Synthesis, Characterization and Catalytic Activity of Nanocrystalline Ceria Modified With Zirconia

The use of catalysts in chemical and refining processes has increased rapidly since 1945, when oil began to replace coal as the most important industrial raw material. Catalysis has a major impact on the quality of human life as well as economic development. The demand for catalysts is still increasing since catalysis is looked up as a solution to eliminate or replace polluting processes. Metal oxides represent one of the most important and widely employed classes of solid catalysts. Much effort has been spent in the preparation, characterization and application of metal oxides. Recently, great interest has been devoted to the cerium dioxide (CeO2) containing materials due to their broad range of applications in various fields, ranging from catalysis to ceramics, fuel cell technologies, gas sensors, solid state electrolytes, ceramic biomaterials, etc., in addition to the classical application of CeO2 as an additive in the so-called three way catalysts (TWC) for automotive exhaust treatment. Moreover, it can promote water gas shift and steam reforming reactions, favours catalytic activity at the interfacial metal-support sites. The solid solutions of ceria with Group IV transitional-metals deserve particular attention for their applicability in various technologically important catalytic processes. Mesoporous CeO2−ZrO2 solid solutions have been reported to be employed in various reactions which include CO oxidation, soot oxidation, water-gas shift reaction, and so on. Inspired by the unique and promising characteristics of ceria based mixed oxides and solid solutions for various applications, we have selected ceria-zirconia oxides for our studies. The focus of the work is the synthesis and investigation of the structural and catalytic properties of modified and pure ceria-zirconia mixed oxide.

Development and microwave characterization of selected biocompatible materials and conducting polymers

The 20th century witnessed the extensive use of microwaves in industrial, scientific and medical fields. The major hindrance to many developments in the ISM field is the lack of knowledge about the effect of microwaves on materials used in various applications. The study of the interaction of microwaves with materials demanded the knowledge of the dielectric properties of these materials. However, the dielectric properties of many of these materials are still unknown or less studied. This thesis is an effort to shed light into the dielectric properties of some materials which are used in medical, scientific and industrial fields. Microwave phantoms are those materials used in microwave simulation applications. Effort has been taken to develop and characterize low cost, eco-friendly phantoms from Biomaterials and Bioceramics. The interaction of microwaves with living tissues paved way to the development of materials for electromagnetic shielding. Materials with good conductivity/absorption properties could be used for EMI shielding applications. Conducting polymer materials are developed and characterized in this context. The materials which are developed and analyzed in this thesis are Biomaterials, Bioceramics and Conducting polymers. The use of materials of biological origin in scientific and medical applications provides an eco-friendly pathway. The microwave characterization of the materials were done using cavity material perturbation method. Low cost and ecofriendly biomaterial films were developed from Arrowroot and Chitosan. The developed films could be used in applications such as microwave phantom material, capsule material in pharmaceutical applications, trans-dermal patch material and eco-friendly Band-Aids. Bioceramics with better bioresorption and biocompatibility were synthesized. Bioceramics such as Hydroxyapatite, Beta tricalcium phosphate and Biphasic Calcium Phosphate were studied. The prepared bioceramics could be used as phantom material representing Collagen, Bone marrow, Human abdominal wall fat and Human chest fat. Conducting polymers- based on Polyaniline, are developed and characterized. The developed materials can be used in electromagnetic shielding applications such as in anechoic chambers, transmission cables etc

Apatite-Polymer Composites for the Controlled Dual Delivery of BMP-2 and BMP-6 for Bone Tissue Engineering

The release of growth factors from tissue engineering scaffolds provides signals that influence the migration, differentiation, and proliferation of cells. The incorporation of a drug delivery platform that is capable of tunable release will give tissue engineers greater versatility in the direction of tissue regeneration. We have prepared a novel composite of two biomaterials with proven track records - apatite and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) – as a drug delivery platform with promising controlled release properties. These composites have been tested in the delivery of a model protein, bovine serum albumin (BSA), as well as therapeutic proteins, recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and rhBMP-6. The controlled release strategy is based on the use of a polymer with acidic degradation products to control the dissolution of the basic apatitic component, resulting in protein release. Therefore, any parameter that affects either polymer degradation or apatite dissolution can be used to control protein release. We have modified the protein release profile systematically by varying the polymer molecular weight, polymer hydrophobicity, apatite loading, apatite particle size, and other material and processing parameters. Biologically active rhBMP-2 was released from these composite microparticles over 100 days, in contrast to conventional collagen sponge carriers, which were depleted in approximately 2 weeks. The released rhBMP-2 was able to induce elevated alkaline phosphatase and osteocalcin expression in pluripotent murine embryonic fibroblasts. To augment tissue engineering scaffolds with tunable and sustained protein release capabilities, these composite microparticles can be dispersed in the scaffolds in different combinations to obtain a superposition of the release profiles. We have loaded rhBMP-2 into composite microparticles with a fast release profile, and rhBMP-6 into slow-releasing composite microparticles. An equi-mixture of these two sets of composite particles was then injected into a collagen sponge, allowing for dual release of the proteins from the collagenous scaffold. The ability of these BMP-loaded scaffolds to induce osteoblastic differentiation in vitro and ectopic bone formation in a rat model is being investigated. We anticipate that these apatite-polymer composite microparticles can be extended to the delivery of other signalling molecules, and can be incorporated into other types of tissue engineering scaffolds.

Apatite-Polymer Composite Particles for Controlled Delivery of BMP-2: In Vitro Release and Cellular Response

Bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) has the ability to induce osteoblast differentiation of undifferentiated cells, resulting in the healing of skeletal defects when delivered with a suitable carrier. We have applied a versatile delivery platform comprising a novel composite of two biomaterials with proven track records – apatite and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) – to the delivery of BMP-2. Sustained release of this growth factor was tuned with variables that affect polymer degradation and/or apatite dissolution, such as polymer molecular weight, polymer composition, apatite loading, and apatite particle size. The effect of released BMP-2 on C3H10T1/2 murine pluripotent mesenchymal cells was assessed by tracking the expression of osteoblastic makers, alkaline phosphatase (ALP) and osteocalcin. Release media collected over 100 days induced elevated ALP activity in C3H10T1/2 cells. The expression of osteocalcin was also upregulated significantly. These results demonstrated the potential of apatite-PLGA composite particles for releasing protein in bioactive form over extended periods of time.

Synthesis and Characterization of Magnetic Nanoparticles with High Magnetization and Good Oxidation Resistibility

Magnetic nanoparticles attract increasing attention because of their current and potential biomedical applications, such as, magnetically targeted and controlled drug delivery, magnetic hyperthermia and magnetic extraction. Increased magnetization can lead to improved performance in targeting and retention in drug delivery and a higher efficiency in biomaterials extraction. We reported an approach to synthesize iron contained magnetic nanoparticles with high magnetization and good oxidation resistibility by pyrolysis of iron pentacarbonyl (Fe(CO)[subscript 5]) in methane (CH[subscript 4]). Using the high reactivity of Fe nanoparticles, decomposition of CH[subscript 4] on the Fe nanoparticles leads to the formation of nanocrystalline iron carbides at a temperature below 260°C. Structural investigation indicated that the as-synthesized nanoparticles contained crystalline bcc Fe, iron carbides and spinel iron oxide. The Mössbauer and DSC results testified that the as-synthesized nanoparticle contained three crystalline iron carbide phases, which converted to Fe[subscript 3]C after a heat treatment. Surface analysis suggested that the as-synthesized and subsequently heated iron-iron carbide particles were coated by iron oxide, which originated from oxidization of surface Fe atoms. The heat-treated nanoparticles exhibited a magnetization of 160 emu/g, which is two times of that of currently used spinel iron oxide nanoparticles. After heating in an acidic solution with a pH value of 5 at 60°C for 20 h, the nanoparticles retained 90 percentage of the magnetization.

Seguimiento de áreas cruentas cubiertas con queratinocitos autólogos cultivados en suero autólogo: Estudio multicéntrico en Bogotá

En 2009 se presento la estandarización de cultivos de queratinocitos autólogos cultivados en suero autólogo. En este estudio los autores describen la efectividad de estos parches de regeneración de piel, para la cobertura de áreas cruentas con indicación de injerto de piel parcial. El porcentaje de epitelización del área cruenta fue el punto principal. Métodos: 47 pacientes fueron incluidos consecutivamente, equivalentes a 78 áreas cruentas. Las áreas fueron estratificadas según la profundidad: grupo 1:IIA (n=8) grupo 2: IIB (n=39); grupo 3,III (n=24) y grupo 4, etiología diferente: Otras (n=7). Todas las áreas fueron tratadas con injertos de queratinocitos autólogos cultivados en suero autólogo y se realizo registro fotográfico y del porcentaje de epitelización al día 5, 7, 15 y 30. Resultados: La efectividad de los injertos de queratinocitos autólogos es de 53.16% ± 46.46%. El porcentaje de epitelización es mayor para el grupo 1 (100%) y grupo 2 (62.79%) que para el grupo 3 (27.57%) y el grupo 4 (33.86%). Se encontró relación entre la interacción de las medianas del porcentaje de epitelización entre área corporal y grado de quemadura (p<0.001 KW) siendo mayor para el grupo 1 en todas las áreas, grupo 2 en cara, grupo 3 en tronco y grupo 4 en cara; y el menor porcentaje de epitelización en el grupo 3 y grupo 4 de las áreas ubicadas tronco. Conclusión: Los injertos de queratinocitos autólogos cultivados en suero autólogo son un método de cobertura eficaz para áreas cruentas producidas por quemaduras IIA y IIB independientemente del tamaño y la localización , y para las áreas cruentas pequeñas (<9cm2) de etiología diferente o grado III de profundidad. Palabras Clave: Cultivo queratinocitos, cobertura áreas cruentas, efectividad.

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.

Uso de la matriz extracelular como material para ingeniería de tejidos

Introducción: La evaluación de injertos vasculares de submucosa de intestino delgado para la regeneración de vasos sanguíneos ha producido una permeabilidad variable (0-100%) que ha sido concurrente con la variabilidad en las técnicas de fabricación. Metodología: Investigamos los efectos de fabricación en permeabilidad y regeneración en un diseño experimental de 22factorial que combino: 1) preservación (P) o remoción (R) de la capa estratum compactum del intestino, y 2) deshidratada (D) o hidratada (H), dentro de cuatro grupos de estudio (PD, RD, PH, RH). Los injertos fueron implantados en las Arterias Carótidas de porcinos (ID 4.5mm, N=4, 7d). Permeabilidad, trombogenicidad, reacción inflamatoria, vascularización, infiltración de fibroblastos, perfil de polarización de macrófagos y fuerza tensil biaxial fueron evaluadas. Resultados: Todos los injertos PD permanecieron permeables (4/4), pero tuvieron escasa vascularización e infiltración de fibroblastos. El grupo RD permaneció permeable (4/4), presentó una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y el mayor número del fenotipo de macrófagos (M2) asociado a regeneración. El grupo RH presentó menor permeabilidad (3/4), una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y un perfil dominante de M2. El grupo PH presentó el menor grado de permeabilidad, y a pesar de mayor infiltración celular que PD, exhibió un fenotipo de macrófagos dominante adverso. La elasticidad de los injertos R evolucionó de una manera similar a las Carótidas nativas (particularmente RD, mientras que los injertos P mantuvieron su rigidez inicial. Discusión: Concluimos que los parámetros de fabricación afectan drásticamente los resultados, siendo los injertos RD los que arrojaron mejores resultados.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Análisis de supervivencia en pacientes con prótesis valvular biológica, Fundación Cardioinfantil-Instituto de Cardiología, Colombia, 2005-2013

Introducción: A partir de la década de los cincuenta el manejo de la enfermedad valvular presenta cambios significativos cuando se incorporan los reemplazos valvulares tanto mecánicos como biológicos dentro de las opciones de tratamiento quirúrgico (1). Las válvulas biológicas se desarrollaron como una alternativa que buscaba evitar los problemas relacionados con la anticoagulación y con la idea de utilizar un tejido que se comportara hemodinámicamente como el nativo. Este estudio está enfocado en establecer la sobrevida global y la libertad de reoperación de la válvula de los pacientes sometidos a reemplazo valvular aórtico y mitral biológicos en la Fundación Cardioinfantil - IC a 1, 3, 5 y 10 años. Materiales y métodos: Estudio de cohorte retrospectiva de supervivencia de pacientes sometidos a reemplazo valvular aórtico y/o mitral biológico intervenidos en la Fundación Cardioinfantil entre 2005 y 2013. Resultados: Se obtuvieron 919 pacientes incluidos en el análisis general y 876 (95,3%) pacientes con seguimiento efectivo para el análisis de sobrevida. La edad promedio fue 64años. La sobrevida a 1, 3, 5 y 10 años fue 95%,90%,85% y 69% respectivamente. El seguimiento efectivo para el desenlace reoperación fue del 55% y se encontró una libertad de reoperación del 99%, 96%, 93% y 81% a los 1, 3, 5 y 10 años. No hubo diferencias significativas entre la localización de la válvula ni en el tipo de válvula aortica empleada. Conclusiones: La sobrevida de los pacientes que son llevados a reemplazo valvular biológico en este estudio es comparable a grandes cohortes internacionales. La sobrevida de los pacientes llevados a reemplazo valvular con prótesis biológicas en posición mitral y aortica fue similar a 1, 3, 5 y 10 años.

Construcció d'un elèctrode d'ió selectiu amb membrana de PVC i marro de cafè com a ionòfor

Els elèctrodes són instruments d’anàlisi molt emprats per la seva gran eficiència, fàcil utilització, de resposta “in situ” i que ocupen poc espai. Tot i això, existeix una problemàtica actual dels elèctrodes, que és la no comercialització d’elèctrodes per tots els metalls que trobem dissolts en solucions d’interès analític. Per aquest motiu s’estudien possibles substàncies dins la formació de la membrana dels elèctrodes, ionòfors, que reaccionin amb espècies iòniques amb inexistència d’elèctrodes comercials. S’han dut a terme estudis amb residus vegetals com a ionòfors. Algunes dels biomaterials estudiats són la rapa i la iohimbe per a la detecció del Cr(VI) i l’Hg(II). Aquestes han sigut les motivacions que han dut a construir un elèctrode de ió selectiu amb membrana de PVC i marro de cafè com a ionòfor, i seguidament avaluar-ne la seva resposta

Adsorció de crom (VI) i crom (III) en solució amb closca de cranc

En l’eliminació del crom en suspensió de les aigües residuals de les indústries es realitzen dos processos: una precipitació en medi àcid on es redueix el crom (VI) a crom (III) en què s’elimina la major part del crom, i el següent tractament es fa per bescanvi iònic o per adsorció. Els adsorbents emprats actualment tenen un elevat cost i s’està estudiant nous adsorbents, com a substituts dels tradicionals, de baix cost. Dins d’aquest adsorbents de baix cost es troben els bioadsorbents, biomaterials amb gran capacitat d’adsorció. L’objectiu del projecte es va centrar en l’estudi de l’adsorció de crom trivalent i hexavalent en solucions aquoses utilitzant com a adsorbent el residu industrial de closca de cranc, provinent d’una indústria alimentària de barretes de cranc

A basic guide to hydrogels

Hydrogels are defined as three-dimensionally cross-linked networks of hydrophilic polymers capable of imbibing large amounts of water or biological fluids.They can be prepared from any water-soluble polymer or monomer, encompassing a wide range of chemical compositions and bulk physical properties. In the swollen state hydrogels are soft, wet and elastic materials that resemble natural living tissue, which makes them candidates for developing various biomaterials and dosage forms. This article provides a brief introduction to hydrogels, methods of their synthesis and properties

Functionalised amyloid fibrils for roles in cell adhesion

We describe experiments designed to explore the possibility of using amyloid fibrils as new nanoscale biomaterials for promoting and exploiting cell adhesion, migration and differentiation in vitro. We created peptides that add the biological cell adhesion sequence (RGD) or a control sequence (RAD) to the C-terminus of an 11-residue peptide corresponding to residues 105-115 of the amyloidogenic protein transthyretin. These peptides readily self-assemble in aqueous solution to form amyloid fibrils, and X-ray fibre diffraction shows that they possess the same strand and sheet spacing in the characteristic cross-beta structure as do fibrils formed by the parent peptide. We report that the fibrils containing the RGD sequence are bioactive and that these fibrils interact specifically with cells via the RGD group displayed on the fibril surface. As the design of such functionalized fibrils can be systematically altered, these findings suggest that it will be possible to generate nanomaterials based on amyloid fibrils that are tailored to promote interactions with a wide variety of cell types. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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.