Nanoparticule de Chitosan – proprietăți și aplicații

By Will SoutterMay 2 2013

chitosanul este un polimer interesant care a fost utilizat pe scară largă în domeniul medical. Este chitină parțial sau complet deacetilată. Deoarece chitina apare în mod natural (în pereții celulari fungici și în cochilii de crustacee, de exemplu), chitosanul este complet biodegradabil și biocompatibil și poate fi utilizat ca adeziv și ca agent antibacterian și antifungic.

chitosanul a fost investigat extensiv ca potențial purtător de medicamente datorită proprietăților sale biocompatibile. Unele studii au sugerat utilizarea chitosanului pentru a acoperi nanoparticulele din alte materiale pentru a reduce impactul lor asupra organismului și pentru a crește biodisponibilitatea acestora.

gradul de deacetilare și greutatea moleculară a chitosanului pot fi modificate pentru a obține proprietăți fizico-mecanice diferite. Compoziția elementară a polimerului chitosan este carbonul (44,11%), hidrogenul (6,84%) și azotul (7,97%). Greutatea moleculară medie a vâscozității chitosanului este ~5.3 x 105 Daltoni.

micrografie electronică de scanare a nanoparticulelor acoperite cu chitosan încărcate cu docetaxel.
credite de imagine: s Saremi, Universitatea de științe Medicale din Teheran prin Open-i, Biblioteca Națională de Medicină din SUA.

formarea nanoparticulelor de Chitosan

chitosanul a fost investigat pe larg ca potențial purtător de medicamente datorită proprietăților sale biocompatibile. Unele studii au sugerat utilizarea chitosanului pentru a acoperi nanoparticulele din alte materiale pentru a reduce impactul lor asupra organismului și pentru a crește biodisponibilitatea acestora.

gradul de deacetilare și greutatea moleculară a chitosanului pot fi modificate pentru a obține proprietăți fizico-mecanice diferite. Compoziția elementară a polimerului chitosan este carbonul (44,11%), hidrogenul (6,84%) și azotul (7,97%). Greutatea moleculară medie a vâscozității chitosanului este de ~5,3 x 105 Daltoni.

proprietăți antifungice ale chitosanului

în forma sa polimerică liberă, chitosanul prezintă activitate antifungică împotriva Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi și Rhizopus stolonifer. Activitatea antifungică a chitosanului depinde de concentrația, greutatea moleculară, gradul de substituție și tipul de grupuri funcționale adăugate la chitosan, precum și tipul de ciupercă.

în timp ce derivații polimerului pot fi creați pentru a viza agenți patogeni specifici, chitosanul prezintă activitate antifungică naturală fără a fi nevoie de modificări chimice.

nanoparticule de Chitosan în livrarea de medicamente

mai multe grupuri de cercetare au studiat proprietățile nanoparticulelor de chitosan în vederea utilizării lor ca agent de livrare a medicamentelor. Biocompatibilitatea și non-toxicitatea materialului îl fac atractiv ca agent neutru pentru livrarea agenților activi.

cercetările din 2005 au confirmat că gelificarea ionică poate fi utilizată pentru a produce nanoparticule chitosan-TPP de o calitate suficientă pentru a fi utilizate în aplicații clinice. Cercetătorii au determinat, de asemenea, efectul anumitor parametri de fabricație asupra proprietăților particulelor, pentru a asigura rezultate repetabile din procesul de producție.

cercetările efectuate în 2006 s-au concentrat apoi pe interacțiunea in vitro și in vivo a nanoparticulelor de chitosan (CSNPs), ca un nou purtător de particule, având celule epiteliale pe suprafața oculară. Gelificarea ionotropică a fost utilizată pentru a produce CSNPs etichetat cu izotiocianat de fluoresceină-albumină serică bovină.

au fost luate trei concentrații diferite de CSNP și celulele epiteliale conjunctivale umane (Ioba-NHC) au fost expuse la acestea timp de 15, 30, 60 și 120 de minute. Viabilitatea și supraviețuirea celulară au fost măsurate după o perioadă de recuperare de 24 de ore în mediul de cultură și imediat după tratament.

microscopia confocală a fost utilizată pentru a măsura relația dintre celulele CSNPs și celulele IOBA-NHC. Fluorometria a fost utilizată pentru a studia impactul temperaturii și inhibării metabolice. Toleranța acută și absorbția in vivo a suprafeței oculare la CNSP au fost studiate la iepuri.

s-a observat că absorbția CSNPs a fost continuă în timpul experimentului și a fost dependentă de temperatură. Nu a existat niciun impact asupra absorbției CNSP datorită inhibării metabolice de către azida de sodiu.

nu au existat semne de alterare sau inflamație după expunerea la CSNP pe suprafața oculară a iepurelui. Microscopia fluorescentă a secțiunilor capacului și a globului ocular de iepure a confirmat absorbția in vivo de către epiteliile corneene și conjunctivale. Aceste nanoparticule au fost bine acceptate de țesuturile suprafeței oculare.

pentru livrarea de medicamente prin non-injectare în locurile mucoasei, una dintre provocările cheie este absorbția medicamentelor în aceste locuri. Sistemul de administrare a medicamentului ar trebui să aibă particule mucoadezive și să elibereze medicamentul în timp.

datorită încărcării pozitive a chitosanului, se poate lega de mucusul încărcat negativ. Astfel, chitosanul poate acționa ca un purtător excelent pentru medicamentele mucoadezive. Nanoparticulele pe bază de Chitosan au fost utilizate pentru a livra medicamente către plămâni, chitosanul ajutând la atașarea mucoasei pulmonare.

pulbere uscată inhalarea rifampicinei, un medicament antituberculer, formulat cu chitosan ca purtător de polimeri a arătat o eliberare susținută de medicament timp de 24 de ore. În mod similar, depunerea pulmonară a itraconazolului, un medicament antifungic, a crescut atunci când a fost formulată ca microparticule uscate prin pulverizare de itraconazol încărcate cu nanoparticule de chitosan.

particule de aur-Chitosan pentru detectarea metalelor grele

într-o altă cercetare din 2005, a fost sugerată o strategie inovatoare pentru utilizarea nanoparticulelor de aur acoperite cu chitosan pentru detectarea ionilor de metale grele. Chitosanul este policaționic și, prin urmare, poate fi atașat la suprafețele nanoparticulelor de aur încărcate negativ prin interacțiuni electrostatice.

utilizarea chitosanului oferă suficientă piedică sterică pentru a asigura stabilitatea coloidală și funcționalizarea nanoparticulelor care pot fi utilizate ca senzori. Proprietățile de chelare ale chitosanului și proprietățile optice ale nanoparticulelor de aur au fost utilizate pentru a detecta concentrații scăzute de ioni de metale grele în apă.

particule de Chitosan pentru tratarea apei

în afară de aplicațiile medicale, chitosanul a fost utilizat și în tratarea apei. Prezența grupărilor funcționale, cum ar fi hidroxilul și amino în chitosan, îl fac un adsorbant excelent. Un studiu a raportat că membranele nanoparticulelor acoperite cu chitosan au reușit să elimine bacteriile mult mai bine decât membranele neacoperite.

un alt studiu din 2015 a raportat utilizarea nanoparticulelor de oxid de chitosan-zinc pentru îndepărtarea a aproximativ 99% culoare din efluentul textil. Dacă chitosanul este făcut magnetic, acesta, împreună cu coloranții adsorbiți, poate fi ușor recuperat folosind forțe magnetice, permițând o bună reutilizare a apei.

aplicațiile nanoparticulelor de Chitosan

aplicațiile nanoparticulelor de chitosan sunt enumerate mai jos:

• agenți antibacterieni, vectori de livrare a genelor și purtători pentru eliberarea de proteine și medicamente.
• un adjuvant potențial pentru vaccinuri precum gripa, hepatita B și vaccinul paratifoid purcel.
• Un nou sistem de administrare nazală pentru vaccinuri. Aceste nanoparticule îmbunătățesc absorbția antigenului de către țesuturile limfoide mucoase și induc răspunsuri imune puternice împotriva antigenelor.
• chitosanul a fost, de asemenea, dovedit a preveni infecția în răni și a accelera procesul de vindecare a rănilor prin îmbunătățirea creșterii celulelor pielii.
• nanoparticulele de Chitosan pot fi utilizate în scopuri de conservare în timpul ambalării alimentelor și în stomatologie.
• poate fi, de asemenea, utilizat ca aditiv în textile antimicrobiene pentru producerea de haine pentru asistență medicală și alți profesioniști.
• nanoparticulele de Chitosan prezintă o activitate antimicrobiană eficientă împotriva Staphylococcus saprophyticus și Escherichia coli.
• aceste materiale pot fi, de asemenea, utilizate ca material de vindecare a rănilor pentru prevenirea infecțiilor oportuniste și pentru a permite vindecarea rănilor.
• nanoparticulele s-au dovedit, de asemenea, că prezintă proprietăți regenerative ale pielii atunci când materialele au fost testate pe fibroblaste de celule ale pielii și keratinocite în laborator, deschizând calea către produse de îngrijire a pielii anti-îmbătrânire.

surse și lecturi suplimentare

• activitatea antifungică a nanoparticulelor de Chitosan și corelarea cu proprietățile lor fizice – International Journal of Biomaterials
• nanoparticule de chitosan fluorescente Ultra-mici dispersabile în apă: sinteza, caracterizarea și direcționarea specifică – Societatea Regală de Chimie
• senzori de ioni de metale grele folosind nanoparticule de aur acoperite cu chitosan-IOP Science
• Chitosan pentru aplicații biomedicale-Universitatea din Iowa
• progrese recente în livrarea de medicamente pulmonare Nanoparticulate pe bază de Chitosan –Nanoscală
• îndepărtarea colorantului textil din efuenții apelor uzate folosind nanocompozit chitosan – ZnO. Journal of Textile Science and Engineering
• îndepărtarea colorantului și cinetica adsorbției prin nanoparticule magnetice de chitosan. Desalin Water Treat

acest articol a fost actualizat la 2 septembrie 2019.

scris de

Will Soutter

Will are o B.Sc. în chimie de la Universitatea din Durham, și un M.Sc. în chimia verde de la Universitatea din York. Desigur, Will este expertul nostru rezident în chimie, dar, o dragoste pentru știință și internet face Will all-rounder al echipei. În timpul liber va place să cânte la tobe, bucătar și bere cidru.

Citate