Chitosan scaffold as an alternative adsorbent for the removal of hazardous food dyes from aqueous solutions

Hypothesis: The dye adsorption with chitosan is considered an eco-friendly alternative technology in relation to the existing water treatment technologies. However, the application of chitosan for dyes removal is limited, due to its low surface area and porosity. Then we prepared a chitosan scaffold with a megaporous structure as an alternative adsorbent to remove food dyes from solutions. Experiments: The chitosan scaffold was characterized by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and structural characteristics. The potential of chitosan scaffold to remove five food dyes from solutions was investigated by equilibrium isotherms and thermodynamic study. The scaffold–dyes interactions were elucidated, and desorption studies were carried out. Findings: The chitosan scaffold presented pore sizes from 50 to 200 lm, porosity of 92.2 ± 1.2% and specific surface area of 1135 ± 2 m2 g 1. The two-step Langmuir model was suitable to represent the equilibrium data. The adsorption was spontaneous, favorable, exothermic and enthalpy-controlled process. Electrostatic interactions occurred between chitosan scaffold and dyes. Desorption was possible with NaOH solution (0.10 mol L 1). The chitosan megaporous scaffold showed good structural characteristics and high adsorption capacities (788–3316 mg g 1).

Biomimetic Scaffold with Aligned Microporosity Designed for Dentin Regeneration

Tooth loss is a common result of a variety of oral diseases due to physiological causes, trauma, genetic disorders, and aging and can lead to physical and mental suffering that markedly lowers the individual’s quality of life. Tooth is a complex organ that is composed of mineralized tissues and soft connective tissues. Dentin is the most voluminous tissue of the tooth and its formation (dentinogenesis) is a highly regulated process displaying several similarities with osteogenesis. In this study, gelatin, thermally denatured collagen, was used as a promising low-cost material to develop scaffolds for hard tissue engineering. We synthetized dentin-like scaffolds using gelatin biomineralized with magnesium-doped hydroxyapatite and blended it with alginate. With a controlled freeze-drying process and alginate cross-linking, it is possible to obtain scaffolds with microscopic aligned channels suitable for tissue engineering. 3D cell culture with mesenchymal stem cells showed the promising properties of the new scaffolds for tooth regeneration. In detail, the chemical–physical features of the scaffolds, mimicking those of natural tissue, facilitate the cell adhesion, and the porosity is suitable for long-term cell colonization and fine cell–material interactions.

Guided portfolio writing as a scaffold for reflective learning in in-service contexts: a case study

Language is widely recognized as an inescapable mediating tool for professional learning, and with this text we want to contribute to a better understanding of the particular role that guided writing can play in in-service professional reflective learning. We analysed one pre-school teacher’s written portfolio, the construction of which was guided to scaffold deep thinking about (and the transference of theory into) practice during participation in an in-service program about language education. Our case study shows that the writing process sustained robust learning about professional knowing, doing and learning itself: The teacher elaborated an integrative ethical understanding of the discussed theory, fully experienced newly informed practices and assessed her own learning by using theory to confront her previous knowledge and practices. Throughout the portfolio, the learning stance revealed by her voice varied accordingly. The study illustrates the potential of guided writing to scaffold reflective learning in in-service contexts.

Structure of the N-terminal oligomerization domain of DnaD reveals a unique tetramerization motif and provides insights into scaffold formation

DnaD is a primosomal protein that remodels supercoiled plasmids. It binds to supercoiled forms and converts them to open forms without nicking. During this remodeling process, all the writhe is converted to twist and the plasmids are held around the periphery of large scaffolds made up of DnaD molecules. This DNA-remodeling function is the sum of a scaffold-forming activity on the N-terminal domain and a DNA-dependent oligomerization activity on the C-terminal domain. We have determined the crystal structure of the scaffold-forming N-terminal domain, which reveals a winged-helix architecture, with additional structural elements extending from both N- and C-termini. Four monomers form dimers that join into a tetramer. The N-terminal extension mediates dimerization and tetramerization, with extensive interactions and distinct interfaces. The wings and helices of the winged-helix domains remain exposed on the surface of the tetramer. Structure-guided mutagenesis and atomic force microscopy imaging indicate that these elements, together with the C-terminal extension, are involved in scaffold formation. Based upon our data, we propose a model for the DnaD-mediated scaffold formation.

Development of semicrystalline morphology of poly(L-lactic acid) during processing of a vascular scaffold

New and promising treatments for coronary heart disease are enabled by vascular scaffolds made of poly(L-lactic acid) (PLLA), as demonstrated by Abbott Vascular’s bioresorbable vascular scaffold. PLLA is a semicrystalline polymer whose degree of crystallinity and crystalline microstructure depend on the thermal and deformation history during processing. In turn, the semicrystalline morphology determines scaffold strength and biodegradation time. However, spatially-resolved information about the resulting material structure (crystallinity and crystal orientation) is needed to interpret in vivo observations.

The first manufacturing step of the scaffold is tube expansion in a process similar to injection blow molding. Spatial uniformity of the tube microstructure is essential for the consistent production and performance of the final scaffold. For implantation into the artery, solid-state deformation below the glass transition temperature is imposed on a laser-cut subassembly to crimp it into a small diameter. Regions of localized strain during crimping are implicated in deployment behavior.

To examine the semicrystalline microstructure development of the scaffold, we employed complementary techniques of scanning electron and polarized light microscopy, wide-angle X-ray scattering, and X-ray microdiffraction. These techniques enabled us to assess the microstructure at the micro and nano length scale. The results show that the expanded tube is very uniform in the azimuthal and axial directions and that radial variations are more pronounced. The crimping step dramatically changes the microstructure of the subassembly by imposing extreme elongation and compression. Spatial information on the degree and direction of chain orientation from X-ray microdiffraction data gives insight into the mechanism by which the PLLA dissipates the stresses during crimping, without fracture. Finally, analysis of the microstructure after deployment shows that it is inherited from the crimping step and contributes to the scaffold’s successful implantation in vivo.

Design di nuovi poliesteri a base di polibutilene succinato per la preparazione di scaffold per l’ingegneria tissutale del miocardio: struttura chimica e architettura molecolare come tool efficienti per modulare le proprietà chimico-fisiche

L’ingegneria dei tessuti molli, quali il miocardio, sta sempre più emergendo come approccio alternativo alle terapie tradizionali. In questo ambito, i poliesteri costituiscono una classe di polimeri promettente, poiché le variegate strutture chimiche che li caratterizzano permettono di soddisfare un’ampia gamma di esigenze. Negli ultimi anni, l’attenzione della ricerca si è incentrata sul poli(butilene succinato)(PBS). Il PBS, tuttavia, possiede proprietà meccaniche non ottimali per l’ingegneria dei tessuti molli; inoltre i tempi di degradazione sono lunghi; ciò è dovuto al grado di cristallinità e all’idrofobicità, entrambi elevati. Nell’ottica di migliorare le proprietà non soddisfacenti di tale omopolimero, sono stati sintetizzati e caratterizzati nuovi copoliesteri alifatici a base di PBS biocompatibili e biodegradabili. In particolare, sono stati realizzati un copolimero a blocchi e uno statistico a base di Pripol 1009, un diacido commerciale (Croda), e un copolimero a blocchi a base di neopentil glicole, valutando sia l’effetto del tipo di comonomero introdotto nel PBS (Pripol 1009 vs. neopentil glicole) che quello dell’architettura molecolare (copolimero statistico vs. copolimero multiblocco). I materiali sintetizzati sono stati processati in forma di film attraverso pressofusione e di scaffold tramite elettrofilatura. Oltre alla caratterizzazione molecolare, film e scaffold sono stati sottoposti anche ad analisi termica, diffrattometrica, meccanica e a studi di degradazione idrolitica in condizioni fisiologiche. I risultati ottenuti hanno evidenziato la possibilità di modulare sia le proprietà meccaniche che la velocità di degradazione in condizioni fisiologiche. Tutti i copolimeri, infatti, presentano caratteristiche di elastomeri termoplastici e dei profili di degradazione variabili rispetto all’omopolimero, che li rendono adatti per applicazioni nel campo dell’ingegneria dei tessuti molli.

Scaffold biocompatibile ottenuto da copoliestere multiblocco del PBS per applicazioni nell'ingegneria tissutale del miocardio

L'ingegneria tissutale è una branca delle scienze biomediche che negli ultimi anni si sta sviluppando come mezzo risolutivo per numerose problematiche mediche. Un'applicazione di particolare importanza è il trattamento di patologie cardiovascolari, le quali sono una delle principali cause di morte nel mondo. La mancanza di tessuto autologo e i problemi legati alle terapie cardiache, hanno incentivato numerosi studi basati sulla ricerca di biomateriali adeguati alla realizzazione di tessuti sintetici sostitutivi. In questo ambito, il polibutilene succinato (PBS) riveste sicuramente un ruolo importante. La sua biocompatibilità insieme alla biodegradabilità, non sono però sufficienti a renderlo idoneo ad applicazioni miocardiche, a causa dell’elevata rigidità. Allo scopo di migliorare le proprietà meccaniche del PBS nell’ottica di un’applicazione nel campo della rigenerazione del tessuto cardiaco, ma senza andare a detrimento delle proprietà già buone, il presente lavoro di Tesi propone un nuovo copolimero a base di PBS. Tale materiale è stato ottenuto tramite reazione di estensione di catena di un blocco hard (PBS) e un blocco soft (costituito da un copolimero statistico P(BSNS)). Il materiale ottenuto è stato analizzato sia sottoforma di film che di scaffold. Dopo una prima caratterizzazione molecolare (1H-NMR e GPC), il copolimero multiblocco è stato sottoposto anche ad analisi termica (DSC e TGA), diffrattometrica (WAXS) e meccanica. Si è evidenziato un miglioramento della stabilità termica e soprattutto una diminuzione del modulo elastico unitamente all’aumento dell’allungamento a rottura, in particolare nello scaffold. E’ stata inoltre valutata la velocità di degradazione idrolitica, evidenziandone una riduzione rispetto all’omopolimero. I risultati ottenuti confermano il miglioramento delle proprietà non soddisfacenti del PBS, indicando il copolimero multiblocco, oggetto della presenti Tesi, come materiale più idoneo alle applicazioni sopracitate.

Stato dell'arte di scaffold ottenuti mediante tecnologie additive ed elettrofilatura per la rigenerazione del tessuto muscolo-scheletrico

Il sistema muscolo scheletrico è costituito dall’insieme di ossa, cartilagini e tessuti molli come muscoli, tendini e legamenti, che presentano una diversa struttura e differenti proprietà meccaniche tra loro. La sua principale funzione è quella di fornire supporto, forma e garantire il movimento fisiologico del corpo. Per questa ragione, il sistema muscolo scheletrico e continuamente sollecitato e di conseguenza molto soggetto a traumi o infortuni. Un’alternativa all’approccio chirurgico tradizionale è l’ingegneria tissutale che permette di creare scaffold in grado di promuovere la rigenerazione dei tessuti naturali. Negli ultimi decenni si è riscontrato un forte incremento dell’utilizzo della stampa 3D e dell’elettrofilatura come tecniche di fabbricazione di questi scaffold grazie ai loro diversi vantaggi. La stampa 3D presenta diversi benefici, tra cui la possibilità di creare costrutti personalizzati in grado di riprodurre similmente la geometria del tessuto nativo con efficienza dei costi e tempi di produzione ridotti rispetto alle tecniche tradizionali. Tuttavia, questa tecnica presenta ancora una limitata risoluzione sufficiente, ad esempio, per riprodurre la struttura e le proprietà del tessuto osseo, ma non idonea al raggiungimento della scala nanometrica, tipica dei tessuti fibrosi muscolo scheletrici. Al contrario, l’elettrofilatura è in grado di produrre fibre nanometriche che riescono a mimare la matrice extracellulare di questi tessuti. Tuttavia, si riscontrano ancora alcune difficoltà nel controllare la struttura tridimensionale e le proprietà meccaniche di questi scaffold nella scala micro e macrometrica. Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare gli studi che utilizzano un approccio combinato tra stampa 3D ed elettrofilatura per la produzione di scaffold per la rigenerazione del tessuto muscolo scheletrico, definendo lo stato dell’arte dei vari processi di produzione e le possibili prospettive future.

Analisi dello stato dell’arte di scaffold biomimetici mediante l'utilizzo di tecnologie additive per la rigenerazione del tessuto osseo

Ogni giorno, nel mondo, si verificano migliaia di fratture ossee e la maggior parte di esse, con il passare del tempo, riescono a rimarginarsi in modo autonomo. In casi più importanti, le fratture ossee necessitano di interventi chirurgici. Per queste motivazioni, affianco ad autoinnesti, alloinnesti e xenoinnesti, negli ultimi anni si è iniziato a parlare in modo sempre più frequente di ingegneria tissutale. In questo tipo di ingegneria, vengono sviluppate delle impalcature in grado di emulare il tessuto osseo naturale. Lo scopo di questa tesi è analizzare le varie tipologie di produzione di scaffold ossei che si ottengono attraverso la tecnologia della stampa 3D. Nella parte introduttiva dell’elaborato, viene inserita una descrizione del tessuto osseo visto sia dal punto di vista cellulare e della composizione, sia dal punto di vista delle proprietà meccaniche. Successivamente, parlando di medicina rigenerativa, vengono descritti i mezzi di osteosintesi, gli innesti e le impalcature, o scaffold, da impiantare nel sito di interesse. Per quanto riguarda gli scaffold, devono soddisfare diversi requisiti, tra cui la biomimetica, la compatibilità con l’attività cellulare, requisiti di progettazione e proprietà meccaniche adeguate. Tali scaffold possono essere realizzati attraverso diverse geometrie interne. Nella seconda parte dell’elaborato, vengono analizzate le geometrie a cubo semplice, a cubo a faccia centrata/a diamante, a cubo a corpo centrato, a dodecaedro rombico, a traliccio di ottetto, a cubo troncato, modellate attraverso il metodo delle superfici minime triplamente periodiche e con tassellatura di Voronoi. Per i vari articoli analizzati sono stati investigati i metodi di produzione e i risultati ottenuti confrontando vantaggi e svantaggi fra le differenti geometrie.

Scaffold piezoelettrici in PVDF/PCL per la rigenerazione del tessuto nervoso periferico

Le lesioni del sistema nervoso periferico, causate da eventi traumatici o da patologie degenerative, costituiscono un danno che può portare alla perdita di specifiche funzionalità motorie o sensoriali. In questi casi, la terapia chirurgica è necessaria per riparare la perdita di continuità assonale. Il gold standard operatorio attuale è costituito dal trapianto nella sede lesionata di un nervo da donatore o dallo stesso soggetto affetto dal danno. Recentemente, un approccio basato su tecniche di ingegneria dei tessuti propone l’impianto di biomateriali modellati come condotti che favoriscano la rigenerazione assonale. Ne è un esempio chiaro un recente lavoro di ricerca, nel quale Cheng et al. propongono una strategia basata sull’impiego di scaffold piezoelettrici prodotti attraverso una tecnica di "casting annealing displacement " che utilizza Polivinilidenfluoruro (PVDF) e Policaprolattone (PCL). Confrontando in vitro scaffold in PCL, in PVDF e PCL/PVDF, in particolare analizzandone le proprietà piezoelettriche e quelle meccaniche, si rilevano i vantaggi della copolimerizzazione. Questi risultati di interesse vengono inoltre confermati dai risultati funzionali ottenuti con l’impianto in vivo in topi con una lesione di 15 mm al nervo sciatico.

Analisi dello stato dell'arte sull'utilizzo di stimolazione dinamica con bioreattori su scaffold elettrofilati per la rigenerazione di tendini e legamenti

Ogni anno milioni di persone, tra anziani e giovani, subiscono lesioni al tessuto tendineo/legamentoso. L’ingegneria tissutale sta cercando metodi alternativi per migliorare e velocizzare la loro guarigione. Negli ultimi vent’anni nel campo dell’ingegneria tissutale la tecnica dell’elettrofilatura si è rivelata particolarmente utile nella produzione di scaffold composti da nanofibre polimeriche in grado di mimare le fibrille di collagene che compongono la matrice extracellulare di questi tessuti. Parallelamente, al fine di incrementare la proliferazione e la differenziazione cellulare sugli scaffold, l’utilizzo di bioreattori per colture dinamiche ha acquisito sempre maggiore importanza. Esistono molti tipi di bioreattore, il più comune è quello meccanico, il quale ha la capacità di imprimere deformazioni meccaniche allo scaffold, permettendo alle cellule coltivate al suo interno di orientarsi in maniera più efficiente lungo la direzione del carico applicato. Il seguente elaborato vuole mostrare come l’uso di colture dinamiche effettuate in scaffold elettrofilati attraverso dei bioreattori, può migliorare notevolmente la rigenerazione dei tessuti interessati. Dopo una puntuale descrizione delle proprietà e caratteristiche dei tendini, dei legamenti, delle varie tipologie di scaffold e dei bioreattori, la tesi si sofferma sull’analisi dello stato dell’arte dei lavori scientifici che hanno utilizzato stimolazione dinamica in bioreattore su scaffold elettrofilati per tendini e legamenti. Da queste si è osservato come l’uso di sistemi dinamici possa aumentare notevolmente la produzione di matrice extracellulare, le proprietà meccaniche dei costrutti, la proliferazione, la crescita e l’orientamento delle cellule, velocizzando e migliorando i processi di guarigione rispetto ad una coltura statica.

Fabbricazione mediante elettrofilatura di scaffold compositi per il trattamento di difetti ossei

Nel mio elaborato di tesi dal titolo “Fabbricazione mediante elettrofilatura di scaffold compositi per il trattamento di difetti ossei” tratto la fisiologia del tessuto osseo, le cellule che lo compongono, i danni che esso può subire e il processo di riparazione spontaneo che si attua in caso di lesioni. Analizzo quindi differenti tipologie di frattura e le terapie chirurgiche e non-chirurgiche attualmente disponibili, con un occhio di riguardo nei confronti dell’ingegneria dei tessuti - che intende riparare il tessuto danneggiato mediante l’impianto di costrutti bioibridi costituiti da cellule a bordo di scaffold realizzati con biomateriali adeguati. In quest’ottica presento quindi un lavoro di ricerca pubblicato recentemente da Yuwono et al., nel quale viene presentato uno scaffold composito elettrofilato, caratterizzato da nanofibre polimeriche e caricato con particelle di idrossiapatite, che viene proposto come un eccellente candidato all’utilizzo in terapia.

Platinum Blue Staining Of Cells Grown In Electrospun Scaffolds.

Fibroblast cells grown in electrospun polymer scaffolds were stained with platinum blue, a heavy metal stain, and imaged using scanning electron microscopy. Good contrast on the cells was achieved compared with samples that were gold sputter coated. The cell morphology could be clearly observed, and the cells could be distinguished from the scaffold fibers. Here we optimized the required concentration of platinum blue for imaging cells grown in scaffolds and show that a higher concentration causes platinum aggregation. Overall, platinum blue is a useful stain for imaging cells because of its enhanced contrast using scanning electron microscopy (SEM). In the future it would be useful to investigate cell growth and morphology using three-dimensional imaging methods.

Control Of The Properties Of Porous Chitosan-alginate Membranes Through The Addition Of Different Proportions Of Pluronic F68.

This work addresses the development and characterization of porous chitosan-alginate based polyelectrolyte complexes, obtained by using two different proportions of the biocompatible surfactant Pluronic F68. These biomaterials are proposed for applications as biodegradable and biocompatible wound dressing and/or scaffolds. The results indicate that thickness, roughness, porosity and liquid uptake of the membranes increase with the amount of surfactant used, while their mechanical properties and stability in aqueous media decrease. Other important properties such as color and surface hydrophilicity (water contact angle) are not significantly altered or did not present a clear tendency of variation with the increase of the amount of surfactant added to the polyelectrolyte complexes, such as real density, average pore diameter, total pore volume and surface area. The prepared biomaterials were not cytotoxic to L929 cells. In conclusion, it is possible to tune the physicochemical properties of chitosan-alginate polyelectrolyte complexes, through the variation of the proportion of surfactant (Pluronic F68) added to the mixture, so as to enable the desired application of these biomaterials.

Combining Xanthan And Chitosan Membranes To Multipotent Mesenchymal Stromal Cells As Bioactive Dressings For Dermo-epidermal Wounds.

The association between tridimensional scaffolds to cells of interest has provided excellent perspectives for obtaining viable complex tissues in vitro, such as skin, resulting in impressive advances in the field of tissue engineering applied to regenerative therapies. The use of multipotent mesenchymal stromal cells in the treatment of dermo-epidermal wounds is particularly promising due to several relevant properties of these cells, such as high capacity of proliferation in culture, potential of differentiation in multiple skin cell types, important paracrine and immunomodulatory effects, among others. Membranes of chitosan complexed with xanthan may be potentially useful as scaffolds for multipotent mesenchymal stromal cells, given that they present suitable physico-chemical characteristics and have adequate tridimensional structure for the adhesion, growth, and maintenance of cell function. Therefore, the purpose of this work was to assess the applicability of bioactive dressings associating dense and porous chitosan-xanthan membranes to multipotent mesenchymal stromal cells for the treatment of skin wounds. The membranes showed to be non-mutagenic and allowed efficient adhesion and proliferation of the mesenchymal stromal cells in vitro. In vivo assays performed with mesenchymal stromal cells grown on the surface of the dense membranes showed acceleration of wound healing in Wistar rats, thus indicating that the use of this cell-scaffold association for tissue engineering purposes is feasible and attractive.