Charakterizace kompozitních nanovlákenných nití a jejich antimikrobiální funkcionalizace

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F46747885%3A24210%2F23%3A00011668" target="_blank" >RIV/46747885:24210/23:00011668 - isvavai.cz</a>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/46747885:24410/23:00011668 RIV/46747885:24510/23:00011668

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Charakterizace kompozitních nanovlákenných nití a jejich antimikrobiální funkcionalizace

Popis výsledku v původním jazyce

V rámci této studie byly připraveny různé šicí kompozitní materiály, které se lišily složením jak jádra, tak horní vrstvy vláken. Jako jádro byly použité polydioxanon (Polydox) a polyamid (PA6). Jako obal byl použit polykaprolakton (PCL) nebo polyvinylalkohol (PVA), které byly na jádro zvlákněny metodou AC elektrostatického zvlákňování. Šicí materiály s PCL obalem byly připraveny ještě s inkorporovanou antibakteriální látkou chlorhexidinem (CHX). PVA kompozitní nanovlákenné nitě byly z důvodu rozpustnosti stabilizovány při vysoké teplotě. Tato stabilizace byla možná pouze pro kompozitní šicí materiál PA6/PVA, jelikož Polydox není teplotně stabilním materiálem. Tyto materiály byly následně hodnoceny z hlediska morfologie a stability. Lineární hustota kompozitního šicího materiálu PA6/PVA byla pro frakci nanovlákenného obalu 53 %. Z PA6/PVA materiálu byla po teplotní stabilizaci provedena SEM analýza pro určení tloušťky nanovláken a zároveň byly pořízeny snímky řezem šicích materiálů. Průměr vláken byl naměřen jako 0,372 μm ± 120 μm. Teplotní stabilizace vedla po dobu 35-denního experimentu k rozpuštění 10% PVA nanovlákenného obalu (rozpouštění ve fosfátovém pufru (PBS) při 37 °C) v porovnání s nestabilizovaným PVA obalem, kde došlo k rozpadu 60 % PVA nanovlákenného obalu. PCL kompozitní nanovlákenné nitě byly připraveny při různých soukacích rychlostech při AC elektrospinningu (10, 15, 20, 25 a 30 m/min) bez a s CHX. Takto připravené materiály byly hodnoceny co do morfologie (průměry vláken, lineární hustota nanovlákenné frakce) (Obr. 1), analýzy smáčivosti, uvolňování CHX. Materiály byly také zkoumány z hlediska adsorpce proteinů, enzymatické degradace a biokompatibility. Lineární hustota nanovlákenné frakce je nepřímo úměrná soukací rychlosti, což ovlivňuje i množství inkorporovaného CHX. Procentuální frakce nepřímo odráží tloušťku nanovlákenného obalu kompozitního šicího materiálu. V případě materiálů obohacených CHX je patrné, že přídavek CHX vedl dále ke snížení této frakce při stejné soukací rychlosti oproti materiálu bez funkcionalizace CHX. Materiály obohacené o CHX byly podrobeny krátkodobé uvolňovací analýze CHX v prostředí PBS pufru při 37 °C. Uvolňování bylo měřeno spektrofotometricky. Z výsledků je patrná rozdílná koncentrace uvolňovaného CHX v závislosti na zvolené soukací rychlosti v průběhu přípravy kompozitních nanovlákenných šicích materiálu pomocí AC elektrospinningu. Cytotoxicita materiálů byla stanovována pomocí výluhů materiálů v kompletním médiu po dobu 48 hodin při 37 °C v 5% CO2 inkubátoru a následném přidání výluhů k myším fibroblastům NIH-3T3, které byly 24 hodin adherovány na kultivační plastik. Hodnocení bylo provedeno na základě měření metabolické aktivity pomocí MTS testu a světelné mikroskopie po 24 a 48 hodinách. Cytotoxicita materiálů bez přídavku CHX se nepotvrdila. Materiály funkcionalizované pomocí CHX byly při vyšší koncentraci CHX toxické, testování se však dělo ve statických podmínkách, a lze tedy předpokládat, že v in vivo prostředí bude dynamika uvolňování odlišná stejně tak jako výsledky cytotoxicity. Materiály bez funkcionalizace CHX byly testovány v in vitro podmínkách z hlediska biokompatibility po dobu 7denního experimentu. Sledována byla buněčná adheze a morfologie pomocí konfokálního mikroskopu a SEM, dále byla hodnocena metabolická aktivita buněk pomocí MTS testu a proliferaci pomocí DNA kvantifikace PicoGreen testem. Všechny typy materiálu byly kompatibilní, podporovaly proliferaci buněk, které konfluentně pokryly povrch materiálů již 3. den experimentu.

Název v anglickém jazyce

Characterisation of composite nanofibre yarns and their antimicrobial functionalization

Popis výsledku anglicky

In this study, different suture composite materials were prepared, which differed in the composition of both the core and the top layer of fibers. Polydioxanone (Polydox) and polyamide (PA6) were used as the core. Polycaprolactone (PCL) or polyvinyl alcohol (PVA) was used as the wrapping, which were softened on the core by AC electrostatic softening method. The suture materials with PCL coating were further prepared with incorporated antibacterial agent chlorhexidine (CHX). PVA composite nanofibrous yarns were stabilized at high temperature for solubility. This stabilization was only possible for the PA6/PVA composite suture material as Polydox is not a temperature stable material. These materials were then evaluated for morphology and stability. The linear density of the PA6/PVA composite suture material was 53% for the nanofibrous packing fraction. SEM analysis was performed on the PA6/PVA material after temperature stabilization to determine the nanofibre thickness, and images were also taken of the suture materials by sectioning. The fiber diameter was measured as 0.372 μm ± 120 μm. Temperature stabilization resulted in the dissolution of 10% PVA nanofiber wrapping (dissolution in phosphate buffered saline (PBS) at 37 °C) for the 35-day experiment compared to the unstabilized PVA wrapping, where 60% PVA nanofiber wrapping was dissolved. The PCL composite nanofibrous filaments were prepared at different coupling speeds during AC electrospinning (10, 15, 20, 25 and 30 m/min) without and with CHX. The as-prepared materials were evaluated in terms of morphology (fiber diameters, linear density of nanofiber fraction) (Fig. 1), wettability analysis, CHX release. The materials were also investigated in terms of protein adsorption, enzymatic degradation and biocompatibility. The linear density of the nanofibrous fraction is inversely proportional to the coagulation rate, which in turn affects the amount of CHX incorporated. The percentage fraction inversely reflects the thickness of the nanofibrous sheath of the composite suture material. In the case of the CHX-enriched materials, it can be seen that the addition of CHX further led to a reduction in this fraction at the same twist rate compared to the material without CHX functionalization. CHX-enriched materials were subjected to short-term CHX release analysis in PBS buffer at 37 °C. The release was measured spectrophotometrically. The results show a difference in the concentration of released CHX depending on the selected coagulation rate during the preparation of the composite nanofibrous suture materials by AC electrospinning. The cytotoxicity of the materials was determined by leaching the materials in complete medium for 48 hours at 37 °C in a 5% CO2 incubator and then adding the leachates to NIH-3T3 mouse fibroblasts, which were adhered to culture plastic for 24 hours. Evaluation was performed by measuring metabolic activity by MTS assay and light microscopy after 24 and 48 hours. Cytotoxicity of the materials without CHX addition was not confirmed. The materials functionalized with CHX were toxic at higher CHX concentrations, however, the testing was done under static conditions and it can be expected that in an in vivo environment the release dynamics will be different as well as the cytotoxicity results. Materials without CHX functionalisation were tested under in vitro conditions for biocompatibility over a 7-day experiment. Cell adhesion and morphology were monitored by confocal microscopy and SEM, and cell metabolic activity was assessed by MTS assay and proliferation by DNA quantification using PicoGreen assay. All material types were compatible, promoting cell proliferation, which confluently covered the surface of the materials as early as day 3 of the experiment.

Druh

O - Ostatní výsledky

CEP obor

—

OECD FORD obor

21001 - Nano-materials (production and properties)

Projekt

—

Návaznosti

S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Rok uplatnění

2023

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů