Poli(etilenglicol) (PEG)
Termoplàsticos > ► Polièteres > ► Polièteres alifáticos
Poli(etilenglicol) (PEG)
El poli(etilenglicol) (PEG), también conocido como poli (óxido de etileno) (PEO) con pesos moleculares superiores a 20.000 g/mol, es un polímero basado en –CH2-CH2-O– unidades repetidas. Dependiendo del peso molecular, se presenta como un líquido viscoso o un sólido semicristalino (área de fusión aproximadamente 60°C, transición vítrea aproximadamente -60°C, ver más abajo) poliéter altamente flexible y soluble en agua. Presenta una inmunogenicidad, antigenicidad y toxicidad muy bajas y, por lo tanto, se usa ampliamente en aplicaciones de medicina, farmacia, cosmética y alimentos.
Historia
La primera síntesis de PEG se remonta a 1859, cuando Wurtz informó de la polimerización de EO en presencia de agua, etilenglicol y ácido acético. En 1929, Staudinger utilizó alúmina activada y, posteriormente, óxidos de calcio, estroncio o zinc como catalizadores para obtener polímeros de muy alto peso molecular. de PEG siguió durante la década de 1930 a través de la catálisis básica y la iniciación con alcoholatos. A finales de la década de 1970, informaron sobre trabajos pioneros para la conjugación covalente de PEG, que mejoró las propiedades farmacocinéticas de un medicamentos basados en proteínas y péptidos. Estos trabajos allanaron el camino para la historia de éxito de PEG; En la actualidad, existen varios medicamentos PEG filados aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) en las clínicas. Además, los PEG multifuncionales (mf-PEG), que se informaron por primera vez a mediados de la década de 1990, abren enormes posibilidades para futuros desarrollos en esta área, pero también muchas más aplicaciones.
Propiedades
Las características físicas del PEG dependen en gran medida de su peso molecular. Los PEG con pesos moleculares inferiores a 400 g/mol son líquidos no volátiles, mientras que el PEG 600 presenta un área de fusión entre 17°C y 22°C, lo que da como resultado un líquido a temperatura ambiente y una textura pastosa a bajas temperaturas. Los PEG con pesos moleculares superiores a 2000 g/mol son sustancias sólidas como flóculos o polvos. La rigidez y el punto de fusión (Tm) aumentan con el peso molecular hasta que la Tm constituye un valor constante de 60°C para pesos moleculares más altos. Por lo tanto, la mezcla física de PEG con diferentes pesos moleculares permite el ajuste de la Tm, por ejemplo, en un rango fisiológico interesante. Del mismo modo que el punto de fusión aumenta con el aumento del peso molecular, también aumenta el grado de cristalinidad. La tendencia a formar fases cristalinas con el aumento de la longitud de la cadena se debe a la menor movilidad segmentaria y la alineación geométrica más conveniente. La temperatura de transición vítrea (Tg) de PEG exhibe como -57°C. A pesar del alto grado de cristalinidad, una propiedad muy interesante y única del PEG es su excelente solubilidad en agua. Los PEG de bajo peso molecular son solubles en agua en cualquier concentración, mientras que la solubilidad disminuye al aumentar el peso molecular. Sin embargo, se puede obtener una solución homogénea al 50% de PEG con Mn = 35.000 g/mol a temperatura ambiente. Esta propiedad es intrigante ya que todos los demás poliéteres alifáticos, excepto el poli(vinilmetiléter), son completamente insolubles en agua. La sobresaliente solubilidad en agua se atribuyó a la distancia entre los átomos de oxígeno repetidos en la cadena del polímero, que concuerda con la distancia del oxígeno en Agua líquida. Esto permite la formación de una red expandida de enlaces de hidrógeno entre la cadena de PEG y las moléculas de agua, lo que se demostró mediante trabajos teóricos y simulaciones moleculares. El PEG es un polímero termorresistente y su solubilidad en agua se reduce al aumentar la temperatura. Solo por debajo de la temperatura de solución crítica más baja (LCST), que es de alrededor de 100°C para el PEG, la superficie hidrófila del polímero puede formar la capa de hidrato descrita y la cadena del polímero se estira. Por encima de la temperatura crítica de desmezcla (temperatura del punto de enturbiamiento), el polímero es insoluble y precipita. La segunda propiedad muy importante del PEG es la toxicidad notablemente baja, tanto en la toxicidad aguda como crónica por absorción oral o intravenosa. La Organización Mundial de la Salud (OMS) asignó la ingesta diaria aceptable estimada de hasta 10 mg/kg. La absorción de PEG en el tracto gastrointestinal disminuye con el aumento del peso molecular. Los estudios en animales han demostrado que el PEG 5000 no se absorbe en el intestino durante 5 h, mientras que el 2% de PEG 2000 se absorbe. Después de una exposición aguda oral y dérmica, el PEG es prácticamente no tóxico, con valores de LD50 en animales superiores a 2 g/kg y 10 g/kg, respectivamente. Sin embargo, el PEG tiene un efecto laxante y se usa como laxante, principalmente en Estados Unidos. Además de la toxicidad muy baja, el PEG no es inmunogénico ni antigénico. Sin embargo, estudios recientes revelan que la eficacia de los fármacos PEGilados se puede reducir con el tiempo, ya que se pueden generar anticuerpos contra PEG in vivo.
Aplicaciones
La excelente solubilidad en agua del PEG lo hace muy interesante como agente tensioactivo no iónico (es decir, tensioactivo). En estos tensioactivos no iónicos, la cadena de PEG está unida a bloques lipofílicos, como residuos de alquilo de cadena larga (ácidos grasos o alcoholes grasos [ca. C12-C16]), mediante enlaces éter o éster. Los tensioactivos no iónicos más importantes son PEG - monoalquil éteres, PEG - monoalquilfenil éteres (alquilfenolettoxilatos), PEG - ésteres de ácidos grasos, PEG - ésteres de ácidos grasos de glicerilo, PEG - ésteres de ácidos grasos de sorbitán y poloxámeros, que son copolímeros en bloque de poli (propileno)óxido) (PPO) y PEG. La longitud de la cadena de los bloques hidrófilos e hidrófobos presenta una fuerte influencia sobre las propiedades del tensioactivo y permite el ajuste de las propiedades. Estos tensioactivos basados en PEG son de gran importancia en cosmética. Especialmente, en productos para el cuidado de la piel, los tensioactivos se emplean para obtener una mezcla estable de agua y grasas, por ejemplo, para una crema enriquecida con lípidos. Además, estos tensioactivos se pueden encontrar en gel de ducha o jabón para eliminar las partículas de suciedad. Los copolímeros de PEG y siliconas se aplican en productos para el cuidado del cabello y mejoran la peinabilidad y el alisado del cabello. El PEG sin modificar, especialmente con un peso molecular relativamente bajo (Mn = ~ 500 g/mol), se usa como solvente biocompatible o humectantes en cremas. Los PEG de mayor peso molecular (Mn> 2000 g/mol) permiten el ajuste de la viscosidad y la estabilización de las emulsiones. Además, estos tensioactivos se pueden encontrar en alimentos para estabilizar emulsiones de agua en aceite como mantequilla y mayonesa, o emulsiones de aceite en agua como la leche y la nata y ayudan a solubilizar el polvo instantáneo. A finales de la década de 1970, Abuchowski y sus colaboradores introdujeron el concepto de conjugación de proteína covalente a PEG (PEG hilación, realizada típicamente por metoxi-PEG [mPEG] que lleva un solo grupo terminal reactivo a proteínas). Desde entonces, algunos conjugados han sido aprobado por la FDA y utilizado como terapéutico. Los fármacos PEG hilados aumentan la vida media de las proteínas ya que reducen el aclaramiento renal y aumentan el tiempo de circulación sanguínea debido al blindaje estérico contra la degradación. Además, se sabe que exhiben el llamado efecto sigiloso, es decir, evitan la fagocitosis y la eliminación del torrente sanguíneo. Exhiben bajas tasas de opsonización y reducen las respuestas inmunológicas a las proteínas por la alteración de la unión de anticuerpos o la descomposición de la biomolécula por enzimas. Los mismos beneficios del PEG también se utilizan en formulaciones liposomales, que se estabilizan por PEGilación para generar los llamados liposomas furtivos. Todos estos factores conducen a una dosificación menos frecuente debido al aumento de la semivida plasmática de los conjugados polímero-fármaco y, por lo tanto, a una mejora para los pacientes. Actualmente, hay en el mercado 10 conjugados PEG-proteína aprobados por la FDA y un conjugado PEG-aptámero para diferentes enfermedades, y varios más en investigación actual Otro campo interesante para el uso de PEG son las baterías de iones de litio: las propiedades de conductividad iónica de Los PEG fueron descritos por primera vez por Fenton et al. en 1973. Los átomos de oxígeno a lo largo de la columna vertebral pueden interactuar con los iones de Li y, por lo tanto, se utilizan como electrolitos sólidos. El almacenamiento eficiente de energía eléctrica es un aspecto crucial para las tecnologías futuras, especialmente con respecto a las fuentes de energía renovables y el desafío conectado del almacenamiento de energía. Por lo tanto, los dispositivos de almacenamiento de energía seguros, rápidos, robustos y efectivos son un requisito esencial para los acumuladores modernos. Las baterías de iones de litio son un ejemplo muy destacado de almacenamiento de energía eficaz; sin embargo, los electrolitos aplicados son disolventes orgánicos apróticos, que son inflamables y pueden presentar fugas y una vida útil corta. Un avance de estos electrolitos líquidos es el uso de un polímero a prueba de fugas y resistente al fuego, por ejemplo, PEG y sus derivados. Los segmentos de PEG actúan como ligandos multivalentes para promover la conductividad iónica (similar a los éteres corona que actúan como cationes metálicos de unión) ya que permiten la migración de iones Litio entre ambos electrodos. Sin embargo, hasta la fecha, las conductividades de iones de litio obtenidas no pueden mantenerse al día con los electrolitos líquidos, ya que la cristalización de PEG dificulta el movimiento de los iones. Recientemente, se han investigado las conductividades de iones de litio del PEG ramificado para superar la alta cristalinidad. Por el momento, se aplica un compromiso cuando el electrolito líquido está incrustado en una matriz polimérica hinchada, al menos reduciendo el riesgo de fugas. Además , PEG se puede encontrar en textiles, cerámicas, lubricantes, trabajo de metales, uretanos, productos químicos de caucho y electrónicos y es el jugador clave entre los poliéteres alifáticos. También se aplica en resinas TentaGel, donde se injertan cadenas de PEG.