Preparation and characterisation of new biomaterials based on chitosan iodide with biologically active dyes

New composite materials were obtained based on chitosan iodide and organic dyes – methylene blue and fuchsine in fucorcin (Castellani liquid) – by using a simple synthetic procedure. The materials were characterised by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, temperature-programmed desorption mass spectrometry, infrared spectroscopy and visible and ultraviolet light spectroscopy. The dyes in the composites were distributed uniformly and did not form separate phases. These composites could form structured porous sponges and films and therefore be used in various fields of application. The materials displayed antibacterial activity against antibiotic resistant gram-positive and gram-negative bacteria

Chitosan-based biomaterials for closure of dural defects

Закриття дефектів твердої мозкової оболонки є необхідністю після нейрохірургічних операцій, щоб запобігти витоку цереброспінальної рідини і зменшити ризик післяопераційних інфекцій. Реконструкція твердої матерії з ендогенного матеріалу стає дуже поширеним явищем. Тим не менш, окістя або широка фасція може призвезти до додаткової операції, додаткові розрізи і час інтенсивного накладення швів. Таким чином, мета нашого дослідження є створення біосумісного і нетоксичного матеріалу на основі хітозану для заміщення дефекту твердої мозкової оболони. Крім того, ми оцінюємо його біологічні властивості. Наші результати підтверджують високі міцностні властивості, які трохи відрізняється від нативної оболони. Що стосується швидкості біодеградації цей матеріал може бути застосований в якості постійного матеріалу для заміщення дефекту твердої мозкової оболони.Закрытие дефектов твердой мозговой оболочки является необходимостью после нейрохирургических операций, чтобы предотвратить утечку цереброспинальной жидкости и уменьшить риск послеоперационных инфекций. Реконструкция твердой материи с эндогенного материала становится очень распространенным явлением. Тем не менее, надкостницы или широкая фасция может привезти к дополнительной операции, дополнительные разрезы и время интенсивного наложения швов. Таким образом, цель нашего исследования является создание биосовместимого и нетоксичного материала на основе хитозана для замещения дефекта твердой мозговой оболочки. Кроме того, мы оцениваем его биологические свойства. Наши результаты подтверждают высокие прочностные свойства, которые немного отличается от нативной оболочки. Что касается скорости биодеградации этот материал может быть применен в качестве постоянного материала для замещения дефекта твердой мозговой оболочки.Closure of dural defects is a necessity after neurosurgical procedures to prevent cerebrospinal fluid leakage and to reduce the risk of perioperative infections. Reconstruction of the dura matter with endogenous material becomes very common. However, harvesting of periosteum or fascia lata may require extended surgical approach, additional incisions and time intensive suturing. A wide range of biomaterials, both of natural and synthetic origin, are being investigated for potential applications in dural defect repair. Thus, the aim of our research is to create a biocompatible and nontoxic chitosan-based material to repair dural defects. Besides, we evaluate its biological properties. Our results appeared to confirm high strength properties that were slightly different from those of the native dura. Regarding to the rate of biodegradation this material can be applied as a permanent material to repair dural defects

Effect of chitosan molecular weight, percentage in solution and method of production to human blood cells

Adequate haemostasis after trauma and during surgical operation is a big challenge in modern medicine. About the 40% traumatic and more than 90% of combat deaths took place in pre-hospital settings. And about the 50% from these deaths have been reported due to massive blood loss [Ersoy G, 2007]. Sauaia A. reported 80% of civilian trauma fatalitieswithin the United States causes by uncontrollable haemorrhage [Sauaia A., 1995]. Also, haemorrhage in trauma patients is a leading cause resulting reoperation [Hirshberg A, 1993]. Topical haemostatic treatment was applied since ancient time. They used herbs, mixture of wax, grease and barley and also animal hides mixed with hot sand to stop bleeding [Hardean E. Achneck, 2010]. Advances in biotechnology have resulted in an explosivegrowth of topical haemostatic agentsin the last two decades. Chitin and chitosan hemostatic dressing are most promising due to effective blood stop and possible additional properties like antibacterial and stimulatory to regeneration. Both clinical and experimental evaluations of chitosan-based hemostatic dressing suggest their high effectiveness and safety in civil and battlefield application. But still not understanding how does molecular weight influence to haemostatic activities of chitosan-based materials. Also chitosan may be present in different concentration that can change effectiveness and time that need to stop bleeding

Formation of a Bacteriostatic Surface on ZrNb Alloy via Anodization in a Solution Containing Cu Nanoparticles

High strength, excellent corrosion resistance, high biocompatibility, osseointegration ability, and low bacteria adhesion are critical properties of metal implants. Additionally, the implant surface plays a critical role as the cell and bacteria host, and the development of a simultaneously antibacterial and biocompatible implant is still a crucial challenge. Copper nanoparticles (CuNPs) could be a promising alternative to silver in antibacterial surface engineering due to low cell toxicity. In our study, we assessed the biocompatibility and antibacterial properties of a PEO (plasma electrolytic oxidation) coating incorporated with CuNPs (Cu nanoparticles). The structural and chemical parameters of the CuNP and PEO coating were studied with TEM/SEM (Transmission Electron Microscopy/Scanning Electron Microscopy), EDX (Energy-Dispersive X-ray Dpectroscopy), and XRD (X-ray Diffraction) methods. Cell toxicity and bacteria adhesion tests were used to prove the surface safety and antibacterial properties. We can conclude that PEO on a ZrNb alloy in Ca–P solution with CuNPs formed a stable ceramic layer incorporated with Cu nanoparticles. The new surface provided better osteoblast adhesion in all time-points compared with the nontreated metal and showed medium grade antibacterial activities. PEO at 450 V provided better antibacterial properties that are recommended for further investigation

Adhesion and proliferation of adipose derived mesenchymal stromal cells on chitosan scaffolds with different degree of deacetylation

Aim. Selection of the optimal scaffold for the creation of tissue engineering constructs is a key challenge of biotechnology. In this study we investigated the biocompatibility of human adipose derived mesenchymal stromal cells (MSCs) within the three-dimensional matrices based on the chitosan with a different degree of deacetylation. Methods. MSCs were seeded on the chitosan scaffolds by a perfusion method and cultured for 7 days. The morphology, viability, metabolic activity and distribution of the cells within the matrices were analyzed. Results. The level of MSCs adhesion to the surface of the chitosan scaffolds with low degree of deacetylation (67 %) was insignificant, the cells were round and formed aggregates. In the chitosan scaffolds with a high degree of deacetylation (82 %) the cells attached to the surface of matrices, were able to spread and proliferate. Conclusions. The chitosan scaffolds with a high degree of deacetylation and the human adipose derived MSCs can be used for the creation of bioengineered structures

Вивчення структурних та біологічних властивостей нової хітозанової плівки для закриття твердої мозкової оболонки

Objective: to study the structural and biological evaluation of chitin-chitosan based membrane for dura mater replacement.Materials and methods. Chitosan-based films were made out of 3% solution of chitosan for the research. We used 200, 500 and 700 kDa chitosan (deacetylation rate 80–90 %) to produce chitin-chitosan membrane by using solvent evaporation method. For enhancing mechanical properties and reducing the degradation, chitin particles were added to the chitosan solution. Chitosan and chitin ratio was 80/20. The chitin/chitosan solution in Petri dishes was dried out during 3 days at room temperature.To obtain information about the structure of membrane surface and cross-section scanning, electron microscopy was performed.Hydrolytic degradation was studied by pouring into SBF solution. To determine the rate of enzymatic degradation, trypsin solution was used. To determine the mass loss percentage, we measured the sample weight after 7, 14, 21, 30 and 60 days after being in the appropriate solutions.Relative elongation and strength were measured by digital dynamometer to study membranes mechanical properties such as the strength and elasticity. MLO-A5 cells were used to assess biocompatibility of new materials.Results. Macroscopic view of obtained samples has shown their relative transparency with impregnation of chitin particle that elevated over the membrane surface without any diversity between different chitosan molecular weight samples.Due to scanning electron microscopy, principal diversity between the samples of different molecular weight has being seen: rough pore surface at 200 and 500 kDa and flat with minimal roughness surface of 700 kDa membranes. Cross-section of 500 and 700 kDa membranes are dense with no pores, but 200 kDa membrane are sponge like and it can be prediction for fluid sorption and cell migration during healing process.Chitin-chitosan membranes are biocompatible and degrade in aqueous and enzymatic solutions. Due to polysaccharide nature of chitosan and chitin, enzymatic degradation has shown higher trend compare to the hydrolytic ones. 200 kDa membrane degrades faster with final mass loss 83.2 % and completely due to porous structure that allows fluid sorption.Membrane mechanical parameters strongly depend on their structure. 200 kDa membrane has shown 2-fold higher elongation compared to 500 kDa and 3-fold — compared to 700 kDa ones. The compensation of mechanical forces ensured by porous structure is better than in dense ones. Tensile strength was in 2-fold better in 200 kDa membranes than in 500 and 700 kDa ones.Cell culture experiment has shown the better adhesion at the 3rd day for 200 kDa membrane and minimal cell adhesion for 700 kDa membrane, probably due to smooth surface. The reduction rate between all samples and PCT control differ a lot, except for 200 kDa membrane that has the same proliferation rate as TCP.Conclusion. Chitin-chitosan membranes, made from different molecular weight chitosan, are transparent and has appropriate structure for being used as a dura mater substitute. They are biocompatible and degrade in aqueous and enzymatic solutions. Due to porous structure, excellent mechanical properties as well as better cell adhesion and proliferation, 200 kDa chitosan membrane is more applicable for neurosurgical issues.Цель: изучить структурные и биологические свойства пленки на основе хитина и хитозана для замещения твердой мозговой оболочки.Материалы и методы. Для исследования были изготовлены методом растворения и выпаривания хитозановые пленки из 3 % раствора хитозана. Использовали хитозан с молекулярной массой 200, 500 и 700 кДа (степень деацетилирования – 80–90%). Для усиления механических свойств и уменьшения деградации в хитозановый раствор добавляли частички хитина. Соотношение хитозана и хитина – 80:20. Высыхание хитин-хитозанового раствора в чашке Петри происходило при комнатной температуре в течение 3 суток. Для получения информации о структуре поверхности мембраны и поперечного сечения использовали растровую электронную микроскопию. Гидролитическую деградацию изучали путем добавления раствора SBF. Для исследования уровня энзиматической деградации использовали раствор трипсина. Для определения процента потери массы измеряли вес образцов на 7, 14, 21, 30 и 60-е сутки после нахождения в соответствующем растворе. Относительное удлинение и прочность измеряли цифровым динамометром для изучения механических свойств, таких как прочность и эластичность. Для оценки биосовместимости новых материалов использовали клеточную линию MLO-A5.Результаты. Макроскопический вид полученных образцов свидетельствовал об их относительной прозрачности с пропиткой частицами хитина, которые возвышались над поверхностью мембраны без каких-либо отличий между образцами с разной молекулярной массой хитозана.Благодаря растровой электронной микроскопии установлена принципиальная разница между образцами с разной молекулярной массой: грубая пористая поверхность при использовании мембраны из хитозана с молекулярной массой 200 и 500 кДa и гладкая минимально шершавая при применении мембраны из хитозана с молекулярной массой 700 кДa. В поперечном сечении пленка из хитозана с молекулярной массой 500 и 700 кДа плотная без пор, а мембрана из хитозана с молекулярной массой 200 кДа – губчатой, что может быть предпосылкой для сорбции жидкости и миграции клеток в процессе заживления. Хитин-хитозановые пленки биосовместимы и деградируют в водных и ферментативных растворах. Благодаря полисахаридной природе хитозана и хитина наблюдали тенденцию к более быстрой ферментативной деградации по сравнению с гидролитической. Мембрана из хитозана с молекулярной массой 200 кДа быстрее деградирует с конечной потерей массы 83,2%, что обусловлено пористой структурой, которая способствует сорбции воды.Механические параметры мембранв значительной степени зависят от их структуры. Пленка из хитозана с молекулярной массой 200 кДа продемонстрировала в 2 раза большее удлинение по сравнению с мембраной из хитозана с молекулярной массой 500 кДа и в 3 раза большее по сравнению с пленкой из хитозана с молекулярной массой 700 кДа. Пористая структура лучше, чем плотная, обеспечивает усиление механических свойств. Прочность на разрыв была в два раза лучше у мембраны из хитозана с молекулярной массой 200 кДа, чем у пленок из хитозана с молекулярной массой 500 и 700 кДа.Эксперимент на культуре клеток показал лучшую адгезию на 3-и сутки у пленки из хитозана с молекулярной массой 200 кДа и минимальную адгезию клеток у мембраны из хитозана с молекулярной массой 700 кДа, вероятно, из-за гладкой поверхности. Скорость уровня пролиферации у всех образцов по сравнению с контролем ТСР очень отличалась, за исключением мембраны из хитозана с молекулярной массой 200 кДа, которая имеет такую же скорость пролиферации, как и TCP.Выводы. Хитин-хитозановые мембраны, изготовленные из хитозана с разной молекулярной массой, являются прозрачными и имеют соответствующую структуру для использования в качестве заменителя твердой мозговой оболочки. Они биосовместимы и деградируют в водных и ферментативных растворах. Благодаря пористой структуре, отличным механическим свойствам, а также лучшей клеточной адгезии и пролиферации пленка из хитозана с молекулярной массой 200 кДа более пригодна для нейрохирургических вмешательств.Мета: вивчити структурні та біологічні властивості плівки на основі хітину і хітозану для заміщення твердої мозкової оболонки.Матеріали і методи. Для дослідження були виготовлені методом розчинення та випаровування хітозанові плівки з 3% розчину хітозану. Використано хітозан з молекулярною масою 200, 500 та 700 кДа (рівень деацетилювання – 80–90%). Для посилення механічних властивостей та зменшення деградації в хітозановий розчин додавали частинки хітину. Співвідношення хітозану та хітину – 80:20. Висихання хітин-хітозанового розчину в чашці Петрі відбувалося за кімнатної температури впродовж 3 діб. Для отримання даних щодо структури поверхні мембрани та поперечного перерізу використовували растрову електронну мікроскопію. Гідролітичну деградацію вивчали додаванням розчину SBF. Для дослідження рівня ензиматичної деградації використовували розчин трипсину. Для визначення відсотка втрати маси вимірювали вагу зразків на 7, 14, 21, 30 та 60-ту добу після перебування в відповідному розчині. Відносне подовження і міцність вимірювали цифровим динамометром для вивчення механічних властивостей, таких як міцність і еластичність. Для оцінювання біосумісності нових матеріалів використовували клітинну лінію MLO-A5.Результати. Макроскопічний вигляд отриманих зразків свідчив про їх відносну прозорість з просоченням частинками хітину, які здіймалися над поверхнею мембрани без будь-яких відмінностей між зразками з різною молекулярною масою хітозану.Завдяки растровій електронній мікроскопії встановлено принципову різницю між зразками з різною молекулярною масою: груба пориста поверхня при використанні мембрани з хітозану з молекулярною масою 200 та 500 кДa і гладенька мінімально шорстка при застосуванні мембрани з хітозану з молекулярною масою 700 кДa.На поперечному перерізі плівка з хітозану з молекулярною масою 500 і 700 кДа щільна без пор, тоді як мембрана з хітозану з молекулярною масою 200 кДа – губчаста, що може бути передумовою для сорбції рідини і міграції клітин під час процесу загоєння. Хітин-хітозанові плівки є біосумісними та деградують у водних і ферментативних розчинах. Завдяки полісахаридній природі хітозану та хітину спостерігали тенденцію до швидшої ферментативної деградації порівняно з гідролітичною. Мембрана з хітозану з молекулярною масою 200 кДа швидше деградує з кінцевою втратою маси 83,2%, що зумовлено пористою структурою, яка сприяє сорбції рідини.Механічні параметри мембран значною мірою залежать від їх структури. Плівка з хітозану з молекулярною масою 200 кДа продемонструвала вдвічі більше подовження порівняно з мембраною з хітозану з молекулярною масою 500 кДа і тричі більше порівняно з плівкою з хітозану з молекулярною масою 700 кДа. Пориста структура краще, ніж щільна, забезпечує посилення механічних властивостей. Міцність на розрив була вдвічі кращою в мембрани з хітозану з молекулярною масою 200 кДа, ніж у плівок з хітозану з молекулярною масою 500 і 700 кДа.Експеримент на культурі клітин показав кращу адгезію на 3-тю добу у плівки з хітозану з молекулярною масою 200 кДа та мінімальну адгезію клітин у мембрани з хітозану з молекулярною масою 700 кДа, ймовірно, через гладеньку поверхню. Швидкість рівня проліферації в усіх зразків порівняно з контролем ТСР дуже відрізнялася, за винятком мембрани з хітозану з молекулярною масою 200 кДа, яка мала таку саму швидкість проліферації, як і TCP.Висновки. Хітин-хітозанові мембрани, виготовлені з хітозану з різною молекулярною масою, є прозорими і мають відповідну структуру для використання як замінник твердої мозкової оболонки. Вони є біосумісними і деградують у водних та ферментативних розчинах. Завдяки пористій структурі, відмінним механічним властивостям, а також кращій клітинній адгезії та проліферації плівка з хітозану з молекулярною масою 200 кДа більш придатна для нейрохірургічних втручань

Quantitative Estimation of Subsurface Parameters

Scattering of low-frequency SAR radiation from subsurface soil volume is not enough investigated until now. In this work we made an attempt to study scattering from large subsurface structures like subsoil water bed or natural layering of different soil types using VHF-band. A model with two soil layers is considered with rough boundary between them and gradient of dielectric constant. Possibility of layers moisture determination using X-Bragg model for surface scattering is investigated. Thickness of upper soil layer could be estimated using obtained values of moisture

Особливості морфогенезу опікової рани при застосуванні хітозанових мембран в різні вікові періоди.

Background. The number of research devoted to chitosan application for burn defects treatment has increased during the last decades. However, the age-related features of skin regeneration with chitosan application are still uninvestigated Objective. The aim of our research was to evaluate effectiveness of chitosan coatings application to treat burns in different age periods. Methods. We studied the tissue morphogenesis features of the thermal damaged skin. We modeled the burn wounds of IIIb degree on the rats of experimental and control groups. And then we applied chitosan coatings on the animals of the experimental group to analyze the effectiveness of topical treatment. We analyzed the healing of burn wounds by the following morphological criteria: types of the epidermis and dermis damage; terms and features of wound cleaning; presence and degree of inflammation intensity and blood circulation disorders; quantity and quality of cellular infiltration. Other criteria were terms and degree of connective and epithelial tissue formation and levels of their differentiation and distribution; presence or absence of synchrony regenerative processes in the epithelium and connective tissue (especially features of vessel formation); presence or absence of morphological manifestations of pathological regeneration in the epithelium and connective tissue. Results. We found that the rate of burn healing applying chitosan coatings speeded up as they stimulated both macrophage reaction (with further inflammation reduction); cellular proliferation of fibroblasts and vessel formation. Moreover, granulation tissue and collagen fibers formed faster. Besides, epithelium regeneration and scar formation enhanced. As a result, epithelial cell migration and tissue contraction covered the wound. Conclusion. Application of chitosan membranes to treat thermal burns enhanced wound cleaning from dead tissue and reduced eschar, decreased the intensity of inflammatory reactions and disorders of blood circulation, improved epithelization of the wound and regulated formation of the scar tissue. Nevertheless, application of topical treatment for rats (aged 22 months) changed insignificantly the regenerate structure comparing with the animals from other groups.Применение хитозановых пленок для лечения термических повреждений приводило к ускорению очищения раны от некротических масс и отторжению струпа, уменьшению интенсивности воспалительной реакции и расстройств кровообращения, ускорению эпителизации раны, а также регулировало образование рубцовой тканиу крыс разного возраста.Применение средства местного назначения у животных старческого возраста не приводило к существенным улучшениям морфологии регенерата, что, возможно, связано с низкой чувствительностью эффекторных клеток раны.Застосування хітозанових плівок для лікування термічних ушкоджень призводило до прискорення очищення рани від некротичних мас та відторгнення струпу, зменшення інтенсивності запальної реакції та розладів кровообігу, пришвидшення епітелізації рани, а також регулювало утворення рубцевої тканини у щурів різного віку. Застосування засобу місцевого призначення у тварин старечого віку не призводило до суттєвих покращень морфології регенерату, що, можливо, пов’язане з низькою чутливістю ефекторних клітин рани