Study on degradation and systemic toxicity of mulitiblock poly(aliphatic/aromatic-ester) copolymers

• Autorzy: Prowans P. , El Fray M. , Jursa J.

Warianty tytułu

PL

Badania degradacji i toksyczności ogólnoustrojowej multiblokowych kopolimerów poli(alifatyczno/aromatyczno-estrowych)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The series of PED multiblock copolymers were synthesized. They are composed of poly(butylene terephthalate) (PBT) aromatic units (hard segments) and aliphatic sequences of dimer fatty acids (DFA) (soft segments). The composition of hard segments vary in the range from 26 to 70 wt. %. These polymers can be "tailor-made", and therefore, their properties can change along with the composition, from very soft and flexible materials to semi-rigid polymers. Their susceptibility to degradation is a function of hard/soft segment composition. Degradation test (buffer saline solution, pH = 7.4, temp. 37 degrees C, time 5 weeks) as well as in vivo implantation test for 6 months confirm this statement. Polymers containing higher concentrations of soft segments are more susceptible to degradation than the materials with higher concentrations of hard, aromatic segments as demonstrated by GPC and ATR FT-IR. The chloroformic extracts from PED copolymers were analyzed by GC/MS to evaluate the chemical composition of potential extractables, especially from the polymers demonstrating higher susceptibility to degradation. Prepared saline extracts were subjected to the pyrogenicity tests on rabbits. The influence of the polymer composition on skin irritation was also evaluated by the intracutaneous injections of polymer extracts. Additionally, hemolysis test in contact with bulk polymers was performed. Evaluating the nature of local tissue response to PED extracts and the results of hemolysis test, we did not detect any indication of systemic toxicity over the compositional range of PED copolymers. These novel copolymers were shown to be biocompatible and are very promising materials for biomedical applications.

PL

Otrzymano serię multiblokowych kopolimerów PED składających się z aromatycznych jednostek poli(tereftalanu butylenu) (PBT) (segmenty sztywne) i alifatycznych sekwencji dimeryzowanego kwasu tłuszczowego (DFA) (segmenty giętkie); zawartość segmentów sztywnych mieści się w przedziale 26-70 % mas. Polimery te mogą być "projektowane na miarę", co oznacza, że ich właściwości zmieniają się wraz ze składem: od materiałów bardzo miękkich po polimery pół-sztywne (tabela 1). Podatność PED na degradację jest funkcją ich składu segmentalnego. Test degradacji (buforowy roztwór solanki o pH = 7,4, temp. 37 stopni C, czas 5 tygodni) (rys. 1 i 2) oraz test implantacji in vivo przez 6 miesięcy (tabela 2, rys. 3-6) potwierdziły tę tezę. Polimery zawierające większy udział segmentów giętkich (tworzących fazę miękką) są bardziej podatne na degradację niż materiały o większej zawartości aromatycznych segmentów sztywnych (faza twarda). Ekstrakty chloroformowe z kopolimerów PED analizowano metodą GC/MS w celu oceny składu chemicznego substancji ulegających ekstrakcji, zwłaszcza z polimerów wykazujących większą podatność na degradację (rys. 7 i 8). Polimerowe wyciągi z roztworu soli fizjologicznej poddano testom na królikach na obecność pyrogenów (tabela 3) oraz wstrzyknięto śródskórnie w celu zbadania reakcji skórnych (rys. 9-11). Przeprowadzono również test hemolizy w kontakcie z podłożem polimerowym. Oceniając rodzaj reakcji miejscowych tkanek na ekstrakty z kopolimerów PED oraz wyniki testów hemolizy nie stwierdzono oznak toksyczności w całym zakresie składu PED. Kopolimery te są biozgodne i stanowią interesującą grupę materiałów do zastosowań biomedycznych.

Słowa kluczowe

EN

multiblock copolyesters; dimer fatty acid; degradation; toxicity test; hemolysis; mechanical properties

PL

multiblokowe kopolimery estrowe; dimeryzowany kwas tłuszczowy; degradacja; test toksyczności; hemoliza; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 50, nr 2
• Strony: 131--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Prowans P.

• Pomeranian Medical Academy in Szczecin, Clinic of General and Hand Surgery, ul. Unii Lubelskiej 1, 71-344 Szczecin, Poland

autor

El Fray M.

• Technical University of Szczecin, Polymer Institute, Elastomers and Chemical Fibres Technology, ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin, Poland

autor

Jursa J.

• Pomeranian Medical Academy in Szczecin, Department and Section of Microbiology and Medical Immunology, ul. Powstańców Wielkopolskich 72, 70-111 Szczecin, Poland

Bibliografia

• 1. Schnabel W.: “Polymer Degradation: Principles and Practice”, Carl Hanser Verlag, Wien 1981.
• 2. Dawids S.: “Test Procedures for the Blood Compatibility of Biomaterials”, Kluwer Academic Publishers, Amsterdam 1993.
• 3. El Fray M.: in “Tailored Polymers and Applications”, (Ed. Mishra M. K.), VSP, Boston 2000, p. 133.
• 4. Swanson J. W., Lebeau J. E.: J. Biomed. Mater. Res. 1974, 8, 357.
• 5. Foldes E., Turcsanyi B.: J. Appl. Polym. Sci. 1992, 46, 507.
• 6. Schubert M. A., Wiggins M. J., De Fife K. M., Hiltner A., Anderson J. M.: J. Biomed. Mater. Res. 1996, 32, 493.
• 7. Deschamps A. A., Grijpma D. W., Feijen J.: Polymer 2001, 42, 9335.
• 8. Sutherland M., Mahoney J. R., Coury A. J., Eaton J. W.: J. Clin. Inv. 1993, 92, 2360.
• 9. Almalaika S., Ashley H., Issenhuts S.: J. Polym. Sci. Polym. Chem. 1994, 32, 3099.
• 10. Al-Malaika S.: Polym. Polym. Compos. 2000, 8, 537.
• 11. Pat. USA 3 954 689 (1976).
• 12. El Fray M., Slonecki J.: Angew. Makromol. Chem. 1996, 234, 103.
• 13. Domb A. J., Amselem S., Langer R., Maniar M.: “Polyanhydrides as Carriers of Drugs” in: “Biomedical Polymers Designed-to-Degrade Systems” (Ed. Shalaby S. W.), Hanser Publishers, New York 1994, p. 69.
• 14. Domb A. J., Maniar M.: J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 1993, 31, 1275.
• 15. Shieh L., Tamada J., Chen I., Pang J., Domb A., Langer R.: J. Biomed. Mater. Res. 1994, 28, 1465.
• 16. El Fray M., Bartkowiak A., Prowans P., Slonecki J.: J. Mater. Sci.-Mater. Med. 2000, 11, 757.
• 17. Prowans P., El Fray M., Slonecki J.: Biomaterials 2002, 23, 2973.
• 18. Polish Patent Pending P329 794 (1998).
• 19. Williams D. F.: J. Mater. Sci. 1982, 17, 1233.
• 20. Dawids S.: “Test procedures for the blood compatibility of biomaterials”, Kluwer Academic Publishers, Amsterdam 1993.
• 21. Wintermantel E., Ha S. -W.: “Medizintechnik mit biokompatiblen Werkstoffen und Verfahren”, Springer- Verlag, Berlin 2002.
• 22. DSM Product folder, “Arnitel—general information on applications, processing and properties”, The Netherlands 2002.
• 23. El Fray M.: Scientific Papers of theWarsaw University of Technology — “Materials Engineering” 2003, 17, p. 1—144.
• 24. Feng Y., Klee D., Höcker H.: e-Polymers 2001, No 003.
• 25. Teomim D., Domb A. J.: J. Polym. Sci. Polym. Chem. 1999, 37, 3337.
• 26. Krasko M. Y., Shikanov A., Kumar N., Domb A. J.: Polym. Adv. Technol. 2002, 13, 960.
• 27. Sakkers R. J. B., de Wijn J. R., Dalmeyer R. A. J., Brand R., van Blitterswijk C. A.: J. Mater. Sci.-Mater. Med. 1998, 9, 375.
• 28. Sitting M.: “Handbook of Toxic and Hazardous Chemicals and Carcinogens”, Noyes Publications William Andrew Publishing, LLC, New York 1991, p. 659
• 29. Stareczek T., Kaminska G., Ermel J., Kortylewska K.: Polimery 1999, 44, 218.