Estudio del efecto de flavonoides encapsulados en una red metal orgánica de magnesio sobre el estrés oxidativo celular

Abstract

La presente idónea comunicación de resultados de la Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales se centra en el estudio del efecto de flavonoides encapsulados en una red metal orgánica de magnesio (MOF-Mg) sobre el estrés oxidativo celular. El estrés oxidativo surge del aumento de especies reactivas de oxígeno (ROS), lo que conduce a daños en biomoléculas y contribuye al desarrollo de diversas enfermedades, como las cardiovasculares, el cáncer y las neurodegenerativas. Los flavonoides (Flv), específicamente la quercetina (Quer) y la catequina (Cat), son compuestos polifenólicos conocidos por su capacidad antioxidante, pero su eficacia terapéutica por vía oral está limitada por su baja estabilidad y biodisponibilidad. Para superar estos desafíos, se propuso el uso de una MOF a base de magnesio como excipiente, bajo la hipótesis de que esta red metal orgánica aumentaría la estabilidad de los flavonoides y permitiría una liberación gradual, mejorando así su absorción en el organismo y su efecto protector. El magnesio (Mg) es un metal alcalinotérreo biodisponible esencial en más de 300 procesos enzimáticos y funciones vitales. La metodología incluyó la síntesis de la MOF-Mg (MOF-74) y la preparación de los complejos Flv-Mg, además de la adsorción de Quer y Cat en la red. La caracterización estructural y funcional se realizó mediante DRX, FTIR, DLS, MET y RMN. La capacidad máxima de adsorción obtenida fue de 9.60 mg de Quer y 20.5 mg de Cat por cada 100 mg de MOF. Los ensayos de liberación de Flv se llevaron a cabo en PBS (pH 7.4) a 37 °C. La cinética de liberación se ajustó mejor al modelo de Korsmeyer-Peppas (R² = 0.9225 para Quer), con un exponente de liberación (n ≤ 0.5) que indica un mecanismo controlado por difusión gradual a través de los poros de la MOF. Finalmente, la evaluación citotóxica en la línea celular HeLa demostró una alta biocompatibilidad de la MOF-Mg. Después de 72 h de incubación, los materiales MOF-Mg/Quer y MOF-Mg/Cat mostraron porcentajes de proliferación ligeramente mayores al 100% (107.90 % y 117.84 % respectivamente). Estos resultados sugieren que la formulación basada en MOF-Mg logra una liberación prolongada de los flavonoides, lo que puede aumentar su efecto protector antioxidante y su viabilidad celular.

This communication of results from the Master's Program in Materials Science and Engineering focuses on the study of the effect of flavonoids encapsulated in a magnesium metal-organic framework (MOF-Mg) on cellular oxidative stress. Oxidative stress arises from an increase in reactive oxygen species (ROS), leading to damage to biomolecules and contributing to the development of various diseases, such as cardiovascular diseases, cancer, and neurodegenerative diseases. Flavonoids (Flv), specifically quercetin (Quer) and catechin (Cat), are polyphenolic compounds known for their antioxidant capacity, but their therapeutic efficacy via oral administration is limited by their low stability and bioavailability. To overcome these challenges, the use of a magnesium-based MOF as an excipient was proposed, under the hypothesis that this metal-organic framework would increase the stability of the flavonoids and allow for gradual release, thus improving their absorption in the body and their protective effect. Magnesium (Mg) is a bioavailable alkaline earth metal essential in more than 300 enzymatic processes and vital functions. The methodology included the synthesis of the Mg-MOF (MOF-74) and the preparation of the Flv-Mg complexes, as well as the adsorption of Quer and Cat onto the network. Structural and functional characterization was performed using XRD, FTIR, DLS, TEM, and NMR. The maximum adsorption capacity obtained was 9.60 mg of Quer and 20.5 mg of Cat per 100 mg of MOF. Flv release assays were carried out in PBS (pH 7.4) at 37 °C. The release kinetics best fit the Korsmeyer-Peppas model (R² = 0.9225 for Quer), with a release exponent (n ≤ 0.5) indicating a mechanism controlled by gradual diffusion through the MOF pores. Finally, cytotoxicity testing in the HeLa cell line demonstrated high biocompatibility of the MOF-Mg. After 72 h of incubation, the MOF-Mg/Quer and MOF-Mg/Cat materials showed slightly higher proliferation rates than 100% (107.90% and 117.84%, respectively). These results suggest that the MOF-Mg-based formulation achieves prolonged release of the flavonoids, which may enhance their antioxidant protective effect and cell viability.