Measuring air pressure with a polymeric gas sensor

In this communication we describe the application of a conductive polymer gas sensor as an air pressure sensor. The device consists of a thin doped poly(4'-hexyloxy-2,5-biphenylene ethylene) (PHBPE) film deposited on an interdigitated metallic electrode. The sensor is cheap, easy to fabricate, lasts for several months, and is suitable for measuring air pressures in the range between 100 and 700 mmHg.

Derivative spectrophotometric method for determination of acyclovir in polymeric nanoparticles

A derivative spectrophotometric method was validated for quantification of acyclovir in poly (n-butylcyanoacrylate) (PBCA) nanoparticles. Specificity, linearity, precision, accuracy, recovery, detection (LOD) and quantification (LOQ) limits were established for method validation. First-derivative at 295.2 nm eliminated interferences from nanoparticle ingredients and presented linearity for acyclovir concentrations ranging from 1.25 to 40.0 µg/mL (r = 0.9999). Precision and accuracy data demonstrated good reproducibility. Recovery ranged from 99.3 to 101.2. LOD was 0.08 µg/mL and LOQ, 0.25 µg/mL. Thus, the proposed method proved to be easy, low cost, and accurate, and therefore, an useful alternative to quantify acyclovir in nanoparticles.

Romp as a versatile method for the obtention of differentiated polymeric materials

Ring Opening Metathesis Polymerization (ROMP) of cyclic olefins is a powerful transition metal-catalyzed reaction for syntheses of polymers and copolymers. The key feature of this reaction is the [2+2]-cycloaddition mechanism, with retention of the olefinic unsaturation in the polymer chain and occurrence of living polymerization. With the development of metal-carbene type catalysts for this process, many addressed polymeric materials have been successfully prepared to be employed in several fields of the science and technology. This review summarizes recent examples of syntheses of polymers with amphiphilic features such as block, graft, brush or star copolymers; as well syntheses of biomaterials, dendronized architectures, photoactive polymers, cross-linked or self-healing materials, and polymers from renewed supplies.

Development and validation of a High Performance Liquid Chromatographic method for determination of etoposide in biodegradable polymeric implants

A method using HPLC-UV was developed and validated for the determination of etoposide incorporated into polycaprolactone implants. The method was carried out in isocratic mode using a C18 column (250 x 4.6 mm; 5 µm), at 25 ºC, with acetonitrile and acetic acid 4% (70:30) as mobile phase, a flow rate of 2 mL/min, and UV detection at 285 nm. The method was linear (r² > 0.99) over the range of 5 to 65 µg/mL, precise (RSD < 5%), accurate (recovery of 98.7%), robust, selective regarding excipient of the sample, and had a quantitation limit equal to 1.76 µg/mL. The validated method can be successfully employed for routine quality control analyses.

Formulation and characterization of poloxamer 407®: thermoreversible gel containing polymeric microparticles and hyaluronic acid

The influence of the composition and preparation method on the sol-gel transition temperature (Tsol-gel) and rheological response of poloxamer-based formulations was determined. Manual and more complex mechanical stirring were found to provide similar results. In addition, a linear dependence of Tsol-gel on the poloxamer content was observed in the range of concentrations analyzed, and a Poloxamer 407® concentration of 18% was selected. The addition of hyaluronic acid did not lead to significant changes in the Tsol-gel values. In contrast, the addition of microparticles caused a reduction in Tsol-gel without a significant reduction in gel strength, and pseudoplastic characteristics were observed, indicating that a thermoreversible gel was obtained with a rheology suitable for application in the treatment of burn wounds.

Development and validation of a RP-HPLC method to determine the xanthyletin content in biodegradable polymeric nanoparticles

Xanthyletin is used as an inhibitor of the symbiotic fungus (Leucoagaricus gongylophorus) of the leaf-cutting ant (Atta sexdens rubropilosa), one of the most significant agricultural plague insects. The incorporation of this compound into nanoparticles is a promising approach to effectively control leaf-cutting ants. This study presents the development and validation of a specific analytical method using high-performance liquid chromatography (HPLC) for quantification of the xanthyletin content in biodegradable polymeric nanoparticles. The analytical methodology developed was specific, linear, accurate, precise, and robust. The absolute recovery of xanthyletin in colloidal suspensions was nearly 100%. The HPLC method proved reliable for the quantification of xanthyletin content in nanoparticle formulations.

PRELIMINARILY DEVELOPMENT OF A MOISTURE-ACTIVATED BIORESORBABLE POLYMERIC PLATFORM FOR DRUG DELIVERY

Bioresorbable polymeric films were prepared by solvent casting using a tyrosine-derived polycarbonate and metronidazole (MDZ) as the model drug at 2.5%, 5% and 10% (w/w). Drug loading did not affect the water uptake, drug release, polymer degradation or erosion profiles. All devices released approximately 85% (w/w) of the drug within a 1.5 h period. This may be attributed to the rapid water uptake of the polymer. An increase in the water uptake correlated with a linear rate increase of the polymer degradation (0.968 ≤ R2 ≤ 0.999). Moreover, MDZ presented a remarkable plasticizing effect for the polymer and drug loading exerted a significant impact on the mechanical properties of the obtained films. The results obtained can be used to further the development of novel biocompatible and biodegradable polymeric platforms for the delivery of metronidazole and other drugs in a broad range of pharmaceutical applications.

Extraction of polymeric galactoglucomannans from spruce wood by pressurized hot water

The major type of non-cellulosic polysaccharides (hemicelluloses) in softwoods, the partly acetylated galactoglucomannans (GGMs), which comprise about 15% of spruce wood, have attracted growing interest because of their potential to become high-value products with applications in many areas. The main objective of this work was to explore the possibilities to extract galactoglucomannans in native, polymeric form in high yield from spruce wood with pressurised hot-water, and to obtain a deeper understanding of the process chemistry involved. Spruce (Picea abies) chips and ground wood particles were extracted using an accelerated solvent extractor (ASE) in the temperature range 160 – 180°C. Detailed chemical analyses were done on both the water extracts and the wood residues. As much as 80 – 90% of the GGMs in spruce wood, i.e. about 13% based on the original wood, could be extracted from ground spruce wood with pure water at 170 – 180°C with an extraction time of 60 min. GGMs comprised about 75% of the extracted carbohydrates and about 60% of the total dissolved solids. Other substances in the water extracts were xylans, arabinogalactans, pectins, lignin and acetic acid. The yields from chips were only about 60% of that from ground wood. Both the GGMs and other non-cellulosic polysaccharides were extensively hydrolysed at severe extraction conditions when pH dropped to the level of 3.5. Addition of sodium bicarbonate increased the yields of polymeric GGMs at low additions, 2.5 – 5 mM, where the end pH remained around 3.9. However, at higher addition levels the yields decreased, mainly because the acetyl groups in GGMs were split off, leading to a low solubility of GGMs. Extraction with buffered water in the pH range 3.8 – 4.4 gave similar yields as with plain water, but gave a higher yield of polymeric GGMs. Moreover, at these pH levels the hydrolysis of acetyl groups in GGMs was significantly inhibited. It was concluded that hot-water extraction of polymeric GGMs in good yields (up to 8% of wood) demands appropriate control of pH, in a narrow range about 4. These results were supported by a study of hydrolysis of GGM at constant pH in the range of 3.8 – 4.2 where a kinetic model for degradation of GGM was developed. The influence of wood particle size on hot-water extraction was studied with particles in the range of 0.1 – 2 mm. The smallest particles (< 0.1 mm) gave 20 – 40% higher total yield than the coarsest particles (1.25 – 2 mm). The difference was greatest at short extraction times. The results indicated that extraction of GGMs and other polysaccharides is limited mainly by the mass transfer in the fibre wall, and for coarse wood particles also in the wood matrix. Spruce sapwood, heartwood and thermomechnical pulp were also compared, but only small differences in yields and composition of extracts were found. Two methods for isolation and purification of polymeric GGMs, i.e. membrane filtration and precipitation in ethanol-water, were compared. Filtration through a series of membranes with different pore sizes separated GGMs of different molar masses, from polymers to oligomers. Polysaccharides with molar mass higher than 4 kDa were precipitated in ethanol-water. GGMs comprised about 80% of the precipitated polysaccharides. Other polysaccharides were mainly arabinoglucuronoxylans and pectins. The ethanol-precipitated GGMs were by 13C NMR spectroscopy verified to be very similar to GGMs extracted from spruce wood in low yield at a much lower temperature, 90°C. The obtained large body of experimental data could be utilised for further kinetic and economic calculations to optimise technical hot-water extractionof softwoods.

Structural, functional and immunological studies on a polymeric bacterial protein

The characterization of proteins from Brucella spp, the causative agent of brucellosis, has been the subject of intensive research. We have described an 18-kDa cytoplasmic protein of Brucella abortus and shown the potential usefulness of this protein as an antigen for the serologic diagnosis of brucellosis. The amino acid sequence of the protein showed a low but significant homology with that of lumazine synthases. Lumazine is an intermediate product in bacterial riboflavin biosynthesis. The recombinant form of the 18-kDa protein (expressed in E. coli) folds like the native Brucella protein and has lumazine-synthase enzymatic activity. Three-dimensional analysis by X-ray crystallography of the homolog Bacillus subtilis lumazine synthase has revealed that the enzyme forms an icosahedral capsid. Recombinant lumazine synthase from B. abortus was crystallized, diffracted X rays to 2.7-Å resolution at room temperature, and the structure successfully solved by molecular replacement procedures. The macromolecular assembly of the enzyme differs from that of the enzyme from B. subtilis. The Brucella enzyme remains pentameric (90 kDa) in its crystallographic form. Nonetheless, the active sites of the two enzymes are virtually identical at the structural level, indicating that inhibitors of these enzymes could be viable pharmaceuticals across a broad species range. We describe the structural reasons for the differences in their quaternary arrangement and also discuss the potential use of this protein as a target for the development of acellular vaccines.

Pressure-induced dissociation of casein micelles: size distribution and effect of temperature

Pressure-induced dissociation of a turbid solution of casein micelles was studied in situ in static and dynamic light scattering experiments. We show that at high pressure casein micelles decompose into small fragments comparable in size to casein monomers. At intermediate pressure we observe particles measuring 15 to 20 nm in diameter. The stability against pressure dissociation increased with temperature, suggesting enhanced hydrophobic contacts. The pressure transition curves are biphasic, compatible with a temperature (but not pressure)-dependent conformational equilibrium of two micelle species. Our thermodynamic model predicts an increase in structural entropy with temperature.

Modulation of ROS production in human leukocytes by ganglioside micelles

Recent studies have reported that exogenous gangliosides, the sialic acid-containing glycosphingolipids, are able to modulate many cellular functions. We examined the effect of micelles of mono- and trisialoganglioside GM1 and GT1b on the production of reactive oxygen species by stimulated human polymorphonuclear neutrophils using different spectroscopic methods. The results indicated that exogenous gangliosides did not influence extracellular superoxide anion (O2.-) generation by polymorphonuclear neutrophils activated by receptor-dependent formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine. However, when neutrophils were stimulated by receptor-bypassing phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), gangliosides above their critical micellar concentrations prolonged the lag time preceding the production in a concentration-dependent way, without affecting total extracellular O2.- generation detected by superoxide dismutase-inhibitable cytochrome c reduction. The effect of ganglioside GT1b (100 µM) on the increase in lag time was shown to be significant by means of both superoxide dismutase-inhibitable cytochrome c reduction assay and electron paramagnetic resonance spectroscopy (P < 0.0001 and P < 0.005, respectively). The observed phenomena can be attributed to the ability of ganglioside micelles attached to the cell surface to slow down PMA uptake, thus increasing the diffusion barrier and consequently delaying membrane events responsible for PMA-stimulated O2.- production.

Polysaccharide-based Polyion Complex Micelles as New Delivery Systems for Hydrophilic Cationic Drugs

Les micelles polyioniques ont émergé comme des systèmes prometteurs de relargage de médicaments hydrophiles ioniques. Le but de cette étude était le développement des micelles polyioniques à base de dextrane pour la relargage de médicaments hydrophiles cationiques utilisant une nouvelle famille de copolymères bloc carboxymethyldextran-poly(éthylène glycol) (CMD-PEG). Quatre copolymères CMD-PEG ont été préparés dont deux copolymères identiques en termes de longueurs des blocs de CMD et de PEG mais différent en termes de densité de charges du bloc CMD; et deux autres copolymères dans lesquels les blocs chargés sont les mêmes mais dont les blocs de PEG sont différents. Les propriétés d’encapsulation des micelles CMD-PEG ont été évaluées avec différentes molécules cationiques: le diminazène (DIM), un médicament cationique modèle, le chlorhydrate de minocycline (MH), un analogue semi-synthétique de la tétracycline avec des propriétés neuro-protectives prometteuses et différents antibiotiques aminoglycosidiques. La cytotoxicité des copolymères CMD-PEG a été évaluée sur différentes lignées cellulaires en utilisant le test MTT et le test du Bleu Alamar. La formation de micelles des copolymères de CMD-PEG a été caractérisée par différentes techniques telles que la spectroscopie RMN 1H, la diffusion de la lumière dynamique (DLS) et la titration calorimétrique isotherme (ITC). Le taux de relargage des médicaments et l’activité pharmacologique des micelles contenant des médicaments ont aussi été évalués. Les copolymères CMD-PEG n'ont induit aucune cytotoxicité dans les hépatocytes humains et dans les cellules microgliales murines (N9) après 24 h incubation pour des concentrations allant jusqu’à 15 mg/mL. Les interactions électrostatiques entre les copolymères de CMD-PEG et les différentes drogues cationiques ont amorcé la formation de micelles polyioniques avec un coeur composé du complexe CMD-médicaments cationiques et une couronne composée de PEG. Les propriétés des micelles DIM/CMDPEG ont été fortement dépendantes du degré de carboxyméthylation du bloc CMD. Les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation du bloc CMD ≥ 60 %, ont incorporé jusqu'à 64 % en poids de DIM et ont résisté à la désintégration induite par les sels et ceci jusqu'à 400 mM NaCl. Par contre, les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation ~ 30% avaient une plus faible teneur en médicament (~ 40 % en poids de DIM) et se désagrégeaient à des concentrations en sel inférieures (∼ 100 mM NaCl). Le copolymère de CMD-PEG qui a montré les propriétés micellaires les plus satisfaisantes a été sélectionné comme système de livraison potentiel de chlorhydrate de minocycline (MH) et d’antibiotiques aminoglycosidiques. Les micelles CMD-PEG encapsulantes de MH ou d’aminoglycosides ont une petite taille (< 200 nm de diamètre), une forte capacité de chargement (≥ 50% en poids de médicaments) et une plus longue période de relargage de médicament. Ces micelles furent stables en solution aqueuse pendant un mois; après lyophilisation et en présence d'albumine sérique bovine. De plus, les micelles ont protégé MH contre sa dégradation en solutions aqueuses. Les micelles encapsulant les drogues ont maintenu les activités pharmacologiques de ces dernières. En outre, les micelles MH réduisent l’inflammation induite par les lipopolysaccharides dans les cellules microgliales murines (N9). Les micelles aminoglycosides ont été quant à elles capable de tuer une culture bactérienne test. Toutefois les micelles aminoglycosides/CMDPEG furent instables dans les conditions physiologiques. Les propriétés des micelles ont été considérablement améliorées par des modifications hydrophobiques de CMD-PEG. Ainsi, les micelles aminoglycosides/dodecyl-CMD-PEG ont montré une taille plus petite et une meilleure stabilité aux conditions physiologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent que CMD-PEG copolymères sont des systèmes prometteurs de relargage de médicaments cationiques.

Mise au point de nanoparticules polymères pour l'administration parentérale d'agents anticancéreux hydrophobes

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®.

Synthesis of Zinc oxide nanorods via conductive polymeric template and its potential application in hybrid solar cells.

Tesis (Doctorado en Ciencias con orientación en Química de los Materiales) UANL, 2014.