Chitosan nanopartikler-egenskaber og anvendelser

af vil SoutterMay 2 2013

Chitosan er en interessant polymer, der er blevet brugt i vid udstrækning på det medicinske område. Det er enten delvist eller fuldt deacetyleret chitin. Da chitin forekommer naturligt (for eksempel i svampecellevægge og krebsdyrskaller), er chitosan et fuldt biologisk nedbrydeligt og biokompatibelt og kan bruges som et klæbemiddel og som et antibakterielt og svampedræbende middel.

Chitosan er blevet undersøgt grundigt som en potentiel lægemiddelbærer på grund af dets biokompatible egenskaber. Nogle undersøgelser har foreslået at bruge chitosan til at belægge nanopartikler lavet af andre materialer for at reducere deres indvirkning på kroppen og øge deres biotilgængelighed.

graden af deacetylering og molekylvægten af chitosan kan modificeres for at opnå forskellige fysisk-mekaniske egenskaber. Den elementære sammensætning af chitosanpolymeren er kulstof (44,11%), hydrogen (6,84%) og nitrogen (7,97%). Viskositetens gennemsnitlige molekylvægt af chitosan er ~5.3 gange 105 Dalton.

Scanningselektronmikrograf af chitosanbelagte nanopartikler fyldt med docetaksel.
Billedkreditter: s Saremi, Teheran Universitet for medicinske videnskaber via Open-i, US National Library of Medicine.

dannelse af Chitosan nanopartikler

Chitosan er blevet undersøgt grundigt som en potentiel lægemiddelbærer på grund af dets biokompatible egenskaber. Nogle undersøgelser har foreslået at bruge chitosan til at belægge nanopartikler lavet af andre materialer for at reducere deres indvirkning på kroppen og øge deres biotilgængelighed.

graden af deacetylering og molekylvægten af chitosan kan modificeres for at opnå forskellige fysisk-mekaniske egenskaber. Den elementære sammensætning af chitosanpolymeren er kulstof (44,11%), hydrogen (6,84%) og nitrogen (7,97%). Viskositetens gennemsnitlige molekylvægt af chitosan er ~5,3 gange 105 Dalton.

antifungale egenskaber af Chitosan

i sin frie polymerform udviser chitosan antifungal aktivitet mod Alternaria alternata, jordstængler, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi og jordstængler stolonifer. Chitosans antifungale aktivitet afhænger af dens koncentration, molekylvægt, substitutionsgrad og typen af funktionelle grupper tilsat til chitosan såvel som typen af svamp.

mens derivater af polymeren kan oprettes for at målrette mod specifikke patogener, viser chitosan naturlig antifungal aktivitet uden behov for kemisk modifikation.

Chitosan nanopartikler i Drug Delivery

flere forskningsgrupper har undersøgt egenskaberne af chitosan nanopartikler med henblik på at bruge dem som lægemiddelleveringsmiddel. Materialets biokompatibilitet og ikke-toksicitet gør det attraktivt som et neutralt middel til levering af aktive stoffer.

forskning i 2005 bekræftede, at ionisk gelering kan anvendes til fremstilling af chitosan-TPP nanopartikler af tilstrækkelig kvalitet til brug i kliniske applikationer. Forskerne bestemte også effekten af visse fremstillingsparametre på partikelegenskaberne for at sikre gentagelige resultater fra produktionsprocessen.

forskning udført i 2006 fokuserede derefter på In vitro og in vivo interaktion mellem chitosan nanopartikler (Csnp ‘ er) som en ny partikelformet lægemiddelbærer med epitelceller på den okulære overflade. Ionotrop gelering blev anvendt til fremstilling af Csnp ‘ erne mærket med fluoresceinisothiocyanat-bovint serumalbumin.

tre forskellige csnp-koncentrationer blev taget, og humane konjunktivalepitelceller (Ioba-NHC) blev udsat for dem i 15, 30, 60 og 120 minutter. Levedygtighed og celleoverlevelse blev målt efter en 24-timers restitutionsperiode i dyrkningsmediet og umiddelbart efter behandling.

konfokal mikroskopi blev brugt til at måle forholdet mellem Csnp ‘ er og Ioba-NHC-celler. Fluorometri blev brugt til at undersøge virkningen af temperatur og metabolisk inhibering. Den akutte tolerance og in vivo optagelse af den okulære overflade til Cnsp ‘ er blev undersøgt hos kaniner.

det blev observeret, at optagelsen af Csnp ‘ er var kontinuerlig i løbet af eksperimentets tid og var afhængig af temperatur. Der var ingen indvirkning på optagelsen af CNSP på grund af metabolisk hæmning af natrium.

der var ingen tegn på ændring eller betændelse efter eksponering for csnp på kaninens okulære overflade. Fluorescensmikroskopi af lågsektioner og kaninæble bekræftede in vivo optagelse af hornhinde og konjunktival epitel. Disse nanopartikler blev godt accepteret af de okulære overfladevæv.

til lægemiddelafgivelse via ikke-injektion til slimhindesteder er en af de vigtigste udfordringer absorptionen af lægemidlerne på disse steder. Lægemiddelafgivelsessystemet skal have slimhindeklæbende partikler og frigive lægemidlet over tid.

på grund af den positive ladning af chitosan kan den binde med det negativt ladede slim. Chitosan kan således fungere som en fremragende bærer til slimhindeklæbemidler. Chitosan-baserede nanopartikler er blevet brugt til at levere lægemidler til lungerne, hvor chitosan hjælper med at binde sig til lungeslimhinden.

Tørpulverinhalation af rifampicin, et anti-tuberculer-lægemiddel, formuleret med chitosan, da polymerbæreren viste vedvarende lægemiddelfrigivelse i 24 timer. På samme måde øges lungeaflejringen af det, et antisvampemiddel, når det formuleres som spraytørrede mikropartikler af det, der er fyldt med chitosan nanopartikler.

Guld-Chitosan partikler til Heavy Metal Sensing

i et andet stykke forskning i 2005 blev en innovativ strategi for anvendelse af guld nanopartikler udjævnet med chitosan til sensing tungmetalioner foreslået. Chitosan er polycationisk og kan derfor fastgøres til de negativt ladede guld nanopartikeloverflader gennem elektrostatiske interaktioner.

brug af chitosan giver tilstrækkelig sterisk hindring for at sikre kolloidstabilitet og funktionaliserende nanopartikler, der kan bruges som sensorer. Chitosans chelaterende egenskaber og guld nanopartiklers optiske egenskaber er blevet brugt til at detektere lave koncentrationer af tungmetalioner i vand.

Chitosanpartikler til vandbehandling

bortset fra medicinske anvendelser er chitosan også blevet brugt til vandbehandling. Tilstedeværelsen af funktionelle grupper som hydroksyl og amino i chitosan gør det til et fremragende adsorbent. En undersøgelse rapporterede, at chitosanbelagte nanopartikelmembraner var i stand til at fjerne bakterier meget bedre end ubelagte membraner.

en anden undersøgelse i 2015 rapporterede brugen af nanopartikler til fjernelse af omkring 99% farve fra tekstiludløb. Hvis chitosan er lavet magnetisk, kan den sammen med de adsorberede farvestoffer let genvindes ved hjælp af magnetiske kræfter, hvilket muliggør god genanvendelighed af vandet.

anvendelser af Chitosan nanopartikler

anvendelser af chitosan nanopartikler er anført nedenfor:

• antibakterielle midler, genafgivelsesvektorer og bærere til proteinfrigivelse og lægemidler.
• en potentiel adjuvans til vacciner som f.eks.
• et nyt nasal leveringssystem til vacciner. Disse nanopartikler forbedrer antigenoptagelsen af slimhindelymfoide væv og inducerer stærke immunresponser mod antigener.
• Chitosan har også vist sig at forhindre infektion i sår og fremskynde sårhelingsprocessen ved at øge væksten af hudceller.
• Chitosan nanopartikler kan bruges til konserveringsformål under emballering af fødevarer og i tandpleje.
• Det kan også bruges som tilsætningsstof i antimikrobielle tekstiler til fremstilling af tøj til sundhedsvæsenet og andre fagfolk.
• Chitosan nanopartikler viser effektiv antimikrobiel aktivitet mod Staphylococcus saprophyticus og Escherichia coli.
• disse materialer kan også bruges som et sårhelende materiale til forebyggelse af opportunistisk infektion og til at muliggøre sårheling.
• nanopartiklerne har også vist sig at vise hudregenererende egenskaber, når materialer blev testet på hudcellefibroblaster og keratinocytter i laboratoriet, hvilket banede vejen for anti-aging hudplejeprodukter.

kilder og yderligere læsning

• Antifungal aktivitet af Chitosan nanopartikler og korrelation med deres fysiske egenskaber – International Journal of Biomaterials
• Ultra-små vanddispergerbare fluorescerende chitosan nanopartikler: syntese, karakterisering og specifik målretning – Royal Society of Chemistry
• Heavy-metal ion sensorer ved hjælp af chitosan-udjævnede guld nanopartikler –IOP Science
• Chitosan til biomedicinske applikationer – University of Iova
• nylige fremskridt inden for Chitosan-baseret Nanopartikulær pulmonal lægemiddelafgivelse—nanoskala
• fjernelse af tekstilfarvestof fra spildevandsfuenter ved hjælp af chitosan–ikke nanokomposit. Tidsskrift for Tekstilvidenskab og teknik
• farvefjernelse og kinetik af adsorption af magnetiske chitosan nanopartikler. Desalin vandbehandling

denne artikel blev opdateret den 2.September 2019.

skrevet af

vil Soutter

vil have en B.Sc. i kemi fra University of Durham, og en M.Sc. i grøn kemi fra University of York. Naturligt, vilje er vores bosiddende Kemi ekspert, men, en kærlighed til videnskab og internettet gør vil all-rounder af holdet. I sin fritid vil lide at spille trommer, lave mad og brygge cider.

citater