Original title:
Modifikace hydrogelových krytů ran biologicky aktivními látkami
Translated title:
Modification of hydrogel wound dressings by biological active agents
Authors:
Štrublová, Veronika ; Říhová, Martina (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2019
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[eng][cze]
Cílem práce je navrhnout a připravit cenově výhodný hydrogelový kryt ran, který bude chránit ránu před mikrobiální infekcí a urychlovat proces hojení. Teoretická část shrnuje jak přírodní, tak syntetické polymery, antibakteriální a pro-hojivá aditiva, která jsou široce používána v biomedicínských aplikacích. Obsahuje také krátký přehled jednotlivých fází hojení ran. Experimentální část předložené práce se zabývá přípravou a charakterizací hydrogelových krytů ran s porézní strukturou složených jak ze syntetických, tak přírodních polymerů zahrnujících přírodní polysacharid Gum Karaya (GK), polyvinylalkohol a polyethylenglykol. Připravené lyofilizované hydrogelové kryty ran byly obohaceny biologicky aktivními látkami – antibakteriálními nanočásticemi selenu a fibroblastovým růstovým faktorem FGF2, který představuje protein pro hojení ran. Pro charakterizaci lyofilizovaných hydrogelových krytů ran byla použita řada fyzikálně-chemických technik. Metoda zeslabeného úplného odrazu infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (ATR-FTIR) byla použita ke stanovení změn v chemické struktuře, biomechanické vlastnosti za fyziologických podmínek byly vyhodnoceny pomocí tahové zkoušky za použití dynamicko-mechanické analýzy, morfologie byla charakterizována skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) a botnací vlastnosti připravených vzorků byly zjištěny vhodnou gravimetrickou metodou. K vyhodnocení antimikrobiálních vlastností GK byla použita jak mikrodiluční bujónová metoda, tak difúzní agarová disková metoda. Cytotoxicita bylo kvantifikována na základě A) počítání počtu živých a mrtvých buněk v extraktech z GK a B) měřením buněčné proliferace pomocí resazurinové eseje. In vivo testování proběhlo ve spolupráci s Výzkumným ústavem veterinárního lékařství na praseti bílém jako animálním modelu. Z výsledků vyplynulo, že vzorky obsahující glycerol vykazují vynikající mechanické vlastnosti jak za suchého, tak za mokrého stavu. Výsledky antibakteriálních testů ukázaly pozitivní synergický efekt GK a selenových nanočástic na inhibici růstu všech testovaných G+ kmenů. In vivo a in vitro testy prokázaly zvýšenou hojivou schopnost připravených materiálů bez způsobení cytotoxických reakcí. Nové porézní a velmi stabilní hydrogelové kryty ran jsou nadějnými materiály, které mohou být využity v biomedicínských aplikacích, především v oblastech vlhkého hojení ran.
The aim of the work is to design and prepare inexpensive hydrogel wound dressing which will protect the wound from microbial infection and will accelerate the healing process. The theoretical part summarises both natural and synthetic polymers, antibacterial and pro-healing agents which are widely used in the biomedical applications. It also contains a brief overview of the phases of the wound healing process. Experimental part of proposed thesis deals with the preparation and characterisation of hydrogel wound dressings with a porous structure consisting of both natural and synthetic polymers including natural polysaccharide Gum Karaya (GK), poly(vinyl alcohol) and poly(ethylene glycol). Prepared freeze-dried hydrogel wound dressings were enriched with selected biological agents – antibacterial selenium nanoparticles and fibroblast growth factor FGF2 representing wound healing protein. A range of physio-chemical techniques was employed to characterised freeze-dried hydrogel dressings. Fourier-transformed infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (ATR-FTIR) was used to determinate changes in the chemical structure, biomechanical properties at physiological conditions were evaluated by tensile testing using dynamic-mechanical analysis, morphology was characterised by scanning electron microscopy (SEM) and swelling properties of prepared samples were evaluated by a suitable gravimetric method. Evaluation of antimicrobial properties of GK was carried out by the agar diffusion disk method and the microdilution broth method. Cytotoxicity was quantified based on A) estimating the number of live and dead cells in the extract of GK hydrogel dressings and B) measuring cell proliferation by resazurin assay. In vivo wound healing evaluation were performed in cooperation with Veterinary Research Institute Brno on Large white pig as an animal model. Based on results, samples containing glycerol proved excellent biomechanical properties in both dry and hydrated state. The antimicrobial testing showed the positive synergic effect of GK and selenium nanoparticles on microbial inhibition of all tested G+ strains. In vitro and in vivo evaluation proved enhanced healing ability of the material without causing toxicity to cells. Therefore, novel porous and very stable hydrogel wound dressings are promising materials that can be used in biomedical applications mainly for moist wound healing.
Keywords:
antimikrobiální činidlo; Gum Karaya; hojení ran; hydrogelové kryty ran; růstový faktor; antimicrobial agent; growth factor; Gum Karaya; hydrogel wound dressings; wound healing
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/204444
guest ::
