Bioactive Scaffolds for Skin Tissue Engineering Doped with Gold Nanoparticles Prepared from Waste Biomass

• Autorzy: Radwan-Pragłowska Julia , Janus Łukasz , Piątkowski Marek , Sierakowska Aleksandra , Bogdał Dariusz

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-01

Warianty tytułu

PL

Bioaktywne rusztowania do inżynierii tkanek skóry domieszkowane złotymi nanocząstkami przygotowanymi z biomasy odpadowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Skin is the first barrier against pathogens and harmful external factors. Each damage of this tissue may cause microbial infection and danger to internal organs. Burns which may be a result of the exposure to radiation, chemicals or high temperature leads to the significant disruption of skin functions. The most promising method for this tissue recovery is regenerative medicine which requires application of three-dimensional biocompatible scaffolds. The biomaterials enable skin cells proliferation and new tissue formation under in vitro conditions. They can be prepared from synthetic and natural polymers and their combination. The application of additional components such as nanoparticles may enhance their mechanical properties and have a positive impact on fibroblasts divisions and extra cellular formation. One of the most promising raw materials for scaffolds is chitosan -a chitin derivative. It may be obtained from waste biomass such as crabs, shrimps and lobsters exoskeletons. Chitosan is non-toxic, biodegradable and have antibacterial properties. The aim of the following study was to obtain novel chitosan derivatives doped with the gold nanoparticles using only natural components such as orange peels and fatty acid derivative. Proposed modification strategy resulted in the preparation of the novel, biodegradable and biocompatible material with interesting properties. The products were analysed by UV-Vis and FT-IR methods. The scaffolds were investigated over their susceptibility to enzymatic degradation. Finally, the biomaterials were verified over their cyto-compability with human dermal fibroblasts. The results showed that the proposed synthesis pathway resulted in the obtained of the chitosan biomaterials with high potential in medicine.

PL

Skóra jest pierwszą barierą przed patogenami i szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi. Każde uszkodzenie tej tkanki może powodować zakażenie drobnoustrojami i zagrożenie dla narządów wewnętrznych. Oparzenia, które mogą być wynikiem narażenia na promieniowanie, chemikalia lub wysoką temperaturę, prowadzą do znacznego zakłócenia funkcji skóry. Najbardziej obiecującą metodą tego odzyskiwania tkanki jest medycyna regeneracyjna, która wymaga zastosowania trójwymiarowych biokompatybilnych rusztowań. Biomateriały umożliwiają namnażanie komórek skóry i tworzenie nowych tkanek w warunkach in vitro. Można je wytwarzać z polimerów syntetycznych i naturalnych oraz ich kombinacji. Zastosowanie dodatkowych składników, takich jak nanocząstki, może poprawić ich właściwości mechaniczne i mieć pozytywny wpływ na podziały fibroblastów i tworzenie się komórek. Jednym z najbardziej obiecujących surowców na rusztowania jest chitozan - pochodna chityny.Można go uzyskać z biomasy odpadowej, takiej jak egzoszkielety krabów, krewetek i homarów. Chitozan jest nietoksyczny, biodegradowalny i ma właściwości antybakteryjne. Celem przedstawionych badań było uzyskanie nowych pochodnych chitozanu domieszkowanych nanocząstkami złota przy użyciu wyłącznie naturalnych składników, takich jak skórki pomarańczy i pochodna kwasu tłuszczowego. Proponowana strategia modyfikacji zaowocowała przygotowaniem nowego, biodegradowalnego i biokompatybilnego materiału o interesujących właściwościach. Produkty analizowano metodami UV-Vis i FT-IR. Rusztowania badano pod kątem ich podatności na degradację enzymatyczną. Na koniec biomateriały zweryfikowano pod kątem ich zgodności cytologicznej z ludzkimi fibroblastami skórnymi. Wyniki wykazały, że proponowany szlak syntezy zaowocował uzyskaniem biomateriałów chitozanu o wysokim potencjale w medycynie.

Słowa kluczowe

EN

waste biomass; gold nanoparticles; chitosan; biomaterials; Green Chemistry

PL

odpady biomasy; nanocząstki złota; chitozan; biomateriały; Zielona Chemia

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 1, vol. 2
• Strony: 169--173
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Radwan-Pragłowska Julia

• Cracow University of Technology, Faculty of Chemical Engineering and Technology, Warszawska 24 Street, 31-155 Cracow, Poland

autor

Janus Łukasz

• Cracow University of Technology, Faculty of Chemical Engineering and Technology, Warszawska 24 Street, 31-155 Cracow, Poland

autor

Piątkowski Marek

• Cracow University of Technology, Faculty of Chemical Engineering and Technology, Warszawska 24 Street, 31-155 Cracow, Poland

autor

Sierakowska Aleksandra

• Cracow University of Technology, Faculty of Chemical Engineering and Technology, Warszawska 24 Street, 31-155 Cracow, Poland

autor

Bogdał Dariusz

• Cracow University of Technology, Faculty of Chemical Engineering and Technology, Warszawska 24 Street, 31-155 Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. AHMED, Shakeel et al. A review on chitosan centred scaffolds and their applications in tissue engineering. International Journal of Biological Macromolecules, 116, 2018, p. 849-862, ISSN 0141-8130
• 2. AMBEKAR, Rushikesh et al. Progress in the advancement of porous biopolymer scaffold: tissue engineering application. Industrial & Engineering Chemistry Research, 58 (16), 2019, p.6394, ISSN 0888-5885
• 3. BARGUES, L et al. Present and future of cell therapy in burns. Pathologie Biologie, 59, 2011, p. 49–56 ISSN 0369-8114
• 4. KNIDRI, Hakima et al. Extraction, Chemical modification and characterization of chitin and chitosan. International Journal of Biological Macromolecules, 120 (A), 2018, p. 1181-1189, ISSN 0141-8130
• 5. MITTAL, Hemant et al. Recent progress in the structural modification of chitosan for applications in diversified biomedical fields. European Polymer Journal, 109, 2018, p. 402-434, ISSN 0014-3057
• 6. PIĄTKOWSKI, Marek et al. Microwave-assisted synthesis and characterization of chitosan aerogels doped with Au-NPs for skin regeneration. Polymer Testing, 73, 2019, p. 366-376, ISSN 0142-9418
• 7. RADWAN-PRAGŁOWSKA, Julia et al. 3D scaffolds prepared from acylated chitosan applicable in skin regeneration – synthesis and characterization. International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 24, 2019, p. 75-86, ISSN 1563-5341
• 8. SHARIATINIA, Zahra et al. Pharmaceutical applications of chitosan. Advances in Colloid and Interface Science, 263, 2019, p. 131-194, ISSN 0001-8686
• 9. THAKOR, A. S. et al. Gold nanoparticles: a revival in precious metal administration to patients. Nano Letters, 2011, 11 (10), p. 4029-4036, ISSN 1530-6984
• 10. VLIERBERGHE, Van et al. Biopolymer-based hydrogels as scaffolds for tissue engineering applications: a review. Biomacromolecules, 12 (5), 2011, p. 1387-1408, ISSN 1525-7797

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).