Nanocząstki chitozanu-właściwości i zastosowania

przez will SoutterMay 2 2013

chitozan jest interesującym polimerem, który był szeroko stosowany w medycynie. Jest częściowo lub całkowicie deacetylowana chityna. Ponieważ chityna występuje naturalnie (na przykład w ścianach komórkowych grzybów i skorupach skorupiaków), chitozan jest w pełni biodegradowalny i biokompatybilny i może być stosowany jako klej oraz jako środek przeciwbakteryjny i przeciwgrzybiczy.

chitozan był szeroko badany jako potencjalny nośnik leku ze względu na jego biokompatybilne właściwości. Niektóre badania sugerują stosowanie chitozanu do powlekania nanocząstek wykonanych z innych materiałów w celu zmniejszenia ich wpływu na organizm i zwiększenia ich biodostępności.

stopień deacetylacji i masa cząsteczkowa chitozanu można modyfikować w celu uzyskania różnych właściwości fizykomechanicznych. Skład pierwiastkowy polimeru chitozanu to węgiel (44,11%), Wodór (6,84%) i azot (7,97 %). Średnia masa cząsteczkowa chitozanu wynosi ~5.3 x 105 Daltonów.

skaningowy elektronowy mikrograf nanocząstek pokrytych chitozanem z ładunkiem docetakselu.
źródło obrazu: S Saremi, Teheran University of Medical Sciences via Open-i, US National Library of Medicine.

Tworzenie nanocząstek chitozanu

chitozan był szeroko badany jako potencjalny nośnik leku ze względu na jego biokompatybilne właściwości. Niektóre badania sugerują stosowanie chitozanu do powlekania nanocząstek wykonanych z innych materiałów w celu zmniejszenia ich wpływu na organizm i zwiększenia ich biodostępności.

stopień deacetylacji i masa cząsteczkowa chitozanu można modyfikować w celu uzyskania różnych właściwości fizykomechanicznych. Skład pierwiastkowy polimeru chitozanu to węgiel (44,11%), Wodór (6,84%) i azot (7,97 %). Średnia masa cząsteczkowa chitozanu wynosi ~5,3 x 105 Daltonów.

właściwości przeciwgrzybicze chitozanu

w postaci wolnego polimeru chitozan wykazuje działanie przeciwgrzybicze przeciwko Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi i Rhizopus stolonifer. Działanie przeciwgrzybicze chitozanu zależy od jego stężenia, masy cząsteczkowej, stopnia podstawienia i rodzaju grup funkcjonalnych dodanych do chitozanu, a także rodzaju grzyba.

podczas gdy pochodne polimeru mogą być tworzone w celu ukierunkowania specyficznych patogenów, chitozan wykazuje naturalną aktywność przeciwgrzybiczą bez potrzeby modyfikacji chemicznej.

nanocząstki chitozanu w dostarczaniu leków

kilka grup badawczych zbadało właściwości nanocząstek chitozanu w celu wykorzystania ich jako środka dostarczającego leki. Biokompatybilność i nietoksyczność materiału sprawia, że jest on atrakcyjny jako neutralny środek do dostarczania środków aktywnych.

badania w 2005 r. potwierdziły, że żelowanie jonowe może być stosowane do wytwarzania nanocząstek chitozanu-TPP o wystarczającej jakości do stosowania w zastosowaniach klinicznych. Badacze określili również wpływ niektórych parametrów produkcyjnych na właściwości cząstek, aby zapewnić powtarzalne wyniki procesu produkcyjnego.

badania przeprowadzone w 2006 r.koncentrowały się następnie na interakcji in vitro i In vivo nanocząstek chitozanu (Csnp), jako nowego nośnika leku w postaci cząstek, posiadającego komórki nabłonkowe na powierzchni oka. Do wytworzenia Csnp znakowanych izotiocyjanianem fluoresceiny zastosowano żelowanie jonotropowe-albuminę surowicy bydlęcej.

pobrano trzy różne stężenia CSNP i wystawiono na nie ludzkie komórki nabłonka spojówek (IOBA-NHC) przez 15, 30, 60 i 120 minut. Żywotność i przeżywalność komórek mierzono po 24-godzinnym okresie rekonwalescencji w pożywce hodowlanej i bezpośrednio po leczeniu.

do pomiaru zależności między csnps a komórkami IOBA-NHC użyto Mikroskopii Konfokalnej. Do badania wpływu temperatury i hamowania metabolicznego wykorzystano fluorometrię. U królików badano ostrą tolerancję i wychwyt powierzchni oka do Cnsp in vivo.

zaobserwowano, że wychwyt Csnp był ciągły w czasie eksperymentu i zależał od temperatury. Nie stwierdzono wpływu na wychwyt CNSP z powodu hamowania metabolicznego przez azydek sodu.

po ekspozycji na CSNP na powierzchni oka królika nie stwierdzono oznak zmian ani stanu zapalnego. Mikroskopia fluorescencyjna odcinków powiek i gałki ocznej królika potwierdziła wychwyt in vivo przez nabłonek rogówki i spojówki. Nanocząstki te zostały dobrze zaakceptowane przez tkanki powierzchni oka.

w przypadku dostarczania leku przez bez wstrzyknięcia do miejsc błon śluzowych jednym z kluczowych wyzwań jest wchłanianie leków w tych miejscach. System dostarczania leku powinien mieć cząsteczki mukoadhezyjne i uwalniać lek w czasie.

ze względu na dodatni ładunek chitozanu może wiązać się z ujemnie naładowanym śluzem. Tak więc chitozan może działać jako doskonały nośnik leków mukoadhezyjnych. Nanocząstki na bazie chitozanu zostały użyte do dostarczania leków do płuc, a chitozan pomaga przyczepić się do błony śluzowej płuc.

wdychanie suchego proszku ryfampicyny, leku przeciwprątkowego, sformułowanego z chitozanem jako nośnikiem polimerowym wykazało przedłużone uwalnianie leku przez 24 godziny. Podobnie, odkładanie się w płucach itrakonazolu, leku przeciwgrzybiczego, wzrosło, gdy sformułowano go jako wysuszone rozpyłowo mikrocząsteczki itrakonazolu załadowane nanocząsteczkami chitozanu.

złoto-cząstki chitozanu do wykrywania metali ciężkich

w innym badaniu w 2005 r.zaproponowano innowacyjną strategię wykorzystania nanocząstek złota pokrytych chitozanem do wykrywania jonów metali ciężkich. Chitozan jest polikationowy i dlatego może być przyłączony do ujemnie naładowanych powierzchni nanocząstek złota poprzez oddziaływania elektrostatyczne.

stosowanie chitozanu zapewnia wystarczającą przeszkodę steryczną, aby zapewnić stabilność koloidów i funkcjonalizujące nanocząstki, które mogą być używane jako czujniki. Właściwości chelatujące chitozanu i właściwości optyczne nanocząstek złota zostały wykorzystane do wykrywania niskich stężeń jonów metali ciężkich w wodzie.

cząstki chitozanu do uzdatniania wody

oprócz zastosowań medycznych, chitozan był również stosowany w uzdatnianiu wody. Obecność grup funkcyjnych, takich jak hydroksyl i amino w chitozanie, czyni go doskonałym adsorbentem. Jedno z badań wykazało, że membrany nanocząstek pokryte chitozanem są w stanie usuwać bakterie znacznie lepiej niż niepowlekane membrany.

w innym badaniu w 2015 r.odnotowano zastosowanie nanocząstek tlenku chitozanu-cynku do usuwania około 99% koloru ze ścieków tekstylnych. Jeśli chitozan jest magnetyczny, to wraz z adsorbowanymi barwnikami można go łatwo odzyskać za pomocą sił magnetycznych, co pozwala na dobre ponowne użycie wody.

zastosowania nanocząstek chitozanu

zastosowania nanocząstek chitozanu są wymienione poniżej:

• środki przeciwbakteryjne, wektory dostarczania genów i nośniki uwalniania białka i leków.
• potencjalny adiuwant szczepionek, takich jak szczepionka przeciw grypie, wirusowemu zapaleniu wątroby typu B i szczepionka paratyfoidowa prosiąt.
• nowy nosowy system podawania szczepionek. Te nanocząstki poprawiają wychwyt antygenu przez tkanki limfoidalne błony śluzowej i indukują silną odpowiedź immunologiczną przeciwko antygenom.
• udowodniono również, że chitozan zapobiega infekcjom ran i przyspiesza proces gojenia się ran poprzez zwiększenie wzrostu komórek skóry.
• nanocząstki chitozanu mogą być stosowane do celów konserwujących podczas pakowania żywności i w stomatologii.
• może być również stosowany jako dodatek w tekstyliach przeciwdrobnoustrojowych do produkcji odzieży dla służby zdrowia i innych specjalistów.
• nanocząstki chitozanu wykazują skuteczną aktywność przeciwbakteryjną przeciwko Staphylococcus saprophyticus i Escherichia coli.
• materiały te mogą być również stosowane jako materiał gojący rany w celu zapobiegania zakażeniom oportunistycznym i umożliwienia gojenia się ran.
• udowodniono również, że nanocząstki wykazują właściwości regeneracyjne skóry, gdy materiały zostały przetestowane na fibroblastach komórek skóry i keratynocytach w laboratorium, torując drogę do produktów do pielęgnacji skóry przeciwstarzeniowej.

źródła i dalsze czytanie

• aktywność przeciwgrzybicza nanocząstek chitozanu i korelacja z ich właściwościami fizycznymi-International Journal of Biomaterials
• Ultra-małe, dyspergowalne w wodzie fluorescencyjne nanocząstki chitozanu: synteza, charakterystyka i specyficzne ukierunkowanie – The Royal Society of Chemistry
• Czujniki jonów metali ciężkich wykorzystujące nanocząstki złota z czitozanem-Nauka IOP
• chitozan do zastosowań biomedycznych-University of Iowa
• ostatnie postępy w dostarczaniu nanocząstek leków płucnych na bazie chitozanu –Nanoskala
• usuwanie barwnika tekstylnego ze ścieków za pomocą chitozanu – ZnO nanokompozyty. Journal of Textile Science and Engineering
• Dye removal and kinetics of adsorption by magnetic Chitosan nanoparticles. Uzdatnianie wody Desalin

ten artykuł został zaktualizowany 2 września 2019 r.

napisany przez

Will Soutter

Will ma B.Sc. w chemii z Uniwersytetu w Durham, a M.Sc. w Green Chemistry z University of York. Oczywiście Will jest naszym ekspertem od chemii, ale miłość do nauki i Internetu sprawia, że Will jest wszechstronny w zespole. W wolnym czasie lubi grać na perkusji, gotować i zaparzać cydr.

Cytaty