumidores de cosméticos eficaces y ecológicos libres de efectos secundarios, podría representar una auténtica innovación de futuro.