Kitosaanin nanohiukkaset-ominaisuudet ja sovellukset

By Will Soutermay 2 2013

kitosaani on mielenkiintoinen polymeeri, jota on käytetty paljon lääketieteessä. Se on joko osittain tai kokonaan deasetyloitua kitiiniä. Koska kitiiniä esiintyy luonnostaan (esimerkiksi sienisoluseinissä ja äyriäisten kuorissa), kitosaani on täysin biohajoava ja bioyhteensopiva ja sitä voidaan käyttää liimana sekä antibakteerisena ja sienilääkkeenä.

kitosaania on tutkittu laajasti mahdollisena lääkeaineiden kantajana sen bioyhteensopivien ominaisuuksien vuoksi. Joissakin tutkimuksissa on ehdotettu kitosaanin käyttöä muista materiaaleista valmistettujen nanohiukkasten päällystämiseen niiden vaikutuksen vähentämiseksi kehoon ja niiden hyötyosuuden lisäämiseksi.

kitosaanin deasetylaatioastetta ja molekyylipainoa voidaan muuttaa erilaisten fysikaalis-mekaanisten ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Kitosaanipolymeerin alkuainekoostumus on hiili (44,11%), vety (6,84%) ja typpi (7,97%). Kitosaanin viskositeettikeskimolekyylipaino on ~5.3 x 105 daltonia.

Kitosaanipäällysteisten nanohiukkasten Pyyhkäisyelektronimikrografi, joka on ladattu dosetakselilla.
kuvatekstit: s Saremi, Teheranin lääketieteellinen yliopisto open-i: n kautta, Yhdysvaltain Kansalliskirjasto.

kitosaanin nanohiukkasten muodostumista

kitosaania on tutkittu laajasti mahdollisena lääkeaineiden kantajana sen bioyhteensopivien ominaisuuksien vuoksi. Joissakin tutkimuksissa on ehdotettu kitosaanin käyttöä muista materiaaleista valmistettujen nanohiukkasten päällystämiseen niiden vaikutuksen vähentämiseksi kehoon ja niiden hyötyosuuden lisäämiseksi.

kitosaanin deasetylaatioastetta ja molekyylipainoa voidaan muuttaa erilaisten fysikaalis-mekaanisten ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Kitosaanipolymeerin alkuainekoostumus on hiili (44,11%), vety (6,84%) ja typpi (7,97%). Kitosaanin viskositeettikeskimolekyylipaino on ~5,3 x 105 daltonia.

kitosaanin antifungaaliset ominaisuudet

vapaassa polymeerimuodossa kitosaanilla on antifungaalinen vaikutus Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi ja Rhizopus stolonifer-bakteereihin. Kitosaanin antifungaalinen aktiivisuus riippuu sen pitoisuudesta, molekyylipainosta, substituutioasteesta ja kitosaaniin lisättyjen funktionaalisten ryhmien tyypistä sekä sienen tyypistä.

vaikka polymeerin johdannaisia voidaan luoda tiettyjen patogeenien kohdentamiseksi, kitosaanilla on luontaista antifungaalista vaikutusta ilman tarvetta kemialliseen muunteluun.

Kitosaaninanohiukkaset lääkkeiden toimituksessa

useat tutkimusryhmät ovat tutkineet kitosaaninanohiukkasten ominaisuuksia tarkoituksenaan käyttää niitä lääkkeiden annosteluaineena. Materiaalin biologinen yhteensopivuus ja myrkyllisyys tekevät siitä houkuttelevan neutraalina aineena aktiivisten aineiden toimittamiseen.

vuonna 2005 tehty tutkimus vahvisti, että ionigeeliä voidaan käyttää tuottamaan riittävän laadukkaita kitosaani-TPP-nanohiukkasia käytettäväksi kliinisissä sovelluksissa. Tutkijat selvittivät myös tiettyjen valmistusparametrien vaikutuksen hiukkasen ominaisuuksiin varmistaakseen Toistettavat tulokset tuotantoprosessista.

vuonna 2006 tehty tutkimus keskittyi kitosaaninanohiukkasten (CSNPs) in vitro-ja In vivo-vuorovaikutukseen uutena hiukkaskantajana, jolla on epiteelisoluja silmän pinnalla. Ionotrooppista geeliä käytettiin tuottamaan csnps merkitty fluoreseiini isotiosyanaatti-naudan seerumin albumiini.

otettiin kolme erilaista CSNP-pitoisuutta ja ihmisen sidekalvon epiteelisolut (IOBA-NHC) altistettiin niille 15, 30, 60 ja 120 minuutin ajan. Elinkelpoisuus ja solujen eloonjääminen mitattiin 24 tunnin toipumisjakson jälkeen viljelyaineessa ja välittömästi hoidon jälkeen.

Konfokaalimikroskopiaa käytettiin CSNPs: n ja IOBA-NHC: n solujen välisen suhteen mittaamiseen. Fluorometrian avulla tutkittiin lämpötilan ja metabolisen inhibition vaikutusta. Kaniineilla tutkittiin silmän pinnan akuuttia sietokykyä ja In vivo-soluunottoa CNSPs: ään.

havaittiin, että CSNPs: n sisäänotto oli jatkuvaa kokeen aikana ja riippui lämpötilasta. Natriumatsidin metabolisen eston ei havaittu vaikuttavan cnsp: n soluunottoon.

kanin silmän pinnalla ei havaittu muutoksia tai tulehduksia CSNP-altistuksen jälkeen. Luomen osien ja kanin silmämunan fluoresenssimikroskopia on vahvistettu sarveiskalvon ja sidekalvon epiteelin sisäänotossa in vivo. Silmän pintakudokset hyväksyivät nämä nanohiukkaset hyvin.

kun lääke annostellaan ilman injektiota limakalvokohtiin, yksi keskeisistä haasteista on lääkkeiden imeytyminen näihin kohtiin. Lääkejakelujärjestelmän tulisi olla mucoadhesive-hiukkasia ja vapauttaa lääke ajan myötä.

kitosaanin positiivisen varauksen vuoksi se voi sitoutua negatiivisesti varautuneeseen limaan. Näin kitosaani voi toimia erinomaisena kantaja-aineena mukoadhesive-lääkkeille. Kitosaanipohjaisia nanohiukkasia on käytetty lääkkeiden toimittamiseen keuhkoihin, kitosaanin auttaessa kiinnittymään keuhkojen limakalvoon.

kuiva-aine hengitettynä rifampisiinilla, tuberkuliinilääkkeellä, joka on polymeerin kantaja-aineena kitosaania, todettiin lääkeaineen vapautuvan pysyvästi 24 tunnin ajan. Samoin itrakonatsolin, sienilääkkeen, keuhkokapsaatio lisääntyi, kun se valmistettiin kitosaaninanohiukkasilla täytettyinä itrakonatsolin suihkukuivattuina mikropartikkeleina.

kulta-Kitosaanihiukkaset raskasmetallien tunnistamiseen

toisessa tutkimuksessa vuonna 2005 ehdotettiin innovatiivista strategiaa kitosaanilla päällystettyjen kultananohiukkasten käyttämiseksi raskasmetalli-ionien tunnistamiseen. Kitosaani on polykationinen ja voi siksi kiinnittyä negatiivisesti varautuneisiin kultananopintoihin sähköstaattisten vuorovaikutusten avulla.

kitosaanin käyttö antaa tarpeeksi steeristä estettä kolloidin stabiilisuuden varmistamiseksi ja nanohiukkasten funktionalisoimiseksi, joita voidaan käyttää antureina. Kitosaanin kelatoivien ominaisuuksien ja kultananopartikkelien optisten ominaisuuksien avulla on pystytty havaitsemaan veden raskasmetalli-ionien pieniä pitoisuuksia.

Kitosaanihiukkasia vedenkäsittelyyn

lääketieteellisten sovellusten lisäksi kitosaania on käytetty myös vedenkäsittelyssä. Funktionaalisten ryhmien, kuten hydroksyylin ja aminon läsnäolo kitosaanissa tekee siitä erinomaisen adsorbentin. Erään tutkimuksen mukaan kitosaanipäällysteiset nanohiukkaskalvot pystyivät poistamaan bakteereja paljon paremmin kuin päällystämättömät kalvot.

toinen vuonna 2015 tehty tutkimus kertoi kitosaani-sinkkioksidi-nanohiukkasten käytöstä noin 99-prosenttisen värin poistoon tekstiilivedestä. Jos kitosaanista tehdään magneettista, se voidaan adsorboitujen väriaineiden kanssa ottaa helposti talteen magneettisten voimien avulla, jolloin vesi on hyvin uudelleenkäytettävissä.

Kitosaaninanohiukkasten Sovellukset

kitosaaninanohiukkasten sovellukset on lueteltu alla:

• antibakteerisia aineita, geenien jakeluvektoreita ja kantajia proteiinin vapauttamiseen ja lääkkeisiin.
• mahdollinen adjuvantti esimerkiksi influenssa -, hepatiitti B-ja Nasu-paratyfoidirokotteille.
• Uusi rokotteiden nenäannostelujärjestelmä. Nämä nanohiukkaset parantavat antigeenin soluunottoa limakalvojen imukudoksissa ja saavat aikaan vahvan immuunivasteen antigeenejä vastaan.
• kitosaanin on myös osoitettu ehkäisevän tulehduksia haavoissa ja nopeuttavan haavan paranemisprosessia tehostamalla ihosolujen kasvua.
• Kitosaaninanohiukkasia voidaan käyttää säilöntäaineena elintarvikkeiden pakkaamisessa ja hammaslääketieteessä.
• sitä voidaan käyttää myös lisäaineena antimikrobisissa tekstiileissä, joilla valmistetaan vaatteita terveydenhuollon ja muiden ammattilaisten käyttöön.
• Kitosaaninanohiukkasilla on tehokas antimikrobinen vaikutus Staphylococcus saprophyticusta ja Escherichia colia vastaan.
• näitä aineita voidaan käyttää myös haavaa parantavana aineena opportunistisen infektion ehkäisyssä ja haavan paranemisen mahdollistamisessa.
• nanohiukkasten on myös todistettu osoittavan ihoa uudistavia ominaisuuksia, kun laboratoriossa testattiin ihosolujen fibroblasteilla ja keratinosyyteillä materiaaleja, jotka tasoittavat tietä anti-ageing-ihonhoitotuotteille.

Sources and Further Reading

• Antifungal Activity of Kitosananoparticles and Correlation with Their Physical Properties-International Journal of Biomaterials
• Ultra-small water-dispersible fluorescent kitosananoparticles: synthesis, characterization and specific targeting – the Royal Society of Chemistry
• Heavy-metal ion sensors using kitosan-capped gold nanoparticles –IOP Science
• Kitosan for biolääketieteelliset Sovellukset – Iowan yliopisto
• viimeaikaiset edistysaskeleet Kitosaanipohjaisissa Nanoparticulate Pulmonary Drug Delivery-Nanoscale
• Textile dye removal from waste efuents using kitosan—ZnO nanokomposiitti. Journal of Textile Science and Engineering
• Dye removal and kinetics of adsorption by magnetic kitosan nanopartikkelit. Desaliiniveden käsittely

tämä artikkeli on päivitetty 2. syyskuuta 2019.

kirjoittanut

will Souter

Will on B.Sc. kemiassa Durhamin yliopistosta, ja M.Sc vihreässä kemiassa Yorkin yliopistosta. Will on kemian asiantuntijamme, mutta rakkaus tieteeseen ja internetiin tekee Willistä tiimin monipuolisimman. Vapaa-ajallaan Will tykkää soittaa rumpuja, kokata ja keittää siideriä.

lainaukset