Chitosan/AuNPs Modified Graphene Electrochemical Sensor for Label-Free Human Chorionic Gonadotropin Detection

A new immunosensor is presented for human chorionic gonadotropin (hCG), made by electrodepositing chitosan/gold-nanoparticles over graphene screen-printed electrode (SPE). The antibody was covalently bound to CS via its Fc-terminal. The assembly was controlled by electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and followed by Fourier Transformed Infrared (FTIR). The hCG-immunosensor displayed linear response against the logarithm-hCG concentration for 0.1–25 ng/mL with limit of detection of 0.016 ng/mL. High selectivity was observed in blank urine and successful detection of hCG was also achieved in spiked samples of real urine from pregnant woman. The immunosensor showed good detection capability, simplicity of fabrication, low-cost, high sensitivity and selectivity.

Le 17B-Estradiol combiné à un biopolymère à base de chitosan accroît la biocompatibilité des cellules progénitrices dérivées de la moelle osseuse

Les cellules dérivées de la moelle osseuse, principalement les cellules endothéliales progénitrices, sont réduites chez les patients souffrant de maladies cardiovasculaires. Leur mobilisation et leur incorporation aux sites de lésion vasculaire sont des évènements prépondérants dans l’accélération des processus de réendothélialisation. Dans un modèle murin, le 17β-estradiol favorise les processus de guérison vasculaire par la mobilisation et le recrutement des cellules endothéliales progénitrices dérivées de la moelle osseuse. Il existe présentement plusieurs stratégies afin d’augmenter la mobilisation des cellules progénitrices ainsi que leur incorporation à la paroi vasculaire. Cependant, peu d’études privilégient la livraison locale d’un nombre élevé de cellules progénitrices fonctionnelles par un véhicule biodégradable et leur maintien au site de lésion afin de favoriser la réendothélialisation ciblée. Un polymère d’intérêt pour cette application s’avère être le chitosan. Ce biopolymère non toxique et biodégradable est couramment utilisé dans l’ingénierie tissulaire et, depuis peu, est utilisé dans la guérison vasculaire. Le chitosan complexé à la phosphorylcholine voit sa solubilité s’accroître dans les solutions aqueuses ainsi que sa biocompatibilité cellulaire en condition physiologique. Le projet de ce mémoire visait donc : 1) à étudier in vitro, la capacité d’un polymère de chitosan complexé à la phosphorylcholine à influencer l’adhésion, la survie, la différenciation et la fonctionnalité cellulaire dans un modèle murin de culture mixte de cellules dérivées de la moelle osseuse et 2) de déterminer l’impact de la présence du 17β-estradiol sur ces mêmes comportements cellulaires. Nos travaux démontrent que la matrice de chitosan-phosphorylcholine s’avère compatible avec notre modèle de culture cellulaire. En effet, ce polymère est capable de promouvoir l’organisation et le développement des cellules dérivées de la moelle osseuse de façon comparable à la matrice normalement utilisée dans la croissance in vitro des cellules endothéliales progénitrices, la fibronectine. De plus, ce polymère n’a nullement compromis l’activité migratoire des cellules, laissant supposer qu’il pourrait éventuellement être un véhicule approprié pour effectuer une livraison cellulaire à un site de lésion. Il s’avère que le 17β-estradiol, lorsqu’ajouté au milieu de culture ou complexé au polymère de chitosan phosphorylcholine, est capable de moduler le comportement cellulaire, et ce, de façon différente. Le 17β-estradiol complexé au polymère de chitosan-phosphorylcholine démontre, par rapport à sa forme soluble, une plus grande aptitude à accroître le nombre de cellules hématopoïétiques ainsi que des cellules endothéliales progénitrices dérivées de la moelle osseuse in vitro. De plus, le 17β-estradiol complexé au polymère de chitosan-phosphorylcholine permet une amplification marquée des cellules endothéliales progénitrices et leur offre un support adéquat afin de favoriser la guérison vasculaire. L’ensemble de nos travaux suggère que le polymère de chitosan complexé à la phosphorylcholine en présence ou non de 17β-estradiol est une matrice compatible avec les cellules progénitrices dérivées de la moelle osseuse in vitro. Le 17β-estradiol complexé au polymère est toutefois plus efficace que sa forme soluble à promouvoir l’amplification du nombre de cellules progénitrices. Ce polymère représente un outil thérapeutique attrayant et une matrice de livraison d’agent bioactif prometteuse pour le recrutement cellulaire dans l’accélération de la guérison vasculaire.

High-amylose carboxymethyl starch matrices for oral sustained drug-release : in vitro and in vivo evaluation

Les amidons non modifiées et modifiés représentent un groupe d’excipients biodégradables et abondants particulièrement intéressant. Ils ont été largement utilisés en tant qu’excipients à des fins diverses dans des formulations de comprimés, tels que liants et/ou agents de délitement. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose atomisé (SD HASCA) a été récemment proposé comme un excipient hydrophile à libération prolongée innovant dans les formes posologiques orales solides. Le carboxyméthylamidon sodique à haute teneur en amylose amorphe (HASCA) a d'abord été produit par l'éthérification de l'amidon de maïs à haute teneur en amylose avec le chloroacétate. HASCA a été par la suite séché par atomisation pour obtenir le SD HASCA. Ce nouvel excipient a montré des propriétés présentant certains avantages dans la production de formes galéniques à libération prolongée. Les comprimés matriciels produits à partir de SD HASCA sont peu coûteux, simples à formuler et faciles à produire par compression directe. Le principal objectif de cette recherche était de poursuivre le développement et l'optimisation des comprimés matriciels utilisant SD HASCA comme excipient pour des formulations orales à libération prolongée. A cet effet, des tests de dissolution simulant les conditions physiologiques du tractus gastro-intestinal les plus pertinentes, en tenant compte de la nature du polymère à l’étude, ont été utilisés pour évaluer les caractéristiques à libération prolongée et démontrer la performance des formulations SD HASCA. Une étude clinique exploratoire a également été réalisée pour évaluer les propriétés de libération prolongée de cette nouvelle forme galénique dans le tractus gastro-intestinal. Le premier article présenté dans cette thèse a évalué les propriétés de libération prolongée et l'intégrité physique de formulations contenant un mélange comprimé de principe actif, de chlorure de sodium et de SD HASCA, dans des milieux de dissolution biologiquement pertinentes. L'influence de différentes valeurs de pH acide et de temps de séjour dans le milieu acide a été étudiée. Le profil de libération prolongée du principe actif à partir d'une formulation de SD HASCA optimisée n'a pas été significativement affecté ni par la valeur de pH acide ni par le temps de séjour dans le milieu acide. Ces résultats suggèrent une influence limitée de la variabilité intra et interindividuelle du pH gastrique sur la cinétique de libération à partir de matrices de SD HASCA. De plus, la formulation optimisée a gardé son intégrité pendant toute la durée des tests de dissolution. L’étude in vivo exploratoire a démontré une absorption prolongée du principe actif après administration orale des comprimés matriciels de SD HASCA et a montré que les comprimés ne se sont pas désintégrés en passant par l'estomac et qu’ils ont résisté à l’hydrolyse par les α-amylases dans l'intestin. Le deuxième article présente le développement de comprimés SD HASCA pour une administration orale une fois par jour et deux fois par jour contenant du chlorhydrate de tramadol (100 mg et 200 mg). Ces formulations à libération prolongée ont présenté des valeurs de dureté élevées sans nécessiter l'ajout de liants, ce qui facilite la production et la manipulation des comprimés au niveau industriel. La force de compression appliquée pour produire les comprimés n'a pas d'incidence significative sur les profils de libération du principe actif. Le temps de libération totale à partir de comprimés SD HASCA a augmenté de manière significative avec le poids du comprimé et peut, de ce fait, être utilisé pour moduler le temps de libération à partir de ces formulations. Lorsque les comprimés ont été exposés à un gradient de pH et à un milieu à 40% d'éthanol, un gel très rigide s’est formé progressivement sur leur surface amenant à la libération prolongée du principe actif. Ces propriétés ont indiqué que SD HASCA est un excipient robuste pour la production de formes galéniques orales à libération prolongée, pouvant réduire la probabilité d’une libération massive de principe actif et, en conséquence, des effets secondaires, même dans le cas de co-administration avec une forte dose d'alcool. Le troisième article a étudié l'effet de α-amylase sur la libération de principe actif à partir de comprimés SD HASCA contenant de l’acétaminophène et du chlorhydrate de tramadol qui ont été développés dans les premières étapes de cette recherche (Acetaminophen SR et Tramadol SR). La modélisation mathématique a montré qu'une augmentation de la concentration d’α-amylase a entraîné une augmentation de l'érosion de polymère par rapport à la diffusion de principe actif comme étant le principal mécanisme contrôlant la libération de principe actif, pour les deux formulations et les deux temps de résidence en milieu acide. Cependant, même si le mécanisme de libération peut être affecté, des concentrations d’α-amylase allant de 0 UI/L à 20000 UI/L n'ont pas eu d'incidence significative sur les profils de libération prolongée à partir de comprimés SD HASCA, indépendamment de la durée de séjour en milieu acide, le principe actif utilisé, la teneur en polymère et la différente composition de chaque formulation. Le travail présenté dans cette thèse démontre clairement l'utilité de SD HASCA en tant qu'un excipient à libération prolongée efficace.

Studies on the Antiulcerogenic and Antihepatotoxic Potential of Chitosan and Glucosamine in Experimental Rats

The present study examined the antiulcer effect of glucosamine on mucosal antioxidant defense system in ibuprofen-induced peptic ulcer in male albino rats. The results of the present study indicate that the pre-oral administration of chitosan and glucosamine maintain near to the normal status the activities of the mucosal antioxidant enzymes and the level of GSH (Glutathione), which protect mucosa against oxidative damage by decreasing the lipid peroxidation and strengthening the mucosal barrier, and which are the first line of defense against exogenous ulcerogenic agents. In this study indicate that the oral pre-treatment of chitosan and glucosamine can prevent ibuprofen-induced peptic ulcer in rats.This study can be concluded that co-administration of chitsosan and glucosamine can effectively prevent the isonized and rifampicin induced hepatotoxicity in rats.Comparatively, chitosan was found to have better results than glucosamine in alleviating the hepatic disorders.

Radiopaque materials from natural polymers: Special emphasis on chitosan and natural rubber

The present work is to impart radiopacity in various natural polymers like chitosan, natural rubber and derivatives of chitosan and to characterize it. This thesis collated the radiopaque properties of these radiopaque polymers and various technological applications in the medical field. The applications of radiopaque polymers leads to an exploitation of radiopaque properties like X-ray visibility, optical density, effective atomic number, attenuation coefficient of biopolymers like chitosan, chitosan formate, chitosan acetate, carboxy methyl chitosan and natural rubber. The radiopaqe properties of these materials highly depend upon the size, shape, amount of radiopacifier and crystallinity of the radiopaque material. Radiopaque chitosan microspheres were prepared by cross linking with glutaraldehyde followed by the encapsulation of barium sulpahte. The effect of different emulsion systems on the morphology of chitosan microspheres were studied. The study concentrates radiopaque natural rubber for shielding applications. It reveals that to improve the particle size, morphology and crystalline phase of the zinc oxide particles, a novel method for the preparation of zinc oxide is adopted. A detailed radiopacity study was done in natural rubber containing 100phr precipitated zinc oxide prepared from different zinc salts. One of the significant findings of this investigation is that NR vulcanizates containing precipitated zinc oxide (from zinc acetate) shows higher attenuation coefficient. These interesting findings reveal the applications of these natural radiopaque systems in various fields like surgical tools, medical tubings, catheters, radiation shielding,etc.

Studies om the Antiulcerogenic and Antihepatotoxic Potential of Chitosan and Glucosamine in Eeperimental Rats

The present study examined the antiulcer effect of glucosamine on mucosal antioxidant defense system in ibuprofen-induced peptic ulcer in male albino rats. The results of the present study indicate that the pre-oral administration of chitosan and glucosamine maintain near to the normal status the activities of the mucosal antioxidant enzymes and the level of GSH (Glutathione), which protect mucosa against oxidative damage by decreasing the lipid peroxidation and strengthening the mucosal barrier, and which are the first line of defense against exogenous ulcerogenic agents. In this study indicate that the oral pre-treatment of chitosan and glucosamine can prevent ibuprofen-induced peptic ulcer in rats.This study can be concluded that co-administration of chitsosan and glucosamine can effectively prevent the isonized and rifampicin induced hepatotoxicity in rats.Comparatively, chitosan was found to have better results than glucosamine in alleviating the hepatic disorders

Biocompatibility Study Of Hydroxyapatite-Chitosan Composite For Medical Applications At Microwave Frequencies

Hydroxyapatite (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) bioceramic and chitosan (poly [( -1-4) D-glucosamine]) biopolymer show good biocompatibility in vivo. They have biological origin and show excellent interactions with microwave. Microwave study of HAp made using different drying techniques and their composites with chitosan in the ISM band is presented. Pastes are made using HAp and chitosan with different ratios of mixing. The dielectric properties of this composites match with that of human fat, collagen tissues. Some of the compositions exhibit dielectric property close to that of natural bone. This makes them more biocompatible and better substitutes for natural bone. Thus composite bioceramics can be considered as phantom model constituents for imaging purposes. Their dielectric properties prove that they are biocompatible.

A Comparative Study of Fiber Optic Humidity Sensors Based on Chitosan and Agarose

A comparative study of two biopolymer based fiber optic humidity sensors is presented in this paper. Sensing elements Agarose and Chitosan swells in the presence of water vapour and undergoes changes in refractive index and modulates the intensity of light propagating through a fiber with Agarose or Chitosan as cladding.

Application of chitosan and PASS for the removal of turbidity and colour from water

The most common and conventional method for removing turbidity from water is by coagulating with alum or iron salts, and settling the precipitate in suitably designed clarifiers followed by filtration. But the sludge produced is bulky, difficult to dewater and accumulates in the dumping grounds causing environmental problems. Synthetic polymers such as polyacrylamide and polyethyleneoxide have been investigated for their ability to remove turbidity. They overcome many of the disadvantages of conventional methods, but are cost—effective only when rapid flocculation and reduction in sludge volume are demanded. Considering the aforementioned situation, it was felt that more easily available and eco-friendly materials must be developed for removing turbidity from water. The results of our studies in this direction are presented in this thesis. The thesis comprises of nine chapters, with a common bibliography at the end. Chapter 1 gives an introduction to the nature of turbidity and colour usually present in water. Chapter 2 discusses the nature and availability of the principal material used in these studies, namely chitosan. Chapters 3 to 8, which deal with the actual experimental work, are further subdivided into (a) introduction, (b) materials and methods, (c) results and discussion and (d) conclusions. Chapter 9 summarises the entire work so as to put the results and conclusions into proper perspective.

GABA and 5-HT chitosan nanoparticles enhanced liver cell proliferation and neuronal survival in partially hepatectomised rats: GABAB and 5-HT2A receptors functional

Nanoparticulate drug delivery systems provide wide opportunities for solving problems associated with drug stability or disease states and create great expectations in the area of drug delivery (Bosselmann & Williams, 2012). Nanotechnology, in a simple way, explains the technology that deals with one billionth of a meter scale (Ochekpe, et al., 2009). Fewer side effects, poor bioavailability, absorption at intestine, solubility, specific delivery to site of action with good pharmacological efficiency, slow release, degradation of drug and effective therapeutic outcome, are the major challenges faced by most of the drug delivery systems. To a great extent, biopolymer coated drug delivery systems coupled with nanotechnology alleviate the major drawbacks of the common delivery methods. Chitosan, deacetylated chitin, is a copolymer of β-(1, 4) linked glucosamine (deacetylated unit) and N- acetyl glucosamine (acetylated unit) (Radhakumary et al., 2005). Chitosan is biodegradable, non-toxic and bio compatible. Owing to the removal of acetyl moieties that are present in the amine functional groups of chitin, chitosan is readily soluble in aqueous acidic solution. The solubilisation occurs through the protonation of amino groups on the C-2 position of D-glucosamine residues whereby polysaccharide is converted into polycation in acidic media. Chitosan interacts with many active compounds due to the presence of amine group in it. The presence of this active amine group in chitosan was exploited for the interaction with the active molecules in the present study. Nanoparticles of chitosan coupled drugs are utilized for drug delivery in eye, brain, liver, cancer tissues, treatment of spinal cord injury and infections (Sharma et al., 2007; Li, et a., 2009; Paolicelli et al., 2009; Cho et al., 2010). To deliver drugs directly to the intended site of action and to improve pharmacological efficiency by minimizing undesired side effects elsewhere in the body and decrease the long-term use of many drugs, polymeric drug delivery systems can be used (Thatte et al., 2005).

Antimicrobial activity of chitosan against vibrios from freshwater prawn Macrobrachium rosenbergii larval rearing systems

Chitosan is a biocompatible and biodegradable natural polymer with established antimicrobial properties against specific microorganisms. The present study demonstrates its antibacterial activity against 48 isolates of Vibrio species from prawn larval rearing systems. The antibacterial activity had a positive correlation with the concentration of chitosan. This work opens up avenues for using chitosan as a prophylactic biopolymer for protecting prawn larvae from vibriosis.

Chitosan as a wall material for a microencapsulated delivery system for Macrobrachium rosenbergii(de Man) larvae

Chitosan has beenwidely accepted as awall material for preparing microcapsules of various purposes in human medicine. The possibility of using chitosan as a wall material for microencapsulating nutrients and drugs for aquaculture purposes, speci¢cally to Macrobrachium rosenbergii larvae was evaluated in this study. Two types of chitosan-coated microcapsules were prepared using either acetone (MEC-A) or NaOH (MEC-N) as the cross-linking agents. They were compared with a microbound diet relative to total leaching of nutrients and free amino acids (FAA). Among the microcapsules, MEC-N showed the lowest level of total leaching of nutrients (23.3%) during 5 h of immersion in seawater and released 65% FAA after 60min. During laboratory trials,75% larvae had accepted the MEC-N capsule. The results of the study suggest that chitosan can be used as a wall material for preparing microcapsules to deliver drugs and nutrients to M. rosenbergii larvae.

Exploring the Factors Affecting the Solubility of Chitosan in Water

We explore the role of crystallinity and inter- or intramolecular forces in chitosan for its solubility in water and demonstrate the expansion of its solubility to a wider pH range. Due to its semicrystalline nature, derived mainly from inter- and intramolecular hydrogen bonds, chitosan is water-soluble only at pH < 6. In acidic conditions, its amino groups can be partially protonated resulting in repulsion between positively charged macrochains, thereby allowing diffusion of water molecules and subsequent solvation of macromolecules. We show that chemical disruption of chitosan crystallinity by partial re-acetylation or physical disruption caused by the addition of urea and guanidine hydrochloride broadens the pH-solubility range for this biopolymer.

Why is Chitosan Mucoadhesive?

Chitosan is a biocompatible and biodegradable amino polysaccharide, which is soluble in aqueous solutions at pH < 6.5. It has been widely used for developing drug delivery systems because of its excellent mucoadhesive properties. Although many studies report on chitosan being mucoadhesive, the nature of interactions between chitosan and mucin remains poorly defined. Here, we have examined the role of primary amino groups and the role of electrostatic attraction, hydrogen bonding, and hydrophobic effects on aggregation of gastric mucin in the presence of chitosan. Reducing the number of amino groups through their half acetylation results in expansion of chitosan’s pH-solubility window up to pH 7.4 but also reduces its capacity to aggregate mucin. We demonstrated that electrostatic attraction forces between chitosan and gastric mucin can be suppressed in the presence of 0.2 mol/L sodium chloride; however, this does not prevent the aggregation of mucin particles in the presence of this biopolymer. The presence of 8 mol/L urea or 10% v/v ethanol in solutions also affects mucin aggregation in the presence of chitosan, demonstrating the role of hydrogen bonding and hydrophobic effects, respectively, in mucoadhesion.

In vitro fermentation of chitosan derivatives by mixed cultures of human faecal bacteria

Stirred, pH controlled batch cultures were carried out with faecal inocula and various chitosans to investigate the fermentation of chitosan derivatives by the human gut flora. Changes in bacterial levels and short chain fatty acids were measured over time. Low, medium and high molecular weight chitosan caused a decrease in bacteroides, bifidobacteria, clostridia and lactobacilli. A similar pattern was seen with chitosan oligosaccharide (COS). Butyrate levels also decreased. A three-stage fermentation model of the human colon was used for investigation of the metabolism of COS. In a region representing the proximal colon, clostridia decreased while lactobacilli increased. In the region representing the transverse colon, bacteroides and clostridia increased. Distally a small increase in bacteroides occurred. Butyrate levels increased. Under the highly competitive conditions of the human colon, many members of the microflora, are unable to compete for chitosans of low, medium or high molecular weight. COS were more easily utilised and when added to an in vitro colonic model led to increased production of butyrate, but some populations of potentially detrimental bacteria also increased. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.