Synthese von komplexen Polymerarchitekturen durch die kontrollierte Polymerisation von Reaktivester-Monomeren

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst die Grundlagen der Reaktivester-Chemiernuntersucht. Hierfür wurden verschiedenste Reaktivester-Monomere synthetisiert undrnmittels kontrolliert radikalischer Polymerisation polymerisiert. Diese Polymerernkonnten mit engen Molekulargewichtsverteilungen und vorherbestimmbarenrnMolekulargewichten dargestellt werden. Die daraus erhaltenen Kenntnisse wurdenrnauf verschiedene Bereiche angewendet.rnZum einen wurden auflösbare Netzwerke dargestellt. Dazu wurde 2,3,5,6-Tetrafluor-rn1,4-phenyldiacrylat synthetisiert. Durch die Verwendung eines reaktiven Vernetzersrnwurden Gele hergestellt, die durch den Einfluss von Nukleophilen gezielt auflösbarrnsind.rnAußerdem wurden erstmalig Blockcopolymer-Strukturen aus Poly(ethylenglycol),rnOligo(p-benzamid)en (OPBA) und Reaktivester-Polymeren synthetisiert. Diernpolymeranaloge Umsetzung des Reaktivesterblocks sollte zu stimuli responsivenrnSystemen führen, die durch thermischen Einfluss den Volumenanspruch verändernrnund somit das Aggregationsverhalten der OPBA bestimmen sollten.rnEin weiterer Aspekt war die Synthese von orthogonal funktionalisierbarenrnBlockcopolymeren, die durch Kombination von ringöffnender Polymerisation vonrnLactonen und RAFT Polymerisation von Reaktivester-Monomeren dargestellt werdenrnsollten. So war es erstmals möglich Blockcopolymere zu synthetisieren, die diernEigenschaften aliphatischer Polyester besitzen und durch Reaktivester-Chemiernfunktionalisiert werden konnten. Desweiteren wurden auf dieser Basis orthogonalrnfunktionalisierbare Blockcopolymere dargestellt, an die polymeranalog Nukleophilernangebunden und per Click-Chemie Poly(ethylenglycol)-Seitenketten eingefügtrnwerden konnten. Durch die Möglichkeit, die reaktiven Gruppen unterschiedlichrnansprechen zu können, eröffnet sich ein weites Feld der Funktionalisierung, ohne diernBioabbaubarkeit der aliphatischen Polyester zu beeinflussen.

Nicht-wässrige Emulsionen zur Erzeugung neuer Nanopartikel

In der eingereichten Arbeit wurde die Nutzung von nicht-wässrigen Emulsionen, bestehend aus zwei organischen, aprotischen Lösungsmitteln, zur Erzeugung verschiedener polymerer Nanopartikel beschrieben. Diese Zweiphasenmischungen und die Verwendung maßgeschneiderter Emulgatoren bestehend aus Poly(isopren-block-methylmethacrylat) ermöglichten den Zugang zu einer Vielzahl an Reaktionen und Prozessen, welche in wässrigen Emulsionen bisher nicht oder nur schwer möglich waren. Die Generierung von Partikeln auf Basis katalytischer Polymerisationen erfolgte unter Verwendung der Ringöffnenden Metathese-Polymerisation (ROMP), der Acyclischen Dien-Metathese-Polymerisation (ADMET), der Cyclopolymerisation von α,ω-Diinen und der Ni-katalysierten Polymerisation von Isocyaniden. Mittels ROMP konnten stabile Dispersionen erzeugt werden, welche Partikel mit verschiedensten Molekulargewichten, Größen und Morphologien enthielten. Diese Eigenschaften konnten durch die Wahl des Monomers, die Katalysatorkonzentration oder den Emulgatortyp beeinflusst werden. Des Weiteren wurden Partikel mit komplexen Morphologien wie Kern-Schale-Strukturen synthetisiert. Dazu erfolgte die Generierung von Partikeln aus Poly(urethan) oder Poly(norbornenderivaten), welche in situ und ohne intermediäre Aufarbeitung mit einer Schale aus Poly(methacrylat) versehen wurden. Der Nachweis dieser Strukturen gelang mittels verschiedener Schwermetall-Markierungsverfahren in der Transmissionselektronenmikroskopie. Schlussendlich erfolgte die Herstellung von hochvernetzten und molekular geprägten Poly(acrylsäure)-Partikeln. Hierbei wurden unterschiedliche pharmakologische Wirkstoffe und Farbstoffe in die Partikel eingebracht, um deren Migrationsverhalten und Wiederanbindung an die Partikel zu untersuchen. Weiterhin wurden die Partikel erfolgreich in Zellaufnahmeexperimenten eingesetzt.

Abbaubare Polymere und Kupfer-katalysierte Reaktionen in Miniemulsion zum Aufbau funktioneller Nanopartikel und –kapseln

Die vorliegende Dissertation zeigte die Anwendung von funktionellen Monomeren um Nanokapseln und Nanopartikeln, die mit der Miniemulsionstechnik hergestellt wurden, eine Vielzahl von Eigenschaften zu verleihen. Hierbei wurden zum einen die Vorteile der Miniemulsionstechnik genutzt, die vor allem eine sehr große Bandbreite von Methoden und Monomeren erlaubt. Zum anderen wurden durch das Design der Monomere neue Polymere mit speziellen Eigenschaften synthetisiert.rnEs wurden abbaubare Polymere synthetisiert, die für Freisetzungs- und Sensorapplikationen verwendet werden konnten. Hierzu wurde durch die Verwendung von Dioxepanen die einfache Synthese von abbaubaren Polyester- und Copolyester-Nanopartikeln ermöglicht. Es konnte weiterhin gezeigt werden, das diese Partikel einen hydrophoben Wirkstoff, Paclitaxel, in eine Zelle schleusen können und ihn dort freisetzen.rnDurch die Verwendung tertiärer Diole konnten funktionale Polyurethane hergestellt werden, die eine einzigartige Abbaubarkeit durch die Zugabe von Säuren oder durch thermische Behandlung aufwiesen. Diese bisher in der Literatur unbekannte Klasse von Polyurethanen kann als Sensormaterial und für Opferschichten verwendet werden. rnWeiterhin wurde die Strukturbildung von Hybridblockcopolymeren in Nanopartikeln und Nanokapseln untersucht. Es wurden hierzu neuartige, aminfunktionalisierte Azoinitiatoren hergestellt, die zu Polyurethan-Makroazoinitiatoren weiterreagiert wurden. rnim Folgenden wurden mittels kontrollierten radikalische Polymerisationstechniken Basis der tertiären Carbamate Polyurethan-ATRP-Makroinitiatoren hergestellt. Diese wurden sowohl in Lösung wie auch in inverser Miniemulsion dazu verwendet, Blockterpolymere herzustellen. Es wurden durch unterschiedliche Miniemulsionstechniken Nanopartikel und Nanokapseln hergestellt, die allesamt eine Mikrophasenseparation zeigten, wodurch Kern-Schale-Strukturen erhalten wurden. rnDie Huisgen-Zykloaddition von Aziden und terminalen Alkinen wurde dazu ausgenutzt, um durch die Verwendung von Dialkinen und Diaziden an der Grenzfläche von Topfen in inverser Miniemulsion eine Polymerisation durchzuführen. Es wurden sehr hohe Polymerisationsgrade bei sehr milden Temperaturen durch den Einsatz eines grenzflächenaktiven Kupferkatalysators erreicht. Die hergestellten Nanokapseln wurden Des Weiteren konnte durch die Herstellung eines neuartigen Dipropiolatesters ein System beschrieben werden, das eine Polymerisation mit Diaziden an der Grenzfläche bei Raumtemperatur eingeht. rnWeiterhin wurde die kupferkatalysierte 1,3-Dipolare Zykloaddition von terminalen Alkinen und Aziden (Clickreaktion) dazu ausgenutzt, um Nanokapseln an der Oberfläche zu funktionalisieren. Hierzu wurden Azid- und Alkin funktionalisierte Monomere verwendet, die in inverser Miniemulsion an der Grenzfläche polymerisiert wurden. Die kovalente Anbindung und der Umsatz der von Alkinfunktionen an der Oberfläche wurde mittels eines fluorogenen Click-Farbstoffes (9-Azidomethylen-Anthracen) untersucht und durch Messung der Fluoreszenzverstärkung konnte eine Aussage über die umgesetzten Alkinfunktionen getroffen werden. rnAzidfunktionen konnten mit einem neuartigen kupferfreien System adressiert werden. Hierbei wurde durch den Umsatz mit Acetylensäure eine sehr einfache Funktionalisierung der Polyurethan-Nanokapseloberfläche mit Carboxylgruppen bei Raumtemperatur ohne den Einsatz von Katalysatoren oder einer inerten Atmosphäre erreicht. Die erfolgreiche Anbindung konnte mit Partikelladungsmessungen sowie Bestimmung des Zetapotentials verifiziert werden.rn

Nanopartikel und Nanokapseln als potentielle Wirkstofftransportsysteme : zelluläre Aufnahme in Leukozyten in peripherem Vollblut und in Zellkultur

Nanopartikuläre Wirkstofftransportsysteme besitzen ein großes Potential für therapeutische Anwendungen. In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene grundlegende Aspekte, die für das erweiterte biologische Verständnis und die Entwicklung weiterer zielgerichteter Strategien zur Pharmakotherapie mit Nanopartikeln und –kapseln notwendig sind, näher untersucht. Experimente zur zellulären Aufnahmefähigkeit (in vitro und ex vivo) wurden mit verschiedenen Nanopartikeln und –kapseln aus diversen Monomeren und biokompatiblen Makromolekülen in immortalisierten Zellkulturlinien, humanen mesenchymalen Stammzellen und Leukozyten durchgeführt und durchflusszytometrisch sowie mittels konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie analysiert. Die Einflüsse der Oberflächenfunktionalisierungen der nanopartikulären Systeme, deren toxikologische Effekte sowie der Einfluss von adsorbiertem bovinem Serumalbumin auf funktionalisierten Polystyrol-Nanopartikeln wurden in Bezug auf die zelluläre Aufnahme untersucht.Um die multiplen Wechselwirkungen der Nanopartikel mit Bestandteilen des humanen peripheren Vollblutes zu untersuchen, wurde erfolgreich ein durchflusszytometrisches Analyseverfahren in antikoaguliertem peripherem Vollblut (ex vivo) entwickelt. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Einfluss von Calcium-komplexierenden Antikoagulanzien zu einer Verringerung und nicht Li-Heparin zu einer Verstärkung der zellulären Aufnahme von funktionalisierten Polystyrol-Nanopartikeln in diversen Leukozyten führt.Für Folsäure-gekoppelte Hydroxyethylstärke-Nanokapseln (Synthese Frau Dr. Grit Baier) konnte ein größenabhängiger selektiver, Folatrezeptor α vermittelter, zellulärer Aufnahmeweg in HeLa-Zellen nachgewiesen werden.Hydrolysierbare, nicht zytotoxische Polyester-Nanopartikel aus Poly(5,6-Benzo-2-methylen-1,3-dioxepan) (Synthese Herr Dr. Jörg Max Siebert) mit eingebettetem Paclitaxel zeigten in HeLa-Zellen eine vergleichbare pharmakologische Wirkung wie kommerziell erhältliche Paclitaxel-Formulierungen.Die in dieser Arbeit eingesetzten Nanopartikel und Nanokapseln besitzen ein vielfältiges Potential als Wirkstofftransportsysteme. Es zeigte sich, dass Unterschiede bei der Größe, der Größenverteilung, des Polymers sowie der Oberflächenfunktionalisierung der Nanopartikel bedeutende Unterschiede der Zellaufnahme in diversen Zellkulturlinien (in vitro) und Leukozyten in peripherem Vollblut (ex vivo) zur Folge haben.

Poly(lactide): from hyperbranched copolyesters to new block copolymers with functional methacrylates

The prologue of this thesis (Chapter 1.0) gives a general overview on lactone based poly(ester) chemistry with a focus on advanced synthetic strategies for ring-opening polymerization, including the emerging field of organo catalysis. This section is followed by a presentation of the state-of the art regarding the two central fields of the thesis: (i) polyfunctional and branched poly(ester)s in Chapter 1.1 as well as (ii) the development of new poly(ester) based block copolymers with functional methacrylates (Chapter 1.2). Chapter 2 deals with the synthesis of new, non-linear poly(ester) structures. In Chapter 2.1, the synthesis of poly(lactide)-based multiarm stars, prepared via a grafting-from method, is described. The hyperbranched poly(ether)-poly(ol) poly(glycerol) is employed as a hydrophilic core molecule. The resulting star block copolymers exhibit potential as phase transfer agents and can stabilize hydrophilic dyes in a hydrophobic environment. In Chapter 2.2, this approach is expanded to poly(glycolide) multiarm star polymers. The problem of the poor solubility of linear poly(glycolide)s in common organic solvents combined with an improvement of the thermal properties has been approached by the reduction of the total chain length. In Chapter 2.3, the first successful synthesis of hyperbranched poly(lactide)s is presented. The ring-opening, multibranching copolymerization of lactide with the “inimer” 5HDON (a hydroxyl-functional lactone monomer) was carefully examined. Besides a precise molecular characterization involving the determination of the degree of branching, we were able to put forward a reaction model for the formation of branching during polymerization. Several innovative approaches to amphiphilic poly(ester)/poly(methacrylate)-based block copolymers are presented in the third part of the thesis (Chapter 3). Block copolymer build-up especially relies on the combination of ring-opening and living radical polymerization. Atom transfer radical polymerization has been successfully combined with lactide ring-opening, using a “double headed” initiator. This strategy allowed for the realization of poly(lactide)-block-poly(2-hydroxyethyl methacrylate) copolymers, which represent promising materials for tissue engineering scaffolds with anti-fouling properties (Chapter 3.1). The two-step/one-pot approach forgoes the use of protecting groups for HEMA by a careful selection of the reaction conditions. A series of potentially biocompatible and partially biodegradable homo- and block copolymers is described in Chapter 3.2. In order to create a block copolymer with a comparably strong hydrophilic character, a new acetal-protected glycerol monomethacrylate monomer (cis-1,3- benzylidene glycerol methacrylate/BGMA) was designed. The hydrophobic poly(BGMA) could be readily transformed into the hydrophilic and water-soluble poly(iso-glycerol methacrylate) (PIGMA) by mild acidic hydrolysis. Block copolymers of PIGMA and poly(lactide) exhibited interesting spherical aggregates in aqueous environment which could be significantly influenced by variation of the poly(lactide)s stereo-structure. In Chapter 3.3, pH-sensitive poly(ethylene glycol)-b-PBGMA copolymers are described. At slightly acidic pH values (pH 4/37°C), they decompose due to a polarity change of the BGMA block caused by progressing acetal cleavage. This stimuli-responsive behavior renders the system highly attractive for the targeted delivery of anti-cancer drugs. In Chapter 3.4, which was realized in cooperation, the concept of biocompatible, amphiphilic poly(lactide) based polymer drug conjugates, was pursued. This was accomplished in the form of fluorescently labeled poly(HPMA)-b-poly(lactide) copolymers. Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) of partially biodegradable block copolymer aggregates exhibited fast cellular uptake by human cervix adenocarcinoma cells without showing toxic effects in the examined concentration range (Chapter 4.1). The current state of further projects which will be pursued in future studies is addressed in Chapter 4. This covers the synthesis of biocompatible star block copolymers (Chapter 4.2) and the development of new methacrylate monomers for biomedical applications (Chapters 4.3 and 4.4). Finally, the further investigation of hydroxyl-functional lactones and carbonates which are promising candidates for the synthesis of new hydrophilic linear or hyperbranched biopolymers, is addressed in Chapter 4.5.

Functional poly(phosphoester)s : the olefin metathesis route

Diese Dissertation zeigt zum ersten Mal den Ansatz gesättigte und ungesättigte Poly(Phosphorester) herzustellen, deren Polymergerüst und Seitenketten durch präzises Anbring-en von funktionellen und/oder solubilisierenden Gruppen modifiziert werden können. Durch Kombinieren der Vorteile der Olefinmetathese mit der Vielseitigkeit der Phos-phorchemie, eröffnet dieser variable Ansatz den Zugang zu einer neuen Klasse ungesättigter Poly-phosphate. Die zu Grunde liegende Idee ist das maßgeschneiderte Anpassen der Architektur und der Mikrostruktur dieser Polymere. Lineare, verzweigte, markierte und telechele Poly(Phosphorester) können in großem Maßstab mit hohen Funktionalisierungsgrad hergestellt werden.rnEiner der größten Vorteile dieses Ansatzes ist es, das Polymerrückrat modifizieren zu können, was weder bei der Ringöffnungs- noch bei klassischen Polymerisationen möglich ist, bei denen nur eine limitierte Anzahl an Monomeren existieren.rnDie Eigenschaften des Phosphors werden in neue Polymerarchitekturen übertragen, was von Nutzen für flammenhemmenden Materialen und Anwendung bei Gewebetherapeutika ist. Diese Doktorarbeit führt auch einzigartige Poly(Phosphorester) ein, welche im Feld der Op-toelektronik als Sauerstofffänger eingesetzten werden können. Die beschriebenen Synthese-vorschriften können einfach in größeren Maßstab durchgeführt werden und sind vielversprechend für industrielle Anwendungen, da ungesättigte Polyester einen sehr wichtigen Markt repräsentieren.

Synaptic regulation of spike firing in interneurons of the striatum in vivo

The striatum, the major input nucleus of the basal ganglia, is numerically dominated by a single class of principal neurons, the GABAergic spiny projection neuron (SPN) that has been extensively studied both in vitro and in vivo. Much less is known about the sparsely distributed interneurons, principally the cholinergic interneuron (CIN) and the GABAergic fast-spiking interneuron (FSI). Here, we summarize results from two recent studies on these interneurons where we used in vivo intracellular recording techniques in urethane-anaesthetized rats (Schulz et al., J Neurosci 31[31], 2011; J Physiol, in press). Interneurons were identified by their characteristic responses to intracellular current steps and spike waveforms. Spontaneous spiking contained a high proportion (~45%) of short inter-spike intervals (ISI) of <30 ms in FSIs, but virtually none in CINs. Spiking patterns in CINs covered a broad spectrum ranging from regular tonic spiking to phasic activity despite very similar unimodal membrane potential distributions across neurons. In general, phasic spiking activity occurred in phase with the slow ECoG waves, whereas CINs exhibiting tonic regular spiking were little affected by afferent network activity. In contrast, FSIs exhibited transitions between Down and Up states very similar to SPNs. Compared to SPNs, the FSI Up state membrane potential was noisier and power spectra exhibited significantly larger power at frequencies in the gamma range (55-95 Hz). Cortical-evoked inputs had faster dynamics in FSIs than SPNs and the membrane potential preceding spontaneous spike discharge exhibited short and steep trajectories, suggesting that fast input components controlled spike output in FSIs. Intrinsic resonance mechanisms may have further enhanced the sensitivity of FSIs to fast oscillatory inputs. Induction of an activated ECoG state by local ejection of bicuculline into the superior colliculus, resulted in increased spike frequency in both interneuron classes without changing the overall distribution of ISIs. This manipulation also made CINs responsive to a light flashed into the contralateral eye. Typically, the response consisted of an excitation at short latency followed by a pause in spike firing, via an underlying depolarization-hyperpolarization membrane sequence. These results highlight the differential sensitivity of striatal interneurons to afferent synaptic signals and support a model where CINs modulate the striatal network in response to salient sensory bottom-up signals, while FSIs serve gating of top-down signals from the cortex during action selection and reward-related learning.

The Use Of Amido- And Imido-Functionalized Alpha Hydroxy Acids In The Creation Of Biodegradable Polyesters: An Exploration Of Va

The purpose of this thesis was to synthesize biodegradable polyesters from a wide array of functionalized ¿-hydroxy acids. The initial strategy was to use amido-functionalized ¿-hydroxy acids and 2-bromopropanoyl bromide to form amido-functionalized cyclic diesters. Then, the resulting cyclic diesters would be used in ring opening polymerization to create biodegradable polyesters. However, the spontaneous rapid degradation of the secondary amido-functionalized cyclic diester structure, as seen with 2-benzamido-hydroxyacetic acid, limited ring formation to tertiary amido-functionalized ¿-hydroxy acids. Also, the hydrophilic nature of most ¿-hydroxy acids allowed water into the crystal structure of the ¿-hydroxy acid. Then, when the ¿-hydroxy acid was used in ring forming reactions, the associated water deactivated reactive reagents and limited cyclic diester synthesis. These issues led to the synthesis of hydrophobic and tertiary amido- and imido-functionalized ¿-hydroxy acids, 2-phthalimido-2-hydroxyacetic acid and 2-(1-oxoisoindolin-2-yl) hydroxyacetic acid. The new ¿-hydroxy acids were used in two new polymerization techniques, melt polycondensation and solution polymerization, instead of ring open polymerization. Melt polycondensation and solution polymerization had shown previous success in forming oligomers of amido-functionalized ¿-hydroxy acids. Melt polycondensation was conducted by heating the monomer past its melting temperature under reduced pressure. The uncatalyzed melt polycondensation of 2-(1-oxoisoindolin-2-yl) hydroxyacetic acid created polyesters (¿ 960 g/mol). The scandium(III) trifluoromethanesulfonate enhanced melt polycondensation polymerization created slightly larger oligomers (¿ 1340 g/mol). However, 2-phthalimido-2-hydroxyacetic acid was not compatible with melt polycondensation because thermal degradation occurred. Thus, solution polymerization was conducted via Steglich esterification. Only oligomeric functionalized polyesters were formed (¿ 1060 g/mol). Future work should focus on optimization of the catalyst and the reaction conditions to obtain higher molecular weight polyesters. Also, 2-(1-oxoisoindolin-2-yl) hydroxyacetic acid should be utilized in the cyclic diester synthesis technique.

The frozen elephant trunk: an interesting hybrid endovascular-surgical technique to treat complex pathologies of the thoracic aorta

The treatment of complex aortic pathologies involving the ascending aorta, the aortic arch, and the descending aorta remains a challenging issue in aortic surgery. The frozen elephant trunk procedure effectively combines surgical and interventional technologies in the treatment of extensive aortic aneurysms and dissections. We present two patients with complex aortic lesions involving all three segments of the thoracic aorta. The device used in our series is the new E-vita open hybrid prosthesis consisting of a proximal woven polyester tube and a distal self-expandable nitinol stent graft, which can be delivered antegrade into the descending aorta.

Influence of body temperature on bacterial growth rates in experimental pneumococcal meningitis in rabbits

We examined the role of fever as a host defense in experimental pneumococcal meningitis in rabbits. Twelve hours after intracisternal inoculation of an encapsulated type 3 Streptococcus pneumoniae strain, body temperature was manipulated by using two different anesthetic drugs: pentobarbital, which did not affect temperature, and urethane, which mitigated the febrile response to infection. Growth rates of pneumococci in cerebrospinal fluid were dramatically influenced by modification of the febrile response. Rabbits whose fever was not suppressed had mean bacterial doubling times of 2.76 +/- 1.43 h. Animals with a blunted febrile response had a significantly faster mean bacterial growth rate (doubling time = 1.10 +/- 0.27 h; P less than 0.02). When the antipyretic effect of urethane was counteracted by raising the ambient temperature, animals also showed a marked reduction in pneumococcal growth rates. In vitro, the pneumococci grew well at 37 degrees C in Trypticase soy broth (doubling time = 0.61 +/- 0.05 h) and in pooled rabbit cerebrospinal fluid (doubling time = 0.85 +/- 0.07 h). However, at 41 degrees C neither medium supported growth. Thus, body temperature appears to be a critical determinant of pneumococcal growth rates in experimental meningitis, and fever could be a host defense in this disease.

Comparative in vivo study on the healing qualities of four different presealed vascular prostheses

PURPOSE: The purpose of this article is to assess the healing qualities of presealed knitted polyester prostheses. METHODS: Thoracic aortic replacement was performed with grafts with four different coating materials-collagen (CP), albumin (AP), and two with gelatin (GP1/GP2)-in four groups of 15 pigs each. Two weeks, 6 weeks, and 6 months after operation, five pigs of each group were killed. Healing quality was assessed by morphometric analysis of the remaining coating, the extent of tissue ingrowth, and the thickness of the inner layer. RESULTS: The sealant was rapidly absorbed in all prostheses except for the AP (remaining coating at 2 weeks: GP1 22.1%, GP2 34.7%, and CP 68.0% vs AP 97.1% [p < 0.05]), remaining coating at 6 weeks: GP1/GP2 0% and CP 2.5% vs AP 76.7% (p < .01). At 6 months, remaining coating was only detectable in AP (21.5%). At 2 weeks the extent of tissue ingrowth ranged from 65.7% in GP1 and 75.3% in CP to 80% in GP2 versus 8.9% in AP (p < 0.05). There was a slow increase of tissue ingrowth until the sixth postoperative week (GP1 74.4%, GP2 85.0%, and CP 91.3% versus AP 19.6% [p < 0.01]). Thickness of the internal layer varied from 0.11 to 0.21 mm at 2 weeks in all grafts studied and from 1.02 mm (AP) and 1.28 mm (GP2) to 1.39 mm (GP1), versus 0.41 mm in the CP (p < 0.01) after 6 months of implantation. CONCLUSIONS: The type of coating significantly influences the healing properties of knitted polyester prostheses. When used for thoracic aortic replacement in pigs, AP coating clearly results in inferior healing compared with GP1/GP2 or CP impregnation, with digestion of the coating material and tissue ingrowth used as parameters. The thinnest internal layer was found in the CP prostheses, reflecting superior healing properties of this coating in the model studied.

Indocyanine Green Loaded Biocompatible Nanoparticles: Stabilisation of Indocyanine Green (ICG) Using Biocompatible Silica-Poly (&epsilon-Caprolactone) Grafted Nanocomposites

Indocyanine green (ICG) is a chemically labile compound which needs to be stabilized in aqueous media to be used in biomedical applications. In the present study, poly(ε-caprolactone) (PCL), a semi-crystalline polyester, was used to encapsulate and stabilize ICG in a hydrophobic environment. A hydrophobic and biocompatible nanocomposite was obtained by the process of encapsulating inorganic silica. ICG was embedded in the hydrophobic polymer coating by starting from a well-defined silica (Si) core of either 80 nm or 120 nm diameter, which served as a template for a ‘grafting from’ approach using ε-caprolactone. The obtained nanocomposite Si grafted PCL/ICG was based on silica nanoparticles grafted with PCL, in which ICG was adsorbed. The nanoparticles were characterized by IR spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). The change in the surface charge and the colloidal stability of the nanoparticles was followed by zeta potential measurements. This approach of synthesizing nanocomposite-based ICG demonstrates a new route to stabilize ICG. We synthesized biocompatible nanoparticles containing a high ICG concentration and exhibiting excellent stability to aqueous decomposition.

AN ELECTROPHYSIOLOGICAL ANALYSIS OF THE AMYGDALOID AND SUBICULAR PROJECTIONS TO THE VENTROMEDIAL NUCLEUS OF THE HYPOTHALAMUS IN THE RABBIT

Electrophysiological experiments were performed on 96 male New Zealand white rabbits, anesthetized with urethane. Glass electrodes, filled with 2M NaCl, were used for microstimulation of three fiber pathways projecting from "limbic" centers to the ventromedial nucleus of the hypothalamus (VMH). Unitary and field potential recordings were made in the VMH after stimulation.^ Stimulation of the lateral portion of the fimbria, which carries fibers from the ventral subiculum of the hippocampal formation, evokes predominantly an inhibition of neurons medially in the VMH, and excitation of neurons located laterally.^ Stimulation of the dorsal portion of the stria terminalis, which carries fibers from the cortical nucleus of the amygdala, also produces predominantly an inhibition of cells medially and excitation laterally.^ Stimulation of the ventral component of the stria terminalis, which carries fibers from the medial nucleus of the amygdala, evokes excitation of cell medially, with little or no response seen laterally.^ Cells recorded medially in the VMH received convergent inputs from each of the three fiber systems: inhibition from fimbria and dorsal stria stimulation, excitation from ventral stria stimulation.^ The excitatory unitary responses recorded medially to ventral stria stimulation and laterally to fimbria and dorsal stria stimulation were subjected to a series of threshold stimulus intensities. From these tests it was determined that each of these three projections terminates monosynaptically on VMH neurons.^ The evidence for convergence upon single VMH neurons of projections from the amygdala and the hippocampal formation suggests this area of the brain to be important for integration of information from these two limbic centers. The VMH has been implied in a number of behavioral states: eating, reproduction, defense and aggression; it has further been linked to control of the anterior pituitary. These data provide a functional circuit through which the amygdaloid complex and the hippocampal formation can channel information from higher cortical centers into a hypothalamic area capable of coordinating behavioral and hormonal responses. ^

In vivo compatibility of Dynesys(®) spinal implants: a case series of five retrieved periprosthetic tissue samples and corresponding implants

PURPOSE To determine whether particulate debris is present in periprosthetic tissue from revised Dynesys(®) devices, and if present, elicits a biological tissue reaction. METHODS Five Dynesys(®) dynamic stabilization systems consisting of pedicle screws (Ti alloy), polycarbonate-urethane (PCU) spacers and a polyethylene-terephthalate (PET) cord were explanted for pain and screw loosening after a mean of 2.86 years (1.9-5.3 years). Optical microscopy and scanning electron microscopy were used to evaluate wear, deformation and surface damage, and attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy to assess surface chemical composition of the spacers. Periprosthetic tissue morphology and wear debris were determined using light microscopy, and PCU and PET wear debris by polarized light microscopy. RESULTS All implants had surface damage on the PCU spacers consistent with scratches and plastic deformation; 3 of 5 exhibited abrasive wear zones. In addition to fraying of the outer fibers of the PET cords in five implants, one case also evidenced cord fracture. The pedicle screws were unremarkable. Patient periprosthetic tissues around the three implants with visible PCU damage contained wear debris and a corresponding macrophage infiltration. For the patient revised for cord fracture, the tissues also contained large wear particles (>10 μm) and giant cells. Tissues from the other two patients showed comparable morphologies consisting of dense fibrous tissue with no inflammation or wear debris. CONCLUSIONS This is the first study to evaluate wear accumulation and local tissue responses for explanted Dynesys(®) devices. Polymer wear debris and an associated foreign-body macrophage response were observed in three of five cases.

A combined biomaterial and cellular approach for annulus fibrosus rupture repair

Recurrent intervertebral disc (IVD) herniation and degenerative disc disease have been identified as the most important factors contributing to persistent pain and disability after surgical discectomy. An annulus fibrosus (AF) closure device that provides immediate closure of the AF rupture, restores disc height, reduces further disc degeneration and enhances self-repair capacities is an unmet clinical need. In this study, a poly(trimethylene carbonate) (PTMC) scaffold seeded with human bone marrow derived mesenchymal stromal cells (MSCs) and covered with a poly(ester-urethane) (PU) membrane was assessed for AF rupture repair in a bovine organ culture annulotomy model under dynamic load for 14 days. PTMC scaffolds combined with the sutured PU membrane restored disc height of annulotomized discs and prevented herniation of nucleus pulposus (NP) tissue. Implanted MSCs showed an up-regulated gene expression of type V collagen, a potential AF marker, indicating in situ differentiation capability. Furthermore, MSCs delivered within PTMC scaffolds induced an up-regulation of anabolic gene expression and down-regulation of catabolic gene expression in adjacent native disc tissue. In conclusion, the combined biomaterial and cellular approach has the potential to hinder herniation of NP tissue, stabilize disc height, and positively modulate cell phenotype of native disc tissue.