Ultrashort self-assembling peptidomimetic nanomaterials target resistant pathogenic infections

The impending and increasing threat of antimicrobial resistance has led to a greater focus into developing alternative therapies as substitutes for traditional antibiotics for the treatment of multi-drug resistant infections.1 Our group has developed a library of short, cost-effective, diphenylalanine-based peptides (X1-FF-X2) which selective eradicate (viability reduced >90% in 24 hours) the most resistant biofilm forms of a range of Gram-positive and negative pathogens including: methicillin resistant and sensitive Staphyloccoccus aureus and Staphyloccoccus epidermidis; Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis and Escherichia coli. They demonstrate a reduced cell cytotoxic profile (NCTC929 murine fibroblast) and limited haemolysis.2 Our molecules have the ability respond to subtle changes in pH, associated with bacterial infection, self-assembling to form β-sheet secondary structures and supramolecular hydrogels at low concentrations (~0.5%w/v). Conjugation of variety of aromatic-based drugs at the X1 position, including non-steroidal anti-inflammatories (NSAIDs), confer further pharmacological properties to the peptide motif enhancing their therapeutic potential. In vivo studies using waxworms (Galleria mellonella) provide promising preliminary results demonstrating the low toxicity and high antimicrobial activity of these low molecular weight gelators in animal models. This work shows biofunctional peptide-based nanomaterials hold great promise for future translation to patients as antimicrobial drug delivery and biomaterial platforms.3 [1] G. Laverty, S.P. Gorman and B.F. Gilmore. Int.J.Mol.Sci. 2011, 12, 6566-6596. [2] G. Laverty, A.P. McCloskey, B.F. Gilmore, D.S. Jones, J Zhou, B Xu. Biomacromolecules. 2014, 15, 9, 3429-3439. [3] A.P. McCloskey, B.F. Gilmore and G.Laverty. Pathogens. 2014, 3, 791-821.

Programmable Logic-Based Delivery of Small-Molecule Therapeutics from Gels

Thesis (Master's)--University of Washington, 2015

Formation et propriétés des cristaux colloïdaux issus de l’auto-assemblage de microsphères de polymère

Le besoin pour des biocapteurs à haute sensibilité mais simples à préparer et à utiliser est en constante augmentation, notamment dans le domaine biomédical. Les cristaux colloïdaux formés par des microsphères de polymère ont déjà prouvé leur fort potentiel en tant que biocapteurs grâce à l’association des propriétés des polymères et à la diffraction de la lumière visible de la structure périodique. Toutefois, une meilleure compréhension du comportement de ces structures est primordiale avant de pouvoir développer des capteurs efficaces et polyvalents. Ce travail propose d’étudier la formation et les propriétés des cristaux colloïdaux résultant de l’auto-assemblage de microsphères de polymère en milieu aqueux. Dans ce but, des particules avec différentes caractéristiques ont été synthétisées et caractérisées afin de corréler les propriétés des particules et le comportement de la structure cristalline. Dans un premier temps, des microsphères réticulées de polystyrène anioniques et cationiques ont été préparées par polymérisation en émulsion sans tensioactif. En variant la quantité de comonomère chargé, le chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium ou le sulfonate styrène de sodium, des particules de différentes tailles, formes, polydispersités et charges surfaciques ont été obtenues. En effet, une augmentation de la quantité du comonomère ionique permet de stabiliser de façon électrostatique une plus grande surface et de diminuer ainsi la taille des particules. Cependant, au-dessus d’une certaine concentration, la polymérisation du comonomère en solution devient non négligeable, provoquant un élargissement de la distribution de taille. Quand la polydispersité est faible, ces microsphères chargées, même celles non parfaitement sphériques, peuvent s’auto-assembler et former des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible. Il semble que les répulsions électrostatiques créées par les charges surfaciques favorisent la formation de la structure périodique sur un grand domaine de concentrations et améliorent leur stabilité en présence de sel. Dans un deuxième temps, le besoin d’un constituant stimulable nous a orientés vers les structures cœur-écorce. Ces microsphères, synthétisées en deux étapes par polymérisation en émulsion sans tensioactif, sont formées d’un cœur de polystyrène et d’une écorce d’hydrogel. Différents hydrogels ont été utilisés afin d’obtenir des propriétés différentes : le poly(acide acrylique) pour sa sensibilité au pH, le poly(N-isopropylacrylamide) pour sa thermosensibilité, et, enfin, le copolymère poly(N-isopropylacrylamide-co-acide acrylique) donnant une double sensibilité. Ces microsphères forment des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible à partir d’une certaine concentration critique et pour un large domaine de concentrations. D’après les changements observés dans les spectres de diffraction, les stimuli ont un impact sur la structure cristalline mais l’amplitude de cet effet varie avec la concentration. Ce comportement semble être le résultat des changements induits par la transition de phase volumique sur les interactions entre particules plutôt qu’une conséquence du changement de taille. Les interactions attractives de van der Waals et les répulsions stériques sont clairement affectées par la transition de phase volumique de l’écorce de poly(N-isopropylacrylamide). Dans le cas des microsphères sensibles au pH, les interactions électrostatiques sont aussi à considérer. L’effet de la concentration peut alors être mis en relation avec la portée de ces interactions. Finalement, dans l’objectif futur de développer des biocapteurs de glucose, les microsphères cœur-écorce ont été fonctionnalisées avec l’acide 3-aminophénylboronique afin de les rendre sensibles au glucose. Les effets de la fonctionnalisation et de la complexation avec le glucose sur les particules et leur empilement périodique ont été examinés. La structure cristalline est visiblement affectée par la présence de glucose, même si le mécanisme impliqué reste à élucider.

Préparations de docosanol nanoformulées pour usage topique

La réduction de la taille des particules jusqu’à l’obtention de nanocristaux est l’une des approches utilisées afin d’améliorer la pénétration cutanée des médicaments à usage topique. Nous proposons que la fabrication d’une formulation semi solide (hydrogel) à base de nanosuspension de docosanol, aboutira à une diffusion du principe actif supérieure à celle du produit commercial Abreva®, à travers des membranes synthétiques de polycarbonates. Le broyage humide est la technique proposée pour la production des nanoparticules de docosanol. Nous proposons aussi la préparation d’une formulation semi-solide (hydrogel) à usage topique à partir de la nanosuspension de docosanol. La nanosuspension de docosanol est obtenue par dispersion du docosanol en solution aqueuse en présence du polymère stabilisant hydroxypropylcellulose (HPC) et du surfactant laurylsulfate de sodium (SDS) suivi d’un broyage humide à faible ou à haute énergie. L’hydrogel de docosanol nanoformulé est préparé à l’aide de la nanosuspension de docosanol qui subit une gélification par le carbopol Ultrez 21 sous agitation mécanique suivie d’une neutralisation au triéthanolamine TEA. La taille des particules de la nanosuspension et de l’hydrogel a été déterminée par diffusion dynamique de la lumière (DLS). Une méthode analytique de chromatographie liquide à haute performance (HPLC) munie d’un détecteur évaporatif (ELSD) a été développée et validée pour évaluer la teneur de docosanol dans les préparations liquides, dans les différentes nanosuspensions et dans les hydrogels de docosanol. L’état de cristallinité des nanocristaux dans la nanosuspension et dans l’hydrogel a été étudié par calorimétrie différentielle à balayage. La morphologie de la nanosuspension et de l’hydrogel de docosanol a été examinée par microscopie électronique à balayage (MEB). Les propriétés rhéologiques et de stabilité physique à différentes températures ont été aussi étudiées pour la formulation semi-solide (hydrogel). De même, la libération in vitro du docosanol contenu dans l’hydrogel et dans le produit commercial Abreva® a été étudiée à travers deux membranes de polycarbonates de taille de pores 400 et 800 nm. Dans le cas de nanosuspensions, des cristaux de docosanol de taille nanométrique ont été produits avec succès par broyage humide. Les nanoparticules de tailles variant de 197 nm à 312 nm ont été produites pour des pourcentages différents en docosanol, en polymère HPC et en surfactant SDS. Après lyophilisation, une augmentation de la taille dépendant de la composition de la formulation a été observée tout en restant dans la gamme nanométrique pour la totalité presque des formulations étudiées. Dans le cas des hydrogels examinés, la taille moyenne des particules de docosanol est maintenue dans la gamme nanométrique avant et après lyophilisation. L’analyse thermique des mélanges physiques, des nanosuspensions et des hydrogels de docosanol a révélé la conservation de l’état de cristallinité des nanocristaux de docosanol après broyage et aussi après gélification. L’examen par microscopie électronique à balayage (MEB) a montré que la nanosuspension et l’hydrogel ont tous deux une morphologie régulière et les nanoparticules ont une forme sphérique. De plus les nanoparticules de la nanosuspension ont presque la même taille inférieure à 300 nm en accord avec le résultat obtenu par diffusion dynamique de la lumière (DLS). Les nanoparticules de l’hydrogel ont une légère augmentation de taille par rapport à celle de la nanosuspension, ce qui est en accord avec les mesures de DLS. D’après les mesures rhéologiques, l’hydrogel de docosanol a un comportement pseudoplastique et un faible degré de thixotropie. L’étude de stabilité physique a montré que les formulations d’hydrogel sont stables à basse température (5°C) et à température ambiante (21°C) pendant une période d’incubation de 13 semaines et instable au-delà de 30°C après deux semaines. La méthode HPLC-ELSD a révélé des teneurs en docosanol comprises entre 90% et 110% dans le cas des nanosuspensions et aux alentours de 100% dans le cas de l’hydrogel. L’essai de diffusion in vitro a montré qu’il y a diffusion de docosanol de l’hydrogel à travers les membranes de polycarbonates, qui est plus marquée pour celle de pore 800 nm, tandis que celui du produit commercial Abreva® ne diffuse pas. Le broyage humide est une technique bien adaptée pour la préparation des nanosuspensions docosanol. Ces nanosuspensions peuvent être utilisée comme base pour la préparation de l’hydrogel de docosanol nanoformulé.

2D, 3D and 4D active compound delivery in tissue engineering and regenerative medicine

Recent advances in tissue engineering and regenerative medicine have shown that controlling cells microenvironment during growth is a key element to the development of successful therapeutic system. To achieve such control, researchers have first proposed the use of polymeric scaffolds that were able to support cellular growth and, to a certain extent, favor cell organization and tissue structure. With nowadays availability of a large pool of stem cell lines, such approach has appeared to be rather limited since it does not offer the fine control of the cell micro-environment in space and time (4D). Therefore, researchers are currently focusing their efforts on developing strategies that include active compound delivery systems in order to add a fourth dimension to the design of 3D scaffolds. This review will focus on recent concepts and applications of 2D and 3D techniques that have been used to control the load and release of active compounds used to promote cell differentiation and proliferation in or out of a scaffold. We will first present recent advances in the design of 2D polymeric scaffolds and the different techniques that have been used to deposit molecular cues and cells in a controlled fashion. We will continue presenting the recent advances made in the design of 3D scaffolds based on hydrogels as well as polymeric fibers and we will finish by presenting some of the research avenues that are still to be explored.

Investigations on the preparation of composite polysaccharide films and micro / nanoparticles for novel applications

chemical Sciences and Technology Division, National Institute for Interdisciplinary Science and Technology, CSIR

Eficacia del plasma rico en plaquetas en procedimientos médicos estéticos faciales . Evaluación en contorno de ojos.

Introducción: En la actualidad se están implementando nuevas técnicas, para el tratamiento de líneas de expresión facial. El Plasma Rico en Plaquetas (PRP) utiliza factores de crecimiento humano autólogos con fines médicos estéticos. El objetivo de este trabajo fue evaluar el tratamiento con plasma rico en plaquetas en el manejo del rejuvenecimiento periocular. Materiales y métodos: Estudio descriptivo retrospectivo en una cohorte de 27 pacientes entre 30 a 70 años de ambos sexos,tratados con PRP sin tratamientos médicos estéticos previos . Se compararon fotografías del sistema VISIA®, previo y posterior el PRP, para determinar los cambios del área periocular. Con análisis comparativo de medias utilizando pruebas t de student. Resultados: De 27 historias clínicas revisadas 96,3% eran mujeres, la edad promedio fue de 52.67 años. Se observaron cambios clínicos satisfactorios en el manejo del foto envejecimiento periocular con mejoría estadísticamente significativa entre el promedio inicial y el post tratamiento en arrugas, textura y porfirinas (p: 0.000). No se observaron diferencias estadísticamente significativas entre los grupos de edad (p = 0,62). Los pacientes analizados posterior al tratamiento se encuentran en mejor estado que el 63,78% de la población de su mismo sexo, edad y fototipo de piel. Los eventos adversos fueron disminuyendo en su frecuencia en cada una de las sesiones siguientes. Discusión: El PRP proporciona una mejoría global en los parámetros de envejecimiento periocular lo cual se correlaciono con los estudios previos in vitro. Conclusiones: El PRP es seguro y eficaz en contorno de ojos.

Multilayered hydrogel coatings covalently-linked to glass surfaces showing a potential to mimic mucosal tissues

Multilayered hydrogel coatings can be developed on the surface of glass slides via layer-by-layer deposition of hydrogen-bonded interpolymer complexes formed by poly(acrylic acid) and methylcellulose. Chemical modification of the glass surface with (3-aminopropyl)triethoxysilane with subsequent layer-by-layer deposition and cross-linking of interpolymer complexes by thermal treatment allows fabrication of ultrathin hydrogel coatings, not detachable from the substrate. The thickness of these coatings is directly related to the number of deposition cycles and cross-linking conditions. An unusual dependence of the hydrogel swelling properties on the sample thickness is observed and can be interpreted by gradual transitions between two- and three-dimensional networks. The hydrogels exhibit pH-responsive swelling behaviour, achieving higher swelling degrees at pH > 6.0. These coatings can be used as model substrates to study the adhesive properties of pharmaceutical tablets and can potentially mimic the total work of adhesion observed for the detachment of mucoadhesives from porcine buccal mucosa but fail to exhibit identical detachment profiles.

Selective and highly efficient dye scavenging by a pH-responsive molecular hydrogelator

A structurally simple low molecular weight hydrogelator derived from isophthalic acid forms robust pH-responsive hydrogels capable of highly efficient and selective dye adsorption.

Peptide fibrillization

An important factor in many diseases based on the deposition of amyloids is the fibrillization of peptides. Furthermore, fibril formation also promises applications in bionanotechnology: fibrillar peptide hydrogels can be made for cell scaffolds and as substrates for functional and responsive biomaterials, biosensors, and nanowires. The mechanisms and kinetics of fibril formation are discussed.

Hydrogen-bonded interpolymer complexes as materials for pharmaceutical applications

Association of poly(carboxylic acids) and non-ionic polymers in solutions via hydrogen bonding results in formation of novel polymeric materials-interpolymer complexes. These materials can potentially be used for design of novel mucoadhesive dosage forms, development of solid drug dispersions and solubilisation of poorly soluble drugs, encapsulation technologies, preparation of nanoparticles, hydrogels, in situ gelling systems and electrically erodible materials. This review is an attempt to analyse and systematise existing literature on pharmaceutical application of hydrogen-bonded interpolymer complexes. (c) 2007 Elsevier B.V All rights reserved.

Hydrogelation and self-assembly of Fmoc-tripeptides: unexpected influence of sequence on self-assembled fibril structure, and hydrogel modulus and anisotropy

The self-assembly and hydrogelation properties of two Fmoc-tripeptides [Fmoc = N-(fluorenyl-9-methoxycarbonyl)] are investigated, in borate buffer and other basic solutions. A remarkable difference in self-assembly properties is observed comparing Fmoc-VLK(Boc) with Fmoc-K(Boc)LV, both containing K protected by N(epsilon)-tert-butyloxycarbonate (Boc). In borate buffer, the former peptide forms highly anisotropic fibrils which show local alignment, and the hydrogels show flow-aligning properties. In contrast, Fmoc-K(Boc)LV forms highly branched fibrils that produce isotropic hydrogels with a much higher modulus (G' > 10(4) Pa), and lower concentration for hydrogel formation. The distinct self-assembled structures are ascribed to conformational differences, as revealed by secondary structure probes (CD, FTIR, Raman spectroscopy) and X-ray diffraction. Fmoc-VLK(Boc) forms well-defined beta-sheets with a cross-beta X-ray diffraction pattern, whereas Fmoc-KLV(Boc) forms unoriented assemblies with multiple stacked sheets. Interchange of the K and V residues when inverting the tripeptide sequence thus leads to substantial differences in self-assembled structures, suggesting a promising approach to control hydrogel properties.

Hydrogelation of self-assembling RGD-based peptides

The self-assembly of tripeptides based on the RGD cell adhesion motif is investigated. Two tripeptides containing the Fmoc [N-(fluorenyl)-9-methoxycarbonyl] aromatic unit were synthesized, Fmoc-RGD and a control peptide containing a scrambled sequence, Fmoc-GRD. The Fmoc is used to control selfassembly via aromatic stacking interactions. The self-assembly and hydrogelation properties of the two Fmoc-tripeptides are compared. Both form well defined amyloid fibrils (as shown by cryo-TEM and SAXS) with b-sheet features in their circular dichroism and FTIR spectra. Both peptides form selfsupporting hydrogels, the dynamic shear modulus of which was measured. Preliminary cell culture experiments reveal that Fmoc-RGD can be used as a support for bovine fibroblasts, but not Fmoc- GRD, consistent with the incorporation of the cell adhesion motif in the former peptide.

Photopolymerization of Pluronic F127 diacrylate: a colloid-templated polymerization

Pluronic F127 diacrylate (F127DA) is a bifunctional acrylate and as such it should in principle produce macroscopically cross-linked materials; however, its photopolymerization in water does not lead to 3D-extended hydrogels. The main species present after photopolymerization appear to be cross-linked micelles, which indicates that the micellar morphology of F127DA has a template effect on the polymerization. The structural analogy causes the physical state of precursor and polymerized materials to be very similar for a wide range of concentrations (5–25% wt) and temperatures (10–37 °C). Also the long-range morphology of F127DA appears to have a template effect: samples photopolymerized in a micellar gel state and redispersed at high concentration (25% wt) show a long-range organization that depended on the concentration and therefore on the order of the precursor.