EXTRACCION DE QUITOSANO Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA Y COSMETICA (articulo 4)

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EXTRACCION DE QUITOSANO Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA Y COSMETICA. Armenta López Ebodio, Campillo Díaz Norely, Cisneros Becerra Yoshkar, García Rentería Jorge, Hernández Huizar Montse, Márquez Maldonado Ramón, Mendoza Rodríguez Armando, Rodríguez Rúelas Claudia 1 RESUMEN. El quitosano es un polisacárido lineal compuesto de cadenas distribuidas aleatoriamente de β-(1-4) D-glucosamina (unidades deacetiladas) y N-acetil-D-glucosamina (unidad acetilatada). El quitosano se produce comercialmente mediante la desacetilación de la quitina, que es un elemento estructural en el exoesqueleto de los crustáceos (cangrejos, gambas, langostas, etc.) El grupo amino en el quitosano tiene un valor pKa que ronda los 6,5 razón por la cual él posee una ligera carga positiva y es soluble en medios ácidos o en soluciones neutras con dependencia de la carga del pH y del valor DA. En otras palabras, es un bioadhesivo y puede ligarse negativamente a las superficies cargadas negativamente tales como las membranas mucosas. Debido a esta propiedad física, permite el transporte de principios activos polares a través de las superficies epiteliales, siendo además biocompatible y biodegradable. Las cualidades de 1 Alumnos de la carrera Ingeniería Bioquímica 8vo semestre. Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica. Instituto Tecnológico de Mazatlán.

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EXTRACCION DE QUITOSANO Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA Y COSMETICA.

Armenta López Ebodio, Campillo Díaz Norely, Cisneros Becerra Yoshkar, García Rentería Jorge, Hernández Huizar Montse, Márquez Maldonado Ramón, Mendoza Rodríguez Armando,

Rodríguez Rúelas Claudia1

RESUMEN.

El quitosano es un polisacárido lineal compuesto de cadenas distribuidas

aleatoriamente de β-(1-4) D-glucosamina (unidades deacetiladas) y N-acetil-D-

glucosamina (unidad acetilatada).

El quitosano se produce comercialmente mediante la desacetilación de la

quitina, que es un elemento estructural en el exoesqueleto de los crustáceos

(cangrejos, gambas, langostas, etc.)

El grupo amino en el quitosano tiene un valor pKa que ronda los 6,5 razón por

la cual él posee una ligera carga positiva y es soluble en medios ácidos o en

soluciones neutras con dependencia de la carga del pH y del valor DA. En otras

palabras, es un bioadhesivo y puede ligarse negativamente a las superficies

cargadas negativamente tales como las membranas mucosas. Debido a esta

propiedad física, permite el transporte de principios activos polares a través de

las superficies epiteliales, siendo además biocompatible y biodegradable. Las

cualidades de purificación de los quitosanos están disponibles en aplicaciones

biomédicas.

El quitosano y sus derivados, como el trimetilquitosano (compuesto en el que el

grupo amino ha sido trimetilado), han sido empleados en el transporte de genes

no víricos. El trimetilquitosano o, incluso, el quitosano cuaternizado se han

mostrado capaces de hacer transfección de las células malignas del cancer de

pecho.

INTRODUCCION.

1 Alumnos de la carrera Ingeniería Bioquímica 8vo semestre. Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica. Instituto Tecnológico de Mazatlán.

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El quitosano es un tipo de fibra procesada químicamente de los caparazones

de los crustáceos. Al igual que otros tipos de fibra como el salvado de avena, el

quitosano no es bien digerido por el cuerpo humano. Conforme pasa a través

del tracto digestivo, parece que tiene la habilidad de pegarse con las grasas

consumidas y sacarlas en las heces. Por esta razón, ha sido probado como un

agente para disminuir el colesterol y reducir el peso.

Además, el quitosano ha sido probado como un tratamiento para la

insuficiencia renal y como una ayuda en la sanación de heridas.

El quitosano se emplea principalmente como una ayuda en el crecimiento de

las plantas, debido a sus propiedades como sustancia que permite promover la

defensa de las plantas contra infecciones provocadas por hongos. Su uso ha

sido aprobado por muchos cultivadores de plantas de interior y exterior. El

principio activo se ha encontrado en los caparazones de los crustáceos, tales

como langostas, cangrejos y gambas, así como en otros organismos con

exoesqueleto. Dado su bajo índice de toxicidad y su abundancia en el medio

ambiente, no es de esperar que dañe al organismo ni a los animales de

compañía, siempre que se emplee de acuerdo con las indicaciones

establecidas. El quitosano ha sido utilizado para la coagulación de caseínas de

leche y producción de quesos de bajo contenido calórico

El quitosano se emplea en la filtración y depurado de aguas, allí donde es

necesario remover partículas en suspensión de un líquido; en combinación con

la bentonita, gelatina, gel de sílice, el isinglass, la cola de pescado u otros

agentes ligantes se emplea en la clarificación del vino y de la cerveza. Añadido

tras el proceso de vertido, mejora la floculación y arrastra las células de

levadura, partículas procedentes de las frutas y otros detritus que disminuyen la

calidad del vino. Puede combinarse con sílice coloidal para el tratamiento y

floculación de vinos blancos debido a que no requiere de taninos ácidos

(encontrados principalmente en los vinos tintos)

DESARROLLO.

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EXTRACCION

Entre los materiales naturales más usados en la actualidad una pareja de

polisacáridos que ha tomado mucho auge por la infinidad de aplicaciones que

ha logrado encontrárseles, y, especialmente, por su poco impacto ambiental, lo

constituye la quitina (considerado a menudo como un derivado de la celulosa

por sus características, pero con ciertas diferencias en su estructura molecular.

La quitina es blanca, dura, inelástica y es la mayor fuente de contaminación

superficial de las áreas cercanas al mar.) Y el quitosano (éste es un polímero

con propiedades tales como biocompatibilidad, biodegradabilidad, toxicidad

nula, etc.) De hecho es el segundo polímero natural (quitosano) más

abundante, sólo superado por la celulosa, por lo que constituye un importante

recurso renovable. Ambos biopolímeros están químicamente emparentados; la

quitina, por su parte, es una poli (β-Nacetil-

glucosamina) (figura 1), la cual, mediante una reacción de desacetilación que

elimine al menos un 50 % de sus grupos acetilo, se convierte en quitosano (poli

(β-N-acetil-glucosamina-co-β glucosamina)). Cuando el grado de desacetilación

alcanza el 100 % el polímero se conoce como quitano. Estos dos biopolímeros

poseen la ventaja de ser conocidos por la naturaleza desde hace millones de

años. En efecto, si hacemos caso de infinidad de hallazgos paleontológicos, es

posible asignarle a la quitina una edad de al menos 570 millones de años, al

haber sido encontrada en el exoesqueleto de artrópodos acuáticos fósiles

conocidos como trilobites, que datan de la era paleozoica.

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Figura 1.- Relación estructural entre la quitina, el quitosano y el quitano

Fig. 2.- Esquema simplificado para la obtención de quitina y quitosano a partir de conchas de crustáceos.

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El quitosano se puede encontrar de forma natural en las paredes celulares de

algunas plantas y hongos (por ejemplo en el Mucor rouxii llega a representar

hasta un tercio de su peso). Sin embargo, la fuente más importante de

quitosano, a nivel industrial, lo constituye la quitina, la cual, mediante un

proceso de desacetilación química o enzimática, ha permitido producirlo a gran

escala. Desde el punto de vista químico, los procesos para obtener la quitina y

el quitosano son relativamente sencillos, aunque el tratamiento con álcali

concentrado a temperaturas relativamente altas implica riesgos importantes

para los operadores de las plantas de producción y hostilidad hacia el

ambiente.

Otra fuente no costosa de quitina son las "plumas de calamar," un producto

secundario del calamar procesado; estas son pequeñas piezas de calamar,

similares al plástico, no comestibles que son extraídas antes de comérselo.

APLICACIONES.

Material cosmético

La industria cosmética es muy exigente en la calidad de sus insumos y

producto terminado, por lo que la tecnología de irradiación se aplica en la

descontaminación de brochas cosméticas elaboradas de fibras finas naturales

de animales.

Es amplia la aplicación de ambos biopolímeros en este campo. Se mencionan

tres de las más conocidas:

• Fabricación de cápsulas para adelgazar, denominadas “atrapagrasas”. Quizás

sea la aplicación más extensamente aprovechada del quitosano (Outfat es solo

una de las marcas más conocidas).

• Aditivo bactericida en jabones, champúes, cremas de afeitar, cremas para la

piel, pasta dental, etc.

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• Agente hidratante para la piel, debido a que sus geles pueden suministrar

agua y evitar la resequedad. Además, el quitosano forma una película que

ayuda a dosificar otros principios activos.

Medicina:

Hoy en día se sabe que la quitina y el quitosano han sido usados desde la

antigüedad para acelerar el sanamiento de heridas. Por ejemplo, los

antepasados de los coreanos usaban la quitina en el tratamiento de abrasiones

(obteniéndola a partir de las plumas del calamar) y los antepasados de los

mexicanos aplicaban quitosano para la aceleración de la cicatrización de

heridas (obteniéndolo de las paredes celulares de algunos hongos). En la

actualidad, entre los usos médicos más sencillos de estos materiales podemos

mencionar:

• Producción de suturas quirúrgicas a partir de quitina.

• Producción de gasas y vendajes tratados con quitosano.

• Cremas bactericidas para el tratamiento de quemaduras.

• Algodón

• Contenedor artificial de sangre

• Control de colesterol

• Inhibidor tumoral

• Membranas, inhibición de placas dentarias

• Cicatrización de heridas

• Piel artificial

• Tratamientos de enfermedades óseas

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• Lentes de contacto

• Membranas de diálisis

• Anticoagulante

• Liberacion de drogas

• Venda para los ojos

• Emulsificante

Dosis Terapéuticas

La dosis convencional de quitosano es de 3 a 6 g por día, para ser consumida

con los alimentos.

El quitosano puede reducir ciertos minerales del cuerpo. Por esta razón,

cuando utilice quitosano, podría ser útil tomar complementos de calcio,

vitamina D, selenio, magnesio y otros minerales.

También, según un estudio preliminar en ratas, tomar vitamina C en

combinación con quitosano podría proporcionar beneficios adicionales en la

reducción del colesterol

Usos Terapéuticos

El quitosano podría hacer difícil para el cuerpo la absorción de grasas. Un

estudio sugiere que el uso de quitosano podría ayudar para la pérdida de peso,

aunque dos estudios más pequeños y más cortos no coincidieron. La diferencia

en el resultado podría estar en el tipo de producto de quitosano utilizado. La

evidencia también es contradictoria en la posibilidad de que el quitosano pueda

disminuir los niveles de colesterol.

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Evidencia poco convincente señala que el quitosano podría ser de ayuda para

la insuficiencia renal. Cuando es utilizado para este propósito, se cree que

funciona al mezclarse con las toxinas en el tracto digestivo y provocar que

éstas sean excretadas.

Estudios en perros han descubierto que el quitosano aplicado tópicamente

puede ayudar a sanar las heridas. Este efecto podría ser debido a la

estimulación del crecimiento de nuevo tejido; además, el quitosano tópico

parece matar bacterias como el Estreptococo, el cual también puede contribuir

a sanar las heridas. El quitosano también podría tener actividad en contra de la

Candida albicans, un tipo de levadura que provoca infecciones vaginales.

Evidencia altamente preliminar sugiere que el quitosano oral podría inhibir el

aumento esperado en la presión arterial después de una comida alta en sales.

También se ha sugerido que el quitosano puede estimular el sistema

inmunológico y prevenir el cáncer, pero no existe evidencia confiable hasta el

momento de que ofrezca estos beneficios.

Estudios en animales sugieren que algunos tipos de quitosano podrían ayudar

a prevenir la pérdida de tejido óseo; sin embargo, ya que el quitosano también

interfiere con la absorción de minerales, el efecto neto en los humanos de

hecho podría incrementar la pérdida ósea.

¿Cuál Es la Evidencia Científica del Quitosano?

Pérdida de Peso

Un estudio doble ciego controlado por placebo de 8 semanas de duración con

59 personas con sobrepeso evaluó los posibles efectos del quitosano en la

pérdida de peso tomando una dosis de 1.5 g antes de cada una de las dos

principales comidas del día. No fueron asignadas dietas especiales. Los

resultados mostraron que, en promedio, los participantes en el grupo con

placebo aumentaron 3 libras de peso durante el estudio, mientras que los que

tomaron quitosano perdieron más de 2 libras.

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En contraste, un estudio doble ciego controlado con placebo de 8 semanas de

duración en 51 mujeres descubrió que el uso del quitosano en una dosis de

1,200 mg dos veces al día falló en provocar cualquier pérdida de peso.

De manera similar, en un estudio doble ciego de 28 días de duración con 30

personas con sobrepeso, el quitosano tomado en una dosis de 1g dos veces al

día no indujo a la pérdida de peso.

Cuando los resultados de pequeños estudios se contradicen uno al otro de esta

manera, esto generalmente indica que los efectos de un tratamiento son

modestos en el mejor de los casos.

Alto Nivel de Colesterol

Según dos de los tres estudios doble ciego controlados con placebo, el

quitosano puede mejorar modestamente el perfil del colesterol.

Un estudio doble ciego de 8 semanas de duración, controlado con placebo en

51 mujeres descubrió que el uso del quitosano en una dosis de 1,200 mg dos

veces al día redujo ligeramente el colesterol ("malo") LDL en comparación con

el placebo, pero no afectó los niveles de colesterol total o ("bueno") HDL. Otro

estudio de 8 semanas, éste involucrando a 84 personas, también descubrió

beneficios modestos.

Sin embargo, un estudio doble ciego controlado con placebo de 4 meses de

duración en 88 personas no descubrió mejorías con 1,000 mg 3 veces al día de

un producto diferente de quitosano.

Como con la pérdida de peso, estos resultados contradictorios sugieren que si

el quitosano en realidad mejora el perfil del colesterol, lo hace sólo en menor

grado.

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Insuficiencia Renal

Las personas con insuficiencia renal experimentan numerosos problemas de

salud, incluyendo anemia, fatiga y pérdida del apetito. En un estudio abierto,

investigadores analizaron complementos de quitosano en 80 personas con

insuficiencia renal que recibían en ese momento tratamiento de hemodiálisis. A

la mitad de los participantes se les suministró tabletas de 45 mg para dar un

total de 1,500 mg de quitosano al día durante 12 semanas; a la otra mitad no

se le dió complemento. Aquellos en el grupo de tratamiento mostraron una

significativa disminución en los niveles de urea y creatinina. Además, tuvieron

un aumento en los niveles de hemoglobina y reportaron mejoría en la salud en

general, el apetito, así como en el sueño. Sin embargo, estos resultados deben

ser tomados con cautela, ya que sólo los estudios doble ciego controlados con

placebo pueden probar la efectividad de un tratamiento.

Existen otras aplicaciones en diferentes áreas como lo son:

Agricultura:

Son muchísimas las aplicaciones en este campo que se han venido

desarrollando. Entre las más comunes tenemos:

• Recubrimiento de semillas con películas de quitosano para su conservación

durante el almacenamiento.

• Sistemas liberadores de fertilizantes.

• Agente bactericida y fungicida para la protección de plántulas (inicio de las

plantaciones).

Tratamiento de aguas:

Es una de las áreas más importantes debido a que el quitosano y la quitina

son sustancias “ambientalmente amigables”. Entre los principales usos que se

hacen en la actualidad de estos biomateriales, y algunos de sus derivados, en

este campo tenemos:

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• Coagulante primario para aguas residuales de alta turbidez y alta alcalinidad.

• Floculante para la remoción de partículas coloidales sólidas y aceites de

pescado.

• Captura de metales pesados y pesticidas en soluciones acuosas. Algunos

copolímeros de injerto del quitosano muestran alta efectividad para remover

metales pesados, especialmente los derivados de ácidos alquenodióicos3

Biosensores:

Son numerosísimas las aplicaciones del quitosano en este campo,

especialmente como soporte para la inmovilización de enzimas sensibles a un

sustrato específico. Algunos ejemplos son:

• Sensor para glucosa en sangre humana, basado en la inmovilización de la

enzima glucosa oxidasa sobre quitosano, usando adicionalmente Azul de

Prusia.

• Sensor para la detección de fenoles en aguas de desecho en plantas

industriales, basado en la inmovilización de la enzima tirosinasa.

• Sensores basados en la inmovilización de nanopartículas espacialmente

ordenadas.

Sin embargo, quizás las aplicaciones más importantes que lograrán tener estos

biomateriales en un futuro muy próximo, especialmente en países en vías de

desarrollo como el nuestro, serán en el campo de la terapia genética no viral,

utilizando una vía alterna a la introducción física directa del material genético

dentro de las células. Esta vía, ya probada con resultados alentadores, utiliza la

formación de complejos polielectrolitos entre las macromoléculas de ADN y

sales inorgánicas, policationes, lípidos, etc., para introducir el ADN en las

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células. En el caso del quitosano ya comienzan a vislumbrarse algunas

posibilidades en el área, como por ejemplo las que puedan derivarse de los

estudios de transfección in vitro e in vivo de células de mamíferos, en el

tratamiento de enfermedades hereditarias y cáncer.

Pero sin duda la que mayor expectativa genera es la de la utilización para la

mejora de la conservación de los alimentos. Las propiedades antimicrobianas

del quitosano están ampliamente difundidas en la literatura científica, lo que ha

generado grandes expectativas en la aplicación de este compuesto como

conservante natural de alimentos. La efectividad antimicrobiana del quitosano

se observa en una amplia veriedad de microorganismos, desde bacterias hasta

mohos y levaduras. Así, existen estudios de efectividad en este sentido en

productos tan variados como el zumo de manzana, ensaladas o salchichas de

cerdo.

CONCLUSION.

Los métodos para la extracción del quitosano son relativamente sencillos

debido a que se encuentran de manera natural al igual que la quitina aplicando

una reacción de desacetilación de un 50% para producir el quitosano.

El quitosano se encuentra en muchas partes de manera natural como lo es en:

crustáceos principalmente camaron, jaiba, etc, asi como en otros medios. Se

tiene que este polímero esta siendo cada vez mas demandado debido a su

gran eficacia y su gran aplicación en diferentes areas (ya antes mencionadas),

Un estudio de investigación realizado por Global Industry Analyst, Inc., de la

producción mundial de quitina y quitosano proyectada para el 2010 arroja como

resultado una tasa de crecimiento anual del 16%. El gráfico expuesto a

continuación muestra la proyección estimada para el 2010:

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Tabla 1.- Estudio de mercado de quitosano para el 2010.

Debido a esto se puede considerar una excelente opción para comercializar debido a la gran demanda que presenta este polímero.

Se están aplicando estudios y nuevas tecnicas para otras aplicaciones en otras ramas para aprovechar este recuerso.

Por otra parte no es recomendable consumir quitina o quitosano en exceso, ya que como antes mencionado puede causar osteoporosis .

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