277 resultados para Biopolymers
Resumo:
The genetics and biochemistry involved in the biodegradation of styrene and the production of polyhydroxyalkanoates in Pseudomonas putida CA-3 have been well characterised to date. Knowledge of the role played by global regulators in controlling these pathways currently represents a critical knowledge gap in this area. Here we report on our efforts to identify such regulators using mini-Tn5 transposon mutagenesis of the P. putida CA-3 genome. The library generated was subjected to phenotypic screening to identify mutants exhibiting a reduced sensitivity to the effects of carbon catabolite repression of aromatic pathway activity. Our efforts identified a clpX disrupted mutant which exhibited wild-type levels of growth on styrene but significantly reduced growth on phenylacetic acid. RT-PCR analysis of key PACoA catabolon genes necessary for phenylacetic acid metabolism, and SDS-PAGE protein profile analyses suggest that no direct alteration of PACoA pathway transcriptional or translational activity was involved. The influence of global regulators affecting the accumulation of PHAs in P. putida CA-3 was also studied. Phenotypic screening of the mini-Tn5 library revealed a gacS sensor kinase gene disruption resulting in the loss of PHA accumulation capacity in P. putida CA-3. Subsequent SDS-PAGE protein analyses of the wild type and gacS mutant strains identified post-transcriptional control of phaC1 synthase as a key point of control of PHA synthesis in P. putida CA-3. Disruption of the gacS gene in another PHA accumulating organism, P. putida S12, also demonstrated a reduction of PHA accumulation capacity. PHA accumulation was observed to be disrupted in the CA-3 gacS mutant under phosphorus limited growth conditions. Over-expression studies in both wild type CA-3 and gacS mutant demonstrated that rsmY over-expression in gacS disrupted P. putida CA-3 is insufficient to restore PHA accumulation in the cell however in wild type cells, over-expression of rsmY results in an altered PHA monomer compositions.
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Radiculopathy, a painful neuroinflammation that can accompany intervertebral disc herniation, is associated with locally increased levels of the pro-inflammatory cytokine tumor necrosis factor alpha (TNFα). Systemic administration of TNF antagonists for radiculopathy in the clinic has shown mixed results, and there is growing interest in the local delivery of anti-inflammatory drugs to treat this pathology as well as similar inflammatory events of peripheral nerve injury. Curcumin, a known antagonist of TNFα in multiple cell types and tissues, was chemically modified and conjugated to a thermally responsive elastin-like polypeptide (ELP) to create an injectable depot for sustained, local delivery of curcumin to treat neuroinflammation. ELPs are biopolymers capable of thermally-triggered in situ depot formation that have been successfully employed as drug carriers and biomaterials in several applications. ELP-curcumin conjugates were shown to display high drug loading, rapidly release curcumin in vitro via degradable carbamate bonds, and retain in vitro bioactivity against TNFα-induced cytotoxicity and monocyte activation with IC50 only two-fold higher than curcumin. When injected proximal to the sciatic nerve in mice via intramuscular (i.m.) injection, ELP-curcumin conjugates underwent a thermally triggered soluble-insoluble phase transition, leading to in situ formation of a depot that released curcumin over 4days post-injection and decreased plasma AUC 7-fold.
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The work described in this paper demonstrates a combined novel approach to the preparation of drug loaded poly(e-caprolactone) layered silicate nanocomposites using hot melt extrusion, a continuous process in contrast to the normal batch type processing used to prepare polymeric drug delivery systems, and most significantly the use of high surface area, large aspect ratio inorganic nanoplatelets to retard drug release. The methodology and results described in this article are significant and could equally be applied to the controlled/retarded release of any bio-active molecule (pharmaceutical, nutraceutical, protein, DNA/iRNA, anti-microbial, anti-coagulant, etc.) from biopolymers and the production of medical devices from such composite materials.
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Biomaterials include bioceramics, biometals, biopolymers and biocomposites and they play important roles in the replacement and regeneration of human tissues. However, dense bioceramics and dense biometals pose the problem of stress shielding due to their high Young's moduli compared to those of bones. On the other hand, porous biomaterials exhibit the potential of bone ingrowth, which will depend on porous parameters such as pore size, pore interconnectivity, and porosity. Unfortunately, a highly porous biomaterial results in poor mechanical properties. To optimise the mechanical and the biological properties, porous biomaterials with graded/gradient porosity, pores size, and/or composition have been developed. Graded/gradient porous biomaterials have many advantages over graded/gradient dense biomaterials and uniform or homogenous porous biomaterials. The internal pore surfaces of graded/gradient porous biomaterials can be modified with organic, inorganic, or biological coatings and the internal pores themselves can also be filled with biocompatible and biodegradable materials or living cells. However, graded/gradient porous biomaterials are generally more difficult to fabricate than uniform or homogenous porous biomaterials. With the development of cost-effective processing techniques, graded/gradient porous biomaterials can find wide applications in bone defect filling, implant fixation, bone replacement, drug delivery, and tissue engineering.
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Biodegradable polymers, such as PLA (Polylactide), come from renewable resources like corn starch and if disposed of correctly, degrade and become harmless to the ecosystem making them attractive alternatives to petroleum based polymers. PLA in particular is used in a variety of applications including medical devices, food packaging and waste disposal packaging. However, the industry faces challenges in melt processing of PLA due to its poor thermal stability which is influenced by processing temperatures and shearing.
Identification and control of suitable processing conditions is extremely challenging, usually relying on trial and error, and often sensitive to batch to batch variations. Off-line assessment in a lab environment can result in high scrap rates, long lead times and lengthy and expensive process development. Scrap rates are typically in the region of 25-30% for medical grade PLA costing between €2000-€5000/kg.
Additives are used to enhance material properties such as mechanical properties and may also have a therapeutic role in the case of bioresorbable medical devices, for example the release of calcium from orthopaedic implants such as fixation screws promotes healing. Additives can also reduce the costs involved as less of the polymer resin is required.
This study investigates the scope for monitoring, modelling and optimising processing conditions for twin screw extrusion of PLA and PLA w/calcium carbonate to achieve desired material properties. A DAQ system has been constructed to gather data from a bespoke measurement die comprising melt temperature; pressure drop along the length of the die; and UV-Vis spectral data which is shown to correlate to filler dispersion. Trials were carried out under a range of processing conditions using a Design of Experiments approach and samples were tested for mechanical properties, degradation rate and the release rate of calcium. Relationships between recorded process data and material characterisation results are explored.
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Clathrin-mediated endocytosis involves cargo selection and membrane budding into vesicles with the aid of a protein coat. Formation of invaginated pits on the plasma membrane and subsequent budding of vesicles is an energetically demanding process that involves the cooperation of clathrin with many different proteins. Here we investigate the role of the brain-enriched protein epsin 1 in this process. Epsin is targeted to areas of endocytosis by binding the membrane lipid phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P(2)). We show here that epsin 1 directly modifies membrane curvature on binding to PtdIns(4,5)P(2) in conjunction with clathrin polymerization. We have discovered that formation of an amphipathic alpha-helix in epsin is coupled to PtdIns(4,5)P(2) binding. Mutation of residues on the hydrophobic region of this helix abolishes the ability to curve membranes. We propose that this helix is inserted into one leaflet of the lipid bilayer, inducing curvature. On lipid monolayers epsin alone is sufficient to facilitate the formation of clathrin-coated invaginations.
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Esta tese descreve diversas estratégias de preparação assim como a caracterização de nanocompósitos com base em distintos biopolímeros. Em particular foi estudada a incorporação de nanopartículas (NPs) metálicas, nomeadamente de Ag, Cu e Au. Estes nanomateriais apresentam um potencial prático enorme em diversas áreas, no entanto foi investigada especificamente a sua aplicação como materiais antimicrobianos. No primeiro capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica, onde são realçados os principais tópicos discutidos ao longo da tese. Inicialmente apresenta-se uma contextualização deste trabalho sendo seguidamente apresentadas algumas considerações sobre nanocompósitos e o seu impacto tecnológico atual. Em seguida, descrevem-se as vantagens do uso de NPs como cargas nos materiais compósitos especificamente no caso de bionanocompósitos. Foi focado o uso da celulose como matriz uma vez que foi o composto “base” usado neste trabalho. Fez-se a descrição exaustiva das metodologias existentes na literatura para a preparação dos nanocompósitos celulósicos com diferentes NPs metálicas assim como das respetivas aplicações. Dentro das aplicações, foi dado especial destaque às propriedades antimicrobianas dos materiais preparados seja a nível da sua atividade antibacteriana ou antifúngica. Esta introdução privilegia o trabalho relacionado diretamente com os sistemas descritos nos capítulos subsequentes. No segundo capítulo apresentam-se os resultados obtidos para nanocompósitos de prata em matriz celulósica. Através do uso de metodologias, tais como a síntese in situ e a pós-deposição, foram preparados diversos materiais usando dois substratos celulósicos distintos nomeadamente a celulose vegetal e bacteriana. Estes nanocompósitos foram caracterizados em termos da sua morfologia e composição química, verificando-se a importância destas características na sua atividade antibacteriana. Foi verificado que nanocompósitos com teores de Ag de 5 x 10-4 (% m/m) são suficientes para obter atividade antibacteriana. A libertação de Ag(I) foi estudada em alguns destes materiais de modo a tentar perceber o mecanismo subjacente a este tipo de nanocompósitos. No terceiro capítulo é apresentado o estudo de NPs coloidais de Ag e Au como cargas para a preparação de nanocompósitos à base de quitosano nãomodificado e modificado quimicamente (derivado solúvel em água e derivado anfifílico). Foram preparados filmes finos de espessura de 9-14 μm, caracterizando-se as suas propriedades óticas e antibacterianas. As propriedades óticas foram ajustadas, quer pela variação do teor de NPs de Ag (0,3-3,9% m/m) ou pela utilização de amostras de NPs com distribuição de tamanho de partícula distinta. Foi investigada a atividade antibacteriana tanto para bactérias Gram-negativas (Klebsiella pneumoniae e Escherichia coli) como para Gram-positivas (Staphylococcus aureus). Para nanocompósitos preparados com o quitosano não modificado verificou-se uma dependência em função do teor de Ag. No caso do uso de derivados modificados, os materiais preparados mostraram uma eficiência superior, mesmo sem NPs de Ag. No quarto capítulo é apresentada a síntese e caracterização de nanocompósitos de pululano e NPs de Ag. Neste estudo é avaliada a atividade antifúngica dos filmes compósitos preparados contra o Aspergillus niger usando protocolos padrão. Estes materiais foram preparados na forma de filmes (66-74 μm de espessura) por evaporação de solvente da mistura de pululano e coloides de Ag. Foi observado o aumento da inibição do fungo na presença dos nanocompósitos, tendo sido pela primeira vez mostrado o efeito disruptivo destes materiais sobre os esporos do A. niger através da análise das imagens de SEM. Este efeito ocorre na presença dos filmes devido à presença das cargas de NPs de Ag dispersas no pululano. O desenvolvimento de materiais de papel com NPs de Cu é um desafio devido à propensão destas espécies em oxidar sob condições ambiente. No quinto capítulo é descrita pela primeira vez o estudo comparativo do crescimento e estabilidade de NPs de Cu em celulose vegetal e bacteriana. Para além disso foi avaliado o uso de nanoestruturas com diferentes dimensionalidades como cargas, nomeadamente nanoesferas e nanofios. Foi observado que o uso de nanofios aumenta a resistência à oxidação destes nanocompósitos para tempos de exposição ao ar mais prolongados. As matrizes celulósicas apresentam comportamento distinto no crescimento e/ou adsorção das NPs de Cu. A celulose bacteriana foi o substrato mais eficiente para retardar a oxidação das NPs. A atividade antibacteriana destes nanocompósitos foi avaliada. Ao longo desta dissertação são apresentados métodos distintos para a obtenção de nanocompósitos com base em biopolímeros e NPs metálicas. Estes estudos permitiram não só a preparação de novos nanocompósitos mas também compreender e otimizar os mecanismos subjacentes à sua preparação. Ao mesmo tempo, este trabalho contribuiu para a transferência de tecnologia e conhecimento entre a área da Nanotecnologia e a área dos materiais derivados de fontes renováveis. As propriedades apresentadas por estes nanomateriais mostraram a sua possível aplicação como novos materiais antimicrobianos, no entanto é possível antecipar futuras aplicações em outras áreas tecnológicas.
Resumo:
Dissertation presented in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master in Biotechnology
Resumo:
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica
Resumo:
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia
Resumo:
Dissertation for the Degree of Master in Biotechnology