Los alginatos son una familia de polisacáridos lineales no ramificados que alternan diversas
proporciones de dos monosacáridos: ‐D‐ácido manurónico (M) y ‐L‐ácido gulurónico (G),
unidos mediante enlaces glucosídicos 1,4 (ver figura 2.14). La secuencia de estos elementos es
aleatoria, sin embargo, ha sido demostrado que la cadena polimérica que constituye el ácido
algínico y sus sales se compone de tres tipos de regiones o bloques. Los bloques G contienen
sólo unidades del ácido L‐gulurónico (GG), los bloques M se basan únicamente en ácido D‐
manurónico (MM) y las regiones MG o GM consisten en unidades alternadas de ambos ácidos
(ver figura 2.14). La variabilidad molecular depende del tipo del alga de donde es extraído el
alginato. Por ejemplo, los alginatos obtenidos de L. hyperborea añeja contienen mayor número
de bloques G, mientras que los alginatos extraídos de A. nodosum y L. japónica poseen menos
cantidad de estos bloques. La proporción entre los bloques M/G también varía con la
temporada y la zona geográfica de extracción del alga. La composición, la extensión de los
bloques y el peso molecular (PM) de la cadena definen las propiedades del material [145,146,148].
Figura 2.14: a) Fórmula química del ‐D‐ácido manurónico (M) y del ‐L‐ácido gulurónico (G). b) Estructura de los bloques MM y GG en el alginato de sodio.
Estructuralmente las regiones de bloques M corresponden a cadenas lineales, mientras que los
bloques G presentan una estructura en forma de bucle (ver figura 2.14). Cuando dos cadenas
de bloques G se alinean, se crea un hueco en forma de diamante, el cual tiene la dimensión ideal para acomodar un ión calcio en su interior (ver figura 2.15).
48 Capítulo 2 Figura 2.15: Mecanismo de formación del gel de alginato en contacto con cationes bivalentes como el calcio [145,148]. 2.4.2.3 Propiedades fisicoquímicas
Las sales de alginato con cationes monovalentes, amoniaco y aminas de bajo peso molecular
son solubles en agua fría y caliente, también son solubles en solventes miscibles en agua como
los alcoholes y las cetona. Sin embargo, son poco solubles en agua dura debido al alto
contenido de calcio. Por otro lado, las sales de cationes polivalentes son insolubles [148]. Las disoluciones de alginato son rápidamente degradadas al aire por microorganismos, debido
a que contienen gran cantidad de materia orgánica y nitrógeno. Las disoluciones estériles de
alginato son estables a temperatura ambiente entre 5.5 y 10 unidades de pH. Bajo estas
condiciones las disoluciones pueden ser almacenadas por periodos largos de tiempo sin que
pierdan viscosidad. Los alginatos son poco estables al calor, el oxígeno y los iones metálicos.
Los alginatos de alto PM se degradan más rápidamente que los de bajo o medio PM [148]. La viscosidad de las disoluciones de alginato depende principalmente del PM. A mayor PM,
mayor concentración y menor temperatura, mayor viscosidad de la disolución [151]. Existen
indicios de que el PM del alginato varía entre 80 y 290 KDa en función del origen [145]. La
viscosidad de las disoluciones de alginato también disminuye con el incremento de los
esfuerzos cortantes aplicados, en otras palabras, son tixotrópicas [148].
Las disoluciones de alginato pueden formar geles al contacto con disoluciones que contengan cationes divalentes como Ca2+, Sr2+ y Ba2+, los dos últimos generan geles más fuertes que el
calcio, mientras que los cationes monovalentes y el Mg2+ no inducen la gelificación. Otros
cationes divalentes como el Pb2+, Cu2+, Cd2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ y Mn2+ también entrecruzan al
alginato, no obstante, su uso está limitado por la toxicidad [145,148].
El entrecruzamiento y la gelificación del alginato de sodio se originan por la unión entre grupos
GG a través de la sustitución de los iones sodio por cationes divalentes, para formar una
estructura de tipo “caja de huevo” (Ver figura 2.15). Los cationes divalentes se unen a los
bloques GG de forma cooperativa, llegando a involucrarse más de 20 monómeros en cada
unión. En este proceso cada cadena de alginato puede formar uniones con muchas otras más,
dando como resultado una red capaz de retener el agua en su interior (hidrogel), en vez de un
precipitado. El gel de alginato puede ser obtenido en agua fría o caliente dentro del intervalo
Marco teórico 49
La rigidez de los geles de alginato con más de 240 KDa es independiente del PM. No obstante,
para alginatos de bajo PM existe un valor por debajo del cual la capacidad de formar el gel disminuye. La flexibilidad del gel de alginato decrece de acuerdo con el siguiente orden de
presencia de los bloques: MG MM GG. Por lo que los geles de alginato con alto contenido
de bloques GG son rígidos, mientras que los de bajo número de bloques GG producen geles
más elásticos. Los geles con menor contracción dimensional, mejor resistencia mecánica,
mayor porosidad y mejor estabilidad se obtienen con alginatos con más del 70 % de bloques
GG, de longitud mayor a 15 unidades. A los alginatos de estas características se les denomina
alginatos de alto G [145].
A pesar de que el microambiente en el interior del gel de alginato es relativamente inerte para
las proteínas, los fármacos o las células, una molécula con carga positiva puede llegar a
competir con los iones calcio por los sitios carboxílicos del alginato, lo cual puede alterar la
movilidad del componente si se trata de un sistema controlado de liberación [145].
Finalmente, el alginato posee una propiedad bioadhesiva, definida como la adhesión de dos
superficies siendo al menos una de ellas un sustrato biológico. Esta propiedad se aplica en la liberación de fármacos en tejido mucoso [145].