In vivo performance of antibiotic embedded electrospun PCL membranes for prevention of abdominal adhesions

The aim of this study was to prepare nonwoven materials from poly(-caprolactone) (PCL) and their antibiotic containing forms by electrospinning, so as to prevent postsurgery induced abdominal adhesions in rats. -Caprolactone was first polymerized by ring-opening polymerization, and then it was processed into matrices composed of nanofibers by electrospinning. A model antibiotic (Biteral®) was embedded within a group of PCL membranes. In the rat model, defects on the abdominal walls in the peritoneum were made to induce adhesion. The plain or antibiotic embedded PCL membranes were implanted on the right side of the abdominal wall. No membrane implantation was made on the left side of the abdominal wall that served as control. Macroscopical and histological evaluations showed that using these barriers reduces the extent, type, and tenacity of adhesion. The antibiotic embedded membranes significantly eliminated postsurgery abdominal adhesions, and also improved healing

Methods for eradication of the biofilms formed by opportunistic pathogens using novel techniques – A review

The inconvenient environmental conditions force microorganisms to colonize either abiotic surfaces or animal and plant tissues and, therefore, form more resistant structures – biofilms. The phenomenon of microbial adherence, opportunistic pathogens in particular, is of a great concern. Colonization of medical devices and biofilm formation on their surface, may lead to severe infections mainly in humans with impaired immune system. Although, current research consider various methods for prevention of microbial biofilms formation, still, once a biofilm is formed, its elimination is almost impossible. This study focuses on the overview of novel methods applied for eradication of mature opportunistic pathogens' biofilms. Among various techniques the following: cold plasma, electric field, ultrasounds, ozonated water treatment, phagotherapy, matrix targeting enzymes, bacteriocins, synthetic chemicals and natural origin compounds used for biofilm matrix disruption were briefly described

Review on bibliography related to antimicrobials

In this report, a bibliographic research has been done in the field of antimicrobials.In this report, a bibliographic research has been done in the field of antimicrobials. Not all antimicrobials have been included, but those that are being subject of matter in the group GBMI in Terrassa, and others of interest. It includes chitosan and other biopolymers. The effect of nanoparticles is of great interest, and in this sense, the effect of Ag nanoparticles and antibiotic nanoparticles (nanobiotics) has been revised. The report focuses on new publications and the antimicrobial effect of peptides has been considered. In particular, the influence of antimicrobials on membranes has deserved much attention and its study using the Langmuir technique, which is of great utility on biomimetic studies. The building up of antimicrobials systems with new techniques (bottom-up approach), as the Layer-by-Layer technique, can also be found in between the bibliography. It has also been considered the antibiofilm effect, and the new ideas on quorem sensing and quorum quenching.Preprin

Antimicrobial activity of carbon-based fillers

Diplomová práce se zabývá vlivem uhlíkatého plniva na životaschopnost a produkci extracelulárních látek vybrané bakterie Bacillus subtilis (CCM 1999) a kvasinky Yarrowia lipolytica (CCY 29-26-52). Antimikrobiální aktivita těchto částic, přítomných v kultivačním mediu, byla sledována pomocí následujících parametrů: růst daného mikroorganismu, produkce extracelulárních proteinů a v poslední řadě byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí, které mají úzkou souvislost s tvorbou biofilmu. Suspenze materiálů (0,135 mg/mL) byly připraveny ve dvou rozdílných kultivačních mediích; tzn. živné medium s obsahem glukózy pro Bacillus subtilis a bazální medium s přídavkem Tweenu 80 pro Yarrowia lipolytica, a media byla inokulována příslušným typem mikroorganismu. Experimenty probíhaly po dobu 6 dnů při rychlosti třepání 160 rpm a teplotě 30 °C pro Bacillus subtilis a 28 °C pro Yarrowia lipolytica. Testovány byly celkem tři typy uhlíkatého nanomateriálu, získané z Katedry anorganické chemie, Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. Tyto materiály specifikované jako materiál “A”, “B” a “C” se navzájem lišily velikostí částic a stupněm oxidace. Na základě skríningových studií byla vybrána koncentrace testovaného materiálu 0,135 mg/mL a rychlost třepání 160 rpm. Metodou měření optické hustoty vzorku při 600 nm byly sestaveny a porovnány růstové křivky obou mikroorganismů v přítomnosti testovaných nanočástic po dobu 5 dní. Tímto způsobem bylo zjištěno, že přítomnost nanočástic v mediu nemá velký vliv na růst zkoumaného mikroorganismu. Tato metoda, je však pouze orientační, protože se nevyhneme chybě díky přítomnosti mrtvých buněk. Dále byla testována produkce celkových a extracelulárních proteinů daným mikroorganismem v přítomnosti testovaných nanočástic. Nebyla však pozorována výrazná odchylka hodnot od hodnot kontrolního vzorku, který neobsahoval testovaný materiál. Na základě metod počítání kolonií (Bacillus subtilis) a buněk (Yarrowia lipolytica) byly určeny ztráty životaschopnosti mikroorganismu ve 3 časech (6, 48 a 144 hodin); v kratším časovém intervalu byl růst spíše podporován. Dále byla monitorována produkce extracelulárních polymerních substancí (EPS), tedy proteinů, redukujících substancí a polysacharidů. Tyto látky byly vylučovány daným mikroorganismem do prostředí v průběhu 24 hodin. Bacillus subtilis produkoval EPS ve větší míře než Yarrowia lipolytica. Předpokládáme, že produkce EPS by mohla souviset s tvorbou biofilmu, který chrání buňky před toxicitou nanočástic.The aim of this diploma thesis is focused on the impact of carbon-based fillers on viability and extracellular substances production by bacterium Bacillus subtilis (CCM 1999) and yeast Yarrowia lipolytica (CCY 29-26-52). Antimicrobial activity of these particles, present in cultivation nutrient medium was examined using following parameters: growth of mentioned microorganisms, production of extracellular proteins and finally extracellular polymeric substances production, which is strongly connected with biofilm formation. Nanomaterials suspension (0.135 mg/mL) was prepared in two different cultivation media i.e. nutrient medium supplemented with glucose for Bacillus subtilis and basal medium with the addition of 2% (vol.) Tween 80 for Yarrowia lipolytica and media were inoculated by appropriate type of microorganism. Experiments were performed for 6 days under shaking rate at 160 rpm and at temperature of 30 °C for Bacillus subtilis and 28 °C for Yarrowia lipolytica. Three types of carbon nanomaterials obtained from Department of Inorganic Chemistry, Institute of Chemical Technology, Prague were examined. These materials specified as material “A”, “B” and “C” are mutually different by the size of its particles and the degree of oxidation. Based on the screening studies the tested material concentration of 0.135 mg/mL and shaking rate of 160 rpm were chosen. According to the optical density measurement at 600 nm, the growth curves of both microorganisms in the presence of tested nanoparticles during 5 days period were compared. It was find out, that the presence of nanoparticles don’t have a significant influence on tested microorganisms growth, by this technique. However, this method is just wider point of view, due to mistakes caused by presence of dead cells. Further, production of total cells proteins and extracellular proteins by microorganisms in presence of tested nanoparticles was examined. There was not observed any significant deviation from control samples values, where the tested materials were absent. Based on colony counting method (used for Bacillus subtilis) and cells counting in Bürker counting chamber (used for Yarrowia lipolytica), loss of microorganism viability was determined in 3 cultivation periods (6, 48 and 144 hours); there was observed a support of growth of microorganisms rather in shorter incubation period. Thereafter the extracellular polymeric substances (EPS) production that means proteins, reducing substances and polysaccharides was monitored. These substances were secreted into the medium by mentioned microorganisms during 24 hours of incubation. Bacillus subtilis cells produce much more EPS than Yarrowia lipolytica cells. We suppose that the EPS production could be closely associated with production of biofilm, which protects cells against nanoparticles toxicity.

Ultraviolet-induced Surface Grafting of Octafluoropentyl Methacrylate on Polyether Ether Ketone for Inducing Antibiofilm Properties

Since octafluoropentyl methacrylate is an antifouling polymer, surface modification of polyether ether ketone with octafluoropentyl methacrylate is a practical approach to obtaining anti-biofilm biocompatible devices. In the current study, the surface treatment of polyether ether ketone by the use of ultraviolet irradiation, so as to graft (octafluoropentyl methacrylate) polymer chains, was initially implemented and then investigated. The Fourier-transform infrared and nuclear magnetic resonance spectra corroborated the appearance of new signals associated with the fluoroacrylate group. Thermogravimetric curves indicated enhanced asymmetry in the polymer structure due to the introduction of the said new groups. Measuring the peak area in differential scanning calorimetry experiments also showed additional bond formation. Static water contact angle measurements indicated a change in wettability to the more hydrophobic surface. The polyether ether ketone–octafluoropentyl methacrylate surface greatly reduced the protein adsorption. This efficient method can modulate and tune the surface properties of polyether ether ketone according to specific applications

Ecotoxicity and fungal deterioration of recycled polypropylene/wood composites: Effect of wood content and coupling

Polypropylene (PP)/wood composites were produced by homogenization in a twin-screw extruder and injection molding of tensile bars. Their mechanical properties were determined before and after exposure to biological treatment, and the effect of the treatment was assessed by various ways including visual inspection and the measurement of weight loss. The ecotoxicity of the materials was also evaluated by using the bioluminescent bacteria Vibrio fischeri. The results proved that wood facilitates biodeterioration (colonization) under the conditions used. The coupling agents do not have inhibitory effect, but seems to stimulate fungal growth (biodeterioration) at large loads of wood flour. PP/wood composites can be considered quite durable, but the influence of wood content on environmental resistance must be taken into account for materials intended for applications requiring long-term outdoor exposure as the time of exposure to microbial colonization increases. Direct ecotoxic effect on aquatic ecosystems cannot be expected from PP/wood composites

Non-lethal effects of N-acetylcysteine on xylella fastidiosa strain De Donno biofilm formation and detachment

This study investigated in-vitro the non-lethal eects of N-acetylcysteine (NAC) on Xylella fastidiosa subspecies pauca strain De Donno (Xf-DD) biofilm. This strain was isolated fromthe olive trees aected by the olive quick decline syndrome in southern Italy. Xf-DD was first exposed to non-lethal concentrations of NAC from 0.05 to 1000 M. Cell surface adhesion was dramatically reduced at 500 M NAC (47%), hence, this concentration was selected for investigating the eects of pre-, postand co-treatments on biofilm physiology and structural development, oxidative homeostasis, and biofilm detachment. Even though 500 MNAC reduced bacterial attachment to surfaces, compared to the control samples, it promoted Xf-DD biofilm formation by increasing: (i) biofilm biomass by up to 78% in the co-treatment, (ii) matrix polysaccharides production by up to 72% in the pre-treatment, and (iii) reactive oxygen species levels by 3.5-fold in the co-treatment. Xf-DD biofilm detachment without and with NAC was also investigated. The NAC treatment did not increase biofilm detachment, compared to the control samples. All these findings suggested that, at 500 M, NAC diversified the phenotypes in Xf-DD biofilm, promoting biofilm formation (hyper-biofilm-forming phenotype) and discouraging biofilm detachment (hyper-attachment phenotype), while increasing oxidative stress level in the biofilm

Immobilized photosensitizers for antimicrobial applications

Photodynamic antimicrobial chemotherapy (PACT) is a very promising alternative to conventional antibiotics for the efficient inactivation of pathogenic microorganisms; this is due to the fact that it is virtually impossible for resistant strains to develop due to the mode of action employed. PACT employs a photosensitizer, which preferentially associates with the microorganism, and is then activated with non-thermal visible light of appropriate wavelength(s) to generate high localized concentrations of reactive oxygen species (ROS), inactivating the microorganism. The concept of using photosensitizers immobilized on a surface for this purpose is intended to address a range of economic, ecological and public health issues. Photosensitising molecules that have been immobilized on solid support for PACT applications are described herein. Different supports have been analyzed as well as the target microorganism and the effectiveness of particular combinations of support and photosensitiser

Quaternary ammonium compounds to prevent oral biofilm formation

Bacteriële besmetting is een voortschrijdend probleem binnen de samenleving. Vooral bacteriën die zijn georganiseerd in een biofilm kunnen resulteren in diverse kostbare en ernstige problemen voor de samenleving. Hoofdstuk 1 geeft een kort overzicht van biofilmformatie en bijbehorende problemen. Er werd toegelicht waarom het lastig is biofilms te bestrijden waarna een materiaal met antimicrobiële eigenschappen werd geïntroduceerd. Quaternaire ammoniumverbindingen (QAC) werden onderzocht om biofilms effectief te kunnen bestrijden. QACs verwerkt in een biomateriaal kunnen biofilms bestrijden door middel van afgifte of door middel van direct contact. Hoofdstuk 2 concentreert zich op antimicrobiële materialen met een QAC. Orale biofilm, bacteriële kolonisatie, is één van de belangrijkste factoren in het ontstaan van cariës. Recente preventieve pogingen hebben zich gericht op het ontwikkelen van materialen met antimicrobiële activiteit door dan wel een antimicrobiële component in de matrix in te mengen of door modificaties van het materiaaloppervlak. Voor het ingemengde antimicrobiële middel geldt dat er eerst een “burst release” van de antimicrobiële stof is, gevolgd door een veel lagere afgifte in de tijd. Dit hoofdstuk bespreekt de literatuur over modificaties die aan het oppervlak worden bevorderd door organosilaanverbindingen of methacrylaat monomeren die quaternair ammonium bevatten als functionele groep en gebruikt kunnen worden in biomedische en tandheelkundige toepassingen. In hoofdstuk 3 werd het antibiofilm effect van een jodide quaternair ammoniummethacryloxy silicaat (IQAMS) gemengd in Transbond XT, een licht uithardend composiet voor het cementeren van orthodontische apparatuur, geëvalueerd. Fouriertransformatie infraroodspectroscopie bevestigde IQAMS-vorming en scanning-elektronenmicroscopie gekoppeld aan energie-dispersieve röntgenspectroscopie liet zien dat de coating met QAC van IQAMS homogeen over het oppervlak en homogeen in het composiet waren verdeeld. Onderzoek met Streptococcus mutans vertoonde een verbeterd antibiofilm effect, veel lagere kolonievormende eenheden (CFU), voor de met IQAMS gecoate composieten dan wanneer IQAMS in het composiet was gemengd. Dit verschil werd toegekend aan de lage beschikbaarheid van quaternaire ammoniumgroepen aan het oppervlak van het composiet na de lichtuitharding wanneer IQAMS werd ingemengd, waardoor het antibiofilm effect werd verminderd. Bovendien leidde het inmengen van IQAMS in het composiet tot een lichte afname van de uiteindelijke hechtingsterkte en afschuifsterkte ten opzichte van het commerciële composiet. Aldus kan het gesynthetiseerde IQAMS als een coating op het composiet dienen als preventieve maatregel bij het gebruik van orthodontische apparatuur. In hoofdstuk 4 zijn de quaternaire ammonium bevattende materialen voor dentale toepassing verder onderzocht. Wanneer adequaat poetsen door gecementeerde orthodontische apparatuur wordt belemmerd, is lokale biofilm accumulatie een veel voorkomend probleem. Om dit probleem aan te pakken, werden polyhydroxyurethaan (PHU) coatings met een quaternair ammoniumzout (QAS) ontwikkeld voor toepassing op roestvrijstalen oppervlakken. Twee hybride polyhydroxyurethanen werden ontworpen waaraan een quaternair ammoniumzout werd gebonden door een sol-gel-proces. Materiaal synthese en het aanbrengen van de coating werd met succes bereikt zoals bevestigd door FTIR-ATR, NMR, XPS en GIXS. De coating was sterk bacteriocide tegen S. mutans door afgifte van antimicrobieel QAS, evenals door het bacteriocide effect bij contact van de S. mutans met de QAS coating. Helaas was het QAS bevattende percolaat ook cytotoxisch voor fibroblasten L929. Om het cytotoxische effect te verminderen werden twee methoden onderzocht: een kortdurende (2 uur) ionenuitwisseling met natriumfosfaat en langdurig (3 dagen) spoelen met gedemineraliseerd water. Geen van de behandelingen beïnvloedde de antimicrobiële eigenschappen van de coating. In tegenstelling tot de kortdurende ionenuitwisselsmethode, verminderde 3 dagen wassen met water de cytotoxiciteit na 7 dagen uitlekken in medium. Concluderend, PHU-QAS coating, indien gespoeld, is een betrouwbare behandeling om antimicrobiële eigenschappen aan roestvrij stalen orthodontische apparatuur te geven. Op basis van de prestaties van QAC bevattende coatings, richt hoofdstuk 5 zich op de opname van QAC in een commercieel dentaal sealant om toegepast te worden als coating op het oppervlak van restauraties. Het doel van deze studie was om een commerciële sealant te evalueren met betrekking tot de mechanische weerstand tegen slijtage door poetsen en de antimicrobiële werking van de sealant wanneer een QAC werd toegevoegd. Tandenpoets cycli, SEM en S. mutans biofilmvorming werden uitgevoerd op 4 oppervlakken: restauratieve composiet Z350 XT, composiet met BisCover sealant, composiet met QAC-coating en composiet met de BisCover sealant die QAC bevat. De morfologie van de gepoetste en niet gepoetste oppervlakken werd kwalitatief vergeleken met SEM en de antimicrobiële werking werd gemeten door biofilm formatie en CFU/cm2 bepaling. De antimicrobiële activiteit van QAC puur was gelijk aan QAC toegepast als een coating en QAC toegevoegd aan BisCover sealant. Na poetsen (vergelijkbaar met 2,5 maand tandenpoetsen) werd de antimicrobiële activiteit verminderd, maar CFU/cm2 van de QAC-coating groep was significant lager dan van de andere oppervlakken. SEM-afbeeldingen lieten zien dat QAC bevattend BisCover beter bestand was tegen poetsen. Hoofdstuk 6 bevat een kritische analyse van de uitgevoerde onderzoeken en licht toe waarom er aanpassingen zijn gedaan in vervolg onderzoeken. Ook aspecten die nog kunnen worden onderzocht, zoals cytotoxiciteit en bacteriële resistentie tegen QAC werden gesuggereerd als vervolgonderzoekBacterial contamination is a topic of great concern for scientific community, especially bacteria organized into biofilms can lead to deleterious and costly problems to society. Materials with antimicrobial activity for dental or medical application came into this scenario as good alternative to tackle bacteria related issues. The antimicrobial activity can be achieved by different manners, this thesis focuses on materials containing quaternary ammonium compounds, known for its efficacy against great variety of bacteria. Also, aiming a future application in dentistry to diminish the risk of caries, the inclusion of quaternary ammonium compounds was assessed in commercialized dental materials. New coatings containing quaternary ammonium were as well developed to be applied on metallic orthodontic devices. These series of studies indicate a possible path for preventing dental caries with the aid of antimicrobial materials