Chitosanové nanočástice-vlastnosti a aplikace

od Will SoutterMay 2 2013

Chitosan je zajímavý polymer, který byl široce používán v oblasti medicíny. Je to buď částečně nebo úplně deacetylovaný chitin. Protože se chitin vyskytuje přirozeně (například v buněčných stěnách hub a skořápkách korýšů), chitosan je plně biologicky rozložitelný a biokompatibilní a může být použit jako lepidlo a jako antibakteriální a antifungální činidlo.

Chitosan byl rozsáhle zkoumán jako potenciální nosič léčiva kvůli jeho biokompatibilním vlastnostem. Některé studie navrhly použití chitosanu k potahování nanočástic vyrobených z jiných materiálů, aby se snížil jejich dopad na tělo a zvýšila se jejich biologická dostupnost.

stupeň deacetylace a molekulová hmotnost chitosanu lze modifikovat, aby se získaly různé fyzikálně-mechanické vlastnosti. Elementárním složením chitosanového polymeru je uhlík (44,11%), vodík (6,84%) a dusík (7,97%). Průměrná molekulová hmotnost viskozity chitosanu je ~5.3 x 105 daltonů.

skenovací elektronový mikrograf nanočástic potažených chitosanem naložených docetaxelem.
obrazové kredity: S Saremi, Teheránská Univerzita lékařských věd prostřednictvím Open-i, americká Národní lékařská knihovna.

tvorba Chitosanových nanočástic

Chitosan byl rozsáhle zkoumán jako potenciální nosič léčiva kvůli jeho biokompatibilním vlastnostem. Některé studie navrhly použití chitosanu k potahování nanočástic vyrobených z jiných materiálů, aby se snížil jejich dopad na tělo a zvýšila se jejich biologická dostupnost.

stupeň deacetylace a molekulová hmotnost chitosanu lze modifikovat, aby se získaly různé fyzikálně-mechanické vlastnosti. Elementárním složením chitosanového polymeru je uhlík (44,11%), vodík (6,84%) a dusík (7,97%). Průměrná molekulová hmotnost viskozity chitosanu je ~5,3 x 105 daltonů.

antifungální vlastnosti chitosanu

ve své volné polymerní formě vykazuje chitosan antifungální aktivitu proti Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi a Rhizopus stolonifer. Antifungální aktivita chitosanu závisí na jeho koncentraci, molekulové hmotnosti, stupni substituce a typu funkčních skupin přidaných do chitosanu, stejně jako na typu houby.

zatímco deriváty polymeru mohou být vytvořeny pro cílení na specifické patogeny, chitosan vykazuje přirozenou antifungální aktivitu bez nutnosti chemické modifikace.

Chitosanové nanočástice v dodávce léčiv

několik výzkumných skupin studovalo vlastnosti chitosanových nanočástic s cílem jejich použití jako činidla pro dodávání léčiv. Díky biokompatibilitě a netoxicitě materiálu je atraktivní jako neutrální činidlo pro dodávání účinných látek.

výzkum v roce 2005 potvrdil, že iontová gelace může být použita k výrobě nanočástic chitosan-TPP dostatečné kvality pro použití v klinických aplikacích. Vědci také určili vliv určitých výrobních parametrů na vlastnosti částic, aby zajistili opakovatelné výsledky výrobního procesu.

výzkum provedený v roce 2006 se poté zaměřil na in vitro a in vivo interakci chitosanových nanočástic (CSNPs) jako nového nosiče částic s epiteliálními buňkami na očním povrchu. Ionotropní gelace byla použita k výrobě CSNPs značených fluoresceinovým isothiokyanátem-bovinním sérovým albuminem.

byly odebrány tři různé koncentrace CSNP a lidské konjunktivální epiteliální buňky (IOBA-NHC) jim byly vystaveny po dobu 15, 30, 60 a 120 minut. Životaschopnost a přežití buněk byly měřeny po 24hodinovém období zotavení v kultivačním médiu a bezprostředně po léčbě.

konfokální mikroskopie byla použita k měření vztahu mezi CSNPs a IOBA-NHC buňkami. Fluorometrie byla použita ke studiu vlivu teploty a metabolické inhibice. U králíků byla studována akutní tolerance a in vivo vychytávání očního povrchu k Cnsp.

bylo pozorováno, že vychytávání CSNPs bylo během experimentu kontinuální a bylo závislé na teplotě. Na vychytávání CNSP v důsledku metabolické inhibice azidem sodným nebyl žádný vliv.

po expozici CSNP na očním povrchu králíka nebyly žádné známky změny nebo zánětu. Fluorescenční mikroskopie sekcí víček a králičího oka potvrdila in vivo vychytávání rohovkovým a spojivkovým epitelem. Tyto nanočástice byly dobře přijaty očními povrchovými tkáněmi.

pro podávání léků neinjekcí do sliznic je jednou z klíčových výzev absorpce léčiv na těchto místech. Systém podávání léků by měl mít mukoadhezivní částice a uvolňovat lék v průběhu času.

díky kladnému náboji chitosanu se může vázat s negativně nabitým hlenem. Chitosan tak může působit jako vynikající nosič mukoadhezivních léků. Nanočástice na bázi chitosanu byly použity k dodávání léků do plic, přičemž chitosan pomáhá připojit se k plicní sliznici.

inhalace suchého prášku rifampicinu, antituberkulárního léčiva, formulovaného s chitosanem jako polymerním nosičem, vykazovala trvalé uvolňování léčiva po dobu 24 hodin. Podobně plicní depozice itrakonazolu, antifungálního léčiva, se zvýšila, když byla formulována jako mikročástice itrakonazolu sušené rozprašováním nabité chitosanovými nanočásticemi.

zlato-Chitosanové částice pro snímání těžkých kovů

v dalším výzkumu v roce 2005 byla navržena inovativní strategie pro použití nanočástic zlata s chitosanem pro snímání iontů těžkých kovů. Chitosan je polykationický, a proto může být připojen k negativně nabitým povrchům nanočástic zlata pomocí elektrostatických interakcí.

použití chitosanu poskytuje dostatečnou sterickou překážku pro zajištění koloidní stability a funkcionalizace nanočástic, které lze použít jako senzory. Chitosanové chelatační vlastnosti a optické vlastnosti nanočástic zlata byly použity k detekci nízkých koncentrací iontů těžkých kovů ve vodě.

Chitosanové částice pro úpravu vody

kromě lékařských aplikací se chitosan používá také při úpravě vody. Přítomnost funkčních skupin, jako je hydroxyl a amino v chitosanu, z něj činí vynikající adsorbent. Jedna studie uvádí, že membrány nanočástic potažené chitosanem dokázaly odstranit bakterie mnohem lépe než nepotažené membrány.

další studie v roce 2015 uváděla použití nanočástic oxidu chitosan-zinečnatého pro odstranění asi 99% barvy z textilních odpadních vod. Pokud je chitosan vyroben magneticky, může být spolu s adsorbovanými barvivy snadno získán pomocí magnetických sil, což umožňuje dobrou opětovnou použitelnost vody.

aplikace Chitosanových nanočástic

aplikace chitosanových nanočástic jsou uvedeny níže:

• antibakteriální látky, přenašeče genů a nosiče pro uvolňování proteinů a léčiva.
• potenciální adjuvans pro vakcíny, jako je vakcína proti chřipce, hepatitidě B a paratyfidům selat.
• nový nosní systém pro vakcíny. Tyto nanočástice zlepšují absorpci antigenu slizničními lymfoidními tkáněmi a vyvolávají silné imunitní odpovědi proti antigenům.
• bylo také prokázáno, že Chitosan zabraňuje infekci ran a urychluje proces hojení ran tím, že zvyšuje růst kožních buněk.
• chitosanové nanočástice mohou být použity pro konzervační účely při balení potravin a ve stomatologii.
• může být také použit jako přísada do antimikrobiálních textilií pro výrobu oděvů pro zdravotnictví a další profesionály.
• chitosanové nanočástice vykazují účinnou antimikrobiální aktivitu proti Staphylococcus saprophyticus a Escherichia coli.
• tyto materiály mohou být také použity jako materiál pro hojení ran pro prevenci oportunní infekce a pro umožnění hojení ran.
• nanočástice také prokázaly regenerační vlastnosti pokožky, když byly materiály testovány na fibroblastech kožních buněk a keratinocytech v laboratoři, což připravilo cestu k přípravkům pro péči o pleť proti stárnutí.

zdroje a další čtení

• antifungální aktivita Chitosanových nanočástic a korelace s jejich fyzikálními vlastnostmi-International Journal of Biomaterials
• Ultra-malé ve vodě dispergovatelné fluorescenční chitosanové nanočástice: syntéza, charakterizace a specifické cílení-Královská společnost chemie
• iontové senzory těžkých kovů používající zlaté nanočástice s chitosanem-IOP Science
• Chitosan pro biomedicínské aplikace-University of Iowa
• nedávné pokroky v dodávce nanočástic plicních léčiv na bázi chitosanu-Nanoměřítko
• odstranění textilních barviv z odpadních vod pomocí nanokompozitu chitosan-ZnO. Journal of Textile Science and Engineering
• odstranění barviva a kinetika adsorpce magnetickými chitosanovými nanočásticemi. Desalin Water Treat

tento článek byl aktualizován 2. září 2019.

napsal

Will Soutter

Will má B.Sc. v chemii z University of Durham, a M.Sc, v zelené chemii z University of York. Přirozeně, Will je náš rezidentní odborník na chemii, ale, láska k vědě a internetu dělá Willa všestranným týmem. Ve volném čase Will rád hraje na bicí, vaří a vaří jablečný mošt.

citace