Bioaactive multilayer nanocellulose membranes as potential dressing materials

Celem niniejszej pracy było otrzymanie wielowarstwowych materiałów bioaktywnych na bazie bionanocelulozy, potencjalnie przydatnych do sporządzenia wilgotnych, bioaktywnych opatrunków umożliwiających poprawę leczenia ran przewlekłych. W badaniach wykorzystano membrany natywnej bionanocelulozy (BNC) oraz kompozytu bionanocelulozy z karboksymetylocelulozą (BNC-CMC). Określono właściwości fizykochemiczne badanych materiałów, w szczególności ich morfologię, skład chemiczny powierzchni, zwilżalność i zdolność do pęcznienia. Opracowano metodę aktywacji powierzchni membran przy użyciu APS i stosując prekursory silikonowe: winylotrietoksysilan (VES) i allilotrimetoksysilan (ATMS) wytworzono na jednej z ich stron ochronną warstwę silikonową celem ograniczenia procesu utraty wody przez materiał (wysychania) przy jednoczesnym utrzymaniu dobrej wymiany gazowej. Drugą ze stron tak przygotowanych membran BNC i BNC-CMC podano modyfikacji polegającej na kowalencyjnym przyłączeniu biomolekuł: insuliny lub heparyny, zapewniających pożądaną aktywność biologiczną materiału. Otrzymane materiały poddano badaniom fizykochemicznym z zastosowaniem szeregu komplementarnych metod badawczych i biologicznym - badania in vitro z użyciem mysich embrionalnych fibroblastów (MEF). Wykazano, że uzyskane materiały mają interesujące właściwości, w szczególności są nietoksyczne i aktywnie wspierają proliferację użytych w eksperymencie komórek fibroblastów. Otrzymane materiały hybrydowe mogą znaleźć zastosowanie jako bioaktywne, wilgotne opatrunki, szczególnie przydatne w leczeniu trudno gojących się ran, w tym ran cukrzycowych.The aim of the studies carried out within this dissertation was to obtain multilayered bioactive materials based on bionanocellulose, potentially useful for preparation of moist, bioactive wound dressings, improving treatment of chronic wounds. The studies involved the membranes of native bionanocelllulose (BNC) and bionanocellulose and carboxymethylcellulose (BNC-CMC). Physicochemical properties of these materials, especially their morphology, surface chemical composition, wettability and water swelling ability were determined. The method of membrane's surface activation with APS was developed and the silicone protective layer (limiting water evaporation while ensuring gas exchange) on one size of the membrane was formed using VES and ATMS precursors. The second size of such prepared membrane was modified by covalent attachment of the insulin or heparin biomolecules to ensure their desired biological activity. The developed materials were subjected to the physicochemical studies using various complementary experimental techniques and biological in vitro testes on embryonal mouse fibroblasts (MEF). It was found that the developed materials are characterized by interesting properties: there are not toxic and actively support proliferation of fibroblasts cells used in the experiment. The materials obtained seem to be a good candidates for preparation of the bioactive, moist wound dressings, especially useful in treatment of chronic wounds, inluding diabetic wounds

Studies on the development of methods for attaching antibodies to the surface of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION).

Celem niniejszej pracy było opracowanie procedury przyłączania przeciwciał do powierzchni SPION-ów pokrytych kationową pochodną chitozanu. W pierwszym etapie badań zsyntetyzowano superparamagnetyczne nanocząstki tlenku żelaza pokryte kationową pochodną chitozanu (SPION-ChK) a następnie sfunkcjonalizowano ich powierzchnie grupami tosylowymi.Tosylowanie miało na celu umożliwienie kowalencyjnego przyłączenia przeciwciał anti-VCAM-1 i anti-P-selectin. Uzyskany w ten sposób materiał może być użyty jako środek kontrastujący do obrazowania zmian związanych ze stanami zapalnymi śródbłonka metodami rezonansu magnetycznego.W celu opracowania procedury zastosowano modelowe przeciwciała drugorzędowe Texas Red-X Goat Anti-Rat IgG (H+L) oraz Texas Red-X Goat Anti-Mouse IgG (H+L). Pozwoliło to na śledzenie procesu przyłączania metodami spektrofluorymetrycznymi. Układy SPION-ChK, SPION-ChK-Ts oraz SPION-ChK-Ts-przeciwciało scharakteryzowano metodą dynamicznego rozpraszania światła (średnice hydrodynamiczne, potencjał zeta), a także oznaczono w nich zawartości żelaza.W celu określenia stopnia przyłączenia przeciwciał do powierzchni SPION-ów oznaczono stężenia żelaza i przeciwciał w otrzymanych próbkach. Uzyskane cząstki magnetyczne z dołączonymi przeciwciałami są niestabilne, co skutkuje ich wypadaniem z roztworu. W dalszych badaniach koniecznym jest zwiększenie ich stabilności.The aim of this study was to develop a procedure for attaching antibodies to the surface of SPION coated with a cationic derivative of chitosan. In the first stage of the research, superparamagnetic iron oxide nanoparticles coated with the cationic derivative of chitosan (SPION-ChK) were synthesized and then their surfaces were functionalized with tosyl groups.Tosylation was intended to allow covalent attachment of anti-VCAM-1 and anti-P-selectin. The material obtained in that way can be used as a contrast agent for imaging changes associated with endothelial inflammation using magnetic resonance imaging.In order to develop the procedure, model secondary antibodies Texas Red-X goat anti-Rat IgG (H + L) and Texas Red-X Goat Anti-Mouse IgG (H + L) were used. It allows to track the process of attaching with spectrofluorimetry methods. The systems SPION-ChK, SPION-ChK-Ts and SPION-ChK-Ts -antibody were characterized by dynamic light scattering (hydrodynamic diameter, zeta potential), and iron concentration was determined as well.To evaluate the degree of attachment of antibodies to the surface of SPION, concentrations of iron and antibodies were determined in the samples. The obtained magnetic particles with attached antibodies are unstable and precipitate out of solution. In further studies, it is necessary to increase their stability

Novel nanostructural contrast for magnetic resonance imaging of endothelial inflammation : targeting SPIONs to vascular endothelium

This study aimed to develop superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) targeted to the areas of vascular endothelium changed in the initial inflammation process, a first step of numerous cardiovascular diseases. Iron oxide nanoparticles coated with a cationic derivative of chitosan (CCh) and having attached monoclonal antibodies (anti VCAM-1 and anti P-selectin) were successfully prepared. Owing to electrostatic stabilization, they form a stable colloidal dispersion in aqueous media. The superparamagnetic properties of the resulting SPION-CCh-anti-VCAM-1 maghemite nanoparticles were proved by magnetometric and Mössbauer measurements. In vitro studies confirmed the specific interaction of anti-VCAM-1 antibodies bound to the surface of SPIONs with endothelial cells of aorta of db/db mice, known to display endothelial inflammation associated with diabetes. The nanoparticles obtained were also visualized using MRI in the aortic arch of ApoE/LDLR-/- mice displaying endothelial inflammation associated with atherosclerosis