Novel comparison of kinetic models for the adsorption-coupled reduction of Cr(VI) using untreated date pit biomaterial

Biosorption of Cr(VI) onto date pit biomass has been investigated via kinetic studies as functions of initial Cr(VI) concentration, solution temperature and date pit particle size. Kinetic experiments indicated that chromate ions accumulate onto the date pits and then reduce to less toxic Cr(III) compounds. The López-García, Escudero and Park Cr(VI) biosorption kinetic models, which take into consideration the direct reduction, the passivation process and the follow-on decrease of the active surface area of reaction, were applied to the kinetic data. The models represented the experimental data accurately at low Cr(VI) concentration (0.480 mM) and small particle size (0.11–0.22 mm) at which the Cr(VI) was completely removed from the aqueous solution and completely reduced to Cr(III) after 420 min. Date pit biomass thus offers a green chemical process for the remediation of chromium from wastewater. This investigation will help researchers employ the adsorption-coupled reduction of Cr(VI) models and simplify their application to kinetic experimental data.

Evolution of Antimicrobial Peptides to Self-Assembled Peptides for Biomaterial Applications

Biomaterial-related infections are a persistent burden on patient health, recovery, mortality and healthcare budgets. Self-assembled antimicrobial peptides have evolved from the area of antimicrobial peptides. Peptides serve as important weapons in nature, and increasingly medicine, for combating microbial infection and biofilms. Self-assembled peptides harness a “bottom-up” approach, whereby the primary peptide sequence may be modified with natural and unnatural amino acids to produce an inherently antimicrobial hydrogel. Gelation may be tailored to occur in the presence of physiological and infective indicators (e.g. pH, enzymes) and therefore allow local, targeted antimicrobial therapy at the site of infection. Peptides demonstrate inherent biocompatibility, antimicrobial activity, biodegradability and numerous functional groups. They are therefore prime candidates for the production of polymeric molecules that have the potential to be conjugated to biomaterials with precision. Non-native chemistries and functional groups are easily incorporated into the peptide backbone allowing peptide hydrogels to be tailored to specific functional requirements. This article reviews an area of increasing interest, namely self-assembled peptides and their potential therapeutic applications as innovative hydrogels and biomaterials in the prevention of biofilm-related infection.

Estudo do comportamento biológico de biomaterial xenogénico em defeito ósseo crítico

Dentre as várias opções de biomateriais para a regeneração óssea, os de origem xenogénica são considerados como uma das alternativas ao autoenxerto, devido às suas propriedades biológicas e físico-químicas, além da grande disponibilidade, e de seu uso contribuir com a diminuição da morbilidade ao indivíduo. Vários autores consideram o BioOss®, uma hidroxiapatite bovina, como padrão de excelencia entre os biomateriais de substituição óssea independentemente de sua forma ser macro ou microgranular, apesar do tamanho da partícula ser também um fator importante nas reações tissulares envolvidas na neoformação óssea. O presente estudo teve como objetivo verificar o comportamento biológico de BioOss® na forma microgranular, com partículas entre 0,25 a 1,00 mm e 0,4 a 0,6 mm, implantadas em defeito ósseo crítico nos grupos GB e GBS, respectivamente, e analisados comparativamente a um controlo negativo, GC, com defeito preenchido apenas por coágulo sanguíneo, avaliados nos pontos biológicos de 15 e 45 dias. Como resultados, no grupo GC, ocorreu neoformação óssea reacional restrita às bordas e presença de tecido fibroso na área do defeito. Nos grupos GB e GBS, observou-se mínima reação inflamatória, abundante angiogênese e alguma osteogênese, além das bordas, ao longo do defeito, em continuidade à dura-máter. Como conclusão, o BioOss® foi biocompatível, promoveu osteogênese por osteocondução e integrou-se parcialmente ao osso neoformado, com melhores resultados para o grupo GBS.

The mechanical properties of amniotic membrane influence its effect as a biomaterial for ocular surface repair

The human amniotic membrane (AM) is a tissue of fetal origin and has proven to be clinically useful as a biomaterial in the management of various ocular surface disorders including corneal stem cell transplantation. However, its success rate displays a degree of clinical unpredictability. We suggest that the measured variability inAMstiffness offers an explanation for the poor clinical reproducibility when it is used as a substrate for stem cell expansion and transplantation. Corneal epithelial stem cells were expanded upon AM samples possessing different mechanical stiffness. To investigate further the importance of biological substrate stiffness on cell phenotype we replaced AM with type I collagen gels of known stiffness. Substrate stiffness was measured using shear rheometry and surface topography was characterized using scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The differentiation status of epithelial cells was examined using RT-PCR, immunohistochemistry and Western blotting. The level of corneal stem cell differentiation was increased in cells expanded upon AM with a high dynamic elastic shear modulus and cell expansion on type I collagen gels confirmed that the level of corneal epithelial stem cell differentiation was related to the substrate’s mechanical properties. In this paper we provide evidence to show that the preparatory method of AM for clinical use can affect its mechanical properties and that these measured differences can influence the level of differentiation within expanded corneal epithelial stem cells.

Milled non-mulberry silk fibroin microparticles as biomaterial for biomedical applications

Silk fibroin has been widely employed in various forms as biomaterials for biomedical applications due to its superb biocompatibility and tunable degradation and mechanical properties. Herein, silk fibroin microparticles of non-mulberry silkworm species (Antheraea assamensis, Antheraea mylitta and Philosamia ricini) were fabricated via a top-down approach using a combination of wet-milling and spray drying techniques. Microparticles of mulberry silkworm (Bombyx mori) were also utilized for comparative studies. The fabricated microparticles were physico-chemically characterized for size, stability, morphology, chemical composition and thermal properties. The silk fibroin microparticles of all species were porous (∼5μm in size) and showed nearly spherical morphology with rough surface as revealed from dynamic light scattering and microscopic studies. Non-mulberry silk microparticles maintained the typical silk-II structure with β-sheet secondary conformation with higher thermal stability. Additionally, non-mulberry silk fibroin microparticles supported enhanced cell adhesion, spreading and viability of mouse fibroblasts than mulberry silk fibroin microparticles (p<0.001) as evidenced from fluorescence microscopy and cytotoxicity studies. Furthermore, in vitro drug release from the microparticles showed a significantly sustained release over 3 weeks. Taken together, this study demonstrates promising attributes of non-mulberry silk fibroin microparticles as a potential drug delivery vehicle/micro carrier for diverse biomedical applications.

Síntese e caracterização do poli (L-ácido láctico) para uso como biomaterial

O poli (ácido L-láctico) (PLLA) é um material de grande interesse na área científica, por ser um polímero biodegradável e bioabsorvível, e pela sua grande utilização na área biomédica. Este estudo teve como objetivo a síntese de PLA através de policondensação direta e em meio supercrítico (scCO2) e sua caracterização. As duas rotas buscam um processo limpo de síntese dos polímeros, livre de solvente orgânico. Além disso, procurou-se reduzir os custos de obtenção utilizando matéria-prima nacional (ácido láctico P.A. comercial). As reações de polimerização de PLLA realizada por policondensação e em scCO2 foram feitas em dois estágios. No primeiro estágio da síntese, para ambos os processos, o pré-polímero do ácido láctico foi obtido através de uma reação simples de condensação, com retirada de água, sob atmosfera inerte de N2 e 160ºC. Na segunda etapa, para a reação de policondensação, o polímero PLLA, foi obtido a partir do pré-polímero em uma temperatura de 140ºC e sob pressão reduzida por o tempo desejado (100h, 200h e 350h). As reações em meio scCO2 foram realizadas em um reator de aço inoxidável de 100 mL equipado com uma barra de agitação magnética, sob pressão de CO2 (80atm) e a 90ºC por 4 horas. Em ambas as reações de polimerização foram usadas complexos de estanho como catalisador. No início deste trabalho foram realizadas algumas reações utilizando o D, L-ácido láctico em scCO2. Também foi realizada a síntese do lactide e a polimerização deste por abertura de anel. Para efeito comparativo, também foi realizada a polimerização do lactide comercial. Os polímeros obtidos foram caracterizados por espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Próton (1HRMN), por espectroscopia de infravermelho (IV), por cromatografia de permeação em gel (GPC), por calorimetria exploratória de varredura (DSC) e pela técnica de análise termogravimétrica (TGA) A reação de policondensação revelou ser uma rota sintética excelente na obtenção de polímeros de PLA com peso molecular variados. A formação dos polímeros a partir do monômero de ácido láctico foi confirmada pelo desaparecimento da banda de OH em 3500 cm-1 no espectro de infravermelho. O espectro de 1H-RMN de ambos os polímeros, mostrou um sinal atribuído ao hidrogênio do grupo CH3 em 1,52 ppm e um sinal atribuído aos hidrogênios do grupo do CH em 5,16 ppm, que estão de acordo com a literatura. Os polímeros obtidos possuem potencial para uso clínico como materiais de implante.

Dynamical Elastic Moduli of the Ti-13Nb-13Zr biomaterial alloy by mechanical spectroscopy

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Corrosion behavior of Ti-13Nb-13Zr alloy used as a biomaterial

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Anelastic spectroscopy in a Ti alloy used as biomaterial

Ti and its alloys have been used thoroughly in the production of prostheses and dental implants due to their properties, such as high corrosion resistance, low elasticity modulus and high mechanical strength/density relation. Among the Ti-based alloys, the Ti-35Nb-7Zr-5Ta (TNZT) is one that presents the smallest elasticity modulus, making it an excellent alternative to be used as a biomaterial. In this paper, mechanical spectroscopy measurements were made in TNZT alloys containing several quantities of oxygen and nitrogen in solid solution. Mechanical spectroscopy measurements were made by using a torsion pendulum, operating at an oscillation frequency in the interval 4-30 Hz, temperature in the range 100-700 K, heating rate of about 1 K/min and vacuum lower than 10(-5) Torr. Complex relaxation structures and a reduction in the elasticity modulus were observed for the heat-treated and doped samples. The observed peaks were associated with the interactions of interstitial atoms and the alloy elements. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.