Chitosan nanodeeltjes-eigenschappen en toepassingen

By Will SoutterMay 2 2013

Chitosan is een interessant polymeer dat op grote schaal in de medische sector is gebruikt. Het is gedeeltelijk of volledig gedeacetyleerd chitine. Omdat chitine van nature voorkomt (bijvoorbeeld in schimmelcelwanden en schaaldieren), is chitosan een volledig biologisch afbreekbaar en biocompatibel en kan het worden gebruikt als lijm en als antibacterieel en antischimmelmiddel.

Chitosan is uitgebreid onderzocht als potentiële drager van het geneesmiddel vanwege zijn biocompatibele eigenschappen. Sommige studies hebben voorgesteld het gebruiken van chitosan om nanoparticles te bedekken die van andere materialen worden gemaakt om hun effect op het lichaam te verminderen en hun biologische beschikbaarheid te verhogen.

de deacetyleringsgraad en het molecuulgewicht van chitosan kunnen worden gewijzigd om verschillende fysisch-mechanische eigenschappen te verkrijgen. De elementaire samenstelling van het chitosan-polymeer is koolstof (44,11%), waterstof (6,84%) en stikstof (7,97%). De viscositeit gemiddelde molecuulgewicht van chitosan is ~5.3 x 105 Dalton.

Scanning elektronenmicrografie van met chitosan beklede nanodeeltjes geladen met docetaxel.
Image Credits: s Saremi, Tehran University of Medical Sciences via Open-i, US National Library of Medicine.

vorming van Chitosan nanodeeltjes

Chitosan is uitgebreid onderzocht als potentiële drager van het geneesmiddel vanwege zijn biocompatibele eigenschappen. Sommige studies hebben voorgesteld het gebruiken van chitosan om nanoparticles te bedekken die van andere materialen worden gemaakt om hun effect op het lichaam te verminderen en hun biologische beschikbaarheid te verhogen.

de deacetyleringsgraad en het molecuulgewicht van chitosan kunnen worden gewijzigd om verschillende fysisch-mechanische eigenschappen te verkrijgen. De elementaire samenstelling van het chitosan-polymeer is koolstof (44,11%), waterstof (6,84%) en stikstof (7,97%). Het viscositeitsgemiddelde molecuulgewicht van chitosan is ~ 5,3 x 105 Dalton.

schimmelwerende eigenschappen van Chitosan

in zijn vrije polymeervorm vertoont chitosan schimmelwerende werking tegen Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi en Rhizopus stolonifer. De schimmelwerende activiteit van chitosan hangt af van de concentratie, het molecuulgewicht, de mate van substitutie en het type functionele groepen toegevoegd aan de chitosan, evenals het type schimmel.

terwijl derivaten van het polymeer kunnen worden gemaakt om specifieke pathogenen aan te pakken, vertoont chitosan een natuurlijke schimmelwerende werking zonder dat chemische modificatie nodig is.

Chitosan nanodeeltjes in geneesmiddelafgifte

verschillende onderzoeksgroepen hebben de eigenschappen van chitosan nanodeeltjes bestudeerd met het oog op het gebruik ervan als geneesmiddelafgifte. De biocompatibiliteit en niet-toxiciteit van het materiaal maakt het aantrekkelijk als neutraal middel voor de levering van actieve stoffen.

onderzoek in 2005 bevestigde dat Ionische gelatie kan worden gebruikt om chitosan-TPP nanodeeltjes van voldoende kwaliteit te produceren voor gebruik in klinische toepassingen. De onderzoekers bepaalden ook het effect van bepaalde productieparameters op de deeltjeseigenschappen, om herhaalbare resultaten van het productieproces te garanderen.

het onderzoek dat in 2006 werd uitgevoerd, richtte zich vervolgens op de in vitro en in vivo interactie van chitosan nanodeeltjes (CSNPs), als nieuwe drager van deeltjes, met epitheliale cellen op het oculaire oppervlak. Ionotrope gelatie werd gebruikt om CSNPs te produceren die met fluoresceïne isothiocyanate-runderserumalbumine wordt geëtiketteerd.

er werden drie verschillende csnp-concentraties genomen en menselijke conjunctivale epitheelcellen (IOBA-NHC) werden er gedurende 15, 30, 60 en 120 minuten aan blootgesteld. Levensvatbaarheid en celoverleving werden gemeten na een herstelperiode van 24 uur in het kweekmedium en onmiddellijk na de behandeling.

confocale microscopie werd gebruikt om de relatie tussen CSNPs en IOBA-NHC cellen te meten. Fluorometrie werd gebruikt om het effect van temperatuur en metabolische remming te bestuderen. De acute tolerantie en de in vivo opname van het oculaire oppervlak voor CNSPs werden bestudeerd bij konijnen.

er werd waargenomen dat de opname van CSNPs continu was tijdens het experiment en afhankelijk was van de temperatuur. Er was geen invloed op de opname van CNSP als gevolg van metabole remming door natriumazide.

er waren geen tekenen van verandering of ontsteking na blootstelling aan CSNP op het oculair oppervlak van het konijn. Fluorescentiemicroscopie van de lidsecties en de oogbol van konijnen bevestigd in vivo opname door corneale en conjunctivale epithelia. Deze nanoparticles werden goed goedgekeurd door de oculaire oppervlakteweefsels.

voor toediening van geneesmiddelen via niet-injectie op mucosale plaatsen is een van de belangrijkste uitdagingen de absorptie van de geneesmiddelen op deze plaatsen. Het systeem van de druglevering zou mucoadhesive deeltjes moeten hebben en het medicijn na verloop van tijd vrijgeven.

door de positieve lading van chitosan kan het zich binden met het negatief geladen slijm. Zo kan chitosan fungeren als een uitstekende drager voor mucoadhesive geneesmiddelen. Chitosan-gebaseerde nanoparticles zijn gebruikt om drugs aan de longen te leveren, met chitosan het helpen om aan het longmucosa vast te maken.

droog poeder inhalatie van rifampicine, een anti-tuberculermiddel, geformuleerd met chitosan als de polymeerdrager, toonde aan dat het geneesmiddel 24 uur lang aanhoudend werd afgegeven. Evenzo, verhoogde de longafzetting van itraconazol, een anti-schimmeldrug, wanneer geformuleerd als gesproeidroogde microdeeltjes van itraconazol geladen met chitosan nanoparticles.

goud-Chitosandeeltjes voor het detecteren van zware metalen

In een ander onderzoek in 2005 werd een innovatieve strategie voorgesteld voor het gebruik van gouden nanodeeltjes bedekt met chitosan voor het detecteren van zware metaalionen. Chitosan is polycationic en kan daarom aan de negatief geladen gouden nanoparticleoppervlakken door elektrostatische interactie worden bevestigd.

het gebruik van chitosan biedt voldoende sterische hinder om de stabiliteit van de colloïden te waarborgen en nanodeeltjes te functionaliseren die als sensoren kunnen worden gebruikt. De chelaatvormende eigenschappen van Chitosan en de optische eigenschappen van gouden nanoparticles zijn gebruikt om lage concentraties van zware metaalionen in water te ontdekken.

Chitosandeeltjes voor waterzuivering

naast medische toepassingen is chitosan ook gebruikt voor waterzuivering. De aanwezigheid van functionele groepen zoals hydroxyl en amino in chitosan maken het een uitstekend adsorbens. Eén studie meldde dat chitosan-met een laag bedekte nanoparticlemembranen bacteriën veel beter dan ongecoate membranen konden verwijderen.

een andere studie in 2015 rapporteerde het gebruik van chitosan-zinkoxide nanodeeltjes voor de verwijdering van ongeveer 99% kleur uit textiel effluent. Als de chitosan magnetisch wordt gemaakt, kan het, samen met de geadsorbeerde kleurstoffen, gemakkelijk worden teruggewonnen met behulp van magnetische krachten, waardoor een goede herbruikbaarheid van het water.

toepassingen van Chitosan nanodeeltjes

toepassingen van chitosan nanodeeltjes worden hieronder vermeld:

• antibacteriële middelen, vectoren van de genlevering en dragers voor eiwitversie en drugs.
• een potentieel adjuvans voor vaccins zoals influenza -, hepatitis-B-en biggenparatyfus-vaccin.
• een nieuw nasaal toedieningssysteem voor vaccins. Deze nanoparticles verbeteren antigeen begrijpen door mucosal lymfoïde weefsels en veroorzaken sterke immune reacties tegen antigenen.Het is ook bewezen dat Chitosan infecties in wonden voorkomt en het wondgenezingsproces versnelt door de groei van huidcellen te stimuleren.
• chitosan nanodeeltjes kunnen worden gebruikt als conserveermiddel bij het verpakken van levensmiddelen en in de tandheelkunde.
• Het kan ook worden gebruikt als additief in antimicrobieel textiel voor de productie van kleding voor de gezondheidszorg en andere beroepsbeoefenaren.
• chitosan nanodeeltjes vertonen een effectieve antimicrobiële activiteit tegen Staphylococcus saprofyticus en Escherichia coli.
• deze materialen kunnen ook worden gebruikt als wondgenezingsmateriaal voor de preventie van opportunistische infecties en om wondgenezing mogelijk te maken.
• Het is ook bewezen dat de nanodeeltjes huidregenererende eigenschappen vertonen wanneer materialen in het laboratorium werden getest op huidcelfibroblasten en keratinocyten, waardoor de weg werd vrijgemaakt voor anti-aging huidverzorgingsproducten.

bronnen en verdere lezing

• antifungale activiteit van Chitosan Nanodeeltjes en correlatie met hun fysische eigenschappen-International Journal of Biomaterials
• Ultra-small water-dispergeerbare fluorescente chitosan nanodeeltjes: synthesis, characterization and specific targeting – the Royal Society of Chemistry
• heavy-metal ion sensors using chitosan-Caped gold nanoparticles –IOP Science
• Chitosan for biomedical applications – University of Iowa
• recente ontwikkelingen in Chitosan-Based Nanoparticulate Pulmonary Drug Delivery—Nanoscale
• Textielverwijdering uit afvalwater efuents using chitosan–ZnO nanocomposite. Journal of Textile Science and Engineering
• Dye removal and kinetics of adsorption by magnetic chitosan nanoparticles. Ontzalinwaterbehandeling

dit artikel is bijgewerkt op 2 September 2019.

geschreven door

Will Soutter

Will heeft een B.Sc. in chemie van de Universiteit van Durham, en een M.Sc. in groene chemie van de Universiteit van York. Natuurlijk, Will is onze resident Chemie expert, maar, een liefde voor de wetenschap en het internet maakt Will de allrounder van het team. In zijn vrije tijd speelt Will graag drums, kookt en brouwt cider.

citaten