Roluri Arhivarea datelor, achiziționarea de fonduri, investigație, scriere - proiect original

caracterizarea

Afiliere Școala de Farmacie și Știința Alimentelor, Colegiul Zhuhai al Universității Jilin, Zhuhai, Guangdong, China

Roluri Conceptualizare, validare, scriere - recenzie și editare

Afiliații Școala de Farmacie și Știința Alimentelor, Colegiul Zhuhai al Universității Jilin, Zhuhai, Guangdong, China, Departamentul de Tehnologie și Inginerie a Materialelor, Institutul de Cercetare al Universității Zhejiang-Taizhou, Taizhou, Zhejiang, China

Roluri Analiză formală, metodologie

Școala de afiliere de farmacie și știința alimentelor, Colegiul Zhuhai al Universității Jilin, Zhuhai, Guangdong, China

Scrierea rolurilor - recenzie și editare

Afiliere Școala de Sănătate, Colegiul Zhuhai al Universității Jilin, Zhuhai, Guangdong, China

Roluri Analiză formală, achiziție de finanțare

Școala de afiliere de farmacie și știința alimentelor, Colegiul Zhuhai al Universității Jilin, Zhuhai, Guangdong, China

Investigarea rolurilor, resurse, software

Școala de afiliere de farmacie și știința alimentelor, Colegiul Zhuhai al Universității Jilin, Zhuhai, Guangdong, China

Supravegherea rolurilor, validare

Departamentul de Tehnologie și Inginerie a Materialelor, Institutul de Cercetare al Universității Zhejiang-Taizhou, Taizhou, Zhejiang, China, Laboratorul cheie de stat de metabolizare microbiană și Școala de științe ale vieții și biotehnologie, Universitatea Shanghai Jiao Tong, Shanghai, China

Departamentul de afiliere pentru tehnologia și ingineria materialelor, Institutul de cercetare al Universității Zhejiang-Taizhou, Taizhou, Zhejiang, China

  • Baoyi Cai,
  • Tian Zhong,
  • Peizhou Chen,
  • Jia Fu,
  • Yuanbao Jin,
  • Yinglei Liu,
  • Ran Huang,
  • Lianjiang Tan

Cifre

Abstract

Citare: Cai B, Zhong T, Chen P, Fu J, Jin Y, Liu Y și colab. (2018) Pregătirea, caracterizarea și studiul de eliberare in vitro a buretelui compozit carboxi-metilceluloză/chitosan de sodiu încărcat cu medicamente. PLOS ONE 13 (10): e0206275. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0206275

Editor: Yogendra Kumar Mishra, Institutul de Știința Materialelor, GERMANIA

Primit: 12 iunie 2018; Admis: 10 octombrie 2018; Publicat: 22 octombrie 2018

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de: Fundația Națională pentru Științe Naturale din China (Grant nr. 11505110) către RH (URL: http://www.nsfc.gov.cn/); China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2016M591666) către RH (URL: http://jj.chinapostdoctor.org.cn/); Shanghai Pujiang Talent Grant (Grant No. 16PJ1431900) către RH (URL: N/A); Proiect de inovare de către Biroul Educației din provincia Guangdong (subvenția nr. 2016KTSCX175) către TZ (URL: N/A); Programul științific și tehnologic municipal Taizhou (subvenția nr. 1701GY15 către RH și 2017CLS01 către LT). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Bureții biodegradabili compuși din diverse materiale au susținut un interes crescând în ultimele decenii, iar aplicațiile biomedicale ale unor astfel de materiale vitale au fost dezvoltate într-o mare varietate de domenii, cum ar fi pansamentul rănilor, administrarea medicamentelor și ingineria țesuturilor [1-3]. Buretele este cunoscut pentru o structură poroasă care oferă spațiu și canale potențiale pentru izolare și livrare a biofactorilor, ulterior poate fi utilizat în diferite circumstanțe biomedicale cu caracteristica suplimentară a biodegradabilității, care necesită o asamblare a biomaterialelor brute.

Din numeroase rapoarte anterioare, celuloza și chitosanul s-au dovedit a fi un candidat excelent pentru o astfel de integrare. Celuloza este în prezent una dintre cele mai promițătoare resurse polimerice bio-bazate [4]. Datorită cererii în creștere pentru produse durabile și biocompatibile, au fost dezvoltate o serie de soiuri funcționale de celuloză pentru diferite aplicații biomedicale [5]. Carboximetilceluloza de sodiu (CMC), ca derivat reprezentativ al celulozei solubile în apă, este fabricată prin reacția monocloracetatului de sodiu cu celuloza în alcalin. Structura moleculară CMC are monomerul C6H10O5 legat prin legături β-1,4-glucozidice. Mai mult, CMC conține grupări hidroxil abundente, astfel încât să poată forma cu ușurință hidrogeluri cu structuri decente [2], care rețin moleculele de apă într-o structură de gel 3D, iar această proprietate contribuie la reglarea comportamentului de curgere a suspensiilor și soluțiilor apoase [6]. Cu toate acestea, proprietățile antibacteriene și mecanice ale CMC nu sunt foarte satisfăcătoare [7].

Chitosanul, ca copolimer al glucozaminei și al unității de N-acetil glucozamină legat prin legături 1,4-glucozidice, se obține în principal prin N-deacetilarea chitinei din cojile creveților sau crabului. Datorită netoxicității, sarcinii pozitive, proprietăților mecanice decente și biocompatibilității, chitosanul este utilizat pe scară largă în zona biomedicală [8]. Structura chimică a coloanei vertebrale a chitosanului este similară cu cea a celulozei. Grupările hidroxil și amino abundente de pe coloana vertebrală oferă hidrofilicitate și caracteristici policationice, în timp ce grupările amino pot inhiba în mod eficient activitatea bacteriilor prin neutralizarea sarcinilor negative. Mai mult, proprietățile hidrofile și de umflare ridicată fac posibilă transportarea/eliberarea medicamentelor sau către celulele de cultură [9]. Astfel, ca materie primă excelentă, compușii pe bază de chitosan și chitosan sunt folosiți pe scară largă în aplicații biomedicale, cum ar fi pansamente hemostatice eficiente [10-13], regenerarea osoasă [14] și schele de inginerie tisulară [15-18].

În această lucrare, bureții compoziți CMC/chitosan au fost preparați prin metoda de uscare prin congelare pentru a investiga influența raporturilor de compoziție și a valorilor pH-ului asupra microstructurii și a proprietăților fizice ale bureților. Noutatea acestei cercetări este aplicarea unei metode de uscare prin congelare pentru prepararea produsului, care a fost confirmată a avea o anumită superioritate față de metoda de uscare cu aer [29]. În procesul de uscare prin congelare, apa liberă poate fi transformată rapid în stare cristalină și disociată de matrice prin sublimare, care formează o structură poroasă în burete. Comparativ cu metoda de uscare la aer, buretele obținut prin metoda de liofilizare ar trebui să aibă o structură interioară mai uniformă și o suprafață mai mare, care să ofere mai mult spațiu pentru încărcarea medicamentului cu o performanță de degradare mai bună. Medicamente model precum Ibuprofen (IBU), roxitromicină (ROX) și gentamicină (GEN) au fost aplicate pe produsele noastre pentru a studia performanța de eliberare a medicamentelor in vitro și funcția bacteriostatică.

Materiale și metode

Materiale

Carboximetilceluloza de sodiu (CMC, 800

1200 mPa · s de vâscozitate) și chitosan (CS, Mv = 5,0 × 10 5 kDa, grad de deacetilare = 80%

95%) au fost achiziționate de la Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Shanghai, China). Ibuprofenul (IBU), roxitromicina (ROX) și gentamicina (GEN) au fost achiziționate de la Aladdin Chemical Co. Ltd. (Shanghai, China). O-Phthaldialdehyde (OPA) a fost achiziționat de la Kuer bio-engineering Co. Ltd. (Shanghai, China). 2-mercaptoetanolul a fost achiziționat de la Vorradex Reagent Co. Ltd. (Shanghai, China). Escherichia coli au fost furnizate de China Center of Industrial Culture Collection (CICC 10389). Alți reactivi chimici utilizați pentru următoarele investigații au fost de calitate analitică.

Pregătirea soluțiilor de amestec

Cele două soluții cu concentrații adecvate au fost produse prin dizolvarea chitosanului și a pulberii CMC în 1% în greutate acid acetic și, respectiv, apă distilată. Pentru a evita formarea aluatului, s-au adăugat încet pulberi CMC și chitosan în soluție cu agitare magnetică constantă timp de 1 oră la temperatura ambiantă. După ce conținutul a fost complet dizolvat, valoarea pH-ului ambelor soluții a fost ajustată la 1 cu acid clorhidric. Apoi, cele două soluții au fost amestecate împreună și plasate în dulapul fumigant timp de 12 ore pentru a îndepărta acidul acetic. În cele din urmă, pH-ul soluției de amestecare a fost ajustat la o anumită valoare prin acid clorhidric sau hidroxid de sodiu. Raporturile detaliate ale probelor au fost enumerate în Tabelul 1.